多級變速器變速鼓輪的凹槽從動件的制作方法

專利名稱：多級變速器變速鼓輪的凹槽從動件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種與機動車多級變速器變速鼓輪的變速凹槽相配合的凹槽從動件，該凹槽從動件具有垂直凸度和縱向凸度，并且，變速凹槽(48)定義了一個有效直徑，該凹槽從動件沿所述有效直徑導向，使得凹槽從動件與變速凹槽成接合狀態，其中垂直凸度所有頂點的集合沿凹槽從動件的圓周面形成導向線。
背景技術：
凹槽從動件(特別是滑塊、鼓輪或類似凸輪從動件)在現有技術中廣為人知。
這種的凹槽從動件與變速鼓輪的變速凹槽相配合以接合或脫離變速器齒輪。變速鼓輪，例如DE 199 24 335 A所定義的，在現有技術中廣為人知。變速鼓輪沿其圓周面具有凹入部分，即所謂的變速凹槽。可在軸向上位移的凹槽從動件被引導或導向在變速凹槽內。在用于多級變速器連續變速的變速鼓輪轉動時，凹槽從動件可以隨之在軸向上運動。此外，凹槽從動件可與，例如，所謂的變速撥叉相配合，該撥叉又同變速套相結合，在其幫助下實現齒輪的替換。該變速鼓輪因此構成多級變速器的致動裝置。
變速鼓輪本身由例如馬達，特別是電動馬達的致動驅動器驅動。接著，如果要接合與凹槽從動件相結合的一個齒輪，那么該變速鼓輪連同變速凹槽就在電動馬達的幫助下轉動。控制凹槽具有也可稱作變速齒或變速凸輪的弧形區域，因此凹槽從動件得以在軸向上位移。在這些弧形區域中，通常一直在周向上運動的變速凹槽在軸向上發生位移。
指定給不同齒輪的多個凹槽從動件可被引導在變速凹槽中。在適當的情況下，單個凹槽從動件甚至可以指定給多個齒輪，即凹槽從動件從中立位置沿第一軸向方向位移至接合一個齒輪，以及凹槽從動件從中立位置作沿相反的軸向方向接合另一個齒輪。
現有技術公開的凹槽從動件，特別是滑塊，具有預設的固定高度H。這樣的滑塊將在以下詳細闡述。這樣的滑塊的上表面和下表面通常形成相互平行的平面。
然而，沿變速鼓輪的軸向看去，變速鼓輪的變速凹槽基本上以圓周的形狀形成。與變速鼓輪軸線垂直的截面中的變速凹槽圓周形是由于變速鼓輪的旋轉對稱構造而產生的。
變速鼓輪，或者說是變速凹槽，定義了所謂的有效直徑，凹槽從動件和變速鼓輪的凹槽或凸緣沿該有效直徑形成理想接觸。該有效直徑是作為變速鼓輪外形乃至整個傳動機械裝置的理論設計的基礎的功能性參數。
如果將根據現有技術的凹槽從動件插入變速凹槽，該凹槽從動件和變速鼓輪會由于凹槽從動件“超出”了該凹槽從動件和變速鼓輪的理想接觸點(即有效直徑線，參照圖5)而相互不能最佳配合。
該凹槽從動件，特別是滑塊，在有效直徑上方優選地接觸變速凹槽的側方凸緣。
這可能在變速鼓輪凹槽的承受高負荷的區域內，如同步點或變速點上，導致損壞和功能失效。
此外，必須考慮赫茲壓力。赫茲壓力應理解為兩個彈性體的相互接觸面的中間具有的最大機械應力。當具有弧形表面的兩個彈性體(如圓柱體或球體)相互擠壓到一起，則它們(理論上)僅僅以線接觸或點接觸的方式互相接觸。然而，由于彈性體的彈性而在接觸點產生了展平或接觸面。沿兩者的相互接觸面產生特征應力分布，該應力總是在接觸面的中間是最大的。
當兩個球體、一個球體和一個平面或兩個相交的圓柱體相接觸，這將產生接觸或壓力橢圓。兩個平行圓柱體或一個圓柱體與一個平面的接觸將產生線性接觸面。這也稱作鼓輪壓力。
根據德國物理學家Heinrich Hertz的理論，接觸面的大小和形狀以及接觸面下機械壓力的大小和分布是可以計算的。根據赫茲的理論，接觸面中部具有的最大機械壓力就是所謂的赫茲壓力。
赫茲壓力的大小取決于將兩物體擠壓到一起的壓力、它們的曲率半徑，和它們的彈性模量。
此外，凸度的概念將在下面起到重要作用。凸度應理解為表面的輕微(凸)曲率，例如機器部件或工具的表面。通過凸度，例如邊緣附近的不利的(點接觸式的)壓力或力的峰值得以避免。這樣，齒輪凸緣或皮帶輪的運動面都是凸度設計。

發明內容
圖1以虛線標示的平行六面體概略地示意性圖解了凸度。圖1中以透視圖形式示出的平行六面體具有高度H、寬度B和深度T。此外，示出了具有X、Y、Z坐標軸的直角坐標系統以簡化說明。
圖1中用平行六面體前面的左邊緣來說明垂直凸度。如果該平行六面體在該邊緣沒有凸度，那么該邊緣(虛線)關于X軸平行。X軸在這里代表平行六面體的高度。如果平行六面體的端面具有垂直凸度，那么XY平面則向Z軸的反方向膨脹。在對稱垂直凸度的情況下，可能例如沿著中線相對于高度H形成。在這種范例中，垂直凸度的頂點SHB位于H/2的高度H處。垂直凸度的頂點SHB的特征在于，在該處，與“正常”平行六面體的X軸的距離d最遠。
該平行六面體的其它外表面可以同樣的方式“膨脹”。
如果垂直凸度的頂點SHB，如圖中的點所示，沿具有凸度的平行六面體的周面點點相連，就形成了所謂的垂直凸度的導向線L。
垂直凸度的導向線L表示具有凸度的平行六面體要接觸比如墻的線，如果，假設該平行六面體的底表面并無曲率，該凸度平行六面體放置于地面并推靠同一墻面。
本發明的目的因此在于提供一種改進的能減緩磨損的凹槽從動件。
該目的通過一開始提到的凹槽從動件得以實現，其中垂直凸度頂點的位置被選擇成，使得導向線基本與變速鼓輪的有效直徑相對應。
由此產生一種凹槽從動件與變速鼓輪凹槽的相互接觸表面或凸緣之間的最佳支承或接觸模式，在變速鼓輪凹槽內的接觸可以關于凹槽凸緣的高度在中心位置變的顯著。
同樣由于這個原因，變速鼓輪與凹槽從動件相互接觸的凸緣會有更小的磨損和更輕微的形變。
由此產生的結果是，變速鼓輪凹槽的外形尺寸更小，從而使整體傳動裝置的功能更為安全。
此外，使用壽命得以延長。
最后，凹槽從動件和變速凹槽所使用的材料要滿足更低的材料強度要求。
赫茲壓力橢圓的換檔中點實際上位于變速鼓輪的有效直徑的線上。
所得出的該實際接觸點與理論上預先計算的點相對應。
此外，如果垂直凸度不僅僅是沿著凹槽從動件與變速凹槽的接觸面而且也是沿著凹槽從動件的整個周面設置將會是更優選的。
這種方法使得，即使凹槽從動件相對于變速鼓輪或者進而相對于變速凹槽的定向發生改變，凹槽從動件也仍然沿有效直徑與變速凹槽的相應凸緣相接觸。
此外，如果凹槽從動件是滑塊將也是優選的。
如以下將詳述的，滑塊通常具有(像菱形)或菱形的底面，其角點為圓形，并且滑塊最好以基本直線的面與變速凹槽相接觸。接觸面保證了凹槽從動件與變速凹槽的可靠協作，因為其實現了面接觸。
根據優選實施例，凹槽從動件具有接觸斜面，凹槽從動件的縱向凸度沿該接觸斜面形成。
赫茲壓力同樣由于縱向凸度而減小，特別是不僅僅在垂直方向上，還在變速凹槽的周向上。
而且，如果與變速凹槽底部位置相對的凹槽從動件表面具有與變速凹槽的曲率基本吻合的曲率，將更是有利的。
這種方法保證了凹槽從動件與變速凹槽以凹槽從動件最大限度地深插入變速凹槽的狀態相結合，以進一步增加變速安全性。
應當理解以上提到的和以下將闡述的特征不僅在各例詳細說明的組合中應用，也可以在不離開本發明范圍的情況下在其它組合中或單獨使用。


本發明的實施例以附圖來說明，并在隨后的描述中詳細闡述。圖中圖1是沿其周面具有垂直凸度和縱向凸度的平行六面體的示意圖；圖2是滑塊的示意透視圖；圖3是圖2所示的滑塊沿III-III線的剖視圖；圖4A至4D是另一滑塊的各種視圖；圖5示出圖1所示的滑塊，該滑塊與變速鼓輪或其變速凹槽相接合，包括相關接觸橢圓；圖6示出沿滑塊周面的垂直凸度頂點的分布；圖7示出根據本發明的與變速凹槽接合的滑塊；圖8A至8D示出圖7所示滑塊的各種視圖；圖9A至9D示出本發明滑塊的更多實例的各種視圖；圖10示出如圖9滑塊的兩個示意透視圖。
具體實施例方式
如前面已經提到的，圖1用虛線(連續線)顯示有凸度設計的平行六邊形。
圖2在兩個示意透視圖中顯示滑塊10，即左頂部視圖和右底部視圖。該滑塊10沿其高度方向具有(任選的)孔12。滑塊10可借助于部件(未示出)插入孔12而與例如撥叉(未示出)相連接。
如圖2所示的例子，該滑塊具有設計為相互平行的上表面14和底面16。滑塊10的周面有許多凸緣部件18、20和22。
圖2左側所示出的滑塊10以點劃線表示出縱軸線24。
此外，上表面14具有兩個上升部分26、28，然而對本發明的功能不太重要，所以不再詳細闡述。
滑塊10由凸緣部件18至22引導或導向在變速凹槽(未示出)或變速鼓輪(未示出)中。
圖3示出了圖2中右側的滑塊10沿III-III線的示意剖視圖。
圖3所示的剖面30關于圖2所示的滑塊10平行于上表面14和底面16地定向。這樣該剖面30就垂直于高度(未示出)地定向。該表面30由于孔12的原因而具有圓形凹陷。
表面30的外等高線U是由多個凸緣部件18至22形成的。滑塊10的寬度通過垂直于縱向24的另一點劃線32來標示。在主凸緣22的區域中，滑塊10的外表面在周面方向具有與主直徑Dhaupt的一半相對應的曲率半徑。
接觸斜面20(參照圖2)分別與主凸緣22相接。接觸斜面20設計成接近直線，即相對于表面是平的，而不是如剖面30右下方的虛線34所示地夸張地示出的其縱向凸度。沿剖面30的等高線U的凸度一般在下文中稱為縱向凸度，其中對滑塊10的長度和寬度不做區分。同樣使用的“垂直凸度”的提法將在與圖4D有關的闡釋中詳解。
圖3的接觸斜面20通常構成與變速凹槽(未示出)或凹槽凸緣(未示出)相協作的滑塊10的各組成部分。如開始提及的，由于變速凹槽具有所謂的變速齒，為在中立位置和齒輪接合位置之間移動齒輪，凹槽凸緣通常在變速齒區域內與變速鼓輪的周面以類似的方式形成斜面，因此通常在齒輪變換的時候發生變速鼓輪的變速凹槽的凹槽凸緣與接觸斜面之間的面接觸。
接觸斜面20分別與相應的頂點凸緣18相接。頂點凸緣18在縱向24上分別形成滑塊10的頭尾端。該頂點凸緣18包含頂點角2α并以半直徑Dspitze呈圓弧形。
圖4A至4D示出另一滑塊40。
圖4A顯示滑塊40的下部。圖4B顯示滑塊40的側面。圖4C顯示滑塊40的頂視圖。圖4D顯示沿縱向24觀察到的滑塊40。這與前視圖相對應。與圖2所示滑塊相類似的特征具有相同的附圖標記。
圖4示出的滑塊與圖2圖解的滑塊10的不同之處基本在于，圖4的滑塊40的上升部分26和28不在中央區域，它們基本被主凸緣22限制。上升部分26和28設置于端頭區域，它們基本上被頂點凸緣18從外部限制。
此外，圖4B至4D示出垂直凸度的導向線L。現有滑塊中，該導向線與構成滑塊40的上表面和底面的表面14和16平行。此外，在輔助線42的幫助下可以清楚地看到這些表面相對于高度方向形成有凸度。這就是說，示出了各種凸緣部件18-22之間的過渡的輔助線42是具有預定曲率半徑的曲線。此外可以看到，圓周面各部件的縱向凸度的頂點都位于同樣高度，否則，垂直凸度的導向線L也不會與表面14或16平行。
圖5中可以示意地看到與示出了一部分的變速鼓輪44相接合的圖2的滑塊10。在這種情況下，從變速鼓輪44的軸線方向觀察滑塊10與變速鼓輪44。變速鼓輪44的軸線由46表示。
該變速鼓輪44具有外半徑rauβen。此外，變速凹槽48在變速鼓輪44的周面方向示意地示出，變速凹槽48的深度以附圖標記50表示。變速凹槽48的深度50是從外半徑rauβen和內半徑rinnen的差值中計算出來的。變速凹槽48的深度50通常與不具有上升部分26或28的滑塊10的高度具有相同的數量級。
圖5也示出了滑塊10的垂直凸度的導向線。此外，所謂的有效半徑rwirk在圖5中示出。該有效半徑rwirk或有效直徑是作為整個變速鼓輪外形尺寸乃至整個傳動機械裝置的理論設計的基礎的功能性參數。該滑塊的凸緣與變速鼓輪凹槽的凸緣沿有效直徑理想接觸。
然而由于赫茲壓力，變速鼓輪44會在轉動時沿轉動52方向形成壓力橢圓54。
顯而易見，橢圓54基本上位于有效直徑上方。滑塊凸緣18和20位于理想接觸點(即有效直徑)之前。這樣，滑塊10的接觸點就在滑塊10的頂點凸緣18和變速鼓輪凹槽外緣的方向上發生位移，所述外緣由rauβen形成。
這可能在承受高負荷的變速鼓輪凹槽區域內(如同步點或變速點)導致損壞和功能失效。壓力橢圓54中心點關于有效直徑線56的位移導致實際所得值相對于理論預設值的不確定偏差。此效應在變速鼓輪44的小有效直徑的情況下得到加強。
根據本發明，這些負面效應會在縱向凸度的頂點沿滑塊周面設置成使其基本與有效直徑線56相重合的情況下得以消除。
這在圖6中示意地示出，其中滑塊的高度依據滑塊的周面繪制。
附圖標記ML標示滑塊的兩個最大寬度位置之一。圖6中理論上觀察到的該滑塊具有總高度Hges。對于現有的滑塊，垂直凸度的頂點SHB如圖1所示意地示出和圖4B/D中以“L”表示的一樣位于線58上。
根據本發明，在圓周面的每個單元部件Uelement的垂直凸度的頂點SHB在有效直徑線56的方向上“移位”。
圖6的右半部分部分地示出了本發明滑塊在點ML處的垂直于縱軸的截面。垂直凸度的頂點SHB在那里處于理想位置。根據本發明，頂點SHB離開點ML后將沿箭頭60的方向運動。
圖7示出根據本發明的滑塊，其具有垂直凸度的弧形導向線L。此外，滑塊70具有適應于內半徑rinnen的弧形底面72。然而這僅僅代表一種優選實施例。此外，底面也可以無曲率地形成，這將在圖9中清楚地示出。
滑塊70與圖1的滑塊10和圖4的滑塊40構造相似。僅有的幾點不同將在以下詳細闡述。
圖8更詳細地顯示圖7的滑塊70。圖8A顯示滑塊70的底視圖。圖8B顯示滑塊70的側視圖。圖8C顯示滑塊70的頂視圖。圖8D顯示縱向24視圖。這與前視圖相對應。
圖9示出根據本發明的滑塊90的另一實施例，其具有無曲率的底面92。
圖10示出了根據圖9的滑塊90的兩個示意透視圖。
如圖9所示，滑塊90在上部區域94中具有在寬度上比變速凹槽更寬的套環96，因此，在接合的狀態下，滑塊90以其區域94從側面伸出到變速凹槽上方。
不言而喻，可以改變滑塊或凹槽從動件的各種參數，例如，凸度半徑，頂角α，曲率直徑等等，以進一步優化滑塊凸緣和變速鼓輪凹槽凸緣的接觸模式的空間位置。
本發明的結果是，變速鼓輪凹槽的磨損和變形減到最小，同時變速鼓輪傳動機械裝置的操作可靠性和使用壽命增加。此外，節約了相當的成本。而且，致動器的理論設計參數也在實際實施中得以實現。導向線的曲率半徑也可以與有效直徑的曲率半徑有細微偏離(參照圖7)，而實際上并不會限制本發明可能實現的功能特性。
然而，在曲率半徑有偏差的情況下，壓力橢圓的位置可被優化。
如果變速鼓輪的形狀與旋轉對稱有偏差，則變速凹槽的橫截面也不再是旋轉對稱的，“有效直徑”的提法應該改成“有效線”。
權利要求
1.一種與機動車多級變速器的變速鼓輪(44)的變速凹槽(48)相配合的凹槽從動件(70、90)，該凹槽從動件(70、90)具有垂直凸度和縱向凸度，并且，該變速凹槽(48)限定一個有效直徑，該凹槽從動件(70，90)被導向成沿該有效直徑與變速凹槽(48)成接合狀態，并且，垂直凸度的所有頂點(SHB)的集合沿凹槽從動件的周面形成導向線(L)，其特征在于，垂直凸度的頂點位置這樣地選擇，以至于使導向線(L)基本上與變速鼓輪(44)的有效直徑相對應。
2.如權利要求1所述的凹槽從動件，其特征在于，該垂直凸度不僅沿與變速凹槽(48)的凹槽凸緣相接觸的表面設置，而且也沿凹槽從動件(70、90)的整個周面(U)設置。
3.如權利要求1或2所述的凹槽從動件，其特征在于，該凹槽從動件(70、90)為滑塊。
4.如權利要求3所述的凹槽從動件，其特征在于，該凹槽從動件(70、90)具有接觸斜面(20)，凹槽從動件(70、90)的縱向凸度沿該接觸斜面形成。
5.如權利要求1至4中任一權利要求所述的凹槽從動件，其特征在于，該凹槽從動件(70、90)的與變速凹槽(48)底部相對設置的表面(72、92)具有與變速凹槽(48)的曲率基本吻合的曲率。
全文摘要
一種與機動車多級變速器變速鼓輪(44)的變速凹槽(48)相配合的凹槽從動件(70，90)，該凹槽從動件(70，90)具有垂直凸度和縱向凸度，并且，變速凹槽(48)定義了一個有效直徑，該凹槽從動件(70，90)沿所述有效直徑導向，使得凹槽從動件(70，90)與變速凹槽(48)成接合狀態，其中垂直凸度的所有頂點(S
文檔編號F16H63/18GK1910390SQ200580001704
公開日2007年2月7日 申請日期2005年7月21日 優先權日2004年10月22日
發明者斯特凡·卡普, 安德烈亞斯·帕爾姆 申請人:赫爾曼-哈根邁爾Getrag傳動機構和齒輪工廠有限公司&兩合公司