синхронизатор включения передач ступенчатых трансмиссий

Формула изобретения

1. Синхронизатор включения передач ступенчатых трансмиссий, содержащий шестерни, установленные на валу свободно, зубчатую муфту, установленную на шлицах вала, снабженную фигурными отверстиями для прохода пальцев, соединенных с обеих сторон с обоймами, упругоподатливые элементы, отличающийся тем, что каждая обойма выполнена заодно с пустотелым барабаном, внутри которого расположены упругоподатливые элементы, выполненные в виде двух пружин кручения разного диаметра с противоположным направлением навивки, в обоймах одни концы пружин закреплены наглухо, на барабанах с возможностью ограниченного осевого смещения свободно установлены диски, в концентрических выточках которых свободно расположены другие концы пружин, а с обратной стороны дисков выполнены штыри-выступы, имеющие возможность входа в сопрягаемые пазы, выполненные в шестернях или элементах с ними жестко связанных.

2. Синхронизатор по п.1, отличающийся тем, что ширина пазов на 0,5 мм больше ширины штырей-выступов, а длина в 2 раза больше длины штырей-выступов.

3. Синхронизатор по п.1, отличающийся тем, что одни из торцов выточек, выполненных в диске, находятся рядом, диаметры осевых линий выточек равны средним диаметрам пружин, свободные концы пружин расположены около вышеупомянутых торцов выточек.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области транспортного машиностроения, в частности к механизмам синхронизации в коробках передач тракторов, строительно-дорожных машин, особенно в тех машинах, в которых наряду с переключением под нагрузкой имеется вариант синхронизированной коробки передач, с таким же числом передач и диапазонов.

Данные механизмы используются, в частности, на тракторах. Они унифицированы по присоединительным размерам корпусных и других деталей. Так, уровень унификации коробок передач Минского тракторного завода превышает 80% [Ксеневич И.П. Тракторы МТЗ-100 и МТЗ-102. - М.: Агропромиздат, 1986. - 256 с., ил. - стр.79].

В синхронизированных коробках передач МТЗ-100 и МТЗ-102 гидроуправляемые фрикционные муфты заменены синхронизаторами. Вместо механизма управления фрикционными муфтами введен механизм управления синхронизаторами. Причем предлагаемый вариант с пружинами кручения позволит уменьшить усилие на синхронизаторе при включении - выключении передач. А это создаст благоприятные условия для дальнейшей автоматизации управления коробкой передач, а при ручном управлении снизится нагрузка на оператора.

Известен синхронизатор, содержащий каретку, вилку, два конусных фрикционных кольца, пальцы с конусными выточками (патент Российской Федерации на изобретение №2098682 «Инерционный синхронизатор», опубликованный 10.12.1997 г., бюл. №34). Пальцы являются блокирующими. Фиксирующее же устройство, состоящее из разрезных пальцев с выточками, включает и упругие элементы. Выемки под разрезные пальцы фиксаторов выполнены в виде пазов, расположенных в окружном направлении симметрично относительно кольца.

Недостатками этого синхронизатора являются применение сплавов цветных металлов, достаточно большое время переключения передач, зависимость качества работы синхронизатора от температуры окружающей среды.

Наиболее близким техническим решением является синхронизатор включения передач ступенчатых трансмиссий, содержащий шестерни, установленные на валу свободно, зубчатую муфту, установленную на шлицах вала и снабженную фигурными отверстиями для прохода пальцев, соединенных с обеих сторон с дисками (патент Республики Беларусь на изобретение №5811 «Способ А.А.Церени переключения передач ступенчатых трансмиссий и устройство для его осуществления», опубл. 30.12.2003 г., официальный бюллетень РБ №4). На дисках с наружной стороны жестко закреплены синхронизирующие пальцы. На торцовых поверхностях дисков, связанных жестко с шестернями, выполнены канавки, заполненные шариками.

Шарики с обеих сторон замкнуты пружинами, и вместе они образуют упругоподатливые элементы. Канавки закрыты кольцами с возможностью образования паза, имеющего ширину менее диаметра шариков. Упругоподатливые элементы сообщены между собой канавками, ширина которых равна ширине паза. Число же синхронизирующих пальцев равно числу упругоподатливых элементов, а диаметр синхронизирующих пальцев выполнен с возможностью обеспечения входа в паз по всей длине окружности диска.

Недостатком этого синхронизатора является то, что замыкание упругоподатливых элементов осуществляется практически в точках, что предполагает возникновение больших контактных напряжений. Кроме того, при деблокировке преодолевается сопротивление пружин, что увеличивает усилие, необходимое для деблокировки. Не обеспечивается широкий диапазон реализации моментов синхронизации в процессе переключения передач в зависимости от условий переключения. Кроме того, технологически осуществить конструкцию достаточно сложно.

Задачей изобретения является устранение точечного контакта при синхронизации, что уменьшает контактные напряжения, уменьшение усилия деблокировки, упрощение заделки упругоподатливых элементов.

Предлагаемый синхронизатор включения передач ступенчатых трансмиссий содержит шестерни, установленные на валу свободно, зубчатую муфту, установленную на шлицах вала. Зубчатая муфта снабжена фигурными отверстиями для прохода пальцев. Пальцы соединены с обеих сторон с обоймами. Синхронизатор также содержит упругоподатливые элементы. При этом каждая обойма выполнена заодно с пустотелым барабаном, внутри которого расположены упругоподатливые элементы, выполненные в виде двух пружин кручения разного диаметра с противоположным направлением навивки. В обоймах одни концы пружин закреплены наглухо. На барабанах с возможностью ограниченного осевого смещения свободно установлены диски, в концентрических выточках которых свободно расположены другие концы пружин. С обратной стороны дисков выполнены штыри-выступы, имеющие возможность входа в сопрягаемые пазы, выполненные в шестернях или элементах с ними жестко связанных. Ширина пазов может быть на 0,5 мм больше ширины штырей-выступов, а длина в 2 раза больше длины штырей-выступов. Одни из торцов выточек, выполненных в диске, могут находится рядом, диаметры осевых линий выточек могут быть равны средним диаметрам пружин, свободные концы пружин могут быть расположены около вышеупомянутых торцов выточек.

Новым в предложенной конструкции является то, что каждая обойма выполнена заодно с пустотелым барабаном, внутри которого расположены упругоподатливые элементы, выполненные в виде двух пружин кручения разного диаметра с противоположным направлением навивки. В обоймах одни концы пружин закреплены наглухо. На барабанах с возможностью ограниченного осевого смещения свободно установлены диски, в концентрических выточках которых свободно расположены другие концы пружин. С обратной стороны дисков выполнены штыри-выступы, имеющие возможность входа в сопрягаемые пазы, выполненные в шестернях или элементах с ними жестко связанных. Ширина пазов может быть на 0,5 мм больше ширины штырей-выступов, а длина в 2 раза больше длины штырей-выступов. Одни из торцов выточек, выполненных в диске, могут находится рядом, диаметры осевых линий выточек могут быть равны средним диаметрам пружин, свободные концы пружин могут быть расположены около вышеупомянутых торцов выточек.

Техническим результатом изобретения является: повышение долговечности синхронизатора и снижение времени переключения передач, снижение усилия включения синхронизатора, обеспечение более широкого диапазона реализуемых моментов синхронизации в процессе переключения передач в зависимости от условий переключения, обеспечение отсутствия заеданий, так как отсутствуют конические фрикционные поверхности, снижение энергетических затрат при управлении коробкой передач.

На фиг.1 дан продольный разрез синхронизатора.

На фиг.2 показан диск синхронизатора и условно показано расположение концов пружин в выточках диска.

На фиг.3 показан разрез по А-А диска синхронизатора.

На фиг.4 изображена обойма (барабан условно не показан).

На фиг.5 показана жесткая заделка вторых концов пружин. Эту жесткую заделку можно рассматривать как один из возможных вариантов.

На фиг.6 показано расположение пазов в шестерне или в элементе, жестко с ней связанном.

Синхронизатор включения передач ступенчатых трансмиссий содержит две обоймы 1 (фиг.1), выполненные как одно целое с пустотелыми барабанами. Обоймы 1 жестко связаны между собой блокирующими и фиксирующими пальцами 2, концы которых развальцованы. В муфте 3 выполнены отверстия, сквозь которые проходят пальцы 2, также имеющие блокирующие поверхности в виде фасок с каждой стороны отверстия. Обоймы 1 с пустотелыми барабанами не имеют жесткой связи с муфтой 3 и могут быть смещены относительно нее. Поверхность 4 пальцев 2, прилегающая к обоймам 1, является цилиндрической. Все пальцы 2 являются и блокирующими, и фиксирующими. В муфте 3 установлены фиксирующие шарики 5. В барабанах, которые выполнены заодно с обоймами 1, установлены наружная пружина 6 и внутренняя пружина 7 с противоположными направлениями навивки (фиг.1). Концы пружины 6 и пружины 7, являющиеся внутренними по отношению к обоймам 1, закреплены на обоймах жестко (фиг.4, 5). Диски 8 свободно установлены на барабанах обойм 1 с возможностью ограниченного осевого смещения относительно барабанов. Другие концы пружин 6 и 7 заведены в концентрические выточки дисков 8 и в свободном состоянии не касаются торцов выточек (фиг.2). Одни из торцов выточек находятся рядом, а сами выточки от этих торцов расходятся в противоположные стороны. Диаметры осевых линий выточек равны средним диаметрам соответствующих пружин, а свободные концы пружин 6 и 7 расположены около вышеупомянутых торцов выточек. Диски 8 находятся рядом или с элементом 9 с пазами 10 (фиг.1, 6), либо с шестерней 11, в которой выполнены пазы аналогично, как и в элементе 9. Элемент 9 жестко соединен с шестерней 12. Шестерни 11 и 12 установлены свободно на подшипниках на валу 13 коробки передач. Муфта 3 установлена на шлицах вала 13 коробки передач. Шестерни синхронизатора 11 и 12 зацеплены соответственно с шестернями 14 и 15 в коробке передач. На дисках 8 имеются штыри-выступы 16 (фиг.1, 3), имеющие возможность входа в сопрягаемые с ними пазы 10, выполненные в шестерне 11 или в элементе 9. В предложенном варианте ширина пазов 10 на 0,5 мм больше ширины штырей-выступов 16, а длина пазов 10 в 2 раза больше длины штырей-выступов 16.

Работает синхронизатор следующим образом.

При включении передачи в коробке передач, связанной с включением шестерни 12, т.е. ее соединением с валом 13, вилка синхронизатора (не показана) сдвинет синхронизатор вправо. Фиксирующие шарики 5 и блокирующие поверхности муфты 3 не дадут возможности муфте 3 переместиться относительно пальцев 2. При этом обойма 1 (правая) вместе с барабаном и пружинами 6, 7 также переместится вправо. Вправо начнет смещаться и диск 8 и своими штырями-выступами 16 войдет в пазы 10 элемента 9, жестко связанного с шестерней 12. Осевой зазор между диском 8 и барабаном обоймы 1 может частично быть выбранным. Ширина барабана рассчитана на ширину пружин полностью скрученных. Как только штыри-выступы 16 войдут в пазы 10 элемента 9, начнется блокировка муфты 3 всеми пальцами 2, так как угловая скорость вращения обойм 1 и муфты 3 не одинакова. Следует особо подчеркнуть, что вход штырей-выступов 16 в пазы 10 не сопровождается большим ударным действием, так как практически во включении на первом этапе принимает участие только инерционная масса правого диска 8.

После того, как штыри-выступы 16 начнут контактировать с пазами 10, начнет работать, т.е. закручиваться, одна из пружин 6 или 7, направление закрутки которой будет соответствовать тому, в каком направлении идет переключение передач: «вверх» или «вниз».

Выравнивание угловых скоростей элемента 9 (шестерни 12) или шестерни 11 и вала происходит как за счет «закрутки» упругоподатливых элементов (пружина 6, пружина 7), так и за счет трения элемента 9 или шестерни 11 с поверхностью диска 8. При равенстве угловых скоростей шестерни 12 и обоймы 1 с пустотелым барабаном, а заодно и муфты 3, муфта 3 разблокируется, при этом фиксирующий шарик 5 под действием усилия включения муфты 3 выйдет из углубления пальца 2 и муфта 3 передвинется вправо по цилиндрической поверхности 4 пальцев. Зубья муфты 3 и шестерни 12 заблокируются, тем самым включив передачу, т.е. соединив шестерню 12 с валом 13 посредством муфты 3.

Разблокировка осуществляется без больших сопротивлений, т.е. штыри-выступы 16 свободно повернутся в пазах 10 на некоторый угол, необходимый для включения передач. Причем момент десинхронизации будет мал. Аналогичным образом работает синхронизатор и при включении левой шестерни 11.

В данном синхронизаторе сочетаются два способа синхронизации: фрикционный и от деформации пружин. При этом значительно расширен диапазон моментов синхронизации. Такой синхронизатор может найти применение в автоматических коробках передач.

Усилие включения такого синхронизатора позволит изготовить гидропривод или пневмопривод включения передач с достаточно малыми габаритами.