專利名稱：減少跳動(dòng)的變速桿總成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及手動(dòng)變速車輛變速器的變速桿總成，尤其是特別設(shè)置使該總成的重心移向變速桿的擺軸之前的手動(dòng)變速車輛變速器的變速桿總成，以減少所述變速桿跳動(dòng)的發(fā)生。
公知的已有技術(shù)中，一種單一的和/或組合的及同步的、斷開(kāi)和/或非同步的手動(dòng)變速車輛變速器，可以參見(jiàn)美國(guó)專利5,000,060和5,390,561，其中所公開(kāi)的內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
已有手動(dòng)變速的變速器，特別是應(yīng)用于重型車輛的，如不帶掛車的卡車及傳統(tǒng)的(即非平頭式)拖拉機(jī)/半掛車，及應(yīng)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(dòng)操縱變速桿，與由美國(guó)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(jī)構(gòu)相互作用，所述諸專利公開(kāi)的內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
盡管此類變速器被廣泛采用并獲商業(yè)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(huì)出現(xiàn)變速桿跳動(dòng)的情況(即變速比在非意愿情況下脫離)。此情況通常與相對(duì)重型的車輛(如MVMA等級(jí)5及較大型車輛)所使用的變速器有關(guān)，它們往往具有較長(zhǎng)的變速桿，該變速桿具有較大的球頭部，且在其端部經(jīng)常有用于選擇區(qū)段和/或分立變速的主控制閥。
根據(jù)本發(fā)明，借助于提供一種用于已直接裝有變速桿的手動(dòng)變速車輛變速器的變速桿總成，使上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷減至最小或克服之，從而使上述的變速桿發(fā)生跳動(dòng)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(dòng)變速車輛變速器的變速桿總成即可實(shí)現(xiàn)上述功能，所述變速桿設(shè)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(shí)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(fā)明的目的在于提供一種新的和改進(jìn)的直接安裝用于手動(dòng)變速變速器的變速桿總成，從而減少由變速桿急移而產(chǎn)生的跳動(dòng)。
本發(fā)明的上述目的及其他目的和優(yōu)點(diǎn)結(jié)合附圖，由對(duì)下述最佳實(shí)施例的描述的理解而更加清楚。


圖1是應(yīng)用本發(fā)明改進(jìn)的變速桿總成的車輛傳動(dòng)系示意簡(jiǎn)圖。
圖2是影響變速桿的產(chǎn)生跳動(dòng)扭矩的諸因素的示意性說(shuō)明圖。
圖3是影響起動(dòng)扭矩的因素的示意性說(shuō)明圖。
圖4是一種便捷地利用本發(fā)明的重型車輛手動(dòng)變速變速器的典型換檔模式的示意簡(jiǎn)圖。
圖5是應(yīng)用于本發(fā)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(cè)視圖。
圖7是本發(fā)明另一實(shí)施例的示意圖。
為方便起見(jiàn)，下述優(yōu)選實(shí)施例中應(yīng)用了一些術(shù)語(yǔ)，但并非窮舉。術(shù)語(yǔ)“向上”，“向下”，“向右”和“向左”表示沿這些方向作為參照方向。術(shù)語(yǔ)“向前”和“向后”通常分別指安裝于車輛的傳動(dòng)系部件的前端和后端，也即分別是圖1所述各傳動(dòng)系部件的左邊和右邊。術(shù)語(yǔ)“順時(shí)針?lè)较颉焙汀澳鏁r(shí)針?lè)较颉北硎救鐖D1所示的從車輛左邊觀察的旋轉(zhuǎn)方向。
所述術(shù)語(yǔ)包括上已提及的、它們的派生詞及其同義語(yǔ)。
參見(jiàn)圖1，它示出應(yīng)用本發(fā)明的變速桿總成的一種車輛動(dòng)力系10，動(dòng)力系10通常應(yīng)用于重型車輛，諸如通用拖拉機(jī)/半掛車輛的牽引車，其包括一發(fā)動(dòng)機(jī)，或一典型的柴油機(jī)12，置于離合器殼體內(nèi)的一主摩擦離合器14，一多級(jí)組合式變速器16，和一驅(qū)動(dòng)軸總成18。變速器16包括一輸出軸20，它通過(guò)萬(wàn)向節(jié)24與車輛傳動(dòng)軸22驅(qū)動(dòng)聯(lián)接，用以驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸總成，這些技術(shù)在已有技術(shù)中是公知的。變速器16安裝在變速器殼體26內(nèi)，其上直接安裝本發(fā)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(dòng)操縱變速桿來(lái)手動(dòng)換檔的區(qū)段與分立組合式變速器。簡(jiǎn)單地說(shuō)，變速桿可沿邊到邊或X-X方向運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)，以便有選擇地嚙合和脫開(kāi)各速比。這種換檔模式可包括自動(dòng)區(qū)段變速和手動(dòng)分立變速，這在已有技術(shù)中是公知的。應(yīng)用變速機(jī)構(gòu)的變速器和這類變速模式在已有技術(shù)中是公知的，可以通過(guò)參照前述的美國(guó)專利5,000,060和5,390,561更詳細(xì)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(jìn)變速機(jī)構(gòu)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(shù)中是公知的，和在前述美國(guó)專利4,455,883；4,550,627；4,920,815和5,272,931中已經(jīng)說(shuō)明。
通用的已有技術(shù)的變速器在圖1中已說(shuō)明，但不含本發(fā)明改進(jìn)的變速桿總成，可以想見(jiàn)，如果路面條件惡劣，令人煩惱的變速桿跳動(dòng)可能會(huì)發(fā)生。簡(jiǎn)單地說(shuō)，變速桿的跳動(dòng)是由變速桿在Y-Y方向上繞變速桿總成Y-Y擺動(dòng)軸34的振動(dòng)，從而引起手動(dòng)變速變速器中的爪式接合器的非意愿情況下分離。本發(fā)明的變速桿總成的用途是減少此類變速桿跳動(dòng)的發(fā)生。
參見(jiàn)圖1，在一種典型重型車輛的動(dòng)力系中，發(fā)動(dòng)機(jī)—離合器—變速器整體，在惡劣路面條件下往往會(huì)以垂直方式(如箭頭36所示)和繞支點(diǎn)或軸38擺動(dòng)方式(通常固定在車輛離合器區(qū)域內(nèi))運(yùn)動(dòng)。如箭頭40所示方向，上述整體的向上運(yùn)動(dòng)差不多總是與繞擺軸38的逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)，同時(shí)，如箭頭42所示，所述整體向下運(yùn)動(dòng)總是與繞擺軸38的該整體的順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)。
可以理解，變速桿的跳動(dòng)是由車輛傳動(dòng)系受非常路面所產(chǎn)生振動(dòng)慣性力而產(chǎn)生的。如圖1所示，這種路面產(chǎn)生的沖擊使發(fā)動(dòng)機(jī)—離合器—變速整體在其安裝處產(chǎn)生縱搖。這種縱搖(縱向角運(yùn)動(dòng))常在發(fā)動(dòng)機(jī)—離合器—變速器安裝系統(tǒng)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(dòng)在變速器上，特別是變速桿總成上，產(chǎn)生相當(dāng)高的垂直的、前、后和旋轉(zhuǎn)加速度。特別是，變速桿總成產(chǎn)生繞支點(diǎn)34的慣性跳動(dòng)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(shuō)明中更加詳細(xì)說(shuō)明。它表示典型的向后偏置變速器桿往往會(huì)增加跳動(dòng)扭矩，而向前偏置往往會(huì)減少跳動(dòng)扭矩。
正如在下面及圖3示意說(shuō)明中更加詳細(xì)說(shuō)明的那樣，由變速滑桿或變速軸起動(dòng)力與支點(diǎn)34和變速滑桿或軸之間距離所決定動(dòng)量臂之乘積(即起動(dòng)扭矩To)來(lái)抵消跳動(dòng)扭矩TJ當(dāng)跳動(dòng)扭矩克服起動(dòng)扭矩時(shí)，跳動(dòng)發(fā)生。起動(dòng)力Fx可包括克服起動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的各個(gè)力，鎖止已嚙合爪式接合器的扭矩，變速機(jī)構(gòu)的摩擦力。當(dāng)跳動(dòng)扭矩克服起動(dòng)扭矩時(shí)，變速桿發(fā)生跳動(dòng)。諸如車輛滑行條件下，當(dāng)傳動(dòng)系有一較低的扭矩時(shí)，這往往會(huì)發(fā)生，因?yàn)樵隍?qū)動(dòng)條件下，來(lái)自鎖定傳動(dòng)系的所謂扭矩的摩擦趨向于鎖住已接合的滑動(dòng)接合器元件處于接合狀態(tài)，并且大大克服任何強(qiáng)加于其上的跳動(dòng)。
由于變速桿總成30本身是一動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，它有其本身固有頻率，十分不幸，這也常常發(fā)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(fā)動(dòng)機(jī)—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(fā)動(dòng)機(jī)放大了的慣性力被上述桿的共振而更加放大，跳動(dòng)趨勢(shì)更大。
在圖2中，TJ＝aXMY-aYMX+I∝ 其中TJ＝跳動(dòng)扭矩M＝桿的質(zhì)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(diǎn)到桿重心的距離y＝支點(diǎn)到桿重心垂直距離Cg＝重心在圖3中，To＝Fxd 其中To＝起動(dòng)扭矩Fx＝起動(dòng)力d＝支點(diǎn)到滑桿的距離圖2表示了計(jì)算由變速桿抖動(dòng)而產(chǎn)生跳動(dòng)扭矩的數(shù)學(xué)模型。它表示沿變速桿擺軸34的順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向上產(chǎn)生跳動(dòng)扭矩，但引起跳動(dòng)的僅是上述兩方向中之一，這取決于當(dāng)前所嚙合變速比。仔細(xì)研究這個(gè)數(shù)學(xué)模型，可以看出，如果變速桿總成30的重心向前偏離支點(diǎn)34，那么變速桿總成向上的垂直加速度ay會(huì)產(chǎn)生扭矩ayMx，該扭矩抵抗變速桿總成預(yù)先的逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)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(huì)抵抗由變速桿總成順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)引起的扭矩。因此，本申請(qǐng)人確認(rèn)若改動(dòng)變速桿總成的典型布置，可使由于發(fā)動(dòng)機(jī)—離合器—變速器整體的縱向角振動(dòng)引起變速桿振動(dòng)的總跳動(dòng)扭矩TJ減小，上述的改動(dòng)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(dòng)34且垂直于輸出軸20的軸線，同樣，對(duì)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(dòng)，都往往會(huì)減少變速桿的跳動(dòng)發(fā)生。
申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)在向上垂直運(yùn)動(dòng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)—離合器—變速器整體通常有繞該整體擺動(dòng)軸38逆時(shí)鐘方向旋轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，而在向下垂直運(yùn)動(dòng)中，通常有繞該整體擺動(dòng)軸38順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的趨勢(shì)。從路面振動(dòng)ayMx引起的垂直加速度所產(chǎn)生的慣性扭矩，往往會(huì)抵抗由轉(zhuǎn)動(dòng)加速度而引起的控制扭矩，結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)非常低的繞支點(diǎn)的總跳動(dòng)扭矩。
完成上述(見(jiàn)圖7)的一種方法是設(shè)計(jì)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(huì)將其重心移至包含有變速桿擺軸的平面44A之前。對(duì)于許多車輛的布置來(lái)說(shuō)，由于已有車輛布置和已有的變速機(jī)構(gòu)32A的結(jié)構(gòu)，此情況不可能付諸實(shí)際。
在圖1，圖5和圖6中，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的形式已說(shuō)明，它能很好地適合大多數(shù)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(yōu)選實(shí)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(zhì)量塊52，通過(guò)安裝裝置54，加大質(zhì)量塊，使質(zhì)量塊位于已有平面44之前。選定配重平衡塊構(gòu)件52的質(zhì)量和懸臂安裝裝置54的長(zhǎng)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(huì)抵消由轉(zhuǎn)動(dòng)加速度引起的扭矩。參見(jiàn)圖2，此情形下最好結(jié)果是其長(zhǎng)度和質(zhì)量的選擇導(dǎo)致由變速桿垂直加速度產(chǎn)生的扭矩ayMx，通常等于和相當(dāng)于角加速度產(chǎn)生的扭矩I∝。
圖5和圖6所示是配重平衡塊50的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單地說(shuō)，質(zhì)量塊52加進(jìn)安裝裝置54中，其包括兩個(gè)分開(kāi)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(yīng)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(guò)孔68和72，與其內(nèi)螺孔72和74相螺接，質(zhì)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(zhì)量。
因此，可以理解一種上述新的和改進(jìn)的用于手動(dòng)變速變速器的變速桿總成，特別是用于重型車輛的手動(dòng)變速變速器，能減少或消除變速桿的跳動(dòng)發(fā)生。
盡管對(duì)本發(fā)明以一定程度的特例作出描述，可以理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為一實(shí)例的說(shuō)明，可以有許多形式和細(xì)節(jié)的變化并未脫離本發(fā)明及其后所附權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種為具有一輸出軸的手動(dòng)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(zhǎng)的變速桿(31)，該變速桿(31)可擺動(dòng)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(dòng)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(quán)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(zhì)量塊(50)附加于所述變速桿。
3.如權(quán)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(quán)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(quán)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(guān)聯(lián)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(zhì)量塊來(lái)設(shè)定變速桿總成的重心，以減少表達(dá)式I∝-ayMx的值，其中I＝變速桿慣性變量∝＝繞所述擺軸逆時(shí)針?lè)较虻淖兯贄U角加速度ay＝向上垂直加速度M＝變速桿總成質(zhì)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(dòng)變速車輛變速器經(jīng)改進(jìn)的變速桿總成(30)，所述類型變速桿總成包括一伸長(zhǎng)的變速桿(31)，該變速桿可擺動(dòng)地繞擺軸安裝，該擺軸位于變速支座內(nèi)，該變速支座直接安裝于變速器，通常前—后擺動(dòng)有選擇地嚙合和分離所選定的變速比，所述的改進(jìn)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(quán)利要求6所述的改進(jìn)變速桿總成，包括一向前懸臂延伸的質(zhì)量塊(50)，該質(zhì)量塊(50)附加于所述變速桿。
8.如權(quán)利要求7所述的改進(jìn)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(guān)聯(lián)的垂直加速度(ay)和繞擺軸的角加速度，選擇所述質(zhì)量塊來(lái)設(shè)定變速桿總成的重心，以減少表達(dá)式I∝-aYMx的值，其中I＝變速桿慣性變量∝＝繞所述擺軸逆時(shí)針?lè)较虻淖兯贄U角加速度ay＝向上垂直加速度M＝變速桿總成質(zhì)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(dòng)的方法，所述總成(30)與具有一輸出軸的手動(dòng)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(zhǎng)的變速桿，該變速桿可擺動(dòng)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(dòng)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(quán)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(zhì)量塊(50)附加到所述變速桿上。
11.如權(quán)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(quán)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(guān)聯(lián)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(zhì)量塊，來(lái)設(shè)定變速桿總成的重心，以減少表達(dá)式I∝-ayMx的值，其中I＝變速桿慣性變量∝＝繞所述擺軸逆時(shí)針?lè)较虻淖兯贄U角加速度ay＝向上垂直加速度M＝變速桿總成質(zhì)量，和X＝所述平面到重心之間的距離
13.一種減少手動(dòng)變速變速系統(tǒng)的變速桿跳動(dòng)的裝置，包括一與其上有一輸出軸的手動(dòng)變速車輛變速器有關(guān)的變速桿總成，所述類型變速桿總成包括一伸長(zhǎng)的變速桿，該變速桿可擺動(dòng)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(dòng)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(zhì)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(zhì)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(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于所述的配重平衡塊可動(dòng)地附加到所述變速桿。
15.在手動(dòng)變速車輛變速系統(tǒng)中，減少變速桿跳動(dòng)的一變速桿總成(30)包括，一與其上有一輸出軸的手動(dòng)變速車輛變速器有關(guān)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(zhǎng)的變速桿，該變速桿可擺動(dòng)地繞擺軸安裝，該擺軸位于變速支座內(nèi)，該支座直接安裝于變速器，通常前-后擺動(dòng)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(zhì)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(zhì)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(gè)位置。
16.如權(quán)利要求15所述的總成，其特征在于所述配重平衡塊可動(dòng)地附加到所述變速桿上。
17.如權(quán)利要求15所述的總成，其特征在于選擇所述的質(zhì)量塊，來(lái)設(shè)定變速桿總成組合體的重心以減少表達(dá)式I∝-axMx的值，其中I＝變速桿慣性變量∝＝繞所述擺軸逆時(shí)針?lè)较虻淖兯贄U角加速度ay＝向上重加速度M＝變速桿總成質(zhì)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(dòng)的手動(dòng)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(hào)B60K20/02GK1169516SQ97113468
公開(kāi)日1998年1月7日 申請(qǐng)日期1997年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月6日
發(fā)明者J·J·貝爾 申請(qǐng)人:易通公司