DE1081774B

DE1081774B - Synchronous and gear shift clutch for a step-by-step change-speed transmission, especially for motor vehicles

Info

Publication number: DE1081774B
Application number: DED25863A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Manfred Burckhardt
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1957-06-27
Filing date: 1957-06-27
Publication date: 1960-05-12

Description

Gleichlauf- und Gangschaltkupplung für ein stufenweise schaltbares Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Gleichlauf- und Gangschaltkupplung für ein stufenweise schaltbares Wechselgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, nach Patent 1053 947.Synchronous and gear shift clutch for a step-by-step switchable Change gears, especially for motor vehicles The invention relates to a synchronous and gear shift clutch for a step-by-step change gearbox, in particular for motor vehicles, according to patent 1053 947.

Gegenstand des Hauptpatentes. ist eine Gleichlauf- und Gangschaltkupplung, bei der die losen Zahnräder von ständig im Eingriff befindlichen Zahnradpaaren durch einen axial verschiebbaren Nabenteil mit der Welle kuppelbar sind, wobei Neigungsflächen an radialen Zapfen des Nabenteils und an radialen Zapfen der Welle den Nabenteil in Abhängigkeit vom Drehmoment verschieben und bei dem am Zahnrad ein mit dem Nabenteil in Reibungsschluß tretender, in sich geschlossener, axial aus einer Sperrstellung gegen Federwirkung in eine den Eingriff freigebende Stellung bewegbarer Gleichlaufring angeordnet ist, der mit einer konischen Reibfläche versehen ist und an seiner dem Zahnrad zugewandten Stirnseite axial wirkende, geneigte Sperrflächen aufweist.Subject of the main patent. is a synchronous and gear shift clutch, in which the loose gears from constantly engaged gear pairs through an axially displaceable hub part can be coupled to the shaft, with inclined surfaces the hub part on radial journals of the hub part and on radial journals of the shaft move depending on the torque and with the one on the gear with the hub part frictionally engaging, self-contained, axially out of a blocking position synchronizing ring movable against spring action into an engagement-releasing position is arranged, which is provided with a conical friction surface and on his Gear facing end face having axially acting, inclined locking surfaces.

Bei dieser Anordnung nach dem Hauptpatent sind die beiden miteinander verbundenen Kupplungsteile nicht ohne weiteres unter Last lösbar, es sei denn, daß hierfür besondere konstruktive Maßnahmen vorgesehen wären, die aber eine Komplizierung im Aufbau bedeuten würden.In this arrangement according to the main patent, the two are together connected coupling parts cannot be easily released under load, unless that special constructive measures would be provided for this, but this complicates it under construction would mean.

Die Erfindung hat eine Verbesserung der Kupplung des Hauptpatentes in vorstehender Hinsicht unter Beibehaltung ihres einfachen Aufbaues zur Aufgabe.The invention has an improvement on the coupling of the main patent in the above respects while maintaining their simple structure to the task.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß sich der Kotangens eines aus dem Steigungswinkel und dem Reibungswinkel der Sperrfläche zusammengesetzten Winkels zum Kotangens eines aus dem Neigungswinkel und dem Reibungswinkel der Neigungsflächen zusammengesetzten Winkels wie oder annähernd wie der mittlere Abstand der Sperrflächen von der Drehachse zum mittleren Abstand der Neigungsflächen von der Drehachse verhält.This object is achieved according to the invention in that the Cotangent one composed of the angle of inclination and the angle of friction of the blocking surface Angle to the cotangent one of the angle of inclination and the angle of friction of the inclined surfaces composite angle as or approximately as the mean distance between the blocking surfaces from the axis of rotation to the mean distance of the inclined surfaces from the axis of rotation.

Die Ausbildung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß allein durch entsprechendes Auslegen der Neigungsflächen ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen oder Bauteile die miteinander zu verbindenden Kupplungsteile auch unter Last voneinander gelöst werden könnten. Damit kann die Kupplung nunmehr auch in solchen Fällen angewendet werden, in denen eine solche Lösbarkeit unter Last, z. B. für bestimmte Schaltarten, gefordert wird.The training according to the invention has the advantage that only by Appropriate design of the inclined surfaces without additional structural measures or components, the coupling parts to be connected to one another, even under load from one another could be solved. This means that the clutch can now also be used in such cases in which such releasability under load, e.g. B. for certain types of switching, is required.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 die Wechselkupplung im Schnitt, Fig. 2 einen zum Erzeugen der Axialkraft dienenden Nocken im Schnitt und Fig. 3 den Gleichlaufring im Schnitt.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. 1 shows the interchangeable coupling in section, and FIG. 2 shows one for generating the axial force serving cams in section and Fig. 3 the synchronizing ring in section.

Die Figuren zeigen eine Wechselkupplung nach dem Hauptpatent für ein Kraftfahrzeuggetriebe. Auf der Welle 10 sind die beiden Zahnräder 11 und 12 lose drehbar angeordnet. An ihnen sind in sich geschlossene Gleichlaufringe 13 und 14 angeordnet, die axial federnd mit den Zahnrädern verbunden sind. Die Stirnseiten der Gleichlaufringe sind mit sinusförmigen Sperrflächen 15 versehen, deren entsprechend ausgebildete Gegenflächen sich an den Zahnrädern 11 und 12 befinden. Die Gleichlaufringe 13 und 14 sind mit konischen Eingriffsflächen 16 versehen, die mit entsprechenden Eingriffsflächen 17 an der Schaltmuffe 18 zusammenwirken, welche die axial bewegbare Kupplungshälfte bildet. Diese ist mit der Welle 10 über radiale Zapfen 19 verbunden, die fingerartig ineinandergreifen und mit Neigungsflächen 20 und 21 zum Erzeugen eines Axialschubes aus dem Drehmoment versehen sind. Die Anordnung ist derart, daß während des Gleichlaufvorganges die Zapfen 19 mit den sogenannten Vorschrägen, d. h. den schwächer geneigten Flächen 20, aneinander anliegen. Im eingerückten Zustand liegen sie mit den stärker geneigten Flächen 21, den sogenannten Hauptschrägen, aneinander an, wodurch an den Eingriffsflächen 16 und 17 der Kraftschluß hervorgerufen wird.The figures show an interchangeable coupling according to the main patent for a Automotive transmissions. On the shaft 10, the two gears 11 and 12 are loose rotatably arranged. On them are self-contained synchronizing rings 13 and 14 arranged, which are axially resiliently connected to the gears. The front sides the synchronism rings are provided with sinusoidal locking surfaces 15, their corresponding formed mating surfaces are located on the gears 11 and 12. The synchronism rings 13 and 14 are provided with conical engagement surfaces 16 with corresponding Engaging surfaces 17 cooperate on the shift sleeve 18, which the axially movable Coupling half forms. This is connected to the shaft 10 via radial pins 19, which interlock like fingers and with inclined surfaces 20 and 21 for generating an axial thrust from the torque are provided. The arrangement is such that during the synchronization process, the pins 19 with the so-called projections, d. H. the less inclined surfaces 20, bear against one another. In the engaged state they lie with the more inclined surfaces 21, the so-called main slopes, to each other, causing the frictional connection on the engagement surfaces 16 and 17 will.

In der nachfolgenden Betrachtung haben die verwendeten Symbole die folgende Bedeutung: Mg ist das aufgebrachte Drehmoment, y1 der mittlere Radius der konischen Eingriffsflächen 16, 17, y" der mittlere wirksame Radius der radialen Zapfen 19, y3 der mittlere Radius der Sperrflächen 15, P"3 die Umfangskraft an den radialen Zapfen 19, .P U3 die Umfangskraft an den Sperrflächen 15, Pal die Axialkraft an den radialen Zapfen 19, Paz die Axiallkraft an den Sperrflächen 15, P", die axiale Vorspannung der Gleichlaufringe (durch Federn), Pa4 die Ausrückkraft, a der Kegelwinkel an den Eingriffsflächen 16 und 17, ß der Neigungswinkel der Hauptschrägen 21 an den radialen Zapfen 19, y der Steigungswinkel der Sperrflächen 15, der Reibungswinkel an den radialen Zapfen 19, p' der Reibungswinkel zum Hineindrücken der konischen Eingriffsflächen 16 und 17, O" der effektive Reibungswinkel an den Sperrflächen 15, der Reibungsfaktor an den konischen Eingriffsflächen 16 und 17.In the following, the symbols used have the following meaning: Mg is the applied torque, y1 the mean radius of the conical engagement surfaces 16, 17, y "the mean effective radius of the radial pins 19, y3 the mean radius of the locking surfaces 15, P" 3 the circumferential force on the radial pins 19, .P U3 the circumferential force on the locking surfaces 15, Pal the axial force on the radial pins 19, Paz the axial force on the locking surfaces 15, P ", the axial preload of the synchronizing rings (by springs), Pa4 the release force, a the cone angle on the engagement surfaces 16 and 17, ß the angle of inclination of the main bevels 21 on the radial pins 19, y the angle of inclination of the locking surfaces 15, the angle of friction on the radial pins 19, p 'the angle of friction for pushing in the conical engagement surfaces 16 and 17, O "is the effective angle of friction on the locking surfaces 15, the friction factor on the conical engagement surfaces 16 and 17.

Im eingerückten Zustand wird durch die Hauptschrägen an den radialen Zapfen 19 eine in Eingriffsrichtung wirkende Axialkraft folgender Größe aus dem Drehmoment erzeugt: Durch die Sperrflächen 15 an den Gleichlaufringen und den Zahnradkörpern 11 und 12 wird unter dem Einfluß des Drehmomentes ebenfalls eine Axialkraft erzeugt, welche der erstgenannten aber entgegengerichtet ist und folgende Größe annimmt: Aus diesen gegeneinander gerichteten Axialkräften ergibt sich die zum Ausrücken erforderliche Kraft wie folgt: Pa4 - Pai - Paz - Pa3 (3) In dieser Formel bedeutet das Glied Pa3 die axiale Vorspannung der Gleichlaufringe 13 und 14 durch die Federn. Diese wird in der Praxis stets unter 10 kg liegen, weil sonst die Gefahr besteht, daß der Gang im drehmomentlosen Zustand herausspringt. Sie kann also bei der weiteren Betrachtung vernachlässigt werden.In the engaged state, an axial force of the following magnitude, acting in the direction of engagement, is generated from the torque by the main bevels on the radial pin 19: Due to the locking surfaces 15 on the synchronizing rings and the gear bodies 11 and 12, an axial force is also generated under the influence of the torque, which, however, is opposite to the former and assumes the following magnitude: The force required for disengagement results from these opposing axial forces as follows: Pa4 - Pai - Paz - Pa3 (3) In this formula, the element Pa3 means the axial preload of the synchronizing rings 13 and 14 by the springs. In practice, this will always be less than 10 kg, because otherwise there is a risk that the gear will jump out when there is no torque. It can therefore be neglected in further consideration.

Werden in die vorstehende Formel (3) die Werte der Formeln (1) und (2) eingesetzt, dann erhält man die Ausrückkraft zu: Hieraus ist zunächst klar zu ersehen, daß die Ausrückkraft Pa4 gegen Null geht, wenn das übertragene Drehmoment MD gegen Null geht. Wenn aber die Kupplung unter Last gelöst werden soll, d. h. also wenn MD seinen Wert behält, dann geht der Wert Pa4 nur dann gegen Null, wenn ist. Durch Umformen kann man erhalten. Daraus geht hervor, daß man durch entsprechendes Abstimmen der Neigungswinkel ß und y an den Sperrflächen 15 bzw. der radialen Zapfen 19 aufeinander erreichen kann, daß die zum Ausrücken der Kupplung erforderliche Kraft verschwindend gering wird, d. h., man kann die Kupplung auch unter vollem Drehmoment lösen. Das Abstimmen der Neigungswinkel muß also so erfolgen, daß die Kotangenten der Neigungswinkel zuzüglich der entsprechenden Reibungswinkel sich zueinander verhalten oder annähernd verhalten wie die Radien ihrer Wirkungskreise.If the values of formulas (1) and (2) are inserted into the above formula (3), the release force is obtained as: From this it can first be seen clearly that the release force Pa4 approaches zero when the transmitted torque MD approaches zero. However, if the clutch is to be released under load, ie if MD retains its value, then the value Pa4 only approaches zero if is. By forming you can obtain. It can be seen from this that by appropriately coordinating the angles of inclination ß and y on the locking surfaces 15 or the radial pins 19 to one another, the force required to disengage the clutch is negligibly small, that is, the clutch can also be operated under full torque to solve. The coordination of the angles of inclination must therefore take place in such a way that the cotangents of the angles of inclination plus the corresponding angles of friction behave towards one another or behave approximately like the radii of their spheres of action.

Der Winkel ß, d. h. der Neigungswinkel der Hauptschrägen 21 an den radialen Zapfen 19, ist allerdings nicht frei wählbar, sondern er ist durch die Bedingung der Kraftübertragung gegeben, und zwar gilt für ihn: Man wird also in der Praxis so vorzugehen haben, daß zunächst der Winkel ß festgelegt und danach der Winkely, d. h. der Neigungswinkel der sinusförmigen Sperrflächen 15, errechnet wird. Zu diesem Zweck kann man die Formel (6) auch in der nachstehenden Form schreiben: Es kann unter bestimmten Umständen vorkommen, daß die Reibungswinkel o und O" etwa gleich sind. In diesem Fall lassen sich die oben angegebenen Formeln (6) bzw. ($) noch weiter vereinfachen, und es ergibt sich dann, daß die Neigungswinkel so gewählt werden müssen, daß sich ihre Kotangenten zueinander verhalten oder annähernd verhalten wie die mittleren Radien ihrer Wirkungskreise.The angle β, ie the angle of inclination of the main bevels 21 on the radial pin 19, is not freely selectable, but is given by the condition of the power transmission, namely the following applies to it: In practice one will have to proceed in such a way that first the angle β is determined and then the Winkely, ie the angle of inclination of the sinusoidal blocking surfaces 15, is calculated. For this purpose one can also write the formula (6) in the following form: Under certain circumstances it can happen that the angles of friction o and O "are approximately the same. In this case, the formulas (6) and ($) given above can be simplified even further, and the result is that the angles of inclination are chosen in this way must be that their cotangents relate to one another or behave approximately like the mean radii of their spheres of action.

Claims

Claim: Synchronous and gear shift clutch for a step-by-step change-speed gearbox, in particular for motor vehicles, in which the loose gears of constantly engaged gear pairs can be coupled to the shaft by an axially displaceable hub part, with inclination surfaces on the radial pins of the hub part and on the radial pins of the Shaft move the hub part depending on the torque, and in which a self-contained synchronizing ring, which is provided with a conical friction surface and which is provided with a conical friction surface and is axially movable from a locking position against spring action into an engagement-releasing position, is arranged on the gear wheel in frictional engagement with the hub part and has inclined locking surfaces acting axially on its end face facing the gearwheel, according to patent 1053 947, characterized in that the cotangent is an angle composed of the angle of inclination (y) and the angle of friction (9 ") of the locking surface (15) to the cotangent of an a Us the angle of inclination (ß) and the angle of friction (O) of the inclined surfaces (21) combined angle as or approximately as the mean distance (r3) of the blocking surfaces from the axis of rotation to the mean distance (7z) of the inclined surfaces from the axis of rotation.