CN106704399B - 具有同步器的棘爪接地离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有附接到驱动单元的行星齿轮组的同步器组件的棘爪接地离合器。圆柱形轮毂与环形齿轮接合，并且轮毂与环形齿轮共同旋转。齿轮固定到轮毂。具有棘爪齿的棘爪在棘爪齿与齿轮间隔开的第一位置和棘爪齿接合在连续的齿轮齿之间的第二位置之间旋转。同步器在棘爪旋转期间旋转并包括在棘爪齿与齿轮接合之前直接接触轮毂的摩擦表面。换挡构件使棘爪在第一位置和第二位置之间移位。处于第二位置的棘爪使环形齿轮与外壳接合，从而限定离合器闭合位置。处于第一位置的棘爪使环形齿轮与外壳脱离，从而限定离合器打开位置。

Description

具有同步器的棘爪接地离合器

技术领域

本公开涉及一种用于变速器换挡操作的离合器组件，该离合器组件对连接到同步器的棘爪进行操作。

背景技术

此部分的陈述仅旨在提供与本公开内容相关的背景信息，并且可以构成或可以不构成现有技术。

传统的自动变速器采用形式为带式离合器或多片摩擦离合器的摩擦离合器。摩擦离合器通过将两个板压在一起而工作。离合器元件之间的摩擦通过使一个板比另一个板旋转或滑动得更快来实现能量传递。自动变速器使用摩擦离合器，由此使得换挡不需要减少发动机动力。换挡时，自动变速器可以使一个离合器在其与另一个离合器接合时断开。然而，当环境温度降到零度以下时且特别是在接近-40°F的温度下时，致动摩擦离合器所需的液压流体压力需要增加泵流量，这在较小的发动机和车辆设计中可能不能实现。

爪形离合器可以用来替代摩擦离合器并且通常用于手动变速器中。爪形离合器是以干扰代替滑动离合器。动力由一侧的齿来传递，其压在另一侧的齿上。爪形离合器不能滑动，因此它们要么接合，要么脱离。爪形离合器的寄生损失很少，而且简单紧凑。通常用于手动变速器中的同步器爪形离合器在两个部件接合之前对这两个部件的速度进行同步。已知的同步器包括一体地连接到阻止器环或爪环的锥形套筒。该套筒具有一组齿，并且可旋转地固定到第一部件以及可沿旋转轴线纵向平移以与位于第二部件上的一组齿进行接合。套筒朝第二部件方向的纵向移动最初使得阻止器环的截头锥形表面在齿接合之前与第二部件上的匹配截头圆锥体表面进行接合。这两个表面的接合是一种离合作用，其使第二部件在速度上与阻止器环和套筒同步并由此与第一部件同步。

已知的爪形离合器同步器及其锥形套筒和单向滚珠轴承离合器具有局限性，这是因为它们只提供一个方向的致动力。在诸如最终驱动行星齿轮组与差速器接合的应用中，已知的爪形离合器不允许在负荷下的致动。

发明内容

根据几个方面，用于机动车辆的具有同步器组件的棘爪接地离合器包括固定到轮毂的齿轮。具有棘爪齿的棘爪在第一位置和第二位置之间旋转，在第一位置处，棘爪齿与齿轮的齿轮齿间隔开，而在第二位置处，棘爪齿在齿轮的两个连续齿之间接合。在棘爪旋转期间，同步器旋转，在棘爪齿与齿轮接合之前，该同步器直接与轮毂接触。在接触到棘爪时，换挡构件使棘爪在第一位置与第二位置之间移位。

根据其它方面，具有同步器组件的棘爪接地离合器进一步包括含有多个构件的驱动单元的行星齿轮组，圆柱形轮毂接合到行星齿轮组的构件中的其中一个，使得轮毂与接合的行星齿轮组构件共同旋转。

根据其它方面，处于棘爪齿与齿轮齿接合的第二位置的棘爪使行星齿轮组构件与外壳接合，从而限定离合器闭合位置，并且其中，处于棘爪齿与齿轮齿脱离的第一位置的棘爪使行星齿轮组构件与外壳脱离，从而限定离合器打开位置。

根据其它方面，在离合器打开位置处，同步器的摩擦表面与轮毂之间的距离小于棘爪齿与齿轮的最近齿轮齿的自由端之间的距离。

根据其它方面，轮毂与行星齿轮组构件在共同的纵向轴线上同轴地对齐。

根据其它方面，行星齿轮组包括具有多个锯齿形构件的环形齿轮。

根据其它方面，轮毂限定包括多个指状件的圆柱形本体，指状件从本体的第一端延伸，分别容纳在环形齿轮的锯齿形构件的连续锯齿形构件之间，以使轮毂与环形齿轮接合。

根据其它方面，齿轮固定到轮毂与指状件相对的第二端，使用轴承组件将轮毂的第二端与齿轮可旋转地支撑到变速器的外壳上。

根据其它方面，引导件固定到外壳上，其中换挡构件的一部分定位在引导件内并由引导件可滑动地容纳。

根据其它方面，使换挡构件在限定变速器空挡位置的第一换挡位置和限定变速器接合位置的第二换挡位置中的每一个之间移动；并且换挡构件可旋转地连接到换挡杆，换挡杆固定到支撑轴，通过支撑轴的轴向旋转，换挡杆可在第一换挡杆位置与第二换挡杆位置之间移动。

根据其它方面，具有同步器组件的棘爪接地离合器进一步包括致动器电机和将致动器电机连接到支撑轴的减速齿轮组件；其中，致动器电机在相对的旋转方向上选择性地操作，以使支撑轴在相对的第一旋转方向和第二旋转方向中的一个方向上轴向旋转，由此支撑轴的轴向旋转使换挡杆在第一换挡杆位置与第二换挡杆位置之间选择性地旋转。

根据其它方面，同步器包括当棘爪齿与齿轮接合时直接接触轮毂的摩擦表面。

根据其它方面，棘爪和同步器共同地安装到轴上，并且各相对于轴的纵向轴线轴向旋转。

根据其它方面，偏置构件定位成与同步器和棘爪的一部分接触，在同步器接触轮毂时，该偏置构件受到压缩。

其它方面、优点和适用领域通过本文所提供的描述将变得显而易见。应该理解的是，本说明书和特定实例仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

本文所描述的附图仅仅用于说明的目的，并不旨在以任何方式来限制本公开的范围。

图1是具有根据本发明原理的带同步器的棘爪接地离合器的变速器的剖面正视图；

图2是在图1的截面2处截取的剖面正视图；

图3是图1的棘爪接地离合器的离合器轮毂和齿轮的左后透视图；

图4是图1的棘爪接地离合器的离合器子系统的右前透视图；

图5是图1的棘爪接地离合器的打开位置的后视图；

图6是图1的棘爪接地离合器的打开位置的左后透视图；

图7是图1的棘爪接地离合器的闭合位置的左后透视图；

图8是在图4的截面8处截取的剖面侧视图；以及

图9是图1的棘爪接地离合器的右前透视图。

具体实施方式

以下描述在性质上仅是示例性的，不旨在限制本公开内容、应用或者使用。

参照图1，示出了驱动单元或变速器，并且总体用附图标记10来表示该驱动单元或变速器。变速器10优选地是机动车辆(未示出)的自动变速器。变速器10包括变速器壳体或外壳12，其可以是使用诸如铝等金属制成的铸件。可以通过一系列行星齿轮组14传递车辆发动机的扭矩，以提供多个变速器速度。最终驱动单元16啮合到行星齿轮组14，并可旋转地耦接到差速器18。差速器18驱动由第一车轴半部20a和第二车轴半部20b限定的车轴组件20旋转。

根据几个方面，最终驱动单元16包括行星齿轮组，其具有环形齿轮22、太阳齿轮以及托架，该托架具有小齿轮。环形齿轮延伸构件24一体地连接到环形齿轮22并从环形齿轮22轴向延伸出来。环形齿轮22和环形齿轮延伸构件24利用滚珠轴承组件26可旋转地支撑在外壳12上。轮毂28利用多个指状件30连接到环形齿轮延伸构件24，指状件30限定了轮毂28的第一端部，指状件30容纳在形成于环形齿轮延伸构件24中的锯齿形构件32之间，从而限定了在环形齿轮延伸构件24和轮毂28之间的齿形连接。齿轮36固定到轮毂28的第二端部34。轮毂28的第二端部34以及齿轮36利用轴承组件38可旋转地支撑在外壳12上。轮毂28、环形齿轮延伸构件24以及齿轮36共同限定了本公开的棘爪接地离合器组件40的各部分，这将参照图2进行更为详细的描述。包括行星齿轮组14、最终驱动单元16、差速器18、车轴组件20以及棘爪接地离合器组件40在内的部件全部相对于纵向轴线42可旋转地同轴设置。

参照图2并再次参照图1，指状件30利用诸如止动环的耦接构件44连接到锯齿形构件32。根据几个方面，齿轮36利用焊接接头46固定到轮毂28的第二端部34。还可以使用其他的方法固定齿轮36，比如通过花键接合或者其他机械连接。轴承组件38支撑在外壳12的加强端部构件50的圆柱形表面48上。加强端部构件50还利用轴承组件52可旋转地支撑差速器18的部件。

参照图3并再次参照图1至图2，轮毂28限定了具有指状件30的圆柱形主体，该指状件30基本上垂直第一圆柱形壁54定向。每个指状件30(比如示例性指状件30a)都定位在环形齿轮延伸构件24的连续的锯齿形构件32之间，这些锯齿形构件限定了独立的腔室56。保持指状件30的耦接构件44(为清楚起见，未在图3中示出)被每个锯齿形构件32的钩状端部58固定。轮毂28还可包括一个或多个孔60，设置孔60是为了减轻轮毂28的旋转质量。孔60可采用任何几何形状，比如示出的三角形形状。第二圆柱形壁62定位在第二端部34附近并且充当摩擦接触表面，这将参照图5至图7进行更为详细的描述。齿轮36包括多个冠状齿轮齿64，每一个冠状齿轮齿64被锥形齿根66分隔开。

参照图4并再次参照图1至图3，棘爪接地离合器组件40还包括多个操作部件，这些操作部件限定了离合器子系统68。根据几个方面，离合器子系统68包括棘爪70。棘爪70包括单个冠状棘爪齿72，其形状构造为匹配齿轮36的齿轮齿64的锥形齿根66的几何形状，使得当在任意两个连续齿轮齿64之间啮合时，棘爪齿72提供了变速器10的接合驱动位置，这将参照图7进行更为详细的描述。棘爪70可旋转地支撑在轴74上，轴74进一步可旋转地支撑同步器76。轴74连接至外壳12的结构(未示出)。同步器76在第一同步器位置76a和第二同步器位置76b之间绕轴74旋转。同步器76包括限定了摩擦表面78(如图4所见面朝下)的摩擦材料。诸如螺旋弹簧之类的偏置构件80定位成与同步器76和棘爪70的一部分进行接触。偏置构件80进行压缩以允许同步器76在方向“A”上从第一同步器位置76a移动到弹簧压缩的第二同步器位置76b，这参照图6和图7进行了示出和描述。

棘爪70还固定地连接到引导件82，根据几个方面，该引导件82限定了矩形管。换挡构件84的一部分定位在引导件82内并由引导件82可滑动地容纳。换挡构件84示出在第一换挡位置84a(限定了变速器空挡位置)和第二换挡位置84b(限定了变速器接合位置)中的每一个处。换挡构件84可旋转地连接到换挡杆86，该换挡杆86固定到支撑轴88上。换挡杆86通过支撑轴88的轴向旋转可在第一换挡杆位置86a和第二换挡杆位置86b之间移动，支撑轴88本身由相对于纵向轴线92轴向旋转的轴90可旋转地支撑。支撑轴88基本上定位于外壳12内并且通过密封构件94可旋转地且密封地连接至外壳12。

轴90通过致动器电机96的操作而轴向旋转，根据几个方面，该致动器电机96可以是(但不限于)直流无刷电机。减速齿轮组件98设置在致动器电机96和轴90之间。减速齿轮组件98包括第一减速齿轮100、第二减速齿轮102以及与驱动齿轮104接合的齿轮齿，其中，第一减速齿轮100与轴90直接耦接并与其同轴旋转，第二减速齿轮102具有与第一减速齿轮100啮合的台阶状部分，驱动齿轮104与致动器电机96直接耦接并通过致动器电机96的操作而轴向旋转。致动器电机96可以沿相对的旋转方向选择性地操作，因此致动器电机96的操作用作使轴90在相对的第一和第二旋转方向“B”或“C”中的其中一个方向上轴向旋转。因此轴90的轴向旋转选择性地使得换挡杆86在第一换挡杆位置86a和第二换挡杆位置86b之间旋转。

参照图5并再次参照图1至图4，在离合器组件打开位置，棘爪70的齿轮齿72定位来与齿轮36的齿轮齿64不接触并且由此与齿轮36的齿轮齿64脱离。在离合器组件打开位置，变速器10的输出与差速器18断开耦接。在这个位置，扭矩不能传递到差速器18，从而限定了变速器空档位置。同样在离合器组件打开位置处，同步器76的摩擦表面78与轮毂28的第二圆柱形壁62自由地间隔开，由此不与轮毂28的第二圆柱形壁62产生摩擦接触。偏置构件80的偏置力持续地将同步器76远离轮毂28的第二圆柱形壁62偏置。诸如扭簧的偏置构件106与棘爪70接合并且通常将棘爪70远离轮毂28偏置，并且由此将棘爪齿72偏置来与齿轮36脱离接合。

参照图6并再次参照图5，在所示的离合器组件打开位置处，介于同步器76的摩擦表面78之间的距离“D”小于介于棘爪齿72和最近的齿轮齿64的自由端之间的距离“E”。距离“D”通过预先选择偏置构件80的长度来确定，偏置构件80可以保持轴74上的同步器76相对于棘爪70的角度方向。直接与棘爪70接合的偏置构件106通常将棘爪70远离齿轮36并朝向离合器组件打开位置偏置。同时，偏置构件80将同步器76远离齿轮36并朝向离合器组件打开位置偏置，同时，同步器76和棘爪70均绕轴74的纵向轴线108可旋转。偏置构件80作用在同步器76的表面110上。

为了使棘爪70远离离合器组件打开位置移动从而使得棘爪齿72将接合齿轮36，换挡构件84包括具有螺旋张紧弹簧114的换挡构件管112，该螺旋张紧弹簧114绕着换挡构件管112的长度设置。再次参照图4，对致动器电机96通电以将换挡构件移位到第二换挡构件位置84b，如图6所示，这将换挡构件84在方向“F”上移位。换挡构件84在相对的方向“G”上返回。换挡构件84包括通常定位在引导件82中的车轮壳体116(为清楚起见，未在图6中示出)。通过车轮壳体116，第一车轮118可旋转地设置在第一车轮轴120上。类似地，通过车轮壳体116，第二车轮122可旋转地设置在第二车轮轴124上。

当换挡构件84在方向“F”上移位时，第二车轮122接触棘爪70的锥面126，使棘爪70绕纵向轴线108旋转。棘爪齿72朝向齿轮36旋转，并且同步器76的摩擦表面78同时朝向轮毂28的第二圆柱形壁62旋转，这些旋转分别大体上沿方向“H”。因为摩擦表面78以距离“D”与第二圆柱形壁62隔开(距离“D”小于棘爪齿72与齿轮36之间的距离“E”)，所以在棘爪齿72接触齿轮36的锥形齿根66之前，摩擦表面78将首先直接接触第二圆柱形壁62。因此，同步器摩擦表面78通过与轮毂28的第二圆柱形壁62的摩擦接触来辅助棘爪齿72的接合，从而减慢轮毂28的旋转以将棘爪齿72与齿轮36的一个锥形齿根66对齐。在摩擦表面78接触轮毂28的第二圆柱形壁62之后，偏置构件80在棘爪70进一步旋转时进行压缩，直至棘爪齿72接合齿轮36。偏置构件80的压缩提供正向接合力来维持摩擦表面78与轮毂28的第二圆柱形壁62之间的摩擦接触。

参考图7并再次参考图1至图6，示出了离合器闭合位置，在该位置，同步器76的摩擦表面78与棘爪70绕轴74的旋转轴线108的旋转之间产生随后的摩擦接触，直至棘爪齿72与连续齿轮齿64之间的一个锥形齿根66接合。通过换挡构件84的第二车轮122与棘爪70的平面表面128之间的直接接触来向下压迫棘爪70，如图7中所见。第二车轮122沿锥形表面126行进以到达表面128。表面128与棘爪齿72直接相对并相对于棘爪齿72相反朝向。在离合器闭合位置，最终驱动单元16的环形齿轮22通过轮毂28耦接到外壳12。在离合器闭合位置，将扭矩传递到差速器18。施加到离合器组件40的负荷是由于发动机或电机驱动扭矩而来自环形齿轮22上的扭矩。本公开的离合器组件40的设计允许棘爪70的棘爪齿72与齿轮36接合或脱离，即使是在满载施加的扭矩负荷下和在变速器10的所有环境操作温度下也是如此。

参考图8并再次参考图1至图7，在离合器打开位置中的第一车轮118和第二车轮122大体上定位在引导件82的孔内的下壁130与平行上壁132之间。当换挡构件84在方向“F”上移位时，第一车轮118从位置118a移动到位置118b，并且第二车轮122从位置122a移动到位置122b。在这种过渡期间，第一车轮118接触上壁132的向下锥形部分134并移动到使车轮外表面136直接接触表面138的位置中，从而迫使第一车轮118和第二车轮122向下。第二车轮122由此通过引导件82中的开口140向下移位，而第二车轮122的外表面142接触棘爪70的表面126和128。换挡构件84在相对方向“G”上的缩回将第二车轮122拉出开口140，直到第一车轮118定位在上壁132下方为止，从而使第二车轮122与棘爪70的表面128脱离接触。

参考图9并再次参考图4，减速齿轮组98和电机96定位在外壳12外部，因此保护齿轮以及减速齿轮组98的可旋转连接，壳体144包封减速齿轮组98的组件。壳体144和致动器电机96在外部安装到外壳12，同时轴90延伸穿过密封构件94。轴90的一部分进入壳体144，在此，该部分连接到第一减速齿轮100。

再次参考图1至图9，用于本公开的机动车辆变速器10的离合器组件包括用于机动车辆变速器的具有同步器组件40的棘爪接地离合器，其包括最终驱动组件16的环形齿轮22。圆柱形轮毂28接合到环形齿轮22以使得轮毂28与环形齿轮22共同旋转。齿轮36固定到轮毂28。具有棘爪齿72的棘爪70在棘爪齿72与齿轮36的齿轮齿64间隔开的第一位置和棘爪齿72接合在齿轮36的连续齿轮齿64之间的第二位置之间绕轴74旋转。同步器76安装在轴74上并在棘爪70的旋转期间旋转。同步器76具有在棘爪齿72接合齿轮36之前直接接触轮毂28的摩擦表面78。换挡构件84接触棘爪70以使棘爪70在第一位置与第二位置之间移位。处于棘爪齿72与齿轮齿64接合的第二位置的棘爪70使得棘爪接地离合器与具有外壳12的同步器组件40接合，从而限定离合器闭合位置。当棘爪70处于棘爪齿72与齿轮齿64脱离的第一位置中时，棘爪接地离合器与最终驱动构件16脱离，使得轮毂28与外壳12脱离，从而限定离合器打开位置。

对本发明的描述在本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本发明的主旨的变体预期在本发明的范围内。这些变体不应被认为是脱离了本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的具有同步器组件的棘爪接地离合器，其特征在于，其包括：

固定到轮毂的齿轮；

具有棘爪齿的棘爪，所述棘爪在所述棘爪齿与所述齿轮的齿轮齿间隔开的第一位置和所述棘爪齿接合在所述齿轮的两个连续齿之间的第二位置之间旋转；

在所述棘爪旋转期间旋转的同步器，所述同步器在所述棘爪齿与所述齿轮接合之前直接接触所述轮毂；以及

换挡构件，所述换挡构件在接触所述棘爪时使所述棘爪在所述第一位置与所述第二位置之间移位。

2.如权利要求1所述的用于机动车辆的具有同步器组件的棘爪接地离合器，其进一步包括含有多个构件的驱动单元的行星齿轮组，所述圆柱形轮毂接合到所述行星齿轮组的所述构件中的一个，以使得所述毂与所述接合的行星齿轮组构件共同旋转。

3.如权利要求2所述的用于机动车辆的具有同步器组件的棘爪接地离合器，其中处于所述棘爪齿与所述齿轮齿接合的所述第二位置的所述棘爪使所述行星齿轮组构件与外壳接合，从而限定离合器闭合位置，并且其中处于所述棘爪齿与所述齿轮齿脱离的所述第一位置的所述棘爪使所述行星齿轮组构件与所述外壳脱离，从而限定离合器打开位置，并且其中所述轮毂和所述行星齿轮组构件在共同的纵向轴线上同轴地对齐。

4.如权利要求3所述的用于机动车辆的具有同步器组件的棘爪接地离合器，其中在所述离合器打开位置，所述同步器的摩擦表面与所述轮毂之间的距离小于所述棘爪齿与所述齿轮的最近齿轮齿的自由端之间的距离。

5.如权利要求2所述的用于机动车辆的具有同步器组件的棘爪接地离合器，其中所述行星齿轮组包括具有多个锯齿形构件的环形齿轮，并且其中所述轮毂限定圆柱形主体，所述圆柱形主体包括从所述主体的第一端延伸的多个指状件，所述指状件分别容纳在所述环形齿轮的所述锯齿形构件中的连续锯齿形构件之间以将所述轮毂接合到所述环形齿轮，并且其中所述齿轮固定到所述轮毂与所述指状件相对的第二端，所述轮毂的所述第二端和所述齿轮使用轴承组件可旋转地支撑到变速器的外壳。

6.如权利要求1所述的用于机动车辆的具有同步器组件的棘爪接地离合器，其进一步包括固定到外壳的引导件，其中所述换挡构件的一部分定位在所述引导件内并由所述引导件滑动地容纳，并且

其中所述换挡构件在限定变速器空挡位置的第一换挡位置与限定变速器接合位置的第二换挡位置中的每一者之间移动；并且

其中所述换挡构件可旋转地连接到换挡杆，所述换挡杆固定到支撑轴，所述换挡杆通过所述支撑轴的轴向旋转可在第一换挡杆位置与第二换挡杆位置之间移动。

7.如权利要求6所述的用于机动车辆的具有同步器组件的棘爪接地离合器，其进一步包括：

致动器电机；以及

减速齿轮组件，其将所述致动器电机连接到所述支撑轴；

其中所述致动器电机在相对旋转方向上选择性地操作，以使所述支撑轴在相对的第一旋转方向和第二旋转方向中的一个方向上轴向旋转，所述支撑轴的轴向旋转由此使所述换挡杆在所述第一换挡杆位置与所述第二换挡杆位置之间选择性地旋转。

8.如权利要求1所述的用于机动车辆的具有同步器组件的棘爪接地离合器，其中所述同步器包括当所述棘爪齿与所述齿轮接合时直接接触所述轮毂的摩擦表面。

9.如权利要求1所述的用于机动车辆的具有同步器组件的棘爪接地离合器，其中所述棘爪和所述同步器共同安装到轴，并且各自相对于所述轴的纵向轴线轴向旋转。

10.如权利要求1所述的用于机动车辆的具有同步器组件的棘爪接地离合器，其进一步包括定位成与所述同步器和所述棘爪的一部分接触的偏置构件，所述偏置构件在所述同步器接触所述轮毂时受到压缩。