CN104908584B - 变速器制动和扭矩限制系统 - Google Patents

Abstract

车辆包括变速器，其中特征在于没有可操作以在驱动轮和变速器的轴之间限制扭矩传递从而阻止驱动轮和轴之间的扭矩连通的摩擦离合器。变速器包括可选择单向离合器，其相互连接变速器的壳体和轴。可选择单向离合器可选择地操作以阻止轴沿至少一个旋转方向的旋转。可选择单向离合器包括扭矩限制系统，例如球‑锁销扭矩限制机构，其可操作以阻止壳体和轴之间的扭矩传递大于预定值。

Description

变速器制动和扭矩限制系统

技术领域

本公开总体涉及用于车辆的变速器。

背景技术

车辆包括用于产生驱动扭矩的发动机。变速器附接到发动机，并且通常包括输入轴，输入轴从发动机的曲轴接收驱动扭矩。输入轴通过齿轮系联接到变速器的输出轴。输出轴联接到动力传动系，并且将驱动扭矩传递到动力传动系，动力传动系包括一个或多个驱动轮以驱动车辆。

变速器可包括若干不同的操作模式，例如但不限于前进驱动模式和后退驱动模式。变速器可以包括空档驱动模式，或可以不包括空档驱动模式，该空档驱动模式将驱动轮从输入轴脱离或断开。当变速器被布置在空档模式中时，该空档模式阻止扭矩在变速器和驱动轮之间传递。但是，如果变速器没有配置为包括空档模式，则发动机和驱动轮持续地布置为扭矩连通。当变速器配置为没有空档模式时，则例如在驱动轮处引入到系统中的任何扭矩峰值通过变速器传送，并且变速器的部件必须设计为处理这些可能的扭矩峰值。

发明内容

提供用于车辆的变速器。变速器包括壳体和由壳体可旋转地支撑的轴。轴被支撑以围绕轴线旋转，并且可操作以从发动机接收扭矩。可选择单向离合器(selectable oneway clutch)相互连接壳体和轴。可选择单向离合器可选择地操作以阻止轴围绕轴线沿至少一个旋转方向的旋转。

还提供车辆。车辆包括发动机，其包括可操作以输出扭矩的曲轴。变速器联接到发动机，并且包括可旋转地支撑轴的壳体。轴联接到发动机的曲轴，以从发动机接收扭矩。变速器包括可选择单向离合器，其相互连接壳体和轴。可选择单向离合器可选择地操作以阻止轴沿至少一个旋转方向旋转。可选择单向离合器包括球-锁销(ball-detent)扭矩限制机构，其可操作以阻止壳体和轴之间的扭矩传递大于预定值。驱动轮以在其之间扭矩连通的方式联接到变速器。变速器的特征在于没有可操作以限制驱动轮和变速器的轴之间的扭矩连通的摩擦离合器。

因此，响应于大于预定值的扭矩被引入到动力传动系中(例如通过驱动轮)，例如球-锁销扭矩限制机构等扭矩限制系统操作以阻止从驱动轮经由变速器的扭矩传递，由此阻止损坏变速器的部件。另外，由于扭矩限制系统阻止大于预定值的扭矩被引入到轴，因此变速器的部件不需要被尺寸制成为处理大于预定值的扭矩，由此降低变速器的部件的尺寸和成本。

根据一具体实施方式，本发明提出一种用于车辆的变速器，包括：壳体；轴，可旋转地由壳体支撑，以围绕轴线旋转，并且可操作以从发动机接收扭矩；和可选择单向离合器，将壳体和轴相互连接，并且可选择地操作以阻止轴围绕该轴线沿至少一个旋转方向旋转。

优选地，可选择单向离合器包括扭矩限制系统，其可操作以阻止在壳体和轴之间传递大于预定值的扭矩。

优选地，扭矩限制系统包括球-锁销扭矩限制机构。

优选地，可选择单向离合器包括附接到壳体的固定部分，和附接到轴的可旋转部分。

优选地，可旋转部分包括内构件，该内构件安装到轴并且可旋转地固定到轴以随轴围绕轴线旋转。

优选地，可旋转部分包括外构件，该外构件可旋转地由内构件支撑，并且可围绕轴线相对于轴和内构件旋转。

优选地，变速器进一步包括导向件，该导向件布置在外构件和内构件之间，并且相对于内构件径向地支撑外构件。

优选地，扭矩限制系统包括球和弹簧，所述球布置在由内构件和外构件二者限定的凹部中，所述弹簧可操作以将球偏置抵靠内构件。

优选地，弹簧包括锥形盘簧(conical disc spring)。

优选地，弹簧包括平坦环形表面，该平坦环形表面邻近锥形盘簧的径向外边缘周向地布置。

优选地，弹簧附接到轴，并且可随轴一起旋转。

优选地，变速器进一步包括紧固件，该紧固件附接到轴并且可操作为将弹簧沿轴线加载，以将球压抵内构件。

优选地，紧固件包括螺母，该螺母布置为与轴以螺纹接合。

优选地，凹部包括第一部分和第二部分，所述第一部分由外构件限定并且凹入到外构件中，第二部分由内构件限定并且凹入内构件中。

优选地，凹部的第二部分包括带角度边缘，该带角度边缘形成进入凹部的第二部分中、以用于引导球进入和离开凹部的第二部分的入口/出口角度，其中，将球从凹部的第二部分移开所需的轴向推出力取决于入口/出口角度的大小。

优选地，轴包括输入轴、中间轴或输出轴中的一个。

根据本发明的另一具体实施方式，提出一种车辆，包括：

发动机，包括可操作以输出扭矩的曲轴；

变速器，包括可旋转地支撑轴的壳体，其中，轴联接到发动机的曲轴，以用于从发动机接收扭矩；

其中，变速器包括可选择单向离合器，其相互连接壳体和轴，并且可选择地操作以阻止轴沿至少一个旋转方向的旋转；

其中，可选择单向离合器包括球-锁销扭矩限制机构，该球-锁销扭矩限制机构可操作以阻止在壳体和轴之间传递大于预定值的扭矩；和

驱动轮，以在其之间扭矩连通的方式联接到变速器；

其中，变速器的特征在于，没有可操作以在驱动轮和轴之间限制扭矩传递的摩擦离合器。

优选地，可选择单向离合器包括附接到壳体的固定部分，和附接到轴的可旋转部分。

优选地，可旋转部分包括内构件，该内构件安装到轴并且可旋转地固定到轴以随轴一起围绕轴线旋转；和外构件，该外构件由内构件可旋转地支撑，并且可围绕轴线相对于轴和内构件旋转。

优选地，扭矩限制系统包括球和弹簧，所述球布置在由内构件和外构件二者限定的凹部中，所述弹簧可操作以将球偏置抵靠内构件，其中，凹部包括由外构件限定并且凹入外构件中的第一部分，和由内构件限定并且凹入内构件中的第二部分。

当结合附图理解时，本发明的上述特征和优点和其他特征和优点从下面实现本发明的最佳模式的详细描述变得显而易见。

附图说明

图1是车辆的示意图，显示了部分剖切的变速器。

图2是变速器的局部放大示意性剖视图，显示了包括扭矩限制系统的可选择单向离合器。

图3是可选择单向离合器的内构件的示意性平面视图。

图4是变速器的局部放大示意性剖视图，显示了包括扭矩限制系统的替代实施例的可选择单向离合器。

具体实施方式

本领域普通技术人员将意识到例如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”等术语用于描述附图，并且不代表对本公开的范围的限制，本公开的范围由所附的权利要求限定。而且，本教导可在本文中根据功能和/或逻辑框组成部分和/或各个处理步骤来描述。应意识到，这样的框组成部分可包括配置为执行特定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件。

参照附图，其中，在全部几幅视图中相似的附图标记表示相似的部件，车辆示意性地显示在图1中20处。参照图1，车辆20包括联接到变速器24的发动机22。发动机22可包括但不限于内燃发动机，例如汽油或柴油发动机。发动机22包括曲轴26，其可操作地输出驱动扭矩。变速器24包括壳体28，其可旋转地支撑轴以围绕轴线旋转。轴可包括输入轴30、输出轴34或中间轴(未示出)。下面的书面说明将轴称为输入轴30。但是，权利要求的范围应不限于输入轴30的示例性实施例。输入轴30可围绕输入轴线32旋转。输入轴30联接到曲轴，以从发动机22接收驱动扭矩。变速器24将驱动扭矩经由齿轮系36从输入轴30传递到输出轴34。至少一个驱动轮38以在其之间扭矩连通的方式联接到变速器24的输出轴34。变速器24通过输出轴34将驱动扭矩传递到驱动轮38。

变速器24可包括前进驱动模式和后退驱动模式。替代地，如果变速器24配置用于由电动马达所驱动的电动车辆，则变速器24可仅包括单个驱动模式，其中电动马达沿第一方向操作以推进车辆前进，并且电动马达沿第二方向操作以推进车辆后退。变速器24可以包括空档模式或可以不包括空档模式。因此，变速器24可不包括真正的机械空档，该机械空档用于将驱动轮38与变速器24的输入轴30脱离，从而阻止驱动轮38和变速器24的输入轴30之间的扭矩连通。而且，变速器24不包括可操作以限制驱动轮38和输入轴30之间的扭矩传递的摩擦离合器。由于变速器24可不包括空档模式，并且不包括可滑移以限制驱动轮38和变速器24的输入轴30之间的扭矩传递的摩擦离合器，因此变速器24包括下面更详细描述的扭矩限制系统40，以将驱动轮38和变速器24的输入轴30之间的扭矩传递限制为低于预限定扭矩值，由此防护变速器24的输入轴30免受扭矩峰值，该扭矩峰值例如可在转动的驱动轮38突然接触干路面并且将扭矩峰值引入到驱动系统中时发生。

参照图2和4，输入轴30由轴承42相对于变速器24的壳体28可旋转地支撑。轴承42抵靠输入轴30限定的肩部44安放。变速器24包括可选择单向离合器46，其相互连接壳体28和输入轴30。应意识到，如果变速器24的轴限定为输出轴34或中间轴，由此可选择单向离合器46将相应地相互连接壳体28和输出轴34或中间轴。可选择单向离合器46可选择地操作以沿至少一个旋转方向阻止输入轴30围绕输入轴线32的旋转。可选择单向离合器46可包括能够选择接合以控制或限制输入轴30围绕输入轴线32沿一个或两个方向旋转的任何装置。

可选择单向离合器46包括固定地附接到壳体28的固定部分48，和附接到输入轴30以随输入轴30围绕输入轴线32旋转的可旋转部分50。可旋转部分50和固定部分48控制为选择性地接合和/或分离可选择单向离合器46。当可选择单向离合器46接合时，可旋转部分50与固定部分48以沿至少一个方向限制或阻止围绕输入轴线32的旋转的方式相互作用。当可选择单向离合器46分离时，可旋转部分50不与固定部分48相互作用，由此允许可旋转部分50随输入轴30围绕输入轴线32旋转。可选择单向离合器46可控制以单独地或同时地限制输入轴30沿顺时针方向、逆时针方向或顺时针和逆时针方向二者的旋转。本领域技术人员可知可旋转部分50和固定部分48接合和/或分离以阻止或限制输入轴30的旋转的特定操作或方式，并且和本发明的描述无关。因此，可选择单向离合器46的可操作部分50和固定部分48之间的特定操作和/或控制在本文中不详细描述。

可选择单向离合器46的可旋转部分50包括内构件52和外构件54。内构件52安装到输入轴30，并且可旋转地固定到输入轴30以随输入轴30围绕输入轴线32旋转。如图所示，内构件52包括筒部56和环形板部分58。筒部56沿输入轴线32延伸，并且围绕输入轴30的外径向表面60环形地布置。优选地，筒部56连接到输入轴30以经由花键连接部62连接到输入轴30以一起旋转，花键连接部62相互连接内构件52的筒部56和输入轴30。内构件52的环形板部分58从筒部56径向向外延伸一定径向距离到远侧圆周边缘。

外构件54由内构件52可旋转地支撑。外构件54可围绕输入轴线32相对于输入轴30和内构件52旋转。外构件54包括环形板部分64，环形板部分64由内构件52的筒部56支撑，并且布置为与内构件52的环形板部分58相对。外构件54的环形板部分64径向向外远离输入轴线32延伸到离合器部分66，离合器部分66接合可选择单向离合器46的固定部分48。导向件68布置在外构件54和内构件52的筒部56之间。导向件68相对于内构件52径向地支撑外构件54，同时允许外构件54和内构件52之间的相对旋转。

如上面所说明的，可选择单向离合器46包括扭矩限制系统40，其可操作以防止壳体28和输入轴30之间的扭矩传递大于预定值。因此，当小于预定扭矩值的扭矩被施加到输入轴30时，则扭矩限制系统40可操作以通过可选择单向离合器46在壳体28和输入轴30之间传递扭矩。但是，如果等于或大于预定扭矩值的扭矩被施加到输入轴30，则扭矩限制系统40可操作以通过可选择单向离合器46脱离扭矩传递，并且防止壳体28和输入轴30之间的扭矩传递。

扭矩限制系统40可包括能够限制壳体28和输入轴30之间的扭矩传递的任何系统。例如，扭矩限制系统40可包括但不限于球-锁销扭矩限制机构70，如图2或4中所示。虽然扭矩限制系统40在图2和4中显示为球-锁销扭矩限制机构70，但是应意识到，球-锁销扭矩限制机构70仅为示例性实施例。因此，扭矩限制系统40可以不同于本文所示和所述的示例性实施例的一些其他方式配置。

球-锁销扭矩限制机构70包括球72，其布置在由内构件52和外构件54二者限定的凹部74内。凹部74包括第一部分76和第二部分78。凹部74的第一部分76由外构件54的环形板部分64限定并且凹入外构件54的环形板部分64中。凹部74的第二部分78由内构件52的环形板部分58限定并且凹入内构件52的环形板部分58中。第一部分76和第二部分78彼此相对布置，以使球72可部分地布置在凹部74的第一部分76和第二部分78的每一个内。参照图3，球-锁销扭矩限制机构70优选地包括多个球72，多个球72中的每一个布置在一个相应的凹部74中。图2中所示的剖视图显示了两个球72，每一个布置在相应的凹部74中。但是，应意识到，球-锁销扭矩限制机构70可包括任意数量的球72，每一个球72布置在凹部74中的一个内，凹部74围绕输入轴线32周向地间隔开。虽然书面说明仅描述了布置在相应凹部74内的单个球72，但是应意识到，球72和/或相应凹部74的书面描述适用于球-锁销扭矩限制机构70的多个球72和/或凹部74。而且，如图3中所示，内构件52可限定比球72的数量更多的凹部74的第二部分78。第二部分78可通过周向地围绕输入轴线32延伸的环形凹槽94连接。

参照图2和4，球-锁销扭矩限制机构70进一步包括弹簧80，弹簧80可操作以沿着输入轴线32沿第一轴向方向82偏置球72抵靠内构件52。如图1和2中所示，凹部74的第一部分76不一直延伸通过外构件54的环形板部分64，由此形成凹部74的第一部分76的底部表面，球72抵靠该底部表面搁置和/或由外构件54抵靠接触。这样，弹簧80抵靠外构件54偏置，外构件54反之抵靠内构件52偏置球72。但是，参照图4，应意识到，凹部74的第一部分76可一直延伸通过外构件54的环形板部分64，以使弹簧80直接地接触球72和偏置球72抵靠内构件52。

凹部74的第一部分76形成为使得球72总是保持在凹部74的第一部分76内。换句话说，凹部74的第一部分76形成为使得球72可不从凹部74的第一部分76移走或移开。例如，凹部74的第一部分76可形成为包括大于球72的直径的一半的深度，以使球72的圆周在相对于外构件54的径向延伸表面凹入外构件54的环形板部分64中一定距离处接触第一凹部74的侧表面。

凹部74的第二部分78包括形成进入到凹部74的第二部分78中的入口/出口角度的带角度边缘84。第二部分78的带角度边缘84引导球72进入凹部74的第二部分78中和离开凹部74的第二部分78，并且周向地围绕凹部74的第二部分78布置。带角度边缘84可包括例如倒角的环形边缘，或具有半径的圆角环形边缘。

输入轴30中的扭矩产生推出力，其抵靠球72沿着输入轴线32沿第二轴向方向86作用。第二轴向方向86与第一轴向方向82相反。轴向推出力操作以将球72从凹部74的第二部分78移走或移开。需要将球72从凹部74的第二部分78移走的轴向推出力的大小取决于入口/出口角度的大小，即形成在第二凹部74的带角度边缘84和内构件52的环形板部分58的径向延伸壁表面之间的相对角度。入口/出口角度的较高的值，即更接近90°的角度，增大轴向推出力的大小，而入口/出口角度的较小值，即更接近0°的角度，减小轴向推出力的大小。应意识到，等于90°的入口/出口角度将提供非带角度的边缘84，并且凹部74的第二部分78将以相对于内构件52的环形板部分58的径向延伸壁表面成90°布置。而且，应意识到，入口/出口角度等于0°将提供到凹部74的第二部分78的零深度。因此，入口/出口角度必须大于0°。

弹簧80可包括任何适当型号，并且弹簧80的配置能够将球72偏置抵靠内构件52，并且随输入轴30围绕输入轴线32旋转。例如并且如图所示，弹簧80可包括但不限于锥形盘簧80(有时称为“贝式弹簧(Belleville Spring)”)。

弹簧80附接到输入轴30并且可与输入轴30一起旋转。例如，花键连接部88可相互连接弹簧80的内半径和输入轴30。如图所示，弹簧80包括平坦环形表面90，其周向地邻近锥形盘簧80的径向外边缘布置。平坦环形表面90沿第一轴向方向82抵靠并且偏置外构件54布置。当球-锁销扭矩限制机构70操作以将外构件54从内构件52脱离时，平坦环形表面90提供允许在弹簧80和外构件54之间相对滑动的表面。

紧固件92附接到输入轴30，并且可操作以将弹簧80沿着输入轴线32沿第一轴向方向82加载，以将球72压抵内构件52。如图所示，弹簧80抵靠外构件54偏置，外构件54则将球72抵靠内构件52偏置。但是，如上面所说明的，弹簧80可直接接触球72，并且将球72抵靠内构件52偏置。优选地并且如图所示，紧固件92包括布置为与输入轴30螺纹接合的螺母。紧固件92可被向下扭转以提供所需的载荷到可选择单向离合器46的可旋转部分50。如图所示，当由紧固件92加载时，弹簧80可操作以压抵外构件54并且压缩为与球72邻接接合，并且由此反之将球72压抵内构件并且压缩为与内构件52邻接接合。内构件52反之接触和接合轴承42，并且将轴承42压抵输入轴30的肩部44。因此，螺母不仅加载球-锁销扭矩限制机构70，而且加载轴承42。

输入轴30中的扭矩产生沿第二轴向方向86抵靠球72作用的推出力。球72抵靠弹簧80反作用，其中弹簧80沿第一轴向方向82偏置球72。当扭矩大于预定值时，推出力变得足够大，以将球72沿着输入轴线32沿第二轴向方向86轴向地移动，由此球72被从凹部74的第二部分78移走或移开。将球72从凹部74的第二部分78移开所需的推出力的大小不仅取决于如上所述的凹部74的第二部分78的带角度边缘84，而且取决于弹簧80的强度，即弹簧80的弹簧常数、和由紧固件92施加到弹簧80的载荷。例如，具有较高预加载荷的刚性更大的弹簧80将需要更高的轴向推出力，以将球72从凹部74的第二部分78移走。弹簧80的特性和弹簧80的预加载荷以及凹部74的第二部分78的带角度边缘84可被设计为获得期望的轴向推出力，该轴向推出力可与输入轴30中的特定扭矩相关。因此，扭矩限制系统40可设计为在任何期望扭矩水平下将可选择单向离合器46与输入轴30脱离。

一旦球72被从凹部74的第二部分78移开，则内构件52和输入轴30相对于外构件54、由外构件54支撑在凹部74的第一部分76中的球72和弹簧80自由旋转，以使非常小的扭矩被在外构件54和内构件52之间传递。弹簧80持续地沿第一轴向方向82压抵球72。当内构件52相对于外构件54旋转时，凹部74的第二部分78有时返回到与球72接触，以使来自弹簧80的偏压力将球72偏压回到凹部74的第二部分78中。如果扭矩保持大于预定值，则该过程重复，球72再次被移走。但是，如果扭矩下落低于预定值，则球72将保持安放在凹部74的第二部分78中，并且在内构件52和外构件54之间重新建立正常的操作扭矩传递水平。

参照图2，当球72移动到凹部74中和从凹部74出来时，外构件54沿输入轴线32相对于内构件52和固定部分48轴向地移动。但是，参照图4，当球72移动到凹部74中和从凹部74出来时，外构件54沿输入轴线32相对于内构件52和固定部分48保持轴向静止。

该详细描述和图或附图支持和描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于实施要求保护的本发明的最佳实施例中的一些和其他实施例，但是存在用于实现所附权利要求中限定的本发明的多种替代设计和实施例。

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年3月14日提交的美国临时专利申请序列号No.61/953,099的权益，其公开内容以引入的方式合并在此。

Claims (5)

1.一种用于车辆的变速器，包括：

壳体；

轴，可旋转地由壳体支撑，以围绕轴线旋转，并且可操作以从发动机接收扭矩；和

可选择单向离合器，将壳体和轴相互连接，并且可选择地操作以阻止轴围绕该轴线沿至少一个旋转方向旋转；

其中，可选择单向离合器包括扭矩限制系统，其可操作以阻止在壳体和轴之间传递大于预定值的扭矩；

其中，可选择单向离合器包括附接到壳体的固定部分，和附接到轴的可旋转部分；

其中，可旋转部分包括内构件，该内构件安装到轴并且可旋转地固定到轴以随轴围绕轴线旋转；

其中，可旋转部分包括外构件，该外构件可旋转地由内构件支撑，并且可围绕轴线相对于轴和内构件旋转；

其中，扭矩限制系统包括球和弹簧，所述球布置在由内构件和外构件二者限定的凹部中，所述弹簧可操作以将球偏置抵靠内构件。

2.根据权利要求1所述的变速器，其中，扭矩限制系统包括球-锁销扭矩限制机构。

3.根据权利要求1所述的变速器，进一步包括紧固件，该紧固件附接到轴并且可操作为将弹簧沿轴线加载，以将球压抵内构件。

4.根据权利要求1所述的变速器，其中，凹部包括第一部分和第二部分，所述第一部分由外构件限定并且凹入到外构件中，第二部分由内构件限定并且凹入内构件中。

5.根据权利要求4所述的变速器，其中，凹部的第二部分包括带角度边缘，该带角度边缘形成进入凹部的第二部分中、以用于引导球进入和离开凹部的第二部分的入口/出口角度，其中，将球从凹部的第二部分移开所需的轴向推出力取决于入口/出口角度的大小。