CN102187108A - 密封的单向滚子离合器 - Google Patents

Abstract

一种单向离合器组件，其包括内座圈、外座圈以及定位在它们之间的多个滚子元件，所述内座圈适于固定成与第一可转动构件一起转动，所述外座圈具有周向间隔开的凸轮面、并且适于固定成与第二可转动构件一起转动。多个周向延伸弹簧与保持架协作，从而将各滚子元件与所述凸轮面对正。所述弹簧和所述保持架远离所述内座圈迫压滚子元件。保持机构使润滑剂与滚子元件保持接触。

Description

密封的单向滚子离合器

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年9月15日提交的美国临时申请No.61/096,935的权益。上述申请的全部公开内容通过参引结合入本文。

技术领域

本公开大体涉及一种用于在两个可转动部件之间选择性地传递转矩的超越滚子离合器。更具地，公开了终身密封的干式单向离合器。

背景技术

本部分陈述仅提供涉及本公开内容的背景信息，并且可能不构成现有技术。

至少一种与汽车相关的已知离合器紧邻内燃发动机的发动机缸体设置或部分地设置在内燃发动机的发动机缸体内。由于发动机缸体内的润滑剂也会提供给离合器，故而需要这种定位方式。尽管这种构造可能被证明是有利的，但是离合器在这种系统中的定位是受到限制的，而且也不一定理想。此外，可能需要对发动机缸体或其它内燃发动机部件进行额外的特殊加工，以提供适当的通道以便润滑剂到达离合器以及从离合器返回。

离合器在超越模式下操作时所具有的诸如生热及效率损失的其它已知特性可能无助于其在试图使能量效率最大化的应用中使用。因此，可能需要提供一种在初次组装后无需润滑的改进的单向离合器。

发明内容

本部分提供本发明公开内容的概述，而不是其全部范围或其全部特征的全面公开。

一种单向离合器组件包括：内座圈，所述内座圈适于固定成与第一可转动构件一起转动；外座圈，所述外座圈具有周向间隔开的凸轮面，并且适于固定成与第二可转动构件一起转动；多个滚子元件，所述多个滚子元件在径向上位于所述内座圈与所述外座圈之间；保持架，所述保持架使各滚子元件与所述凸轮面对正；第一密封板，所述第一密封板联接于所述内座圈和所述外座圈中的一个，并在所述滚子元件的第一端部上延伸而终结于形成在所述内座圈和所述外座圈中的另一个中的凹入部内；第二密封板，所述第二密封板联接于所述内座圈和所述外座圈中的一个，并在所述滚子元件的相对的第二端部上延伸而终结于形成在所述内座圈和所述外座圈中的另一个中的另一凹入部内；润滑剂，所述润滑剂通过所述第一密封板和所述第二密封板与所述滚子元件保持接触。

在另一种构造中，单向离合器组件包括内座圈、外座圈以及定位在它们之间的多个滚子元件，所述内座圈适于固定成与第一可转动构件一起转动，所述外座圈具有周向间隔开的凸轮面、并且适于固定成与第二可转动构件一起转动。多个周向延伸弹簧与保持架协作，从而将各滚子元件与所述凸轮面对正。所述弹簧和所述保持架远离所述内座圈迫压滚子元件。保持机构使润滑剂与滚子元件保持接触。

通过此处提供的描述其它应用领域将变得显而易见。本发明内容部分中的描述及具体示例仅用于示例性目的，而非意在限制本公开的范围。

附图说明

此处描述的图片仅用于示例选定的实施方式而非所有可能的实施方式，且非意在限制本公开的范围。

图1是终身密封且润滑的单向离合器组件的分解立体图；

图2是离合器组件的平面图；

图3是图示单向离合器组件的横截面图；

图4是离合器组件一部分的局部截面图；

图5是空转操作模式下的离合器组件的局部截面图；

图6是离合器组件另一部分的局部立体图；

图7是可选离合器组件的一部分的立体图；

图8是图7所示的可选离合器的一部分的局部分解立体图；

图9是转矩传递操作模式下的图5的离合器组件的局部截面图；

图10是图示出可选单向离合器的一部分的局部横截面图；

图11是图示出可选单向离合器的一部分的局部横截面图；

图12是配备有罩和防磨装置的可选离合器的局部横截面图；

图13是可选的保持架及滚子子组件的局部立体图；

图14是图13中示出的保持架及滚子组件的局部截面图；以及

图15是可选驱动盘组件的分解立体图。

具体实施方式

下文的描述本质上仅为示例性的而非用于限制本公开及其应用或用途。应当理解，在所有附图中相应附图标记指示相同或相应的零件和特征。

图1至6和9图示了终身密封的单向超越离合器10。该单向超越离合器10构造成选择性地在车辆(未示出)内的可转动部件之间传递转矩。离合器10可以设置成在任意数量的诸如发动机、变速器、分动器、传动轴、第一桥、后桥、差速器、电动马达之类的动力传动系部件内、与所述部件相邻或间隔开。

离合器10包括适于固定成与第一可转动构件(未示出)一起转动的外座圈46、适于固定成与第二可转动构件(未示出)一起转动的内座圈48、多个滚子50、保持架52、多个滚子弹簧54、内板55、外板56、内卡圈57、外卡圈58、多个折叠弹簧59、以及内径-外径夹60。第一可转动构件可被支撑成在壳体62内转动。可以将衬套74固定于壳体62。外座圈46可以由衬套74支撑以便转动。内径-外径夹60限制外座圈46相对于壳体62的轴向运动。

外座圈46的内径包括内环形槽82、外环形槽84及多个凸轮表面86。槽82、84分别具有大致柱形的形状。凸轮表面86周向地彼此间隔开，每个凸轮面具有浅端部92和进一步径向地凹入外座圈46中的深端部94。

内座圈48可以包括与第一可转动构件接合的大致圆柱形的安装凸缘96。将内座圈48联接于第一可转动构件的可选方法包括焊接、压配合、键连接或任意其它适合的互连方式。内座圈48包括定位在大致光滑的滚子接触面104的两侧上的内阶梯形凹入部100及外阶梯形凹入部102。特征100、102和104各自包括大致柱形的表面。

滚子及保持架子组件110包括滚子50、保持架52和多个滚子弹簧54。滚子及保持架子组件110可以顺序地插入外座圈46与内座圈48之间。

保持架52可以是模制塑料部件或由金属构造而成，也可以将其称为骨架52。保持架52包括第一环120和第二环122，第一环120和第二环122彼此间隔开，并通过一系列在第一环120和第二环122之间轴向延伸的连结板124互连。连结板124周向地彼此间隔开预定的距离，该距离对应于期望的滚子50的位置。连结板124在保持架52内限定出多个窗口126以如要描述的容纳滚子50及滚子弹簧54。保持架52还包括4个径向向外延伸的臂128，臂128上联接有折叠弹簧59。

将滚子50卡合就位于相对的滚子弹簧54组内，以组装滚子及保持架子组件110。各滚子弹簧54包括引导件130，该引导件130包括分叉的腿部132，以将各滚子50的一侧定位于所需位置。在与引导件130相对的端部处，滚子弹簧54联接于保持架52。应当理解，两个滚子弹簧54彼此协作以定位单个滚子50。

现在可以将滚子及保持架子组件110定位在内座圈48与外座圈46之间。如图2和5中示出的，外座圈46包括4个周向间隔开的凹入部134。臂128的末端及折叠弹簧59定位在凹入部134内。更具体地，折叠弹簧59的一端与凹入部134的第一侧壁136接合。将臂128朝向相对的第二侧壁138偏压。当内座圈48和外座圈46静止时，折叠弹簧59转动保持架52，使臂128与第二侧壁138接合。保持架在此位置时，离合器10处于分离或空转模式，在该模式中滚子50与内座圈48间隔开并且位于深端部94内。这也是内座圈48沿第一方向相对于外座圈46转动时保持架52的位置。

在将滚子及保持架子组件110定位于外座圈46与内座圈48之间后，可以通过将内密封板55定位成与邻近内环形槽82设置的座137接合而封闭离合器10的一个轴向端。内密封板55的厚度、内环形槽82以及座137的位置相互协作，从而将内密封板55固定成与外座圈46一起转动。内密封板55的内周向边缘定位成靠近但不接触内座圈48。可以设置诸如润滑脂的润滑剂与滚子50、保持架52、滚子弹簧54和内密封板55接触。带润滑的滚子及保持架子组件110可以通过安装外密封板56和外卡圈58而封闭。外密封板56以与关于内密封板55进行描述的方式相类似的方式固定成与外座圈46一起转动。外密封板56定位成紧靠内座圈48但与其间隔开，从而使离合器10操作过程中的摩擦损失最小和/或消除。可以想见，离合器10在初次组装后无需再润滑。因此，离合器10是终身密封部件。如上文所述，内径-外径夹60限制离合器10相对于壳体62的轴向运动。此外，应当理解，密封板55、56可以替代性地固定成与内座圈48一起转动，且不与外座圈46接触。

在图7和8中图示的另一种构造中，可以用一体式多弹簧构造139替代滚子弹簧54，该一体式多弹簧构造139包括彼此轴向间隔开的第一轮圈140和第二轮圈142。第一轮圈140和第二轮圈142各自的形状分别构造为其中形成有间隙144的开口环。多个轴向延伸的支撑部146使第一轮圈140和第二轮圈142互连。各支撑部146在圆周方向上彼此间隔开，且分别包括基部148和一对向上翻起的、径向向外延伸的引导部150。优选地，第一轮圈140、第二轮圈142和支撑部146由一片弹簧钢彼此成整体地形成。各基部148包括从中延伸穿过的孔口152。这些孔口152与形成于某些预定连结板124上的径向向内延伸的栓(未示出)协作。各引导部150包括从基部148延伸的足部154、以及下腿部156和上腿部158。下腿部156和上腿部158为彼此成大于90°小于180°的角度相交的大致平面的部分。在下腿部156与上腿部158的交接处形成凹槽160。

引导部150彼此间隔开，使得成对的上腿部158的上缘162隔开比滚子50的直径小的距离。成对的凹槽160彼此间隔开比滚子50的直径大的距离。因此，各滚子50被夹持在位于引导部150、第一轮圈140和第二轮圈142之间的凹穴164内，并可在其中自由转动。各引导部150是可从其图示的名义位置移动的弹性构件。由于各引导部150可以单独移动，故而各滚子50可以同时地与接触面104和其中一个凸轮面86接合，从而传递最大量的转矩通过离合器10。可弹性移动的引导部150允许离合器10的部件的公差稍稍放宽，同时保证全套滚子50在需要时传递转矩。

无论是使用滚子弹簧还是多弹簧构造，期望当发生在第一方向上的相对转动时在第一与第二可转动构件间传递转矩，当发生在相反的第二方向上的相对转动时则不通过离合器10传递转矩。当无论外座圈46还是内座圈48都不转动时，如图5中示出的，折叠弹簧59偏压地接合臂128，以将滚子50朝凸轮面86的深端部94推。离合器10处于分离或空转模式。

当外座圈46与内座圈48之间的相对运动发生在第一方向上时，如图9中示出的，滚子50被压向凸轮面86的浅端部92。滚子50楔入凸轮面86与滚子接触面104之间，从而在外座圈46与内座圈48间传递转矩。折叠弹簧59受压缩。

当相对转动方向变为第二方向时，凸轮面86不再朝浅端部92推动滚子50。由折叠弹簧59提供力使保持架52转动并使滚子50移至不与内座圈48接触的位置。离合器10以空转模式操作。滚子50与外座圈46间不发生相对转动，并且避免了因摩擦导致的能量损失。

终身润滑的超越离合器10提供了用于在小装填封壳内提供大转矩容量的低成本高能效的解决方案。在图示示例中使用了40个滚子。每个滚子具有直径约为4mm至5mm的大致圆柱形形状。相邻滚子的中心间距为大约7.5mm。这样，各相邻滚子间的间隙为大约2.5mm至3.5mm，或为滚子直径的33％至50％。这种滚子尺寸构造和装填构造提供了理论上的高转矩输出。为确保离合器10的实际转矩容量与理论转矩容量大致相符，滚子弹簧54确保在离合器10以锁合模式操作时每个滚子50在外座圈46与内座圈48之间传递转矩。

图10图示了另一种离合器10’。离合器10’基本上类似于上文描述的离合器10。因此，同样的元件将保留其先前所引用的附图标记，只是该附图标记包含上撇角标。为了进一步提高离合器10’的操作效率，用轴承组件182替代衬套74’。轴承组件182将外座圈46’精确地定位并支撑成相对于壳体62’转动。卡圈184将轴承组件182轴向地定位在壳体62’上。离合器10’包括保持架186，该保持架186具有径向向内延伸的凸缘188。保持架186包括周向槽190。在外座圈46’上形成有类似的相对的周向槽192。槽190、192内设置有一个或更多个球轴承194，以在相对转动过程中相对于外座圈46’引导保持架186并减少外座圈46’与保持架186之间的摩擦。应当理解，在分离或空转操作模式下，滚子50’、内座圈48’、外座圈46’和保持架186之间无摩擦损失产生。

图11图示了另一种可选的离合器10”。离合器10”基本上类似于离合器10，只是并未通过使用类似于上文描述的密封板而将润滑剂堵在内座圈48”与外座圈46”之间。相反，密封板55”、56”与内座圈48”之间存在相对较大的空气间隙。这种构造确保了在空转操作模式过程中对内座圈48”与外座圈46”之间的相对转动的阻力非常小。

图12图示了另一种离合器，该离合器以附图标记600标出。离合器600包括外座圈602、内座圈606、滚子607、保持架608、保持架定位板610、密封件612和内径-外径夹614，外座圈602固定成与驱动盘604一起转动。离合器600还包括罩616，所述罩616通过收缩配合法联接于外座圈602。因此，罩616的内柱形表面618向外座圈602的外柱形表面620施加压缩力。该压缩力抵消离合器600锁合时外座圈602中产生的周向应力。

此外，罩616包括径向向内延伸的凸缘622，该凸缘622具有大致成平面的内表面624。成平面的表面624与内径-外径夹614的表面626接合。内径-外径夹614被夹持于凸缘622与形成在外座圈602上的台阶628之间。罩616用于将内径-外径夹614锁定到外座圈602。内径-外径夹614受到限制无法在离合器操作过程中相对于外座圈602转动。

离合器600还包括防磨装置632，该防磨装置632固定于内径-外径夹614的内径部634。防磨装置632包括“C”形横截面，该“C”形横截面具有通过端壁640互连的第一腿部636和第二腿部638。防磨装置632可以由青铜、聚合物或一些其它减磨引导材料形成。防磨装置632可以用包括诸如铆钉的机械紧固件在内的多种方法或通过胶粘剂固定于内径-外径夹614。可选地，防磨装置632可以包覆模制于内径-外径夹614上。在另一种变形中，防磨装置632可以由两件形成，其中防磨装置由可以在负载情况下分离的机械闭锁装置固定。第一腿部636包括引导面644，该引导面644与内座圈606中形成的槽648的侧壁646间隔开。类似的，第二腿部638包括引导面650，该引导面650与槽648的同侧壁646相对的侧壁652间隔开。

图13和14图示了一种可选的滚子及保持架子组件660，其包括滚子662、保持架664和多弹簧构造666。各滚子662夹持于在保持架664上形成的凹面668与多弹簧构造666的凸形末端670之间。多弹簧构造666的本体部672包括蛇形绕曲的形状，由此允许末端670在离合器操作过程中偏斜。末端670将滚子662朝凹面668偏压。滚子662定位于在外座圈678中形成的槽676内。

图15图示了一种可选的驱动盘700，其包括齿轮702、轮毂704和外座圈706。齿轮702优选地由诸如可硬化钢的金属构成，并包括多个外部齿708以及大致柱形的内表面710。轮毂704包括内环712、外环714和多个径向延伸的轮辐716，该轮辐716使外环714与内环712互连。轮毂704优选地由诸如聚合物的轻质材料构成。外座圈706优选地由诸如可硬化钢的金属构成，并且基本上类似于上文描述的外座圈。驱动盘700可以在将外座圈706和齿轮702放置于注射模具型腔内的情况下用包覆模制法构造而成。在同时将外环714固定于齿轮702并将内环712固定于外座圈706时，将熔融树脂注射到模具型腔中以限定轮毂704。这种重量相对较轻且成本相对较低的驱动盘700可以与上文描述的任意离合器结合使用。

此外，以上论述仅公开并描述了本公开的示例性实施方式。从这些论述以及从附图和所附权利要求中，本领域普通技术人员应当很容易认识到，可以对本公开进行各种改变、修改和变型，而不会脱离所附权利要求中限定的本公开的范围。

Claims (21)

1.一种单向离合器组件，包括：

内座圈，所述内座圈适于固定成与第一可转动构件一起转动；

外座圈，所述外座圈具有周向间隔开的凸轮面，并且适于固定成与第二可转动构件一起转动；

多个滚子元件，所述多个滚子元件在径向上位于所述内座圈与所述外座圈之间；

保持架，所述保持架使各滚子元件与所述凸轮面对正；

第一密封板，所述第一密封板联接于所述内座圈和所述外座圈中的一个，并在所述滚子元件的第一端部上延伸而终结于形成在所述内座圈和所述外座圈中的另一个中的凹入部内；

第二密封板，所述第二密封板联接于所述内座圈和所述外座圈中的一个，并在所述滚子元件的相对的第二端部上延伸而终结于形成在所述内座圈和所述外座圈中的另一个中的另一凹入部内；

润滑剂，所述润滑剂通过所述第一密封板和所述第二密封板与所述滚子元件保持接触。

2.如权利要求1所述的组件，进一步包括卡圈，所述卡圈与所述密封板中的每一个接合，从而将所述密封板联接于所述内座圈和所述外座圈中的一个。

3.如权利要求2所述的组件，进一步包括衬套，所述衬套适于固定于壳体，所述衬套可转动地支撑所述外座圈。

4.如权利要求3所述的组件，进一步包括保持环，所述保持环定位于形成在所述外座圈的外表面上的环形槽内，以限制离合器相对于所述壳体的运动。

5.如权利要求2所述的组件，进一步包括轴承，所述轴承适于固定于壳体，所述轴承可转动地支撑所述外座圈。

6.如权利要求1所述的组件，其中，所述保持架包括通过轴向延伸的连结板互连的间隔开的第一环和第二环。

7.如权利要求1所述的组件，其中，每个滚子元件具有直径，并且相邻滚子元件之间的间隔小于一个滚子的直径。

8.如权利要求1所述的组件，进一步包括弹簧，所述弹簧作用在所述保持架上，从而使所述滚子元件与所述内座圈间隔开并将所述离合器置于空转模式。

9.如权利要求8所述的组件，其中，所述弹簧联接于从所述保持架径向延伸的臂，所述弹簧和所述臂定位于形成在所述外座圈中的凹入部内。

10.如权利要求9所述的组件，其中，当所述滚子元件与所述凸轮面及所述内座圈接合从而将所述离合器置于转矩传递模式时，所述弹簧被压缩，并且所述臂与所述外座圈脱离接合。

11.如权利要求9所述的组件，其中，当所述离合器处于空转模式时，所述臂与所述外座圈接合，并且所述保持架将所述滚子元件定位于所述凸轮面的深部内。

12.一种单向离合器组件，包括：

内座圈，所述内座圈适于固定成与第一可转动构件一起转动；

外座圈，所述外座圈具有周向间隔开的凸轮面，并且适于固定成与第二可转动构件一起转动；

多个滚子元件，所述多个滚子元件径向地定位在所述内座圈与所述外座圈之间；

保持架；

多个周向延伸弹簧，所述多个周向延伸弹簧与所述保持架协作，从而将各滚子元件与所述凸轮面对正，所述弹簧和所述保持架远离所述内座圈地迫压所述滚子元件；以及

保持机构，所述保持机构用于保持润滑剂使之与所述滚子元件接触。

13.如权利要求12所述的组件，其中，所述保持机构包括：第一密封板，所述第一密封板联接于所述内座圈和所述外座圈中的一个，并在所述滚子元件的第一端部上延伸而终结于形成在所述内座圈和所述外座圈中的另一个中的凹入部内；和第二密封板，所述第二密封板联接于所述内座圈和所述外座圈中的一个，并在所述滚子元件的相对的第二端部上延伸而终结于形成在所述内座圈和所述外座圈中的另一个中的另一凹入部内。

14.如权利要求13所述的组件，进一步包括卡圈，所述卡圈与所述密封板中的每一个接合，从而将所述密封板联接于所述内座圈和所述外座圈中的一个。

15.如权利要求12所述的组件，进一步包括弹簧，所述弹簧作用在所述保持架上，从而使所述滚子元件与所述内座圈间隔开并将所述离合器置于空转模式。

16.如权利要求15所述的组件，其中，所述弹簧联接于从所述保持架径向延伸的臂，所述弹簧和所述臂定位于形成在所述外座圈中的凹入部内。

17.如权利要求16所述的组件，其中，当所述滚子元件与所述凸轮面及所述内座圈接合从而将所述离合器置于转矩传递模式时，所述弹簧被压缩，并且所述臂与所述外座圈脱离接合。

18.如权利要求12所述的组件，进一步包括罩，所述罩包括内表面，所述内表面外接所述外座圈的外表面、并偏压地接合所述外座圈的外表面。

19.如权利要求18所述的组件，其中，所述罩通过收缩配合固定于所述外座圈。

20.如权利要求18所述的组件，其中，所述罩包括凸缘，所述凸缘与所述保持机构接合，从而限制所述外座圈与所述密封板中的一个之间的相对转动。

21.如权利要求12所述的组件，进一步包括聚合物轮毂和外齿齿圈，所述聚合物轮毂包覆模制于所述外座圈。

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