БЛОКИРУЮЩЕЕ КОЛЬЦО СИНХРОНИЗАТОРА КОРОБКИ ПЕРЕДАЧ, ВЫПОЛНЕННОЕ ИЗ ТЕРМОПЛАСТИЧНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2019 года по МПК B60K17/08 F16H3/08 F16D23/00 F16D23/02 F16D23/06 F16D13/22 

Область техники

Настоящее изобретение относится к блокирующему кольцу синхронизатора коробки передач, выполненному из термопластичного материала.

Уровень техники

В патенте США № 5135087 описан двухконусный синхронизатор с сервоуправлением.

Раскрытие сущности изобретения

По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения предлагается коробка передач. Коробка передач может содержать первый комплект шестерен, второй комплект шестерен и синхронизатор коробки передач. Первый комплект шестерен может опираться на первый вал. Второй комплект шестерен может опираться на второй вал. Второй комплект шестерен может находиться в зацеплении с первым комплектом шестерен. Первый комплект шестерен и второй комплект шестерен могут располагаться с возможностью вращения внутри корпуса коробки передач. Синхронизатор коробки передач может опираться на первый вал и может быть расположен рядом с шестерней первого комплекта шестерен. Синхронизатор коробки передач может содержать скользящую муфту, ступицу и блокирующее кольцо. Скользящая муфта может иметь внутреннюю поверхность, образующую шлиц муфты. Внутри скользящей муфты может быть расположена ступица. Ступица может содержать множество зубьев шестерни, проходящих радиально наружу от диаметра окружности впадин ступицы. Множество зубьев шестерни может быть выполнено с возможностью вхождения в зацепление со шлицем муфты. Ступица может содержать паз, расположенный вблизи диаметра окружности впадин ступицы и отстоящий от множества зубьев шестерни. Блокирующее кольцо может содержать термопластичный материал. Блокирующее кольцо может содержать множество формованных зубьев сцепления, проходящих радиально наружу от диаметра окружности впадин блокирующего кольца. Блокирующее кольцо может иметь внутреннюю поверхность, образующую формованный шлиц. Множество формованных зубьев сцепления может быть выполнено с возможностью зацепления со шлицем муфты в результате вхождения скользящей муфты в зацепление с блокирующим кольцом во время операции переключения передачи.

По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения предлагается синхронизатор коробки передач. Синхронизатор коробки передач может содержать скользящую муфту, ступицу и блокирующее кольцо. Скользящая муфта может иметь внутреннюю поверхность, образующую множество зубьев муфты, проходящих радиально внутрь от внутренней поверхности скользящей муфты в направлении вала коробки передач. Каждый зуб из множества зубьев муфты может содержать вершину головки зуба. Вершина головки зуба может быть образована первой поверхностью, расположенной под первым углом относительно продольной оси вала коробки передач, и второй поверхностью, расположенной под вторым углом относительно продольной оси вала коробки передач. Ступица может содержать множество зубьев шестерни ступицы, проходящих радиально наружу от диаметра окружности впадин ступицы. Ступица может быть выполнена с возможностью расположения внутри скользящей муфты. Блокирующее кольцо может быть выполнено из термопластичного материала и может быть расположено рядом со ступицей. Блокирующее кольцо может содержать множество формованных зубьев сцепления, которые могут проходить радиально наружу от диаметра окружности впадин блокирующего кольца. Каждый зуб из множества формованных зубьев сцепления может содержать торцевую поверхность. Торцевая поверхность может быть образована третьей поверхностью, расположенной под третьим углом относительно продольной оси вала коробки передач, и четвертой поверхностью, расположенной под четвертым углом относительно продольной оси вала коробки передач. Вторая поверхность может быть выполнена с возможностью зацепления с третьей поверхностью во время операции повышения передачи. Первая поверхность может быть выполнена с возможностью зацепления с четвертой поверхностью прилегающего формованного зуба сцепления блокирующего кольца во время операции понижения передачи. Внутренняя поверхность блокирующего кольца может образовывать множество формованных канавок, проходящих в осевом направлении вдоль внутренней поверхности блокирующего кольца. Каждая канавка из множества формованных канавок может быть расположена по существу параллельно продольной оси блокирующего кольца.

По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения предлагается блокирующее кольцо синхронизатора коробки передач. Блокирующее кольцо синхронизатора коробки передач может содержать первую торцевую область, вторую торцевую область и, в целом, цилиндрический корпус. Первая торцевая область может быть выполнена с возможностью расположения вблизи зацепляющего кольца. Первая торцевая область может содержать множество формованных зубьев сцепления, расположенных непрерывно по периметру первой торцевой области. Вторая торцевая область может быть выполнена с возможностью расположения вблизи узла муфты. В целом цилиндрический корпус может располагаться между первой торцевой областью и второй торцевой областью. В целом цилиндрический корпус может иметь наружную поверхность и внутреннюю поверхность. Наружная поверхность может содержать формованную зацепляющую накладку, проходящую радиально наружу из наружной поверхности. Формованная зацепляющая накладка может быть выполнена с возможностью сопряжения с пазом узла муфты. Внутренняя поверхность может содержать множество формованных канавок. Каждая канавка из множества формованных канавок может проходить в осевом направлении вдоль внутренней поверхности. Множество формованных канавок может быть выполнено с возможностью взаимодействия с конусом зацепляющего кольца во время операции переключения передачи в соответствии с разницей в скорости вращения между шестерней и узлом муфты.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 изображает аксонометрический вид многоступенчатой ручной коробки передач с частично удаленным корпусом.

Фиг. 2 изображает аксонометрический вид иллюстративного синхронизатора коробки передач с узлом скользящей муфты в нейтральном положении.

Фиг. 3 изображает аксонометрический вид иллюстративного синхронизатора коробки передач со скользящей муфтой в положении зацепления с шестерней.

Фиг. 4 изображает разнесенный аксонометрический вид иллюстративного синхронизатора коробки передач.

Фиг. 5А, 5В изображают частичные разрезы узла скользящей муфты в положении зацепления с зубом сцепления блокирующего кольца.

Фиг. 6 изображает частичный разрез узла скользящей муфты в положении зацепления с зубом сцепления блокирующего кольца.

Фиг. 7 изображает аксонометрический вид иллюстративного термопластичного блокирующего кольца.

Фиг. 8 изображает частичный аксонометрический вид иллюстративного термопластичного блокирующего кольца.

Фиг. 9 изображает аксонометрический вид иллюстративного термопластичного блокирующего кольца.

Осуществление изобретения

В настоящей заявке описаны подробные варианты осуществления изобретения; однако, следует отметить, что раскрытые варианты осуществления настоящего изобретения являются лишь иллюстративными, и изобретение может быть реализовано в различных альтернативных вариантах. Фигуры представлены необязательно с соблюдением масштаба; некоторые элементы могут быть увеличены или уменьшены для демонстрации деталей конкретных компонентов. Таким образом, конкретные конструкционные и функциональные детали, раскрытые в настоящей заявке, не должны рассматриваться как ограничивающие, а лишь как репрезентативная база для понимания специалистами в данной области техники различных вариантов применения настоящего изобретения.

Как показано на фиг. 1, коробка 10 передач может быть использована в транспортном средстве, таком как легковой автомобиль, грузовой автомобиль и т.п. Коробка 10 передач может представлять собой механическую ручную коробку передач, коробку передач с двойным сцеплением, автоматическую коробку передач, секвентальную коробку передач или механическое устройство, которое может требовать выравнивания разных скоростей. Коробка 10 передач передает мощность от источника мощности, такого как двигатель внутреннего сгорания, к ведущей оси.

Коробка 10 передач может содержать входной вал 20, выполненный с возможностью зацепления с источником мощности (не показан) посредством сцепления, гидромуфты или маховика. Коробка 10 передач может содержать выходной вал 22, выполненный с возможностью зацепления с дифференциалом или элементом привода (не показаны). Сочетание входного вала 20 и выходного вала 22 обычно называют вторичным валом коробки передач. По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения выходной вал 22 содержит вилку 24, соединенную с дифференциалом или элементом привода.

Коробка 10 передач может содержать первый комплект 30 шестерен, второй комплект 32 шестерен и синхронизатор 34 коробки передач. Первый комплект 30 шестерен, второй комплект 32 шестерен и синхронизатор 34 коробки передач расположены с возможностью вращения внутри корпуса 36 коробки передач.

Первый комплект 30 шестерен может содержать первое множество шестерен 40, расположенных концентрически вокруг первого вала 42 коробки передач таким образом, что первый комплект 30 шестерен опирается на первый вал 42 коробки передач. Первый комплект 30 шестерен может опираться на первый вал 42 коробки передач. По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения первое множество шестерен 40 может содержать первую шестерню 44, отстоящую от второй шестерни 46. Первая шестерня 44 и вторая шестерня 46 могут быть расположены по существу перпендикулярно продольной оси 48 первого вала 42 коробки передач. Второй комплект 32 шестерен может содержать второе множество 50 шестерен, расположенных концентрически вокруг второго вала 36 коробки передач таким образом, что второй комплект 32 шестерен опирается на второй вал 36 коробки передач. Второй вал 36 коробки передач обычно называют передаточным валом коробки передач.

Первый вал 42 коробки передач может отстоять от второго вала 36 коробки передач и расположен по существу параллельно ему. По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения второе множество 50 шестерен может содержать третью шестерню 54, отстоящую от четвертой шестерни 56. Третья шестерня 54 и четвертая шестерня 56 могут быть расположены по существу перпендикулярно продольной оси 58 второго вала 52 коробки передач. Второй комплект 32 шестерен может опираться на второй вал 36 коробки передач.

Первый комплект 30 шестерен может быть расположен с возможностью вращения соосно со вторым комплектом 32 шестерен. Первое множество 40 шестерен первого комплекта 30 шестерен взаимодействует с соответствующей шестерней второго множества 50 шестерен из второго комплекта 32 шестерен таким образом, что второй комплект 32 шестерен находится в зацеплении с первым комплектом 30 шестерен. По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения первая шестерня 44 может оставаться в постоянном зацеплении с третьей шестерней 54 и/или вторая шестерня 46 может оставаться в постоянном зацеплении с четвертой шестерней 56.

Первое множество 40 шестерен и второе множество 50 шестерен могут быть выполнены с возможностью передачи крутящего момента от входного вала 20 к выходному валу 22. Первое множество 40 шестерен и второе множество 50 шестерен выполнены с возможностью обеспечения нескольких передаточных чисел переднего хода и/или заднего хода или отношений крутящих моментов. Водитель транспортного средства, содержащего коробку 10 передач, может избирательно вводить в зацепление по меньшей мере одну из шестерен первого множества 40 шестерен первого комплекта 30 шестерен и/или по меньшей мере одну из шестерен второго множества 50 шестерен второго комплекта 32 шестерен. Избирательное зацепление шестерен определяет множество путей прохождения потока крутящего момента через первый комплект 30 шестерен и второй комплект 32 шестерен для изменения выходного крутящего момента или передаточного числа коробки 10 передач.

Рычаг 60 переключения передач может быть функционально связан по меньшей мере с одной вилкой 62 переключения передач посредством комплекта соединений (не показан). Вилка 62 переключения поступательно перемещает скользящий избиратель передач, обойму или скользящую муфту 70 между шестернями первого множества 40 шестерен и/или шестернями второго множества 50 шестерен. Скользящая муфта 70 может быть расположена с возможностью вращения вокруг первого и/или второго вала 42, 52 коробки передач.

Скользящая муфта 70 может поступательно перемещаться к требуемой шестерне в результате перемещения вилки 62 переключения. Скользящая муфта 70 может быть выполнена с возможностью замыкания на свободно вращающейся шестерне или зацепляющем кольце, связанном с требуемой шестерней, для фиксации свободно вращающейся шестерни, связанной с требуемой шестерней, на валу коробки передач таким образом, чтобы вал 42, 52 коробки передач вращался вместе с требуемой шестерней. Вхождение скользящей муфты 70 в зацепление с требуемой шестерней может приводить к возникновению выщербин, зазубрин или других воздействий на коробку передач, которые могут отрицательно сказаться на качестве переключения передач, если скорость вращения обоймы не является по существу равной скорости вращения требуемой шестерни. Синхронизатор 34 коробки передач может быть использован для торможения или ускорения скользящей муфты 70 и/или требуемой шестерни таким образом, чтобы скорости вращения скользящей муфты 70 и требуемой шестерни были по существу равны, с целью устранения или уменьшения случаев возникновения зазубрин, выщербин или других нежелательных воздействий на качество переключения передач. По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения синхронизатор 34 коробки передач может регулировать скорость вращения по меньшей мере одного из первого вала 42 коробки передач, второго вала 52 коробки передач и требуемой шестерни.

На фиг. 2 показан синхронизатор 34 коробки передач со скользящей муфтой 70 в нейтральном положении между первой шестерней 44 и второй шестерней 46. На фиг. 3 показан синхронизатор 34 коробки передач со скользящей муфтой 70, смещенной к требуемой шестерне (например, первой шестерне 44) в результате приведения в действие вилкой 62 переключения.

Синхронизатор 34 коробки передач может быть расположен концентрически вокруг первого вала 42 коробки передач таким образом, что синхронизатор 34 коробки передач опирается на первый вал 42 коробки передач. Синхронизатор 34 коробки передач может быть расположен между или рядом с первой шестерней 44 и второй шестерней 46 первого множества 40 шестерен первого комплекта 30 шестерен. По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения синхронизатор 34 коробки передач может быть расположен концентрически вокруг второго вала 52 коробки передач таким образом, что синхронизатор 34 коробки передач опирается на второй вал 52 коробки передач. Синхронизатор 34 коробки передач может быть расположен между или рядом с третьей шестерней 54 и четвертой шестерней 56 второго множества 50 шестерен второго комплекта 32 шестерен.

На фиг. 4 показан разнесенный аксонометрический вид иллюстративного синхронизатора 34 коробки передач. Синхронизатор 34 коробки передач может быть трехконусным синхронизатором коробки передач, однако предусмотрены и другие конфигурации синхронизатора коробки передач, такие как одноконусные, двухконусные или другие многоконусные синхронизаторы коробки передач. Синхронизатор 34 коробки передач может содержать скользящую муфту 70, неподвижную ступицу 72, синхронизирующее кольцо или блокирующее кольцо 74, узел внутреннего кольца 76 синхронизатора и зацепляющее кольцо 78. По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения синхронизатор 34 коробки передач может быть одноконусным синхронизатором коробки передач без узла внутреннего кольца 76 синхронизатора. По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения синхронизатор 34 коробки передач может быть двухконусным синхронизатором коробки передач, не имеющим по меньшей мере одного из промежуточного синхронизирующего кольца 80 или внутреннего синхронизирующего кольца 82.

Независимо от конфигурации синхронизатора 34 коробки передач процесс синхронизации коробки передач проходит аналогичные этапы во время операции переключения передач. Операция переключения передачи может представлять собой операцию повышения передачи, когда передаточное число коробки передач переходит от более низкого к более высокому, например N-1, 1-2, 2-3, 3-4 и т.п. Операция переключения передачи может представлять собой операцию понижения передачи, когда передаточное число коробки передач переходит от более высокого к более низкому, например 4-3, 3-2, 2-1, 1-N и т.п. Во время операции переключения передачи скользящую муфту 70 перемещают посредством вилки 62 переключения к требуемой шестерне для вхождения в зацепление с ней. В условиях разности скоростей вращения требуемой шестерни и сочетания скользящей муфты 70 и неподвижной ступицы 72, которое может быть названо узлом 84 скользящей муфты, блокирующее кольцо 78 не не позволяет скользящей муфте 70 входить в зацепление с зацепляющим кольцом 78.

Блокирующее кольцо 74 выполнено с возможностью фрикционного взаимодействия с конусом зацепляющего кольца, промежуточного синхронизирующего кольца 80 или внутреннего синхронизирующего кольца 82, связанного с требуемой шестерней. Фрикционное сцепление образует крутящий момент сил трения с целью уменьшения или увеличения скорости вращения узла 84 скользящей муфты и/или зацепляющего кольца 78 таким образом, чтобы синхронизировать скорости вращения узла 84 скользящей муфты и зацепляющего кольца 78 или требуемой шестерни. В ответ на синхронизацию скоростей вращения скользящая муфта 70 может быть дополнительно сдвинута для вхождения в зацепление с зацепляющим кольцом 78 с целью завершения операции переключения передачи.

Скользящая муфта 70 может быть выполнена как в целом цилиндрический корпус, расположенный концентрически вокруг оси первого вала 42 коробки передач. Скользящая муфта 70 может иметь наружную поверхность 90 и внутреннюю поверхность 92. Наружная поверхность 90 может образовывать зацепляющую канавку 94, которая может принимать по меньшей мере часть вилки 62 переключения. Перемещение вилки 62 переключения в пределах зацепляющей канавки 94 может поступательно перемещать скользящую муфту 79 из нейтрального положения или от текущей шестерни к требуемой шестерне.

Скользящая муфта 70 может быть выполнена в виде внутренней шестерни, имеющей шлиц, расположенный вдоль внутренней поверхности 92. Шлиц муфты может быть выполнен в виде множества 96 зубьев муфты, проходящих радиально внутрь из внутренней поверхности 92 муфты 70 в направлении первого вала 42 коробки передач.

Каждый зуб 100 из множества 96 зубьев муфты содержит вершину 102 головки зуба. Вершина 102 головки зуба может быть расположена под углом относительно продольной оси 48 первого вала 42 коробки передач. Вершина 102 головки зуба может быть образована первой поверхностью 104 и второй поверхностью 106. Первая поверхность 104 может быть расположена под первым углом относительно продольной оси 48 первого вала 42 коробки передач. Вторая поверхность 106 может быть расположена под вторым углом относительно продольной оси 48 первого вала 42 коробки передач. Первая поверхность 104 и вторая поверхность 106 могут образовывать угол θ.

На фиг. 5А, 5В и 6 изображен частичный разрез зуба 100 скользящей муфты 70 в положении зацепления с блокирующим кольцом 74. По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения первая поверхность 104 и вторая поверхность 106 могут быть расположены под тупым углом θ₀ друг к другу. Как показано на фиг. 6, по меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения первая поверхность 104 и вторая поверхность 106 могут быть расположены под острым углом θ_А друг к другу.

Первая поверхность 104 может иметь первую длину l₁. Вторая поверхность 106 может иметь вторую длину l₂. Как показано на фиг. 5А и 5В, вторая длина l₂ может быть больше, чем первая длина l₁, так что первая поверхность 104 и вторая поверхность 106 являются асимметричными. Как показано на фиг. 6, первая длина l₁ и вторая длина l₂ могут быть по существу одинаковыми, так что первая поверхность 104 и вторая поверхность 106 являются симметричными.

Зуб 100 муфты может иметь участок 110 тела зуба. Участок 110 тела зуба может содержать первую боковую поверхность 112, проходящую от внутренней поверхности 92 скользящей муфты 70 к первой поверхности 104. Участок 110 тела зуба может содержать вторую боковую поверхность 114, проходящую от внутренней поверхности 92 скользящей муфты 70 ко второй поверхности 106. Первая боковая поверхность 112 может быть расположена под третьим углом относительно продольной оси 48 первого вала 42 коробки передач. Вторая боковая поверхность 114 может быть расположена под четвертым углом относительно продольной оси 48 первого вала 42 коробки передач. Первая боковая поверхность 112 и вторая боковая поверхность 114 могут отстоять друг от друга и могут быть не параллельны друг другу. Первая боковая поверхность 112 и вторая боковая поверхность 114 могут постепенно отдаляться друг от друга в осевом направлении вдоль зуба 100 муфты к вершине 102 головки зуба.

Первая боковая поверхность 112 может иметь длину ls₁. Вторая боковая поверхность 114 может иметь длину ls₂. Длина ls₁ и длина ls₂ могут быть по существу одинаковыми. Длина ls₁ и длина ls₂ могут быть больше, чем первая длина l₁ и вторая длина l₂ соответственно.

Неподвижная ступица 72 может быть вставлена с возможностью скольжения внутрь скользящей муфты 70 и вместе образовывать узел 84 скользящей муфты. Первый вал 42 коробки передач может содержать множество шлицевых зубьев, расположенных на его наружной поверхности. Неподвижная ступица 72 может входить в зацепление по меньшей мере с одним из множества шлицевых зубьев первого вала 42 коробки передач посредством шлицевых зубьев, расположенных на ее внутренней поверхности.

Неподвижная ступица 72 может иметь множество 120 зубьев шестерни. Множество 120 зубьев шестерни проходят радиально наружу от диаметра окружности впадин неподвижной ступицы 72. Множество 120 зубьев шестерни могут быть выполнены с возможностью зацепления со шлицем муфты или множеством 96 зубьев муфты. Неподвижная ступица 72 может образовывать паз 122, расположенный вблизи диаметра окружности впадин неподвижной ступицы 72 и отстоящий от множества 120 зубьев шестерни.

Неподвижная ступица 72 может содержать по меньшей мере один предварительный активатор 130. Предварительный активатор 130 может быть выполнен с возможностью зацепления по меньшей мере с одним зубом 100 множества 96 зубьев муфты. Предварительный активатор 130 может содержать ролик, распорку или пружину, расположенную вокруг плунжера. Предварительный активатор 130 может быть расположен в полости, проходящей радиально внутрь от диаметра окружности впадин неподвижной ступицы 72. Предварительный активатор 130 может удерживаться внутри полости посредством внутреннего диаметра муфты 70 или посредством множества 96 зубьев муфты.

В результате перемещения вилки 62 избирателя передач скользящая муфта 70 может быть смещена к требуемой шестерне, например, первой шестерне 44 или второй шестерне 46. Предварительный активатор 130 помогает поступательно перемещать скользящую муфту 70 к требуемой шестерне во время синхронизации шестерен и вхождения их в зацепление.

Рядом с неподвижной ступицей 72 может быть расположено блокирующее кольцо 74. Блокирующее кольцо 74 может содержать первую торцевую область 140, расположенную вблизи зацепляющего кольца 78. Блокирующее кольцо 74 может содержать вторую торцевую область 142, отстоящую от первой торцевой области 140, и в целом цилиндрический корпус 144, проходящий между ними. В целом цилиндрический корпус 144 может иметь наружную поверхность 146 и внутреннюю поверхность 148. В целом цилиндрический корпус 144 может быть расположен концентрически вокруг оси 48 первого вала 42 коробки передач.

Блокирующее кольцо 74 может быть расположено между требуемой шестерней, зацепляющим кольцом 78 и узлом 84 скользящей муфты. По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения от блокирующего кольца 74 может отстоять второе блокирующее кольцо. Второе блокирующее кольцо может быть расположено на другой стороне неподвижной ступицы 72 между другой требуемой шестерней и другим зацепляющим кольцом.

Блокирующее кольцо 74 смещают к требуемой шестерне в результате перемещения вилки 62 избирателя переключения передач и скользящей муфты 70 к требуемой шестерне. При смещении блокирующего кольца 74 к требуемой шестерне оно может входить в зацепление с конусом зацепляющего кольца 78, связанного с требуемой шестерней. Взаимодействие блокирующего кольца 74 с конусом зацепляющего кольца 78, связанного с требуемой шестерней, может создавать силу трения, приводящую к вращению блокирующего кольца 74. Фрикционное сцепление блокирующего кольца 74 с конусом может затормозить или ускорить по меньшей мере что-то одно из узла 84 скользящей муфты и зацепляющего кольца 78 для обеспечения приблизительного соответствия скорости вращения требуемой шестерни с целью совершения операции переключения передачи.

Основная функция блокирующего кольца 74 по сути связана с его фрикционными свойствами, поскольку блокирующее кольцо 74 служит в качестве фрикционного элемента для ускорения или торможения различных компонентов коробки 10 передач, участвующих в операции переключения передачи. Блокирующее кольцо 74 и конус зацепляющего кольца 78 могут действовать как фрикционная муфта, когда находятся в зацеплении. Обычно блокирующие кольца изготавливают из латуни, алюминия или других железных сплавов. Различные поверхности металлического блокирующего кольца могут быть покрыты фрикционными материалами, такими как специальная бумага, волокно, латунь или молибден, для улучшения фрикционных свойств металлического блокирующего кольца.

Металлические блокирующие кольца могут быть изготовлены посредством обширной механической обработки, нанесения покрытия и термической обработки для получения требуемых фрикционных свойств. Некоторые термопластичные материалы могут обладать и механическими и фрикционными свойствами, подходящими для блокирующих колец, и могут быть использованы вместо железного сплава и без отдельного фрикционного покрытия. В этой связи, блокирующее кольцо 74 может быть выполнено посредством литья под давлением с минимальной механической обработкой.

Блокирующее кольцо 74, содержащее термопластичный материал, легче, чем металлическое блокирующее кольцо. Блокирующее кольцо 74, содержащее термопластичный материал, может обладать прочностью, жесткостью и долговечностью, сравнимыми с прочностью, жесткостью и долговечностью металлического блокирующего кольца. Блокирующее кольцо 74, содержащее термопластичный материал, может иметь дополнительные зубья, расположенные по периметру, что может повысить качество переключения и износостойкость по сравнению с металлическим блокирующим кольцом.

Термопластичный материал может представлять собой полимерный композит с высокими эксплуатационными характеристиками. Полимерный композит с высокими эксплуатационными характеристиками может иметь прочность на разрыв в диапазоне 200-500 МПа. Полимерный композит с высокими эксплуатационными характеристиками может иметь 20% - 40% наполнение углеродом, например, угленаполненный полимерный композит марки PEEK с высокими эксплуатационными характеристиками. Углеродные волокна, используемые для углеродного наполнения, могут иметь длину 1-10 мм и диаметр 0,05-1 мм.

По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения полимерный композит с высокими эксплуатационными характеристиками может содержать стекло- или арамидное волокно или порошковый керамический наполнитель в размере 0-20% по весу. Эти наполнители могут улучшать механические свойства и повышать коэффициент трения блокирующего кольца 74. Примерные свойства материалов полимерных композитов с высокими эксплуатационными характеристиками по сравнению со свойствами латуни представлены в таблице 1. Таблица 1 может задавать диапазоны характеристик материалов для блокирующего кольца 74.

Таблица 1: Различные свойства материалов полимерных композитов с высокими эксплуатационными характеристиками

Характеристика Единица измерения 40% HPCF 30% CF Латунь Прочность на разрыв
(23°C) МПа 350 260 400 Модуль упругости при растяжении ГПа 45 25 107 Ресурс по усталостной прочности
(120°C)
107 циклов МПа 170 120 190 Плотность г/см³ 1,44 1,40 7,90

40% HPCF может быть термопластиком, в состав которого входит 40% углеволоконного наполнителя с высокими эксплуатационными характеристиками. Например, углеродное волокно с высокими эксплуатационными характеристиками может иметь длину 3 мм и диаметр 0,4 мм. 30% CF может быть термопластиком, в состав которого входит 30% углеволоконного наполнителя. Например, углеродное волокно с высокими эксплуатационными характеристиками может иметь длину 1 мм и диаметр 0,1 мм.

Блокирующее кольцо 74, выполненное из термопластичного материала, может содержать первую торцевую область 140, вторую торцевую область 142 и цилиндрический корпус 144, проходящий между первой торцевой областью 140 и второй торцевой областью 142. Первая торцевая область 140 может быть расположена вблизи зацепляющего кольца 78. Вторая торцевая область 142 может быть расположена вблизи узла 84 муфты.

Первая торцевая область 140 может содержать множество 150 формованных зубьев сцепления. Вторая торцевая область 142 может содержать формованный шлиц или множество 152 формованных канавок. Цилиндрический корпус 144 может содержать формованную зацепляющую накладку 154.

Множество 150 формованных зубьев сцепления может быть расположено непрерывно по периметру первой области 140. Множество 150 формованных зубьев сцепления может проходить радиально наружу от диаметра Rd окружности впадин блокирующего кольца 74.

Каждый формованный зуб 160 из множества 150 формованных зубьев сцепления содержит наклонную торцевую поверхность 162. Наклонная торцевая поверхность 162 может быть наклонена к первой торцевой области 140 и отклонена от второй торцевой области 142. Наклонная торцевая поверхность 162 может быть образована третьей поверхностью 164 и четвертой поверхностью 166. Третья поверхность 164 и четвертая поверхность 166 могут быть наклонены к первой торцевой области 140 и отклонены от второй торцевой области 142. Третья поверхность 164 может быть расположена под углом относительно продольной оси 48 первого вала 42 коробки передач. Четвертая поверхность 166 может быть расположена под углом относительно продольной оси 48 первого вала 42 коробки передач. Третья поверхность 164 и четвертая поверхность 166 могут образовывать угол θ. Как показано на фиг. 5-6, третья поверхность 164 и четвертая поверхность 166 могут быть расположены под острым углом друг к другу.

Третья поверхность 164 может иметь третью длину l₃. Четвертая поверхность 166 может иметь четвертую длину l₄. Третья длина l₃ и четвертая длина l₄ могут быть по существу одинаковыми, так что третья поверхность 164 и четвертая поверхность 166 являются симметричными.

Множество 150 формованных зубьев сцепления могут быть выполнены с возможностью зацепления со множеством 96 зубьев муфты во время операции переключения передачи. Как показано на фиг. 5А, во время операции повышения передачи третья поверхность 164 формованного зуба 160 входит в зацепление со второй поверхностью 106 зуба 100 муфты. Зацепление между третьей поверхностью 164 и второй поверхностью 106 образует первую зону 170 контакта. Как показано на фиг. 5В, во время операции понижения передачи четвертая поверхность 166 прилегающего формованного зуба сцепления входит в зацепление с первой поверхностью 104 зуба 100 муфты. Зацепление между четвертой поверхностью 166 и первой поверхностью 104 образует вторую зону 172 контакта. Асимметричное расположение первой поверхности 104 и второй поверхности 106 может обеспечить больший размер первой зоны 170 контакта по сравнению со второй зоной 172 контакта.

Как показано на фиг. 6, во время операций повышения и понижения передачи симметричное расположение первой поверхности 104 и второй поверхности 106 может обеспечить по существу одинаковый размер первой зоны 170 контакта и второй зоны 172 контакта. Симметричная конструкция первой поверхности 104 и второй поверхности 106, а также симметричная конструкция третьей поверхности 164 и четвертной поверхности 166 может повысить износостойкость формованного зуба 160 сцепления.

Внутренняя поверхность 148 в целом цилиндрического корпуса 144 может содержать множество 152 формованных канавок, образованных внутренней поверхностью 148. Каждая канавка из множества 152 формованных канавок может проходить в осевом направлении вдоль внутренней поверхности 148 цилиндрического корпуса 144. Каждая формованная канавка может быть расположена по существу параллельно оси 48 первого вала 42 коробки передач.

Множество 152 формованных канавок может быть выполнено в виде фрикционной поверхности. В результате того, что скользящая муфта 70 смещает блокирующее кольцо 74 к конусу зацепляющего кольца 78 во время операции переключения передачи, множество 152 формованных канавок входит в зацепление с конусом зацепляющего кольца 78 в условиях разницы скорости вращения между требуемой шестерней и узлом 84 муфты. Множество 152 формованных канавок, входящих в зацепление с конусом зацепляющего кольца 78, совместно с множеством 150 формованных зубьев сцепления, входящих в зацепление с множеством 96 зубьев муфты, позволяет блокирующему кольцу 74 синхронизировать скорости вращения требуемой шестерни и узла 84 муфты.

Наружная поверхность 146 может содержать формованную зацепляющую накладку 154, проходящую радиально наружу из наружной поверхности 146 цилиндрического корпуса 144. Формованная зацепляющая накладка 154 может отстоять от первой торцевой области 140. Формованная зацепляющая накладка 154 может находиться вблизи второй торцевой области 142. По меньшей мере в одном варианте осуществления изобретения наружный диаметр наружной поверхности 146 может быть меньше, чем диаметр Rd окружности впадин первой торцевой области 140, так что первая торцевая область 140 и цилиндрический корпус 144 являются ступенчатыми относительно друг друга.

Формованная зацепляющая накладка 154 может быть выполнена с возможностью расположения внутри паза или сопряжения с пазом 122 неподвижной ступицы 72 узла 84 скользящей муфты. Формованная зацепляющая накладка 154 приблизительно выравнивает множество 150 формованных зубьев сцепления относительно множества зубьев 98 шлица 96 муфты. Формованная зацепляющая накладка 154, расположенная внутри паза 122, обеспечивает возможность относительного перемещения между блокирующим кольцом 74 и узлом 84 скользящей муфты, содержащим скользящую муфту 70 и неподвижную ступицу 72. Кроме того, второй торец 142 цилиндрического корпуса 144 может образовывать впадину 180. Впадина 180 может быть расположена вблизи формованной зацепляющей накладки 154 и выполнена в виде индексирующего паза. Индексирующий паз запирает блокирующее кольцо 74 относительно узла 84 скользящей муфты.

Блокирующее кольцо 74 может быть выполнено посредством литья под давлением. Блокирующее кольцо 74 может быть выполнено в виде сплошного корпуса, содержащего формованные элементы, такие как формованные зубья 150 сцепления, множество 152 формованных канавок, формованную зацепляющую накладку 154 и впадину 180. В процессе литья под давлением может быть осуществлен впрыск термопластичного материала в полость литейной формы по меньшей мере через три отверстия 200 впрыска.

По меньшей мере одно отверстие 200 впрыска может быть расположено вблизи формованной зацепляющей накладки 154. По меньшей мере в одном процессе литья под давлением отверстия 200 впрыска могут быть равноудалены друг от друга таким образом, что получившаяся формованная зацепляющая накладка 154 оказывается равномерно разделенной с интервалом 120°. Равномерное распределение отверстий 200 впрыска и получающиеся в результате формованные зацепляющие накладки 154 могут улучшить механические свойства блокирующего кольца 74, такие как жесткость, прочность и т.п. и снизить геометрические искажения.

Зацепляющее кольцо 78 может быть расположено между требуемой шестерней и блокирующим кольцом 74. Зацепляющее кольцо 78 содержит множество 190 зубьев шестерни, проходящих радиально наружу от диаметра Re окружности впадин зацепляющего кольца 78. Множество 96 зубьев муфты может быть выполнено с возможностью вхождения в зацепление с множеством 190 зубьев шестерни во время операции переключения передачи после выполнения приблизительной синхронизации скорости вращения требуемой шестерни и узла 84 скользящей муфты или одновременно с выполнением синхронизации.

Зацепляющее кольцо 78 может содержать конус 192, проходящий в осевом направлении от поверхности 194 зацепляющего кольца 78. Конус 192 зацепляющего кольца 78 может сужаться в направлении неподвижной ступицы 72 узла 84 скользящей муфты. Фрикционное сцепление между множеством 152 формованных канавок и конусом 192 зацепляющего кольца 78 образует конусную фрикционную муфту.

Несмотря на то, что выше описаны иллюстративные варианты осуществления изобретения, не предполагается, что данные варианты описывают все возможные варианты осуществления настоящего изобретения. Более того, формулировки, используемые в данной заявке, являются скорее описательными, нежели ограничивающими, и следует понимать, что могут быть внесены различные изменения в пределах сущности и объема настоящего изобретения. Кроме того, характеристики различных вариантов осуществления изобретения могут быть объединены с образованием дополнительных вариантов осуществления настоящего изобретения.

Коробка передач содержит два комплекта шестерен на двух валах и синхронизатор. Комплекты находятся в зацеплении. Синхронизатор (34) коробки передач содержит скользящую муфту (70), ступицу (72), выполненную с возможностью размещения внутри скользящей муфты (70), и блокирующее кольцо (74), расположенное вблизи ступицы (72). Блокирующее кольцо (74) содержит множество (150) формованных зубьев сцепления или зацепляющую накладку и множество (152) формованных канавок, проходящих в осевом направлении вдоль внутренней поверхности (142) блокирующего кольца (74). Достигается расширение арсенала технических средств. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 10 ил., 1табл.

1. Коробка передач, содержащая:

первый комплект шестерен, опирающийся на первый вал;

второй комплект шестерен, находящийся в зацеплении с первым комплектом шестерен и опирающийся на второй вал, причем первый комплект шестерен и второй комплект шестерен расположены с возможностью вращения внутри корпуса коробки передач; и

синхронизатор коробки передач, опирающийся на первый вал и расположенный вблизи шестерни первого комплекта шестерен, включающий в себя:

скользящую муфту, имеющую внутреннюю поверхность, образующую шлиц муфты,

ступицу, расположенную внутри скользящей муфты и имеющую множество зубьев шестерни, проходящих радиально наружу от диаметра окружности впадин ступицы и выполненных с возможностью зацепления со шлицем муфты, а также паз, расположенный вблизи диаметра окружности впадин ступицы и отстоящий от множества зубьев шестерни, и

блокирующее кольцо, выполненное из термопластичного материала, содержащее множество формованных зубьев сцепления, проходящих радиально наружу от диаметра окружности впадин блокирующего кольца, и внутреннюю поверхность, образующую формованный шлиц, причем множество формованных зубьев сцепления выполнены с возможностью зацепления со шлицем муфты в результате вхождения скользящей муфты в зацепление с блокирующим кольцом во время операции переключения передачи.

2. Коробка передач по п. 1, в которой блокирующее кольцо имеет наружную поверхность, образующую формованную зацепляющую накладку, проходящую радиально наружу из наружной поверхности блокирующего кольца и выполненную с возможностью размещения внутри паза ступицы.

3. Коробка передач по п. 2, в которой паз выполнен по существу с возможностью выравнивания формованных зубьев сцепления относительно шлица муфты и обеспечения относительного перемещения между блокирующим кольцом, ступицей и скользящей муфтой, когда формованная зацепляющая накладка находится внутри паза ступицы.

4. Коробка передач по п. 1, в которой синхронизатор коробки передач дополнительно содержит зацепляющее кольцо, имеющее конус, проходящий от поверхности зацепляющего кольца к ступице, и зубья шестерни, проходящие радиально наружу от диаметра окружности впадин зацепляющего кольца, причем формованный шлиц блокирующего кольца выполнен с возможностью зацепления с конусом во время операции переключения передачи.

5. Коробка передач по п. 1, в которой термопластичный материал содержит полимерный композит с высокими эксплуатационными характеристиками.

6. Коробка передач по п. 1, в которой термопластичный материал имеет прочность на разрыв в диапазоне 200-500 МПа.

7. Коробка передач по п. 1, в которой термопластичный материал имеет плотность в диапазоне 1,40-1,44 г/см³.

8. Синхронизатор коробки передач, содержащий:

скользящую муфту, которая имеет внутреннюю поверхность, образующую множество зубьев муфты, проходящих радиально внутрь от внутренней поверхности скользящей муфты в направлении вала коробки передач, где каждый зуб множества зубьев муфты содержит вершину головки зуба, образованную первой поверхностью, расположенной под первым углом относительно продольной оси вала коробки передач, и второй поверхностью, расположенной под вторым углом относительно продольной оси вала коробки передач;

ступицу, имеющую множество зубьев шестерни ступицы, проходящих радиально наружу от диаметра окружности впадин ступицы, и выполненную с возможностью размещения внутри скользящей муфты; и

блокирующее кольцо, выполненное из термопластичного материала и расположенное вблизи ступицы, которое содержит:

множество формованных зубьев сцепления, проходящих радиально наружу от диаметра окружности впадин блокирующего кольца, где каждый зуб множества формованных зубьев сцепления содержит торцевую поверхность, образованную третьей поверхностью, расположенной под третьим углом относительно продольной оси вала коробки передач, и четвертой поверхностью, расположенной под четвертым углом относительно продольной оси вала коробки передач, причем вторая поверхность выполнена с возможностью зацепления с третьей поверхностью во время операции повышения передачи, а первая поверхность выполнена с возможностью зацепления с четвертой поверхностью прилегающего формованного зуба сцепления блокирующего кольца во время операции понижения передачи, и

внутреннюю поверхность, образующую множество формованных канавок, проходящих в осевом направлении вдоль внутренней поверхности блокирующего кольца, где каждая канавка из множества формованных канавок расположена по существу параллельно продольной оси блокирующего кольца.

9. Синхронизатор коробки передач по п. 8, дополнительно содержащий зацепляющее кольцо, расположенное между шестерней и блокирующим кольцом, имеющее конус, проходящий в осевом направлении от поверхности зацепляющего кольца и сужающийся к ступице, причем множество формованных канавок блокирующего кольца выполнены с возможностью фрикционного сцепления с конусом во время по меньшей мере одной из операций повышения передачи и понижения передачи.

10. Синхронизатор коробки передач по п. 8, в котором первая поверхность имеет первую длину, а вторая поверхность имеет вторую длину, причем вторая длина больше, чем первая длина.

11. Синхронизатор коробки передач по п. 8, в котором третья поверхность имеет третью длину, а четвертая поверхность имеет четвертую длину, причем третья длина по существу равна второй длине второй поверхности.

12. Синхронизатор коробки передач по п. 8, в котором каждый зуб из множества зубьев муфты содержит первую боковую поверхность, проходящую от внутренней поверхности к первой поверхности, и вторую боковую поверхность, отделенную от первой боковой поверхности и проходящую от внутренней поверхности ко второй поверхности, причем первая боковая поверхность и вторая боковая поверхность постепенно отдаляются друг от друга вдоль зуба муфты в направлении вершины головки зуба.

13. Синхронизатор коробки передач по п. 8, в котором первая поверхность и вторая поверхность расположены под острым углом друг к другу.

14. Синхронизатор коробки передач по п. 8, в котором первая поверхность и вторая поверхность расположены под тупым углом друг к другу.

15. Синхронизатор коробки передач по п. 8, в котором зацепление между второй поверхностью и третьей поверхностью образует первую зону контакта, а зацепление между первой поверхностью и четвертой поверхностью прилегающего формованного зуба сцепления блокирующего кольца образует вторую зону контакта, причем первая зона контакта по существу аналогична второй зоне контакта.

16. Блокирующее кольцо синхронизатора коробки передач, содержащее:

первую торцевую область, выполненную с возможностью расположения вблизи зацепляющего кольца и имеющую множество формованных зубьев сцепления, расположенных непрерывно по периметру первой торцевой области;

вторую торцевую область, выполненную с возможностью расположения вблизи узла муфты; и

по существу цилиндрический корпус, проходящий между первой торцевой областью и второй торцевой областью и содержащий наружную поверхность и внутреннюю поверхность,

причем наружная поверхность содержит формованную зацепляющую накладку, проходящую радиально наружу от наружной поверхности и выполненную с возможностью сопряжения с пазом узла муфты, и

внутренняя поверхность содержит множество формованных канавок, каждая из которых проходит в осевом направлении вдоль внутренней поверхности, причем указанное множество формованных канавок выполнено с возможностью зацепления с конусом зацепляющего кольца во время операции переключения коробки передач в ответ на разницу скоростей вращения между шестерней и узлом муфты.

17. Блокирующее кольцо синхронизатора коробки передач по п. 16, в котором вторая торцевая область образует индексирующий паз, расположенный вблизи формованной зацепляющей накладки.

18. Блокирующее кольцо синхронизатора коробки передач по п. 16, выполненное из полимерного композита с высокими эксплуатационными характеристиками, содержащего 20-40% углеволоконного наполнителя.

19. Блокирующее кольцо синхронизатора коробки передач по п. 16, выполненное посредством литья под давлением через три отверстия впрыска для увеличения жесткости и уменьшения геометрических искажений.

20. Блокирующее кольцо синхронизатора коробки передач по п. 19, в процессе изготовления которого задействовано по меньшей мере одно отверстие впрыска, расположенное вблизи формованной зацепляющей накладки.