CN1922414A - 用于变速器的同步装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变速器的同步装置，其能有效地减小在同步操作过程中操作载荷的峰值。该同步装置具有连接套1；同步器毂5；摩擦环4和齿式离合套3。还包括同步支承力产生机构，在换档过程中，由于在摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a之间产生的瞬时同步扭矩，使得在上述同步器毂5与上述摩擦环4之间产生的相对转动，该机构能把相对转动所引起的圆周力转换成沿轴向作用的同步支承力，并用这种支承力把上述摩擦环4压向上述齿式离合套3；以及相对转动限制结构，该相对转动限制结构位于上述摩擦环4与同步器毂5之间，在空档时，用于限制摩擦环4与同步器毂5之间的相对转动，以便不会产生上述同步支承力。

Description

用于变速器的同步装置

相关的交叉申请

根据35U.S.C.§119，本申请要求2004年10月28日提交的日本专利申请No.2004-314705的优先权，该申请的全部内容以引用的方式被全部并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种带有同步装置的变速器，这种同步装置是用于自动动力传递装置的，并且至少配备有一个连接套，一个同步器毂，一个摩擦环，和一个齿式离合套。

背景技术

在传统的手动变速器同步装置中，是通过驾驶员操作变速杆移动上述连接套来进行变速的，并且，上述连接套的倒角与摩擦环的倒角接触。然后，连接套停止移动，摩擦环的锥面推动齿式离合套的锥面，从而产生同步扭矩(同步驱动力)，结果导致摩擦环便与同步器毂一起同步转动(例如，参见未经审查的，日本专利申请公开公报No.H6-33952，以及未经审查的日本实用新型申请公开公报No.H6-8824)。

发明内容

在传统的手动变速器同步装置中，在连接套倒角与摩擦环倒角接触之后，当摩擦环锥面推动齿式离合套锥面时，所产生的全部同步扭矩(同步力)都是直接从连接套传递给换档杆的。这种结构无助于减小换档的操作力。

本发明就是着眼于这一点，其主要目的是提供一种变速器同步装置，它能有效地降低同步过程中操作载荷的峰值。

为达到上述目的，本发明的变速器同步装置装有连接套、同步器毂、摩擦环和齿式离合套。上述变速器还包括同步支承力产生机构，在换档过程中，当由于在摩擦环锥面与齿式离合套锥面之间所产生的瞬时的同步扭矩，而在同步器毂与摩擦环之间产生了相对转动时，上述同步支承力产生机构便把由于相对转动而引起的圆周力转变为沿着轴向作用的同步支承力，而摩擦环就由这个支承力压在齿式离合套上。上述变速器还包括位于上述摩擦环与同步器毂之间的相对转动限制结构，在空档时，它能限制摩擦环与同步器毂之间的相对转动，所以就不会产生同步支承力。

在本发明的变速器同步装置中，在换档过程中，当由于在摩擦环锥面与齿式离合套锥面之间产生了瞬时同步扭矩，而在同步器毂与摩擦环之间发生相对转动时，上述同步支承力产生机构便把由于相对转动所引起的圆周力，转换为沿着轴向作用的同步支承力，从而把摩擦环压在齿式离合套上。这种同步支承力是在同步器毂与摩擦环之间产生的，而它的反作用力则由同步器毂来承受，所以它不会传递到连接套一侧。因此，这个力可称之为机械同步力(以下称之为“自发同步力”)，它是在装置内部产生的。因此，为同步转动所必需的换档操作载荷，就是减小相对转动所需要的载荷，而这种相对转动已经被瞬时同步力减少到零了。这样，就能有效地减小同步过程中操作载荷的峰值。

此外，当在空档时，由于摩擦环的重量或者油膜等等原因而在同步锥面上产生制动扭矩时，有可能在同步器毂与摩擦环之间产生相对转动，就会引起摩擦环与同步器毂之间的相对转动，因而就会产生自发推力载荷。但，因为在空档时，摩擦环与同步器毂之间的相对转动量是可以限制的，所以，安装在摩擦环与同步器毂之间的相对转动限制结构不会产生同步支承力，从而能防止产生自发推力。

附图说明

图1是空档时，实施例1的同步装置中的插入键部分的横断面图；

图2是沿图1中的箭头A方向看到到的实施例1的同步装置的向视图；

图3是实施例1的同步装置中的摩擦环的正视图；

图4是实施例1的同步装置中的同步器毂的正视图；

图5A是空档时，现有技术的一个同步装置例子中的插入键部分的横断面图，图5B是从图5A中的箭头A方向看到的视图；

图6A是换档时，现有技术的一个同步装置例子中的插入键部分的横断面图，图6B是从图6A的箭头A方向看到的视图；

图7A是在推进状态下，现有技术的一个同步装置例子中的插入键部分的横断面图，图7B是从图7A的箭头A方向看到的视图；

图8是当实施例1的同步装置的相对转动的定位部分处于锁定状态下，插入键部分的横断面图；

图9是从图8中的箭头A方向看到的实施例1中的同步装置的向视图；

图10是当实施例1的同步装置在同步运动过程中插入键部分的横断面图；

图11是从图10中的箭头A方向看到的实施例1的同步装置的向视图；

图12是表示实施例1中的同步装置与传统的同步装置，比较其相对转动特性和操作载荷特性与操作时间的关系的对照图；

图13是空档时，实施例2的同步装置中的插入键部分的横断面图；

图14是沿图13中的箭头A方向看到的实施例2的同步装置的向视图；

图15是当实施例2的同步装置的相对转动的定位部分处于锁定状态下，插入键部分的横断面图；

图16是沿图15中的箭头A方向看到的实施例2的同步装置的向视图；

图17是当实施例2的同步装置在同步运动过程中插入键部分的横断面图；

图18是沿图17中的箭头A方向看到的实施例2的同步装置的向视图；

图19是在摩擦环倒角推进的状态下，实施例2的同步装置中的插入键部分的横断面图；

图20是沿图19中的箭头A方向看到的实施例2的同步装置的向视图；

图21是当实施例3中的同步装置的相对转动定位部分处于锁定状态下，插入键部分的平面图；

图22是在实施例4中描述的自动变速器(MT)的整体系统图，它使用本发明中的同步装置；

图23是表示使用实施例4中所描述的自动变速器的换档过程的流程图。

标号说明：

1 连接套

1a 连接套倒角

2 主传动齿轮

3 齿式离合套

3a 齿式离合套锥面

3b 齿式离合套倒角

4 摩擦环

4a 摩擦环锥面

4b 摩擦环倒角

4c 摩擦环键槽

4d 摩擦环凸出部分(同步支承力产生机构)

5 同步器毂

5a 同步器毂花键

5d 同步器毂凹下部分(同步支承力产生机构)

6 插入键

7，7’，7” 相对转动定位凸出部分(相对转动限制结构)

8，8’，8” 相对转动定位凹下部分(相对转动限制结构)

11 键弹簧

42 自动变速器(MT)

44 换档致动器

具体实施方式

下面，参照附图中的实施例1～4，说明实施本发明的变速器同步装置的优选实施例。

[实施例1]

首先说明结构。图1是在空档时，实施例1的同步装置中的插入键部分的横断面图。如图1所示，实施例1的变速器同步装置中装有连接套1、主传动齿轮2、齿式离合套3、摩擦环4、同步器毂5和插入键6。

连接套1是用于为变速操作加载(手动控制力或者致动器驱动力)的动力输入构件。连接套1通过花键连接方式连接到同步器毂5上，它与同步器毂5作为单个部件，一起转动，并且能沿着轴向移动。在连接套1的内表面上形成连接套倒角1a，而换档叉(图中未表示)插入该连接套外表面的凹槽中。

主传动齿轮2可转动地围绕变速器旋转轴(图中未表示)设置在，当换档操作完成后，它便与变速器旋转轴一起转动。主传动齿轮通过其它齿轮与输出轴(图中未表示)啮合，与从动轮胎一起转动的。

齿式离合套3是一个与上述主传动齿轮2和同步器毂5同步转动的同步构件，它借助于压配合与主传动齿轮2成为一个整体。在齿式离合套3上形成齿式离合套锥面3a和齿式离合套倒角3b，齿式离合套锥面3a与在摩擦环4上形成的摩擦环锥面4a配合，而齿式离合套倒角3b与连接套倒角1a互锁。

摩擦环4是一个与上述主传动齿轮2和同步器毂5同步转动的同步构件，它能沿着轴向移动，并且能相对于同步器毂5沿着圆周上转动一个预定的量(花键齿倒角的换位距离，以下称之为“分度距离”)。在这个摩擦环4上形成锥度与齿式离合套锥面3a相配的摩擦环锥面4a，与连接套倒角1a互锁的摩擦环倒角4b，以及插入键6位于其中的摩擦环键槽4c。

同步器毂5是通过花键连接固定在变速器旋转轴(图中未表示)上的同步构件。在同步器毂5上形成与连接套1的连接套倒角1a配合的同步器毂花键5a，和插入键6插入其中的插入键凹槽5c。

插入键6是位于在同步器毂5外圆周上形成的三条插入键凹槽5c(参见图4)内的同步构件。插入键6由同步器毂5、连接套1和键弹簧11支承。插入键6的定位是通过把插入键6外圆周上的键凸起锁定在连接套1的键槽中来实现的，所以它们与同步器毂5一体转动，并且通过与连接套1啮合，能沿轴向移动。

图2是沿图1中的箭头A方向看到到的实施例1的同步装置的向视图。图3是实施例1的同步装置中的摩擦环的正视图。图4是实施例1的同步装置中的同步器毂的正视图。下面，说明同步支承力产生机构的构造，和相对转动限制结构。

上述同步支承力产生机构是这样一种机构，即，在换档过程中，当由于在摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a之间产生了一个瞬间的同步扭矩，使得同步器毂5与摩擦环4之间产生了相对转动时，它便把由于相对转动而产生的圆周力转变为沿着轴向作用的同步支承力，于是，摩擦环4被压向齿式离合套3。

如图2所示，实施例1中的同步支承力产生机构，沿着上述轴向，安装在朝向上述同步器毂5和上述摩擦环4的位置上，并且由同步器毂凹下部分5d和摩擦环凸出部分4d构成，这两个部分通过凸轮表面的接触，由同步器毂5与摩擦环4之间的分度相对转动，产生同步支承力。

如图2所示，同步器毂凹下部分5d是一个凹槽，其具有在同步器毂5的插入键凹槽5c的两侧形成的一对倾斜的表面。如图4和图5所示，同步器毂凹下部分5d存在于圆周上的三个位置上。

如图2所示，摩擦环凸出部分4d是一个突出部分，它具有在摩擦环键槽4c的两个侧面上形成的一对倾斜表面。如图3所示，摩擦环凸出部分4d存在于圆周上的三个位置上。各凸轮表面的倾斜角度是这样确定的，即，要让它获得适当的同步支承力。在实施例1中，上述倾斜表面具有恒定的45°左右的倾斜角度，这个角度能有效地产生同步支承力。

上述相对转动限制结构位于摩擦环4与同步器毂5之间，并在空档时，限制摩擦环4与同步器毂5之间的相对转动，以使其不产生同步支承力。

实施例1中的相对转动限制结构，沿着轴向安装在朝向上述同步器毂5与上述摩擦环4的位置上，并由相对转动定位凹下部分8和相对转动定位凸出部分7所构成，它借助于凹下部分与凸出部分的接触，来限制同步器毂5与上述摩擦环4之间的相对转动。

如图2所示，对于相对转动定位凹下部分8来说，如果同步器毂凹下部分5d的倾斜表面与摩擦环凸出部分4d的倾斜表面之间的圆周上的间隙为L1，而相对转动定位凹下部分8与相对转动定位凸出部分7之间的圆周上的间隙为L2，则要把L1设定得长于L2。

当在空档时，相对转动定位凹下部分8与相对转动定位凸出部分7啮合，而在同步动作中，这种啮合就松开。因此，如果上述相对转动定位凸出部分7的轴向距离为L4，而上述用于同步的摩擦环的轴向移动距离为L3，则把它们设计成L3长于L4(参见图11)。

如图2所示，相对转动定位凹下部分8是一个矩形的凹槽，而相对转动定位凸出部分7是一个矩形的凸起，其顶部是倒圆的。如图3和4所示，相对转动定位凸出部分7和相对转动定位凹下部分8都安装在圆周上的一个或几个位置上。

操作过程的说明

如图5(a)和5(b)所示，这是本申请人在日本专利申请No.2004-135994中提出的一种变速器同步装置，它具有连接套1、同步器毂5、摩擦环4和齿式离合套3。这种变速器同步装置还包括同步支承力产生机构(同步器毂凹下部分5d和摩擦环凸出部分4d)，在换档的过程中，当由于在摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a之间产生了一个瞬间的同步扭矩，使得同步器毂5与摩擦环4之间产生相对转动时，它便把由于相对转动而产生的圆周力转变为沿着轴向作用的同步支承力，于是，摩擦环4被压向齿式离合套3。

在以上提到的先前的发明中，在换档的过程中，由于同步器毂5与摩擦环4之间的相对转动所产生的圆周力，转换为沿轴向作用的同步支承力，于是，摩擦环4被压向齿式离合套3。这种同步支承力是在同步器毂5与摩擦环4之间产生的，并且由同步器毂5来承受其反作用力，所以这种力不会传递给连接套1所在的这一侧。因此，这种力可以称之为自发的同步力。因而，为同步转动所必需的换档操作载荷，就是减少相对转动所需要的载荷，而这种载荷已经由于自发的同步力把相对转动降低到零而降低了。这样，就能有效地降低在同步过程中的操作载荷的峰值。

然而，在空档时，则如图5(a)和5(b)所示，由于摩擦环4的重量或者油膜等等原因，在摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a之间产生了制动扭矩，使得在摩擦环4与同步器毂5之间产生了相对转动，结果，同步器毂凹下部分5d与摩擦环凸出部分4d发生接触，并产生了把摩擦环4压向齿式离合套锥面3a的自发推力载荷(参见图6a和6b)。如果自发推力载荷是在其它驱动位置上产生的，则摩擦环4便保持在推动齿式离合套3一侧的状态下，而且，由于对摩擦环4产生了恒定的推力载荷，摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a便产生了摩擦接触(参见图7(a)和7(b))。

换言之，处于空档时(不选择齿轮啮合)，由于在摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a之间产生了制动扭矩，使得同步器毂凹下部分5d与摩擦环凸出部分4d互相发生了接触，从而必定产生把齿式离合套锥面3a推向摩擦环4的自发推力载荷。

换档同步操作

下面，说明为解决上述问题的实施例1中的同步装置的换档同步操作。此时，连接套1向图1中所示的右方移动。正在以高速转动的主传动齿轮2，便与正在以低速转动的旋转传动轴的转动同步，于是主传动齿轮2便与传动轴一体转动。

当处于空档时，在同步器毂5与齿式离合套3之间有相对的转动差，于是摩擦环4便与同步器毂5一起转动(参见图1和2)。

当由于摩擦环4的重量或者油膜等等原因，在摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a之间产生了制动扭矩时，便在摩擦环4与同步器毂5之间产生了由这种制动扭矩而引起的相对转动，而同步器毂凹下部分5d与摩擦环凸出部分4d则沿着圆周上移动，试图互相接触。

然而，在摩擦环凸出部分4d的倾斜表面与同步器毂凹下部分5d的倾斜表面压接之前，在相对转动定位凸出部分7与相对转动定位凹下部分8之间的圆周间隙L2消失，即，L2’＝0，所以相对转动定位凸出部分7与凹下部分8便互相锁定，从而摩擦环凸出部分4d与同步器毂凹下部分5d之间的圆周上的间隙，或L1，被保证有一定的间隙，即，L1’＞0。换言之，就能避免在空档时由于摩擦环凸出部分4d与同步器毂凹下部分5d之间的接触而产生的自发推力载荷FN(参见图8和9)。更准确的说，当处于空档时，即使在摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a之间，由于摩擦环4的重量或者油膜等等原因，产生了制动扭矩，也能够防止出现自发的同步力。

因此，如图8和9所示，当连接套1从空档位置向换档方向移动时，插入键6便推动摩擦环4，于是摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a便互相接触，但是，由于摩擦环4的移动距离或L3，比相对转动定位凸出部分7的轴向移动距离或L4长，使得相对转动定位凸出部分7与凹下部分8的凹-凸配合松开了，所以，就能够进行同步动作了(参见图10和11)。

然后，插入键6推动摩擦环4，使摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a互相接触，于是便产生了一个瞬间同步扭矩，完成了摩擦环4的角度转位。这种角度转位是沿着摩擦环凸出部分4d与同步器毂凹下部分5d的凸轮的倾斜表面(通过滑动)来完成的。因此，在角度转位完成的时刻，便由摩擦环凸出部分4d与同步器毂凹下部分5d产生了一个自发的同步力，而且摩擦环4并没有利用从连接套1输入的动力，所以，这种同步动作是自发地开始的。

然后，在完成了摩擦环4的角度转位之后，连接套1仍继续移动，连接套倒角1a推动摩擦环倒角4b，而自发的同步扭矩，和由连接套倒角1a施加在摩擦环倒角4b上的推力所产生的同步扭矩就使同步动作得以产生。同步过程完成后，连接套倒角1a便推开摩擦环倒角4b。

然后，连接套倒角1a撞击在摩擦环倒角4b上，并把它推开，而且，当连接套倒角1a移动到离开它与摩擦环倒角4b接触的位置尽可能远的位置上时，连接套倒角1a便完成了推开摩擦环倒角4b的动作。

接着，连接套倒角1a撞在齿式离合套锥面3b上，并与其互锁，结果，同步器毂5与齿式离合套3便借助于花键连接通过连接套1而成为一个整体，完成换档动作。在“换档完成”状态下，在换档完成之前发生的同步运动结束的时刻，摩擦环4由于回复弹簧(图中未表示)的弹力而回到空档位置(原始位置)，并且相对转动定位凸出部分7和相对转动定位凹下部分8，也由于摩擦环4回到它的原始位置而回到他们的原始位置。

因此，对于实施例1中的同步装置来说，按照这种相对转动限制结构，在空档时限制摩擦环4和同步器毂5的相对转动的量，以便不产生同步支承力，从而能在空档时，无论在同步装置锥面上是否产生制动扭矩，总是能保证顺利的换档操作。这是因为，当变速时，无论在空档时是否产生了制动扭矩，如图12中所示的操作载荷特性抑制了操作载荷的峰值，于是就能可靠地完成同步工作的工作量。

此外，如图2所示，在空档时，由于同步器毂凹下部分5d与摩擦环凸出部分4d之间的圆周上的间隙为L1，与相对转动定位凸出部分7与相对转动定位凹下部分8之间的圆周上的间隙L2的尺寸关系设定为L1＞L2，从而就能在空档时，切实地防止摩擦环凸出部分4d的倾斜表面与同步器毂凹下部分5d之间，由于同步支承力而发生的接触。此外，如图11所示，由于相对转动定位凸出部分7的轴向长度L4与摩擦环4为了完成同步操作而沿着轴向移动的移动量L3之间的尺寸关系，设定为L3＞L4，从而就能可靠地实现：在空档时，相对转动定位凸出部分7与凹下部分8相互锁定，以及在同步操作中，松开相对转动定位凸出部分7与凹下部分8的锁定状态。

在换档时发生的操作载荷特性

下面，说明图12中所示的操作载荷特性。首先，换档杆的换档操作是从t0这一时刻点(以下简称点)开始的。然后，如图1所示，连接套1和插入键6从空档向右方移动，并且操作载荷逐渐增大，一直到它达到t1这一点，此时，设置在位于换档操作机构的中央位置上的，把换档杆的载荷传递给它的换档校验球，便克服弹簧的压力向上提升，而当它提升到t1这一点时，产生了最大的换档校验载荷，此后，一直到t2这一点，操作载荷便降低。在自动变速器的情况下，如图12所示，在t0点上开始换档操作，而且操作载荷逐渐增大，一直到t2这一点。下文中所说明的操作，对于手动变速器和自动变速器是一样的。

接着，插入键6封闭它们本身之间的间隙，并且摩擦环4的凹槽壁的表面便开始发生接触，于是插入键6的载荷增大。如图1所示，当摩擦环4向右移动时，由于插入键载荷增大，便如图8和9所示，齿式离合套锥面3a与摩擦环锥面4a开始互相接触，产生一个瞬间同步扭矩，并在t3这一点上开始由同步支承力所造成的同步。

当由同步支承力所造成的同步开始时，由于在两个锥面3a和4a之间产生了同步扭矩，便在同步器毂5与摩擦环4之间产生了相对转动，于是摩擦环4便完成了的分度转位(indexing)。如图11中的摩擦环分度转位所示，摩擦环4的摩擦环凸出部分4d与同步器毂5的同步器毂凹下部分5d便开始互相接触。在凸出部分4d与凹下部分5d互相接触时产生的圆周上的相对转动力，便因为凸轮表面具有一个倾斜角而分成轴向力和圆周上力。在这两个力中，轴向力用作同步支承力，它把摩擦环4推向主传动齿轮2所在的一侧。

如图12所示，上述同步支承力在t3～t4(同步动作开始时)与t4(最大值)～t5(转位点)之间显示了增大和减小的特性，而在齿式离合套锥面3a与摩擦环锥面4a之间由同步支承力产生了同步扭矩，从而，在同步器毂5与主传动齿轮2(＝第一齿式离合套3)之间进行相对转动的转数ΔN，从开始相对转动时的转数ΔN1减小到相对转动时的转数ΔN0。

这种同步是由于在同步器毂5与摩擦环4之间产生的支承力而造成的，而且由于这种同步支承力的反作用力是由用传动轴固定的同步器毂5来接受的，所以它不会传递给连接套1。换言之，这种在机械中产生的同步支承力支承着为换档所需要的载荷，而不会使换档操作的载荷有任何增加。

此后，连接套1便移动，并且从t5这一点开始，连接套倒角1a与摩擦环倒角4b互相接触，阻止连接套1的移动，而且由于这种接触力很大，在齿式离合套锥面3a与摩擦环锥面4a之间产生了同步扭矩，并且，与传统的同步装置一样，在同样的摩擦状态下产生了同步运动。上述t5是一个交点，同步支承力特性的减小，和施加在连接套1上的操作载荷特性的增大在这个交点上相交。

对于倒角互相接触的同步过程来说，由于在同步器毂5与主传动齿轮2(＝第一齿式离合套3)之间的相对转动的转数ΔN，已经由于机械上的同步操作从相对转动的转数ΔN0降低到相对转数为0，在t6这一点上的操作载荷的峰值是很低的，所以在t7同步结束的这一点上，相对转动的转数为零。

然后，当同步过程结束时，同步扭矩消失了，对连接套1的阻力也解除了，能允许连接套1移动了。在t6这一点上，随着连接套1沿着轴向的移动，插入键6与连接套1的键槽脱离配合，在t7这一点上，它推动摩擦环4，在t8这一点上，连接套1与齿式离合套3的齿式离合套倒角3b锁定在一起，而在t9这一点上，换档操作结束。

因此，当使用传统同步装置时，在同步操作过程中，离合器套筒与摩擦环的倒角接触，而当同步过程发生时，此时，只有施加在连接套上的操作载荷才能使得最初相对转动的转数ΔN1降低到相对转数为零。如图12中关于传统操作力特性的曲线图所示，上述操作载荷在稍微比t4之后的一点上急剧增大，而从t6这一点操作载荷开始下降，从而形成操作载荷增大的峰值。

相反，对于实施例1中的同步装置来说，如上所述，在连接套1和摩擦环4的倒角1a和4a由于同步力而开始接触之前(此时开始相对转动时的转数ΔN1降低到ΔN0)，在摩擦环4和同步器毂5上形成的凸出部分4d与凹下部分5d之间，发生接触，以便预先补偿所产生的同步支承力，而且，如图12所示，在此刻所产生的操作力的特性，在t5到t7的范围内，显示了急剧增大和减小的操作载荷特性。

因此，如图12中所示的操作载荷的峰值减小时期所示，与传统的同步装置相比，能显著减小操作载荷的峰值。结果，例如，当通过致动器来传递换档操作力时，就能使用一种紧凑的致动器，它具有规定的动力输出，并具有能获得降低了的操作载荷峰值的能力。

此外，图12中用阴影线表示的区域，是与传统装置的同步作业量相比，同步作业量减小的阶段。与传统装置中的同步作业量相比，由于在没有对连接套1加上操作载荷时所发生的同步支承的同步作业量的部分减小了，从而能大大减少同步作业量。

下面，说明所获得的效果。以下所列的这些效果是由于实施例1中的变速器同步装置而获得的。

(1)一种装有连接套1、同步器毂5、摩擦环4和齿式离合套3的变速器同步装置，它包括同步支承力产生机构，在换档的过程中，当由于在摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a之间产生的瞬时同步扭矩，而在上述同步器毂5与上述摩擦环4之间产生了相对转动时，这种机构便把由上述相对转动所引起的圆周力，转换成沿着轴向作用的同步支承力，与此同时，上述摩擦环被压向上述齿式离合套；并且，由于当处于空档时，在上述摩擦环4与上述同步器毂5之间的位置上设置了相对转动限制结构，用以限制上述摩擦环4与上述同步器毂5之间的相对转动，所以，无论在空档时是否产生制动扭矩，都不会产生上述同步支承力，还能有效而可靠地降低同步过程中操作载荷的峰值。结果，就能在空档时有效地防止由于摩擦环4的摩擦热而引起的锁住和加热，从而能延长摩擦环4的有效寿命，对于手动变速器来说，可以减小驾驶员施加在变速杆上的换档操作力，而对于自动变速器来说，可以使用紧凑的致动器，从成本和所占空间两方面来看，这样做都是有利的。

(2)上述同步支承力产生机构设置在面向上述同步器毂5和上述摩擦环4的轴向的位置上，并包括同步器毂凹下部分5d和摩擦环凸出部分4d，借助于同步器毂5和摩擦环4之间的分度相对转动而与凸轮表面接触，并产生同步支承力；并且，上述相对转动限制结构设置在面向上述同步器毂5和上述摩擦环4的轴向的位置上，并包括相对转动定位凹下部分8和相对转动定位凸出部分7，以便借助于凹-凸接触，用来限制同步器毂5与摩擦环4之间的相对转动量，从而能形成不增加零件数量的简单的结构，并且，其中的同步器毂5与摩擦环4之间的相对转动量，能借助于凹-凸接触，进行可靠的调节。

(3)由于在同步器毂凹下部分5d的倾斜表面和摩擦环凸出部分4d的倾斜表面之间的圆周上的间隙为L1，而在上述相对转动定位凹下部分8和上述相对转动定位凸出部分7之间的圆周上的间隙为L2，并且把L1设定为大于L2，所以，只要简单地设定上述两个圆周上的间隙尺寸，就能可靠地防止在空档时同步器毂凹下部分5d的倾斜表面和摩擦环凸出部分4d的倾斜表面之间的接触。

(4)由于在空档时相对转动定位凸出部分/凹下部分7和8互相锁定，并且在同步过程中松开，因而能可靠地防止在空档时产生自发推力载荷FN，并且，当同步过程发生时，能保证摩擦环4的转位和换档操作。

(5)由于上述相对转动定位凸出部分7的轴向距离为L4，而此时上述摩擦环为了达到同步而沿着轴向的移动量为L3，并且，把L3设定为长于L4，所以，简单地通过设定轴向尺寸，就能在空档时可靠地防止产生自发推力载荷FN，而且，在同步过程发生时，能保证摩擦环4的转位和换档操作的进行。

(6)由于上述相对转动定位凹下部分8是矩形的凹槽，而相对转动定位凸出部分7是简单的矩形凸起，所以能很方便地制造出用于限制同步器毂5和摩擦环4之间的相对转动量的相对转动定位凸出部分7和凹下部分8。

[实施例2]

对于实施例2来说，上述相对转动定位凸出部分/凹下部分是梯形的结构，而不是实施例1中的所使用的矩形。

图13是空档时，实施例2的同步装置中的插入键部分的横断面图。图14是沿图13中的箭头A方向看到到的实施例2的同步装置的向视图。实施例2的整体设计和同步支承力产生机构的结构与实施例1中的相同，所以，这里就省略了对其结构的说明。下面，说明在实施例2中经过改进的相对转动限制结构。

实施例2中的相对转动限制结构包括相对转动定位凹下部分8’和相对转动定位凸出部分7’，其中，上述相对转动定位凹下部分8’是梯形凹槽，其开口处的周长比底部的周长窄，而上述相对转动定位凸出部分7’则是梯形的凸起，其顶部的周长比底部的周长宽。

假定上述相对转动定位凹下部分8’的开口的周长为L5，而上述相对转动定位凸出部分7’顶部的周长为L6，则如图20所示，L5设定的比L6长。

下面，说明操作过程。

换档同步操作

当在空档时，在同步器毂5与齿式离合套3之间存在相对转动差，而摩擦环4与同步器毂5一起转动(参见图13和14)。

当由于摩擦环4的重量或者油膜等等原因，在摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a之间产生制动扭矩时，便在摩擦环4与同步器毂5之间产生了由这种制动扭矩而引起的相对转动，而同步器毂凹下部分5d与摩擦环凸出部分4d则沿着圆周上移动，试图互相接触。

然而，在摩擦环凸出部分4d的倾斜表面与同步器毂凹下部分5d的倾斜表面压接之前，在相对转动定位凸出部分7’与相对转动定位凹下部分8’之间的圆周间隙L2消失，即，L2’＝0，所以相对转动定位凸出部分7’与凹下部分8’便互相锁定，而摩擦环凸出部分4d与同步器毂凹下部分5d之间的圆周间隙，或L1，则被保证有一定的间隙，即，L1’＞0。换言之，就能避免在空档时由于摩擦环凸出部分4d与同步器毂凹下部分5d之间的接触而产生的自发推力载荷FN(参见图15和16)。

此外，相对转动定位凸出/凹下部分7’和8’的反向斜度，也在空档时起作用，所以，当由于摩擦环4的重量或者油膜等等原因，在摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a之间产生了制动扭矩时，以及当相对转动定位凸出/凹下部分7’和8’的圆周上的长度为零时，当摩擦环4由于倾斜表面的反向斜度回到同步器毂5的方向上时，就产生了拉力fN。换言之，即使在使得摩擦环4和同步器毂5分离的方向上输入振动之类的力量，也能可靠地防止摩擦环凸出部分4d与同步器毂凹下部分5d之间的接触。

因此，如图15和16所示，当连接套1从空档位置向换档方向移动时，插入键6便推动摩擦环4，于是摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a便互相接触，但是，由于相对转动定位凸出部分7的轴向距离或L4，比摩擦环4的移动距离或L3短，使得相对转动定位凸出部分7’与凹下部分8’的配合松开了，所以，就能够进行同步动作了(参见图17和18)。

然后，插入键6推动摩擦环4，使摩擦环锥面4a与齿式离合套锥面3a互相接触，于是便产生了一个瞬间同步扭矩，完成了摩擦环4的角度转位。这种角度转位是沿着摩擦环凸出部分4d与同步器毂凹下部分5d的凸轮的倾斜表面(通过滑动)来完成的。因此，在角度转位完成的时刻，便由摩擦环凸出部分4d与同步器毂凹下部分5d产生了一个自发的同步力，而且摩擦环4并没有利用从连接套1输入的动力，所以，这种同步动作是自发地开始的。

然后，在完成了摩擦环4的角度转位之后，连接套1仍继续移动，连接套倒角1a推动摩擦环倒角4b，而自发的同步扭矩，和由连接套倒角1a施加在摩擦环倒角4b上的推力所产生的同步扭矩就使同步动作得以产生。同步过程完成后，连接套倒角1a便推开摩擦环倒角4b(参见图19和20)。

然后，连接套倒角1a撞击在摩擦环倒角4b上，并把它推开，而且，当连接套倒角1a移动到离开它与摩擦环倒角4b接触的位置尽可能远的位置上时，连接套倒角1a便完成了推开摩擦环4的动作。

接着，连接套倒角1a撞击在齿式离合套倒角3b上，并与它互锁，结果，同步器毂5和齿式离合套3便由连接套1通过花键连接成一个整体，于是换档便完成了。

在这个“换档完成”阶段，在换档完成之前发生的同步过程结束的时刻，摩擦环4由于回复弹簧(图中未表示)的弹力而回到空档位置(原始位置)，而且相对转动定位凹下部分7’和凸出部分8’也随着摩擦环4回到它的原始位置而回到它们的原始位置。换言之，在推动摩擦环倒角4b之后，由于相对转动定位凹下部分8’开口处的圆周长度L5设定得比相对转动定位凸起部分7’顶部的圆周长度长，于是，相对转动定位凸起部分7’便由于回复弹簧的弹力而进入相对转动定位凹下部分8’中。其余的工作过程都与实施例1相同，所以省略了对它们的说明。

下面，说明所获得的效果，以下所列的这些成果，是在实施例1的成果(1)～(5)之外，由实施例2的变速器同步装置所获得的。

(7)由于上述相对转动定位凹下部分8’是梯形凹槽，其开口的周长比底部的周长窄，而上述相对转动定位凸出部分7’是梯形的凸起，其顶部的周长比底部的周长宽，所以，当摩擦环4由于相对转动定位凹下/凸起部分8’和7’的倾斜表面的相反的斜度，而向着同步器毂5的方向回程时，便产生了拉力fN，所以，即使传入了沿着诸如使摩擦环4与同步器毂5分开方向上的振动之类，也能可靠地防止摩擦环凸出部分4d与同步器毂凹下部分5d之间的接触。

(8)由于相对转动定位凹下部分8’开口的圆周长度为L5，而相对转动定位凸出部分7’顶部的周长为L6，而且，如图20所示，L5设定得比L6长，在从空档到同步过程的换档过程中，一旦相对转动定位凹下/凸起部分8’与7’的互锁被松开，相对转动定位凹下/凸起部分8’与7’就能可靠地随着摩擦环4回到其原始位置而回到它们的原始锁定状态。

[实施例3]

实施例3是一个这样的例子，其中相对转动限制结构由矩形凹槽和两个矩形凸起构成。

换言之，如图21所示，实施例3中的相对转动限制结构设置在面向上述同步器毂5和摩擦环4的位置上，并由相对转动定位凹下部分8”和相对转动定位凸出部分7”构成，它们借助于凹/凸接触来限制同步器毂5与摩擦环4之间的相对转动量。此外，上述相对转动定位凹下部分8”是矩形凹槽，而上述相对转动定位凸出部分7”由平行布置的两个矩形凸起构成。

其余结构与实施例1相同，所以省略了对它们的说明。而且，它的工作过程也与实施例1相同，所以也省略了对它的说明。

下面，说明所获得的效果。除了实施例1所获得的效果(1)～(5)之外，还获得了与实施例3中的减速箱同步装置有关的效果。

(9)由于上述相对转动定位凹下部分8”是矩形凹槽，而上述相对转动定位凸出部分7”由两个矩形凸起构成，所以相对转动定位凹下部分8”和相对转动定位凸出部分7”这两部分的整体宽度就比较大，使得易于控制尺寸，并且能更加精确地设定相对转动定位凸起/凹下部分7”和8”之间的圆周上的间隙。

[实施例4]

实施例4把自动变速器应用于实施例1、2或3中的任何一种同步装置的例子。

换言之，如图22所示，实施例4中的同步装置装有下列各种部件：发动机40；电磁离合器41；自动变速器42；离合器致动器43；换档致动器44；自动变速器控制装置45和发动机控制装置46。自动变速器有一根通过离合器连接在发动机上的输入轴，并用于改变输入轴的转速后，把它传递给一根输出轴。离合器由致动器自动操作，而致动器则由控制装置45所发来的信号控制。

自动变速器控制装置45从换档指令产生装置47，例如一根换档杆，输入一根换档指令，并根据该换档指令把控制指令输出到离合器致动器43和换档致动器44中。此外，上述档位由设置在驾驶员能看见的位置上的档位显示器来显示。

发动机控制装置46输入来自加速踏板孔口传感器49、发动机速度传感器50和车速传感器51的各种传感器信息，并向电控节流阀52和燃料喷射器53输出控制指令。自动变速器控制装置45和发动机控制装置46通过双向通讯线连接起来，所以，例如，在换档时，为了有效地防止变速时的打颤，能把减小发动机扭矩的指令从自动控制装置45输送到发动机控制装置46中。

下面，说明操作过程。如图23所示，当从换档指令产生装置47输出一个开始换档指令(步骤S1)给自动变速器控制装置(ATCU)45(步骤S2)，把操作指令输送给离合器致动器43(步骤S3)，离合器便脱开(步骤S4)，并把操作指令输送给换档致动器43(步骤S5)，或者只把操作指令输送给换档致动器43(步骤S5)。

根据输送给上述换档致动器43的指令，自动变速器42便按照下列操作次序进行内部操作：连接套1动作(步骤S6)；同步操作开始(步骤S7)；同步操作结束(步骤S8)；以及换档完成(步骤S9)。

当在上述自动变速器42内完成换档过程时，过程便前进到把操作指令输送到离合器致动器43(步骤S 10)和离合器连接操作(步骤S11)，于是，换档操作结束。

在换档时，用于换档致动器44的换档操作力被同步支承力减小了，所以，能使用紧凑的致动器，从成本和占据空间方面来看，这是很有利的。

以上，说明了关于本发明变速器同步装置的实施例1～4。然而，在具体的结构上，本发明并不是仅限于这些实施例，在不脱离本申请的权利要求书中的发明构思的主题的前提下，可以对它的设计作任何增补或变化。

例如，在实施例1～3中的设置在同步器毂与摩擦环之间的同步支承力产生机构，并不是仅限于键式同步装置，它可以是销子式的同步装置，或者其它类型的同步装置，其在同步的起始阶段，同步器毂与摩擦环之间能互相进行相对转动。

在实施例1～3中，同步支承力产生机构采用倾斜表面产生凸轮表面接触，但，只要是能把在同步器毂与摩擦环之间的产生的相对转动而引起的圆周力，转变为沿轴向作用的同步支承力的机构就可以，具体的机构不限于实施例1～3中所描述的机构。此外，例如，在日本专利No.2004-135994中所描述的各种机构都可以使用。

在实施例1～3中，使用了矩形的，或者梯形的凹槽和凸起，作为相对转动限制结构的构造，但，只要是能设置在同步器毂与摩擦环之间的结构，并且在空档时能限制同步器毂与摩擦环之间的相对转动量，使其不产生上述同步支承力，则其结构并不是仅限于实施例1～3中的结构。

工业应用性

本发明所涉及的同步装置可用于手动变速器，其换档操作是由驾驶员使用变速杆完成的，或者，也可以用于所谓的自动变速器，它在发动机与变速器之间装有可控式离合器，因而换档操作是由电动致动器完成的，同时，在变速时可控式离合器脱开。

结论

虽然以上描绘和说明了几个特定的实施例，但本领域的技术人员可以理解，任何用来达到同样目的的结构都可以用来代替以上描述的具体实施例。本申请包含了对本发明的任何修改和变型。因此，很清楚，本发明只能由权利要求书及其等同物来限定。

Claims (18)

1.一种变速器同步装置，包括：

连接套；

同步器毂；

摩擦环；

齿式离合套；以及

同步支承力产生机构；

其特征在于，

在换档过程中，由于在摩擦环锥面与齿式离合套锥面之间产生的瞬时同步扭矩，使得在所述同步器毂与所述摩擦环之间产生相对转动，所述相对转动引起圆周力；

所述同步支承力产生机构适于把所述圆周力转换为沿轴向作用的同步支承力，所述沿轴向作用的同步支承力把所述摩擦环压向所述齿式离合套；

所述变速器同步装置还包括相对转动限制结构，所述相对转动限制结构位于所述摩擦环与所述同步器毂之间，所述相对转动限制结构适于：在空档时，限制所述摩擦环与所述同步器毂之间的相对转动，以便不产生所述同步支承力。

2.如权利要求1所述的变速器同步装置，其中，

所述同步支承力产生机构设置在沿轴向面向所述同步器毂和所述摩擦环的位置上，其由同步器毂凹下部分和摩擦环凸出部分构成，当由于所述同步器毂与所述摩擦环之间的分度相对转动时，所述同步支承力产生机构便通过与凸轮表面接触而产生同步支承力，并且，

所述相对转动限制结构设置在沿轴向面向所述同步器毂和所述摩擦环的位置上，其由相对转动定位凹下部分和相对转动定位凸出部分构成，所述相对转动限制结构借助于凹—凸接触来限制所述同步器毂和所述摩擦环之间的相对转动量。

3.如权利要求2所述的变速器同步装置，其中，

在所述同步器毂凹下部分的倾斜表面与所述摩擦环凸出部分的倾斜表面之间的圆周间隙为L1，而在所述相对转动定位凹下部分与所述相对转动定位凸出部分之间的圆周间隙为L2，使得L1大于L2。

4.如权利要求2所述的变速器同步装置，其中，

在空档时，所述相对转动定位凹下部分与所述相对转动定位凸出部分啮合；而在同步操作中，松开所述啮合。

5.如权利要求4所述的变速器同步装置，其中，

所述相对转动定位凸出部分的轴向距离为L4，而所述摩擦环用于同步的轴向移动距离为L3，使得L3大于L4。

6.如权利要求2所述的变速器同步装置，其中，

所述相对转动定位凹下部分是一个或多个矩形凹槽，而所述相对转动定位凸出部分是一个或多个矩形凸起。

7.如权利要求2所述的变速器同步装置，其中，

所述相对转动定位凹下部分是梯形槽，所述梯形槽在开口处的周长比在底部的周长窄，并且，所述相对转动定位凸出部分是梯形凸起，所述梯形凸起在顶部的周长比在底部的周长宽。

8.如权利要求7所述的变速器同步装置，其中，

所述相对转动定位凹下部分在开口处的周长为L5，而所述相对转动定位凸出部分在顶部的周长为L6，使得L5大于L6。

9.如权利要求2所述的变速器同步装置，其中，

所述相对转动定位凹下部分是矩形凹槽，而所述相对转动定位凸出部分是两个矩形凸起。

10.一种操作变速器同步装置的方法，包括下列步骤：

在换档的过程中，借助于在摩擦环锥面与齿式离合套的锥面之间产生瞬时同步扭矩，在同步器毂与摩擦环之间产生相对转动，所述相对转动引起圆周力；以及

把所述圆周力转换成沿着轴向作用的同步支承力，所述沿着轴向作用的同步支承力把所述摩擦环压向所述齿式离合套。

11.如权利要求10所述的方法，还包括下述步骤：

限制所述摩擦环与所述同步器毂之间的相对转动，使得不会产生所述同步支承力。

12.如权利要求10所述的方法，其中，

所述步骤，即，把所述圆周力转换成沿轴向作用的同步支承力，所述沿轴向作用的同步支承力把摩擦环压向齿式离合套，的步骤还包括：把所述圆周力转换成沿轴向作用的同步支承力，所述沿轴向作用的同步支承力把摩擦环压向齿式离合套，以及相对转动限制结构，所述相对转动限制结构位于所述摩擦环与所述同步器毂之间。

13.如权利要求12所述的方法，其中，

所述步骤，即，把所述圆周力转换成沿轴向作用的同步支承力，所述沿轴向作用的同步支承力把摩擦环压向齿式离合套，以及相对转动限制结构，所述相对转动限制结构位于所述摩擦环与所述同步器毂之间，的步骤还包括：通过同步支承力产生机构产生同步支承力，所述同步支承力产生机构设置在沿着轴向面向所述同步器毂与所述摩擦环的位置上，其由同步器毂凹下部分和摩擦环凸出部分构成，所述同步支承力是由所述同步器毂与所述摩擦环之间的分度相对转动引起所述摩擦环凸出部分与凸轮表面发生接触而产生的；

所述相对转动限制结构设置在沿着轴向面向所述同步器毂和所述摩擦环的位置上，其由相对转动定位凹下部分和相对转动定位凸出部分构成，所述相对转动限制结构借助于凹—凸接触来限制所述同步器毂和所述摩擦环之间的相对转动量。

14.一种具有同步装置的变速器，在变速时，所述同步装置在输入轴与输出轴之间产生同步扭矩，所述输入轴通过离合器连接在发动机上，所述变速器包括：

同步器毂，其固定在变速器旋转轴上；

连接套，其连接在所述同步器毂上，所述连接套能沿着轴向朝向变速器旋转轴移动，以便在空档位置与换档位置之间改变位置；

主传动齿轮，其可转动地围绕所述变速器旋转轴设置，所述主传动齿轮与所述输出轴接合而能一起转动；

齿式离合套，其与所述主传动齿轮成为一个整体，所述齿式离合套上形成传动锥面；以及

摩擦环，其位于所述连接套与所述齿式离合套之间，能沿着轴向移动，所述摩擦环上形成与所述传动锥面的锥度相配的摩擦环锥面；

其特征在于，

所述同步器毂与所述摩擦环形成在所述同步器毂与所述摩擦环之间的同步支承力产生机构，用于把圆周力转换成沿着轴向作用的同步支承力；并且

所述同步器毂与所述摩擦环形成相对转动限制结构，用于在空档时限制所述同步器毂与所述摩擦环之间的相对转动。

15.如权利要求14所述的变速器，其中，所述摩擦环适于用电动致动器或者换档杆把它压向所述齿式离合套。

16.一种具有同步装置的变速器，在变速时，所述同步装置在输入轴与输出轴之间产生同步扭矩，输入轴通过离合器连接在发动机上，所述变速器包括：

同步器毂，其固定在变速器旋转轴上；

连接套，其连接在所述同步器毂上，所述连接套能沿着轴向朝向变速器旋转轴移动，以便在空档位置与换档位置之间改变位置；

主传动齿轮，其可转动地围绕所述变速器旋转轴设置，所述主传动齿轮与所述输出轴接合而能一起转动；

齿式离合套，其与主传动齿轮成为一个整体，所述齿式离合套上形成传动锥面；以及

摩擦环，其位于所述连接套与所述齿式离合套之间，能沿着轴向移动，所述摩擦环上形成与所述传动锥面的锥度相配的摩擦环锥面；

用于把圆周力转换成沿着轴向作用的同步支承力的装置；以及

用于在空档时限制所述同步器毂与所述摩擦环之间的相对转动的装置。

17.如权利要求16所述的变速器，其中，

所述圆周力是由所述相对转动引起的，并且，所述相对转动是在换档过程中在所述同步器毂与所述摩擦环之间产生的。

18.如权利要求16所述的变速器，其中，所述摩擦环适于用电动致动器或者换档杆把它压向所述齿式离合套。

Images