CN105849429B - 具有分段式楔形元件和斜切式接合表面的楔块式离合器 - Google Patents

Abstract

一种楔块式离合器，包括：内毂和外毂；楔形元件，所述楔形元件包括单独的、周向布置的区段，所述区段径向地位于内、外毂之间；外圈；以及第一和第二移位元件。所述圈径向地位于楔形元件与外毂之间，不可相对旋转地连接至所述区段并且径向向内推压所述区段至与内圈相接触。对于关闭模式，第一移位元件布置成能够沿与楔块式离合器的旋转轴线平行的第一轴向方向推压楔形元件，以便使内毂、外毂、楔形元件和外圈不可相对旋转地相连接。对于打开模式，第二移位元件布置成能够沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向移动楔形元件，以使得内毂与外毂能够相对旋转。

Description

具有分段式楔形元件和斜切式接合表面的楔块式离合器

相关申请的交叉引用

本申请要求根据35U.S.C.§119(e)在2013年12月03日提交的美国临时专利申请61/911,239的优先权，其通过引用全文并入本申请。

技术领域

本公开涉及一种楔块式离合器，所述楔块式离合器利用可轴向移位的周向分段式楔形元件来锁定内、外毂。特别地，所述离合器消除了自由轮模式下的内、外毂之间的转矩阻力，同时使得能够快速且持续地从自由轮模式切换至锁定模式。利用分段式楔形元件，而不用单件式楔形板，使得能够增大楔形元件的厚度，随之提高离合器的转矩承载能力。

背景技术

楔块式离合器用于连接和断开内、外毂。通常，在离合器的连接模式下，楔形元件的逐渐靠近的内、外周向表面与内、外毂的相应的周向表面相接合。然而，在高转矩负载下，楔形元件的内周向表面和外周向表面中的一个可分别相对于内毂或外毂的周向表面打滑。

发明内容

根据本文所示的多个方面，提供了一种楔块式离合器，包括内毂；外毂；楔形元件，所述楔形元件包括单独的、周向布置的多个区段，所述区段径向地位于内、外毂之间；外圈；以及第一和第二移位元件。所述圈径向地布置在楔形元件与外毂之间，不可相对旋转地连接至所述多个区段并且径向向内推压所述多个区段。第一移位元件与楔形元件相接合。对于楔块式离合器的关闭模式，第一移位元件布置成能够沿与楔块式离合器的旋转轴线平行的第一轴向方向推压楔形元件，以便使内毂、外毂、楔形元件和外圈不可相对旋转地相连接。对于楔块式离合器的打开模式，第二移位元件布置成能够沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向移动楔形元件，以使得内毂与外毂能够相对旋转。

根据本文所示的多个方面，提供了一种楔块式离合器，包括：内毂；外毂；楔形元件，所述楔形元件包括单独的、周向布置的多个区段，所述区段径向地位于内、外毂之间，每一个区段都包括沿与楔块式离合器的旋转轴线平行的第一轴向方向径向向内倾斜的相应的外周向表面；外圈，所述外圈径向地布置在楔形元件与外毂之间，不可相对旋转地连接至所述多个区段，包括沿第一轴向方向径向向内倾斜的内周向表面，并且将所述多个区段径向向内推压至与内毂相接触；与楔形元件相接合的第一移位元件；以及第二移位元件。对于楔块式离合器的关闭模式，第一移位元件布置成能够沿第一轴向方向推压楔形元件，以便使内毂、外毂、楔形元件和外圈不可相对旋转地相连接。对于楔块式离合器的打开模式，第二移位元件布置成能够沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向移动楔形元件，以使得外圈与外毂能够相对旋转。

根据本文所示的多个方面，提供了一种楔块式离合器，包括：内毂；外毂，所述外毂包括具有周向布置的凹槽的径向最内部分，所述凹槽包括沿径向向外方向向彼此逐渐靠近的第一和第二表面；楔形元件，所述楔形元件包括单独的、周向布置的多个区段，所述区段径向地位于内、外毂之间；外圈，所述外圈径向地布置在楔形元件与外毂之间，不可相对旋转地连接至所述多个区段，包括具有沿径向向外方向向彼此逐渐靠近的第三表面和第四表面的径向最外部分，并且将所述多个区段径向向内推压至与内毂相接触；与楔形元件接合的第一移位元件；以及第二移位元件。对于楔块式离合器的关闭模式，第一移位元件布置成能够沿与楔块式离合器的旋转轴线平行的第一轴向方向推压楔形元件，以便使内毂、外毂、楔形元件和外圈不可相对旋转地相连接。对于楔块式离合器的打开模式，第二移位元件布置成能够沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向移动楔形元件，以使得外毂与外圈能够相对旋转。

附图说明

参照所附示意图，仅示例性地公开了各种实施例，在附图中，相应的附图标记表示相应的部件，其中：

图1a是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是图1a的展示本申请中使用的空间术语的所述柱面坐标系中物体的透视图；

图2是具有分段式楔形元件和斜切式接合表面的楔块式离合器的前视图；

图3是楔块式离合器的大致沿着图2中的线3-3的剖视图；

图4是图3中的区域4/5的详图，示出了关闭模式下的楔块式离合器；以及，

图5是图3中的区域4/5的详图，示出了打开模式下的楔块式离合器。

具体实施方式

首先，应当理解，在不同的附图中，相同的附图标记表示本公开的相同或功能上相似的结构元件。应当理解，本公开不限于所公开的这些方面。

此外，应当理解，本公开并不局限于所描述的特定实施方式、材料和改型，并且这些当然可以改变。还应当理解，这里使用的术语仅仅用于描述各特定方面的目的，不意在限制本公开的范围。

除非另加定义，否则这里使用的所有技术和科学术语的意义与本发明所属技术领域中的普通技术人员常规理解的相同。应当理解，与本文所描述的那些类似或等同的任何方法、装置或材料可用于本发明的实施或测试。

图1a是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的情况下被描述。坐标系80具有为下文的方向和空间术语充当参考的纵向轴线81。修饰词“轴向”、“径向”和“周向”分别是关于与轴线81、半径82(其正交于轴线81)和圆周表面83平行的方位而言。修饰词“轴向”、“径向”和“周向”也是关于平行于相应平面的方位。为了明确不同平面的布置，使用了物体84、85和86。物体84的表面87形成了轴向平面。即，轴线81形成了沿着该表面的线。物体85的表面88形成了径向平面。即，半径82形成了沿着该表面的线。物体86的表面89形成了周向面。即，圆周表面83形成了沿着该表面的线。作为进一步的示例，轴向移动或布置平行于轴线81，径向移动或布置平行于半径82，且周向移动或布置平行于圆周表面83。旋转是相对于轴线81而言。

副词“轴向地”、“径向地”和“周向地”分别是关于与轴线81、半径82或圆周表面83平行的方位而言。副词“轴向地”、“径向地”和“周向地”也是关于平行于相应平面的方位。

图1b是图1a中表示本申请中使用的空间术语的柱面坐标系80中的物体90的透视图。圆筒形物体90是柱面坐标系中的圆筒形物体的代表，不意在以任何方式限制本发明。物体90包含轴向表面91、径向表面92和周向表面93。表面91是轴向平面的一部分，表面92是径向平面的一部分，而表面93是周向面。

图2是具有分段式楔形元件和斜切式接合表面的楔块式离合器100的前视图。

图3是楔块式离合器100的大致沿着图2中的线3-3的剖视图。

图4是图3中的区域4/5的详图，示出了关闭模式下的楔块式离合器100。

图5是图3中的区域4/5的详图，示出了打开模式下的楔块式离合器100。以下描述请参照图2至图5。楔块式离合器100包括内毂102、外毂104、楔形元件106、外圈108以及可移位的元件110和112。楔形元件106包括单独的、周向布置的区段114，所述区段114径向地位于内毂102与104之间、尤其径向地位于内毂102与外圈108之间。外圈108径向地布置在楔形元件与外毂104之间，不可相对旋转地连接至区段114，并将区段114径向向内推压至与内毂102相接触。由于与内毂102相接触，因此，除了下文提到的情况外，楔形元件106与内毂102一起旋转。

为了启动楔块式离合器100的内毂102与外毂104不可相对旋转地相连接的关闭模式，移位元件110布置成能够沿与楔块式离合器的旋转轴线AR平行的轴向方向AD1推压楔形元件106，以便使内毂、外毂、楔形元件和外圈不可相对旋转地相连接。为了启动楔块式离合器100的内毂102与外毂104能够相对旋转的打开模式，移位元件112布置成能够沿与AD1相反的轴向方向AD2移动楔形元件，例如使得外圈108与外毂104能够相对旋转。

每个区段114都包括相应的外周向表面116，所述外周向表面116沿轴向方向AD1径向向内倾斜。即，表面116与轴线AR的径向距离118沿方向AD1减小。外圈108包括内周向表面120，所述内周向表面120沿轴向方向AD1径向向内倾斜。即，表面120与轴线AR的径向距离122沿方向AD1减小。

在一示例性实施例中，每个外周向表面116都包括径向向内延伸的至少一个凹部124，内周向表面120包括径向向内延伸的突出部126，所述突出部126至少部分地布置在凹部124中，以便使每个所述区段114不可相对旋转地连接至外圈108。外圈108还在周向方位上保持区段114。例如，突出部126布置成能够保持每个区段114，使得每个区段114通过相应的间隔128沿周向方向CD与周向相邻的区段114隔开。例如，区段114A通过周向的间隔128A和128B相应地与区段114B和114C隔开。例如，突出部126A与凹部124A之间的接触以及突出部126B与凹部124B之间的接触维持着间隔128A。维持间隔128确保区段114能够轴向地和径向地移位(以便实现打开模式和关闭模式)，而不彼此接触且不阻碍这种移位。

外圈108包括具有斜切式表面132A和132B的径向最外部分130，所述斜切式表面132A和132B沿径向向外方向RD向彼此逐渐靠近。外毂104包括具有周向布置的凹槽136的径向最内部分134，所述凹槽136包括沿方向RD向彼此逐渐靠近的斜切式表面138A和138B。即，部分130和凹槽136互补地斜切。在一示例性实施例中，表面132A和138A大致相互平行，表面132B和138B大致相互平行。

在一示例性实施例中，在打开模式下，部分130与134不相接触，例如，表面132A与138A之间以及表面132B与138B之间存在间隙140。在一示例性实施例中，在打开模式下，部分130和134仅名义上相接触。在一示例性实施例中，在打开模式下，除了存在间隙140，区段114与外圈108之间还存在间隙142。响应于移位元件110沿轴向方向AD1移动楔形元件106，外圈108布置成能够沿方向RD径向向外扩张，以便使表面132A与表面138A接合并使表面132B与表面138B接合，从而在内毂102与104不可相对旋转地接合之前使得楔形元件106相对内毂102旋转(启动关闭模式)。

在一示例性实施例中，移位元件110为本领域已知的任何弹性元件，移位元件112为本领域已知的任何活塞。在一示例性实施例(未示出)中，移位元件112为本领域已知的任何弹性元件，移位元件110为本领域已知的任何活塞。可使用本领域已知的任何方式移动离合器100中的活塞，所述方式包括但不限于：液压致动、气压致动或电致动。

在一示例性实施例中，每个区段114都包括具有周向倾斜的斜坡146的内周向表面144，内毂102包括具有周向倾斜的斜坡150的外周向表面148，所述斜坡150与周向倾斜的斜坡146相接合。响应于楔形元件沿轴向方向AD1的移位，斜坡146和150布置成能够滑过彼此，以便径向向外推压区段114。响应于楔形元件沿轴向方向AD2的移位，斜坡146和150布置成能够滑过彼此，以使得外圈108能够径向向内地移动区段114(区段114径向向内收缩)，从而减少或断开外圈108与外毂104之间的接触。

下面提供了关于离合器100的结构和功能的进一步的细节。通常，离合器100的打开模式和关闭模式之间的切换需要内毂102与104之间的相对旋转。在离合器100的打开模式下，表面132A与138A、表面132B与138B不相接触或最小限度地相接触使得所述接触不会导致外圈108与毂104一起旋转。为了从打开模式切换至关闭模式，移位元件110沿方向AD1移动楔形元件，引起倾斜的表面116沿表面120滑动，从而将外圈108径向向外推，以便接合表面132A与138A以及表面132B与138B或者增大表面132A与138A之间以及表面132B与138B之间的摩擦力。因此，外圈108和楔形元件106与外毂104一起相对内毂102旋转。该相对旋转使得斜坡146和150滑过彼此，从而使斜坡150径向向外推斜坡146(和外圈108)以便使外圈108和外毂104不可相对旋转地相连接。

由于斜坡146和150的结构，用于在打开和关闭模式之间进行切换的内毂102与外毂104之间的相对旋转可以沿周向方向CD1或CD2。即，为了切换至关闭模式，内毂102与外毂104之间的沿方向CD1或CD2的相对旋转使得斜坡146和150滑过彼此并使楔形元件径向向外扩张。应当理解，内毂102与外毂104之间的相对旋转可包括内毂102和外毂104沿相同的周向方向但以不同的速度旋转，或沿相反的周向方向旋转。内毂102与外毂104之间的相对旋转还可包括内毂102或外毂104中的一个不旋转。

在关闭模式下，表面132A与138A、表面132B与138B不可相对旋转地相连接。为了从关闭模式切换至打开模式，移位元件112沿方向AD2移动楔形元件，引起倾斜的表面116沿表面120滑动，使得外圈108径向向内收缩从而形成间隙140，所述间隙140进而消除外圈108与外毂104之间的接触或减小外圈108与外毂104之间的摩擦力。接触的消除或摩擦力的减小配合区段114上来自外圈108的径向向内的力，导致斜坡146和150滑过彼此，使得楔形元件106径向向内移位。

在一示例性实施例中，离合器100是自锁式。即，一旦表面116和120在关闭模式下不可相对旋转地接合，表面116和120相对于轴线AR的倾斜角度152以及表面116与120之间的摩擦系数就足以维持关闭模式。

有利地，斜切式表面132A/B和138A/B增大了离合器100的扭矩承载能力。通过形成具有单独的区段114的楔形元件106，可增大元件106的轴向厚度154，从而进一步增大离合器100的扭矩承载能力。如上所述，外圈108使得能够使用区段114。有利地，在离合器100的打开模式下，元件112沿方向AD2移动楔形元件106，使得表面132A与138A以及表面132B与138B不相接触或仅名义上相接触。由此，在打开模式下，表面132A与138A之间以及表面132B与138B之间的接触引起小的阻力损失或不引起阻力损失。此外，离合器100使得内毂102和外毂104能够快速且持续地连接。弹性元件110只需要沿方向AD1施加相当小的轴向力来使楔形元件106移动相当小的轴向距离，以便启动关闭模式。楔形元件106和外圈108的自锁方面确保了内、外毂的快速且稳定的不可相对旋转的连接。

此外，由于离合器100的自锁方面，不需要元件110沿方向AD1施加轴向力来将楔形元件保持在关闭位置。由此，不需要主动元件提供这种力，从而降低了复杂性和能量需求。元件110只需提供足够的力来移动楔形元件，以便使外圈108与外毂之间开始接触或名义上增大接触。进而使得元件112不需要克服来自主动元件110的保持力来移动楔形元件以便启动打开模式，从而降低了元件112的能量需求。

表面116和120被示为沿方向AD1径向向内倾斜；然而，应当理解，所述表面的倾斜可以是相反的，使得表面116和120沿方向AD1径向向外倾斜。

应当理解，上述公开内容以及其他特征和功能或其替代物、可按需要组合成许多其他不同的系统或应用。本领域技术人员可随后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，这些也被下述权利要求涵盖。

Claims (20)

1.一种楔块式离合器，所述楔块式离合器包括：

内毂；

外毂；

楔形元件，其特征在于：所述楔形元件包括单独的、周向布置的多个区段，所述区段径向地位于内、外毂之间；所述楔块式离合器还包括：

外圈：

径向地布置在楔形元件与外毂之间；

不可相对旋转地连接至所述多个区段；以及，

径向向内推压所述多个区段；

第一移位元件；以及，

第二移位元件，其中：

对于楔块式离合器的关闭模式，第一移位元件布置成能够沿与楔块式离合器的旋转轴线平行的第一轴向方向推压楔形元件，以便使内毂、外毂、楔形元件和外圈不可相对旋转地相连接；以及，

对于楔块式离合器的打开模式，第二移位元件布置成能够沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向移动楔形元件，以使得内毂与外毂能够相对旋转。

2.如权利要求1所述的离合器，其特征在于，对于楔块式离合器的打开模式，第二移位元件布置成能够沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向移动楔形元件，以使得外圈与外毂能够相对旋转。

3.如权利要求1所述的离合器，其特征在于：

来自所述多个区段的每一个区段都包括沿第一轴向方向径向向内倾斜的相应的外周向表面；以及，

外圈包括沿第一轴向方向径向向内倾斜的内周向表面。

4.如权利要求1所述的离合器，其特征在于：

来自所述多个区段的每一个区段都包括相应的外周向表面，所述外周向表面包括径向向内延伸的至少一个凹部；以及，

外圈包括具有多个径向向内延伸的突出部的内周向表面，所述突出部至少部分地布置在径向向内延伸的所述至少一个凹部中，以便使所述每一个区段不可相对旋转地连接至外圈。

5.如权利要求4所述的离合器，其特征在于，所述多个径向向内延伸的突出部布置成能够保持所述每一个区段，使得所述每一个区段通过相应的间隔沿周向方向与所述多个区段中的周向相邻的区段隔开。

6.如权利要求1所述的离合器，其特征在于：

外圈包括径向最外部分，所述径向最外部分具有沿径向向外方向向彼此逐渐靠近的第一表面和第二表面；以及，

外毂包括具有周向布置的凹槽的径向最内部分，所述凹槽包括沿径向向外方向向彼此逐渐靠近的第三表面和第四表面。

7.如权利要求6所述的离合器，其特征在于：

第一表面和第三表面大致相互平行；以及，

第二表面和第四表面大致相互平行。

8.如权利要求6所述的离合器，其特征在于，响应于第一移位元件沿第一轴向方向移动楔形元件，外圈布置成能够径向向外扩张，以便：

使第一表面和第三表面不可相对旋转地连接；以及，

使第二表面和第四表面不可相对旋转地连接。

9.如权利要求1所述的离合器，其特征在于：

第一移位元件是弹性元件，第二移位元件是活塞；或，

第一移位元件是活塞，第二移位元件是弹性元件。

10.如权利要求1所述的离合器，其特征在于，在离合器的关闭模式下，外圈与外毂之间的摩擦力足以维持外圈与外毂的不可相对旋转的连接。

11.如权利要求1所述的离合器，其特征在于：

所述多个区段中的每一个区段都包括具有周向倾斜的第一多个斜坡的内周向表面；

内毂包括具有周向倾斜的第二多个斜坡的外周向表面，所述周向倾斜的第二多个斜坡与所述周向倾斜的第一多个斜坡相接合；

响应于楔形元件沿第一轴向方向的移位，相应的第一多个斜坡布置成能够滑过第二多个斜坡，以便径向向外地推压所述多个区段；以及，

响应于楔形元件沿第二轴向方向的移位：

相应的第一多个斜坡布置成能够滑过第二多个斜坡；以及，

外圈布置成能够径向向内收缩，以便减小或消除外圈与外毂之间的接触。

12.一种楔块式离合器，所述楔块式离合器包括：

内毂；

外毂；

楔形元件，其特征在于：所述楔形元件包括单独的、周向布置的多个区段，所述区段径向地位于内、外毂之间，每一个区段都包括沿与楔块式离合器的旋转轴线平行的第一轴向方向径向向内倾斜的相应的外周向表面；

所述楔块式离合器还包括：

外圈：

径向地布置在楔形元件与外毂之间；

不可相对旋转地连接至所述多个区段；

包括沿第一轴向方向径向向内倾斜的内周向表面；以及，

将所述多个区段径向向内推压至与内毂相接触；

第一移位元件；以及，

第二移位元件，其中：

对于楔块式离合器的关闭模式，第一移位元件布置成能够沿第一轴向方向推压楔形元件，以便使内毂、外毂、楔形元件和外圈不可相对旋转地相连接；以及，

对于楔块式离合器的打开模式，第二移位元件布置成能够沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向移动楔形元件，以使得外圈与外毂能够相对旋转。

13.如权利要求12所述的离合器，其特征在于：

来自所述多个区段的每一个区段都包括外周向表面，所述外周向表面包括径向向内延伸的至少一个凹部；以及，

外圈包括具有多个径向向内延伸的突出部的内周向表面，所述突出部至少部分地布置在径向向内延伸的所述至少一个凹部中，以便使所述每一个区段不可相对旋转地连接至外圈。

14.如权利要求13所述的离合器，其特征在于，所述多个径向向内延伸的突出部布置成能够保持来自所述多个区段的每一个区段，使得所述每一个区段通过相应的间隔沿周向方向与所述多个区段中的周向相邻的区段隔开。

15.如权利要求12所述的离合器，其特征在于：

外圈包括径向最外部分，所述径向最外部分具有沿径向向外方向向彼此逐渐靠近的第一表面和第二表面；以及，

外毂包括具有周向布置的凹槽的径向最内部分，所述凹槽包括沿径向向外方向向彼此逐渐靠近的第三表面和第四表面。

16.一种楔块式离合器，所述楔块式离合器包括：

内毂；

外毂；

楔形元件，其特征在于：

所述外毂包括具有周向布置的凹槽的径向最内部分，所述凹槽包括沿径向向外方向向彼此逐渐靠近的第一表面和第二表面；

所述楔形元件包括单独的、周向布置的多个区段，所述区段径向地位于内、外毂之间；

所述楔块式离合器还包括：

外圈：

径向地布置在楔形元件与外毂之间；

不可相对旋转地连接至所述多个区段；

包括径向最外部分，所述径向最外部分具有沿径向向外方向向彼此逐渐靠近的第三表面和第四表面；以及，

将所述多个区段径向向内推压；

第一移位元件；以及，

第二移位元件，其中：

对于楔块式离合器的关闭模式，第一移位元件布置成能够沿与楔块式离合器的旋转轴线平行的第一轴向方向推压楔形元件，以便使内毂、外毂、楔形元件和外圈不可相对旋转地相连接；以及，

对于楔块式离合器的打开模式，第二移位元件布置成能够沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向移动楔形元件，以使得外毂与外圈能够相对旋转。

17.如权利要求16所述的离合器，其特征在于：

第一表面和第三表面大致相互平行；以及，

第二表面和第四表面大致相互平行。

18.如权利要求17所述的离合器，其特征在于，响应于第一移位元件沿第一轴向方向移动楔形元件，外圈布置成能够径向向外扩张，以便：

使第一表面和第三表面不可相对旋转地连接；以及，

使第二表面和第四表面不可相对旋转地连接。

19.如权利要求16所述的离合器，其特征在于：

来自所述多个区段的每一个区段都包括沿第一轴向方向径向向内倾斜的相应的外周向表面；

外圈包括沿第一轴向方向径向向内倾斜的内周向表面。

20.如权利要求16所述的离合器，其特征在于：

来自所述多个区段的每一个区段都包括外周向表面，所述外周向表面包括径向向内延伸的至少一个凹部；

外圈包括具有多个径向向内延伸的突出部的内周向表面，所述突出部至少部分地布置在径向向内延伸的所述至少一个凹部中，以便使所述每一个区段不可相对旋转地连接至外圈；以及，

多个径向向内延伸的突出部布置成能够保持来自所述多个区段的每一个区段，使得所述每一个区段通过相应的间隔沿周向方向与所述多个区段中的周向相邻的区段隔开。