CN109563891A - 改进与支柱放倒速度相关的锁定构件动态特性的单向离合组件和其中的连接构件 - Google Patents

Abstract

一种用于可接合的连接组件的连接构件包括具有至少一个槽的连接面部。每个槽的尺寸和形状都设计成接收并且基本上保持锁定构件，锁定构件在组件的超越状态期间、在连接构件围绕组件的旋转轴线的放倒角速度下放倒在其槽中。每个槽都具有槽轴线，槽轴线相对于连接构件的中心线的法线成一定角度，以改进超越状态期间与支柱放倒速度相关的锁定构件动态特性。

Description

改进与支柱放倒速度相关的锁定构件动态特性的单向离合组 件和其中的连接构件

相关申请的交叉引用

本发明要求于2016年5月24日提交的美国临时申请第62/340,723号的优先权，该临时申请的公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明总体涉及包括可选单向离合组件的单向离合组件，以及用于其中的连接构件。

背景技术

如名称为“以改进的支柱稳定性为特征的单向离合组件”并且转让给本发明的受让人的美国专利第6,571,926中所述，离合器用于各种各样的应用，以选择性地将来自可旋转的第一“驱动”构件、例如驱动盘或驱动板的动力连接至可独立旋转的第二“从动”构件、例如从动板或从动盘。在已知的各种离合器中的一种中，通常称为“单向”或“超越”离合器，离合器仅在驱动构件试图相对于从动构件在第一方向上旋转时“接合”，以将驱动构件机械地连接至从动构件。一旦这样被接合，则仅在驱动构件相对于从动构件在相反的第二方向上旋转时，离合器才使从动构件与驱动构件脱离或断开。此外，离合器另外允许驱动构件相对于从动构件在第二方向上自由地旋转。驱动构件相对于从动构件在第二方向上的这种“自由转动”也称为“超越”状态。

已知的这样一种单向离合器采用并置的、基本上同轴的驱动构件和从动构件，该驱动构件和从动构件以近距离轴向相对的、大致平面的离合面部为特征。如发明人Frank在美国专利第5,449,057号和发明人Ruth等人在美国专利第5,597,057号中所教导的那样，这样的“平面”单向离合器通常包括形成在驱动构件的面部中的多个凹部和形成在从动构件的面部中的至少一样多的凹部。在驱动构件的每个槽内承载薄的扁平支柱，使得每个支柱的第一纵向端部都可以容易地接合并抵靠由其对应的驱动构件的凹部限定的肩部。例如，通过定位在驱动构件的凹部中的支柱下方的弹簧将支柱的相对的第二纵向端部朝向从动构件的面部推动并使其抵住从动构件的面部。

当驱动构件相对于从动构件在第一方向上旋转时，至少一个支柱的第二端部接合、且随后抵靠由从动构件的凹部限定的肩部，于是支柱被设置为受压并且从动构件与驱动构件连接以进行旋转。当驱动构件相对于从动构件在第二方向上旋转时，由从动构件的凹部的其他部分限定的斜坡表面将每个支柱的第二端部朝向驱动构件往回推动，于是允许驱动构件相对于从动构件在第二方向上自由旋转。

在离合器超越期间每个支柱的第二端部与从动构件的离合面部的斜坡表面之间的这种周期性的接合可能产生常常与单向离合器相关联的噪声或“啮合”声。减小离合器超越期间的这种啮合声的已知方法包括修改支柱的设计，其包括：减小支柱的惯性质量；改变施加在支柱上的弹簧力；以及在离合器面部之间的空间中使用各种运动阻尼流体，从而在离合器超越期间更好地控制支柱的动态特性。然而，特别是在其他离合部件(例如，从动构件)由具有不同的噪声传送特性的材料(例如，金属粉末)制成时，期望在超越期间进一步对降噪进行改进。

“支柱不稳定性”是一种不利的状态，其特征通常是支柱在应该被放置在其槽中时伸出。支柱不稳定性是耐用性方面的首要关注问题，因为它直接关系到弹簧、支柱和槽的过早磨损和最终失效。在超越阶段期间有利的是支柱下降到它们各自的槽中，以使由于各种牛顿相互作用引起的寄生损耗最小化。保持支柱被限制在槽中的槽板的最小角速度通常被称为支柱“放倒(laydown)”速度。

影响支柱下降的机制很多，并且(除了许多其他因素之外)可能与槽板的旋转速度、槽板的角加速度、支柱的几何形状、弹簧系数、流体相互作用和槽壁的拔模斜度有关。

如前所述(并且如图10所示)，槽外壁的拔模斜度也可能显著影响支柱放倒速度。大零度的角度倾向于增大放倒速度，而负的角度可用于减小放倒速度。然而，这存在对制造复杂性的权衡，较大的拔模斜度通常代表较低的制造成本，因为较大的拔模斜度能够增加用于制造槽板的压力机的寿命。而零或负的拔模斜度更难形成，通常需要二次加工操作。

公开的美国申请第2011/0297500号(也转让给了本发明的受让人)提供了位于其相应的槽中的支柱的动态接合分析，其中如下地说明和描述了作用在支柱上的各种力：

F_R＝支柱合力。可用于将支柱从其槽中推出的力(即，支柱上的合力)。

F_S＝弹簧力。由弹簧产生的、用于将支柱从其槽中推出以与缺口板接合的力。

F_C＝离心力。由于操作期间槽板的旋转而产生的支柱的有效重量(支柱对抗槽板壁的力)。这是一种依赖于观察者的参考系的假想力。

F_F＝摩擦力。这种力由作用在槽板上的支柱的有效重量(离心力)产生。转速越高，摩擦力越大。这种力可以防止支柱从槽中推出。

F_p＝支柱推出力。槽板壁的角度使支柱从槽板中推出。这是由于槽板旋转产生的离心力造成的。

F_L＝流体力。这种力由支柱在接合到缺口板中时使传动流体位移的作用产生。

如上述申请中所述，“完全垂直”或“略微负”垂直的壁提高了在超越期间经受旋转离心力的支柱或摇杆(即，统称为“锁定构件”)的稳定性。此外，“略微负”的角度更进一步降低了支柱由于这样的离心力而“锁定”时的每分钟转速(RPM)。

换言之，与可以具有诸如1-2度或0.5-1度的拔模斜度的、角度为正的铸造表面(即，表面的角度“略微正”)相比，当将槽板壁加工成垂直的或略微负的时，提高了性能。

美国专利第5,927,455号公开了一种双向超越棘爪式离合器。美国专利第6,244,965号公开了一种用于传递扭矩的平面超越连接器。美国专利第6,290,044号公开了一种用于自动变速器的可选单向离合组件。美国专利第7,258,214号和第7,484,605号公开了一种超越连接组件。美国专利第7,344,010号公开了一种超越连接组件。美国专利第7,484,605号公开了一种超越径向连接组件或离合器。

其他相关的美国专利公开包括：2011/0183806；2011/0233026；2011/0214962；2010/0252384；2010/0230226；2010/0063693；2010/0200358；2009/0098970；2009/0194381；2008/0223681；2008/0110715；2008/0169166；2008/0185253；2006/0185957；以及下面的美国专利号：7,942,781；8,079,453；7,992,695；8,051,959；8,011,464；8,042,669；8,061,496；8,042,670；8,056,690；8,083,042；8,087,502；7,824,292；7,743,678；7,491,151；7,464,801；7,349,010；7,275,628；7,256,510；7,223,198；7,198,587；7,100,756；7,093,512；6,953,409；6,814,201；6,503,167；6,193,038；6,116,394；6,186,299；6,571,926；4,050,560；5,638,929；5,362,293；5,678,668；5,918,715；5,070,978和5,964,331。

为了本发明的目的，术语“连接器”应该理解为包括离合器或制动器，其中一个板可驱动地连接至变速器的扭矩输送元件，并且另一个板可驱动地连接至另一个扭矩输送元件或相对于变速器壳体锚固并保持静止。术语“连接器”、“离合器”和“制动器”可互换使用。

“力的矩”(通常仅写成力矩)是力使物体扭转或旋转的趋向。力矩在数学上的值是力和力臂的乘积。力臂是从旋转点或旋转轴线到力的作用线的垂直距离。力矩可以被认为是对引起围绕穿过某个点的假想轴线旋转的力的趋向的量度。

换言之，“力的力矩”是通过力与给定点到力的作用线的垂直距离之间的乘积来度量的、力围绕给定点或给定轴线的转动效应。通常，顺时针力矩称为“正”力矩，逆时针力矩称为“负”力矩。如果物体是平衡的，则围绕某一枢轴的顺时针力矩的总和等于围绕相同枢轴或轴线的逆时针力矩的总和。

发明内容

本发明的至少一种实施方式的目的是提供一种改进的连接构件和单向离合组件，其中通过使接收并且基本上保持支柱的槽成一定角度而关于支柱放倒速度改进了锁定构件或支柱的动态特性。当支柱相对于垂直轴线旋转时，实现了支柱动态特性的改进。这通常会通过使整个槽转动来实现，但是也可以仅通过使外壁(和内槽凸耳)转动来完成。

为了实现本发明的至少一种实施方式的上述目的和其他目的，提供了一种用于可接合的连接组件的连接构件。该连接构件具有穿过连接构件的中心的中心线。该连接构件包括具有至少一个槽的连接面部。每个槽的尺寸和形状都设计成接收并且基本上保持锁定构件，该锁定构件在连接组件的超越状态期间、在连接构件围绕连接组件的旋转轴线的放倒角速度下放倒在其槽中。每个槽都具有槽轴线，该槽轴线相对于中心线的法线成一定角度，以改进超越状态期间与支柱放倒速度相关的锁定构件的动态特性。

每个槽的槽轴线都可以相对于法线向外地或逆时针地转动。可替代地，每个槽的槽轴线都可以相对于法线向内地或顺时针地转动。

连接构件可以是槽板。

锁定构件可以是锁定支柱。

连接面部可以具有环形的连接面部。

连接面部可以具有多个槽。每个槽的尺寸和形状都可以设计成接收并且基本上保持对应的锁定构件。

每个槽都可以具有“T”形状。

每个槽都可以具有用于接收偏置弹簧的内凹部，其中每个槽都是弹簧槽。

环形的连接面部可以定向成沿着旋转轴线面向轴向。

每个槽轴线相对于法线的角度都可以在-5°至10°的范围内。

此外，为了实现本发明的至少一种实施方式的上述目的和其他目的，提供了一种具有中心轴线的单向离合组件。该单向离合组件包括具有穿过中心轴线的中心线的环形的槽板。该槽板包括环形的连接面部，该环形的连接面部具有围绕中心轴线彼此间隔开的多个槽。每个槽的尺寸和形状都设计成接收并且基本上保持锁定构件，该锁定构件在单向离合组件的超越状态期间、在槽板围绕轴线的放倒角速度下放倒在其槽中。每个槽都具有槽轴线，该槽轴线相对于中心线的法线成一定角度，以改进超越状态期间与支柱放倒速度相关的锁定构件的动态特性。环形的缺口板围绕中心轴线延伸并包括围绕中心轴线彼此间隔开的缺口。多个锁定构件接收在槽内。

每个槽的主轴线都可以相对于法线向外地或逆时针地转动。可替代地，每个槽都可以相对于法线向内地或顺时针地转动。

每个锁定构件都可以是锁定支柱。

每个槽都可以具有“T”形状。

每个槽都可以具有用于接收偏置弹簧的内凹部，其中每个槽都是弹簧槽。

环形的连接面部可以定向成沿着中心轴线面向轴向。

每个槽轴线相对于法线的角度都可以在-5°至10°的范围内。

尽管上面描述了示例性实施方式，但是这些实施方式并不意图描述本发明的所有可能的形式。相反，说明书中所使用的词语是描述性而非限制性的词语，并且应理解的是可以在不脱离本发明的主旨和范围的情况下做出各种变化。另外，各个实施方式的特征可以组合，以形成本发明的另外的实施方式。

附图说明

图1是根据本发明的至少一种实施方式构造的槽板形式的连接构件的示意性立体图；

图2是图1的槽板的俯视平面图，示出了对于槽板的12个不同的槽的可行的不同拔模斜度和槽转动轴线；

图3是与图1的视图类似的视图，不同的是支柱头端向内倾斜；

图4类似于图2的视图，但是具有图3中所示的变化；

图5是与图1的槽板一起使用的缺口板形式的第二连接构件的示意性立体图，其示出了缺口被转动从而对应于槽板的经转动的槽；

图6是图5的缺口板的俯视平面图；

图7是图6的圆圈区域的放大视图，以更好地显示其中一个缺口的转动角度；

图8是槽板的一部分的部分剖视的视图，并且具有经转动的支柱(其通常被接收并保持在经转动的槽内，例如图1和图2中的其中一个经转动的槽)；

图9示出了针对恒定的拔模斜度下各种槽转动比较支柱上的合力矩与槽板RPM的曲线图；以及

图10示出了针对各种壁拔模斜度并且槽不转动的情况比较支柱上的合力矩与槽板RPM的曲线图。

具体实施方式

根据需要，本文公开了本发明的具体实施方式；然而，应理解的是，所公开的实施方式仅仅是可以体现为不同的和替代的形式的、本发明的示例。附图不一定成比例；为了示出特定的部件的细节，一些特征可能被放大或最小化。因此，本文所公开的特定的结构和功能细节不应解释为限制性的，而仅仅是教导本领域的技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

除了先前描述的许多影响支柱的“放倒”或“锁定”速度的因素之外，如图9所示，本发明的发明人已经发现“槽转动角度”(即，整个槽(或槽的外壁和内槽凸耳)在槽板内的角度)是另一个影响放倒速度的因素。槽的逆时针(即，向外)转动降低了旋转的槽板的放倒速度，从而允许或补偿相对较大的拔模斜度，这使制造成本较低。同样如图9所示，槽的顺时针(即，向内)转动提高了放倒速度。支柱放倒所需的速度(即，RPM)决定了离合器的接合能力。因此，如果希望离合器以相对较高的速度(即，RPM)接合，则使用槽的向内转动。

随着槽转动量的增加，支柱及其槽的几何构成发生变化，导致由于此时作用在支柱上的向心力而产生了新的力矩。向心力是产生本文所述的支柱/锁定壁的动态特性的物理力。该新的力矩是由于支柱上升或下降所围绕的旋转点的相对变化引起的。

现在参照图1和图2，示出了用于可接合的连接组件的连接构件，总体上用10表示。连接构件或槽板10具有穿过连接构件10的中心16的中心线20。连接构件10包括连接面部12，连接面部12具有至少一个槽，优选具有在图2中标记为槽#1-2的多个槽14。为了说明的目的，每个槽14都具有不同的拔模斜度和槽轴线角度Φ。然而，应该理解的是，优选槽14具有相同的拔模斜度和相同的槽轴线角度。每个槽14的尺寸和形状都设计成接收并基本上保持锁定构件，例如，锁定支柱15(即，图8)，该锁定构件在组件的超越状态期间、在连接构件14围绕组件的旋转轴线16的放倒角速度下放倒在其槽14中。每个槽14都具有槽轴线17(在图2中仅针对槽#1示出)，槽轴线17相对于中心线20的法线18成一定角度，以改进超越状态期间锁定构件的动态特性。

如图2所示，每个槽14的槽轴线17都相对于法线向外地或逆时针地转动。

锁定构件15优选是锁定支柱。

连接面部12优选是环形的连接面部12。连接面部12具有多个槽14，每个槽14都具有“T”形状。

每个槽14都具有用于接收偏置弹簧(未示出)的内凹部24(图8)，其中每个槽14都是弹簧槽。

环形的连接面部12定向成沿着旋转轴线16面向轴向。花键22设置在槽板10的内径上，以将扭矩传递到板10或传递来自板10的扭矩。

图3和图4示出了连接构件或槽板10’，其与图1和图2的槽板10大体相同，因此，类似的部件具有相同的附图标记，但具有单引号标记。槽板10’与槽板10大体相同，不同的是槽14’向内转动。槽板10’的每个槽14’具有与槽板10中的对应的槽14相同的拔模斜度和相同的转动幅度。如前所述，当希望所得到的离合器以图9所示的相对较高的RPM接合时，使用图3和图4的槽板的实施方式(即，槽向内转动)。

如图9所示，每个槽轴线17相对于法线18的角度都在-5°至10°的范围内。

槽板10与图5和图6的第二连接构件20以及一个或多个锁定支柱15的组合形成了具有中心轴线16的连接组件或离合组件。

环形的槽板30围绕中心轴线16延伸并且包括围绕中心轴线16彼此间隔开的缺口34。缺口34形成在槽板30的连接面部32中。缺口34形成角度Φ，该角度对应于槽板10的至少一个角度Φ或与槽板10’一起使用时的-Φ。

由于向心力和其他影响放倒速度的因素，以下等式涉及先前描述的支柱上的新力矩，其中：

Sm＝支柱力矩

M＝支柱质量

R＝支柱的节圆半径

W＝槽板的角速度

Sf＝弹簧力

Ls＝槽锁定面部和弹簧中心之间的距离

Lo＝槽锁定面部和外部超越面部之间的距离

Ew＝凸耳宽度

Θ＝拔模斜度

Φ＝整个槽(或者替代地槽的外壁和内槽凸耳)的转动角度

Fc＝摩擦系数

Pm＝支柱枢转点与支柱质心之间的距离

Bp＝支柱背面与支柱枢转点之间的距离

St＝支柱的厚度

ε＝凸耳前壁角度

对于角度，Φ＜0(即，向内转动)

支柱向内转动(槽CW(顺时针)转动，支柱头端朝向ID(即，板10的内径)：Sm-Sf*Ls+((M*r*w^2*Cos(Φ))/(Cos(Θ)-Fc*Sin(Θ)))*(Sin(Θ)*(Pm+Bp)-Fc*Cos(Θ)*(Pm+Bp))+M*r*w^2*Sin(Φ)*St/2

对于角度，Φ＞0或Φ＝0(不转动或向外转动)

支柱向外转动(槽CCW(逆时针)转动，支柱头端朝向OD(即，板10的外径)：Sm＝Sf*(Ls-Lo+Ew)+M*r*w^2*(Sin(Θ)*Cos(Θ)-Fc*(Cos(Θ))^2)*(Pm)-M*r*w^2*Sin(Φ)*(St+(Fc*(Sin(ε)*(St-Tan(ε)*(Ew))+(Ew/Cos(ε)))-Cos(ε)*(St-Tan)(ε)*(Ew))/(Fc*Sin(ε)-Cos(ε)+Fc^2*Cos(ε)-Fc*Sin(ε))))

总之，发明人发现，锁定构件或支柱相对于槽板的中心线的法线的取向对与支柱放倒速度相关的动态特性有影响。槽轴线的逆时针转动倾向于降低支柱放倒的速度，而顺时针转动倾向于提高放倒速度。

槽的逆时针转动(即，其中支柱头端朝向离合器的外径)可以降低油需求的敏感性以及通过扩大功能尺寸公差而有益于可制造性。槽的逆时针转动倾向于降低支柱放倒速度。这具有增加离合器对低油条件的恢复力的趋势，否则可能增加支柱的不稳定性。

相反，槽的顺时针转动(即，其中支柱头端朝向离合器的内径)倾向于提高支柱放倒速度。这在支柱需要在较高速度下起作用的离合器应用中是有益的，例如离合器需要能够以较高的槽板和缺口板速度进行接合的动态应用。

基于发明人的发现，代替将槽的主要部分或槽轴线定向为垂直于穿过MD的中心线，发明人使支柱的主要部分或槽轴线与板的中心线的法线相差一定角度。

先前描述的“支柱不稳定性”及其引起的破坏涉及支柱的不适当的动态特性。支柱的动态特性设计成使得在某些条件下(通常通过图9和图10所示的槽板RPM范围来确定)支柱不能再上升并且保持在槽中，从而在其防止在槽内的时间段内压缩其偏置弹簧。当这些动态特性被改变时，允许支柱在不适当的情况下离开槽，结果是支柱不稳定，其表现为通过部件产生明显的声音和振动，并最终导致失效。

如图9所示，槽的转动显著改变了离合器的支柱动态特性。槽向内转动促进了倾向于从槽中抬起支柱的力矩；相反，向外转动倾向于使支柱降低，对抗弹簧力。

图9的曲线图显示，针对3000RPM的基线放倒速度，转动-4°的槽将此速度提高到接近4500RPM，增加50％。相反，同样如图9所示，通过增加正转动角度，放倒速度可以从基线放倒速度减小近50％。该转动角度改进了支柱的动态特性。

尽管上面描述了示例性实施方式，但是这些实施方式并不意图描述本发明的所有可能的形式。相反，说明书中所使用的词语是描述性而非限制性词语，并且应理解的是在不脱离本发明的主旨和范围的情况下可以做出各种变化。另外，不同实施方式的特征可以组合，以形成本发明的另外的实施方式。

Claims (19)

1.一种连接构件，其用于可接合的连接组件，所述连接构件具有穿过所述连接构件的中心的中心线，所述连接构件包括：

具有至少一个槽的连接面部，每个所述槽的尺寸和形状都设计成接收并且基本上保持锁定构件，所述锁定构件在所述连接组件的超越状态期间、在所述连接构件围绕所述连接组件的旋转轴线的放倒角速度下放倒在其的所述槽中，并且其中每个所述槽都具有槽轴线，所述槽轴线与所述中心线的法线成一定角度，以改进超越状态期间与支柱放倒速度相关的所述锁定构件的动态特性。

2.根据权利要求1所述的连接构件，其中，每个所述槽的所述槽轴线都相对于所述法线向外地或逆时针地转动。

3.根据权利要求1所述的连接构件，其中，每个所述槽的所述槽轴线都相对于所述法线向内地或顺时针地转动。

4.根据权利要求1所述的连接构件，其中，所述连接构件是槽板。

5.根据权利要求1所述的连接构件，其中，所述锁定构件是锁定支柱。

6.根据权利要求1所述的连接构件，其中，所述连接面部是环形的连接面部。

7.根据权利要求1所述的连接构件，其中，所述连接面部具有多个槽，每个槽的尺寸和形状都设计成接收并且基本上保持对应的锁定构件。

8.根据权利要求1所述的连接构件，其中，每个所述槽都具有“T”形状。

9.根据权利要求1所述的连接构件，其中，每个所述槽都具有用于接收偏置弹簧的内凹部，并且其中每个所述槽都是弹簧槽。

10.根据权利要求6所述的连接构件，其中，所述环形的连接面部定向成沿着所述旋转轴线面向轴向。

11.根据权利要求1所述的连接构件，其中，每个所述槽轴线相对于所述法线的角度都在-5°至10°的范围内。

12.一种单向离合组件，其具有中心轴线，所述单向离合组件包括：

环形的槽板，其具有穿过所述中心轴线的中心线，所述槽板包括环形的连接面部，所述环形的连接面部具有围绕所述中心轴线彼此间隔开的多个槽，每个所述槽的尺寸和形状都设计成接收并且基本上保持锁定构件，所述锁定构件在所述单向离合组件的超越状态期间、在所述槽板围绕所述中心轴线的放倒角速度下放倒在其的所述槽中，并且其中每个所述槽都具有槽轴线，所述槽轴线相对于所述中心线的法线成一定角度，以改进超越状态期间与支柱放倒速度相关的所述锁定构件的动态特性；

环形的缺口板，其围绕所述中心轴线延伸并包括围绕所述中心轴线彼此间隔开的缺口；以及

接收在所述槽内的多个锁定构件。

13.根据权利要求12所述的单向离合组件，其中，每个所述槽的所述槽轴线都相对于所述法线向外地或逆时针地转动。

14.根据权利要求12所述的单向离合组件，其中，每个所述槽的所述槽轴线都相对于所述法线向内地或顺时针地转动。

15.根据权利要求12所述的单向离合组件，其中，每个所述锁定构件都是锁定支柱。

16.根据权利要求12所述的单向离合组件，其中，每个所述槽都具有“T”形状。

17.根据权利要求12所述的单向离合组件，其中，每个所述槽都具有用于接收偏置弹簧的内凹部，并且其中每个所述槽都是弹簧槽。

18.根据权利要求12所述的单向离合组件，其中，所述环形的连接面部定向成沿着所述中心轴线面向轴向。

19.根据权利要求12所述的单向离合组件，其中，每个所述槽轴线相对于所述法线的角度都在-5°至10°的范围内。