CN108700128A - 用于驱动轮轴的具有外弹簧的双向超越离合器 - Google Patents

Abstract

一种用于向驱动轮轴半体传递扭矩的双向超越离合器，包括附接至输入齿轮的离合器壳体和附接至轮轴半体的轮毂。位于壳体内与轮毂相邻的一对防滚架具有辊。当防滚架相对于壳体前进旋转时，辊楔入在轮毂与离合器壳体上的第一渐缩部分之间，并且当防滚架在相反方向上旋转时，辊楔入在轮毂与离合器壳体上的第二渐缩部分之间。弹簧保持与轮毂中的凹陷部接合的辊，但让辊提升以允许轮毂和防滚架相对旋转。防滚架之间的相对旋转受到限制：当一个防滚架被楔入时，另一个防滚架仅能够移动远至第一和第二渐缩部分的中间的自由位置。

Description

用于驱动轮轴的具有外弹簧的双向超越离合器

相关申请

本申请要求2016年3月16日提交的美国临时专利申请No.15/071,751的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及离合器，更尤其是涉及一种用于控制传递到轮式机器的驱动轴的扭矩传递的双向超越离合器。

背景技术

近年来，已经存在用于将发动机推进添加到之前为手动推进式机器的装置的巨大需求。这种装置的一个示例是骑乘和手扶式动力设备。手扶式装置从前仅为推动式推进。然而，最近更多的模型已经变为自推进。这种设备的示例是割草机、草坪真空器、吹雪机、修剪机、修边机、混凝土和沥青切割机等等。诸多因素推动了自推进的发展，例如对需要付出较少努力、但允许更详细控制的更大设备的需求。操作速度是推动自推进设备需求增长的另一个因素。目前用于手扶式设备的自推进系统通常分为两类：简单型和复杂型。

在简单型驱动系统中，驱动轴或皮带连接到单个驱动轮轴，该驱动轮轴驱动两个轮，轮轴的每个端部处带有一个轮。因为轮位于共同的轴上，所以它们以相同的速率旋转。这种装置的主要缺点是驱动轮之间不允许差动旋转。因此，机器在转弯期间效率不高，这要求外轮比内轮行进更大的距离。因为外轮在相同的时间量内比内轮行进得更远，所以外轮应该比内轮旋转得更快。然而，当外轮和内轮固定到公共轴时，不允许这种差动旋转。结果是与对于车辆速度而言最佳的情况相比，内轮被驱动地更快或者外轮被驱动地更慢。在任何一种情况下，设备转弯需要其中一个轮滑动或打滑。这导致轮过早磨损。

转弯和轮打滑的困难是使用具有固定到公共轮轴的驱动轮的设备的两个主要缺点。另外，必须由操作员付出努力来克服地面接合力以允许一个轮滑动。此外，轮打滑可能会对设备操作所在的表面造成损坏并加速轮胎磨损。例如，用这种驱动系统使割草机转弯会损坏滑动轮下的草皮。

用于自推进式、手扶式动力设备的复杂型驱动系统通常在该对驱动轮之间提供差速器。当使用者转弯时，差速器允许驱动轮在轮轴上独立地或差速地旋转。许多具有差速器的驱动系统使用某种形式的超越离合器来在需要时将扭矩传递到从动轴，同时允许轮在必要时比发动机驱动更快地转动。超越离合器在全地形车辆中的一个成功使用包含有这样的超越离合器，在所述超越离合器处，轮毂安装到轮轴上，从而允许每个轮在需要时能够独立地脱离接合。

传统的复杂型差速器和超越离合器通常制造成本高，因此归为更昂贵的车辆，例如汽车和四轮驱动车辆。

需要一种较少复杂且较便宜的双向超越离合器，其可用于各种自推进式机器和轻型车辆，例如吹雪机、割草机、高尔夫球车以及混凝土和沥青切割机。

共同受让的美国专利No.6,722,484描述了一种双向超越离合器，其允许发动机在沿直线行进时沿任一方向驱动两个轮，并且在拐弯时允许发动机驱动较慢(内)轮，同时允许外轮更快地转动，而不需要复杂的差速器。美国专利No.6,722,484的全部内容通过引用并入本文。美国专利No.6,722,484中公开的离合器已证明非常令人满意。但是，仍存在改进空间。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供了一种超越离合器，用于控制传递到轮式机器中的驱动轮轴的一对轴段的扭矩传递。离合器壳体适于与输入装置接合并通过输入装置旋转。离合器壳体在其上具有内凸轮表面。一对轮毂均适于接合驱动轮轴的轴段中的一个的端部以与其一起旋转。每个轮毂均在外表面上具有多个轴向延伸的凹陷部。一对辊组件布置在离合器壳体内，每个辊组件包括：围绕轮毂中的一个的至少一部分定位的一组辊；具有多条狭槽的防滚架，每个辊位于一狭槽内，该防滚架位于相应轮毂的至少一部分周围；和弹簧，其趋向于径向向内推压辊以坐置在相应轮毂中的凹陷部中的相应凹陷部中。每个辊组件位于内凸轮表面附近。当防滚架相对于离合器壳体沿第一方向旋转到前进接合位置中时以及当防滚架相对于离合器壳体沿着第二方向旋转到倒退接合位置中时，内凸轮表面适于提供辊在内凸轮表面和相应轮毂之间的楔入接合，第二旋转方向与第一旋转方向相反。内凸轮表面限定了辊在前进接合位置和倒退接合位置之间的释放位置，在所述释放位置中，容许抵抗弹簧的作用而使辊径向向外运动，以从相应轮毂的凹陷部中释放辊，从而容许轮毂和相应辊组件相对旋转。防滚架彼此接合以进行有限相对旋转，使得当一个辊组件处于前进接合位置和倒退接合位置中的一个时，另一个辊组件可以在前进接合位置和倒退接合位置中的同一个与释放位置之间移动，但不能移动到前进接合位置和倒退接合位置中的另一个。

在第二方面中，每个辊组件的弹簧包括环绕辊的卡紧弹簧。辊则可以开凹槽，卡紧弹簧坐置在凹槽中，并且凹槽的深度大于卡紧弹簧的厚度。

在第三方面中，离合器还包括在防滚架中的至少一个上的至少一个舌状件，所述至少一个舌状件接收在防滚架中的另一个中的相应凹口中，该凹口具有比舌状件更大的周向长度，其中舌状件和凹口的周向长度之差决定了两个防滚架的有限相对旋转量。

在第四方面中，离合器还包括定位在防滚架之间的至少一个适配器，用于提供防滚架之间的接合，所述适配器构造成与每个防滚架中的狭槽中的至少一些接合。

在第五方面中，辊围绕每个防滚架均匀地间隔开，凹陷部围绕每个轮毂均匀地间隔开，并且凹陷部的数量是辊数量的整数倍。

在第六方面中，离合器还包括环绕离合器壳体的输入齿轮，其中输入齿轮包括围绕输入齿轮的外周形成的齿，并且其中内凸轮表面形成在或固定到输入齿轮的内径上。

在第七方面中，所述离合器安装在车辆中，所述车辆具有包括两个轴段的驱动轮轴，并且其中每个轴段与所述轮毂中的一个驱动地接合，所述车辆包括发动机，所述发动机具有与输入齿轮啮合的输出轴，用于将旋转运动传递给输入齿轮。轮毂则可以包括花键端部，用于与轴段上的配合花键端部接合。

在第八方面中，输入装置可以包括输入齿轮，所述输入齿轮适于与输入轴啮合，用于将输入轴的旋转传递到输入齿轮的旋转中，该输入齿轮接合到离合器壳体以使离合器壳体与输入齿轮一起旋转。

在第九方面中，第一方面的离合器可以包括所述第二至第八方面中所述的任两个或更多个方面的特征，可选地包括第二和/或第七方面的所述可选特征中的任何或所有可选特征。

本发明的第十方面提供了一种双向超越离合器，其包括一对轮毂，所述一对轮毂适于接收一对同轴输出轴中的相应输出轴，用于使每个轮毂与其相应的轴一起围绕轴的公共轴线旋转，每个轮毂在外周上具有轴向延伸的隆起部和凹陷部。一对辊组件中的每个辊组件均围绕轮毂中的一个并且包括平行于轴线的一组辊、接收和引导所述一组辊的防滚架、以及卡紧弹簧，所述卡紧弹簧环绕所述防滚架和所述一组辊并且向内推压辊以坐置于相应轮毂中的凹陷部中。在辊组件和轮毂围绕公共轴线相对旋转的作用下，卡紧弹簧容许辊向外移动并从凹陷部到凹陷部越过相应轮毂的隆起部。防滚架彼此接合以便围绕公共轴线进行有限相对旋转。壳体围绕辊组件并具有内凸轮表面，该内凸轮表面具有通过渐缩部分连接的向内突出的峰部和向外凹进的谷部。凸轮表面的尺寸设计成使得当辊组件的辊坐置在相应轮毂的凹陷部中时，辊楔入在渐缩部分上并且不通过凸轮表面的峰部下方，并且当辊组件的辊与凸轮表面的谷部对准时，谷部收容辊的充分向外运动以越过相应轮毂的隆起部。在防滚架围绕公共轴线进行有限相对旋转的限制下，当一个辊组件的辊楔入在凸轮表面的渐缩部分上时，另一个辊组件的辊与凸轮表面的谷部对准。

在第十一方面中，在每个辊组件中存在相等数量的均匀间隔开的辊，每个轮毂上存在相等数量的均匀间隔的凹陷部，并且每个轮毂上的凹陷部的数量是每个辊组件中的辊数量的整数倍，并且谷部均匀地间隔开，谷部的数量等于每个防滚架中的辊的数量。

在第十二方面中，离合器还包括与壳体一体化或附接到壳体的输入齿轮，并且所述输入齿轮与公共轴线同轴。

在第十三方面中，轮毂还包括用于不可旋转地连接至轴的花键。

在第十四方面中，离合器还包括被连接以使壳体围绕公共轴线旋转的发动机和通过输出轴连接至毂以通过轮毂旋转的地面接合轮。

在第十五方面中，根据权利要求11所述的离合器还包括位于防滚架中的至少一个上的至少一个舌状件，所述舌状件被接收在防滚架中的另一个中的相应凹口中，所述凹口具有比所述舌状件更大的周向长度，其中，舌状件和凹口的周向长度之差决定了两个防滚架的有限相对旋转量。

在第十六方面中，离合器还包括定位在防滚架之间的至少一个适配器，用于提供防滚架之间的接合，所述适配器构造成与每个防滚架中的狭槽中的至少一些接合。

在第十七方面中，第十方面的离合器可以包括所述第十一至第十六方面的任两个或更多个方面的特征。

在第十八方面中，提供一种离合器，其组合了第一至第十方面中的任一方面的特征和第十一至第十七方面中的任一方面的特征。

在第十九方面中，提供一种轮式机器，其具有动力源和带有两个轴段的主驱动轮轴，以及根据上述方面中的任一方面所述的双向超越离合器，所述双向超越离合器用于传递扭矩和控制从动力源到主驱动轮轴的轴段的扭矩传递。

如附图所示，根据优选实施例的以下详细描述，本发明的前述和其他特征以及本发明的优点将变得更加明显。如将认识到的那样，本发明能够在各个方面进行修改，所有这些修改都不背离本发明。因此，附图和描述本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。

附图说明

出于说明本发明的目的，附图示出了目前优选的本发明的形式。然而，应该理解的是，本发明不局限于附图中所示的精确布置和手段。

图1是结合本发明的车辆的侧视图；

图2是左转的图1的车辆的轮、轮轴和离合器的示意图；

图3是右转的图1的车辆的轮、轮轴和离合器的示意图；

图4是离合器组件的实施例的分解图；

图5是图4的离合器组件的透视图；

图6是处于脱离接合状态的图4的离合器的一个实施例的端视图，其中端盖被移除；

图7是图6的离合器的正视图，其中切掉了壳体的一部分；

图8是处于向前驱动状态中的图4的离合器的类似于图6的端视图；

图9是处于车辆转弯状态中的离合器的类似于图6的端视图；

图10是处于图9的状态中的离合器的类似于图7的正视图。

图11是替代离合器的透视图，其中移除了防滚架中的一个和轮毂。

图12是图11的离合器的透视图，示出了就位的防滚架和轮毂两者。

具体实施方式

现在参照附图，其中贯穿这些视图，相似的附图标记示出了对应或类似的元件，图1至图3示出了车辆10，在该实施例中为吹雪机，该车辆结合有根据本发明的双向超越离合器。车辆10包括驱动轮轴12，该驱动轮轴以传统方式被支撑以便相对于框架14旋转。发动机16为鼓风机组件18提供动力以及为推进车辆10提供动力，如将更详细地描述的那样。把手20连接到框架14，以提供车辆的手扶式操作。

驱动轮轴12包括分开的轴段22、24，所述轴段分别连接到轮26、28以与其一起旋转。每个轴段22、24还在相对的近端处连接到双向超越离合器30，该双向超越离合器能够接合至发动机16。该连接可以通过任何传统装置实施，但在所示的实施例中，该连接是每个轴段22、24与双向超越离合器30的轮毂32、34之间的花键连接。

双向超越离合器30构造成将扭矩传递给轴段22、24以便驱动轮26、28。如将更详细地描述的那样，离合器30的构造通过允许外轮和相联的轴段比内轮和相联的轴段更快地旋转而有利于车辆10的转弯，所述内轮和相联的轴段仍由发动机16通过离合器30强制驱动。因此，离合器30允许外轮独立地旋转，同时内轮继续驱动机器。驱动轮轴12和轮26、28在图2和图3中以虚线示出为被沿着直线路径驱动至左边并且以实线示出为驱动通过弯道。在图2所示的左转中，轮26被允许超越该离合器30，而轮28仍是强制从动轮。在图3所示的右转中，轮28超越，而轮26由离合器30强制驱动。

参照图4和图5，适用于图1至图3的车辆的离合器30的一个实施例包括离合器壳体36，所述离合器壳体具有安装在离合器壳体36外部或接合至离合器壳体36外部的齿轮38。齿轮38具有齿40，如本领域技术人员所熟知的那样，所述齿适于接合发动机驱动的齿轮(未示出)的协作成形齿，用于将旋转从发动机16的驱动轴传递到离合器壳体36。而且，虽然齿轮38被示出为附接到离合器壳体36的单独部件，但是应很明显的是，齿轮齿40可以与离合器壳体36形成为一体。可替代地，齿轮38可以由链轮、皮带轮或其他适于直接或间接地从发动机16接收驱动力或扭矩并使离合器壳体36旋转的结构代替。

现在还参照图6至图10，离合器壳体36包括内凸轮表面42，用于将离合器壳体36的旋转传递给离合器30的其他部件，如下面将更详细描述的那样。

离合器30还包括一对辊组件44、46，该辊组件具有辊，所述辊布置成两组，优选地每组四个辊，不过在本实施例中可以使用其他数量的辊。每个辊组件44、46还包括用于可旋转地支撑辊48的防滚架50、52。每个防滚架50、52包括形成在防滚架50、52的外侧上的间隔开的狭槽或凹陷部54。狭槽54的尺寸设计成接收辊48。每个防滚架50、52均接收一组辊48。

如图7和图10中最佳所示，防滚架50、52在它们的内端处通过一个防滚架上的凸台或舌状件56相连接，该凸台或舌状件接合在另一个防滚架中的凹口58中。优选地，存在至少两个舌状件56和相应的凹口58，所述舌状件和凹口围绕防滚架50、52的圆周均匀地间隔开。每个舌状件56在周向方向上比其相关联的凹口58短，从而允许两个防滚架50、52之间少量的相对旋转，同时舌状件56保持接合在凹口58中。下面将解释这种有限旋转的量和目的。

每个轮毂32、34在其外表面上形成有扇形表面60，该扇形表面由部分圆柱形或弯曲的凹陷部62构成，所述凹陷部平行于离合器30的轴线延伸。凹陷部62的尺寸设计成接收辊48但允许旋转。每个轮毂32、34中的凹陷部62的数量是每组中辊48的数量的倍数，使得在休止位置中，所有辊48都坐置在凹陷部62中的相应凹陷部中。

每个防滚架50、52均由卡紧弹簧64环绕，所述卡紧弹簧位于该防滚架中的辊48中的凹槽66中。在休止位置，卡紧弹簧64支承在凹槽66的底部上并保持在轮毂32、34中的凹陷部62中坐置的辊48。凹槽66足够深，使得辊48向外突出超过卡紧弹簧64。

如附图所示，轮毂32、34具有形成在其内表面上的花键68，用于接收轴段22、24的花键端部。当然，轮毂可以替代地包括具有用于与轴段上的内花键接合的外花键的短轴部分。其他类型的众所周知的连接件可以代替所示的花键。花键连接将轮毂32、34固定到轴段22、24，使得轮毂32、34中的每个与轴段22、24中的一个一起旋转。

再次参照图7，轮毂32、34中的每个在与具有舌状件(多个舌状件)56和/或凹口(多个凹口)58的端部相对的外端部处包括具有外表面的第二部分70，该外表面的直径优选地相对于扇形表面60的直径减小。直径减小部分70的尺寸优选地设计成延伸穿过相对的两个盖74中的一个盖的中心开口72。盖74紧固到离合器壳体36以形成封闭的整体，该封闭的整体可以容纳润滑脂或其它润滑剂并且可以通过位于两个轮毂32、34之间以及每个轮毂与盖74中的一个盖之间的O形环或类似部件密封。

现在将更详细地描述双向超越离合器30的操作。尽管附图示出了双向超越离合器接合在手扶式单轮轴吹雪机10中，但是从下面的讨论中将相当明显的是，本发明不局限于仅与吹雪机一起使用。而是，本发明可以与任何合适的机器一起使用，该机器具有带有两个轴段的驱动轮轴，这两个轴段由共同的发动机或其他动力源驱动。

图6和图7示出了接合之前的双向超越离合器。如图所示，两个辊组件44、46的辊48位于凸轮表面42的前进部分和倒退部分之间。更特别地，如图6所示，凸轮表面42的轮廓包括多个峰部80和谷部82。谷部82的数量与每组中辊48的数量相等。在休止位置中，辊48位于谷部82内，凸轮表面42朝向辊48的任一侧上的防滚架向内渐缩(这里总体称为渐缩部分84)。谷部82足够深，使得当辊48位于谷部82的中间时，辊48可以径向向外移动得足够远以越过扇形表面60中相邻凹陷部62之间的尖端。峰部80足够高，使得即使当辊48完全坐置在扇形表面60中的凹陷部62中时，辊也不能通过峰部80下方，而是楔入在渐缩部分84上。

为了便于制造和组装，凸轮表面42优选地具有关于离合器的主轴线的n重(n-fold)旋转对称性，其中在每个防滚架中存在n个辊48，并且优选地具有关于包括该轴线并且穿过峰部80或谷部82的中心的任何平面的镜像对称性，防滚架50、52和轮毂32、34具有相同的对称性。这样可以在不需要任何特定的部件对准的情况下组装离合器。一种构造允许通过针对两个防滚架使用相同的部件容易地组装，在所述构造中，存在偶数个舌状件56和相应的凹口58，并且每个防滚架50、52具有一半的舌状件56和一半的凹口58，其中，每个防滚架50、52上交替地具有舌状件和凹口，例如每个防滚架50、52具有彼此在直径上相对的一个舌状件56和一个凹口58。然而，因为防滚架不能相对于壳体旋转超过一个谷部的宽度，所以该对称水平不是必需的，可以由于其他原因而偏离对称。出于操作目的，应认为，为了确保稳定操作，每个辊组件44、46上设置至少三个辊48是期望的，并且至少两对舌状件56和凹口58是期望的。更多数量的这些特征中的一者或两者，尤其是对于承载大扭矩的离合器而言，可能是期望的。

凸轮表面42、轮毂32、34和辊48提供了双向超越能力，如下文所述。超越离合器中的凸轮表面和防滚架在本领域中是众所周知的。参见例如上述美国专利No.6,722,484、共同受让的美国专利No.5,971,123以及Okubo名下的美国专利No.4,373,407，每篇专利的全部内容通过引用并入本文。因此不需要详细讨论凸轮表面的特征。

在图6中所示的空档或休止位置中，轮毂32、34未与离合器壳体36接合，这是因为辊48没有楔入在离合器壳体36和轮毂32、34之间。然而，因为卡紧弹簧64将辊48保持在轮毂32、34的扇形表面60的凹陷部62中，所以防滚架50、52连接到轮毂32、34，使每个防滚架50、52与其相应的轮毂32、34一起移动。结果，离合器壳体36和轮毂32或34之间的任何相对运动都将使相应的防滚架50或52转位(index)或定位辊48以便接合。因此，尽管图6所示的辊的休止位置在理论上没有在输入齿轮38和轮毂之间提供直接的扭矩传递，但是实际上，基本上在任何运动时都瞬间发生强制驱动。例如，在所示的实施例中，接合伴有小至8度的旋转。

现在参照图8，示出了双向离合器，其中辊组件处于其前进接合位置中。如上所述，当车辆10的驱动系统被接合以便向前驱动车辆时，发动机16使离合器壳体36相对于车辆10的框架14沿图8中的箭头方向旋转。因为轮毂32、34通过轴段22、24接合至轮26、28，所以轮毂最初不会移动。然而，如上所解释的那样，防滚架50、52通过辊48相连接并由卡紧弹簧64保持就位，以与轮毂32、34一起旋转。结果，辊48楔入在凸轮表面42的前进渐缩部分84和轮毂32、34之间。通过楔入辊48提供了用于将扭矩从输入齿轮38通过辊48传递到轮毂32、34并从而传递到轴22、24的路径。这代表了双向离合器的前进接合位置，其容许轮毂32、34及相关联的轴段22、24和轮26、28被发动机驱动旋转。

在图8所示的前进接合位置中，舌状件56位于凹口58的中间，这与图7所示的位置相同，因为两个防滚架32、34已经从图6的位置彼此一致地移动到图8的位置，使得两个防滚架50、52不相互接合。只要两个辊组件44、46的辊48楔入在壳体36的凸轮表面42的渐缩部分上，这种对准就由容纳辊48的狭槽54相对于舌状件56和凹口58的位置来确定。

然而，上述双向离合器30的结构还允许轴段22、24分别从前进接合位置超越(脱离接合)。这在转弯期间尤为重要，其中有利的是允许一个轮(即外轮)比另一个轮(即内轮)转动得更快，而发动机16持续驱动较慢的轮，从而推动车辆10。这防止了较慢移动的轮被擦伤和由此导致的磨损。更重要的是，超越大大减少了使车辆转向所需的工作量。本发明通过允许每个轮毂32、34单独地超越，即，当轮毂32、34比离合器壳体36旋转得更快时独立于离合器壳体36旋转，而在驱动轮轴22、24中实现了这个目标。

在图9和图10中示出了在车辆10转弯期间离合器30的超越状态。如前所述，在图8所示的前进接合位置中，两个轮毂32、34的辊48楔入在凸轮表面42的前进渐缩部分84和轮毂32、34的扇形表面60之间。当在如图3所示的前进驱动模式中车辆10被引导右转时，与左边轴段24接合的轮毂34将趋向于比与右边轴段22接合的轮毂32更快地转动。因此，发动机16将持续驱动右边的轮毂32、轴段22和轮26，但是另一个轮毂34和相关联的轴段24将超越该离合器，从而向前承载相关联的辊组件46。

当如图10所示舌状件56接合凹口58的端部时，辊组件46相对于辊组件44和壳体36的运动将停止，从而防止辊组件46相对于辊组件44进一步运动。选择舌状件56和凹口58的周向长度之差，使得在辊组件44仍然楔入靠在凸轮表面42的渐缩部分84上的情况下，辊组件46的辊48定位在凸轮表面42的谷部82的中心。当轮28继续比轮毂32和壳体36更快地驱动轮毂34时，位于扇形表面60中的凹陷部62的后边缘处的尖端将推抵在辊组件46的辊48上。因为这些辊位于谷部82中，所以它们仅由卡紧弹簧64保持。辊48因此将被向外提升，从而允许尖端从下方通过并且随后下落到下一个凹陷部62中。只要车辆10转弯并且轮28比轮26运动得更快，这就将重复发生。

可以预期的是，当辊落入凹陷部62中时任何可听到的咔哒声与车辆10的正常操作噪声相比实际上是察觉不到的，特别是在发动机16是内燃机的情况下。

在弯道之后重新进入笔直路径时，超越轴段的旋转速度将与从动轴段和离合器壳体36的旋转速度相等。相对速度的均等化导致辊48再次楔入在离合器壳体36的凸轮表面42的渐缩部分84和处于前进接合位置的相应轮毂32、34之间，由此两个轮轴再次由输入齿轮38驱动。

由于离合器30的对称性，在左转期间将发生完全相似的镜像过程，如图2所示。

再次参照图6和图8，凸轮表面42包括倒退接合表面，该倒退接合表面是和与图8所示的前进接合位置相关联的前进接合表面相对的渐缩部分84。因此，离合器是双向的，从而允许该离合器被反向驱动，并且在倒退中起作用的方式与在前进运动中起作用的方式完全相同。例如，如果所示实施例中的车辆10设计有倒档，则在换档以倒退时，输入齿轮将以与图8所示实施例相反的方式转动。因此，辊将和与倒退接合位置相关联的渐缩部分84接合。根据本实施例的双向离合器30容许在这样的倒退方向上相等地进行扭矩传递(驱动)。此外，与车辆的前进驱动一样，本发明还容许在倒退方向上超越。

根据本实施例的双向离合器的另一个方面是它容许反向驱动，这在需要或希望防止轮比输入齿轮38旋转得更快的情况下特别重要。例如，当车辆10在下坡路上操作时，轮26、28的速度可能趋向于比输入齿轮38的速度更快。在具有传统单向超越离合器的车辆中，轮将超越并且机器将自由旋转(不受控制)。在附图所示的离合器30中，如果两个轮26、28超越输入齿轮38的速度，则舌状件56和凹口58将不会接合以限制辊组件44、46的运动。因此，两个辊组件将前进直到辊48接合凸轮表面42的倒退接合渐缩部分84。在该位置，轮26、28将扭矩反向驱动到发动机16中，该发动机可用作轮的制动器。因此，通过防滚架42转移到倒退接合离合器位置，提供了车辆10在下坡路上的受控操作，从而迫使轮26、28以与离合器壳体36和输入齿轮38的旋转速度相同的相对速度旋转。

在该状态下，可以看出超越离合器仍将操作以允许一个轮在转弯时与发动机16脱离接合，但是当前较快运动的(外)轮反向驱动发动机16，而较慢运动的轮则脱离接合。

附图所示的离合器的实施例是一种紧凑设计，其在传统的在主驱动轮轴上需要超越的两轮驱动手扶式和轻型机器和车辆中将很好地工作。然而，本发明同样适用于为重型机器和车辆提供强制驱动，例如两轮和四轮驱动车辆。

本发明可以与许多类型的主轴段需要超越的驱动装置一起使用。本发明的离合器也不局限于与单轮轴手扶式设备一起使用，而是可以用于控制多轮轴机械上的从动轮轴以及诸如高尔夫球车的骑乘车辆。

每当离合器30处于负载下时，至少一组辊48楔入在轮毂32、34和凸轮表面42的渐缩部分之间。因此，壳体36和输入齿轮38被楔入至输出轴22、24中的至少一个上并且由用于输出轴22、24的轴承支撑。因此不需要支撑离合器30和输入齿轮38的单独轴承，这能够为离合器组件的构造带来显著的简化和经济性。然而，当然可以提供用于支撑离合器壳体36和输入齿轮38的附加轴承，并且这种附加轴承尤其在重型实施例中可能是期望的。

在所述实施例中，每个辊组件44、46均由卡紧弹簧64环绕，所述卡紧弹簧向内偏压辊48使其与轮毂32、34接合。然而，可以使用螺旋弹簧或其他形式的弹簧，包括用于每个辊的独立弹簧。也可以使用其他机构，只要辊48被充分地向内偏压或向内推压，使得在未接合位置中辊48保持与轮毂32、34接合，但是在转弯位置中轮的超越辊48可以从一个凹槽62转位到下一个凹槽。

现在还参照图11和图12，虽然上述发明已被描述为适用于图中所示的离合器设备，但它也可以容易地结合到分体式防滚架组件中，例如美国专利8,919,513中所示的那种分体式防滚架组件，该专利的全部内容通过引用并入本文。如图11所示(其对应于所述美国专利8,919,513的图3A)，代替一个防滚架50上的舌状件56接合在另一个防滚架52中的凹口58中，每个防滚架150中的接收辊148的狭槽154在面向另一个防滚架的端部处是敞开的。联接器或适配器160放置在两个防滚架之间。联接器160包括轮毂162，该轮毂具有从轮毂162径向向外延伸的多个齿164。图11中省略了与联接器160的另一侧接合的第二防滚架150，以允许清楚地观察联接器，但该第二防滚架可以与所示的防滚架相同。

齿164的数量优选地与每个防滚架150中狭槽154的数量和辊148的数量相匹配。齿164在防滚架150的狭槽154内的部分在周向方向上的宽度略小于防滚架150的狭槽154的宽度，使得存在间隙。该间隙被设计成容许两个防滚架150之间进行与上文针对舌状件56和凹口58所讨论的相同的有限相对旋转。然而，因为齿164在两个防滚架150的狭槽154内具有用于有限旋转的间隙，所以每个狭槽内的间隙提供了两个防滚架的总体相对旋转的一半。本领域技术人员将能够容易地将上述扇形轮毂表面与图11的适配器160组合。

尽管已经关于本发明的示例性实施例描述和说明了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不背离本发明的精神和范围的前提下，可以在其中和对其进行前述及各种其他改变、省略和添加。

Claims (17)

1.一种双向超越离合器，用于控制传递到轮式机器的主驱动轮轴的轴段的扭矩传递，所述双向超越离合器包括：

离合器壳体，所述离合器壳体适于接合至输入装置并通过所述输入装置旋转，所述离合器壳体上具有内凸轮表面；

一对轮毂，每个轮毂适于接合驱动轮轴的相应轴段的端部以与驱动轮轴一起旋转，每个轮毂在外表面上具有多个轴向延伸的凹陷部；

一对辊组件，所述一对辊组件布置在所述离合器壳体内，每个辊组件包括：

围绕所述一对轮毂中的一个的至少一部分定位的一组辊；

具有多条狭槽的防滚架，每个辊位于一狭槽内，所述防滚架位于相应轮毂的至少一部分周围；和

弹簧，所述弹簧趋向于径向向内推压所述辊以坐置在相应轮毂的所述凹陷部中的相应凹陷部中；

每个辊组件位于所述内凸轮表面附近，当所述防滚架相对于所述离合器壳体沿第一方向旋转到前进接合位置中时以及当所述防滚架相对于所述离合器壳体沿着第二方向旋转到倒退接合位置中时，所述内凸轮表面适于提供所述辊在所述内凸轮表面和相应轮毂之间的楔入接合，所述第二旋转方向与所述第一旋转方向相反，所述内凸轮表面限定了所述辊在所述前进接合位置和所述倒退接合位置之间的释放位置，在所述释放位置中，容许所述辊抵抗所述弹簧的作用而径向向外运动，以从相应轮毂的所述凹陷部中释放所述辊，从而容许所述轮毂和相应辊组件相对旋转；

所述防滚架彼此接合以便进行有限相对旋转，使得当一个辊组件处于所述前进接合位置和所述倒退接合位置中的一个时，另一个辊组件不能移动到所述前进接合位置和所述倒退接合位置的相反方向。

2.根据权利要求1所述的双向超越离合器，其中，每个辊组件的所述弹簧包括环绕所述辊的卡紧弹簧。

3.根据权利要求2所述的双向超越离合器，其中，所述辊开有凹槽，所述卡紧弹簧坐置在所述凹槽中，并且所述凹槽的深度大于所述卡紧弹簧的厚度。

4.根据权利要求1所述的双向超越离合器，还包括位于所述防滚架中的至少一个上的至少一个舌状件，所述舌状件被接收在所述防滚架中的另一个中的相应凹口中，所述凹口具有比所述舌状件更大的周向长度，其中，所述舌状件和所述凹口的周向长度之差决定了这两个防滚架的有限相对旋转量。

5.根据权利要求1所述的双向超越离合器，还包括位于所述防滚架之间的至少一个适配器，用于提供所述防滚架之间的接合，所述适配器构造成与每个防滚架中的所述狭槽中的至少一些接合。

6.根据权利要求1所述的双向超越离合器，其中，所述辊围绕每个防滚架均匀地间隔开，所述凹陷部围绕每个轮毂均匀地间隔开，并且所述凹陷部的数量是所述辊的数量的整数倍。

7.根据权利要求1所述的双向超越离合器，还包括环绕所述离合器壳体的输入齿轮，其中所述输入齿轮包括围绕所述输入齿轮的外周形成的齿，并且所述内凸轮表面形成在或固定到所述输入齿轮的内径上。

8.根据权利要求7所述的双向超越离合器，其中，所述离合器安装在车辆中，所述车辆具有包括两个轴段的驱动轮轴，并且每个轴段与所述轮毂中的一个轮毂驱动地接合，所述车辆包括发动机，所述发动机具有与所述输入齿轮接合的输出轴，用于将旋转运动传递给所述输入齿轮。

9.根据权利要求8所述的双向超越离合器，其中，所述轮毂包括花键端部，用于与所述轴段上的配合花键端部接合。

10.根据权利要求1所述的双向超越离合器，其中，所述输入装置包括输入齿轮，所述输入齿轮适于与输入轴接合，用于将所述输入轴的旋转传递到所述输入齿轮的旋转中，所述输入齿轮接合至所述离合器壳体以使所述离合器壳体与所述输入齿轮一起旋转。

11.一种双向超越离合器，包括：

一对轮毂，所述一对轮毂适于接收一对同轴输出轴中的相应输出轴，用于使每个轮毂与其相应的输出轴一起围绕所述输出轴的公共轴线旋转，每个轮毂在外周上具有轴向延伸的隆起部和凹陷部；

一对辊组件，每个辊组件围绕所述轮毂中的一个并且包括：

平行于所述轴线的一组辊；

接收和引导所述一组辊的防滚架；以及

卡紧弹簧，所述卡紧弹簧环绕所述防滚架和所述一组辊并且向内推压所述辊以坐置在相应轮毂中的凹陷部中，在所述辊组件和所述轮毂围绕所述公共轴线相对旋转的作用下，所述卡紧弹簧容许所述辊向外移动并从凹陷部到凹陷部地越过相应轮毂的隆起部，

所述防滚架彼此接合以便围绕所述公共轴线进行有限相对旋转；和

壳体，所述壳体围绕所述辊组件并且具有内凸轮表面，所述内凸轮表面具有通过渐缩部分连接的向内突出的峰部和向外凹进的谷部，所述内凸轮表面的尺寸设计成使得当一辊组件的所述辊坐置在相应轮毂的凹陷部中时，所述辊楔入在所述渐缩部分上并且不通过所述内凸轮表面的所述峰部下方，并且当一辊组件的所述辊与所述内凸轮表面的所述谷部对准时，所述谷部收容所述辊的充分向外运动以越过相应轮毂的隆起部；

其中，在所述防滚架围绕所述公共轴线进行有限相对旋转的限制下，当一个辊组件的所述辊楔入在所述内凸轮表面的所述渐缩部分上时，另一个辊组件的所述辊与所述内凸轮表面的所述谷部对准。

12.根据权利要求11所述的双向超越离合器，其中，在每个辊组件中存在相等数量的均匀间隔开的辊，在每个轮毂上存在相等数量的均匀间隔开的凹陷部，并且每个轮毂上的凹陷部的数量是每个辊组件中的辊的数量的整数倍，并且所述谷部均匀地间隔开，所述谷部的数量等于每个防滚架中的辊的数量。

13.根据权利要求11所述的双向超越离合器，还包括输入齿轮，所述输入齿轮与所述壳体一体化或附接到所述壳体，并且与所述公共轴线同轴。

14.根据权利要求11所述的双向超越离合器，其中，所述轮毂还包括用于不可旋转地连接至所述输出轴的花键。

15.根据权利要求11所述的双向超越离合器，还包括被连接以使所述壳体围绕所述公共轴线旋转的发动机以及通过所述输出轴连接至所述轮毂以通过所述轮毂旋转的地面接合轮。

16.根据权利要求11所述的双向超越离合器，还包括在所述防滚架中的至少一个上的至少一个舌状件，所述舌状件被接收在所述防滚架中的另一个中的相应凹口中，所述凹口具有比所述舌状件更大的周向长度，其中，所述舌状件和所述凹口的周向长度之差决定了这两个防滚架的有限相对旋转量。

17.根据权利要求11所述的双向超越离合器，还包括位于所述防滚架之间的至少一个适配器，用于提供所述防滚架之间的接合，所述适配器构造成与每个防滚架中的狭槽中的至少一些接合。