Синхронизатор (варианты)

 

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к синхронизаторам коробок передач. Синхронизатор содержит ступицу с фиксаторами, способную передавать крутящий момент с вала на муфту, расположенную на ступице, блокирующее кольцо, находящееся в зацеплении со ступицей и имеющее зубчатый венец, внутреннее кольцо, находящееся внутренней конусной поверхностью в контакте с поверхностью конуса, выполненного за одно целое с шестерней, и связанное со ступицей тремя выступами, выполненными со стороны его меньшего диаметра и расположенными в трех вырезах гнезд ступицы под пружины фиксаторов, наружное кольцо, связанное с шестерней посредством выступов на его отогнутом в радиальном направлении наружу со стороны его большего диаметра фланце. Наружное кольцо имеет возможность фрикционного контакта внутренней конусной поверхностью с наружной поверхностью внутреннего кольца, а наружной конусной поверхностью с внутренней поверхностью блокирующего кольца. Синхронизатор может быть выполнен в другом варианте, где блокирующее кольцо выполнено из двух элементов: наружного и внутреннего. Наружный элемент имеет кулачки, выполненные в радиальном направлении внутрь со стороны, обращенной к ступице. Концами кулачков наружный элемент взаимосвязан с внутренним кольцом. Наружный элемент блокирующего кольца выполнен из металлокерамики, а внутренний элемент - из сплава цветных металлов. Задачей изобретения является улучшение технологичности изготовления, повышение долговечности и надежности, уменьшение усилия и времени переключения передач в коробке перемены передач. 2 с. и 3 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к синхронизаторам коробок переменных передач.

Известен синхронизатор для шестерни, патент ЕПВ N 0389324, F 16 D 23/06, публикация 26.09.90. г. (прототип), включающий: шестерню с зубчатым венцом; ступицу, в которой выполнены гнезда, в которых размещены фиксаторы с пружинами; муфту, расположенную на наружной поверхности ступицы с возможностью осевого перемещения по ней; блокирующее кольцо с зубчатым венцом на наружной поверхности и с внутренней конусной поверхностью, имеющее возможность осевого перемещения в муфте и зацепленное со ступицей также с возможностью осевого перемещения; внутреннее кольцо с внешней конусной поверхностью, размещенное между наружным кольцом и ступицей, которое связано со ступицей посредством впадин, выполненных с его внутренней стороны и выступов, выполненных на ступице; наружное кольцо, выполненное с внутренней и наружной конусной поверхностью и отогнутым наружу в радиальном направлении со стороны его большего диаметра - фланцем, на котором выполнены выступы, посредством которых оно связано с шестернею, и имеющее возможность перемещения в осевом направлении с возможностью фрикционного контакта своей внутренней конусной поверхностью с наружной конусной поверхностью внутреннего кольца, а наружной конусной поверхностью с внутренней конусной поверхностью блокирующего кольца.

Недостатками данной конструкции синхронизатора являются недостаточная надежность и долговечность, а также необходимость приложения сравнительно большого усилия при переключении передач в коробке переменных передач и затраты большего времени на это переключение - в результате недостаточной суммарной площади фрикционного контакта между поверхностями внутреннего кольца, наружного кольца и блокирующего кольца.

Задача: повышение долговечности и надежности, уменьшение усилия и времени переключения передач в коробке переменных передач.

Решение поставленной задачи по первому варианту устройства достигается тем, что в синхронизаторе, содержащем шестерню с зубчатым венцом, ступицу, в которой выполнены гнезда, в которых размещены фиксаторы с пружинами, посредством которых ступица связана с муфтой, расположенной на наружной поверхности ступицы с возможностью осевого перемещения по ней, блокирующее кольцо с внутренней конусной поверхностью, которое зацеплено со ступицей с возможностью осевого перемещения и имеющего зубчатый венец на наружной поверхности, внутреннее кольцо с внешней конусной поверхностью, размещенное между наружным кольцом и ступицей, связанной с внутренним кольцом посредством выступов и впадин, наружное кольцо, выполненное с внутренней и наружной конусной поверхностью и отогнутым наружу в радиальном направлении со стороны его меньшего диаметра, фланцем, на котором выполнены выступы посредством которых оно связано с шестернею, и имеющее возможность перемещения в осевом направлении с возможностью фрикционного контакта своей внутренней конусной поверхностью с наружной конусной поверхностью внутреннего кольца, а наружной конусной поверхностью с внутренней конусной поверхностью блокирующего кольца, согласно изобретению, что внутреннее кольцо имеет внутреннюю конусную поверхность, на шестерне выполнен за одно целое с ней конус, поверхность которого имеет возможность фрикционного контакта с указанной внутренней конусной поверхностью внутреннего кольца, на котором выполнены выступы со стороны его меньшего диаметра, а в вырезах ступицы выполнены гнезда для размещения в них выступов внутреннего кольца, прочем на внутреннем кольце, со стороны меньшего диаметра выполнено три выступа, расположенных а соответствующих трех вырезах гнезд ступицы под пружины фиксаторов.

Решение поставленной задачи по второму варианту устройства достигается тем, что в синхронизаторе, содержащем шестерню с зубчатым венцом, ступицу, в которой выполнены гнезда, в которых размещены фиксаторы с пружинами, посредством которых ступица связана с муфтой, расположенной на наружной поверхности ступицы с возможностью осевого перемещения по ней, блокирующее кольцо с внутренней конусной поверхностью, которое зацеплено со ступицей с возможностью осевого перемещения и имеющего зубчатый венец на наружной поверхности, внутреннее кольцо с внешней конусной поверхностью, размещенное между наружным кольцом и ступицей, связанной с внутренним кольцом посредством выступов и впадин, наружное кольцо, выполненное с внутренней и наружной конусной поверхностью и отогнутым наружу в радиальном направлении со стороны его меньшего диаметра, фланцем, на котором выполнены выступы посредством которых оно связано с шестернею, и имеющее возможность перемещения в осевом направлении с возможностью фрикционного контакта своей внутренней конусной поверхностью с наружной конусной поверхностью внутреннего кольца, а наружной конусной поверхностью с внутренней конусной поверхностью блокирующего кольца, согласно изобретению, что блокирующее кольцо выполнено из двух взаимосвязанных внутреннего и наружного элементов, причем наружный элемент выполнен с зубчатым венцом, из материала с большими прочностными свойствами, чем внутренний элемент, а на наружном элементе блокирующего кольца выполнены кулачки расположенные в радиальном направлении с его стороны обращенной к ступице и связанные с внутренним кольцом со стороны его меньшего диаметра. В одном из частных случаев, наружный элемент блокировочного кольца выполнен из металлокерамики, а внутренний элемент из сплава цветных металлов, а взаимосвязь между внутренним элементом блокировочного кольца и его наружным элементом осуществлена за счет того, что на внутреннем элементе выполнены выемки, расположенные в нем со стороны обращенной к ступице, в которые входят кулачки наружного элемента.

Сравнение заявляемых технических решений (вариантов) с уровнем техники по научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках показывает, что совокупность существенных признаков заявляемых решений ранее не была известна, следовательно они соответствуют условию патентоспособности "новизна".

Анализ известных технических решений (вариантов) в данной области техники показал, что предложенные устройства имеют признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предложенные технические решения имеют изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.

Предложенные технические решения (варианты) промышленно применимы, так как могут быть изготовлены промышленным способами, работоспособны, осуществимы и воспроизводимы, следовательно, соответствуют условию патентоспособности "промышленная применимость".

Сущность первого варианта изобретения поясняется на чертежах: Фиг. 1 - синхронизатор, общий вид, разрез по оси вала коробки передач; Фиг. 2 - поперечный разрез синхронизатора с видом на блокирующее, наружное и внутреннее кольца.

Сущность второго варианта изобретения поясняется на чертежах: Фиг. 3 - синхронизатор общий вид, разрез по оси вала коробки передач; Фиг. 4 - поперечный разрез синхронизатора с видом на наружное и внутреннее кольца и элементы блокирующего кольца.

Фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 3. (пояснительный чертеж с увеличением и местным вырезом).

Синхронизатор по первому варианту содержит: ступицу 1 с фиксаторами 2, способную передавать крутящий момент с вала 3 на муфту 4, расположенную на наружной поверхности ступицы 1 и имеющую возможность осевого перемещения по ней; блокирующее кольцо 5, находящееся в зацеплении с зазором со ступицей 1 через ее выемки 6 посредством своих кулачков 7 и имеющее зубчатый венец 8 на наружной поверхности; внутреннее кольцо 9, находящееся своей внутренней конусной поверхностью 10 во фрикционном контакте с поверхностью 11 конуса 12, выполненного на боковой части шестерни 13 (или шестерни 14) заодно целое с ней, и связанное со ступицей 1, в частном случае, с помощью трех выступов 15, расположенных в соответствующих трех боковых вырезах 16 гнезд 17 ступицы 1, выполненных под пружины 18 фиксаторов 2; наружное кольцо 19, связанное с шестерней 13 или шестерней 14, через выемки 20 синхронизирующего венца 21 или синхронизирующего венца 22 этих шестерен, посредством выступов 23, выполненных на его отогнутом в радиальном направлении наружу, со стороны его большего диаметра, фланце 24. Наружное кольцо 19 имеет возможность перемещения в осевом направлении с возможность фрикционного контакта своей внутренней конусной поверхностью 25 с наружной конусной поверхностью 26 внутреннего кольца 9, а наружной конусной поверхностью 27 с внутренней конусной поверхностью 28 блокирующего кольца 5 (см. фиг. 1, 2.).

Фиксатор 2 кроме пружины 18 содержит шарик 29 и сухарь 30. Посредством шлицов (на чертежах они показаны, но не обозначены позициями) и посредством сухарей 30 и шариков 29 муфта 4 связана со ступицей 1.

Синхронизирующие венцы 21, 22 выполнены с торцевых сторон шестерен 13 и 14, обращенных к ступице 1 синхронизатора.

Работает синхронизатор по первому варианту следующим образом. При включении одной из двух возможных для синхронизатора передач, муфта 4 движется в сторону шестерни 13 (или шестерни 14) воздействуя через шарик 29 фиксатора 2 на его сухарь 30, который в свою очередь толкает блокирующее кольцо 5, связанное кулачками 7 со ступицей 1 через ее выемки 6. После выбора зазоров по поверхностям 10 и 11, 25 и 26, 27 и 28 между конусом 12, внутренним кольцом 9, наружным кольцом 19 и блокировочным кольцом 5, под действием момента трения блокирующее кольцо 5 проворачивается в пределах выемок 6 ступицы 1 и зубья его зубчатого венца 8 перекрывают путь зубьям муфты 4, чем обеспечивается ее блокировка от включения до полной синхронизации. Под действием момента трения между поверхностями 10 и 11, 25 и 26, 27 и 28 идет работа синхронизации деталей синхронизатора. При выравнивании скоростей вращения муфты 4 и шестерни 13 (или шестерни 14) момент трения между вышеперечисленными взаимодействующими поверхностями исчезает и муфта 4, отжимая блокирующее кольцо 5, по скосам зубьев зубчатого венца 8 перемещается дальше в сторону синхронизирующего венца 21 шестерни 13 (или в сторону синхронизирующего венца 22 шестерни 14) до надвигания на этот венец 21 (или венец 22) своим внутренним зубчатым венцом, т.е. до полного включения передачи (см. фиг. 1, 2).

За счет того, что в заявляемой конструкции (по первому варианту) внутреннее кольцо 9 имеет внутреннюю конусную поверхность 10, а на боковой части шестерни 13 (и шестерни 14) выполнен заодно целое с ней конус 12, поверхность 11 которого имеет возможность фрикционного контакта с указанной внутренней конусной поверхностью 10 внутреннего кольца 9, и за счет того, что внутреннее кольцо 9 связано со ступицей 1 с помощью выступов 15, выполненных со стороны его меньшего диаметра и расположенных в соответствующих (в частном случае) боковых вырезах 16 гнезд 17 ступицы 1 (т.е. рабочая поверхность - конусная поверхность 10 внутреннего кольца 9 не затрагивается для выполнения в ней каких-то соединительных участков со ступицей 1, как это сделано в прототипе), - суммарная площадь фрикционного контакта между поверхностями 10, 11, 25, 26, 27, 28 конуса 12, внутреннего кольца 9, наружного кольца 19 и блокирующего кольца 5 увеличена по сравнению с прототипом, в результате чего повышается надежность и долговечность синхронизатора в целом, и к тому же уменьшаются усилия между взаимодействующими элементами (кольцами 5, 9, 19 и конусом 12) при синхронизации, что приводит к уменьшению усилия и времени переключения передач.

Синхронизатор по второму варианту содержит: ступицу 1 с фиксаторами 2, способную передавать крутящий момент с вала 3 на муфту 4, расположенную на наружной поверхности ступицы 1 и имеющую возможность осевого перемещения по ней; блокирующее кольцо 5, состоящее из наружного элемента 6 и внутреннего элемента 7; внутреннее кольцо 8, находящееся своей внутренней 1 конусной поверхностью 9 во фрикционном контакте с поверхностью 10 конуса 11, выполненного на боковой части шестерни 12 (или шестерни 13) заодно целое с ней; наружное кольцо 14, связанное с шестерней 12 или шестерней 13 посредством выступов 15 на фланце 16 и соответствующих им выемок 17, выполненных в синхронизирующем венце 18 шестерни 12 или синхронизирующем венце 19 шестерни 13. Фланец 16 выполнен со стороны большего диаметра наружного кольца 14 отогнутым в радиальном направлении наружу. Наружное кольцо 14 имеет возможность перемещения в осевом направлении с возможностью фрикционного контакта своей внутренней конусной поверхностью 20 с наружной конусной поверхностью 21 внутреннего кольца 8, а наружной конусной поверхностью 22 с внутренней конусной поверхностью 23 внутреннего элемента 7 блокирующего кольца 5 (см. фиг. 3, 4).

Синхронизирующие венцы 18, 19 выполнены заодно целое с шестернями 12, 13, с их торцевых сторон, обращенных к ступице 1 синхронизатора.

Наружный элемент 6 блокирующего кольца 5 имеет на наружной поверхности зубчатый венец 24, а со стороны обращенной к ступице 1 три кулачка 25 (см. фиг. 5), выполненных в радиальном направлении внутрь. Основания кулачков 25 расположены с зазором в выемках 26 ступицы 1, чем и обеспечивается зацепление наружного элемента 6 блокирующего кольца 5 со ступицей 1. Внутренний элемент 7 блокирующего кольца 5 имеет со стороны обращенной к ступице 1 три выемки 27, через которые проходят средней частью кулачки 25 наружного элемента 6 блокирующего кольца 5, чем и обеспечивается их взаимосвязь. Концы кулачков 25 наружного элемента 6 блокирующего кольца 5 расположены в соответствующих выемках 28 внутреннего кольца 8, выполненных в нем со стороны его меньшего диаметра. Наружный элемент 6 блокирующего кольца 5 выполнен, в частном случае, из металлокерамики, а внутренний элемент 7 - из сплава цветных металлов (как в целом блокирующее кольцо у прототипа).

Фиксатор 2 содержит шарик 29, сухарь 30 и пружину 31. Посредством шлицов (на чертежах они показаны, но не обозначены позициями) и посредством сухарей 30 и шариков 29 муфта 4 связана со ступицей 1.

Работает синхронизатор по второму варианту следующим образом. При включении одной из двух возможных для синхронизатора передач, муфта 4 движется в сторону шестерни 12 (или шестерни 13) воздействуя через шарик 29 фиксатора 2 на его сухарь 30, который в свою очередь толкает блокирующее кольцо 5, а конкретнее его наружный элемент 6, связанный основаниями кулачков 25 со ступицей 1, через ее выемки 26. Наружный элемент 6 в своя) очередь толкает взаимосвязанный с ним, посредством кулачков 25 и выемок 26, внутренний элемент 7. После выбора зазоров по поверхностям 9 и 10, 20 и 21, 22 и 23 между конусом 11, внутренним кольцом 8, наружным кольцом 14 и внутренним элементом 7 блокирующего кольца 5 под действием момента трения наружный элемент 6 блокирующего кольца 5 проворачивается в пределах выемок 26 ступицы 1 и зубья его зубчатого венца 24 перекрывают путь зубьям муфты 4, чем и обеспечивается ее блокировка от включения до полной синхронизации. Под действием момента трения между поверхностями 9 и 10, 20 и 21, 22 и 23 идет работа синхронизации деталей синхронизатора. При выравнивании скоростей вращения муфты 4 и шестерни 12 (или шестерни 13) момент трения между вышеперечисленными взаимодействующими поверхностями исчезает и муфта 4, отжимая наружный элемент 6 блокирующего кольца 5 по скосам зубьев зубчатого венца 24 перемещается дальше в сторону синхронизирующего венца 18 шестерни 12 (или в сторону синхронизирующего венца 19 шестерни 13) до надвигания на этот венец 18 (или венец 19) своим внутренним зубчатым венцом, т.е. до полного включения передачи (см. фиг. 3, 4, 5).

За счет того, что в заявляемом объекте (по второму варианту) внутреннее кольцо 8 имеет внутреннюю конусную поверхность 9, а на боковой части шестерни 12 (и шестерни 13) выполнен заодно целое с ней конус 11, поверхность 10 которого имеет возможность фрикционного контакта с указанной внутренней конусной поверхностью 9 внутреннего кольца 8, и за счет того, что внутреннее кольцо 8 связано с наружным элементом 6 блокировочного кольца 5 посредством кулачков 25 наружного элемента 6 и выемок 28 внутреннего кольца 8 со стороны его меньшего диаметра, т.е. со стороны обращенной к ступице 1 (т.е. рабочая поверхность - конусная поверхность 9 внутреннего кольца 8 не затрагивается для выполнения в ней каких-то соединительных участков со ступицей 1, как это сделано в прототипе), - суммарная площадь фрикционного контакта между поверхностями (9, 10, 20, 21, 22, 23) конуса 11, внутреннего кольца 8, наружного кольца 14 и блокирующего кольца 5 увеличена по сравнению с прототипом, в результате чего повышается надежность и долговечность синхронизатора в целом, и к тому же уменьшаются усилия между этими фрикционно взаимодействующими деталями, что приводит к уменьшению усилия и времени переключения передач.

В результате того, что в заявляемом объекте (по второму варианту) наружный элемент 6 блокировочного кольца 5 выполнен из металлокерамики, т.е. материала с лучшими прочностными свойствами, чем материал внутреннего элемента 7 - сплав цветных металлов, из которого выполнено и блокирующее кольцо прототипа, то и зубья зубчатого венца 24 этого наружного элемента 6 обладают большей прочностью по сравнению с прочностью зубьев зубчатого венца блокировочного кольца прототипа, - что естественно также повышает надежность и долговечность синхронизатора в целом.

Формула изобретения

1. Синхронизатор, содержащий шестерню с зубчатым венцом, ступицу, в которой выполнены гнезда, в которых размещены фиксаторы с пружинами, посредством которых ступица связана с муфтой, расположенной на наружной поверхности ступицы с возможностью осевого перемещения по ней, блокирующее кольцо с внутренней конусной поверхностью, которое зацеплено со ступицей с возможностью осевого перемещения и имеющее зубчатый венец на наружной поверхности, внутреннее кольцо с наружной конусной поверхностью, размещенное между наружным кольцом и ступицей, связанной с внутренним кольцом посредством выступов и впадин, наружное кольцо, выполненное с внутренней и наружной конусной поверхностью и отогнутым наружу в радиальном направлении со стороны его большего диаметра фланцем, на котором выполнены выступы, посредством которых оно связано с шестерней, и имеющее возможность перемещения в осевом направлении с возможностью фрикционного контакта своей внутренней конусной поверхностью с наружной конусной поверхностью внутреннего кольца, а наружной конусной поверхностью с внутренней конусной поверхностью блокирующего кольца, отличающийся тем, что внутреннее кольцо имеет внутреннюю конусную поверхность, на шестерне выполнен за одно целое с ней конус, поверхность которого имеет возможность фрикционного контакта с указанной внутренней конусной поверхностью внутреннего кольца, на котором выполнены выступы со стороны его меньшего диаметра, а в вырезах ступицы выполнены гнезда для размещения в них выступов внутреннего кольца.

2. Синхронизатор по п.1, отличающийся тем, что на внутреннем кольце со стороны его меньшего диаметра выполнено три выступа, расположенных в соответствующих трех боковых вырезах гнезд ступицы под пружины фиксаторов.

3. Синхронизатор, содержащий шестерню с зубчатым венцом, ступицу, в которой выполнены гнезда, в которых размещены фиксаторы с пружинами, посредством которых ступица связана с муфтой, расположенной на наружной поверхности ступицы с возможностью осевого перемещения по ней, блокирующее кольцо с внутренней конусной поверхностью, которое зацеплено со ступицей с возможностью осевого перемещения и имеющее зубчатый венец на наружной поверхности, внутреннее кольцо с наружной конусной поверхностью, размещенное между наружным кольцом и ступицей, связанной с внутренним кольцом посредством выступов и впадин, наружное кольцо, выполненное с внутренней и наружной конусной поверхностью и отогнутым наружу в радиальном направлении со стороны его большего диаметра фланцем, на котором выполнены выступы, посредством которых оно связано с шестерней и имеющее возможность перемещения в осевом направлении с возможностью фрикционного контакта своей внутренней конусной поверхностью с наружной конусной поверхностью внутреннего кольца, а наружной конусной поверхностью с внутренней конусной поверхностью блокирующего кольца, отличающийся тем, что блокирующее кольцо выполнено из двух взаимосвязанных внутреннего и наружного элемента, причем наружный элемент выполнен с зубчатым венцом - из материала с большими прочностными свойствами, чем внутренний элемент, а на наружном элементе блокирующего кольца выполнены кулачки, расположенные в радиальном направлении с его стороны, обращенной к ступице, и связанные с внутренним кольцом со стороны его меньшего диаметра.

4. Синхронизатор по п.3, отличающийся тем, что наружный элемент выполнен из металлокерамики, а внутренний элемент - из сплава цветных металлов.

5. Синхронизатор по п.3, отличающийся тем, что на внутреннем элементе выполнены выемки, размещенные в нем со стороны, обращенной к ступице, в которые входят кулачки наружного элемента.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5