專利名稱：減少跳動的變速桿總成的制作方法
技術領域：
本發明涉及手動變速車輛變速器的變速桿總成，尤其是特別設置使該總成的重心移向變速桿的擺軸之前的手動變速車輛變速器的變速桿總成，以減少所述變速桿跳動的發生。
公知的已有技術中，一種單一的和/或組合的及同步的、斷開和/或非同步的手動變速車輛變速器，可以參見美國專利5,000,060和5,390,561，其中所公開的內容結合于此作為參考。
已有手動變速的變速器，特別是應用于重型車輛的，如不帶掛車的卡車及傳統的(即非平頭式)拖拉機/半掛車，及應用于從直接裝于變速器殼的變速支座分總成向上伸出的手動操縱變速桿，與由美國專利4,455,883；4,550,627；4,920,815以及5,272,931所示類型的多滑桿或單變速軸的變速機構相互作用，所述諸專利公開的內容結合于此作為參考。
盡管此類變速器被廣泛采用并獲商業成功，但并非總是令人滿意，如在某些惡劣路面條件下，上述變速器可能會出現變速桿跳動的情況(即變速比在非意愿情況下脫離)。此情況通常與相對重型的車輛(如MVMA等級5及較大型車輛)所使用的變速器有關，它們往往具有較長的變速桿，該變速桿具有較大的球頭部，且在其端部經常有用于選擇區段和/或分立變速的主控制閥。
根據本發明，借助于提供一種用于已直接裝有變速桿的手動變速車輛變速器的變速桿總成，使上述現有技術中的缺陷減至最小或克服之，從而使上述的變速桿發生跳動的可能減至最小或完全消除。
借助于直接安裝變速桿的手動變速車輛變速器的變速桿總成即可實現上述功能，所述變速桿設置成使諸總成的重心偏置于變速桿的擺軸(Y-Y)之前。在一最佳實施例中，一向前伸出的平衡配重懸伸固定于所述變速桿。因此，本發明的目的在于提供一種新的和改進的直接安裝用于手動變速變速器的變速桿總成，從而減少由變速桿急移而產生的跳動。
本發明的上述目的及其他目的和優點結合附圖，由對下述最佳實施例的描述的理解而更加清楚。
圖1是應用本發明改進的變速桿總成的車輛傳動系示意簡圖。
圖2是影響變速桿的產生跳動扭矩的諸因素的示意性說明圖。
圖3是影響起動扭矩的因素的示意性說明圖。
圖4是一種便捷地利用本發明的重型車輛手動變速變速器的典型換檔模式的示意簡圖。
圖5是應用于本發明變速桿總成中的配重平衡塊總成的分解頂視圖。
圖6是圖5中配重平衡塊總成的側視圖。
圖7是本發明另一實施例的示意圖。
為方便起見，下述優選實施例中應用了一些術語，但并非窮舉。術語“向上”，“向下”，“向右”和“向左”表示沿這些方向作為參照方向。術語“向前”和“向后”通常分別指安裝于車輛的傳動系部件的前端和后端，也即分別是圖1所述各傳動系部件的左邊和右邊。術語“順時針方向”和“逆時針方向”表示如圖1所示的從車輛左邊觀察的旋轉方向。
所述術語包括上已提及的、它們的派生詞及其同義語。
參見圖1，它示出應用本發明的變速桿總成的一種車輛動力系10，動力系10通常應用于重型車輛，諸如通用拖拉機/半掛車輛的牽引車，其包括一發動機，或一典型的柴油機12，置于離合器殼體內的一主摩擦離合器14，一多級組合式變速器16，和一驅動軸總成18。變速器16包括一輸出軸20，它通過萬向節24與車輛傳動軸22驅動聯接，用以驅動驅動軸總成，這些技術在已有技術中是公知的。變速器16安裝在變速器殼體26內，其上直接安裝本發明變速桿總成30的變速支座28。
圖4表示一典型的換檔模式圖，它用于手動操縱變速桿來手動換檔的區段與分立組合式變速器。簡單地說，變速桿可沿邊到邊或X-X方向運動，以便選定某一特定速比或欲嚙合的速比，并且可前和后或Y-Y方向運動，以便有選擇地嚙合和脫開各速比。這種換檔模式可包括自動區段變速和手動分立變速，這在已有技術中是公知的。應用變速機構的變速器和這類變速模式在已有技術中是公知的，可以通過參照前述的美國專利5,000,060和5,390,561更詳細理解。
典型的，變速桿總成30包括一變速手柄或類似件(未示出)，其向下伸進變速機構32中，諸如多滑桿變速支座殼體總成或單變速軸總成，這些在已有技術中是公知的，和在前述美國專利4,455,883；4,550,627；4,920,815和5,272,931中已經說明。
通用的已有技術的變速器在圖1中已說明，但不含本發明改進的變速桿總成，可以想見，如果路面條件惡劣，令人煩惱的變速桿跳動可能會發生。簡單地說，變速桿的跳動是由變速桿在Y-Y方向上繞變速桿總成Y-Y擺動軸34的振動，從而引起手動變速變速器中的爪式接合器的非意愿情況下分離。本發明的變速桿總成的用途是減少此類變速桿跳動的發生。
參見圖1，在一種典型重型車輛的動力系中，發動機—離合器—變速器整體，在惡劣路面條件下往往會以垂直方式(如箭頭36所示)和繞支點或軸38擺動方式(通常固定在車輛離合器區域內)運動。如箭頭40所示方向，上述整體的向上運動差不多總是與繞擺軸38的逆時針方向轉動有關，同時，如箭頭42所示，所述整體向下運動總是與繞擺軸38的該整體的順時針方向轉動相關聯。
可以理解，變速桿的跳動是由車輛傳動系受非常路面所產生振動慣性力而產生的。如圖1所示，這種路面產生的沖擊使發動機—離合器—變速整體在其安裝處產生縱搖。這種縱搖(縱向角運動)常在發動機—離合器—變速器安裝系統的固有頻率范圍中，常常大約在7至10Hz之間，這樣的縱向角振動在變速器上，特別是變速桿總成上，產生相當高的垂直的、前、后和旋轉加速度。特別是，變速桿總成產生繞支點34的慣性跳動扭矩TJ是由其慣性扭矩之總和決定的，這將于下面及圖2示意說明中更加詳細說明。它表示典型的向后偏置變速器桿往往會增加跳動扭矩，而向前偏置往往會減少跳動扭矩。
正如在下面及圖3示意說明中更加詳細說明的那樣，由變速滑桿或變速軸起動力與支點34和變速滑桿或軸之間距離所決定動量臂之乘積(即起動扭矩To)來抵消跳動扭矩TJ當跳動扭矩克服起動扭矩時，跳動發生。起動力Fx可包括克服起動機構所需的各個力，鎖止已嚙合爪式接合器的扭矩，變速機構的摩擦力。當跳動扭矩克服起動扭矩時，變速桿發生跳動。諸如車輛滑行條件下，當傳動系有一較低的扭矩時，這往往會發生，因為在驅動條件下，來自鎖定傳動系的所謂扭矩的摩擦趨向于鎖住已接合的滑動接合器元件處于接合狀態，并且大大克服任何強加于其上的跳動。
由于變速桿總成30本身是一動態系統，它有其本身固有頻率，十分不幸，這也常常發生在7至10Hz之間，此頻率是由桿重、桿偏置、支座重，和隔離體剛度決定的，如果發動機—離合器—變速器固有頻率與變速桿總成的固有頻率相吻合，由于發動機放大了的慣性力被上述桿的共振而更加放大，跳動趨勢更大。
在圖2中，TJ＝aXMY-aYMX+I∝ 其中TJ＝跳動扭矩M＝桿的質量I＝桿的慣量ax＝前/后加速度ay＝垂直加速度∝＝桿的角加速度x＝支點到桿重心的距離y＝支點到桿重心垂直距離Cg＝重心在圖3中，To＝Fxd 其中To＝起動扭矩Fx＝起動力d＝支點到滑桿的距離圖2表示了計算由變速桿抖動而產生跳動扭矩的數學模型。它表示沿變速桿擺軸34的順時針和逆時針兩個方向上產生跳動扭矩，但引起跳動的僅是上述兩方向中之一，這取決于當前所嚙合變速比。仔細研究這個數學模型，可以看出，如果變速桿總成30的重心向前偏離支點34，那么變速桿總成向上的垂直加速度ay會產生扭矩ayMx，該扭矩抵抗變速桿總成預先的逆時針方向旋轉而引起的扭矩(I∝)。相反地，由變速桿總成向下加速度引起的扭矩往往會抵抗由變速桿總成順時針轉動引起的扭矩。因此，本申請人確認若改動變速桿總成的典型布置，可使由于發動機—離合器—變速器整體的縱向角振動引起變速桿振動的總跳動扭矩TJ減小，上述的改動使變速桿總成的重心向前偏離平面44，平面44通常包含變速桿總成的擺動34且垂直于輸出軸20的軸線，同樣，對于變速桿總成增加向前偏置其重心，甚至減小向后偏置重心的任何改動，都往往會減少變速桿的跳動發生。
申請人已發現在向上垂直運動中，發動機—離合器—變速器整體通常有繞該整體擺動軸38逆時鐘方向旋轉的趨勢，而在向下垂直運動中，通常有繞該整體擺動軸38順時針方向旋轉的趨勢。從路面振動ayMx引起的垂直加速度所產生的慣性扭矩，往往會抵抗由轉動加速度而引起的控制扭矩，結果產生一個非常低的繞支點的總跳動扭矩。
完成上述(見圖7)的一種方法是設計變速器16A，以使變速支座28A在該變速器上往后移。而變速桿總成38采用向前彎曲的變速桿31，這樣往往會將其重心移至包含有變速桿擺軸的平面44A之前。對于許多車輛的布置來說，由于已有車輛布置和已有的變速機構32A的結構，此情況不可能付諸實際。
在圖1，圖5和圖6中，本發明的優選實施例的形式已說明，它能很好地適合大多數情況，即便不是所有的，已有的變速器和車輛布置也能很好地適于更新已有的變速桿總成。在這優選實施例中，配重平衡塊總成50包括固定懸臂安裝于已有變速桿31上的一質量塊52，通過安裝裝置54，加大質量塊，使質量塊位于已有平面44之前。選定配重平衡塊構件52的質量和懸臂安裝裝置54的長度，這樣變速桿總成30的重心將使由垂直加速度引起的扭矩往往會抵消由轉動加速度引起的扭矩。參見圖2，此情形下最好結果是其長度和質量的選擇導致由變速桿垂直加速度產生的扭矩ayMx，通常等于和相當于角加速度產生的扭矩I∝。
圖5和圖6所示是配重平衡塊50的結構，簡單地說，質量塊52加進安裝裝置54中，其包括兩個分開的塊56和塊58，限定成直線并配合。通常凹形插孔60和62之間相應地夾持住變速桿31，有許多螺紋緊固件，諸如螺栓64和62，穿過孔68和72，與其內螺孔72和74相螺接，質量塊52可以是高密度的材料和/或可變換有選擇插入以改變其質量。
因此，可以理解一種上述新的和改進的用于手動變速變速器的變速桿總成，特別是用于重型車輛的手動變速變速器，能減少或消除變速桿的跳動發生。
盡管對本發明以一定程度的特例作出描述，可以理解，優選實施例僅為一實例的說明，可以有許多形式和細節的變化并未脫離本發明及其后所附權利要求的實質和范圍。
權利要求
1.一種為具有一輸出軸的手動變速車輛變速器提供變速桿總成的方法，所述類型變速桿總成包括一伸長的變速桿(31)，該變速桿(31)可擺動地繞擺軸安裝，該擺軸由變速支座限定，該變速支座直接安裝到變速器上，通常前—后從而有擺動選擇地嚙合和分離所選定的變速比，上述方法包括將所述變速桿總成重心向前偏離平面(44)，該平面(44)包含所述擺軸且與所述輸出軸的軸線相垂直。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述偏離包括將向前延伸的質量塊(50)附加于所述變速桿。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述偏離包括使所述變速桿向前延伸彎曲。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述偏離包括使所述變速桿向前延伸曲彎曲。
5.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述變速桿總成承受以已知方式相關聯的垂直加速度(ay)和繞所述擺軸的角加速度(∝)，并選擇所述的質量塊來設定變速桿總成的重心，以減少表達式I∝-ayMx的值，其中I＝變速桿慣性變量∝＝繞所述擺軸逆時針方向的變速桿角加速度ay＝向上垂直加速度M＝變速桿總成質量，和X＝所述平面到重心之間的距離
6.一種用于具有一輸出軸的手動變速車輛變速器經改進的變速桿總成(30)，所述類型變速桿總成包括一伸長的變速桿(31)，該變速桿可擺動地繞擺軸安裝，該擺軸位于變速支座內，該變速支座直接安裝于變速器，通常前—后擺動有選擇地嚙合和分離所選定的變速比，所述的改進包括使所述變速桿總成重心向前偏離平面(44)，該平面(44)包含所述擺軸并垂直于所述輸出軸的軸線。
7.如權利要求6所述的改進變速桿總成，包括一向前懸臂延伸的質量塊(50)，該質量塊(50)附加于所述變速桿。
8.如權利要求7所述的改進變速桿總成，其特征在于所述變速桿總成承受以已知方式相互關聯的垂直加速度(ay)和繞擺軸的角加速度，選擇所述質量塊來設定變速桿總成的重心，以減少表達式I∝-aYMx的值，其中I＝變速桿慣性變量∝＝繞所述擺軸逆時針方向的變速桿角加速度ay＝向上垂直加速度M＝變速桿總成質量，和X＝所述平面到重心之間的距離
9.一種減少由變速桿總成(30)引起變速桿跳動的方法，所述總成(30)與具有一輸出軸的手動變速車輛變速器共同作用，所述類型的變速桿總成包括一伸長的變速桿，該變速桿可擺動地繞擺軸安裝，該擺軸位于變速支座中，該變速支座直接安裝于變速器，通常前-后擺動有選擇地嚙合和分離所選定的變速比，所述變速桿總成最初有一位于平面(44)之后的重心，該平面(44)包括所述的擺軸且與所述輸出軸的軸線相垂直，所述方法包括使所述變速桿總成的重心向前偏離所述平面。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于所述的偏離包括將向前延伸的質量塊(50)附加到所述變速桿上。
11.如權利要求9所述的方法，其特征在于所述的偏離包括使所述變速桿向前延伸彎曲。
12.如權利要求10所述的方法，其特征在于所述變速桿總成承受以已知方式相關聯的垂直加速度(ay)和繞所述擺軸的角加速度(∝)，并選擇所述的質量塊，來設定變速桿總成的重心，以減少表達式I∝-ayMx的值，其中I＝變速桿慣性變量∝＝繞所述擺軸逆時針方向的變速桿角加速度ay＝向上垂直加速度M＝變速桿總成質量，和X＝所述平面到重心之間的距離
13.一種減少手動變速變速系統的變速桿跳動的裝置，包括一與其上有一輸出軸的手動變速車輛變速器有關的變速桿總成，所述類型變速桿總成包括一伸長的變速桿，該變速桿可擺動地繞擺軸安裝，該擺軸位于一變速支座中，該變速支座直接安裝于變速器，通常前-后擺動有選擇地嚙合和分離所選定的變速比，所述變速桿總成最初的重心位于平面(44)之后，該平面(44)包含所述擺軸且與所述輸出軸軸線相垂直，所述裝置包括附加到所述變速桿上的配重平衡塊(50)，并包括向前延伸的質量塊，所述配重平衡塊和所述變速桿總成形成一變速桿總成(30)的組合體，所述質量塊具有足夠的尺寸和足夠的向前延伸量，使所述變速桿總成組合體的重心向前偏離到所述平面的位置。
14.如權利要求3所述的裝置，其特征在于所述的配重平衡塊可動地附加到所述變速桿。
15.在手動變速車輛變速系統中，減少變速桿跳動的一變速桿總成(30)包括，一與其上有一輸出軸的手動變速車輛變速器有關的一變速桿分總成(31)，所述類型的變速桿分總成包括一伸長的變速桿，該變速桿可擺動地繞擺軸安裝，該擺軸位于變速支座內，該支座直接安裝于變速器，通常前-后擺動有選擇地嚙合和分離所選定的變速比，所述變速桿分總成具有一位于平面(44)之后的重心，該平面(44)包含所述的擺軸，且垂直于所述輸出軸的軸線；和一配重平衡塊(50)附加到所述變速桿并且包括一向前延伸的質量，所述配重平衡塊和所述變速桿分總成形成變速桿總成(30)組合體，所述的質量塊具有足夠的尺寸和足夠的向前延伸量，使所述變速桿總成組合體的重心偏置于所述平面之前的一個位置。
16.如權利要求15所述的總成，其特征在于所述配重平衡塊可動地附加到所述變速桿上。
17.如權利要求15所述的總成，其特征在于選擇所述的質量塊，來設定變速桿總成組合體的重心以減少表達式I∝-axMx的值，其中I＝變速桿慣性變量∝＝繞所述擺軸逆時針方向的變速桿角加速度ay＝向上重加速度M＝變速桿總成質量，和X＝所述平面到重心之間的距離
全文摘要
一種減少變速桿跳動的手動變速車輛變速器(16)的變速桿,一配重平衡塊(52)安裝在變速桿(13)上,以向前延伸的方式,將變速桿總成的組合體的重心移至變速桿Y－Y擺軸(34)的前面。
文檔編號B60K20/02GK1169516SQ97113468
公開日1998年1月7日 申請日期1997年5月6日 優先權日1996年5月6日
發明者J·J·貝爾 申請人:易通公司