CN104029562A - 紧凑型脉冲真空回转轴轮毂锁 - Google Patents

Abstract

一种用于将轮毂选择性接合到半轴的脉冲真空轮毂锁系统包括收纳在所述轮毂中的孔中的卡盘壳体总成。所述卡盘壳体总成支撑离合圈以在所述轮毂中和直接在所述半轴上的花键之间可移动地接合。膜片连接到活塞总成，并响应于真空压力而激活所述活塞总成来接合或脱离闭锁机构，所述闭锁机构将所述离合圈固定在接合或脱离位置中。活塞弹簧和辅助弹簧设置在所述活塞总成的主活塞与副活塞之间，并允许在激活所述闭锁机构所需的真空度中分离。所述真空轮毂锁系统是紧凑的以安置在轮辋的外表面中的开口的内侧。

Description

紧凑型脉冲真空回转轴轮毂锁

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月7日提交的美国临时申请No.61/774,169的权益。上述申请的整体公开内容以引用的方式纳入本文。技术领域

本公开内容涉及一种车辆的锁定轮毂系统，更具体来说，涉及一种具有减少的组装长度的脉冲真空启动的锁定轮毂卡盘。

背景技术

本部分提供了与本公开内容相关的背景信息，而该背景信息不一定构成现有技术。

被设计成公路和越野使用的、具有四轮驱动能力的车辆通常提供四个轮子中两个轮子的可选接合/脱离。要脱离的轮子一定具备如下的车辆动力系统中的动力传动系统，其中对于公路使用且为了避免非工作状态的动力传动组件的不必要的能量消耗和磨损，提供轮毂锁以使轮轴和车辆的轮子分离。原始的轮毂锁设备为手动启动。驾驶员/操作员会将车辆停下来，接合分动箱断开系统，然后手动转动位于每个轮毂中的拨盘以激活轮毂锁来使轮子和轮轴分离。

随后，开发了自动激活轮毂锁的机构。四轮驱动车的自动锁定轮毂现在可用于许多不同的设计配置。此等配置包括直接手动离合器接合、远程真空离合器接合和远程压力离合器接合。先前设计的系统包括需要涉及许多零件的复杂设计，这些零件使得设备生产昂贵和/或组装复杂。本公开内容提供一种更紧凑的组件封装，以更容易地组装到车辆且更加美观。

发明内容

本部分提供了本公开内容的总体概要，而不是其完整范围或其所有特征的全面公开。

本公开内容提供一种紧凑型脉冲真空回转轴轮毂锁，其为了便于组装提供卡盘设计。轮毂锁包括具有多排接合齿的离合圈，并且定速轴上的外花键减少离合圈轴向移动的量。轮毂锁利用脉冲真空接合方法，其允许有限使用真空，因此允许车辆的真空系统具有比连续真空轮毂锁更低的耐久性周期。

轮毂锁也使用用于脉冲真空接合/脱离系统的两个弹簧。较大的全程弹簧用于的主活塞的整冲程中，膜片给所述主活塞提供反作用。第二弹簧用于通过需要更大的真空以完全压缩主活塞来帮助减少主活塞的整冲程。两个弹簧的系统允许激活脉冲/闭锁系统所需的真空度更大的分离。这允许更大的系统公差，因此使其更稳健，但同时允许更小的轴向堆叠尺寸。

本公开内容的组合允许最小的轴向堆叠，从而使本发明的设计成为非常密集的封装。这就允许传统的自动外侧轮端断开以完全封装在传统风格的原始设备制造商的轮子的中心盖板的后面。

其它领域的适用性将从本文所提供的描述变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅用于说明的目的，并且不用来限制本公开内容的范围。

附图说明

本文描述的附图仅为了选定的实施方案而不是所有可能的实施的说明性目的，并且不用来限制本公开内容的范围。

图1为根据本公开内容的原理的应用于转轴的真空启动的轮毂锁机构的横截面图；

图2为图示根据本公开内容的原理的脉冲真空启动的轮毂离合器锁的总成的分解立体图；

图3为图示根据本公开内容的原理的脉冲真空启动的轮毂锁机构的立体图；

图4为根据本发明的原理的脉冲真空启动的轮毂锁机构的详细的横截面图，示出该轮毂锁机构在脱离位置中；

图5为根据本发明的原理的脉冲真空启动的轮毂锁机构的详细的

横截面图，示出该轮毂锁机构在接合位置中；

图6为示出闭锁机构的接合的局部剖视图；以及

图7为示出闭锁机构的接合和脱离的详细的进展图。

在整个附图的几个视图中，相应的参考数字指示相应的零件。

具体实施方式

现在将参照附图更全面地描述示例性实施方案。

提供示例性实施方案以使得本公开内容更加透彻，并且将范围充分传达给本领域技术人员。陈述许多具体细节（例如，具体组件、设备和方法的实例）以提供对本公开内容的实施方案的透彻的理解。对本领域技术人员来说显而易见的是：不必使用具体细节，示例性实施方案可以用许多不同的形式来实施，并且示例性实施方案也不应解释为限制本公开内容的范围。在一些示例性实施方案中，不详细地描述众所周知的过程、众所周知的设备结构和众所周知的技术。

本文使用的术语仅为了描述特定示例性实施方案的目的，并且不用来限制。本文所用的单数形式“一”和“所述”也可以用来包括复数形式，除非上下文另有明确指示。术语“包含”、“包括”和“具有”是包括性的，因此指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。本文所述的方法步骤、过程和操作不解释为必然要求以所讨论或说明的特定顺序执行，除非具体确定执行顺序。还应理解的是，可以使用额外的或替代的步骤。

当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合到”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，其可以直接在另一元件或层上、直接接合、连接或耦合到另一元件或层，或者可能存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接”在另一元件或层“上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，可能不存在中间元件或层。用于描述这些元件之间关系的其它措辞可以用类似的方式解释（例如，在......之间”对于“直接在......之间”、相邻”对于“直接相邻”等）。本文所用的术语“和/或”包括相关列出项目中的一个或多个中任何和所有的组合。

尽管术语第一、第二、第三等在本文中可以用于描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开。术语如“第一”、第二”和其它用数字表示的术语当在本文中使用时不表示顺序或次序，除非由上下文明确指出。因此，以下讨论的第一元件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分可以被称为第二元件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分，而不脱离示例性实施方案的教导。

为了便于描述，可以在本文中使用空间相对的术语如“内部”、“外部”、“在......之下”、“在......下方”、“下部”、“在......上方”、“上部”等，以对图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系进行描述。空间相对的术语可以旨在涵盖设备的除了图中所示方向之外的在使用或操作中的不同的定向。例如，如果将图中的设备翻转，那么被描述为“在其它元件或特征下方”或“在其它元件或特征之下”的元件将因而被定向成“在其它元件或特征上方”。因此，示例性术语“在......下方”可以涵盖“在......上方”和“在......下方”二者的定向。设备可以用其它方式定向（旋转90度或旋转到其它方向），且本文中使用的空间相对的描述词作相应地解释。

参照图1，示出轮毂总成10，其包括将轮子14耦合到半轴16的脉冲真空轮毂锁系统12。轮辋14固定地安装到轮毂18，轮毂18可旋转地支撑在半轴16上。应理解的是，轮轴16和轮毂18可以通过脉冲真空轮毂锁系统12彼此耦合或分开。真空源（未示出）以本领域中已知的方式连接到脉冲真空轮毂锁系统12。

轮毂18由转向节20支撑。轴承总成22安置在转向节20与轮毂18之间。轮毂18包括内侧端部24，内侧端部24包括被安置抵靠轴承总成22的辊轧成形固定系统26（如图所示），或替代地，可以用轴承调整螺母来代替辊轧成形固定系统26。轴承总成22包括具有向外延伸的凸缘部分28A的外环部分28，凸缘部分28A通过紧固件30紧固到转向节20。

轮毂18包括径向延伸的凸缘部分32，制动盘33和轮辋14通过紧固件35紧固到凸缘部分32。轮毂18包括延伸穿过其中的孔38，其用于将半轴16收纳于其中。孔38包括具有内花键42的外侧部分40，如图4和图5最佳所示。如图1所示，滚针轴承总成44提供在孔38的内侧端，在半轴16与轮毂18之间。如图4和图5所示，孔38包括肩部48和凹槽50，凹槽50收纳扣环52，扣环52邻接轴承总成54。轴承总成54邻接半轴16的肩部56以将半轴16固定在孔38中。半轴16包括其外侧端上的两排轴向间隔开的外花键58A、58B。如图1所示，转向节真空密封件59提供在转向节20与半轴16之间。

如图4和图5所示，脉冲真空轮毂锁系统12被提供为卡盘装置，其插入孔38的外侧端中并通过扣环61固定在其中。可以提供O形环63以用于在孔38与锁定轮毂系统12之间密封。如图2的分解透视图中最佳所示，脉冲真空轮毂锁系统12包括内壳体60，其收纳脱离弹簧62抵靠其底座部分60A。离合圈66被安置在外侧抵靠脱离弹簧62。离合圈66包括两排轴向间隔开的内花键66a、66b（如图4最佳所示）以便与半轴16上的外花键58A、58B选择性对准和接合。离合圈66包括与轮毂18的内花键42接合的外花键66c。离合圈66的外表面进一步包括多个凹式轴向槽66d。壳体圈68与内壳体60的外侧壳体部分60B接合并将离合圈66和脱离弹簧62固定在内壳体60内。内壳体60包括多个侧支架60C，其将底座部分60A连接到外侧壳体部分60B并被收纳在离合圈66的凹式轴向槽66d中，如图3最佳所示。

外壳体70附接到内壳体60并且界定其中的腔室72，如图4和图5所示。如图2所示，壳体圈68包括收纳侧支架60C的凹处68a。外壳体70包括收纳在凹槽73中的接合指状物70a，凹槽73提供在内壳体60的外侧壳体部分60B的内表面中。外壳体70可以通过接合指状物70a可旋转地锁定到内壳体。膜片74安置在腔室72中并具有外周部分，外周部分被俘获在外壳体70的外凸缘70A的内面与壳体圈68之间。主活塞76通过弹簧臂部件80附接到膜片的内部突出块78。弹簧臂部件80包括具有中心孔84的主体部分82，中心孔84用于收纳膜片74的突出块78。弹簧臂部件80的主体部分82收纳在主活塞76的外侧面中的凹腔86中并通过柄脚88固定在其中，柄脚88超声波焊接到主体部分82。一对弹簧臂80A、80B从主体部分82延伸并延伸穿过主活塞76中的开口76A。

活塞弹簧90和同心、较小的辅助弹簧93安置在主活塞76与副活塞92之间。主活塞76包括环形侧壁94，其具有从其延伸的圆周间隔的轴向延伸的指状物96。指状物96收纳在副活塞92的周边中的相应的圆周间隙98中。副活塞92包括具有一对闭锁特征100（如图6和图7最佳所示）的中心柱92A，闭锁特征100用于与弹簧臂部件80的这对弹簧臂80A、80B的接合端102接合，以便将副活塞92锁紧到主活塞76，其中活塞弹簧90和辅助弹簧93压缩在其间。接合端102将闭锁特征100与第一稳定位置和返回路径接合。具体来说，图7图示相对于闭锁特征100处于接合/脱离的各种状态的弹簧臂80A的接合端102。示出处于打开的第一稳定状态的接合端102，如由位置“U”所表示。通过将真空脉冲应用于腔室72内的膜片74，使弹簧部件80和接合端102在中间位置“I”与闭锁特征100接合。随着接合继续，接合端102接合闭锁特征的突出部分104以将主活塞76和副活塞92固定在第二稳定的锁定位置“L”中。通过将另一脉冲真空应用于膜片74，将主活塞76更远地移动向副活塞92直到弹簧臂80A的接合端102到达释放位置“R”，其中弹簧臂80A的弹簧弹力围绕闭锁特征100的尖端106拉动接合端102，以使得当释放真空时，接合端102跟随释放路径并从闭锁特征100打开以允许主活塞76朝远离副活塞92的方向移动。当锁紧主活塞72和副活塞78时，脱离弹簧62将离合圈66推向脱离位置，其中使两排内花键66A、66B与半轴16上的两排外花键58A、58B脱离，如图4所示。当打开主活塞72和副活塞78时，在活塞弹簧90和辅助弹簧93的偏置力下抵抗脱离弹簧62的阻力移动离合圈66，以使得两排内花键66A、66B与半轴16上的两排外花键58A、58B接合，以便通过离合圈66将转矩从半轴16传递到轮毂18，如图5所示。

紧凑型脉冲真空回转轴轮毂锁12提供卡盘设计，以便于组装。离合圈60的多排接合齿66A、66B和半轴16上的多排外花键58A、58B减少了离合圈66轴向移动的量。利用脉冲真空接合方法允许有限使用真空，因此允许车辆的真空系统具有比连续真空轮毂锁更低的耐久性周期。

本发明的设计使用直接在半轴16上而不是在通常被称为内部传动齿轮上的多排接合花键58A、58B，所述内部传动齿轮通常将安装在定速轴16上方，其中离合圈66与所述内部传动齿轮接合。在本发明的设计中，离合圈60直接在车轮轴承毂18内部轴向滑动并直接在定速轴16上接合，由此取消内部传动齿轮和其支架。这就消除了系统中额外的摩擦来源。球轴承54安装在车轮轴承毂18内部以支撑定速轴16。然后，定速轴16通过轮毂轴承22内部的球轴承54轴向定位，并且也提供系统的推力负荷。定速轴16的内侧上的滚针轴承44提供定速轴16的额外的径向位置。转向节真空密封件59位于定速轴16与转向节20之间。因此，该密封件59在4x2操作期间没有相对运动，以最节省燃料。

本公开内容也使用用于脉冲真空接合/脱离系统的两个弹簧90、93。大的全程弹簧90用在主活塞76的整冲程中，主活塞76通过膜片74起反作用。全程活塞弹簧90将离合圈66完全接合到定速轴16上。第二辅助弹簧93用于通过需要更大的真空以完全压缩主活塞76来帮助减少主活塞76的整冲程。两个弹簧的系统允许激活脉冲/闭锁系统所需的真空度更大的分离。这允许更大的系统公差，因此使其更稳健，而同时允许更小的轴向堆叠尺寸。

本公开内容的组合允许最小的轴向堆叠，从而使本发明的设计成为非常密集的封装。包括壳体总成60、70、离合圈66、膜片74和活塞总成76、92的整个卡盘装置12安置在轮辋14的外侧表面中的开口109的内侧，开口109向轮辋14中的孔111打开。这就允许传统的自动外侧轮端断开以完全封装在收纳于传统风格的原始设备制造商的轮子的孔111中的中心盖板110的后面。本发明的设计使用脉冲真空启动的系统成为目前尽可能高效的设计，并具有最小量的旋转阻力。

为了说明和描述的目的已经提供了对实施方案的前述描述。其并非旨在详尽列举或限制本公开。特定实施方案的各个元件或特征通常不被限于该特定实施方案，但是，在适用的情况下是可互换的，并且可以被用在选定的实施方案中，即使没有被特别示出或描述。相同的事物也可以用多种方式被改变。此等变化不被视为脱离本公开内容，并且所有此等修改都旨在包括在本公开的范围内。

Claims (22)

1.一种用于将轮毂接合到半轴的脉冲真空轮毂锁系统，其包含：

壳体总成；

离合圈，其安置在所述壳体总成中；

脱离弹簧，其安置在所述壳体总成与所述离合圈之间；

膜片，其由所述壳体总成支撑；

活塞总成，其与所述膜片接合，所述活塞总成包括具有闭锁设备的主活塞和副活塞，所述闭锁设备用于将所述主活塞和所述副活塞可释放地接合在相对于彼此的锁定位置中；

活塞弹簧，其安置在所述主活塞与所述副活塞之间；以及

辅助弹簧，其安置在所述主活塞与所述副活塞之间。

2.如权利要求1所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述活塞弹簧在所述主活塞的整冲程中提供阻力，并且所述副弹簧仅在所述主活塞的一部分冲程期间提供阻力。

3.如权利要求2所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述副活塞被安置抵靠所述离合圈。

4.如权利要求1所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述闭锁设备包括附接到所述主活塞并且具有第一弹簧臂和第二弹簧臂的弹簧臂部件，所述第一弹簧臂和所述第二弹簧臂每个都安置在所述副活塞的柱的相对侧并且能够与所述副活塞的所述柱的相对表面上的第一闭锁特征和第二闭锁特征接合。

5.如权利要求2所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述壳体总成限定卡盘装置，其支撑所述离合圈、膜片、主活塞、副活塞、弹簧臂部件、活塞弹簧、辅助弹簧和脱离弹簧，其中所述卡盘装置适于收纳在所述轮毂的孔中，并且所述离合圈包括与所述孔的内花键接合的外花键并包括一对轴向间隔开的内花键套，所述内花键套能够移动以与所述半轴上的一对轴向间隔开的外花键套接合并移动以与所述半轴上的一对轴向间隔开的外花键套脱离接合。

6.如权利要求4所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述弹簧臂部件包括主体部分，并且所述第一弹簧臂和所述第二弹簧臂从所述主体部分延伸穿过所述主活塞中的开口。

7.如权利要求1所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述副活塞包括周边表面中的多个圆周间隙，并且所述主活塞包括收纳在所述副活塞的所述圆周间隙中的多个指状物。

8.一种脉冲真空轮毂锁系统，其包含：

轮毂，其具有内花键；

半轴，其具有一对轴向间隔开的外花键套；

卡盘壳体总成，其收纳在所述轮毂的孔中；

离合圈，其安置在所述卡盘壳体总成中，所述离合圈具有与所述轮毂的所述内花键接合的外花键，以及与所述半轴的所述轴向间隔开的外花键选择性直接接合的一对轴向间隔开的内花键套；

膜片，其由所述卡盘壳体总成支撑；

活塞总成，其收纳在所述卡盘壳体总成中并与所述膜片接合，所述活塞总成包括主活塞和副活塞，其具有安置在其间的弹簧，用于使所述主活塞和所述副活塞在相反的方向上偏置；以及闭锁设备，其用于将所述主活塞和所述副活塞可释放地接合在相对于彼此的锁定位置中；在其内具有所述离合圈、所述膜片和所述活塞总成的所述卡盘壳体总成收纳在所述轮毂的所述孔中作为一体式总成。

9.如权利要求8所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述卡盘壳体总成包括内壳体和附接到所述内壳体的外壳体，所述内壳体包括底座部分和通过多个间隔开的侧支架连接到所述底座部分的外侧壳体部分。

10.如权利要求9所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述离合圈包括外表面，其包括收纳所述多个间隔开的侧支架的多个凹式轴向槽。

11.如权利要求8所述的脉冲真空轮毂锁系统，其进一步包含安装到所述轮毂的轮辋，所述轮辋限定中心孔，一个开口由所述轮辋的外侧表面限定，其中整个所述卡盘壳体总成安置在所述轮辋的所述外侧表面中的所述开口的内侧。

12.如权利要求8所述的脉冲真空轮毂锁系统，其进一步包含脱离弹簧，所述脱离弹簧安置在所述卡盘壳体总成的底座部分与所述离合圈之间。

13.如权利要求12所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述副活塞被安置抵靠所述离合圈。

14.如权利要求8所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述闭锁设备包括具有第一弹簧臂和第二弹簧臂的弹簧臂部件，所述第一弹簧臂和所述第二弹簧臂每个都安置在所述副活塞的柱的相对侧并且与所述副活塞的所述柱的相对表面上的第一闭锁特征和第二闭锁特征接合。

15.如权利要求14所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述弹簧臂部件包括附接到所述主活塞的主体部分，并且所述第一弹簧臂和所述第二弹簧臂从所述主体部分延伸穿过所述主活塞中的开口。

16.如权利要求8所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述副活塞包括周边表面中的多个圆周间隙，并且所述主活塞包括收纳在所述副活塞的所述圆周间隙中的多个指状物。

17.一种脉冲真空轮毂锁系统，其包含：

轮毂，其具有内花键；

半轴，其具有一对轴向间隔开的外花键套；

壳体总成，其收纳在所述轮毂中的孔中；

离合圈，其安置在所述壳体总成中，所述离合圈具有与所述轮毂的所述内花键接合的外花键，以及与所述半轴的所述轴向间隔开的外花键选择性直接接合的一对轴向间隔开的内花键；

膜片，其由所述壳体总成支撑；

活塞总成，其与所述膜片接合，所述活塞总成包括主活塞和副活塞，其具有弹簧，所述弹簧安置在其间以用于使所述主活塞和所述副活塞在相反的方向上偏置；以及闭锁设备，其用于将所述主活塞和所述副活塞可释放地接合在相对于彼此的锁定位置中；以及

轮辋，其安装到所述轮毂，所述轮辋限定中心孔，一个开口由所述轮辋的外侧表面限定，其中整个所述壳体总成、离合圈、膜片和活塞总成安置在所述轮辋的所述外侧表面中的所述开口的内侧。

18.如权利要求17所述的脉冲真空轮毂锁系统，其进一步包含脱离弹簧，所述脱离弹簧安置在所述壳体总成的底座部分与所述离合圈之间。

19.如权利要求17所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述副活塞被安置抵靠所述离合圈。

20.如权利要求17所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述壳体总成限定卡盘装置，其支撑所述离合圈、膜片、主活塞、副活塞和所述闭锁设备，其中所述卡盘装置收纳在所述轮毂的孔中。

21.如权利要求17所述的脉冲真空轮毂锁系统，其中所述副活塞包括周边表面中的多个圆周间隙，并且所述主活塞包括收纳在所述副活塞的所述圆周间隙中的多个指状物。

22.如权利要求17所述的脉冲真空轮毂锁系统，其进一步包含安置在所述主活塞与所述副活塞之间的活塞弹簧，以及安置在所述主活塞与所述副活塞之间的辅助弹簧，所述活塞弹簧在所述主活塞的整冲程中提供阻力，并且所述第二弹簧仅在所述主活塞的一部分冲程期间提供阻力。