CN112303142B - 一种压力可控摩擦环式同步器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力可控摩擦环式同步器，包括套设于输入轴上随输入轴转动的花键毂，所述输入轴与电机连接，所述花键毂上套设有随花键毂转动且能够沿花键毂轴向移动的接合套，所述花键毂上位于接合套两侧的位置处、由内向外依次套设波形弹簧、同步环、摩擦锥环和挡片，所述摩擦锥环还与换挡齿轮装配，换挡拨叉拨动接合套移动，进而压缩波形弹簧使同步环接触摩擦锥环进行同步，同步完成后接合套进齿完成换挡，相较于惯性锁环式同步器，本装置取消了拨环的操作，减小了在接合套与待啮合齿轮接触时冲击。本发明具有结构简单、易加工、易操控以及换挡品质高等优点。

Description

一种压力可控摩擦环式同步器

技术领域

本发明涉及一种适用于纯电动汽车无离合器机械式自动变速器的压力可控摩擦环式同步器，属于汽车变速器同步器领域。

背景技术

采用新能源汽车代替传统燃油汽车已经成为汽车产业可持续发展的必然选择，纯电动汽车则是其发展的重点之一。目前，纯电动汽车使用的变速器分为固定速比减速器和少挡位自动变速器。固定速比减速器结构简单、无需控制，已成为上市车型的主要选择，但由于采用少挡位自动变速器可以大幅提升电动汽车的动力性和经济性，已经日益引起行业关注并投入大额资金研发。电动汽车的驱动电机具有连续可调的转速特性，无需离合器来解决燃油发动机的怠速问题，少挡位的无离合器机械式自动变速器是一种非常适用于电动汽车采用的新型变速器总成。由于无离合器机械式自动变速器取消了离合器，再加上驱动电机调速过程中必然存在一定的误差和延迟，在选换挡过程中用于平衡输入轴与接合齿轮转速差的同步器成为了保证换挡品质的关键部件。目前，无离合器机械式自动变速器所采用的同步器仍是市场上常见的惯性式同步器。惯性式同步器主要是为传统燃油汽车开发，匹配离合器使用，其齿形结构复杂，加工难度大，并且在换挡过程中不够稳定，不易操控，并不是完全适合纯电动汽车采用。考虑到驱动电机转速可以精确调控，行业内也出现了用接合套替代同步器，直接采用电机精确调速控制和接合套自动挂挡的联合控制方式，但这种方式需要高性能驱动电机和高精度传感器配合使用，受性价比影响，实际操作难度很大，除此之外接合套在进齿和齿轮接合时所需要的时间也会较长，换挡品质依旧难以保证。

对于少挡位无离合器机械式自动变速器而言，各挡位的传动比差异较大，这就导致了换挡时需要同步的转速差更大，传统的惯性式同步器依靠摩擦力很难短时间内消除如此之大的转速差。考虑到驱动电机相较于传统内燃机具有更加快速准确的调速特性，输入轴和接合齿轮的转速差可以控制在较小范围内，可以通过设计一种新型同步器，增加同步环与拟接合齿轮之间的摩擦力，来快速平衡残存的转速差。由于少挡位无离合器机械式自动变速器的换挡频率很低且残存转速差很小，基本不需要依靠摩擦自锁的方式保证转速同步，该种通过增加摩擦力的方式并不会减少新型同步器的使用寿命，有望在保证了整套变速系统的可靠性的前提下，大幅提升换挡品质。该新型同步器相较于惯性式同步器省略了预同步和拨环阶段，简化了机械结构，更能消除惯性同步器拨环后的转速差带来的换挡冲击，具有更高的性价比。

综上所述，传统惯性式同步器工作特性十分复杂，控制困难，并不适合纯电动汽车少挡位无离合器机械式自动变速器采用，因此，需要设计一种更为适用的新型同步器，在保证电动汽车自动变速品质基础上，大幅提升整车综合性能。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种压力可控摩擦环式同步器，适用于纯电动汽车无离合器机械式自动变速器，基于电动汽车少挡位无离合器机械式自动变速器换挡特性机理设计而成，能够有效避免传统同步器的缺陷并能提高换挡品质。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种压力可控摩擦环式同步器，包括套设于输入轴上随输入轴转动的花键毂，所述输入轴与电机连接，所述花键毂上套设有随花键毂转动且能够沿花键毂轴向移动的接合套，所述花键毂上位于接合套两侧的位置处、由内向外依次套设波形弹簧、同步环、摩擦锥环和挡片，所述摩擦锥环还与换挡齿轮装配，换挡拨叉拨动接合套移动，进而压缩波形弹簧使同步环接触摩擦锥环进行同步，同步完成后接合套进齿完成换挡。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述花键毂包括开有第一中心孔的花键毂本体和均匀间隔分布于花键毂本体外端、呈发散状设置的扇形外齿，且第一中心孔上设置有与输入轴上的花键相配合的第一内花键，所述扇形外齿的横截面为扇形，且扇形外齿沿轴向方向的长度大于花键毂本体的长度，每两个相邻扇形外齿之间形成轴向凹槽。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述扇形外齿沿轴向的两端分别开设有用于放置同步环的端面凹槽，所述端面凹槽的内侧壁高度小于外侧壁的高度。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述接合套包括开设有第二中心孔的接合套本体和均匀间隔分布于第二中心孔内壁上的接合套内齿，接合套内齿的端部向两侧的轴向方向延伸出一定高度形成齿牙，所述接合套内齿与花键毂的扇形外齿相配合，所述接合套本体的外壁上沿周向方向开设有用于放置换挡拨叉的接合套凹槽。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述接合套的齿牙为单侧斜齿，向轴心倾斜一定角度θ，θ为15度，且齿牙顶端位于转动方向前端的角为弧形角。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述同步环包括同步环本体和均匀间隔分布于同步环本体外壁上的同步环外齿，且同步环外齿的横截面为扇形，所述同步环本体的中心开设有一端直径小、一端直径大的同步环内锥孔，且同步环外齿位于同步环内锥孔直径较小一端的侧壁上、沿周向设置有同步环凹槽，所述同步环本体放置于花键毂的端面凹槽内、且同步环外齿放置于花键毂的轴向凹槽内部。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述摩擦锥环包括内部开设有第三中心孔的摩擦锥环本体，且第三中心孔内部设置有与换挡齿轮端面花键相配合的第二内花键，所述摩擦锥环本体直径较小一端的端面开设有一圈径向凹槽，且径向凹槽的内侧壁的高度大于外侧壁的高度，所述径向凹槽外侧壁的外侧面呈锥面设置、形成与同步环内锥孔相配合的摩擦锥环外壁，所述径向凹槽的底端均匀间隔分布有与接合套内齿相配合的齿槽，且径向凹槽内侧壁的外侧面呈锥面设置形成进齿斜面。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

相较于惯性锁环式同步器，本发明取消了拨环的操作，减小了在接合套与待啮合齿轮接触时的冲击。本发明同步器结构更加简单，轴向距离也会变小，各零件也更加容易加工，换挡同步过程更加可控，换挡时间更短并且冲击度也会降低。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明整体结构俯视示意图；

图3是本发明分体结构示意图；

图4是本发明花键毂俯视示意图；

图5是本发明花键毂结构示意图；

图6是本发明接合套结构示意图；

图7是本发明同步环结构示意图；

图8是本发明摩擦锥环结构示意图；

图9是本发明摩擦锥环俯视示意图；

其中，10、花键毂，11、扇形外齿，12、端面凹槽，13、第一内花键，14、轴向凹槽，20、接合套，21、接合套凹槽，22、接合套内齿，23、接合套本体，30、同步环，31、同步环外齿，32、同步环凹槽，33、同步环内锥孔，40、摩擦锥环，41、摩擦锥环外壁，42、径向凹槽，43、进齿斜面，44、齿槽，45、第二内花键，50、波形弹簧，60、换挡齿轮，70、挡片。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：本发明所指的横截面为沿径向剖开所展示的截面，纵截面为沿轴向剖开所展示的截面。

如图1～3所示，一种压力可控摩擦环式同步器，包括套设于输入轴上随输入轴转动的花键毂10，所述输入轴与电机连接，所述花键毂10上套设有随花键毂10转动且能够沿花键毂10轴向移动的接合套20，所述花键毂10上位于接合套20两侧的位置处、由内向外依次套设波形弹簧50、同步环30、摩擦锥环40和挡片70，所述摩擦锥环40还与换挡齿轮60装配，换挡拨叉拨动接合套20移动，进而压缩波形弹簧50使同步环30接触摩擦锥环40进行同步，同步完成后接合套20进齿完成换挡。

如图4和5所示，所述花键毂10包括开有第一中心孔的花键毂本体和均匀间隔分布于花键毂本体外端、呈发散状设置的扇形外齿11，且第一中心孔上设置有与输入轴上的花键相配合的第一内花键13，所述扇形外齿11的横截面为扇形，且扇形外齿11沿轴向方向的长度大于花键毂本体的长度，每两个相邻扇形外齿11之间形成轴向凹槽14。

所述扇形外齿11沿轴向的两端分别开设有用于放置同步环30的端面凹槽12，端面凹槽12能够引导同步环30轴向运动，并能够满足同步环30轴向移动的整个位移距离需求。所述端面凹槽12的内侧壁高度小于外侧壁的高度。端面凹槽12的侧壁能够传递同步环30和摩擦锥环40带来的摩擦力矩以及保证同步环30与花键毂10一同转动，并且端面凹槽12的内侧壁能够加固接合套内齿22，防止断齿。花键毂10的技术特征不仅使接合套20的轴向运动得到精确导向而且使同步环30能够精确接合到摩擦锥环40。

如图6所示，所述接合套20包括开设有第二中心孔的接合套本体23和均匀间隔分布于第二中心孔内壁上的接合套内齿22，接合套内齿22的端部向两侧的轴向方向延伸出一定高度形成齿牙，所述接合套内齿22与花键毂的扇形外齿11相配合，所述接合套本体23的外壁上沿周向方向开设有用于放置换挡拨叉的接合套凹槽21。通过换挡拨叉的左右移动带动接合套20的左右移动。接合套20的技术特征不仅使接合套20易于加工而且还便于放置波形弹簧50从而实现换挡功能。

接合套20由花键毂10约束，接合套20与同步环30均套在花键毂10上，接合套20使同步环30进行轴向运动的推力靠波形弹簧50传递。波形弹簧50套在花键毂10的外侧，波形弹簧50两端分别接触接合套本体23和同步环凹槽32。

所述接合套20的齿牙为单侧斜齿，向轴心倾斜一定角度θ，θ为15度，且齿牙顶端位于转动方向前端的角为弧形角。弧度和角度的设置方便接合套20进齿。

如图7所示，所述同步环30包括同步环本体和均匀间隔分布于同步环本体外壁上的同步环外齿31，且同步环外齿31的横截面为扇形，所述同步环本体的中心开设有一端直径小、一端直径大的同步环内锥孔33，且同步环外齿31位于同步环内锥孔直径较小一端的侧壁上、沿周向设置有同步环凹槽32，同步环凹槽32与波形弹簧50接触，用于增加波形弹簧50的长度。所述同步环本体放置于花键毂的端面凹槽12内、且同步环外齿31放置于花键毂的轴向凹槽14内部。同步环30的技术特征使换挡同步更加安全，不会存在打齿情况，而且同步过程也更加容易控制，拨齿产生的转速差也会被同步环与摩擦锥面的摩擦消除实现无冲击换挡。当完成驱动电机主动调速后要挂挡时，换挡拨叉先要推动接合套20，接合套20再通过压缩波形弹簧50在同步环30上施加一个可控的压力，该压力使同步环内锥孔33的内孔摩擦面接触摩擦锥环外壁41，从而实现同步。

如图8和9所示，所述摩擦锥环40包括内部开设有第三中心孔的摩擦锥环本体，且第三中心孔内部设置有与换挡齿轮60端面花键相配合的第二内花键45，所述摩擦锥环本体直径较小一端的端面开设有一圈径向凹槽42，径向凹槽42用于增加接合套20同步进齿的距离。且径向凹槽42的内侧壁的高度大于外侧壁的高度，所述径向凹槽外侧壁的外侧面呈锥面设置、形成与同步环内锥孔33相配合的摩擦锥环外壁41，所述径向凹槽42的底端均匀间隔分布有与接合套内齿22相配合的齿槽44，且径向凹槽内侧壁的外侧面呈锥面设置形成进齿斜面43。

当同步阶段完成后，接合套20进齿时，进齿斜面43会引导接合套内齿22进入齿槽44从而缩短进齿时间。进齿的同时，拨齿产生的转速差会在同步环内锥孔33的内孔摩擦面接触摩擦锥环外壁41进行同步的作用下被消除，从而减小换挡冲击。摩擦锥环的技术特征使圆锥摩擦环40在保证强度的前提下也保证了换挡所需的轴向空间，进齿斜面43导向使得换挡更容易实现。

以上所述的实施实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种压力可控摩擦环式同步器，其特征在于：包括套设于输入轴上随输入轴转动的花键毂（10），所述输入轴与电机连接，所述花键毂（10）上套设有随花键毂（10）转动且能够沿花键毂（10）轴向移动的接合套（20），所述花键毂（10）上位于接合套（20）两侧的位置处、由内向外依次套设波形弹簧（50）、同步环（30）、摩擦锥环（40）和挡片（70），所述摩擦锥环（40）还与换挡齿轮（60）装配，换挡拨叉拨动接合套（20）移动，进而压缩波形弹簧（50）使同步环（30）接触摩擦锥环（40）进行同步，同步完成后接合套（20）进齿完成换挡；

所述花键毂（10）包括开有第一中心孔的花键毂本体和均匀间隔分布于花键毂本体外端、呈发散状设置的扇形外齿（11），且第一中心孔上设置有与输入轴上的花键相配合的第一内花键（13），所述扇形外齿（11）的横截面为扇形，且扇形外齿（11）沿轴向方向的长度大于花键毂本体的长度，每两个相邻扇形外齿（11）之间形成轴向凹槽（14）。

2.根据权利要求1所述的一种压力可控摩擦环式同步器，其特征在于：所述扇形外齿（11）沿轴向的两端分别开设有用于放置同步环（30）的端面凹槽（12），所述端面凹槽（12）的内侧壁高度小于外侧壁的高度。

3.根据权利要求1所述的一种压力可控摩擦环式同步器，其特征在于：所述接合套（20）包括开设有第二中心孔的接合套本体（23）和均匀间隔分布于第二中心孔内壁上的接合套内齿（22），接合套内齿（22）的端部向两侧的轴向方向延伸出一定高度形成齿牙，所述接合套内齿（22）与花键毂的扇形外齿（11）相配合，所述接合套本体（23）的外壁上沿周向方向开设有用于放置换挡拨叉的接合套凹槽（21）。

4.根据权利要求3所述的一种压力可控摩擦环式同步器，其特征在于：所述接合套（20）的齿牙为单侧斜齿，向轴心倾斜一定角度θ，θ为15度，且齿牙顶端位于转动方向前端的角为弧形角。

5.根据权利要求1所述的一种压力可控摩擦环式同步器，其特征在于：所述同步环（30）包括同步环本体和均匀间隔分布于同步环本体外壁上的同步环外齿（31），且同步环外齿（31）的横截面为扇形，所述同步环本体的中心开设有一端直径小、一端直径大的同步环内锥孔（33），且同步环外齿（31）位于同步环内锥孔直径较小一端的侧壁上、沿周向设置有同步环凹槽（32），所述同步环本体放置于花键毂的端面凹槽（12）内、且同步环外齿（31）放置于花键毂的轴向凹槽（14）内部。

6.根据权利要求5所述的一种压力可控摩擦环式同步器，其特征在于：所述摩擦锥环（40）包括内部开设有第三中心孔的摩擦锥环本体，且第三中心孔内部设置有与换挡齿轮（60）端面花键相配合的第二内花键（45），所述摩擦锥环本体直径较小一端的端面开设有一圈径向凹槽（42），且径向凹槽（42）的内侧壁的高度大于外侧壁的高度，所述径向凹槽外侧壁的外侧面呈锥面设置、形成与同步环内锥孔（33）相配合的摩擦锥环外壁（41），所述径向凹槽（42）的底端均匀间隔分布有与接合套内齿（22）相配合的齿槽（44），且径向凹槽内侧壁的外侧面呈锥面设置形成进齿斜面（43）。

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