CN103322082B - 螺旋单向离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及螺旋单向离合器。单向离合器中的改进包括涉及单向离合器的第一实施例，该单向离合器具有绕着驱动和从动构件的旋转轴线布置的两组螺旋齿，所述驱动和从动构件轴向地平移进入接合或脱离接合。该单向离合器被波形垫圈或类似的装置偏压成接合。随着离合器的旋转速度增加，通过封挡轴向对准驱动构件的液压流体将驱动构件从从动构件推离，并断开离合器。在第二实施例中，具有相对布置的成组螺旋齿的一对单向离合器提供了沿两个方向的单向或超速操作。在该实施例中，每个驱动构件都可通过液压活塞与从动构件有选择地接合。相应的复位弹簧将活塞和驱动构件朝着分离位置偏压。

Description

螺旋单向离合器

技术领域

本公开涉及用在机动车辆动力系中的离合器，更特别地，涉及用在机动车辆动力系中的单向或超速螺旋离合器。

背景技术

这部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，可能或可能不构成现有技术。

单向或超速离合器是通常与动力或扭矩传递组件或机械中的两个同轴或同心部件相关的巧妙机械装置。单向离合器的独特特征或能力是其响应于其两个或多个部件之间的相反的相对旋转运动的动作。当沿一个方向第一部件试图驱动或旋转得比第二部件快时，单向离合器松开，允许更快的第一部件自由旋转，实质上不传递扭矩。在相反的旋转方向上，除非第二部件旋转比第一部件快，否则单向离合器锁死，并将扭矩从第一部件传递或反应到第二部件，直到离合器的扭矩承受极限。当第二部件为扭矩输入或驱动构件时，单向离合器以相反的方式操作。

因为它们的独特功能和能力，已经发现单向或超速离合器在机械动力传递装置中的广泛应用，例如用在机动车辆中的多档变速器。例如，单向离合器可阻止（即，接地）变速器部件反向，并允许其沿前进档自由旋转，或者单向离合器可在一个速度范围或传动比中阻止部件，并在另一速度范围或传动比中释放它。

存在几种常见的单向离合器构造。斜撑式单向离合器利用名义上用作输入和输出构件的一对同心环以及布置在所述环之间的多个斜杆或斜撑。沿相对旋转的一个方向，所述斜撑被推倾斜或松弛，使得一个环相对于另一个容易旋转（空转）。对于相对旋转的相反方向，斜撑朝着更径向的位置移动，并将内外环锁止在一起。球斜坡单向离合器利用所述环之间的多个球轴承以及所述环之一的内表面上的相对斜坡。此外，沿相对旋转的一个方向，所述球被推向斜坡的底部，所述环空转。沿相反方向的相对旋转引起球轴承爬上斜坡，接合另一环并将它们锁止在一起。

尽管当装置具有相对小的直径时，例如与轴一起使用时，这些及其它类似的单向离合器结构运作良好，但是在受控机械元件的直径变大时会产生工程难题。例如，在具有多个行星齿轮组件的变速器中，不可避免的是单向离合器必须绕着行星齿轮组件的齿圈安装。这样安装的单向离合器除了大很多的座圈之外还需要大量的斜撑或球轴承。因此，该装置的重量将显著地超过较小的轴安装的离合器。

发明内容

本发明提供了单向离合器中的改进。第一实施例涉及一种单向离合器，其具有绕着驱动和从动构件的旋转轴线布置的两组螺旋齿，所述驱动和从动构件轴向地平移进入接合或脱离接合。该单向离合器被波形垫圈或类似的装置偏压成接合。随着离合器的旋转速度增加，通过封挡轴向地对准驱动构件的液压流体将驱动构件从从动构件推离，并断开离合器。在第二实施例中，具有相对布置的成组螺旋齿的一对单向离合器选择性地提供了沿两个方向的单向或超速操作。在该实施例中，每个驱动构件都可通过控制活塞与从动构件有选择地接合。相应的复位弹簧将活塞和驱动构件朝着分离位置偏压。在两个实施例中，螺旋齿的角度、液压力的大小、及弹簧力的大小主要地确定单向锁止及松开阈值。

因此，本发明一方面是提供单向或超速离合器。

本发明的另一方面是提供具有配对的相对螺旋齿的单向或超速离合器。

本发明的再一方面是提供在相对的驱动和从动构件上具有配对的螺旋齿的单向或超速离合器。

本发明的又一方面是提供具有液压平移的驱动和从动构件的单向或超速离合器。

本发明的另一方面是提供具有弹簧偏压的驱动和从动构件的单向或超速离合器。

本发明的另一方面是提供具有弹簧偏压的相对的驱动和从动构件的单向或超速离合器。

本发明的另一方面是提供具有弹簧偏压的相对的带有螺旋齿的驱动和从动构件的单向或超速离合器。

本发明的另一方面是提供具有弹簧偏压的、液压平移的相对的带有螺旋齿的驱动和从动构件的单向或超速离合器。

本发明提供以下技术方案：

1. 一种单向或超速离合器组件，结合地包括：

输入构件和联接至所述输入构件的第一多个螺旋齿；

输出构件和联接至所述输出构件并与所述第一多个螺旋齿对齐的第二多个螺旋齿；

用于液压地将所述第一和所述第二多个螺旋齿平移成接合的装置；和

用于将所述第一和所述第二多个螺旋齿偏压脱离接合的装置。

2. 如方案1所述的单向或超速离合器组件，其中用于偏压的所述装置为波形垫圈。

3. 如方案1所述的单向或超速离合器组件，其中用于偏压的所述装置为多个压缩弹簧。

4. 如方案1所述的单向或超速离合器组件，其中所述输出构件是固定的。

5. 如方案1所述的单向或超速离合器组件，其中用于平移的所述装置为活塞和缸组件。

6. 如方案1所述的单向或超速离合器组件，其中用于平移的所述装置为润滑剂封挡。

7. 如方案1所述的单向或超速离合器组件，其中所述第一和第二多个螺旋齿为第一指向，并且所述离合器组件还包括在所述输入构件上的不同的第二指向的另外的第一多个螺旋齿、在所述输出构件上并与第二指向的所述第一多个螺旋齿对齐的不同的第二指向的第二多个齿、用于液压地将第二指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿平移成接合的装置、和用于将第二指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿偏压脱离接合的装置。

8. 一种单向离合器组件，结合地包括：

具有第一多个螺旋齿的输入毂；

具有与所述第一多个螺旋齿对齐并可与其接合的第二多个螺旋齿的固定输出构件；

用于液压地将所述第一和所述第二多个螺旋齿平移成接合的液压装置；

用于将所述第一和所述第二多个螺旋齿偏压脱离接合的弹簧装置。

9. 如方案8所述的单向离合器，其中所述输入毂限定缸，并且所述液压装置为用于将液压流体的径向向外流引导进所述缸的润滑剂封挡。

10. 如方案8所述的单向离合器，其中所述输入毂布置在旋转输入构件上并由旋转输入构件驱动。

11. 如方案8所述的单向离合器，其中所述弹簧装置为波形垫圈和多个压缩弹簧中的一种。

12. 如方案8所述的单向离合器组件，其中所述第一和第二多个螺旋齿为第一指向，并且所述单向离合器组件还包括在所述输入毂上的不同的第二指向的另外第一多个螺旋齿、在所述固定输出构件上并与第二指向的所述第一多个螺旋齿对齐的不同的第二指向的第二多个齿、用于液压地将第二指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿平移成接合的第二装置、和用于将第二指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿偏压脱离接合的装置。

13. 如方案12所述的单向离合器组件，还包括用来供给用于液压平移的所述装置及所述第二装置的增压液压流体的受控源。

14. 如方案8所述的单向离合器组件，其中所述固定输出构件联接至变速器壳体。

15. 一种单向离合器组件，结合地包括：

输入构件，其具有第一指向的第一多个螺旋齿和第二不同指向的第一多个螺旋齿；

输出构件，其具有与所述第一指向的所述第一多个螺旋齿对齐并可与其接合的所述第一指向的第二多个螺旋齿、和与所述第二指向的所述第二多个齿对齐并可与其接合的所述第二不同指向的第二多个螺旋齿；

第一液压装置，其用于将所述第一指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿平移成接合；

第二液压装置，其用于将所述第二指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿平移成接合；

用于将所述第一指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿以及所述第二不同指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿偏压脱离接合的装置。

16. 如方案15所述的单向离合器组件，还包括用于供给所述第一液压装置和所述第二液压装置的增压液压流体的受控源。

17. 如方案15所述的单向离合器组件，其中所述输出构件是固定的，并且联接至变速器壳体。

18. 如方案15所述的单向离合器组件，其中所述第一和第二液压装置包括活塞和缸组件。

从这里所提供的说明可清楚其它方面、优点和应用领域。应当理解，该说明及具体实例仅用于示例目的，不意欲限制本公开的范围。

附图说明

本文所述附图仅用于示意性目的，不意欲以任何方式限制本公开的范围。

图1为根据本发明的具有对置成组的螺旋齿的单向或超速离合器的第一实施例处于完全接合位置的截面图；

图2为根据本发明的具有对置成组的螺旋齿的单向或超速离合器的第一实施例处于完全分离位置的截面图；

图3为根据本发明的单向或超速离合器中的成组对置齿沿图2的线3-3的局部截面图；和

图4为根据本发明的具有两对对置成组的螺旋齿的单向或超速离合器的第二实施例的截面图。

具体实施方式

下面的说明实质上仅仅是示例性的，不意欲限制本公开、应用或使用。

首先，应当理解，发明人意识到某种偏好将两个旋转构件之间的可选择联接装置描述或称为“离合器”，而旋转构件与固定构件之间的相同装置被描述或称为“制动器”。然而，就单向或超速离合器而言，发明人并不赞同该惯例，并且，无论它们布置在两个旋转构件之间还是一个旋转构件与一个固定构件之间，偏好于在这里称这类装置为单向、空转或超速离合器。该偏好与其行业中的长期经验一致，其中仅术语“离合器”与 “单向”、“超速”或“空转”一起使用，来描述和提及用作不是离合器（在两个旋转元件之间）就是制动器（在旋转元件与固定元件之间）的这类装置。然而，在文中的某些位置，发明人插入附带说明“制动器”，以澄清布置在旋转构件与固定构件之间的单向或超速离合器的描述，并承认上述替代的命名惯例。

现在参考图1，示出了含有本发明的变速器的一部分，总地由标记10表示。可为机动车辆动力系（未示出）的部件或其它扭矩传递组件的变速器10包括固定壳体12和旋转元件14（例如轴、轴环、套管或例如行星齿轮组件的部件），其中固定壳体12定位、支撑并保护变速器10的各部件。如果旋转元件14为行星齿轮组件的部件，那么其通常为齿圈或行星齿轮架16，如图1中所示。

行星齿轮架16与固定壳体12之间可操作地布置根据本发明的单向或超速离合器（制动器）组件20的第一实施例。单向离合器组件20包括可轴向平移的轴环或内构件22，其具有光滑外导向轴颈表面24，该表面与互补的内导表面26相邻并沿着内导向表面26滑动。轴环或构件22的内表面22包括内花键28，其匹配并接合行星齿轮架16的外周上的互补外花键32。因此，轴环或构件22总是与行星齿轮架16或其它旋转构件14一起旋转，并相对于壳体12独立地旋转和移动。

轴环或内构件22限定了环形凹入的流体腔34，其接收圆形润滑剂封挡40的平面圆形外部部分38。润滑剂封挡40包括绕着平面圆形部分38的圆周的O形环或类似密封件42，其抵靠着轴环或构件22的内壁44提供了不透流体的密封，并限定了在平面圆形部分38的内端的环形通道或孔45。润滑剂封挡40的内缘46座靠在旋转构件14的轴毂48上，并被卡环50或类似的机械部分保持在该位置。

轴环或内构件22包括径向朝内指向的唇或止挡52，该唇或止挡52被接合弹簧54（例如波形垫圈、盘形弹簧、线圈组件或类似的一个或多个部件）接合并保持该接合弹簧54。接合弹簧54将轴环或构件22向图1中的左侧偏压。

现在参考图1、2和3，单向或超速离合器组件20还包括外构件60，该外构件16可以是在壳体12中的插入件或与壳体12一体形成。外构件60包括向内延伸的凸缘或止挡62，当处于图1中所示的完全接合位置时，轴环或内构件22邻靠该止挡62。外构件60包括邻接止挡62和内表面26的第一多个螺旋齿64。与第一多个螺旋齿64对齐并与其相对的是形成于轴环或内构件22上的互补的第二多个螺旋齿66。如图3中所示，螺旋齿64和66的相邻（相对）端限定锥形末端部分68，即，具有减小的高度和宽度，以便于接合。并且，应当清楚，螺旋齿64和66的指向由内构件22与外构件60之间相对旋转的标称方向确定。如果内构件22顺时针旋转（如从图1和2中右侧所示），则螺旋螺纹64和66为右手指向，如果内构件22逆时针旋转，则螺旋螺纹64和66为左手指向。

如图1和2所示，当轴环或内构件22向左平移时，第一和第二多个螺旋齿64和66接合，当轴环或内构件22向右平移时，第一和第二多个螺旋齿64和66分离。接合弹簧54将轴环或内构件22向左偏压，进入接合。随着旋转构件14的旋转速度增加，从变速器10径向向外流动的液压流体（变速器油）被圆形润滑剂封挡40收集并引导进流体腔34。随着腔34内的流体压力升高，接合弹簧54的力会被克服，轴环或内构件22向图1和2中的右侧平移，并且螺旋齿64和66完全分离。如上所述，螺旋齿64和66的角度、液压力及接合弹簧54的力的尺寸主要地确定根据本发明的单向或超速离合器（制动器）组件20的单向锁止和释放阈值。还应当清楚，腔34的容积及环形孔45的大小会影响腔34充满及分离螺旋齿64和66的速度，即，所耗时间，腔34越大、环形孔45越小，会增加用于分离的时间，反之亦然。

现在参考图4，示出了单向或超速离合器组件的第二实施例，总地由标记80表示。第二实施例单向离合器组件80为双向的，并且有选择地起单向离合器（制动器）的作用，以沿前进和反向方向反应扭矩或超速、空转、和沿两个方向反应扭矩。第二实施例单向离合器80还可布置在机动车辆变速器或包括固定壳体82的其它扭矩或动力传动装置中。变速器包括轴、套管或向单向离合器组件80提供驱动或输入扭矩的其它旋转构件86。所述轴、套管或旋转构件86包括接收第一指向（右手或左手）的第一组螺旋齿90及第二相反指向（左手或右手）的第二组螺旋齿130的环形凹入区域88，其中第一组螺旋齿90紧固到旋转构件86上或与其一体地形成，第二组螺旋齿130也紧固到旋转构件86上或与其一体地形成。

互补的第一指向的第二组螺旋齿92布置在第一指向的第一组螺旋齿90的相对侧并与第一指向的第一组螺旋齿90轴向对齐。所述第一指向的螺旋齿组90和92与如图3中所示的一样，包括具有减小的宽度和高度的以便于平顺接合的锥形末端或端部区域94。第一指向的第二组齿92紧固到第一非旋转活塞组件96上或与其一体地形成。第一活塞组件96包括径向延伸的凸缘或腹板98。可操作地布置在腹板或凸缘98的外周与壳体82之间的相互啮合的花键组100或类似的旋转阻止连接件阻止第一活塞组件96的旋转，但允许第一活塞组件96相对于壳体82的轴向运动。

第一活塞组件96包括第一对环形壁104，该环形壁104包括在其外表面上的适当的第一对O形密封件106，其抵靠由固定毂110支撑的互补的第一对环形壁108提供不透流体的密封。固定毂110紧固至固定壳体82。互补的成对环形壁108限定接收第一对环形壁104的第一缸112，从而即便是中空活塞，环形壁104也用作第一活塞114。固定毂110包括在增压液压流体（变速器油）的第一受控源118与第一缸112之间连通的第一流体通道116。第一压缩弹簧组122，例如可为多个压缩弹簧或多个波形垫圈，布置在第一活塞组件96中的第一唇或凸缘124与由卡环128或类似装置约束的圆形止挡或垫圈126之间，并将第一活塞组件96向图4中的右侧偏压至分离的空转位置。

如上所述，第二指向（左手或右手）的第二组螺旋齿130也紧固到旋转构件86上或与其一体地形成。互补的第二指向的第二组螺旋齿132布置在第二指向的第二组螺旋齿130的相对侧并与第二指向的第二组螺旋齿130轴向对齐。所述第二指向的螺旋齿组130和132与如图3中所示的一样，包括具有减小的宽度和高度的以便于平顺接合的末端区域134。第二指向的第二组齿132紧固在第二非旋转活塞组件136上或与其一体地形成。第二活塞组件136包括径向向内延伸的凸缘或腹板138。可操作地布置在腹板或凸缘138的外周与固定毂110之间的相互啮合的花键组140或类似的旋转阻止连接件阻止第二活塞组件136的旋转，但允许第二活塞组件136相对于固定毂110的轴向运动。布置在固定毂110的端部与轴、套管或旋转构件86的相邻内端之间的是滚子、针或类似的轴承组件142。

第二活塞组件136包括第二对环形壁144，该环形壁144包括在其外表面上的适当的第二对O形密封件146，其抵靠着固定毂110中的互补的第二对环形壁148提供不透流体的密封。互补的成对环形壁148限定接收第二活塞组件136的第二对环形壁144的第二缸152，从而即便是中空活塞，该对环形壁144也用作第二活塞154。固定毂110包括在增压液压流体（变速器油）的第二受控源158与第二缸152之间连通的第二流体通道156。第二压缩弹簧组162，例如可为多个压缩弹簧或多个波形垫圈，布置在第二活塞组件136中的第二唇或凸缘124与由卡环128或类似装置约束的圆形止挡或垫圈126之间，并将第二活塞组件136向图4中的右侧偏压至分离的空转位置。

操作中，如上所述，第二实施例的单向离合器80为双向的，并且有选择地作为单向离合器，以依赖于是第一活塞组件96还是第二活塞组件136是否被致动，沿前进和反向方向传递或反应扭矩，或空转。就第一活塞组件96、第一指向的第一组螺旋齿90和第二组螺旋齿92而言，第一压缩弹簧组122将第二组螺旋齿92向图4中的右侧偏压，脱离接合。

假定相反（第二）指向的第一和第二组螺旋齿130和132分离，则没有扭矩传递或扭矩反应通过单向离合器80，并且其沿两个方向空转。当增压液压流体从受控源118通过第一流体通道116供给到第一缸112时，第一活塞组件96平移至图4中的左侧，并且第一指向的第一组螺旋齿90与第二组螺旋齿92接合。依赖于由第一活塞114产生的力、第一和第二组螺旋齿90和92的角度、以及向其应用的扭矩和扭矩的方向，螺旋齿90和92可保持接合，并传递扭矩或反应扭矩或者它们可超速。

第二活塞组件136、第二相反指向的第一组螺旋齿130和第二组螺旋齿132的操作实质是相同的，除了所有方向的（旋转的）运作相对于正好在上面所述的第一活塞组件所发生的是反向的。当第一活塞组件96和第二活塞组件136都被致动时，成组的螺旋齿90和92以及130和132都接合，并且轴、套管或其它旋转构件86被阻止沿任一方向旋转。

本发明的描述实质上仅仅是示例性的，不脱离本发明主旨的变型也被认为在本发明的范围内。这种变型不被认为脱离本发明的实质和范围。

Claims (18)

1.一种单向离合器组件，结合地包括：

环形输入构件，所述环形输入构件限定环形凹入区域，润滑剂封挡与所述输入构件相邻，所述润滑剂封挡与所述输入构件的所述环形凹入区域共同合作以提供流体腔；和在所述输入构件上的第一多个螺旋齿；

输出构件和在所述输出构件上并与所述第一多个螺旋齿对齐的第二多个螺旋齿；

用于液压地将所述第一和所述第二多个螺旋齿平移成脱离接合的装置，其中在所述流体腔中的液压流体将所述第一和所述第二多个螺旋齿平移而脱离接合；和

用于将所述第一和所述第二多个螺旋齿偏压接合的装置。

2.如权利要求1所述的单向离合器组件，其中用于偏压的所述装置为波形垫圈。

3.如权利要求1所述的单向离合器组件，其中用于偏压的所述装置为多个压缩弹簧。

4.如权利要求1所述的单向离合器组件，其中所述输出构件是固定的。

5.如权利要求1所述的单向离合器组件，其中用于平移的所述装置为活塞和缸组件。

6.如权利要求1所述的单向离合器组件，其中用于平移的所述装置为润滑剂封挡。

7.如权利要求1所述的单向离合器组件，其中所述第一和第二多个螺旋齿为第一指向，并且所述离合器组件还包括在所述输入构件上的不同的第二指向的另外的第一多个螺旋齿、在所述输出构件上并与第二指向的所述第一多个螺旋齿对齐的不同的第二指向的第二多个螺旋齿、用于液压地将第二指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿平移成接合的装置、和用于将第二指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿偏压脱离接合的装置。

8.一种单向离合器组件，结合地包括：

具有第一多个螺旋齿的输入毂，所述输入毂限定环形凹入区域，润滑剂封挡与所述输入毂相邻，所述润滑剂封挡与所述输入毂的所述环形凹入区域一起形成流体腔；

具有与所述第一多个螺旋齿对齐并可与其接合的第二多个螺旋齿的固定输出构件；

用于液压地将所述第一和所述第二多个螺旋齿平移成脱离接合的第一液压装置，其中在所述流体腔中的液压流体将所述第一和所述第二多个螺旋齿平移而脱离接合；

用于将所述第一和所述第二多个螺旋齿偏压接合的弹簧装置。

9.如权利要求8所述的单向离合器组件，其中所述润滑剂封挡将液压流体的径向向外流引导进所述流体腔。

10.如权利要求8所述的单向离合器组件，其中所述输入毂布置在旋转输入构件上并由旋转输入构件驱动。

11.如权利要求8所述的单向离合器组件，其中所述弹簧装置为波形垫圈和多个压缩弹簧中的一种。

12.如权利要求8所述的单向离合器组件，其中所述第一和第二多个螺旋齿为第一指向，并且所述单向离合器组件还包括在所述输入毂上的不同的第二指向的另外第一多个螺旋齿、在所述固定输出构件上并与第二指向的所述第一多个螺旋齿对齐的不同的第二指向的第二多个螺旋齿、用于液压地将第二指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿平移成接合的第二液压装置、和用于将第二指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿偏压脱离接合的装置。

13.如权利要求12所述的单向离合器组件，还包括用来供给用于液压平移的所述第一液压装置及所述第二液压装置的增压液压流体的受控源。

14.如权利要求8所述的单向离合器组件，其中所述固定输出构件联接至变速器壳体。

15.一种单向离合器组件，结合地包括：

输入构件，其具有第一指向的第一多个螺旋齿和不同的第二指向的第一多个螺旋齿；

输出构件，其具有与所述第一指向的所述第一多个螺旋齿对齐并可与其接合的所述第一指向的第二多个螺旋齿、和与所述第二指向的所述第一多个螺旋齿对齐并可与其接合的所述第二不同指向的第二多个螺旋齿；

第一液压装置，其用于将所述第一指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿平移成接合；

第二液压装置，其用于将所述第二指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿平移成接合；

用于将所述第一指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿以及所述不同的第二指向的所述第一和所述第二多个螺旋齿偏压脱离接合的装置。

16.如权利要求15所述的单向离合器组件，还包括用于供给所述第一液压装置和所述第二液压装置的增压液压流体的受控源。

17.如权利要求15所述的单向离合器组件，其中所述输出构件是固定的，并且联接至变速器壳体。

18.如权利要求15所述的单向离合器组件，其中所述第一和第二液压装置包括活塞和缸组件。