CN104981623B - 多模式离合器模块 - Google Patents

Abstract

一种变速器离合器模块包括一个内座圈、一个外座圈和多个座圈接合棘爪，这些座圈接合棘爪被适配成用于选择性地将这些座圈以锁定位置或解锁位置来固定在一起。该离合器模块5包括一个致动器凸轮，该致动器凸轮被配置成用于在两个成角度间隔开的位置之间运动以控制这些棘爪。该内座圈由两个轴向间隔开的内座圈板构成，这些内座圈板通过铆钉被轴向地固定在一起以用于固位这些棘爪并且适应这些棘爪的有限的角运动。这些棘爪是围绕着这些内座圈板环圆周地布置的，并且是被弹簧10径向向外偏置来除非被该致动器凸轮阻挡住否则就与该外座圈接合。这些棘爪在一端被加重，从而使得在该内座圈的阈值速度下，这些棘爪可以克服弹簧阻力来与该致动器凸轮和该外座圈解除接合。

Description

多模式离合器模块

披露领域

本披露总体上涉及汽车变速器的超越离合器，并且更具体地涉及这种变速器中所采用的多模式离合器。

披露背景

机动车辆通常包括含有旋转曲轴的内燃发动机，该旋转曲轴被配置成使得来自发动机的动力传输通过驱动轴以使车轮转动。变速器插在发动机与驱动轴部件之间以便选择性地控制曲轴与驱动轴之间的转矩和速度比。在手动操作的变速器中，可以在发动机与变速器之间安插相应手动操作的离合器来选择性地使曲轴与驱动轴接合和解除接合以便帮助在可供使用的变速传动比之间进行手动换挡。

另一方面，如果变速器是自动的，则变速器将正常地包括多个内部自动致动离合器，这些离合器被适配成动态地在多个不同可供使用的传动比之间换挡而不需要驾驶员的干预。还被称为离合器模块的多个离合器被结合在这种变速器内以便帮助自动的传动比改变。

在汽车的自动变速器中，无论如何都可以有三到十个前进挡传动比可供使用，这还不包括倒档。这些不同齿轮可以在结构上包括内齿轮、中间齿轮(如由行星架支撑的行星齿轮或小齿轮)和外环齿轮。特定的变速器离合器可以与变速器内的这些可选择的齿轮的特定设定是相关联的，以帮助这些所期望的比率改变。

因为自动变速器包括多个齿轮组以适应多个传动比，所以摩擦阻力是恒久的问题；这种阻力由所采用的这些不同零件的机械相互作用引起。已经针对找出减少自动变速器部件和系统内的摩擦阻力做出了很大努力。

例如，自动变速器的这些离合器模块中与一(低)档和倒档传动比相关联的一个模块可能通常是位于变速器前部并且紧邻发动机曲轴。离合器可以具有内座圈和绕着内座圈环圆周地布置的外座圈。这些座圈之一(例如，内座圈)可以是仅在一个方向上可驱动旋转的。内座圈可以通过接合机构(举例来讲，诸如但不限于滚子、楔块或棘爪)来选择性地锁定到外座圈上。在这一个方向上，内座圈可以对于将旋转运动从发动机直接传输到传动系是有效的。

在传动系系统中，外座圈可以是固定到自动变速器的相关行星构件的内壳或壳体上。在这种情况下，在第一构形中，内座圈可能需要被适配成用于在一个旋转方向上驱动，而在相反方向上以被称为超越(overrunning)的状态进行自由轮转动。本领域的技术人员将认识到在某些操作状态下(例如，当车辆下坡行驶时)，超越可能是特别令人希望的。在这种情况下，传动系可能偶尔具有旋转得比其相关联发动机曲轴更快的倾向。使得内座圈超越外座圈就可以避免对发动机和/或变速器部件造成损坏。

在第二构形中，如当车辆可能处于倒档时，接合机构可以被适配成主动地接合在内座圈的两个旋转方向上，从而不允许在非驱动方向上出现超越状态。

高于某些旋转速度阈值时，对接合机构(具体地与一(低)档和/或倒档传动比相关联的那些接合机构)的相互作用的需要会变得不再有必要。因此，不是增加例如在公路行驶速度下的阻力，而是存在巨大动机来减少和/或避免这些接合机构与任何离合器零件(具体是，与低/倒挡离合器模块相关联的离合器零件)的相互作用。

披露概述

根据本披露的一个方面，披露了多模式离合器模块。该离合器模块包括一个内座圈；一个固定的外座圈，该外座圈是围绕该内座圈同心布置的；以及多个接合机构，这些接合机构是在该内座圈与外座圈之间环圆周地布置的。每个接合机构都被适配成用于提供一个锁定位置，在该锁定位置中该机构在驱动旋转方向上使得该内座圈与该外座圈锁定，并且提供一个解锁位置，该解锁位置允许该内座圈在相反的非驱动旋转方向上进行自由轮转动。

根据另一个方面，该多模式离合器模块包括一个致动器凸轮，该致动器凸轮具有两个位置，一个位置锁定了该内座圈的第一驱动方向上的旋转运动，但允许该内座圈在相反的第二方向上进行自由轮转动。

根据另一个方面，该离合器模块的致动器凸轮结合了一个第二位置，该第二位置确保该内座圈相对于该外座圈在两个旋转运动方向上都锁定。

在又另一个方面，这些接合机构被适配成用于在该内座圈的特定旋转速度下以离心方式与这些座圈解除接合。

本披露的这些以及其他的方面和特征可以通过参照以下详细说明部分和附图来更好地理解。

附图简要说明

图1是根据本披露构造的自动变速器离合器模块的透视图，示出的是去除了其两个内座圈板中的一个内座圈板以显露某些细节。

图2是图1中的根据本披露构造的离合器模块的多个不同相互作用的零件的分解图。

图3是图1中的完全组装好的离合器模块的一部分的横截面透视图。

图4A是图1中的离合器模块的一部分的放大侧视图，其中再一次移除了两个内座圈板中的一个内座圈板以显露一对与凸轮致动器相互作用的接合机构，从而示出内座圈在驱动旋转方向上的锁定位置、和在相反的非驱动旋转方向上的自由轮转动位置(单向模式)。

图4B是图4A中的同一接合机构的侧视图，但是以在驱动和非驱动旋转方向二者上都处于锁定位置上(锁定模式)的内座圈来示出的。

应理解的是，这些附图未按比例绘制，并且所披露的实施例仅仅以图解方式并且以局部视图来说明。还应当理解的是，本披露并不受限于在此展示的具体实施例。

详细说明

参照图1，离合器模10可以被适配成作为自动变速器的一个子单元(未示出)来利用。这种变速器例如可以用在前轮驱动的汽车中。离合器模10可以包括外壳或壳体12、以及内部从动轮毂14，该从动轮毂被适配成用于将动力从发动机(未示出)传输至车辆传动系(未示出)。

在内部从动轮毂14的外周上提供了多个轴向定向的、环圆周地间隔开的嵌齿16。现在还参照图2，形成为沿着轴线“A-A”间隔开的两个板20A和20B的内座圈20被适配成通过这些嵌齿16来支撑这些板的旋转运动。为此目的，板20A和20B在其内周上具有多个环圆周地间隔开的止动器18，这些止动器被适配成用于与嵌齿16接合。

现在具体参照图2，外座圈22位于两个内座圈板20A和20B中间或之间。尽管内座圈板20A和20B在本披露中被具体显示为环形结构，但其他构形也可以适合于在本披露的范围内使用。外座圈22如同多模式离合器模块10内所示出地是相对于外壳或壳体12的内部旋转固定的，并且致动器凸轮24位于外座圈22与内座圈20的板20B之间。致动器凸轮24被适配成围绕着轴线A-A在两个环圆周间隔开的位置之间旋转过一个小角度，如下文进一步描述的。在其的内周内，致动器凸轮24含有多个环圆周间隔开的凹陷(在此称为槽26)的策略性设置位置的阵列，这些凹陷是由多个突出物(在此称为凸轮齿28)限定并且位于这些突出物之间的。槽26和凸轮齿28被适配成与棘爪30相互作用，如现在进行的描述的。

如所披露的，棘爪30是围绕离合器模块10的轴线A-A环圆周地定位的多个细长的硬化钢构件。替代地，这些棘爪可以是锻件或其他制造结构，另外可以是总体上被适配成如任何具体离合器设计所需要的应对所要求的接合负荷的。这些棘爪的位置被设置成与内座圈20和外座圈22二者相互作用，并且被安排成多组的相反对30A和30B。如下文进一步描述的，致动器凸轮24被适配成控制内座圈20与外座圈22之间的这些棘爪30A和30B的相互作用。

液压致动器32(图1)与致动器联接器34接合以使得致动器凸轮24上的致动器接片40(图2)在以上指出的两个角度间隔开的位置之间运动。现在还参照图3，在离合器模块10的横截面局部图内示出了组装好的这些内座圈板20A和20B、外座圈22和致动器凸轮24。将认识到的是，轴向延伸的铆钉42(图2)被用于将这两个内座圈板30A和30B固定在一起。铆钉42延伸通过这些板20A和20B中的每个板中的孔口43(图3)以将这两个板刚性地固持在一起，并且因此确保防止就这些板而言的任何相对旋转。代替铆钉42，在本披露的范围内可以采用其他结构的紧固件来确保将内座圈板20A、20B固定在一起。

鉴于上述情况，将认识到的是致动器32最终控制着致动器接片40，致动器接片进而使得致动器凸轮24在两个不同的角位置之间移动。因此，如下文进一步描述的，棘爪30A和30B的、如轴向地固位在这些铆接内座圈板20A和20B之间的这种定位是抵抗弹簧44的力而受到致动器凸轮24的直接控制的。

现在具体地参照图3，将注意到的是，这两个内座圈板20A和20B被适配成在该壳或壳体12内旋转。假设致动器凸轮24处于其两个特定角位置中的第一角位置上，则一组棘爪(例如，棘爪30B)将会将内座圈20(即，板20A和20B)与外座圈22锁定来在一个方向(例如，逆时针方向)上驱动旋转。在相反的旋转方向(例如，顺时针方向)上，无论何时离合器模块10处于自动的一档或驱动档构形时，棘爪30A都将是解锁的以便允许内座圈20相对于外座圈22进行自由轮转动。

替代地，当致动器凸轮24处于其两个角位置的第二角位置时，两组棘爪30A和30B就会在任意旋转方向上将该内座圈锁定到该外座圈上以适应倒档或手动一档构形；即，此时处于在期间不希望超越的模式。在多模式离合器的两种构形中，将注意到的是，外座圈22保持是不可相对于外壳或壳体12旋转的。为了适应与棘爪30A和30B的相互作用，外座圈22的内周(图2；见其底部部分)包括多个环圆周间隔开的凹口36，各凹口由多对径向向内突出的嵌齿38限定并且位于嵌齿之间。

现在参照图4A和图4B，它们对应地描绘了致动器接片40的第一和第二角位置。在图4A中，致动器接片40被示出为处于第一(角度向右)可选择的位置上，表示第一模式。在第一模式构形中，致动器凸轮24被定位成使得这些棘爪30A的趾端50被凸轮齿28阻挡住而不与凹口36、并且由此不与外座圈22的内部上的嵌齿38接合。如此，使得内座圈20能够相对于外座圈22进行自由轮转动，并且能够因此在内座圈20如所示地顺时针旋转时提供超越状态。然而，相反地，致动器凸轮24的这种位置允许棘爪30B的趾端52与致动器凸轮24的致动器槽26接合，并且由此允许直接与外座圈22的嵌齿38接合来无论何时内座圈20经历驱动、或逆时针旋转运动时都将内座圈和外座圈20和22锁定在一起。

在图4B中，致动器接片40被示出为处于第二(角度向左)可选择的位置上，表示手动第一档或倒档模式。在该手动第一档或倒档模式构形中，致动器凸轮24被定位成使得两组棘爪30A和30B的趾端50、52都如上所述地与致动器凸轮24的致动器槽26接合并且与外座圈22相互作用以便将内座圈20锁定到外座圈22上，而不管内座圈20的旋转方向如何。

现在继续参照图4A和图4B，棘爪30A和30B的形状是不对称的，并且是反向相同的。如所示出的，每对相反的棘爪都被可移动地固位在其自己的内座圈板20A和20B领结状棘爪孔口60(图3)内。各单独的棘爪30A、30B被单弹簧44径向向外推动。每个弹簧具有一个基部45和一对弹簧臂46和48。这些弹簧臂46抵靠着这些棘爪30A的底部，而这些弹簧臂48抵靠着这些棘爪30B的底部，各弹簧臂将对应的趾端50、52推动到与外座圈22的嵌齿38相接合。

与各趾端50、52相反，各棘爪30A和30B对应地具有一个跟端54和56(图4A和图4B)。如已经描述的，致动器凸轮24的内周中的槽26可以被选择性地定位成使得各趾端50、52可以与外座圈22的凹口36(图2)接合来允许这些趾端与外座圈22的内周中的外座圈嵌齿38(图2)相接合，以便以物理方式将这些内座圈和外座圈锁定在一起。

操作性地，径向向内悬伸的致动器凸轮齿28被适配成选择性地将棘爪30的这种趾端50、52阻挡住而防止被对应的弹簧臂46、48径向地向外推动并且被推动进入凹口36。凸轮齿28与这种趾端50、52的相互作用限定了这样的机构：该机构允许例如像在上述手动一档或倒档构形的情况下的内座圈20相对于外座圈22进行之前所描述的自由轮转动。

在本披露中，跟端54和56被设计成含有比趾端50、52更大的质量，从而使得在内座圈20的具体阈值旋转速度下，这些跟端将趋于在旋转离心力作用下径向向外摆动。这种作用将引起趾端50、52变得与外座圈22的凹口36解除接合。如此，内座圈20将变为与外座圈22解除接合。在这种力下，棘爪30A的趾端将抵靠弹簧臂46压下，而棘爪30B的趾端52将对应地压靠弹簧臂48。在各自的情况下，跟端和趾端之间的质量差异必须被设计成1)克服弹簧44的对应的弹簧臂46、48所施加的阻力，并且2)在特定的旋转速度阈值下实现压在对应的弹簧臂46、48上的这种离心力引入的负荷。

因此，在离合器模块10的一档和倒档构形中的任一种构形中，并且在内座圈20的超过例如阈值500RPM的旋转速度下，离合器模块10的棘爪30A和30B被适配成在通过预定速度的旋转而施加在其上的离心力的作用下变得解除接合。在这种阈值速度下，离心力将足以克服弹簧臂46、48的径向反力，并且这些棘爪的趾端50、52将解除接合。如此，本披露提供了减少和/或避免离合器模块内的寄生阻力负荷的有效方式。

制作多模式离合器模块的方法可以包括以下步骤，即，提供一对环形板以形成内座圈，并且提供分开的环结构来形成外座圈，其中这些环形板包括在反向相同的多个棘爪孔口。还提供了致动器凸轮和多个单独的棘爪；可以将这些棘爪插入到这对环形板的第一板的棘爪孔口中，并且在定位了外座圈和致动器凸轮之后，将第二环形板组装成使得外座圈和致动器凸轮沿着共用轴线夹在这两个环形板之间，同时假设这些棘爪被固位在每组被随后对准的棘爪孔口内。将组装后的内座圈、棘爪、外座圈和致动器凸轮插入变速器离合器壳体内，其方式为使得外座圈以不可旋转的方式固定到壳体上，并且使得在操作时，这些棘爪每个都被适配成在内座圈的预定旋转速度下在离心力的作用下与致动器板和外座圈解除接合。

制作多模式离合器模块的方法还可以结合包括细长的硬质钢构件的棘爪，这些构件具有跟端和趾端，其中这些跟端含有比这些趾端更大的质量。

工业实用性

本披露的离合器模块可以用于各种不同车辆应用中，包括但不限于汽车、卡车、越野车辆和具有发动机、自动变速器和传动系类型的其他机器。

所披露的离合器模块提供了独特的方法来避免与总体上采用来与自动变速器中的离合器的内座圈和外座圈接合的棘爪相关联的寄生阻力。各棘爪可以是单独地并且可移动地处于一对用铆钉固定的可旋转内座圈之间，各棘爪具有其轴向取向的外侧端，这些外侧端被捕获在用于允许有限的角运动的成对相反凹口内和/或之间。

就各棘爪的跟端被设计成含有更大的质量的而言，跟端可以适当地被加重，从而使得在内座圈的预定阈值旋转速度下，棘爪的趾端可以变得与其相关联的外座圈凹口解除接合。本方法提供了在高于不要求例如自动变速器的一(低)档和倒档离合器模块中的内座圈和外座圈构件的持续接合或相互作用的速度时相对简单且可靠地减少寄生阻力。

Claims (15)

1.一种多模式离合器模块，包括：

一个内座圈，该内座圈包括限定一条轴线的一对内座圈板，这些内座圈板围绕该轴线径向地延伸并且在轴向上是间隔开的，每个板都包括多个环圆周间隔开的棘爪孔口；

一个外座圈，该外座圈围绕同一轴线径向布置并且绕着该轴线并且在这些内座圈板之间环圆周地延伸，该外座圈在其内周内包括多个环圆周间隔开的、径向向内悬伸的嵌齿，每对嵌齿在其间限定了一个凹口；

至少一个致动器凸轮，该致动器凸轮被设置成与该轴线正交、并且被适配成围绕该轴线在两个可选择的位置之间有限地角移动；

多对相反的棘爪，这些棘爪被支撑在该多个环圆周地布置的棘爪孔口内，这些棘爪是在这对间隔开的内座圈板内可角移动的；

其中，在一个第一可选择的致动器凸轮位置上，这些内座圈板在一个方向上的旋转引起这些对相反的棘爪中的第一棘爪被推动到该外座圈的一个凹口中，并且与其一个嵌齿接合，并且由此将该内座圈和外座圈锁定在一起，而这些内座圈在一个相反方向上的旋转引起这些对相反棘爪中的第二棘爪允许该内座圈相对于该外座圈进行自由轮转动；

其中，在该第二可选择的致动器凸轮位置上，该内座圈在任一旋转方向上的旋转都引起这些棘爪将该内座圈锁定到该外座圈上；并且

其中，在一个特定的旋转速度上，这些相反的棘爪对中的每对棘爪中的每个棘爪都被适配成以离心方式脱离与该致动器凸轮和与该外座圈的任何接触以减少该离合器模块内的寄生阻力。

2.如权利要求1所述的多模式离合器模块，其中，该内座圈和外座圈包括多个圆环。

3.如权利要求1所述的多模式离合器模块，其中，该外座圈环圆周地定位在这对内座圈板周围并且是在它们之间的。

4.如权利要求1所述的多模式离合器模块，其中，每个棘爪都包括一个趾端和一个跟端，并且其中，该跟端含有比该趾端更大的质量。

5.如权利要求1所述的多模式离合器模块，其中，每对相反的棘爪都有一个单弹簧结构的臂向外推动。

6.如权利要求5所述的多模式离合器模块，其中，这些相反棘爪对中的每个棘爪的质量在该内座圈的阈值旋转速度下以离心方式克服其相关联的弹簧臂的力。

7.如权利要求5所述的多模式离合器模块，其中，这些相反棘爪对中的每个棘爪的跟端的质量在该内座圈的阈值旋转速度下克服其相关联的弹簧臂的力。

8.如权利要求1所述的多模式离合器模块，其中，该致动器凸轮包括布置在该外座圈与这些内座圈板之一之间的一个圆环。

9.如权利要求1所述的多模式离合器模块，其中，这些内座圈板通过多个轴向延伸的铆钉刚性地固定在一起，这些铆钉被适配成用于将每个棘爪的棘爪孔口保持成轴向对准。

10.一种离合器模块，包括：

一个内座圈，该内座圈包括限定了一条轴线的一对板，每个板都具有环圆周布准置的多个对称对的孔口；

一个外座圈，该外座圈位于这些板中间，并且与该内座圈轴向对准；

多个接合机构，这些接合机构径向地布置在该内座圈与外座圈之间，每个接合机构都包括一个锁定位置，在该锁定位置中，该接合机构将该内座圈与外座圈锁定在一起，并且包括一个解锁位置，该解锁位置允许至少该内座圈相对于在外座圈进行自由轮转动；以及

一个致动器凸轮板，该致动器凸轮板具有两个成角度间隔开的位置，这些位置包括一个第一位置，在该第一位置中接合机构中的某些接合机构被设置成在非驱动方向上进行自由轮转动，并且包括一个第二位置，在该第二位置中全部的该多个接合机构在驱动和非驱动方向上都是锁定的；

其中，所有这些接合机构在该内座圈的特定旋转速度下都变得以离心方式与该致动器和该外座圈两者解除接合。

11.如权利要求10所述的离合器模块，其中，该内座圈和外座圈包括多个圆环。

12.如权利要求10所述的离合器模块，其中，该外座圈环圆周地定位在这对内座圈板周围并且是在它们之间的。

13.如权利要求10所述的离合器模块，其中，每个棘爪都包括一个趾端和一个跟端，并且其中，该跟端含有比该趾端更大的质量。

14.如权利要求10所述的离合器模块，其中，每对相反的棘爪都有一个单弹簧结构的臂向外推动。

15.如权利要求14所述的离合器模块，其中，这些相反棘爪对中的每个棘爪在该内座圈的阈值旋转速度下以离心方式克服其相关联的弹簧臂的力。