CN107438723A - 离心脱离式多模式离合器模块 - Google Patents

离心脱离式多模式离合器模块 Download PDF

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Abstract

一种自动变速器多模式离合器模块(10、100)可包括嵌套在一对内座圈(20、120)和外座圈(12、112)之间的棘爪(30B、130B、30A、130A)的两个同心间隔组(30B、30A)或两个轴向间隔组(130B、130A)。第一组棘爪(30B、130B)固定至所述外座圈(12、112)，且可以通过在两个角度限制之间可转动的致动器凸轮环(16、116)从与所述内座圈(20、120)的正常弹簧偏置默认接合中被选择性释放。第二组棘爪(30A、130A)固定至所述内座圈(20、120)，并且在所述内座圈(20、120)达到阈值转动速度的任意时候被从与所述外座圈(12、112)的正常弹簧偏置默认接合中释放，此时离心力作用在棘爪(30A、130A)的内部组上，克服默认弹簧偏置作用，以从所述外座圈(12、112)脱离所述棘爪(30A、130A)。在同心或轴向布置中，两组棘爪(30B、130B、30A、130A)配置用于在锁定、单向或未锁定操作模式下一起固定两个离合器模块座圈(12、112、20、120)。

Description

离心脱离式多模式离合器模块
相关申请的交叉引用
本申请是根据35USC§119(e)的规定要求于2015年4月15日提交的美国临时专利申请序列号62/147,674的优先权的非临时专利申请。
技术领域
本发明总体上涉及用于汽车变速器的超越离合器，更具体地，涉及用于该种变速器中的多模式离合器。
背景技术
机动车辆通常包括包含转动曲轴的内燃机，该转动曲轴配置用于通过驱动轴传递来自内燃机的原动力以使车轮转动。变速器设置在发动机和驱动轴部件之间，以选择性地控制曲轴和驱动轴之间的转矩和速度比。在手动操作的变速器中，相应的手动操作的离合器可置于发动机和变速器之间，以选择性地从驱动轴接合和脱离曲轴，从而便于在可用的变速器传动比之间进行手动换挡。
另一方面，如果变速器是自动的，该变速器通常将包括设于内部的多个自动致动的离合器，其适于在各种可用的传动比之间进行动态换挡，而无需驾驶员介入。这种变速器中包含多个离合器(也称为离合器模块)，以便于自动变换传动比。
在用于汽车的自动变速器中，可用的有第三至第十前进挡传动比的任意位置，不包括倒车挡。各种齿轮可在结构上包括内齿轮、中间齿轮(比如托架支撑的行星齿轮或小齿轮)和外环齿轮。特定的变速离合器可与变速器内特定组可选齿轮关联起来，以便于实现所需的传动比变换。
由于自动变速器包括多个齿轮组以适应多种传动比，不需要的摩擦或寄生阻力一直是个问题；所述阻力是由所采用的各种部件间的机械相互作用产生的。人们已经付出很多努力寻找方法来减少自动变速器部件和系统中的摩擦阻力。
举例来说，与第一(低速)挡和倒车挡传动比有关的自动变速器的一种离合器模块通常位于该变速器前部，并且非常靠近发动机曲轴。所述离合可具有内座圈和围绕该内座圈周向布置的外座圈。各所述圈中的一个，例如内座圈，可仅沿一个方向可被驱动旋转。所述内座圈可以通过接合机构，比如但不限于例如滚轮、楔块或棘爪，选择性地锁定至所述外座圈。在一个方向上，所述内座圈可以有效将转动运动从发动机直接传递至动力传动系统。
在后一种系统中，所述外座圈可以固定至自动变速器的相关行星齿轮构件的内壳或壳体上。在这种情况下，需要使第一种结构的所述内座圈适于在一个转动方向上驱动，但对于在相反方向上的自由轮来说，处于被称为超越的状态。本领域技术人员应当理解在某些操作状态下特别需要超越，例如当车辆下坡行驶时。在这种情况下，动力传动系统有时有比相关发动机曲轴更快转动的趋势。将内座圈设置为超越外座圈可以避免损坏发动机部件和/或变速器部件。
在第二种结构中，比如当车辆处于倒车挡位时，接合机构可在内座圈的两个转动方向上均适于主动接合，从而使在非前进行驶方向上不会出现超越状态。
超过转速的某些阈值，将不再需要接合机构的相互作用，尤其是那些与第一(低速)挡和/或倒车挡传动比有关的接合机构。因此，例如在高速公路速度下，可有足够的动机减少和/或避免接合机构与任意离合器部件的相互作用，尤其是那些与低速挡/倒车挡离合器模块有关的离合器部件，而不会有助于阻力。
发明内容
根据本公开的一个方面，多模式离合器模块具有固定的外座圈、相对于外座圈同轴设置的转动内座圈，以及周向设置在内座圈和外座圈之间、被布置成两个同心圈的多个棘爪。一圈防止沿一个方向的相对转动；第二个圈防止沿相反方向的相对转动。
根据本公开的另一方面，一圈棘爪固定至所述内座圈；另一圈棘爪固定至所述外座圈。
根据本公开的另一方面，所述多模式离合器模块包括配置用于接合固定至所述外座圈的棘爪圈的致动器凸轮板，用于将所述棘爪圈从其正常的弹簧偏置作用接合中选择性地释放。
根据本公开的又一方面，固定至所述内座圈的棘爪圈在特定的预定阈值速度下从正常的弹簧偏置作用接合中离心释放出来。
根据本公开的又一方面，所述离合器模块能提供相对于所述外座圈单独锁定、单向且为自由转动模式的内座圈。
参考以下详细描述和附图可以更好地理解本公开的这些和其他方面以及特征。
附图说明
图1是根据本公开构造的多模式离合器模块的侧视正视图，图示中部分被移开以显示某些细节。
图2是图1中圈出部分的放大视图，所述圈出部分标记为图2。
图3是沿线3-3所截的图1的离合器模块的截面图。
图4是图2示出的离合器模块部分的侧视图。
图5是与图4类似的侧视图，但是示出了不同操作模式下的离合器模块。
图6是与图4和5类似的又一侧视图，示出了又一操作模式下的离合器模块。
图7是根据本公开教导构造的离合器模块的替换实施例的一部分的截面图。
图8是根据本公开教导构造的多模式离合器模块的另一实施例的透视图。
图9是图8的离合器模块的另一透视图，示出了不同操作模式下的离合器模块。
图10是图8和9的离合器模块的又一透视图，示出了又一操作模式下的离合器模块。
应当理解附图不用于限定范围，且所公开的实施例仅以图解方式和局部视图加以说明。还应当理解本公开并不局限于本文说明的特定实施例。
具体实施方式
首先参考图1，离合器模块10具有轴线A-A，并且其配置作为自动变速器的子单元使用(未示出)。该种变速器可用于，例如，前轮驱动汽车中。离合器模块10包括外座圈12(在图1中局部示出为交错或嵌套的子部件12A和12B)、内座圈20(也在图1中局部示出为嵌套的子部件20A和20B)，以及两组同心布置、弹簧偏置作用的棘爪30(本文以30A和30B示出并加以描述)的圆周圈，其位于两座圈之间，用于控制座圈的相对运动。本文描述的所有座圈和棘爪绕轴线A-A周向延伸。
外座圈12具有外花键14，其与可单独移动的凸轮环16相关联，该凸轮环16配置用于通过小弧度移动，控制棘爪30B的径向最外圈18。每个棘爪30B固定至外座圈12，棘爪30B可(例如)作为反向棘爪操作。
所述离合器模块10的内座圈20包括内花键28(图3)，其用于将自身固定至变速器部件40(图3)，比如行星齿轮组的托架(也未示出)。在该描述的实施例中，仅内座圈20是可转动的。棘爪30A布置在径向最内圆周圈22上，相对于棘爪30B的径向最外圈18同心设置。棘爪30A固定至内座圈20，用于通过离心力进行控制，后文将会解释。
现在参考图2，图1插图的放大透视图更好地披露了各具体部件之间的关系。在该描述的实施例中，外座圈12的截面是L形的，如图所示，具有轴向延伸部分12A和径向延伸部分12B。内座圈20具有C形截面，并包括两个轴向延伸部分20A和20B，它们之间设有外座圈12的部分12A。如前文提示的，外座圈12可以描述为与内座圈20交替设置，用于实现描述的功能。
径向最外圆周圈22的每个棘爪30A(图1)固定至内座圈20。棘爪30A通常弹簧偏置作用形成与外座圈12在交替设置的轴向延伸部分12A处的默认接合。为此，现在还参考图3，周向延伸的嵌齿26A配置用于以图2所示的方式容纳棘爪30A的接合。在该描述的实施例中，当外座圈12保持静止或固定时，内座圈20转动。当支撑在内座圈20上以进行角运动的棘爪30A达到阈值速度时，其经受足以克服弹簧偏置作用的预定量的离心力。然后棘爪30A径向向外提起，从而脱离与外座圈12的交错设置的轴向延伸部分12A的接合。
现在继续参考图2和图3，外座圈12的径向部分12B包含并支撑棘爪30B，用于其与内座圈20的轴向延伸部分20B的相互作用。如棘爪30A那样，棘爪30B也弹簧偏置作用形成默认位置的接合。但是，利用凸轮环16实现棘爪30B克服弹簧偏置作用的脱离，该凸轮环16包括棘爪致动型面24，成型用于在棘爪30B的座圈接合和座圈脱离位置之间变换棘爪30B的位置，这是本领域技术人员应当理解的。
现在继续具体参考图3，分别固定在径向部分12B和12C中的左、右枢轴支撑件32、34将棘爪30B保持相对于外座圈12，用于限制与内座圈20的周向延伸锯齿形嵌齿26B的接合和脱离之间的枢轴运动。仅一个枢轴支撑件36(完整显示在图2中，但在图3中仅用虚线示出)固定至内座圈20内部，以支撑棘爪30A的枢轴运动。作为该种悬臂型支撑件的替换，内座圈20可以采用相对的径向延伸部分或板，以附带支撑棘爪30A，与用于支撑棘爪30B的外座圈12的径向延伸部分12C类似。
现在参考图4，如已经指出的，凸轮环16配置用于在两个周向间隔位置之间绕轴线A-A转动移动小角度。因此，在图4中，凸轮环16显示位于其两个位置中的左边或第一位置，示出了在偏置弹簧44和周向延伸的嵌齿26B的单独凹口54的力作用下棘爪30B的默认接合。弹簧44抵住棘爪30B的趾部48，以实现其与凹口54的接合。
凸轮环16可以选择性地转动以克服弹簧偏置作用，从而棘爪30B脱离出来。为此，凸轮环16包括配置用于按压抵住棘爪30B的跟部46的棘爪致动型面24，从而使棘爪30B绕其枢轴支撑件32、34旋转(图3)，并脱开接合或接触凹口54。处于图4的第一凸轮环位置时，致动型面24不与棘爪30B的跟部46接触。同样在图4的模式中，内座圈12的棘爪30A的趾部50与外座圈12A的周向延伸锯齿形嵌齿26A的凹口52接合，这种状态仅出现在低于阈值速度的条件下。因此，在图4中，内座圈20转动锁定至外座圈12，从而处于“锁定-锁定”(lock-lock)模式，其中在两个方向(顺时针或逆时针)上均不会出现超越。为实现前文指出的棘爪30B充当反向棘爪，可需要将这种操作状态作为离合器模块10的可选模式之一。
现在参考图5，凸轮环16向右转动移动较小角度，进入其第二位置，外座圈(或反向)棘爪30B从接合中释放出来。因此，与图4的锁定-锁定模式(其中相对于外座圈12，内座圈20被锁定在顺时针和逆时针两个方向上)相比，克服了弹簧44的偏置力，所有反向棘爪30B的趾部48从任意与其相应的凹口54的接合中释放出来。图5的构造描述了单向离合器模式，随着反向棘爪30B从内座圈20中脱离出来，其允许内座圈20在顺时针方向上转动，从而允许其超越。内座圈棘爪30A的趾部50(其例如可以作为前进棘爪进行操作)与外座圈环部分12A中的嵌齿26B的凹口52保持接合，该状态将一直保持，直到达到内座圈20的阈值速度。
现在参考图6，该图中凸轮环16与其在图5中的位置相同，这时应当理解在达到预定阈值速度时，离心力将会把趾部50从凹口52中提起，其中内座圈20在两个方向均不会出现超越，即不会出现一个座圈与另一个座圈的任意锁定接合。如描述的，处于在两个方向上都允许超越的自由转动模式时，反向棘爪30B将与内座圈20保持脱离，且内座圈20将以高于阈值速度的速度沿顺时针或前进方向转动，在阈值速度下，棘爪30A的趾部50的预定加重质量会经受足以克服弹簧42的力的离心力。因此，前进棘爪30A将位于整体脱离接合的位置，从而避免产生不必要的寄生摩擦阻力。
如公开的，棘爪30可为绕离合器模块10的轴线A-A周向定位的细长硬质钢构件。或者，棘爪可以是锻件或其他制造结构，或者通常适于处理任意特定离合器设计所必需的连接合所需载荷。布置成成组的相对同心圈18、22的棘爪30A和30B因此在实施例中以所描述的方式配置成与内座圈20和外座圈12相互作用。
现在参考图7，公开了多模式离合器模块10’的替代性实施例。在该替代性构造中，前文描述的外座圈12的径向和轴向部分(图2-6)具有配合部分12A’和12B’，其成型为T形，代替前文描述的L形结构。此外，应当注意C形内座圈20翻转，因此轴向延伸部分20A’为径向向外部分，代替径向内部部分20A，如前文实施例示出和描述的。因此，在图7的实施例中，前文描述的径向外部部分20B构造成接合变速器行星齿轮组(未示出)的可转动托架40’的径向内部部分20B’。
尽管两组描述的反向配合棘爪30A和30B仅相对径向间隔朝向的圈18和22进行示出和描述，但该种圈可以设想成轴向间隔的。基于发动机罩下和/或动力传动系统/封装考虑可产生该种替代性方法的动机。后者可要求限定大小、尺寸和功率包络，从而确定是否排除径向/周向布置而轴向布置更有利。
图8、9和10描述了轴向取向的离合器模块100的实施例。如图4、5和6描述的，离合器模块100的取向(即离合器模式)与离合器模块10的取向相对应。首先参考图8，离合器模块100包括外座圈112、凸轮环116和内座圈120，与离合器模块10(图4)中所描述的外座圈12、凸轮环16和内座圈20类似。因此，多个轴向布置的棘爪130A和130B与前文描述的径向布置的棘爪30A和30B相似且操作类似。
因此，棘爪130A固定至内座圈120，且与离合器模块100的前进变速器模式相关联。此外，棘爪130A被配置成在达到阈值前进速度时离心脱离。相反，棘爪130B固定至外座圈112且与反向变速器模式相关联。因此，应当理解棘爪130A与棘爪30A类似，是离心脱离的，而棘爪130B与利用凸轮环16脱离的棘爪30B类似，是利用凸轮环116抵抗弹簧力被迫脱离。在图8中，两组棘爪130A、130B被描绘成锁定-锁定结构，以实现与图4示出的模式类似的模式。
现在参考图9，相应组的棘爪130A、130B示出为单向离合器模式，其中前进棘爪130A锁定用于前进运动，反向棘爪130B解锁或脱离。该种模式结构与图5中示出的离合器模块10中示出的类似。
最后参考图10，两组棘爪130A、130B示出为解锁或自由转动状态，从而示出了与参考图6描述的离合器模块10的自由转动模式相似的离合器模块100的模式。
尽管本文详细公开了若干实施例，但是可以设想出大量其他实施例。例如，即使图1-7的同心离合器模块10具有被描述成固定至变速器壳体的外座圈12和相对于外座圈12可转动移动的内座圈20，离合器模块10可以配置成使内座圈20可以固定住。类似地，即使图8-10的轴向布置离合器模块100具有被描述成相对于变速器壳体固定的外座圈112，所描述的可移动内座圈120可选地能被固定，而相反，外座圈112是可移动的。
工业实用性
本公开的离合器模块可用在各种应用中，包括但不限于汽车、卡车、越野车以及具有发动机、自动变速器和动力传动系统的其他类型机器。
所公开的离合器模块提供了独特的方法，以避免与通常用于接合自动变速器中离合器的内和外(或驱动和从动)座圈的棘爪相关的寄生阻力。每个棘爪同心圈位于固定的外座圈和转动的内座圈之间，每圈棘爪配置用于与凹口选择性接合，以允许有限的角运动。或者，可类似地设置轴向间隔的棘爪圈，而非同心棘爪圈。
为实现棘爪圈中的一个仅从其默认接合离心致动，该方法提供了相对简单的结构，其仅需一个致动器实现巡航速度下的低寄生阻力。因此，前进棘爪30A和/或130A可配置用于在不需要或不要求时自动脱离。在高于不需要在自动变速器的(例如)第一(低速)和反向离合器模块中形成内座圈构件和外座圈构件持续接合或相互作用的速度下，其结果是可靠减小寄生阻力。

Claims (15)

1.一种多模式离合器模块(10)，包括：
可转动内座圈(20)，其同心嵌套在固定的外座圈(12)内以支撑所述内座圈(20)相对于所述外座圈(12)的转动移动；
位于所述座圈(20、12)之间的座圈接合棘爪(30)的两个同心圈(18、22)，固定至所述外座圈(12)以防止所述内座圈(20)沿一个转动方向转动的棘爪(30B)的第一圈(18)，和固定至所述内座圈(20)以防止所述内座圈(20)沿相反方向转动的棘爪(30A)的第二圈(22)；
致动器凸轮环(16)，其可在两个角度限制之间转动并配置用于从与所述内座圈(20)的正常弹簧偏置默认接合中选择性释放固定至所述外座圈(12)的所述棘爪(30B)的第一圈(18)；
所述棘爪(30A)的第二圈(22)固定至所述内座圈(20)并配置用于与所述外座圈(12)的正常弹簧偏置默认接合，直到所述内座圈(20)达到阈值转动速度；
其中固定至所述内座圈(20)的所述棘爪(30A)的第二圈(22)配置用于利用离心力克服与所述外座圈(12)的弹簧偏置默认接合，使得所述棘爪(30A)的第二圈(22)从所述外座圈(12)释放，以减小所述离合器模块(10)中的寄生阻力；以及
其中所述棘爪(30B、30A)的第一和第二圈(18、22)配置用于在锁定、单向或未锁定操作模式下将所述内座圈(20)协同固定至所述外座圈(12)。
2.根据权利要求1所述的多模式离合器模块(10)，其中所述棘爪(30B)的第一圈(18)配置用于实现所述离合器模块(10)的反向模式。
3.根据权利要求1所述的多模式离合器模块(10)，其中所述棘爪(30A)的第二圈(22)配置用于实现所述离合器模块(10)的前进模式。
4.根据权利要求1所述的多模式离合器模块(10)，其中所述棘爪(30B)的第一圈(18)通过所述凸轮环(16)致动，并且其中所述第一圈(18)的每个棘爪包括跟部(46)和趾部(48)。
5.根据权利要求1所述的多模式离合器模块(10)，其中所述棘爪(30A)的第二圈(22)是离心致动的，每个棘爪(30A)仅具有趾部(50)。
6.根据权利要求5所述的多模式离合器模块(10)，其中所述离心致动的棘爪(30A)的趾部(50)是加重的，并配置用于在所述内座圈(20)的预定阈值转动速度下在离心力作用下从所述外座圈(12)脱离。
7.根据权利要求1所述的多模式离合器模块(10)，其中所述内座圈(20)包括驱动座圈，且所述外座圈(12)包括从动座圈。
8.一种多模式离合器模块(100)，包括：
相对于固定的外座圈(112)可转动的内座圈(120)；
位于所述座圈(112、120)之间的座圈接合棘爪(130B、130A)的两个轴向间隔组，固定至所述外座圈(112)以防止所述内座圈(120)沿一个转动方向转动的第一组棘爪(130B)，和固定至所述内座圈(120)以防止所述内座圈(120)沿相反方向转动的第二组棘爪(130A)；
致动器凸轮环(116)，其可在两个角度限制之间转动并配置用于从与所述内座圈(120)的正常弹簧偏置默认接合中选择性释放所述第一组棘爪(130B)；
所述第二组棘爪(130A)以与所述外座圈(112)的正常弹簧偏置默认接合的形式固定至所述内座圈(120)，直到所述内座圈(120)达到阈值转动速度；
其中固定至所述内座圈(120)的所述第二组棘爪(130A)配置用于利用离心力克服与所述外座圈(112)的弹簧偏置默认接合，使得所述第二组棘爪(130A)从所述外座圈(112)释放，以减小所述离合器模块(100)中的寄生阻力；以及
其中所述第一组和第二组棘爪(130B、130A)配置用于在锁定、单向或未锁定操作模式下将所述内座圈(120)协同固定至所述外座圈(112)。
9.根据权利要求8所述的多模式离合器模块(100)，其中所述第一组棘爪(130B)配置用于实现离合器模块(100)的反向模式。
10.根据权利要求8所述的多模式离合器模块(100)，其中所述第二组棘爪(130A)配置用于实现所述离合器模块(100)的前进模式。
11.根据权利要求8所述的多模式离合器模块(100)，其中所述第一组棘爪(130B)通过凸轮环(116)致动，并且每个棘爪(130B)包括跟部(46)和趾部(48)。
12.根据权利要求8所述的多模式离合器模块(100)，其中所述第二组棘爪(130A)包括离心致动的棘爪(130A)，每个棘爪(130A)仅具有趾部(50)。
13.根据权利要求12所述的多模式离合器模块(100)，其中所述离心致动的棘爪(130A)的趾部(50)是加重的，并配置用于在所述内座圈(120)的预定阈值转动速度下在离心力作用下从所述外座圈(112)脱离。
14.根据权利要求8所述的多模式离合器模块(100)，其中所述内座圈(120)包括驱动座圈，且所述外座圈(112)包括从动座圈。
15.一种制造多模式离合器模块(100)的方法，该方法包括以下步骤：
形成固定的外座圈(112)，并配置相对于所述外座圈(112)可转动的内座圈(120)；
在所述内和外座圈(120、112)之间放置两组单独和间隔的座圈接合棘爪(130B、130A)；
形成固定至所述外座圈(112)以防止所述内座圈(120)沿一个转动方向转动的所述第一组棘爪(130B)，和固定至所述内座圈(120)以防止所述内座圈(120)沿相反方向转动的第二组棘爪(130A)；
配置在两个角度限制之间可转动的致动器凸轮环(116)，用于从与所述内座圈(120)的正常弹簧偏置默认接合中选择性释放固定至所述外座圈的所述第一组棘爪(130B)；
配置固定至所述内座圈(120)的所述第二组棘爪(130A)，形成与所述外座圈(112)的正常弹簧偏置默认接合，直到所述内座圈(120)达到阈值转动速度；
其中固定至所述内座圈(120)的所述第二组棘爪(130A)利用离心力克服与所述外座圈(112)的弹簧偏置默认接合，使得所述第二组棘爪(130A)从所述外座圈(112)释放，以减所述小离合器模块(100)中的寄生阻力；以及
其中所述第一组和第二组棘爪(130B、130A)配置用于在锁定、单向或未锁定操作模式下将所述内座圈(120)协同固定至所述外座圈(112)。
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