CN1037368C - 液力滑体联轴器 - Google Patents

Abstract

一种液力滑体联轴器组合体包括内毂套和外毂套，它们配置成可作同轴相对转动接合状态。内毂套具有周向延伸的连续的波状导槽，而外毂套具有在其内圆柱面上均匀间隔分布的轴向延伸的多条沟槽。沟槽与波状导槽的总有效方向成正交。滑体可在每条沟槽内往复运动，并位于波状导槽和对应沟槽的交叉区域处。因此，内毂套和外毂套的相对转动，使得滑体沟槽内作轴向摆动，并横切导槽。沟槽和导槽容纳有液压流体，以对滑体的摆动提供流体阻力。

Description

液力滑体联轴器

本发明涉及可变转矩-速度变速装置联轴器，特别是液力滑体联轴器。

本发明的产生主要是为了在汽车领域中应用，因此，将参照这种应用对本发明进行描述。但是，显然本发明并不限于这种特定的应用领域。

粘性联轴器是一种传递转矩的元件，它借助于粘滞摩擦起作用。故转矩-速度特性依赖于充满粘性介质的流变学特性。这种介质通常是硅基流体。

过去，粘性联轴器通常包括几组同轴线安装的、相互交插的平行环形盘，它们在一密封外壳内旋转。外壳内装有与环形盘相邻表面接触的粘性介质。交错的环形盘分别与主动和从动元件相联，因此，联轴器主动和从动元件的角速度差，造成相邻环形盘间环状间隙中流体的粘性剪切，从而产生了要求的速度一转矩传递特性。在粘性联轴器中通常使用的硅基流体，随剪切率的增加呈现递减的转矩响应特性。

下述手段也是已知的，借此，环形盘在预定的操作条件下，可以受迫进入摩擦接合状态，从而增强转矩的传递。另外，在环形盘上有一系列径向间隔分布的孔眼，使联轴器的转矩传递特性可以按预定变化，以便适应特定的应用。

但是，现有技术的这些粘性联轴器，传递转矩相对较慢，并且缺乏较大的设计上的灵活性，特别是要求传递大转矩的应用场合。再则，已知的粘性联轴器，通常对诸如温度，流体粘度和压力这些操作条件的变化非常敏感。

本发明的目的是提供一种相对简单而紧凑的联轴器，它改善了现有技术的上述缺点，或者至少是对已知的粘性联轴器提供一种替代产品。

按照第一方面，本发明在于一种联轴器组合体，包括第一构件和第二构件，它们彼此配置成相对转动接合状态，所述第一和第二构件中的一个，有周向延伸的连续波状导槽，而另一构件具有多个横向导槽，它沿着与波状导槽的总方向基本上成正交的方向延伸；相应的多个滑体分别置于波状导槽和横向导槽交叉区域；其中，在该波状导槽和横向导槽内配置有粘性液压流体介质；在该横向导槽和滑体之间分别限定有节流间隙，以致第一和第二构件的相对转动，使得滑体在横向导槽内轴向摆动，同时横切波状导槽；同时使经该节流间隙通过该滑体的该粘性液压流体介质产生交替的轴向传递，从而对于该流体传递的合成阻力可在该第一构件与第二构件之间传递扭矩。

最好第一构件是一个内毂套，在其外圆柱面上具有波状导槽，而第二构件是一个与之相配的外毂套，在外毂套的内圆柱面上以均匀间隔的轴向延伸沟槽的形式限定了多条横向导槽。该内毂套和该外毂套安装成作相对同轴转动。

最好，波状导槽是周期的，在本发明的一种形式中，波状导槽是正弦波的。

在本发明的第一种最佳形式中，滑体呈球状，且导槽和沟槽的横截面基本上是半圆形。

但是，在本发明的一种替换形式中，每个滚珠与一个棱形滑体接合，该棱形滑体用于在相配的棱形槽或孔内作往复运动。

在本发明的进一步更佳的形式中，在横向导槽与配合的滑体间有一间隙。在滑体作往复运动过程中，液压流体通过该间隙加以节流。但是，滑体也可变化成密封地在横向导槽内可滑动的活塞形式。在这种情况下，活塞可以有一个孔，而液压流体通过这个孔被节流，从而提供预定的有阻力的阻尼力。

在本发明的替换形式中，每个滑体最好有一圆柱形话塞，该活塞可密封地在相应的槽内作往复运动，而液压流体在封闭的环路中，并通过一个能对活塞的往复运动作出响应的，可选择地调节控制阀加以节流。本发明的这一形式，允许针对给定的差动连接速度，有选择地调节转矩传递特性，还允许借助完全关闭控制阀，在联轴器的输入和输出毂套之间选择锁住状态。

在进一步的替换形式中，第一构件是一个具有环绕其圆周面倾斜间隔位于相配棱形孔内的多个轴向延伸的棱形滑体的内套。第二构件是有两个保持相对于内毂套同轴转动的、轴向分隔的外毂套。外毂套上具有相配的波状导槽，以使上述滑体的相对两轴端可滑动地与之接合。内毂套安装成基本上在外毂套内相对转动。

最好，棱形滑体的横切面是长方形。当在所述毂套间发生相对运动时，棱形滑体在所述孔内往复运动。

最好还有内毂套具有多条轴向延伸的流体控制缝隙。这些缝隙环绕内毂套的圆周在所述孔间交替隔开，以降低由液压流体介质造成的对摆动的阻力。

按照第二个方面，本发明在于转矩比例差动机构具有固有的转矩偏置，该差动机构包括一个适合绕一纵轴转动的从动座；一对同轴平行的侧齿轮可绕一固定轴相对从动座转动；至少一个小齿轮可转动地安装在从动座上，并与所述的侧齿轮啮合；以及一联轴器组合体如此处所述那样，有效地配置在所述侧齿轮之间，或者配置在一个侧齿轮和所述从动座之间，因此，所述侧齿轮间的角速度差，在联轴器的两端间引起相应的角速度差。由此产生阻尼，该阻尼使在每个侧齿轮处能够保持不等的转矩。

现在参照下面的附图，仅以实例的方式，对本发明的最佳实施方式加以描述：

图1是按照本发明的液力滚珠联轴器内毂套的侧面剖视图；

图2是周向环绕图1所示毂套延伸的正弦形导槽的投影平面视图；

图3是图2所示导槽的替换实施方式的投影平面视图；

图4是按照本发明的液力滚珠联轴器外毂套的端面剖视图；

图5是图4中沿5-5线的剖视图；

图6是图4的外毂套的一个替换实施方式的端面剖视图，其中滚珠支持一长方棱形滑体；

图7是图6中沿7-7线的剖视图；

图8是按照本发明的包含滚珠滑体的液力滚珠联轴器组合体的侧面剖视图；

图9是图8的联轴器组合体的一个替换实施方式的侧面剖视图，其中滚珠支持一长方棱形滑体；

图10是与按照本发明的液力滚珠联轴器的滑体之一相关联的封闭液力环路中的控制阀的局部平面剖视图；

图11是包括图10所示控制阀的液力滚珠联轴器的部分侧面剖视图；

图12是图11的液力滚珠联轴器的局部端面剖视图；

图13是液力滑体联轴器内毂套的侧视图；

图14是与图13的内毂套一起使用的两个外毂套的分解透视图；

图15是含有图13和图14的毂套的液力滑体联轴器的侧面剖视图；

图16是置于有限滑动差动器内两半轴间的液力滚珠联轴器组合体的剖视图；

图17是类似于图16的置于有限滑动差动器内一个半轴和从动座间的液力滚珠联轴器的剖视图；

图18是液力滑体联轴器在多轮驱动车辆的传动线中作为传递元件用的图解平面图。

参见附图的图1至12，其中相应的特征标以相应的参考标号。液力滚珠联轴器组合体1包括内毂套2和外毂套3，二者配置为相对同轴转动接合状态。内毂套2具有环绕其外圆柱面5，周向延伸的连续波状导槽4。外毂套3，在其内圆柱面7上，有多条均匀间隔轴向延伸的沟槽6。沟槽6沿着大体上与波状导槽4的总有效方向成正交的方向延伸。

滑体10可往复运动地置于每条沟槽6中，并位于波状导槽4和各个沟槽交叉区域11处。因此，内毂套和外毂套的相对转动，使得每个滑体10在其各自的沟槽6内产生轴向摆动并横切导槽4。

沟槽6和导槽4内，有适当粘度的液压流体，以便对滑体的摆动提供流体阻力，因此，许可在主动和从动毂体之间传递转矩。

该S轴器最好在内和外毂套中间装有适当的密封装置，以便将液压流体容纳在沟槽和导槽内。但是，在某些应用中，该联轴器可能适于浸泡在流体中工作。在这种情况下，不再需要密封装置。

在转矩传递元件中，内、外毂套驱动地与各自的输入和输出转动传动轴连接。在主动竿从动毂套之间的任何角速度差，都引起滑体10横切波状导槽4，从而使得滑体在其各自的沟槽6内，作相应的往复移动。这种往复运动受到液压流体结质的阻力，使得转矩能够在内外毂套间传递。

导槽4最好是正弦状，以使转矩能被平滑地传递。但是，应当意识到任何适当形式的波状导槽都可以使用，例如图3中示出了一种改变后的正弦形，在幅度最大处具有停顿区域12。

在如图8所示的本发明的一种形式中，每个滑体10都是钢制滚蛛13，而导槽4和沟槽6其截面都是半椭圆形，以便容纳导槽和沟槽交叉区域11内的滚珠。有一周向间隙，在滑体往复运动过程中，通过该间隙对液压流体进行节流。

在这种构型中，滚珠13的往复运动，使得兆槽中的流体介质被粘性剪切，从而产生阻止滚表运动的摩擦制动，故使转矩能够在主动和从动毂套之间进行传递。因此，高粘度的流体，例如硅基液体或油脂，可以最佳地提供运动所需的阻力。

参照图9示出的本发明的一种替换形式，其中滑体10包括与长方棱形滑块14成传动接合的滚珠13；而滑块14适合于在相配棱形沟槽内作往复运动。滑块14的纵向延伸的棱边15被倒角，从而确定了间隙通道，当滚珠13横切正弦导槽时，液压流体通过间隙通道被节流。

在本发明的另一种形式(未示出)中，滚珠13与一个可在相配的沟槽或孔洞中密封地滑动的活塞接合。该话塞有一节流孔，液压流体通过它被节流，从而提供预定的阻止的阻尼力。应当意识到，含有节流孔的本发明的这种形式，提供了更加可控的流量，因此，提供了更加一致的转矩传递特性。再则，本发明的这种形式，允许通过不同尺寸节流孔的替换，得到联轴器转矩一速度特性的不连续调节，从而使得联轴器的工作特性可适应特定的应用场合。

对于具有棱形或活塞式滑体的这些构型，容纳在滑体每侧的液压流体产生了高的合压差，用以阻止相对于图8中滚珠滑体构型作往复运动滑体的运动。因而，采用相对低粘度的液压流体，对于获得要求的转矩一速度特性以及避免在较高速度时由于空穴作用造成的转矩损失是更可取的。

图10至12示出本发明的进一步形式，其中滚珠13与一个在相配孔洞18内可密封滑动的圆柱形活塞17成驱动接合，液压流体容纳在一封闭的环路内，并通过一可选择调节的控制阀20加以节流。因此，给定差动速度的联轴器的转矩传递特性，可以借助于轴22上的调节套21来调节控制阀20而加以改变。调节套21具有分隔开的凸缘，这些凸缘与控制阀起动杆23相接合，而起动杆23与可转动的控制阀筒体连接。因此，调节套21的轴向移动可招致控制阀筒体，在开启和关闭位置之间作相应的同步转动。

如图11的下半部所示，输入和输出毂套间的完全闭锁状态，可借助于控制阀24的闭合来达到。显然，为了改变联轴器的转矩一速度特性，把控制阀完全调节到闭锁状态，可以通过适合的微信息处理机或者其他电子的、液力的或机械的控制系统来实现。借此，联轴器可被适当用来实现对预定系统的应答。本发明的这种形式特别适合用于机动车的应用场合，以便在有限滑差时提供要求的转矩偏移特性，或者在传递联轴器或受控滑动离合器中，提供要求的吸振等级。

参照图13至15，一液力滑体组合体50，包括一内毂套51和两个外毂套52和53，它们配置成相对同轴转动接合状态。内毂套51具有多个轴向延伸的长方形滑体54。滑体54在相配的槽孔55中，环绕毂套51的圆周均匀间隔分布。

外毂套52和53可独立转动，且环绕毂套51轴向对置，它们分别具有相配的波状导槽56和57。导槽56和57是连续的，并与滑体54的各相对的轴端可滑动接合。

滑体54的截面为正方形，当内、外毂套相对运动时，它在槽孔中作轴向摆动。维持在毂套间的液压流体，对滑体的运动提供流体阻力，并使转矩得已在毂套间进行传递。

在可供选择地实施方式中，内毂套51具有多条轴向延伸的流体控制缝隙(未示出)。这些缝隙交替地处在槽孔55之间，以便降低流体阻力。也可以采取在滑体54和各自的槽孔之间提供预定的间隙，或者在滑体54和导槽56与57之间提供间隙，或者采取上述两种情况。

现在转过来描述当车辆转弯，外轮以高于内轮的角速度转动时，本发明的联轴器在有限滑差情况下作为可变转矩传递元件的应用情况。通常的差速机构适应于角速度的这种差别，即具有100％效率的滑差情况下，在任何时候都向两个主动轮传递相等的转矩。

然而，如果一个主动轮失去了牵引力，例如当其在一打滑的表面上时，该轮随意转动而保持极小甚至没有转矩。所以，通常的差速机构将传递极小的驱动转矩或者不传递驱动转矩到具有牵引力的轮子上，因此，车辆将维持不动。

该问题的一个解决方案，是提供转矩比例或者“有限滑动”差速装置。借此使转矩偏置或者使转矩传递给具有最大牵引力的轮子，以便控制驱动能力的丧失。

已知的转矩比例差速装置，通常采用预加载弹簧和摩擦离合器作为增大转矩偏置的手段。但是，这样的设计方案，其工作寿命是有限的。这是由于离合器的过度磨损所致，并因此无论何时都存在有作为固有的摩擦预载施加到离合器上的结果而产生的差速运动。再则，在正常的转弯操纵过程中，离合器内固有的摩擦会阻止相关轮子的转动。因此，有害地影响在正常驱动状态下驾驭车轮，并招致进一步的问题，即增大轮胎的磨损。这些问题在前轮驱动车轮的应用场合特别重要。

参照附图的图16和17，差速座30被输入驱动轴33驱动而绕轴线32转动。来自输入轴33的传动，借助小伞齿轮34转向90°。小伞齿轮34与相对差速座30固定的伞形冠齿轮35相啮合。侧齿轮36分别与一对同轴相互对置的外悬半轴38连接。半轴38依次与车辆(未示出)的主动轮连接。

图16示出了第一种转矩比例差速装置的构形，其中液力滚珠联轴器1有效地配置在半轴38中间。在这种构形中，左右两个半轴间转矩的差异约为联轴器转矩的两倍，而联轴器两端间的角速度差与轮子的速度差异相对应。

图17示出了第二种转矩比例差速装置的构形，其中联轴器有效地置于一个半轴38和差速座30之间。在这种构形中，左右两个半轴间转矩的差异与联轴器转矩相对应，而联轴器两端间的角速度差等于车轮速度差的一半。

在这两种情况下，联轴器均连接于传动线中，并与差速装置平行。但是，联轴器亦可如在后讨论的那样，串联在传动线中作传动元件用。

在正常的驱动状态下，两轮以及两侧齿轮以近似相等的角速度转动，并保持近似相等的转矩。然而，如果一个车轮失去牵引力，那么，当往复运动的滑体在其各自的沟槽中排开流体而横切波状导槽时，差速装置中流体联轴器两端间的合成速度差会引起阻力。这种对滑体运动的流体阻力，提供了一锁紧转矩。该转矩阻止侧齿轮差速转动，并使不相等的转矩能被传递给主动轮。

在转矩比例差速装置或者有限滑动差速装置中的液力滑体联轴器，其主要优点是，与通常的转矩敏感的有限滑动差速装置相比，该系统对速度敏感。因此，在正常驱动状态下转弯时，该系统能提供低差速锁紧转矩，故不会对车辆操纵产生不利的影响，而且在车轮打滑的状态下，伴随速度差的增大提供逐步递增的阻抗转矩。除提供转矩偏置以增大牵引力之外，液力滚珠联轴器还部分吸收了施加到传动线上的瞬时冲击负荷。

考虑到联轴器的递减转矩传递特性，“轴对轴”的构形，对给定的车轮速度差可产生大约三倍于“轴对差动座”方案的锁轻转矩。因此，“轴对轴”的方案，在要求高转矩的应用场合，可能是更可取的。另一方面，在前轮驱动车辆的应用场合，低的转矩偏置可能更为可取，因为不会对车辆的操纵产生不利的影响，或者造成轮胎的过度磨损。因此，在这种情况下，“轴对差速座”的方案可能是最佳的。

在每种情况下，联轴器的转矩传递特性可以通过变化下列参数来满足特殊的应用：

1、流体介质的粘度；

2、滑体及其对应沟槽的数量、尺寸和形状；

3、波状导槽的形状；

4、波状波浪的数量；

5、滑体和其对应沟槽间的节流间隙(或者在采用串联于液压环路的控制阀的实施方式中，对控制阀的调节)；

6、毂套的形状和结构。

按照本发明的包含有液力滑体联轴器的差速装置，在中央差速装置的应用中，或者在多轮驱动车辆的传动线中作为转矩传递元件也特别有效。

现在参照图18，当车辆转弯时，前轮40的平均速度高于后轮41和42的平均速度，因此，在多轮驱动车辆中，对车轮20动力传递，在被动轴43、44和45之间需要有一定程度的相对独立性。这一问题通常是使用置于被动轴之间的中央差速装置来解决。但是，如果有一车轮失去牵引力而自转，则通过该轮丧失全部动力，而不再可能传递转矩。

这一问题可以用液力滚珠联轴器作为转矩传递元件代替每个轴间差速装置得到实质上的改善。联轴器46允许在正常驱动状态下，被动轴间必要的相对运动，同时在车轮打滑的状态下，把转矩，从自转的车轮传递或偏置到相连接的轴上。

我们将会意识到，本发明的液力滑体联轴器具有许多优点。该联轴器相对于已知的粘性联轴器来说，其结构紧凑，而且适合于方便地包含在差速装置中，以便在车轮自转的状态下，提供平滑和渐进的速度敏感转矩的传递。特别是包含有控制阀的有选择地改变转矩传递的方案，为给定的速度差提供了一系列直到完全锁住的转矩传递特性，从而使该联轴器特别适合用于差速装置中，以便在低牵引力不利条件下，提供有选择的锁住来控制车轮自转。本发明的这种形式，在多轮驱动车辆中同样可适于作中央差速装置用。

再则，滑体和相应的沟槽等同地分担同时产生的阻抗转矩，故在单个滑体上的载负以及在导槽上的相应的接触应力，与含有相互啮合齿轮齿的系统相比相对要小些。该系统在任何给定时刻仅有一个至三个齿接触，故总的接触应力相对高些。

另外，可以证明，由多个等间隔滑体产生的转矩总合基本上是恒定的，而没有显著的转矩脉动，尽管由于每单个滑体和其在导槽上的位置关系会产生周期的转矩变动。

但是，显然本发明不仅限于汽车应用，而且能在各种应用中，例如吸振元件、离合器、力矩转换器等的应用中显示其优点。

虽然本发明是参照特定实例描述的，但是，显然本发明可被本专业的技术人员以许多其他形式加以实施。例如，导槽可以设置在外毂套上，而沟槽则在内毂套上。此外，毂套的接合表面不必是圆柱形，例如可以是圆锥形、圆形、环形或台阶形。

Claims (16)

1、一种联轴器组合体，它包括配置成可相对转动接合的第一构件和第二构件，所述第一和第二构件之一具有周向延伸的连续波状导槽，而另一具有多个与波状导槽的总方向基本垂直的方向上延伸的横向导槽；相应的多个滑体分别位于所述波状导槽与横向导槽的交叉区域；其中，在所述波状导槽和横向导槽内配置有粘性液压流体介质；在所述横向导槽和所述滑体之间分别限定有节流间隙，以致所述第一和第二构件的相对转动使得滑体在横向导槽内作轴向摆动并横切波状导槽，同时使经所述节流间隙通过所述滑体的所述粘性液压流体介质产生交替的轴向传递，从而对于所述流体传递的合成阻力可在所述第一构件与所述第二构件之间传递扭矩。

2、按照权利要求1的联轴器组合体，其中第一构件是一个在其外圆柱面上具有波状导槽的内毂套，而第二构件是一个相配的外毂套，在外毂套的内圆柱面上以均匀间隔的轴向延伸沟槽的形式限定了多条所述横向导槽，所述内毂套和所述外毂套安装成作相对同轴转动。

3、按照权利要求2的联轴器组合体，其中所述的波状导槽是周期性的波状。

4、按照权利要求3的联轴器组合体，其中所述的波状导槽是正弦曲线形。

5、按照权利要求1的联轴器组合体，其中所述的滑体呈滚珠状，而波状和横向导槽的横切面基本上是半圆形。

6、按照权利要求1的联轴器组合体，其中所述的滑体的形状是与棱形滑体相接合的滚珠，所述棱形滑体用于在由相配的棱形沟槽或孔限定的横向导槽内作往复运动。

7、按照权利要求6的联轴器组合体，其中所述的横向导槽的横切面是长方形。

8、按照权利要求2的联轴器组合体，其中在所述横向导槽与滑体间具有间隙，在滑体往复运动过程中，通过该间隙对液压流体起节流作用。

9、按照权利要求2的联轴器组合体，其中所述的滑体包括一个可在相应的一个所述横向导槽中密封滑动的活塞。

10、按照权利要求9的联轴器组合体，其中所述的活塞有一个对液压流体进行节流的小孔。

11、按照权利要求10的联轴器组合体，其中所述的液压流体容纳在一封闭环路中。

12、按照权利要求11的联轴器组合体，其中所述的液压流体通过一个可对所述活塞的往复运动作出响应的可选择的调节控制阀加以节流。

13、按照权利要求1的联轴器组合体，其中所述的第一构件是具有多个轴向延伸的棱形滑体的内毂套，棱形滑体在相配的横向导槽内环绕内毂套的圆周均匀间隔分布，第二构件包括两个轴向隔开并保持相对于内毂套同轴转动的外毂套，它们分别具有相对配合的波状构形，用以限定所述的波状导槽，以便可滑动地与所述滑体的两相对轴端接合，内毂套基本上安装在两外毂套内作相对转动。

14、按照权利要求13的联轴器组合体，其中所述的滑体的横切面通常是长方形，当所述毂套间作相对运动时，所述滑体在所述横向导槽中作往复运动。

15、按照权利要求14的联轴器组合体，其中所述的内毂套具有多条环绕所述内毂套圆周在所述横向导槽间交错间隔分布的轴向延伸的流体控制缝隙。

16、按照权利要求13的联轴器组合体，其中所述的横向导槽包含孔。

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