用于機(jī)動車變速器的切換設(shè)備和機(jī)動車變速器用致動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于機(jī)動車變速器(motor vehicle transmiss1n)、特別是用于全自動有級式變速器(fully automatic stepped transmiss1n)的切換設(shè)備以及機(jī)動車變速器用致動方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在汽車工程領(lǐng)域，自動變速器、特別是具有液力變矩器和行星變速器的有級式全自動變速器用于手動檔變速器之外的動力傳遞。
[0003]這種全自動有級式變速器起到不打斷牽引力(tractive force)的動力換檔變速器的作用，其中，動力流經(jīng)由行星齒輪系起作用，通過聯(lián)接或釋放各行星齒輪系元件來使齒輪產(chǎn)生改變。目前，各行星齒輪系元件的聯(lián)接主要是借助于多盤離合器(multidiskclutch)起效，然而，多盤離合器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重且需要并不期望的大的安裝空間。由于必須為了需要被傳遞的最大扭矩來設(shè)計(jì)多盤離合器，所以對于扭矩傳遞而言，許多個(gè)摩擦點(diǎn)或盤是必須的。由于該很多個(gè)摩擦點(diǎn)，在解除聯(lián)接狀態(tài)下不期望的阻力矩(drag torque)相當(dāng)高，并且對變速器效率具有不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

_4] 發(fā)明要解決的問題
[0005]本發(fā)明的目的是提出一種用于機(jī)動車變速器的切換設(shè)備，其構(gòu)造特別緊湊、能夠以低成本容易地制造并且提供了特別高的變速器效率。
_6] 用于解決問題的方案
[0007]根據(jù)本發(fā)明，通過如下的切換設(shè)備實(shí)現(xiàn)了上述目的:該切換設(shè)備具有:連接部件；多個(gè)變速器軸；摩擦接觸環(huán)；形狀匹配環(huán)；和致動體，其中，摩擦接觸環(huán)的摩擦錐在形狀匹配環(huán)的錐面與致動體的錐面之間延伸，在致動體的軸向起始位置變速器軸和連接部件在轉(zhuǎn)動方向上解除聯(lián)接，在致動體的軸向摩擦接觸位置變速器軸和連接部件在轉(zhuǎn)動方向上摩擦聯(lián)接，并且在致動體的軸向形狀匹配位置變速器軸和連接部件在轉(zhuǎn)動方向上形狀匹配地聯(lián)接，形狀匹配環(huán)在形狀匹配位置與變速器軸形狀匹配地連接，形狀匹配環(huán)在釋放位置不與變速器軸形狀匹配地連接，并且形狀匹配環(huán)能夠在形狀匹配位置和釋放位置之間沿軸向移動并且被推壓至釋放位置。在功能術(shù)語中，切換設(shè)備是利用了形狀匹配接合(form-fitengagement)的錐離合器(cone clutch)，其中，待聯(lián)接的部件優(yōu)選被推壓在解除聯(lián)接起始位置處。與傳統(tǒng)的多盤離合器相比，這種切換設(shè)備無疑被構(gòu)造得更為緊湊且能夠以更高效節(jié)能的方式致動。由于在切換設(shè)備的解除聯(lián)接狀態(tài)下待被傳遞的最大扭矩能夠通過形狀匹配接合來傳遞，所以與傳統(tǒng)的多盤離合器相比需要較少的摩擦點(diǎn)，這導(dǎo)致阻力矩明顯減少并因此對變速器效率具有積極影響。致動體的摩擦接觸位置優(yōu)選地在軸向上位于致動體的起始位置和形狀匹配位置之間，并且形成一種軸向上的中間位置，在該中間位置處，致動體能夠以相對較少的能耗移動。然而，對于大(numerous)負(fù)荷情況，切換設(shè)備的在切換設(shè)備的摩擦接觸位置的扭矩傳遞能力對于扭矩傳遞已是足夠的，所以不需要致動體向其形狀匹配位置進(jìn)一步移動。這也對變速器效率具有積極影響。僅僅在具有非常高的扭矩負(fù)荷的負(fù)荷情況下，致動體才會以更多的能耗移動至其形狀匹配位置，以便增大切換設(shè)備的扭矩傳遞能力。
[0008]根據(jù)切換設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方式，連接部件是變速器殼體，使得切換設(shè)備起到剎車的作用，該剎車能夠使可轉(zhuǎn)動的變速器軸減慢以及將變速器軸不能夠轉(zhuǎn)動地固定于殼體。
[0009]根據(jù)切換設(shè)備的可選實(shí)施方式，連接部件是另一個(gè)變速器軸或與另一個(gè)變速器軸牢固連接的變速器軸元件。特別地，這兩個(gè)獨(dú)立的變速器軸為不同的行星齒輪系的同軸配置的變速器軸，這些行星齒輪系通過切換設(shè)備經(jīng)受速度適應(yīng)(speed adaptat1n)。
[0010]優(yōu)選地，摩擦錐包括與致動體的錐面相鄰的錐狀摩擦面以及與形狀匹配環(huán)的錐面相鄰的相反側(cè)錐狀摩擦面，其中，摩擦面和錐面形成為共軸并且基本平行。以此方式，變速器軸的轉(zhuǎn)動能夠以手動變速器(manually operated transmiss1n)的多次同步的方式容易且快速地適應(yīng)為連接部件的轉(zhuǎn)速，其中，形成變速器殼體的連接部件具有零速度。
[0011]錐面和摩擦面優(yōu)選地包括錐角α，5° < α <15°，特別地，a ^ 10°，其中，錐角對應(yīng)于錐的張開角度的一半。在這些錐角下，作用于切換設(shè)備的致動體的通常用于變速器液壓的液壓壓力足以實(shí)現(xiàn)快速的速度適應(yīng)。此外，這些錐角在自鎖范圍之外，從而能夠?qū)崿F(xiàn)簡單且節(jié)能的解除聯(lián)接，其中，特別優(yōu)選地，用于使切換設(shè)備解除聯(lián)接所必需的力在通常的標(biāo)準(zhǔn)彈簧的彈簧力的范圍以內(nèi)。
[0012]根據(jù)切換設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方式，連接部件包括用于致動體的軸向止擋部，軸向止擋部限定了起始位置。由于彈簧負(fù)荷作用于軸向止擋部(axial stop)，所以在起始位置不需要致動體的壓力，這有助于切換設(shè)備的特別節(jié)能的運(yùn)行。
[0013]優(yōu)選地，致動體彈簧元件一方面支撐于連接部件另一方面支撐于致動體，特別地，致動體彈簧元件形成為盤狀彈簧。盤狀彈簧永久地提供大的(largely)恒定的彈簧力，這在本情況中確保了致動體的可靠的返回移動。另外，能夠容易且低成本地制造盤狀彈簧。
[0014]根據(jù)切換設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方式，變速器軸或與變速器軸牢固連接的變速器軸元件包括用于摩擦接觸環(huán)的軸向止擋部，軸向止擋部限定摩擦接觸環(huán)的通風(fēng)位置。在通風(fēng)位置，摩擦錐與形狀匹配環(huán)的相鄰錐面以及致動體的相鄰錐面間隔開。
[0015]優(yōu)選地，設(shè)置了摩擦接觸環(huán)彈簧元件，其沿軸向?qū)⒛Σ两佑|環(huán)推壓至通風(fēng)位置，其中，摩擦接觸環(huán)能夠在通風(fēng)位置和摩擦接觸位置之間移動。摩擦接觸環(huán)彈簧元件一方面能夠支撐于變速器軸另一方面能夠支撐于摩擦接觸環(huán)，特別地，摩擦接觸環(huán)彈簧元件能夠形成為盤狀彈簧。如上所述，盤狀彈簧永久地提供大的恒定的彈簧力，這在本情況中確保了變速器軸從連接部件可靠地解除聯(lián)接。由此，通過摩擦接觸環(huán)彈簧元件，至少大幅度地減小了、甚至理想地完全防止了可能導(dǎo)致變速器功能受損的不期望的阻力矩。
[0016]根據(jù)切換設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方式，連接部件包括用于形狀匹配環(huán)的軸向止擋部，該軸向止擋部限定形狀匹配環(huán)的釋放位置。在形狀匹配環(huán)的釋放位置，變速器軸和形狀匹配環(huán)不會形成在轉(zhuǎn)動方向上的形狀匹配的連接(positive connect1n)，另外，最好在轉(zhuǎn)動方向上間接(經(jīng)由摩擦接觸環(huán))聯(lián)接。
[0017]優(yōu)選地，設(shè)置了形狀匹配環(huán)彈簧元件，其沿軸向?qū)⑿螤钇ヅ洵h(huán)推壓至釋放位置，其中，形狀匹配環(huán)能夠在釋放位置和形狀匹配位置之間移動。形狀匹配環(huán)彈簧元件一方面能夠支撐于連接部件另一方面能夠支撐于形狀匹配環(huán)，特別地，形狀匹配環(huán)彈簧元件能夠形成為波狀彈簧組(wave spring pack)或螺旋彈簧組(spiral spring pack)。借助于被強(qiáng)烈預(yù)張緊的波狀彈簧組或螺旋彈簧組，能夠容易且低成本地實(shí)現(xiàn)具有數(shù)千牛頓程度的高彈簧力的形狀匹配環(huán)彈簧元件所期望的平彈簧特性(flat spring characteristic)。
[0018]特別優(yōu)選地，致動體能夠被可變的致動力沿軸向朝向致動體的形狀匹配位置推壓，其中，形狀匹配環(huán)彈簧元件對形狀匹配環(huán)施加抵抗致動力的彈簧力，該彈簧力為最大致動力(FB，max)的大約60%-90%，優(yōu)選為最大致動力(FB，max)的大約70%-80%。因此，僅形狀匹配環(huán)利用高致動力抵抗著形狀匹配環(huán)彈簧元件的彈簧力移動至形狀匹配環(huán)的形狀匹配位置，使得在用于摩擦連接的控制范圍內(nèi)能夠獲得大部分的可變致動力。這導(dǎo)致切換設(shè)備中對滑動范圍的有利的、特別靈敏的控制。
[0019]根據(jù)切換設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施方式，第一嚙合齒形成于形狀匹配環(huán)，在軸向上與第一嚙合齒相鄰的第二嚙合齒形成于變速器軸或形成于與變速器軸牢固連接的變速器軸元件，其中，兩個(gè)嚙合齒在形狀匹配環(huán)的軸向形狀匹配位置彼此接合并且使變速器軸和連接部件在轉(zhuǎn)動方向上形狀匹配地連接。這種變速器軸和連接部件之間經(jīng)由彼此接合的嚙合齒(toothing)形成的形狀匹配的、特別是不可轉(zhuǎn)動的連接永久地為幾乎無磨損的變速器提供了大的變速器扭矩。
[0020]在本實(shí)施方式中，嚙合齒可以包括沿轉(zhuǎn)動方向分布的多個(gè)齒，其中，嚙合齒的各齒均包括相對于軸向傾斜的兩個(gè)相反的齒側(cè)面，這兩個(gè)齒側(cè)面朝向另一嚙合齒以楔狀方式軸向會聚。在變速器軸和連接部件之間的形狀匹配的連接的形成過程中，斜齒面有利于嚙合齒的彼此接合，這有助于特別平順且無