CN106884890A - 球凸轮致动式犬齿离合器 - Google Patents

Abstract

一种用于机动车辆传动装置的球凸轮致动式犬齿离合器组件包括离合器套筒，所述离合器套筒具有定位在第一端的多个齿轮齿和设置在第二端的多个滚珠轴承。具有多个螺旋凹槽的离合器毂形成在向外壁中。每一个所述螺旋凹槽接收所述滚珠轴承中的一个滚珠轴承的一部分。致动器部件起到旋转所述离合器毂的作用。所述离合器毂的旋转通过所述螺旋凹槽内的所述滚珠轴承的平移引起所述离合器套筒在所选定的第一方向或相对的第二方向之一上的轴向平移。

Description

球凸轮致动式犬齿离合器

技术领域

本发明涉及一种具有球凸轮致动器的离合器组件。

背景技术

本章节中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息并且可能构成或可能不构成现有技术。

传统自动变速器使用呈带式离合器或多片式摩擦离合器的形式的摩擦离合器。摩擦离合器通过将两个片按压到一起来工作。离合器元件之间的摩擦通过允许一个片比另一个片更快地旋转或允许其滑移来允许能量转移。自动变速器使用摩擦离合器，使得换挡不需要降低发动机功率。换挡时，自动变速器可在其接合一个离合器时脱离另一个离合器。但是，当周围温度降到零度以下，并且尤其是处于接近-40℉的温度下时，致动摩擦离合器所需的液压流体压力需要增大的泵容量，这在较小的发动机和车辆设计中可能行不通。

犬齿离合器可用于替代摩擦离合器并且通常用于手动变速器中。犬齿离合器是替代滑动离合器的干扰。动力由一侧的齿传输，所述齿压在另一侧的齿上。因此无论犬齿离合器是接合的还是断开的，其都无法滑动。犬齿离合器遭受极少寄生损耗并且简单而紧凑。一般用于手动变速器中的同步器犬齿离合器在两个组件的接合之前使所述两个组件的速度同步。已知的同步器包括一体地连接到阻挡物或爪环的锥形套筒。该套筒具有一组齿并可旋转地固定到第一组件，并且可沿旋转轴纵向地平移以接合位于第二组件上的一组齿。该套筒朝第二组件的方向的纵向移动最初引起阻挡环的截头圆锥表面在齿的接合之前与第二组件上的相匹配的截头圆锥表面接合。这两个表面的接合是离合器连接动作，这引起第二组件与阻挡环和套筒速度同步并且因此与第一组件速度同步。

已知的犬齿离合器同步器和其锥形套筒以及单向滚珠轴承离合器的限制在于其仅提供一个方向上的接合。在例如最终驱动行星齿轮组与差动器的接合的应用中，已知的制动爪环不提供允许在负荷下在移位的相对方向上起作用的必需结构。

发明内容

根据若干方面，一种用于机动车辆的球凸轮致动式犬齿离合器组件包括离合器套筒，所述离合器套筒具有由离合器套筒保持的多个滚珠轴承。离合器毂具有形成在向外壁中的多个螺旋凹槽。离合器毂部分定位在离合器套筒内，使得每一个螺旋凹槽接收一个滚珠轴承的一部分。离合器毂的旋转通过螺旋凹槽内的滚珠轴承的平移来引起离合器套筒在所选定的第一方向或相对的第二方向之一上的轴向平移。

根据其它方面，离合器套筒包括定位在第一端处被对齐以便与驱动组件的齿轮齿相啮合的多个齿轮齿。

根据其它方面，离合器套筒包括设置在第二端的多个滚珠轴承。

根据其它方面，离合器组件进一步包括具有花键的衬套套筒。

根据其它方面，离合器套筒进一步包括花键面，其与衬套套筒的花键可滑动地连接，其中离合器套筒在第一方向和第二方向中的每一个方向上沿花键可轴向滑动。

根据其它方面，夹钳件位于花键的自由端，起到提供用于离合器套筒的前挡块的作用。

根据其它方面，偏压件被定位成与离合器套筒的端面和衬套套筒的接触面中的每一个接触，偏压件一般在第一方向上偏压离合器套筒。

根据其它方面，离合器毂和离合器套筒在纵轴上同轴地对齐，离合器毂的旋转限定相对于纵轴的轴向旋转和离合器套筒在平行于纵轴的第一方向或第二方向之一上的平移。

根据其它方面，在离合器组件的打开位置，每一个滚珠轴承直接接触形成于离合器毂的第一端中的螺旋凹槽的凹槽端面。

根据其它方面，每一个螺旋凹槽的长度是预定的并且限定离合器套筒的第一方向和相对的第二方向中的每一个方向上的总轴向位移，所述总轴向位移是由离合器毂的轴向旋转引起的。

根据其它方面，离合器套筒包括在靠近离合器套筒的一端的向内壁中形成的周向狭槽，滚珠轴承部分地定位在狭槽内并且由保持架组件单独保持和分隔。

根据其它方面，狭槽被定位成靠近所述端的端面，从而在内壁端面与离合器毂的相对端之间提供空隙，从而允许离合器毂在离合器套筒内的自由滑动运动。

根据其它方面，螺旋凹槽分别形成在离合器毂的向外圆柱壁中；并且每一个滚珠轴承仅占用螺旋凹槽的部分深度，滚珠轴承的约50％或更多延伸出螺旋凹槽。

根据其它方面，每一个螺旋凹槽开始于第一端、部分延伸穿过离合器毂的第一端面，并且延伸到定位在离合器毂的第一端面与相对的第二端面之间的距离的约50％处的凹槽端面。

其它方面、优点和适用范围将根据本文中提供的描述显而易见。应当理解，描述和特定实例旨在仅用于说明的目的，并且并不是为了限制本发明的范围。

附图说明

本文所描述的图式仅用于说明目的并且并不用于以任何方式限制本发明的范围。

图1是具有根据本发明的原理的球凸轮致动式犬齿离合器的变速器的横截面前立视图；

图2是在图1的部分2处截取的横截面视图；

图3是用于图1的球凸轮致动式犬齿离合器的离合器套筒的右前透视图；

图4是用于图1的球凸轮致动式犬齿离合器的离合器毂的左前透视图；

图5是图1的离合器组件的打开位置的横截面前立视图；

图6是图1的离合器组件的闭合位置的横截面前立视图；及

图7是用于图1的离合器组件的啮合齿轮设计的透视图。

具体实施方式

以下描述在本质上仅仅是示例性的并且并不用于限制本发明、应用或用途。

参考图1，示出驱动单元或变速器，并且其一般由标号10标识。变速器10优选地为机动车辆(未示出)的自动变速器。变速器10包括变速器壳体或外壳12，其可以是使用金属(例如铝)的铸件。车辆发动机的扭矩通过一系列行星齿轮组14传递，以提供多个传动速度。最终驱动单元16啮合到与差动器18可旋转地耦接的行星齿轮组14。差动器18旋转由第一半轴20a和第二半轴20b限定的轴组件20。

根据若干方面，最终驱动单元16限定具有环形齿轮22的行星齿轮组。环形齿轮延伸部24一体地连接到环形齿轮22并从环形齿轮22轴向延伸。环形齿轮延伸部24的齿轮齿可与离合器套筒26的齿轮齿啮合，从而限定离合器组件闭合位置，这将参考图5至图7更详细地进行描述。离合器套筒26可滑动地连接到轴向延伸衬套套筒28，这将参考图2更详细地进行描述。离合器套筒26通过花键连接30连接到外壳12。离合器套筒26还耦接到离合器毂32，这将参考图2和图4更详细地进行描述。离合器毂32通过衬套34可旋转地被支撑到外壳12的内部结构。包括离合器套筒26、衬套套筒28和离合器毂32的组件一起限定本发明的球凸轮致动式犬齿离合器组件36。行星齿轮组14、最终驱动单元16、差动器18、轴组件20和离合器组件36全部相对于纵轴38轴向地可旋转地设置。

参考图2并再次参考图1，离合器组件36的离合器套筒26进一步包括与具备衬套套筒28的花键42可滑动地连接的花键面40。根据若干方面，衬套套筒28由例如铁的材料提供，以防止在离合器套筒26的滑动运动期间磨伤，其中衬套套筒28连接在离合器套筒26与外壳12之间，因此避免离合器套筒26相对于外壳12的铝材料的滑动摩擦。离合器套筒26在第一方向“A”和相对的第二方向“B”中的每一个方向上沿花键42轴向可滑动。夹钳件44可被提供在花键42的自由端以提供用于离合器套筒26的滑动行进的前挡块。偏压件46(例如，螺旋压缩弹簧)被定位成与离合器套筒26的端面48和衬套套筒28的接触面50中的每一个接触。偏压件46的偏压力一般在方向“A”上偏压离合器套筒26。示出离合器组件36在打开位置，在所述位置中，形成于环形齿轮延伸部24的自由端处的齿轮齿52与形成于离合器套筒26的第一端56处的齿轮齿54分离。一般通过偏压件46的偏压力来保持打开位置。

为了将离合器套筒26机械耦接到离合器毂32，离合器套筒26进一步包括多个滚珠轴承58(在这个视图中仅一个滚珠轴承可见)，所述滚珠轴承58被保持在离合器套筒的第二端60。提供保持架组件62，其单独将滚珠轴承58保持在第二端60。在针对离合器组件36所示的打开位置，每一个滚珠轴承58直接接触位于离合器毂32的第一端68处的多个螺旋弯曲或螺旋凹槽66(在这个视图中仅一个螺旋凹槽可见)的凹槽端面64。滚珠轴承58在未与凹槽端面64直接接触时可在螺旋凹槽66内旋转和/或可滑动地移位。离合器套筒26随着滚珠轴承58在螺旋凹槽66内移位而轴向移位。每一个螺旋凹槽66的长度“C”是预定的，以在离合器套筒26的方向“A”和相对方向“B”上形成总轴向位移，所述总轴向位移由离合器毂32的轴向旋转引起。如先前所述，离合器毂32由轴承34可旋转地指出，并且还由夹钳70防止在方向“A”或相对方向“B”上轴向移位。

离合器毂32的轴向旋转由齿轮72的啮合旋转引起，齿轮72根据若干方面是其齿与离合器毂32的齿轮齿74啮合的正齿轮。齿轮72由致动件旋转，所述致动件根据若干方面限定由电动机轴78连接到齿轮72的致动器马达76。电动机轴79可延伸穿过形成在外壳12的端壁82中的轴孔80，端壁82也支撑致动器马达76。未示出的一个或多个密封件可定位在轴孔80中以可旋转地密封电动机轴78。根据若干方面，致动器马达76被提供为DC无刷式电动机，但其它电动机设计也可用于本发明的范围内。根据其它方面，致动器马达76可以被密封并定位在外壳12内，靠近端壁82的向内表面。根据其它方面，致动器马达76可选择性地操作以在相对旋转方向上旋转，使得离合器毂32可以在相对旋转方向中的任一个方向上旋转。这允许离合器套筒26在方向“A”或相对方向“B”上轴向移位，以便即使在扭转负荷下也能接合或分离环形齿轮延伸部24。致动器马达76的操作可由还用于控制其他传动装置控制功能的操作的传动装置控制系统(未示出)来控制。

当致动器马达76由端壁82支撑时，电动机轴78的纵旋转轴84平行于纵轴38定向并从纵轴38偏移，以允许通过正齿轮72连接到离合器毂32。从所示的离合器组件36的打开位置，给致动器马达76通电以旋转离合器毂32并从而使离合器套筒26在方向“B”上轴向移位，直到离合器套筒26的齿轮齿54与环形齿轮延伸部24的齿轮齿52啮合为止。这种啮合式接合限定参考图6更详细示出和描述的离合器闭合位置。让致动器马达76保持通电，以抵抗偏压件46的偏压力将离合器组件36保持在闭合位置。使离合器套筒26在打开与闭合位置之间或在闭合与打开位置之间完全轴向移位所需的致动器马达76的致动时间是专用的，并且将产生螺旋凹槽66的几何形状与致动器马达76大小/额定功率之间的平衡。应了解，致动时间将在约100ms至约300ms之间变化。

因为滚珠轴承58被保持为与离合器套筒26呈轴向固定关系并且在形成于离合器毂32中的螺旋凹槽66内移位，所以离合器毂32的轴向旋转(其中离合器毂32在纵轴38的方向上是固定无位移的)将离合器毂32的旋转力转换成具有轴向分量(平行于纵轴38)的抵抗滚珠轴承66作用的力。因为滚珠轴承58与螺旋凹槽66的壁直接接触，所以滚珠轴承66被迫在螺旋凹槽66内移位，从而使离合器套筒26轴向移位。偏压件46和螺旋凹槽66的螺旋形状使得通过在离合器组件36卸载(例如，车辆处于停泊位置)之后及在致动器马达76故障的情况下仅使用偏压件46的所施加力来自动打开离合器组件36。

参考图3并再次参考图1至图2，离合器套筒26包括形成于第二端60的向内壁中的周向凹槽或狭槽86。滚珠轴承58部分地定位在狭槽86内并且如先前所述由保持架组件62单独保持并分隔。狭槽86被定位成靠近第二端60的端面88，从而在内壁端面89与离合器毂32的第一端68之间提供空隙，从而允许随着离合器毂32在离合器套筒26内的轴向位移的滑动运动。

参考图4并且再次参考图1至图3，离合器毂32在向外圆柱壁90中提供螺旋凹槽66，每一个螺旋凹槽66(例如)由机械加工操作形成。每一个滚珠轴承58仅占用螺旋凹槽66的部分深度，滚珠轴承58的约50％或更多延伸出螺旋凹槽66。每一个螺旋凹槽66开始于或开口于部分延伸穿过第一端面94的第一端92处，并且延伸到定位在第一端面94与相对的第二端面96之间的距离的约50％处的凹槽端面64。所述距离在预定离合器套筒26的所需轴向位移时可以改变。多个轮齿74定向为平行于离合器毂32的纵轴100，并且因此在沿圆柱壁90的轴向方向上延伸，并开始于第二端面96。离合器毂32的内座圈98接触参考图1和图2所示和描述的衬套34。离合器毂32的纵轴100与传动装置10的纵轴38在参考图2所示的其安装位置同轴地对齐。

参考图5并再次参考图1至图4，在离合器组件打开位置，离合器套筒26的齿轮齿54脱离环形齿轮22的环形齿轮延伸部24的齿轮齿52而定位并且因此与齿轮齿52分离。在此位置，发动机扭矩不能被传递到差动器18。每个滚珠轴承58被定位成与螺旋凹槽66的凹槽端面64直接接触或呈靠近关系。从打开位置，为了接合离合器组件36，离合器毂32在旋转方向“D”上轴向旋转，这将因此而使离合器套筒26轴向移位。一般打开的离合器组件36与定位在空挡的驱动单元同时出现。当车辆处在停泊状态、当车辆换挡到空挡(即，用于牵引)或当车辆正在行驶但不需要电动机以便减小系统损耗(即，滑行)时，可以实现这种情况。

参考图6并且再次参考图1至图5，所示的离合器闭合位置导致离合器毂32的相继轴向旋转和离合器套筒26在方向“B”上的轴向位移。在离合器闭合位置中，离合器套筒26的齿轮齿54与环形齿轮22的环形齿轮延伸部24的齿轮齿52啮合。离合器组件36将在传动装置10必须提供扭矩的任何时候闭合。发动机扭矩可在闭合位置转移到差动器18。施加到离合器组件36的负荷由于驱动扭矩而来自环形齿轮22上的扭矩。本发明的离合器组件36的设计允许离合器套筒26即使在充分施加的扭矩加载下并且在传动装置10的所有周围操作温度下也能由离合器毂32的轴向旋转来轴向移位。

参考图7并且再次参考图1至图6，展示了环形齿轮22的环形齿轮延伸部24的齿轮齿52的几何形状和离合器套筒26的齿轮齿54的几何形状。齿轮齿52分别包括具有第一倾斜面104和不同导向的第二倾斜面106的凿子形端102。每一个齿轮齿52具有共同的宽度“E”。离合器套筒26的齿轮齿54类似地成形，每一个齿轮齿包括具有第一倾斜面110和不同导向的第二倾斜面112的凿子形端108。连续的齿轮齿54由共同大小的谷部114分离，所述谷部被规定大小以允许一个齿轮齿54的滑动接合。凿子形端102、108促进齿轮啮合。

再次参考图1至图7，用于本发明的机动车辆传动装置10的球凸轮致动式犬齿离合器组件36包括具有定位在第一端56的多个齿轮齿54和设置在第二端60的多个滚珠轴承58的离合器套筒26。离合器毂32具有齿轮齿74和在其向外壁90中形成的多个螺旋凹槽66。每一个螺旋凹槽66接收一个滚珠轴承58的一部分(约50％)。致动器马达76旋转与离合器毂32的齿轮齿74啮合的齿轮72，从而操作用于旋转离合器毂32。离合器毂32的旋转通过螺旋凹槽66内的滚珠轴承的平移引起离合器套筒26在所选定的第一方向“A”或相对的第二方向“B”之一上的轴向平移。致动器马达76在第一旋转方向“F”上的操作使离合器套筒26在第二方向“B”上平移，起到使离合器套筒26的多个齿轮齿54与传动系统最终驱动件16的多个齿轮齿52啮合的作用，从而使犬齿离合器组件36与最终驱动件16接合，限定离合器闭合位置。致动器马达76在第二旋转方向“G”上的操作使离合器套筒26在第一方向“A”上平移，起到使离合器套筒26的多个齿轮齿54与传动装置最终驱动件16的多个齿轮齿52分离的作用，从而限定离合器打开位置。

本发明的描述在本质上仅仅是示例性的，并且在不脱离本发明的主旨的变化都预期属于本发明的范围内。这些变化不被示为脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于机动车辆的球凸轮致动式犬齿离合器组件，其包括：

离合器套筒，其具有由所述离合器套筒保持的多个滚珠轴承；

离合器毂，其具有形成在向外壁中的多个螺旋凹槽，所述离合器毂部分定位在所述离合器套筒内，使每一个所述螺旋凹槽接收所述滚珠轴承的一个滚珠轴承的一部分；并且

其中所述离合器毂的旋转通过所述螺旋凹槽内的所述滚珠轴承的平移来引起离合器套筒在所选定的第一方向或相对的第二方向之一上的轴向平移。

2.如权利要求1所述的用于机动车辆的球凸轮致动式犬齿离合器组件，其中所述离合器套筒包括定位成在第一端对齐以便与驱动组件的齿轮齿相啮合的多个齿轮齿，并且其中所述离合器套筒包括设置在第二端的所述多个滚珠轴承。

3.如权利要求1所述的用于机动车辆的球凸轮致动式犬齿离合器组件，其进一步包括具有花键的衬套套筒。

4.如权利要求3所述的用于机动车辆的球凸轮致动式犬齿离合器组件，其中所述离合器套筒进一步包括花键面，所述花键面与所述衬套套筒的所述花键可滑动地连接，并且其中所述离合器套筒在所述第一方向和所述第二方向中的每一个上沿所述花键轴向可滑动；并且进一步包括夹钳件，所述夹钳件定位在所述花键的自由端用作为所述离合器套筒提供前挡块。

5.如权利要求3所述的用于机动车辆的球凸轮致动式犬齿离合器组件，其进一步包括定位成与所述离合器套筒的端面和所述衬套套筒的接触面中的每一个接触的偏置件，所述偏置件一般在所述第一方向上偏置所述离合器套筒。

6.如权利要求3所述的用于机动车辆的球凸轮致动式犬齿离合器组件，其中所述离合器毂和所述离合器套筒在纵轴线上同轴对齐，所述离合器毂的所述旋转限定相对于所述纵轴线的轴向旋转以及所述离合器套筒在平行于所述纵轴线的所述第一方向或所述第二方向之一上的平移。

7.如权利要求1所述的用于机动车辆的球凸轮致动式犬齿离合器组件，其中在所述离合器组件的打开位置，每一个所述滚珠轴承与形成在所述离合器毂的第一端中的所述螺旋凹槽的凹槽端面直接接触。

8.如权利要求1所述的用于机动车辆的球凸轮致动式犬齿离合器组件，其中每一个所述螺旋凹槽的长度是预定的并且限定所述离合器套筒的第一方向和相对的第二方向中的每一个方向上的总轴向位移，所述总轴向位移是由所述离合器毂的轴向旋转引起的。

9.如权利要求1所述的用于机动车辆的球凸轮致动式犬齿离合器组件，其中所述离合器套筒包括在靠近所述离合器套筒的一端的向内壁中形成的周向狭槽，所述滚珠轴承部分地定位在所述狭槽内并且由保持架组件单独保持和分隔，并且其中所述狭槽被定位成靠近所述端的端面，从而在所述离合器套筒的内壁端面与所述离合器毂的相对端之间提供空隙，从而允许所述离合器毂在所述离合器套筒内的自由滑动运动。

10.如权利要求1所述的用于机动车辆的球凸轮致动式犬齿离合器组件，其中所述螺旋凹槽分别形成在所述离合器毂的向外圆柱壁中，并且其中每一个螺旋凹槽开始于所述离合器毂的第一端并部分延伸穿过所述离合器毂的第一端面，并延伸到定位在所述离合器毂的所述第一端面与相对的第二端面之间的距离的约50％处的凹槽端面，并且

其中每一个所述滚珠轴承仅占用所述螺旋凹槽的部分深度，所述滚珠轴承的约50％或更多延伸出所述螺旋凹槽。