CN104806655B - 具有摩擦减小界面的机械离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有摩擦减小界面的机械离合器。诸如齿式离合器的机械离合器包括多个滚珠或滚柱，其被置于托架内并且定位于从对置的驱动和从动元件延伸的对置的成组笔直切削的齿之间。滚珠或滚柱被定位于相邻的每对齿之间，使得扭矩载荷从第一或驱动元件上的齿通过滚珠或滚柱被传递到第二或从动元件上的相邻凸起或齿。通过具有内环和同心外环的托架将滚珠或滚柱保持就位。通过这种构造的离合器来实现即使在载荷下也显著减小的分离力。

Description

具有摩擦减小界面的机械离合器

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年1月23日提交的美国临时专利申请序列号61/930,765的权益，其全部内容并入本文以供参考。

技术领域

本公开涉及具有摩擦减小界面的机械离合器，并且更具体地涉及具有改进离合器分离（特别在载荷情况下）的滚珠或滚柱界面的机械离合器，例如齿式离合器。

背景技术

本节中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息并且可能或可能不构成现有技术。

诸如齿式离合器的机械离合器是各种机械动力传动装置中的常见部件。虽然在需要能够同步和联接通常具有初始速度差的两个旋转元件的应用中利用摩擦离合器，不过在接合之前通常存在很小速度差或不存在速度差的应用中利用齿式离合器。大体而言，齿式离合器包含具有均匀地且圆形间隔开的凸起的第一旋转元件以及具有互补地布置的凹槽的第二同轴元件。凸起和凹槽也可以被定尺寸且设置成使得两种元件相同。此外，凸起和凹槽的某些边缘可以是倾斜的，使得被传递的扭矩趋向于实现并维持离合器元件的完全接合。

如许多工程上的折衷那样，在最小化动力传动期间自发分离的可能性的同时，凸起和凹槽上包括倾斜边缘也可使得离合器在载荷下难以有目的地分离。事实上，即使具有平坦（即平行于径向平面）的接合边缘的齿式离合器在承载相对大的扭矩载荷的情况下也难以分离，除非且直到减少或消除凸起和凹槽上的扭矩载荷。

因此，虽然齿式离合器提供了在可能需要很少或不需要外部机构来维持接合的动力传动部件之间的简单可选连接，但是在载荷下分离的难度需要离合器操作器非常坚固或者需要在分离前减少载荷或从离合器去除载荷。本发明提供第三种选择。

发明内容

本发明提供诸如齿式离合器的机械离合器，其具有多个滚珠或滚柱，所述多个滚珠或滚柱被置于托架内并且定位于对置成组的笔直切削或基本笔直切削的凸起或齿之间。滚珠或滚柱被定位于相邻每对凸起或齿之间，使得扭矩载荷从第一或驱动元件上的凸起或齿通过滚珠或滚柱传递到第二或从动元件上的相邻凸起或齿。通过具有内环和同心外环的托架将滚珠或滚柱保持就位。因此，扭矩通过接触元件被传递，在载荷下分离期间所述接触元件具有滚动接触而不是滑动接触。这减少了齿间摩擦，特别是在载荷下的齿间摩擦，从而显著减小了分离离合器所需的力。

因此，本发明的一方面是提供具有凸起或齿和被置于凸起或齿之间的滚珠或滚柱的机械离合器，所述凸起或齿具有用于传递扭矩的笔直或几乎笔直的表面。

本发明的另一方面是提供具有第一和第二元件的机械离合器，所述第一和第二元件具有凸起或齿以及被置于第一和第二元件的凸起或齿之间的滚珠或滚柱。

本发明的又一方面是提供具有第一和第二元件的机械离合器，所述第一和第二元件具有笔直切削的凸起或齿以及被置于第一和第二元件的凸起或齿之间的滚珠或滚柱。

本发明的又一方面是提供具有第一和第二元件的机械离合器，所述第一和第二元件具有笔直切削的凸起或齿以及被置于第一和第二元件的凸起或齿之间的托架内的滚珠或滚柱。

本发明的又一方面是提供具有第一和第二元件的机械离合器，所述第一和第二元件具有凸起或齿以及被置于第一和第二元件的凸起或齿之间的滚珠或滚柱，在通过离合器传递扭矩时该离合器可以被容易地分离。

本发明的又一方面是提供具有第一和第二元件的齿式离合器和操作器，所述第一和第二元件具有笔直切削的凸起或齿以及被置于第一和第二元件的凸起或齿之间的滚珠或滚柱。

本发明还提供了以下技术方案。

方案1. 一种具有摩擦减小特征的机械离合器，所述机械离合器组合地包括：

第一离合器元件，所述第一离合器元件被置于轴线上且具有多个笔直切削的齿，

第二离合器元件，所述第二离合器元件被置于所述轴线上且具有所述多个笔直切削的齿，以及

托架，所述托架在所述第一离合器元件和所述第二离合器元件之间被置于所述轴线上并且具有内环、联接到所述内环的外环和被设置成在所述内环和所述外环之间旋转的多个滚珠。

方案2. 根据方案1所述的机械离合器，还包括用于使所述第二离合器元件平移以接合于所述第一离合器元件的致动器。

方案3. 根据方案2所述的机械离合器，还包括在所述致动器和所述第二离合器元件之间延伸的拨叉。

方案4. 根据方案1所述的机械离合器，还包括使所述离合器元件之一偏置以分离的弹簧。

方案5. 根据方案4所述的机械离合器，其中所述弹簧是压缩弹簧。

方案6. 根据方案1所述的机械离合器，其中所述第一离合器元件被固定到被置于所述轴线上的第一轴，并且所述第二离合器元件被花键连接到被置于所述轴线上的第二轴。

方案7. 一种机械离合器，所述机械离合器组合地包括：

第一离合器元件，所述第一离合器元件被置于轴线上且具有多个笔直的齿，

第二离合器元件，所述第二离合器元件被置于所述轴线上且具有所述多个笔直的齿，

接合所述第二离合器元件的拨叉，

用于使所述拨叉和所述第二离合器元件平移以接合于所述第一离合器元件的致动器，

用于使所述拨叉和所述第二离合器元件偏置以脱离与所述第一离合器元件的接合的弹簧，以及

托架，所述托架在所述第一离合器元件和所述第二离合器元件之间被置于所述轴线上并且具有内环、联接到所述内环的外环和被设置成在所述内环和所述外环之间旋转的多个摩擦减小元件。

方案8. 根据方案7所述的机械离合器，其中所述摩擦减小元件是滚柱。

方案9. 根据方案7所述的机械离合器，其中所述摩擦减小元件是滚珠。

方案10. 根据方案7所述的机械离合器，其中所述弹簧是压缩弹簧。

方案11. 根据方案7所述的机械离合器，其中所述第一离合器元件被固定到被置于所述轴线上的第一轴，并且所述第二离合器元件被花键连接到被置于所述轴线上的第二轴。

方案12. 根据方案7所述的机械离合器，其中所述致动器包括活塞并且由液压流体操作。

方案13. 一种机械离合器，所述机械离合器组合地包括：

第一离合器元件，所述第一离合器元件被置于轴线上且具有多个笔直的齿，

第二离合器元件，所述第二离合器元件被置于所述轴线上、面向所述第一离合器元件且具有所述多个笔直的齿，

接合所述第二离合器元件的拨叉，

用于使所述拨叉和所述第二离合器元件平移以接合于所述第一离合器元件的致动器，以及

托架，所述托架在所述第一离合器元件和所述第二离合器元件之间被置于所述轴线上并且具有内环、联接到所述内环的外环和被设置成在所述内环和所述外环之间旋转的多个摩擦减小元件。

方案14. 根据方案13所述的机械离合器，还包括用于使所述拨叉和所述第二离合器元件偏置以脱离与所述第一离合器元件的接合的弹簧。

方案15. 根据方案14所述的机械离合器，其中所述弹簧是压缩弹簧。

方案16. 根据方案13所述的机械离合器，其中所述第一离合器元件被固定到被置于所述轴线上的第一轴，并且所述第二离合器元件被花键连接到被置于所述轴线上的第二轴。

方案17. 根据方案13所述的机械离合器，其中所述摩擦减小元件是滚柱。

方案18. 根据方案13所述的机械离合器，其中所述摩擦减小元件是滚珠。

从本文提供的说明将显而易见到应用的进一步优点、方面和领域。应该理解的是，描述和具体示例仅旨在描述的目的并且不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于描述目的并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据本发明的机械离合器和操作器的示意图，其被置于诸如变速器或分动箱的装置内；

图2是根据本发明的机械离合器的驱动元件或环的正视图；

图3是根据本发明的完全接合的机械离合器的图解侧视图；

图4是根据本发明的部分分离的机械离合器的图解侧视图；

图5是根据本发明的机械离合器的滚珠托架和离合器齿的截面图；以及

图6是根据本发明的机械离合器的滚柱托架和离合器齿的截面图。

具体实施方式

下列描述实质上仅仅是示例性的并且不旨在限制本公开、应用或使用。

现在参考图1，根据本发明的机械离合器被图示为处于其操作环境并且总体上由附图标记10指代。具有通常称作齿式离合器的构造的机械离合器10被置于驱动轴12上，该驱动轴12被布置成在诸如滚珠轴承和密封组件14的轴承上自由旋转，该滚珠轴承和密封组件14被支撑且固定在外壳16内，该外壳16可以是用于变速器、分动箱、差速器或机动车辆动力系或类似机械动力传动装置或组件的其他部件的外壳。与驱动轴12间隔开并且与驱动轴12同轴的是从动轴18，该从动轴18被联接到载荷L且驱动载荷L，例如齿轮、链轮、行星齿轮组件或者其他动力传动装置。

机械离合器10包括：被固定到驱动轴12的第一驱动元件、环或者离合器构件20；以及第二从动元件、环或离合器构件40，该第二从动元件、环或离合器构件40通过使得外花键和内花键42相互接合而被旋转地联接到从动轴18，以便在保持旋转地与其联接时允许沿从动轴18的双向轴向运动。替代性地，第一驱动元件20可以通过使得外花键和内花键相互接合而被联接到驱动轴，并且第二从动元件40可以被固定到从动轴18。作为附加的替代方案，第一和第二元件20和40二者均可以被固定到其相应的轴12和18，并且轴12和18中的一者可以轴向地双向平移。

为了公开的目的并且非限制性地，将假定第一驱动元件20被固定到驱动轴12，并且第二从动元件40通过花键42的相互接合而被联接到从动轴18。限定大体圆筒形主体44的第二从动元件40还包括接收拨叉（变速叉）48的周向沟槽或通道46，所述拨叉48由双位置操作器或致动器50双向平移。操作器或致动器50可以包括液压平移活塞或者电驱动螺线管或马达和齿轮系52，并且包括被连接到拨叉48并且使拨叉48平移的双向平移输出构件或臂54。在任一情况下，操作器或致动器50可以沿双向被提供动力，或者其可以包括弹簧56，当被激活时活塞或马达52抵抗该弹簧56移动输出构件或臂54、拨叉48和第二从动离合器元件40，并且当被停用时该弹簧56使得输出构件或臂54以及相关联的部件返回到中性或分离位置。仅使用复位弹簧56产生的力在载荷下使机械离合器10分离的能力是本发明的重要特征和优点。

现在参考图1、图2和图3，第一驱动元件、环或离合器构件20还包括具有圆形面24的圆筒形主体22，该圆形面24包括与其外边缘相邻的多个笔直切削的凸起或齿26。术语“笔直切削”意味着齿26的侧面28位于或基本上位于穿过驱动轴12和第一驱动元件20的中心线的平面内。注意在图2中的参考平面“A”和位于其内的齿26的侧面28。以略微不同地方式表述，侧面28不是成角度或倾斜切削的，因为它们在某些应用中可能要增强和维持离合器齿接合。相邻齿26的对置（相面对的）侧面28之间的间距相对较宽：例如，如果齿26的宽度是一个单位，则对置侧面28之间的间距是近似三个单位。随后将显而易见到这种构造的原因。齿26的数量将取决于工程考量，例如离合器10的大小、扭矩载荷和接合标准，这里仅列出三个。虽然图2中示出了八个齿26，不过应该意识到该数量能够从通常不少于三或四个到十、十二和更多个广泛地变化。

现在转向第二从动元件40，如注意到的，其类似地包括限定圆形面62的圆筒形主体44，该圆形面24还包括与其外边缘相邻的多个笔直切削的凸起或齿64。这里的术语“笔直切削”也意味着齿64的侧面66位于或基本上位于穿过从动轴18和第二从动元件40的中心线的平面内。参见图2，其示出与第一驱动元件20相同的特征。而且，相邻齿64的对置（相面对的）侧面66之间的间距相对较宽：例如，如果齿64的宽度是一个单位，则对置侧面66之间的间距是近似三个单位。

现在参考图1、图2和图5，大体上被置于第一驱动元件20和第二从动元件40之间且关于第一驱动元件20和第二从动元件40同心的是滚珠座圈70。滚珠座圈70包括外同心环或保持带72，其具有保持同样的多个滚珠76被束缚的多个外孔74。滚珠座圈70还包括被连接到外同心环或保持带72的内同心环或保持带78，其具有同样的多个孔82。可以通过在圆筒形主体22和同心环或保持带72之间延伸的诸如板簧88或类似结构的多个轴向延伸支撑件将滚珠座圈70弹性地保持就位。

现在参考图6，示出了滚珠座圈60的替代性方案。这里，滚柱座圈90包括外同心环或保持带92，其具有保持同样的多个锥形滚柱96被束缚的多个外孔94。滚柱座圈90还包括被连接到外同心环或保持带92的内同心环或保持带98，其具有接收滚柱96的内端的同样的多个孔102。可以通过类似于图1所示结构的结构将滚柱座圈90保持就位，并且滚柱座圈90以与滚珠座圈70基本相同的方式起作用。

参考图3和图4，现在将描述根据本发明的诸如齿式离合器的机械离合器10的操作，这是简明的。接合涉及致动致动器或操作器50以使得第二从动元件、环或离合器构件40向图1中的左侧平移，从而导致第二从动元件40的齿64运动成接合第一驱动元件40上的齿26。注意到每个齿26均与每个齿64间隔开多个滚珠76中的一个。还注意到，在图3中，第一驱动元件20正在旋转，使得其向上运动并且因此仅交替的滚珠76（在底部的滚珠和从底部向上数三个的滚珠）传递扭矩。

图4示出了部分分离的离合器10。这里，致动器或操作器50已经接收到分离命令，并且第二从动元件40已经运动到图4中的右侧。因为齿26和64二者均是笔直切削的或基本如此，并且滚珠76旋转且因此显著地减小其间的否则将是直接齿间接触的滑动摩擦，所以即使在载荷情况下且即使使用相对小且低的动力致动器或操作器50或复位弹簧56，离合器10也能够容易地分离，如上文所述。注意到在图4中，当离合器10分离时，接触其下方的齿26的侧面28和其上方的齿64的侧面66的中心滚珠76将顺时针旋转。这种能力提供了常闭离合器（normally off clutch）的有效增益的数量级增加。由于减少了能量消耗，额外的益处包括改善的燃料经济性和电气化（混合）动力系的电动范围。

本发明的描述实质上仅仅是示例性的，并且不背离本发明主旨的变型旨在落入本发明的范围内。这样的变型不应该被看作背离本发明的精神和范围。

Claims (18)

1.一种具有摩擦减小特征的机械离合器，所述机械离合器组合地包括：

第一离合器元件，所述第一离合器元件被置于轴线上且具有多个笔直切削的齿，

第二离合器元件，所述第二离合器元件被置于所述轴线上且具有所述多个笔直切削的齿，以及

托架，所述托架在所述第一离合器元件和所述第二离合器元件之间被置于所述轴线上并且具有内环、联接到所述内环的外环和被设置成在所述内环和所述外环之间旋转的多个滚珠，所述外环上设有保持所述多个滚珠被束缚的同样多个外孔。

2.根据权利要求1所述的机械离合器，还包括用于使所述第二离合器元件平移以接合于所述第一离合器元件的致动器。

3.根据权利要求2所述的机械离合器，还包括在所述致动器和所述第二离合器元件之间延伸的拨叉。

4.根据权利要求1所述的机械离合器，还包括使所述离合器元件之一偏置以分离的弹簧。

5.根据权利要求4所述的机械离合器，其中所述弹簧是压缩弹簧。

6.根据权利要求1所述的机械离合器，其中所述第一离合器元件被固定到被置于所述轴线上的第一轴，并且所述第二离合器元件被花键连接到被置于所述轴线上的第二轴。

7.一种机械离合器，所述机械离合器组合地包括：

第一离合器元件，所述第一离合器元件被置于轴线上且具有多个笔直的齿，

第二离合器元件，所述第二离合器元件被置于所述轴线上且具有所述多个笔直的齿，

接合所述第二离合器元件的拨叉，

用于使所述拨叉和所述第二离合器元件平移以接合于所述第一离合器元件的致动器，

用于使所述拨叉和所述第二离合器元件偏置以脱离与所述第一离合器元件的接合的弹簧，以及

托架，所述托架在所述第一离合器元件和所述第二离合器元件之间被置于所述轴线上并且具有内环、联接到所述内环的外环和被设置成在所述内环和所述外环之间旋转的多个摩擦减小元件，所述外环上设有保持所述摩擦减小元件被束缚的同样多个外孔。

8.根据权利要求7所述的机械离合器，其中所述摩擦减小元件是滚柱。

9.根据权利要求7所述的机械离合器，其中所述摩擦减小元件是滚珠。

10.根据权利要求7所述的机械离合器，其中所述弹簧是压缩弹簧。

11.根据权利要求7所述的机械离合器，其中所述第一离合器元件被固定到被置于所述轴线上的第一轴，并且所述第二离合器元件被花键连接到被置于所述轴线上的第二轴。

12.根据权利要求7所述的机械离合器，其中所述致动器包括活塞并且由液压流体操作。

13.一种机械离合器，所述机械离合器组合地包括：

第一离合器元件，所述第一离合器元件被置于轴线上且具有多个笔直的齿，

第二离合器元件，所述第二离合器元件被置于所述轴线上、面向所述第一离合器元件且具有所述多个笔直的齿，

接合所述第二离合器元件的拨叉，

用于使所述拨叉和所述第二离合器元件平移以接合于所述第一离合器元件的致动器，以及

托架，所述托架在所述第一离合器元件和所述第二离合器元件之间被置于所述轴线上并且具有内环、联接到所述内环的外环和被设置成在所述内环和所述外环之间旋转的多个摩擦减小元件，所述外环上设有保持所述摩擦减小元件被束缚的同样多个外孔。

14.根据权利要求13所述的机械离合器，还包括用于使所述拨叉和所述第二离合器元件偏置以脱离与所述第一离合器元件的接合的弹簧。

15.根据权利要求14所述的机械离合器，其中所述弹簧是压缩弹簧。

16.根据权利要求13所述的机械离合器，其中所述第一离合器元件被固定到被置于所述轴线上的第一轴，并且所述第二离合器元件被花键连接到被置于所述轴线上的第二轴。

17.根据权利要求13所述的机械离合器，其中所述摩擦减小元件是滚柱。

18.根据权利要求13所述的机械离合器，其中所述摩擦减小元件是滚珠。