CN107076225B - 多模式离合器装置 - Google Patents

Abstract

一种用于选择性地防止旋转部件的旋转的离合器可以包括第一棘爪和第二棘爪，其可在与旋转部件接合与脱离旋转部件之间枢转以选择性地防止或允许旋转部件在一个或两个方向上的旋转。可在第一电枢位置与第二电枢位置之间移动的电枢可以具有枢转地连接至其并且接合第一棘爪和第二棘爪的共用构件，其中转矩弹簧将共用构件偏置成朝第一棘爪且远离第二棘爪旋转。在中间电枢位置中，共用构件可以使第一棘爪脱离旋转部件并同时接合第二棘爪以允许在一个方向上旋转，同时防止在相反方向上旋转。在实施例中，离合器可以包括凸轮致动器，该凸轮致动器旋转成选择性地控制棘爪与旋转部件的接合以及在一个或两个方向上的锁定。

Description

多模式离合器装置

技术领域

本公开大体上涉及离合器，并且更具体地涉及具有与旋转元件接合用于选择性地锁定该元件以防其旋转并且允许该元件在一个或两个方向上自由旋转的多个模式的离合器。

背景技术

汽车通常包括具有旋转曲轴的内燃机，该旋转曲轴配置成通过驱动轴从发动机传递原动力以转动车轮。变速器插置在发动机与驱动轴部件之间以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，对应手动操作的离合器可以插置在发动机与变速器之间以选择性地将曲轴与驱动轴接合以及使曲轴脱离驱动轴以促进可用变速器传动比之间的手动换档。

另一方面，如果变速器是自动的，那么变速器将通常包括适用于在不需要驾驶员介入的情况下在各个可用传动比之中动态地换档的内部多个自动致动离合器单元。多个这样的离合器单元(又称为离合器模块)结合在这样的变速器内以促进自动传动比改变。

在汽车的自动变速器中，从三个至十个前进传动比的任何传动比是可用的(不包括倒车档)。各个齿轮在结构上可以包括内部齿轮、中间齿轮，诸如由行星架支撑的行星或小齿轮，以及外部环形齿轮。具体的变速器离合器可以与变速器内的多组具体的可选齿轮相关联以促进期望的传动比改变。

因为自动变速器包括多个齿轮组以适应多个传动比，所以用于在各个可用操作模式之间和/或之中自动地切换离合器模块的致动器的可靠性一直是设计时需要考虑的。还期望当离合器模块接合齿轮和与齿轮脱离时提供操作模式之间的平稳转变。这些考虑在其它操作环境中也是重要的，在其它操作环境中，可以实施多模式离合器模块以选择性地允许和限制诸如齿轮、轴、变矩器部件等旋转部件的旋转。因此，为了寻找在具备竞争性成本的情况下确保致动器可靠性和无缝执行的方法时付出了诸多努力。

发明内容

在本公开的一个方面中，公开了一种用于选择性地防止旋转部件的旋转的离合器。离合器可以包括：第一棘爪，其能够围绕第一棘爪枢轴在与旋转部件接合以防止旋转部件在第一方向上旋转与脱离旋转部件以允许旋转部件在第一方向上旋转之间枢转；第二棘爪，其能够围绕第二棘爪枢轴在与旋转部件接合以防止旋转部件在第二方向上旋转与脱离旋转部件以允许旋转部件在第二方向上旋转之间枢转；以及电枢，其能够在第一电枢位置与第二电枢位置之间移动。离合器可以进一步包括：共用构件，其枢转地连接至电枢并且接合第一棘爪和第二棘爪以将第一棘爪和第二棘爪在与旋转部件接合与脱离旋转部件之间移动；以及转矩弹簧，其将共用构件偏置以朝向第一棘爪并且远离第二棘爪旋转。当电枢在第一电枢位置中时，共用构件接合第一棘爪和第二棘爪以使第一棘爪和第二棘爪脱离旋转部件并且允许旋转部件在第一方向和第二方向上旋转，当电枢在第二电枢位置中时，共用构件接合第一棘爪和第二棘爪以使第一棘爪和第二棘爪接合旋转部件并且防止旋转部件在第一方向和第二方向上旋转，以及当电枢在第一电枢位置与第二电枢位置之间的中间电枢位置中时，共用构件接合第一棘爪以使第一棘爪脱离旋转部件并且允许旋转部件在第一方向上旋转，以及接合第二棘爪以使第二棘爪接合旋转部件并且防止旋转部件在第二方向上旋转。

在各个实施例中，离合器可以包括将电枢朝第一电枢位置偏置的电枢复位弹簧、联接至电枢并且能够致动成将电枢从第一电枢位置移动至第二电枢位置的致动器，并且该致动器可以致动成将电枢维持在中间电枢位置处。在其它实施例中，离合器可以包括：棘爪弹簧，其连接至电枢或离合器壳体并且将第一棘爪和第二棘爪偏置朝向与旋转部件接合。共用构件可以包括具有接合第一棘爪的第一远端和接合第二棘爪的第二远端的底表面，电枢可以包括从电枢向外延伸的枢转臂，且共用构件可以枢转地安装在枢转臂上用于使共用构件相对于电枢旋转，且转矩弹簧可以安装至电枢和共用构件并且可以包括缠绕枢转臂的线圈部分、接合电枢的第一弹簧臂以及接合共用构件的第二弹簧臂。在其它配置中，电枢可以包括从电枢向外延伸的上部枢转臂、从电枢向外延伸并且沿电枢与上部枢转臂轴向间隔开的下部枢转臂，其中共用构件枢转地安装在电枢上介于上部枢转臂与下部枢转臂之间。

在本公开的另一个方面中，公开了一种防止齿轮旋转运动的离合器。离合器可以包括具有第一趾部并且围绕第一棘爪枢轴枢转的第一棘爪、具有第二趾部并且围绕第二棘爪枢轴枢转的第二棘爪，以及旋转成选择性地控制第一趾部和第二趾部与齿轮的接合的凸轮致动器。

在各个实施例中，凸轮致动器可以接合第一棘爪的第一跟部以及第二棘爪的第二跟部，且离合器可以包括偏置抵靠第一棘爪的第一跟部和第二棘爪的第二跟部的弹簧。在其它实施例中，离合器可以包括连接凸轮致动器和第一趾部的第一机械连杆以及连接凸轮致动器和第二趾部的第二机械连杆。当凸轮致动器位于第一模式中时，第一趾部和第二趾部不接合齿轮，当凸轮致动器位于第二模式中时，第一趾部接合齿轮以防止齿轮在第一方向上旋转且第二趾部不接合齿轮，并且当凸轮致动器位于第三模式中时，第二趾部接合齿轮以防止齿轮在第二方向上旋转且第一趾部不接合齿轮。当凸轮致动器位于第四模式中时，第一趾部和第二趾部接合齿轮以防止齿轮在第一方向和第二方向上旋转。在一个实施例中，凸轮致动器可以包括具有第一隆起以及第二隆起和主卡销的外部凸轮表面，其中当凸轮致动器位于第一模式中时，主卡销接合第一棘爪且第二隆起接合第二棘爪以使第一趾部和第二趾部接合齿轮以防止齿轮在第一方向和第二方向上旋转，当凸轮致动器位于第二模式中时，第一隆起接合第一棘爪以使第一趾部接合齿轮以防止齿轮在第一方向上旋转且第二隆起接合第二棘爪使得第二趾部不接合齿轮，当凸轮致动器位于第三模式中时，第一隆起接合第一棘爪且第二隆起接合第二棘爪使得第一趾部和第二趾部不接合齿轮，以及当凸轮致动器位于第四模式中时，第一隆起接合第一棘爪使得第一趾部不接合齿轮且主卡销接合第二棘爪以使第二趾部接合齿轮以防止齿轮在第二方向上旋转。

本专利的权利要求书限定了另外的方面。

附图说明

图1是当离合器相对于离合器控制的齿轮定位时该离合器的实施例的透视图；

图2是当离合器相对于离合器控制的齿轮定位时该离合器的实施例的平面图；

图3是当离合器相对于离合器控制的齿轮定位时该离合器的实施例的平面图，其中该离合器的壳体的一部分已移除；

图4是图3的离合器的实施例的平面图，其中该离合器的凸轮致动器相对于离合器控制的齿轮位于第一模式中；

图5是图3的离合器的实施例的平面图，其中该离合器的凸轮致动器相对于离合器控制的齿轮位于第二模式中；

图6是图3的离合器的实施例的平面图，其中该离合器的凸轮致动器相对于离合器控制的齿轮位于第三模式中；

图7是图3的离合器的实施例的平面图，其中该离合器的凸轮致动器相对于离合器控制的齿轮位于第四模式中；

图8是离合器的另一个实施例的平面图，其中该离合器的壳体的一部分已移除；

图9是当离合器相对于离合器控制的齿轮位于第一或解锁模式中时该离合器的进一步替代性实施例的平面图，其中该离合器的壳体的一部分已移除；

图10是图9的离合器的实施例的离合器壳体的透视图；

图11是图9的离合器的实施例的平面图，其中共用构件以部分横截面示出；

图12是图9的离合器的实施例的平面图，其中离合器相对于离合器控制的齿轮位于中间模式中；

图13是图9的离合器的实施例的平面图，其中离合器相对于离合器控制的齿轮位于第二或双向锁定模式中；

图14是当离合器相对于离合器控制的齿轮位于第一或解锁模式中时该离合器的又进一步替代性实施例的平面图，其中该离合器的壳体的一部分已移除；

图15是图14的离合器的实施例的平面图，其中离合器相对于离合器控制的齿轮位于中间模式中；以及

图16是图14的离合器的实施例的平面图，其中离合器相对于离合器控制的齿轮位于第二或双向锁定模式中。

具体实施方式

虽然下文阐明了众多不同实施例的具体实施方式，但是应当理解的是，合法保护范围是由本专利结束时阐明的权利要求书的文字限定。具体实施方式应被解释为仅示例性的且并未描述每个可能的实施例，这是因为描述每个可能的实施例即使有可能也将是不切实际的。可使用当前技术或本专利的申请日之后开发出的技术来实施众多替代性实施例，但这仍将属于限定保护范围的权利要求书的范围。

还应当理解的是，除非本专利中使用声明术语在此限定为具有指定含义的句子明确地限定了该术语，否则无意明确或暗示地限制该术语的含义超出其字面的或普通的含义，且这样的术语不应解释为基于本专利的任何部分中所作的任何声明(除了权利要求的语言)限制该术语的范围。就在本专利中均以符合单一含义的方式来提及本专利结束时的权利要求书中叙述的任何术语而言，这是仅仅是为了清楚起见以免引起读者的混乱，但并不意图暗示地或相反地将这样的权利要求术语限制为该单一的含义。

下文所述的离合器的第一实施例可控制旋转部件(诸如具有多个齿、嵌齿、棘爪或类似部件的齿轮)的旋转运动。离合器可包括第一棘爪和第二棘爪，它们围绕分开的轴枢转以选择性地接合和脱离齿轮并且允许或防止齿轮的旋转运动。第一棘爪和第二棘爪可由凸轮致动器控制，该凸轮致动器将第一棘爪、第二棘爪或这两个棘爪移动成与齿轮接触以及使第一棘爪、第二棘爪或这两个棘爪脱离齿轮。所示且所述的离合器的实施例可在获益于控制齿轮的多种应用中使用。离合器可用于控制齿轮在车辆变速器内的移动，但是涉及选择性地允许旋转运动的其它应用也是可行的。

转向图1至图3，其示出了当离合器10接合齿轮12时离合器10的实施例。在此实施例中，离合器10包括由离合器壳体24承载的主卡销或第一棘爪14、次级棘爪或第二棘爪16、弹簧18、凸轮致动器20以及驱动链轮22。离合器10可定位成邻近于齿轮12使得第一棘爪14和第二棘爪16的部分选择性地接合位于齿轮12的外表面28上的齿轮齿26。虽然齿轮齿26在此实施例中示为在外表面28上，但是其它配置是可行的。例如，离合器10可结合不同的齿轮设计(诸如本领域技术人员所已知的内正齿轮或花键)使用。齿轮12的旋转可包括四种状态：无阻碍旋转、完全防止旋转、仅顺时针方向旋转以及仅逆时针旋转的旋转。凸轮致动器20可通过选择性地相对于齿轮12接合以及脱离第一棘爪14、第二棘爪16或这二者来控制离合器10以允许齿轮12根据这四种状态中的一种状态移动。

第一棘爪14可包括主趾部或第一趾部30以及主跟部或第一跟部32，而第二棘爪16可包括次级趾部或第二趾部34以及次级跟部或第二跟部36。主卡销枢轴或第一棘爪枢轴38可位于第一趾部30与第一跟部32之间或第一趾部30和第一跟部32处，而次级棘爪枢轴或第二棘爪枢轴40可位于第二趾部34与第二跟部36之间。弹簧18可由离合器壳体24承载，并且将第一跟部32和第二跟部36这二者偏置成与凸轮致动器20接触。弹簧18的力还可将第一棘爪14和第二棘爪16围绕它们的相应枢轴38、40枢转使得第一趾部30和第二趾部34接合齿轮齿26。

图3中所示的离合器10的实施例包括具有多个齿42的驱动链轮22。凸轮致动器20的凹部可接纳齿42并且将来自驱动链轮22的旋转力传输至凸轮致动器20。当驱动链轮22在一个方向上旋转时，其使凸轮致动器20在相反方向上旋转，且在该过程中控制第一棘爪14和第二棘爪16。驱动链轮22可由用于产生旋转运动的多种电或机械装置提供动力。例如，驱动链轮22可使用电动马达、螺线管、液压驱动或其它类似装置而旋转。在替代性实施例中，可以使用线性致动器来代替驱动链轮22以经由诸如齿条和小齿轮装置的适当机械连接件驱动凸轮致动器20。虽然图3描述了由驱动链轮22控制的凸轮致动器20，但是还可在没有驱动链轮22的情况下实施离合器10使得电/机械装置直接旋转凸轮致动器20。凸轮致动器20可包括外部凸轮表面44，其成形为使得第一棘爪14和第二棘爪16可响应于凸轮致动器20在一个方向上的旋转而按顺序致动。外部凸轮表面44还可包括主隆起或第一隆起46、主卡销48以及次级隆起或第二隆起50。将相对于图4至图7更详细地描述凸轮致动器20以及外部凸轮表面44的各个部分的操作。

当第一趾部30和第二趾部34分别围绕第一棘爪枢轴38和第二棘爪枢轴40由弹簧18偏置成与齿轮齿26接触时，可防止齿轮12在顺时针和逆时针方向上围绕轴线A旋转。在凸轮致动器20的此位置中，外部凸轮表面44的第一隆起46和第二隆起50分别允许第一棘爪14和第二棘爪16朝齿轮12的外表面28旋转。这可称为第一模式、双向锁定模式或默认模式并且在图4中示出。虽然“顺时针”和“逆时针”在本文是为了区分实施例的说明与元件的旋转方向，但是元件的旋转也可视为在“第一旋转方向”上和与第一旋转方向相反的“第二旋转方向”上。

在第二模式或单向锁定模式中，离合器10可允许齿轮12如附图中所示般在顺时针方向上旋转，但是防止逆时针方向上的旋转运动。图5中示出用于第二模式的离合器10的部件的配置。为了配置用于第二模式的离合器10，凸轮致动器20可在顺时针方向上旋转使得第二隆起50将第二跟部36朝齿轮齿26移位。第二棘爪16可在顺时针方向上枢转并且使第二趾部34脱离齿轮齿26，从而允许齿轮12在顺时针方向上自由旋转。随着齿轮12在顺时针方向上旋转，齿轮齿26将第一棘爪14在逆时针方向上旋转并且将第一趾部30抵着弹簧18在向外方向上朝离合器10移动，该弹簧作用在第一跟部32上并且将第一趾部30在顺时针方向上向后朝齿轮齿26偏置。由第二隆起50使用来释放第二趾部34的角旋转的大小可等于或小于主卡销48的圆弧。主卡销48可成形成使得当凸轮致动器20旋转并且将第二棘爪16与第二隆起50移动时，尽管凸轮致动器旋转，主卡销48允许第一趾部30保持与齿轮齿26接合。

图6中示出第三模式或双向解锁模式，其中凸轮致动器20继续在顺时针方向上旋转超过其第二模式中的位置以使第一趾部30以及第二趾部34脱离齿轮齿26。在第三模式期间，第二隆起50可包括将第二趾部34与齿轮齿26维持为脱离关系的轮廓，同时第一跟部32由第一隆起46接合并且朝齿轮齿26枢转。随着第一跟部32克服弹簧18的力朝齿轮齿26移动，第一趾部30可与齿轮齿26脱离。当第一趾部30和第二趾部34与齿轮齿26脱离时，齿轮12在顺时针或逆时针方向上自由旋转。

凸轮致动器20可继续在顺时针方向上从第三模式旋转至第四模式或另外的单向锁定模式(图7)，其允许齿轮12仅在逆时针方向上旋转。随着凸轮致动器20从其在第三模式中的位置移动至第四模式，外部凸轮表面44的第二隆起50可以旋转超过第二跟部36并且将第二跟部36与主卡销48对准。随着第二跟部36在第二隆起50与主卡销48之间转变，弹簧18的力将第二棘爪16在逆时针方向上旋转，因此第二跟部36朝外部凸轮表面44的主卡销48移动，由此将第二趾部34枢转成与外表面28和齿轮齿26接触。虽然第二趾部34接合齿轮齿26，但是第一隆起46可将第一趾部30维持在相对于齿轮齿26的脱离位置中。第一趾部30和第二趾部34的相对位置可防止齿轮12在顺时针方向上的旋转运动，同时允许逆时针方向上的旋转运动。

除图1至图7中所示，离合器的其它实施方案也是可行的。例如，图8描绘包括第一棘爪14、第二棘爪16以及凸轮致动器20的离合器10的实施例。在此，凸轮致动器20可经由主或第一机械连杆52连接至第一趾部30并且可经由次级或第二机械连杆54连接至次级或第二趾部34。主或第一弹簧56和次级或第二弹簧58可分别包括在第一机械连杆52和第二机械连杆54中。图8描绘控制第一机械连杆52和第二机械连杆54这二者的单个凸轮致动器20。如所示，第一趾部30和第二趾部34这二者与齿轮齿26脱离以允许齿轮12以类似于如图6中所示的第三模式的方式在任一方向上自由旋转。在此实施方案中，凸轮致动器20可在逆时针方向上旋转以将第一趾部30进一步拉离齿轮齿26，同时凸轮致动器20还可经由第二机械连杆54在第二趾部34上施用力以将第二棘爪16的第二趾部34旋转成与齿轮齿26接合。类似于图7的第四模式，允许齿轮12在逆时针方向上旋转并同时防止其在顺时针方向上旋转。齿轮12可随着其在逆时针方向上旋转而克服由第二弹簧58施加的力，且齿轮齿26将使第二趾部34朝凸轮致动器20移动，但是第二趾部34将接合齿轮齿26以防止在顺时针方向上旋转。相反地，凸轮致动器20可在顺时针方向上旋转以将第二趾部34拉离齿轮齿26。同时，凸轮致动器20还可经由第一机械连杆52在第一趾部30上施加力以接合齿轮齿26。这可以类似于图5中所示的第二模式的方式允许齿轮12在顺时针方向上旋转并同时防止其在逆时针方向上旋转。齿轮12可在顺时针方向上旋转，且齿轮齿26可将第一趾部30朝凸轮致动器20移动并且克服由第一弹簧56施加的力。

图8中所示的离合器10的实施方案可每次防止仅一个方向上的旋转，或允许两个方向上的自由旋转。然而，应当明白的是，本文所述的离合器10的其它实施方案是可行的。例如，图1至图7中所示的凸轮致动器20可用使用第一凸轮致动器和第二凸轮致动器的离合器10替换。即，离合器10可使用两个凸轮致动器以直接从这些模式中的任何一个模式移动至任何其它模式而不进入中间模式，而非使用按顺序进入上述第四模式的单个凸轮。这两个凸轮致动器可同时接合第一棘爪14和第二棘爪16、同时脱离第一棘爪14和第二棘爪16，或单独接合或脱离第一棘爪14和第二棘爪16。即，凸轮可同时致动或同时停用。在另一个实施方案中，离合器10可配置成省去第一棘爪14或第二棘爪16。省去棘爪14、16中的一个可呈现允许齿轮12的自由移动或限制一个方向上的旋转运动的单向或双模式离合器10。在另一个示例中，图8中所示的离合器10可使用第一凸轮致动器和第二凸轮致动器。在这样的装置中，上文讨论的四种操作模式可在趾部致动的系统中实现。

图9至图14中示出离合器100的进一步替代性实施例。参考图9，如所示的离合器100是利用齿轮102实施以通过选择性地接合和脱离设置在齿轮102的外表面106上的齿轮齿104来控制齿轮102的旋转。虽然齿轮齿104在此实施例中示出在外表面106上，但是其它配置是可行的，诸如具有不同齿轮设计(诸如如上述实施例所讨论的内正齿轮或花键)的离合器100的使用。在此实施例中，离合器100包括承载在离合器支架或离合器壳体112上的主或第一棘爪108和次级或第二棘爪110，以及将控制棘爪108、110的定位以锁定和解锁离合器100的致动器114。离合器壳体112以横截面示出以便于位于其中的离合器100的部件的说明和描述。以类似于上文针对棘爪14、16所描述的方式，第一棘爪108可包括第一齿接合端或第一趾部116以及第一释放端或第一跟部118，而第二棘爪110可包括第二齿接合端或第二趾部120以及第二释放端或第二跟部122。具有第一枢轴端的第一棘爪枢轴124可位于第一趾部116与第一跟部118之间，且具有第二枢轴端的第二棘爪枢轴126可位于第二趾部120与第二跟部122之间，且可安装在如下文讨论的离合器壳体112的对应孔隙中以允许棘爪108、110在锁定位置与解锁位置之间枢转。

图10中更详细地示出离合器壳体112。离合器壳体112包括基本上U形横截面和离合器100的元件可从其中穿过的多个孔隙。离合器壳体112包括用于接纳第一棘爪108的第一棘爪枢轴124的对应端部的主或第一棘爪孔隙128以及用于接纳第二棘爪110的第二棘爪枢轴126的对应端部的次级或第二棘爪孔隙130。第一棘爪孔隙128和第二棘爪孔隙130可在离合器壳体112的相对侧132、134上彼此轴向地间隔开。孔隙128、130的轴向间隔可允许第一棘爪108和第二棘爪110各自分别围绕位于侧132、134之间并且穿过侧132、134的不同轴线136、138枢转。离合器壳体112可以具有用于将如下文进一步讨论的离合器100的其它部件的另外的开口，包括穿过侧132、134的竖直狭槽140以及穿过离合器壳体112的顶壁144的电枢孔隙142。离合器壳体112可由本领域技术人员明白的多种材料形成。在一个实施方案中，离合器壳体112可使用挤压技术由金属合金形成。然而，应当明白的是，离合器壳体112的形状和设计可偏离本文所示的形状和设计。

返回图9，如所示的致动器114可以是螺线管、液压或能够如本文所述般产生线性运动的其它适当类型的线性致动器。在替代性实施例中，致动器可以是旋转致动器，诸如由连杆或本领域中已知用于将由旋转致动器产生的旋转转换为本文所述的线性运动的其它适当机构操作地连接至离合器100的元件的步进马达。所示出的致动器114可以包括从其延伸穿过离合器壳体112的电枢孔隙142并且进入离合器壳体112的内部而至第一电枢位置或延伸的电枢位置的活塞或电枢146。电枢146可以包括枢转臂148，其在电枢146的两侧上向外延伸并且由穿过离合器壳体112的侧132、134的竖直狭槽140接纳以允许电枢146在由竖直狭槽140允许的极限内向上和向下线性地移动。枢转臂148可以穿过电枢146并且向外延伸。在替代性实施例中，枢转臂148可以与电枢146形成为一体。

离合器100进一步包括共用构件150，共用构件150枢转地安装在电枢146的枢转臂148上并且设置在第一棘爪108和第二棘爪110上，其中共用构件150的底表面的主或第一远端152接合第一跟部118且次级或第二远端154接合第二跟部122。枢转臂148接纳在共用构件150的任一侧上的对应共用构件枢转孔隙156中使得共用构件150可以围绕分别近似平行于棘爪108、110的轴线136、138的轴线枢转。图11中更详细地示出电枢146与共用构件150之间的互连，在图11中共用构件150以部分横截面示出。穿过共用构件150的竖直开口158(电枢146从其中穿过)提供足够多空间使得在离合器100的操作期间共用构件150围绕枢转臂148枢转而不接合电枢146，如下文更完全讨论的。当枢转臂148是单独部件时，共用构件150可以相对于电枢146定位，且接着枢转臂148可以插入穿过枢转孔隙156以及穿过电枢146的对应孔。如果电枢146和枢转臂148形成为一体，那么共用构件150可以形成为两半，这两半可安装在枢转臂148上位于电枢146的每一侧上并且接着固定在一起。在进一步替代性实施例中，电枢146和共用构件150可以同时通过三维打印、喷射模塑或其它适当的集成制造技术形成。

图11还示出各种偏置机构，这些偏置机构可以用于在离合器100的操作期间控制电枢146、共用构件150以及棘爪108、110的移动。可以提供压缩弹簧或电枢复位弹簧160以当未致动该致动器114时将电枢146和共用构件150朝图9和图11中所示的正常或双向解锁位置偏置。在本实施例中，电枢复位弹簧160是螺旋弹簧，其设置在电枢146周围并且位于离合器壳体112的顶壁144的内表面162与共用构件150的顶表面164之间以将共用构件150偏置远离致动器114。利用此配置，电枢复位弹簧160可以允许共用构件150围绕枢转臂148枢转并同时施加偏置力。电枢复位弹簧160的螺旋弹簧装置仅仅是示例性的，且本领域技术人员将明白用于将电枢146和共用构件150朝所示出位置偏置并同时允许共用构件150枢转的偏置机构的其它配置。

可以提供扭转弹簧或转矩弹簧166以将共用构件150偏置成如图9和图11中所示般在逆时针方向上围绕枢转臂148旋转。如所示，转矩弹簧166包括缠绕电枢146的枢转臂148的线圈部分168、接合电枢146的第一弹簧臂170以及接合共用构件150的第二弹簧臂172。转矩弹簧166的线圈部分168中的张力趋向于拉动或旋转弹簧臂170、172朝向彼此。由于第一弹簧臂170固定至电枢146，第二弹簧臂172将如图9和图11中所示般朝电枢146逆时针旋转，并且导致共用构件150的对应旋转。转矩弹簧166的所示出布置仅仅是示例性的，且发明者设想到用于使共用构件150相对于电枢146旋转的偏置机构的其它配置。

除电枢复位弹簧160和转矩弹簧166外，离合器100可以包括呈接合与共用构件150的远端152、154相对的棘爪108、110的跟部118、122的棘爪弹簧174的形式的另外的偏置机构。棘爪弹簧174可以是悬臂或片簧，其在远端176处连接至电枢146，与致动器114相对并且在共用构件150下方或外部。棘爪弹簧174可以具有第一弹簧部分178，其朝第一棘爪108的第一跟部118向外延伸并且接合该第一跟部以提供趋向于将第一棘爪108如所示般在逆时针方向上旋转的偏置力。以类似方式，第二弹簧部分180朝第二棘爪110的第二跟部122向外延伸并且接合该第二跟部以提供趋向于将第二棘爪110所如所示般在顺时针方向上旋转的偏置力。以此方式配置，棘爪弹簧174趋向于将棘爪108、110的趾部116、120朝齿轮102的外表面106旋转并且旋入它们的锁定位置中。棘爪弹簧174的所示出装置仅仅是示例性的，且发明者设想到用于使棘爪108、110朝它们的锁定位置旋转的偏置机构的其它配置。例如，棘爪弹簧174可安装至离合器壳体112的内表面162而非电枢146，同时仍然提供必要的偏置力以使棘爪108、110在期望方向上旋转。另外，可以为棘爪108、110中的每一个都提供单独的弹簧，并且单独的弹簧可以具有用于单独地偏置棘爪108、110的任何适当配置以在离合器100的操作期间提供棘爪108、110所需的运动范围，如下文讨论的。

返回图9，离合器100示出为处于第一或正常位置或第一操作模式中，其中棘爪108、110旋转使得趾部116、120脱离齿轮102的齿104且齿轮102在任一方向上自由旋转。这可以视为离合器100的双向解锁位置或模式。当未致动该致动器114时，诸如当液压致动器解除压力或切断螺线管致动器的电力时，电枢146和共用构件150可以由于电枢复位弹簧160的偏置力而移动至此位置。

当期望接合离合器100以锁定齿轮102以防其在一个或两个方向上旋转时，致动器114可以致动成使电枢146克服电枢复位弹簧160的偏置力如附图中所示般向上移动。图12示出电枢146和共用构件150在中间电枢位置或模式中，该中间电枢位置或模式将锁定齿轮102以防止在逆时针方向上旋转同时允许齿轮102在顺时针方向上自由旋转。随着电枢146、共用构件150以及棘爪弹簧174由致动器114向上拉，转矩弹簧166将共用构件150在逆时针方向上偏置与第二弹簧部分180将第二棘爪110在顺时针方向上偏置并且在逆时针方向上推动共用构件150的第二远端154的组合转矩大于第一弹簧部分178将第一棘爪108在逆时针方向上偏置的转矩，其继而在顺时针方向上施加力至共用构件150的第一远端152。在必要时，离合器100可以包括用于一个或两个棘爪108以限制它们朝图9中所示的解锁位置旋转的对应止动件(未示出)。用于第一棘爪108的止动件的存在可以允许调整转矩弹簧166的大小以产生足够转矩以超过由棘爪弹簧174的第一弹簧部分178所产生的转矩，其用于第一弹簧部分178的期望偏转量而不使第一棘爪108在顺时针方向上旋转太远，从而使得第一跟部118可以接合齿轮102的齿104。

随着共用构件150在逆时针方向上旋转至图12中所示的位置同时由电枢146向上拉，第二远端154对应地旋转远离第二棘爪110的第二跟部122，由此允许第二弹簧部分180将第二棘爪110在顺时针方向上朝锁定位置旋转。最后，在图12中所示的中间位置处，第二棘爪110旋转至锁定位置，在该锁定位置中，第二趾部120将接合齿轮102的齿104以防止齿轮102在逆时针方向上旋转。同时，由共用构件150的第一远端152施用至第一棘爪108的第一跟部118的转矩使第一棘爪108保持在解锁位置中使得齿轮102仍然在顺时针方向上自由旋转。取决于致动器114以及离合器100的控制单元(未示出)的配置，图12的中间位置或模式可以是可由致动器114保持以维持单向锁定达延长持续时间的电枢146和共用构件150的离散位置。在离合器100的其它实施方案中，中间位置或模式可以是在如下文讨论的第二或双向锁定位置或模式之前电枢146和共用构件150从其中穿过的瞬间位置。

随着电枢146、共用构件150以及棘爪弹簧174由于来自致动器114作用在电枢复位弹簧160上的力而继续向上移动，棘爪弹簧174的第一弹簧部分178中的偏转和应力将足以克服由转矩弹簧166产生的转矩，以及由棘爪弹簧174的第二弹簧部分180(如果第二跟部122仍然接合共用构件150的第二远端154)产生的转矩。此时，第一弹簧部分178将使第一棘爪108开始在逆时针方向上朝其锁定位置旋转。同时，由第一跟部118接合共用构件150的第一远端152将使共用构件150克服转矩弹簧166以及棘爪弹簧174的第二弹簧部分180的力在顺时针方向上转回。最后，在图13中所示的离合器100的第二电枢位置或双向锁定位置或模式处，第一棘爪108旋转至某一位置，在该位置处，第一趾部116将接合齿轮102的齿104以防止齿轮102在顺时针方向上旋转。第二棘爪110保持在其锁定位置中，因此齿轮102不能在任一方向上旋转。

当离合器100解锁时，致动器114停用使得电枢146和共用构件150在压缩的电枢复位弹簧160的推动下可从图13的第二位置向下移动至图9的第一位置。随着电枢146开始向下移动，共用构件150将在转矩弹簧166的推动下在逆时针方向上旋转。共用构件150的旋转将使第一棘爪108在顺时针方向上旋转并且脱离齿轮102的齿104以首先在顺时针方向上将齿轮102解锁。第二棘爪110最初将如图12中所示般保持在其锁定位置中。在第一棘爪108到达其完全解锁位置之后，电枢146的进一步向下移动以及由第一跟部118接合共用构件150的第一远端152将使共用构件150克服转矩弹簧166的力在顺时针方向上旋转。顺时针旋转使第二跟部122由共用构件150的第二远端154接合并且第二棘爪110对应逆时针旋转脱离图12和13的锁定位置并且进入图9中所示出的解锁位置中。

图14至图16示出了大体上类似于离合器100但具有改进的电枢和共用构件装置的离合器200的进一步替代性实施例。为了清楚简明起见用相同附图标记标示离合器100、200的相同部件。参考图14，离合器200包括由间隔件板206分离的一对壳体板204(靠近移除以显露离合器200内部部件的板)形成的改进的离合器壳体202。壳体板204和间隔件板206可以设置有开口208，开口208配置成接纳并且保持致动器210，该致动器操作以将离合器200在解锁和锁定位置或模式之间移动，如下文将进一步讨论。壳体板204可以进一步包括接纳棘爪枢轴124、126并且允许棘爪108、110围绕棘爪枢轴124、126枢转的棘爪孔隙(未示出)以及类似于上文说明并且描述的这些竖直狭槽的竖直狭槽212。另外在此实施例中，棘爪弹簧174安装在壳体板204之间，其中弹簧部分178、180接合棘爪108、110的跟部118、122以将棘爪108、110朝它们的锁定位置偏置。

致动器210包括从其向下延伸在壳体板204之间的电枢214。在此实施例中，致动器可以包括内部电枢复位弹簧(未示出)，当未致动该致动器210时该电枢复位弹簧将电枢朝图14中所示的向下延伸的位置偏置。电枢214包括向外延伸的(一个或多个)上部枢转臂216且(一个或多个)下部枢转臂218沿着电枢214轴向地间隔开。随着电枢214由电枢复位弹簧延伸且当致动该致动器210时缩回，枢转臂216、218可以延伸穿过壳体板204的对应竖直狭槽212以引导枢转臂216、218。

改进的共用构件220安装在电枢214上介于上部枢转臂216与下部枢转臂218之间并且设置在第一棘爪108和第二棘爪110上，其中共用构件220的底表面的第一远端222接合第一跟部118且第二远端224接合第二跟部122。枢转臂216、218接纳共用构件220使得共用构件220可围绕分别近似平行于棘爪108、110的轴线136、138的轴线枢转。转矩弹簧226可以设置以将共用构件220偏置成在如图14至图16中所示的枢转臂216、218之间逆时针旋转。如所示，转矩弹簧226包括电枢214的枢转臂216、218之间的线圈部分228、接合电枢214的第一弹簧臂230以及接合共用构件220的顶表面234的第二弹簧臂232。转矩弹簧226的线圈部分228中的张力趋向于推动或旋转弹簧臂230、232远离彼此。随着第一弹簧臂230固定至电枢214，第二弹簧臂232将如图14至图16中所示般逆时针旋转远离电枢214，并且产生共用构件220的对应旋转。转矩弹簧226的所示出装置仅仅是示例性的，且发明者设想到用于使共用构件220相对于电枢214旋转的偏置机构的其它配置。

离合器200以大体上类似于上文所示且所述的离合器100的方式操作。参考图14，离合器200的双向解锁位置或模式示为棘爪108、110旋转使得趾部116、120脱离齿轮102的齿104。当未致动该致动器210时，电枢214和共用构件220可以由于电枢复位弹簧的偏置力而移动至此位置。当致动该致动器210时，电枢214克服内部电枢复位弹簧的偏置力向上移动。图15示出电枢214和共用构件220在中间电枢位置或模式中，该中间电枢位置或模式防止齿轮102在逆时针方向上旋转同时允许齿轮102在顺时针方向上自由旋转。共用构件220在逆时针方向上旋转并且在顺时针方向上偏置第一棘爪108以将第一棘爪108维持在解锁位置中。同时，第二远端224旋转远离第二棘爪110的第二跟部122以允许第二弹簧部分180使第二棘爪110在顺时针方向上朝锁定位置旋转且最终旋转至锁定位置，在该锁定位置中，第二趾部120接合齿104以防止齿轮102在逆时针方向上旋转。如上文所讨论，图15的中间位置或模式可以是可由致动器210保持的电枢214和共用构件220的离散位置，或在第二或双向锁定位置或模式之前电枢214和共用构件220从其中穿过的瞬间位置。

随着电枢214和共用构件220继续向上移动，棘爪弹簧174的第一弹簧部分178克服由转矩弹簧226产生的转矩。此时，第一棘爪108开始朝其锁定位置旋转，且第一跟部118将使共用构件220在顺时针方向上转回。在图16中所示的离合器200的第二或双向锁定位置或模式处，第一趾部116将接合齿104以防止齿轮102在顺时针方向上旋转，而第二棘爪110保持在其锁定位置中，因此齿轮102不能在任一方向上旋转。

致动器210停用使得电枢146和共用构件150可从图16的第二位置向下移动至图14的第一位置以解锁离合器200。随着电枢214开始向下移动，共用构件220在转矩弹簧226的推动下在逆时针方向上旋转以使第一棘爪108在顺时针方向上旋转并且脱离齿104以最初解锁齿轮102以使其在顺时针方向上旋转，而第二棘爪110如图15上所示般保持在其锁定位置中。在第一棘爪108到达其完全解锁位置之后，电枢214的进一步向下移动将使共用构件220克服转矩弹簧226的力在顺时针方向上旋转。共用构件220的顺时针旋转使第二棘爪110的逆时针旋转脱离图14和图15的锁定位置并且旋转至图13中所示出的解锁位置中。

工业实用性

上述离合器可选择性地控制第一棘爪和第二棘爪的接合，其各自防止可以具有齿、嵌齿或棘爪的旋转零部件在一个方向上的旋转。离合器可通过经由诸如如上所述的凸轮致动器或共用构件的介入机构将由致动器产生的移动转换为第一棘爪和第二棘爪的旋转选择性地接合和脱离第一棘爪和第二棘爪。在锁定位置中，第一棘爪和第二棘爪的趾部接合旋转零部件的齿或其它元件以防止该零部件旋转。在需要时，离合器可选择性地放置在单向或双向解锁位置中以部分或完全脱离该离合器以允许旋转零部件旋转。在某些实施例中，离合器可包括转矩弹簧，其将共用构件偏置成在一个方向上旋转以按顺序脱离一个棘爪且接着脱离另一个棘爪以在双向锁定位置或模式至单向锁定位置或模式且接着至双向解锁位置或模式之间转变。利用这些配置，根据本公开的离合器可提供从解锁或脱离至锁定或接合的平稳转变(且反之亦然)，这可改进设备的操作者的体验，其中实施离合器且离合器减小该设备的部件上的磨损和撕裂。

虽然下文阐明了众多不同实施例的具体实施方式，但是应当理解的是，合法保护范围是由本专利结束时阐明的权利要求书的文字限定。具体实施方式应被解释为仅示例性的且并未描述每个可能的实施例，这是因为描述每个可能的实施例即使有可能也将是不切实际的。可使用当前技术或本专利的申请日之后开发出的技术来实施众多替代性实施例，但这仍将属于限定保护范围的权利要求书的范围。

Claims (20)

1.一种用于选择性地防止旋转部件旋转的离合器，所述离合器包括：

第一棘爪，其能够围绕第一棘爪枢轴在其中所述第一棘爪与所述旋转部件接合以防止所述旋转部件在第一方向上旋转的锁定位置与其中所述第一棘爪脱离所述旋转部件以允许所述旋转部件在所述第一方向上旋转的解锁位置之间枢转；

第二棘爪，其能够围绕第二棘爪枢轴在其中所述第一棘爪与所述旋转部件接合以防止所述旋转部件在第二方向上旋转的锁定位置与其中所述第一棘爪脱离所述旋转部件以允许所述旋转部件在所述第二方向上旋转的解锁位置之间枢转；

电枢，其能够在第一电枢位置与第二电枢位置之间移动；

共用构件，其枢转地连接至所述电枢并且接合所述第一棘爪和所述第二棘爪以将所述第一棘爪和所述第二棘爪之一或所述第一棘爪和所述第二棘爪二者在相应的所述锁定位置和解锁位置之间移动；以及

转矩弹簧，其将所述共用构件偏置成朝所述第一棘爪和远离所述第二棘爪旋转，

其中，当所述电枢在所述第一电枢位置中时，所述共用构件接合所述第一棘爪和所述第二棘爪以使所述第一棘爪和所述第二棘爪脱离所述旋转部件并且允许所述旋转部件在所述第一方向和所述第二方向上旋转，

其中，当所述电枢在所述第二电枢位置中时，所述共用构件接合所述第一棘爪和所述第二棘爪以使所述第一棘爪和所述第二棘爪接合所述旋转部件并且防止所述旋转部件在所述第一方向和所述第二方向上旋转，并且

其中，当所述电枢在所述第一电枢位置与所述第二电枢位置之间的中间电枢位置中时，所述共用构件接合所述第一棘爪以使所述第一棘爪脱离所述旋转部件并且允许所述旋转部件在所述第一方向上旋转，并且接合所述第二棘爪以使所述第二棘爪接合所述旋转部件并且防止所述旋转部件在所述第二方向上旋转。

2.根据权利要求1所述的离合器，其包括将所述电枢朝所述第一电枢位置偏置的电枢复位弹簧。

3.根据权利要求1所述的离合器，其包括致动器，所述致动器联接至所述电枢并且能够致动成将所述电枢从所述第一电枢位置移动至所述第二电枢位置。

4.根据权利要求3所述的离合器，其中所述致动器能够致动成将所述电枢维持在所述中间电枢位置处。

5.根据权利要求1所述的离合器，其包括棘爪弹簧，所述棘爪弹簧连接至所述电枢并且将所述第一棘爪和所述第二棘爪偏置朝向相应的所述锁定位置用于与所述旋转部件接合。

6.根据权利要求1所述的离合器，其包括棘爪弹簧，所述棘爪弹簧连接至所述离合器的离合器壳体并且将所述第一棘爪和所述第二棘爪偏置朝向相应的所述锁定位置用于与所述旋转部件接合。

7.根据权利要求1所述的离合器，其中所述共用构件包括底表面，所述底表面具有接合所述第一棘爪的第一远端以及接合所述第二棘爪的第二远端。

8.根据权利要求1所述的离合器，其中所述电枢包括从所述电枢向外延伸的枢转臂，并且所述共用构件枢转地安装在所述枢转臂上以使所述共用构件相对于所述电枢旋转。

9.根据权利要求8所述的离合器，其中所述转矩弹簧包括缠绕所述枢转臂的线圈部分、接合所述电枢的第一弹簧臂以及接合所述共用构件的第二弹簧臂。

10.根据权利要求1所述的离合器，其中所述电枢包括从所述电枢向外延伸的上部枢转臂、从所述电枢向外延伸并且沿所述电枢与所述上部枢转臂轴向间隔开的下部枢转臂，且其中所述共用构件枢转地安装在所述电枢上介于所述上部枢转臂与所述下部枢转臂之间。

11.根据权利要求1所述的离合器，其中所述转矩弹簧安装至所述电枢和所述共用构件。

12.根据权利要求11所述的离合器，其中所述转矩弹簧包括线圈部分、接合所述电枢的第一弹簧臂以及接合所述共用构件的第二弹簧臂。

13.一种用于防止齿轮的旋转运动的离合器，其包括：

第一棘爪，其包括第一趾部并且围绕第一棘爪枢轴枢转；

第二棘爪，其包括第二趾部并且围绕第二棘爪枢轴枢转；以及

凸轮致动器，其旋转成选择性地控制所述第一趾部和所述第二趾部与所述齿轮的接合。

14.根据权利要求13所述的离合器，其中所述凸轮致动器接合所述第一棘爪的第一跟部和所述第二棘爪的第二跟部。

15.根据权利要求14所述的离合器，其进一步包括偏置抵靠所述第一棘爪的所述第一跟部和所述第二棘爪的所述第二跟部的弹簧。

16.根据权利要求13所述的离合器，其进一步包括连接所述凸轮致动器和所述第一趾部的第一机械连杆以及连接所述凸轮致动器和所述第二趾部的第二机械连杆。

17.根据权利要求13所述的离合器，其中当所述凸轮致动器位于第一模式中时，所述第一趾部和所述第二趾部不接合所述齿轮，当所述凸轮致动器位于第二模式中时，所述第一趾部接合所述齿轮以防止所述齿轮在第一方向上旋转且所述第二趾部不接合所述齿轮，并且当所述凸轮致动器位于第三模式中时，所述第二趾部接合所述齿轮以防止所述齿轮在第二方向上旋转且所述第一趾部不接合所述齿轮。

18.根据权利要求17所述的离合器，其中当所述凸轮致动器位于第四模式中时，所述第一趾部和所述第二趾部接合所述齿轮以防止所述齿轮在所述第一方向和所述第二方向上旋转。

19.根据权利要求13所述的离合器，其中所述凸轮致动器包括具有第一隆起以及第二隆起和主卡销的外部凸轮表面。

20.根据权利要求19所述的离合器，其中：

当所述凸轮致动器位于第一模式中时，所述主卡销接合所述第一棘爪且所述第二隆起接合所述第二棘爪以使所述第一趾部和所述第二趾部接合所述齿轮以防止所述齿轮在第一方向和第二方向上旋转；

当所述凸轮致动器位于第二模式中时，所述第一隆起接合所述第一棘爪以使所述第一趾部接合所述齿轮以防止所述齿轮在所述第一方向上旋转，并且所述第二隆起接合所述第二棘爪使得所述第二趾部不接合所述齿轮；

当所述凸轮致动器位于第三模式中时，所述第一隆起接合所述第一棘爪且所述第二隆起接合所述第二棘爪使得所述第一趾部和所述第二趾部不接合所述齿轮；以及

当所述凸轮致动器位于第四模式中时，所述第一隆起接合所述第一棘爪使得所述第一趾部不接合所述齿轮，并且所述主卡销接合所述第二棘爪以使所述第二趾部接合所述齿轮以防止所述齿轮在所述第二方向上旋转。