CN104428550B - 具有降低的自由轮摩擦的单向楔块式离合器 - Google Patents

Abstract

一种单向离合器，包括：多个第一斜坡，其具有与转动轴正交或与和第一直线形成第一锐角的相应第一正表面。所述离合器包括至少一个楔形板，所述楔形板包括光滑的第二外圆周和带有多个第二斜坡的第一内圆周，所述第二斜坡具有在径向上与所述转动轴正交或与第二直线形成第二锐角的相应第二正表面。所述离合器包括具有第二内圆周的外圈。所述外圈能在第一圆周方向上相对于所述内圈旋转。对于所述外圈在所述方向上的相对旋转，至少一个但不是所有的第一正表面和第二正表面接触。所述外圈在相反的圆周方向上的旋转锁住所述内圈和外圈。

Description

具有降低的自由轮摩擦的单向楔块式离合器

相关申请的交叉引用

本申请要求根据35U.S.C.§119(e)在2012年7月10日提交的美国临时专利申请61/669,754的优先权，其通过引用全文并入本申请。

技术领域

本申请明涉及一种具有降低的自由轮摩擦的单向离合器，尤其涉及一种在自由轮模式中使楔形板和外圈之间的接触最小化的单向楔块式离合器。

背景技术

图7为来自2008年12月10日提交的共同拥有的美国专利申请12/316,219的单向离合器300的分解图。离合器300包括内圈302、楔形板304、以及外圈306。圈302通过花键308防止旋转地固定。当外圈在圆周方向CD1上旋转时，离合器300处于自由轮模式，所述外圈相对于内圈和楔形板旋转，并且所述外圈的整个内圆周310与所述楔形板的外圆周312摩擦接合。当外圈反转方向以在圆周方向CD2上旋转时(锁定模式)，楔形板靠着内圈和外圈扩展从而相对于内圈的旋转锁定外圈的旋转，即将所述外圈固定成不能旋转。

楔形板与外圈的一些摩擦接合是必要的，能使离合器从自由轮模式变换到锁定模式，但是该摩擦接合也阻扰了外圈的旋转，这消耗了施加到外圈的转矩负载。因此，该摩擦接合降低了使用离合器300的装置的效率。在离合器300中，由于圆周310和312的全接触，使所述摩擦接合和随之而来的效率降低被最大化。

美国3,202,250号专利公开了一种带有内圈、一个或多个楔块、以及外圈的单向离合器。如上所述，所述楔块的相应的外圆周的整个尺度与所述外圈的内圆周接合，这导致了如上所述的摩擦低效率的最大化。

发明内容

根据本文的阐述，提供了一种单向离合器，包括：内圈，其包括带有多个第一斜坡的第一外圆周，每个第一斜坡包括与所述单向离合器的转动轴正交或与和所述转动轴正交的第一直线形成第一锐角的相应第一正表面、以及具有连接到所述相应第一正表面的第一端和比所述第一端更径向向内的第二端的相应第一斜表面。所述离合器包括至少一个楔形板，所述至少一个楔形板包括光滑的第二外圆周和带有多个第二斜坡的第一内圆周，每个第二斜坡包括：在径向上与所述转动轴正交或与和所述转动轴正交的第二直线形成第二锐角的相应第二正表面、以及具有连接到所述相应第二正表面的第三端和比所述第三端更径向向外的第四端的相应第二斜表面。所述离合器包括具有第二内圆周的外圈。所述外圈能在第一圆周方向上相对于所述内圈旋转。对于所述外圈在所述第一圆周方向上相对于所述内圈的相对旋转，所述相应第一正表面中的至少一个、但不是所有与相应第二正表面接触。所述外圈在与所述第一圆周方向相反的第二圆周方向上的旋转使所述外圈的该旋转锁定于所述内圈的旋转。

根据本文的阐述，提供了一种单向离合器，包括：转动轴；内圈，其包括具有多个第一斜坡的第一外圆周，每个第一斜坡包括与所述转动轴正交或与和所述转动轴正交的第一直线形成第一锐角的相应第一正表面；以及至少一个楔形板，所述至少一个楔形板包括：第二外圆周；将所述至少一个楔形板的第一和第二端隔开的径向布置的间隙，从而使所述至少一个楔形板在圆周方向上在所述间隙处是完全中断的；和带有多个第二斜坡的第一内圆周，每个第二斜坡包括与所述转动轴正交或与和所述转动轴正交的第二直线形成第二锐角的相应第二正表面。所述单向离合器包括具有第二内圆周的外圈。所述多个第一正表面与所述多个第二正表面在圆周方向上至少部分地对齐。对于所述外圈在第一圆周方向上相对于所述内圈的相对旋转：所述第二外圆周的至少一部分和所述第二内圆周接触；所述第一正表面中的至少一个、但不是所有与相应第二正表面接触；以及接触中的相应第一和第二正表面在所述第一圆周方向上越靠近所述间隙，由所述至少一个楔形板施加在所述外圈上的径向向外的力的大小就越小。所述外圈在与所述第一圆周方向相反的第二圆周方向上的旋转使所述外圈的该旋转锁定于所述内圈的旋转。

根据本文的阐述，提供了一种单向离合器，包括：转动轴；内圈，其包括具有多个第一斜坡的第一外圆周，每个第一斜坡包括与所述转动轴正交或与和所述转动轴正交的第一直线形成第一锐角的相应第一正表面；以及至少一个楔形板，所述至少一个楔形板包括：第二外圆周；将所述至少一个楔形板的第一和第二端隔开的径向布置的间隙，从而使所述至少一个楔形板在圆周方向上在所述间隙处是完全中断的；和带有多个第二斜坡的第一内圆周，每个第二斜坡包括与所述转动轴正交或与和所述转动轴正交的第二直线形成第二锐角的相应第二正表面。所述离合器包括具有第二内圆周的外圈。所述多个第一正表面在圆周方向与所述多个第二正表面至少部分地对齐。对于所述外圈相对于所述内圈在第一圆周方向上的相对旋转：所述第二外圆周的至少一部分和所述第二内圆周接触；所述第一正表面中的至少一个、但不是所有与相应第二正表面接触；以及接触中的相应所述第一和第二正表面在所述第一圆周方向上越靠近所述间隙，使所述外圈在所述第一圆周方向上的旋转反向的力的大小就越小。所述外圈在与所述第一圆周方向相反的第二圆周方向上的旋转使所述外圈的该旋转锁定于所述内圈的旋转。

附图说明

参照所附的示意图，仅通过示例来描述各种实施方式，在附图中，相应的附图标记指示相应的部件，其中：

图1A为展示本申请中使用的空间术语的柱面坐标系的透视图；

图1B为图1A的展示本申请中使用的空间术语的所述柱面坐标系中一个物体的透视图；以及

图2为具有降低的自由轮摩擦的单向离合器的分解图；

图3为图2的处于自由轮模式的单向离合器的主视图；

图4为图2的处于锁定模式的单向离合器的主视图；

图5为大致沿着图4中5-5线的图2的单向离合器的剖视图；

图6为自由轮模式中具有降低的自由轮摩擦的单向离合器的主视图；以及

图7为在先单向单向离合器的分解图。

具体实施方式

一开始，我们应当意识到如不同附图视图上的附图标记指示本公开的相同或者功能上类似的结构部件。应当理解本公开并不限于所公开的方面。

而且，应当理解本公开并不限于所描述的特定方法论、材料以及变形，当然可以依此做出变化。也应当理解本文中使用的术语仅是为了描述特定的方面，并没有限制本公开的范围。

除非另有限制，本文中使用的所有科技术语具有如本公开所属的技术人员所通常理解的相同含义。应当理解任何与本文所描述的类似或等同的方法、装置、或者材料能用于本公开的实践或测试中。

图1A为展示本申请中使用的空间术语的柱面坐标系80的透视图。本发明至少部分地在柱面坐标系中描述。坐标系80具有作为以下方向和空间术语的参照的纵轴81。形容词“轴向的”、“径向的”和“圆周的”分别相对于平行于轴线81、半径82(其与轴线81正交)、和圆周83的方向而言。形容词“轴向的”、“径向的”和“圆周的”也与平行于各自平面的方向相关。为了说清各个平面的布置，使用了物体84、85和86。物体84的表面87形成一个轴向平面。即，轴线81形成一条沿着所述表面的线。物体85的表面88形成一个径向平面。即，半径82形成一条沿着所述表面的线。物体86的表面89形成一个圆周平面。即，圆周83形成一条沿着所述表面的线。作为另一个例子，轴向运动或布置平行于轴线81，径向运动或布置平行于半径82，而圆周运动或布置平行于圆周83。旋转相对于轴线81而言。

副词“轴向地”、“径向地”和“圆周地”分别相对于平行于轴线81、半径82、和圆周83的方向而言。副词“轴向地”、“径向地”和“圆周地”也与平行于各自平面的方向相关。

图1B为展示本申请中使用的空间术语的图1A的柱面坐标系80中一个物体90的透视图。圆柱形物体90为柱面坐标系中圆柱形物体的一个代表，而没有以任何形式来限制本发明。物体90包括轴向表面91、径向表面92、和圆周表面93。表面91为轴向平面的一部分，表面92为径向平面的一部分，表面93为圆周表面的一部分。

图2为具有降低的自由轮摩擦的单向离合器100的分解图。

图3为图2的处于自由轮模式的单向离合器100的主视图。以下描述请参照图2和图3。离合器100包括内圈102、至少一个楔形板104、和外圈106。在一个示例实施例中，离合器100包括两个楔形板104，但应当理解也可以采用其他数量的楔形板。所述内圈包括带有斜坡108的外圆周OC1，所述斜坡108具有正表面(face surface)110和斜表面112。每个楔形板包括光滑的外圆周OC2和带有斜坡114的内圆周IC1，所述斜坡114具有正表面116和斜表面118。对于光滑的外圆周，指的是所述圆周为没有突然变化的光滑曲线。例如，下文描述的并向OC2开口的槽的壁不能看作OC2的一部分。

所述外圈包括内圆周IC2。对于所述外圈在圆周方向CD1(自由轮模式)上相对于所述内圈的相对旋转，一些、但不是所有的表面110和相应的表面116接触。例如，在图3中，表面110A和110B分别和表面116A和116B接触，而剩下的表面110不接触表面116。在自由轮模式中，所述外圈独立于所述内圈和板104旋转。

图4为图2的处于锁定模式的单向离合器的主视图。以下描述请参照图2至图4。在锁定模式中，通过在与CD1相反的CD2方向上所述外圈的旋转，所述外圈的旋转被锁定于所述内圈的旋转。在一个示例实施例中，所述内圈例如通过花键119被固定成不能旋转。即，所述内圈不能旋转。这种情况下，在所述锁定模式中也能防止所述外圈旋转。在一个示例实施例中，在所述锁定模式中，表面110和相应的表面116均不接触。

在一个示例实施例中，表面110与和离合器100的转动轴AX正交的直线RL1对齐、或者与RL1形成锐角ACA1。在一个示例实施例中，表面116与和转动轴AX正交的直线RL2对齐、或者与RL2形成锐角ACA2。斜表面112的相应端部E1与表面110连接，且斜表面112的相应端部E2在端部E1的径向内侧。在一个示例实施例中，端部E2连接到相邻斜坡108的正表面110。斜表面118的相应端部E3与表面116连接，且斜表面118的相应端部E4在端部E3的径向外侧。因此，表面112和表面118在方向CD1上径向向内偏移。

每个楔形板包括将所述楔形板的端部122和124隔开的径向布置的间隙120，从而所述楔形板在圆周方向上在所述间隙处是完全中断的。例如，径向线RL3穿过间隙120，而没有碰到所述楔形板。总的来说，楔形板104由于间隙120在圆周方向上是有弹性的，并且在自由状态下(没有安装到所述外圈中)的楔形板104的OC2的直径D1大于所述外圈的IC2的直径D2。因此，当楔形板安装在所述外圈中时，所述间隙的圆周尺度CE会减少，并且所述楔形板的弹性会促使所述楔形板径向向外以接触所述外圈并向IC2施加径向向外的力F。

在自由轮模式中，需要力FF(与外圈在方向CD1上的旋转反向)以完成从自由轮模式到锁定模式的切换。力FF的大小与力F的大小成比例(FF会随着F的增加而增加)。所述F的大小取决于所述楔形板的特性(例如，OC2和IC2之间相应的直径的差异，以及所述楔形板的刚度)，以及取决于成对的接触的表面110和116的位置。例如，使用端部124作为使成对接触的表面110和116的起始点时，F的大小取决于从间隙120在方向CD2上移动时碰到的第一对接触的表面110和116的位置。特定地，该对表面在方向CD1上越靠近间隙120，F的大小就越小。例如，表面110A和116A形成该对时，F的大小小于表面110B和116B形成该对的情况。

因而，在自由轮模式中，上述的成对的表面在方向CD1上越靠近所述间隙，与外圈在方向CD1上的旋转反向的力FF的大小会越小。例如，表面110A和116A形成该对时，FF小于表面110B和116B形成该对的情况。

为了从所述自由轮模式切换到所述锁定模式，所述外圈在方向CD2上接合和转动、或移动所述楔形板，从而斜坡114在方向CD2上相对于斜坡108移动。尤其是，表面118在方向CD2上沿着表面112滑动。所述表面的所述滑动使表面112和118被锁定并使得所述楔形板以更大的力挤压所述外圈，从而使所述内圈、所述楔形板和所述外圈锁定成不能旋转。如上所述，为了使所述外圈能够转动所述楔形板，在所述自由轮模式中(外圈在方向CD1上旋转)，所述外圈与所述楔形板必须至少存在一些摩擦接合。如果没有摩擦接合或没有足够的摩擦接合，所述外圈仅在方向CD2上旋转而不能移动所述楔形板。即，必须一定程度上存在摩擦力FF。

如上所述，在具有可径向扩展的闭锁元件的单向离合器的一般构造中，在自由轮模式中所述闭锁装置和外圈的摩擦接合(力FF)降低了利用所述离合器的动力系统的效率。例如，所述摩擦接合不利地消耗了施加到所述外圈上的扭矩的一部分。有利地，离合器100通过控制与相应表面116接触的表面110的数量来控制和降低了FF的大小。力FF的大小与F的大小成比例，F转而又由与相应表面116接触的表面110的位置来确定。例如，如上所述，在所述自由轮模式中，上述的一对表面在方向CD1上越靠近所述间隙，使所述外圈在方向CD1上的旋转反向的力FF的值会越小。

因而，所述内圈和楔形板能构造成：使特定的一对或多对表面110和116在所述自由轮模式中接触，以产生期望大小的FF，例如能使所述离合器从所述自由轮模式切换到所述锁定模式所需的最小的FF。该构造转而有利地减少了所述自由轮模式中所述外圈的摩擦损失，从而提高使用离合器100的装置的效率。

在一个示例实施例中，离合器100包括槽126和126。槽126包括向IC1开口的相应的径向最内端部130、以及被所述楔形板包围的相应的径向最外端部132。槽128包括向OC2开口的相应的径向最外端部134、以及被所述楔形板包围的相应的径向最内端部136。在一个示例实施例中，槽126和128在圆周方向(例如CD1或CD2)上至少部分地重叠。

在一个示例实施例中，槽126和128提供了一种用于调节F大小的机制。如上所述，当楔形板安装在所述外圈中时，所述楔形板的弹性会促使所述楔形板径向向外以接触所述外圈并向所述外圈并施加力F。表面110和116之间的接触以及槽126和128随之的反应起到降低F大小的作用。

图5为大致沿着图4中5-5线的图2的单向离合器100的剖视图。在一个示例实施例中，相应的OC2成形为形成倒角部138，且IC2构造成形成V-形凹口140，所述倒角部布置在所述V-形凹口140中。楔块式单向离合器的适当设计和功能要求楔形板和外圈之间的摩擦接合尽量一致。所述楔形板和外圈之间的接触面积取决于所述楔形板的宽度W，该宽度决定所述倒角部的尺度142。例如，增加W即增加142，这增大了自由轮模式中所述楔形板和所述外圈之间的摩擦接触。但是，由于制造条件的限制，难于获得所述楔形板的一致的厚度W。转而，厚度W的变化导致了所述楔形板和所述外圈之间的摩擦接合的不期望的变化。随着所述楔形板和所述外圈之间接合面积的增加，在所述自由轮模式中由于摩擦接合的不期望的变化导致的负面影响会剧增。因此，当在所述自由轮模式中所述楔形板外圆周的整体与所述外圈接触时，所述影响达到最大化。有利地，离合器100通过限制IC2和OC2之间的周向接触范围使宽度变化的负面影响最小化。

图6为自由轮模式中具有降低的自由轮摩擦的单向离合器200的主视图。在一个示例实施例中，楔形板204在外圆周上不包括槽，如槽128。对于离合器100的描述基本上适用于离合器200。在没有槽128的情况下，F的大小一般会增加。例如，假如除了楔形板204没有槽128之外，楔形板104和204是相同的，离合器200相对于离合器100而言通常将会产生更大的FF。

应该认识到，以上公开的各种情形以及其他特征和功能、或其替代方案能被所期望地结合到许多其他的不同系统或应用中。本领域技术人员能做出各种当前未预见到的或意料之外的替代方案、改变、变化、或其改进，这些也落入所附权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种单向离合器，包括：

内圈，所述内圈包括带有多个第一斜坡的第一外圆周，每个第一斜坡包括：

与所述单向离合器的转动轴正交或与和所述转动轴正交的第一直线形成第一锐角的相应第一正表面；和

具有连接到所述相应第一正表面的第一端和比所述第一端更径向向内的第二端的相应第一斜表面；

至少一个楔形板，所述至少一个楔形板包括光滑的第二外圆周和带有多个第二斜坡的第一内圆周，每个第二斜坡包括：

在径向上与所述转动轴正交或与和所述转动轴正交的第二直线形成第二锐角的相应第二正表面；和

具有连接到所述相应第二正表面的第三端和比所述第三端更径向向外的第四端的相应第二斜表面；和

外圈，所述外圈包括第二内圆周，其中：

所述外圈能在第一圆周方向上相对于所述内圈旋转；

对于所述外圈在所述第一圆周方向上相对于所述内圈的相对旋转，所述相应第一正表面中的至少一个、但不是所有与相应第二正表面接触；以及

所述外圈在与所述第一圆周方向相反的第二圆周方向上的旋转使所述外圈的该旋转锁定于所述内圈的旋转。

2.根据权利要求1所述的单向离合器，其特征在于，所述至少一个楔形板包括将所述至少一个楔形板的第一和第二端隔开的径向布置的间隙，从而使所述至少一个楔形板在圆周方向上在所述间隙处是完全中断的。

3.根据权利要求1所述的单向离合器，其特征在于，所述外圈的旋转锁定于所述内圈的旋转，所有所述相应第一正表面都不与所述相应第二正表面接触。

4.根据权利要求1所述的单向离合器，其特征在于：

所述至少一个楔形板包括将所述至少一个楔形板的第一和第二端隔开的径向布置的间隙，从而使所述至少一个楔形板在圆周方向上在所述间隙处是完全中断的；以及

对于所述外圈在所述第一圆周方向上的相对旋转，接触中的相应所述第一和第二正表面在所述第一圆周方向上越靠近所述间隙，使所述外圈在所述第一圆周方向上的旋转反向的力的大小就越小。

5.根据权利要求1所述的单向离合器，其特征在于：

所述至少一个楔形板包括：

多个第一槽，其具有向所述第一内圆周开口的相应的第一径向最内端部、以及被所述至少一个楔形板包围的相应的第一径向最外端部；和

多个第二槽，其具有向所述第二外圆周开口的相应的第二径向最外端部、以及被所述至少一个楔形板包围的相应的第二径向最内端部；和

所述多个第一正表面形成所述多个第一槽的边界的相应部分。

6.根据权利要求5所述的单向离合器，其特征在于，所述多个第一和第二槽在所述第一圆周方向上至少部分地重叠。

7.根据权利要求1所述的单向离合器，其特征在于：

所述至少一个楔形板包括：

多个第一槽，其具有向所述第一内圆周开口的相应的第一径向最内端部、以及被所述至少一个楔形板包围的相应的第一径向最外端部；和

多个第二槽，其具有向所述第二外圆周开口的相应的第二径向最外端部、以及被所述至少一个楔形板包围的相应的第二径向最内端部；

对于所述外圈在所述第一圆周方向上相对于所述内圈的相对旋转，具有部分由和相应第二正表面接触的相应第一正表面形成的边界的第一槽的圆周宽度大于由未与相应第二正表面接触的相应第一正表面定界的第一槽的相应圆周宽度。

8.根据权利要求1所述的单向离合器，其特征在于，对于所述外圈在所述第一圆周方向上的相对旋转，所述外圈相对于所述至少一个楔形板旋转。

9.一种单向离合器，包括：

转动轴；

内圈，所述内圈包括具有多个第一斜坡的第一外圆周，每个第一斜坡包括与所述转动轴正交或与和所述转动轴正交的第一直线形成第一锐角的相应第一正表面；

至少一个楔形板，其包括：

第二外圆周；

将所述至少一个楔形板的第一和第二端隔开的径向布置的间隙，从而使所述至少一个楔形板在圆周方向上在所述间隙处是完全中断的；和

带有多个第二斜坡的第一内圆周，每个第二斜坡包括与所述转动轴正交或与和所述转动轴正交的第二直线形成第二锐角的相应第二正表面；和

外圈，所述外圈具有第二内圆周，其中：

所述多个第一正表面和所述多个第二正表面在圆周方向上至少部分地对齐，

对于所述外圈在第一圆周方向上相对于所述内圈的相对旋转：

所述第二外圆周的至少一部分和所述第二内圆周接触；

所述第一正表面中的至少一个、但不是所有与相应第二正表面接触；以及

接触中的相应所述第一和第二正表面在所述第一圆周方向上越靠近所述间隙，由所述至少一个楔形板施加在所述外圈上的径向向外的力的大小就越小；和

所述外圈在与所述第一圆周方向相反的第二圆周方向上的旋转使所述外圈的该旋转锁定于所述内圈的旋转。

10.一种单向离合器，包括：

转动轴；

内圈，所述内圈包括具有多个第一斜坡的第一外圆周，每个第一斜坡包括与所述转动轴正交或与和所述转动轴正交的第一直线形成第一锐角的相应第一正表面；

至少一个楔形板，其包括：

第二外圆周；

将所述至少一个楔形板的第一和第二端隔开的径向布置的间隙，从而使所述至少一个楔形板在圆周方向上在所述间隙处是完全中断的；和

带有多个第二斜坡的第一内圆周，每个第二斜坡包括与所述转动轴正交或与和所述转动轴正交的第二直线形成第二锐角的相应第二正表面，

外圈，所述外圈具有第二内圆周，其中：

所述多个第一正表面在圆周方向与所述多个第二正表面至少部分地对齐，

对于所述外圈相对于所述内圈在第一圆周方向上的相对旋转：

所述第二外圆周的至少一部分和所述第二内圆周接触；

所述第一正表面中的至少一个、但不是所有与相应第二正表面接触；以及

接触中的相应所述第一和第二正表面在所述第一圆周方向上越靠近所述间隙，使所述外圈在所述第一圆周方向上的旋转反向的力的大小就越小；和

所述外圈在与所述第一圆周方向相反的第二圆周方向上的旋转使所述外圈的该旋转锁定于所述内圈的旋转。