CN109642592B - 位置致动器 - Google Patents

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Abstract

位置致动器包括气缸外壳、可动的主活塞、活塞杆以及推环，气缸外壳形成具有第一部分和第二部分的流体腔室，可动的主活塞设置在第二部分中，活塞杆牢固地附接到主活塞，并且延伸通过气缸外壳的一个端部，推环设置在第一部分中并且相对于主活塞可以轴向地移动。该位置致动器还包括第一端口和第二端口，第一端口延伸通过气缸外壳，从而在主活塞和气缸外壳的一个端部之间允许流体与第一部分连通，第二端口延伸通过气缸外壳，从而在主活塞和气缸外壳的另一端部之间允许流体与第二部分连通，其中，第一部分和第二部分中的至少一个被加压以将主活塞移动到第一位置和第二位置中的至少一个。

Description

位置致动器
1.技术领域
本发明总体上涉及用于动力系的位置致动器，并且更具体地涉及用于车辆动力系的位置致动器。
2.背景技术
已知提供一种气动致动的位置致动器，以用于致动动力系中的诸如变速器中的齿轮和离合器之类的部件。在Hirano等人的美国专利申请公开第2003/0136254号中公开了这种位置致动器的示例。在该专利公开中，该位置致动器包括外壳、可移动内部活塞以及活塞杆，可移动内部活塞设置在外壳内的腔室中，活塞杆从活塞轴向地延伸通过外壳的一个端部。对于这种位置致动器，分隔壁将外壳分成两个压力腔室。另外，该位置致动器具有从其端部位置到其中间位置的较小的力，如果其被用作期望有摘挡而挂入挡的最大的力的换挡致动器，则这是不利的。
因此，期望提供一种具有最少部件数和最小构造长度的位置致动器。另外，期望提供一种位置致动器，用于将一个齿轮脱离(脱开一个挡位)然后将位置致动器停止在中间(空挡)位置。通常，为了停止在中间(空挡)位置，活塞的两侧都被加压。一些制造商使用相对较大的执行器或快速调节器系统来确保有足够的力到空挡中，此时两侧都完全加压。但是，如果致动器的两侧都完全加压，则力不够高。
发明内容
因此，本发明提供一种具有最少部件数和最小构造长度的位置致动器。
在一个实施例中，本发明提供了位置致动器，该位置致动器包括气缸外壳、可(移)动的主活塞、活塞杆以及推环，气缸外壳形成具有第一部分和第二部分的流体腔室，可动的主活塞设置在第二部分中，活塞杆牢固地附接到主活塞，并且延伸通过气缸外壳的一个端部，推环设置在第一部分中并且相对于主活塞可以轴向地移动。该位置致动器还包括第一端口和第二端口，第一端口延伸通过气缸外壳，从而在主活塞和气缸外壳的一个端部之间允许流体与第一部分连通，第二端口延伸通过气缸外壳，从而在主活塞和气缸外壳的另一端部之间允许流体与第二部分连通。第一部分和第二部分中的至少一个被加压以将主活塞移动到第一位置和第二位置中的至少一个。
本发明的一个优点是提供了一种新的位置致动器，其不需要其间具有分隔壁的两个压力腔室，从而节省了空间、成本并且使组装更容易。本发明的另一个优点是该位置致动器是具有不同位置的更紧凑的致动器，并具有(从两侧)靠向中间位置的相对高的力。本发明的又一个优点是，该位置致动器具有(多个)直径以提供从每个端部位置朝向中间位置的且与从中间位置到端部位置的力相比更大的力，或至少相同大小的力。
在阅读了结合附图的后续说明之后，将容易理解本发明的其它特征和优点，因为这些特征和优点将变得更好理解。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的位置致动器的示意图，示出了与动力系的一部分的操作关系。
图2是示出在第一操作位置的图1的位置致动器的放大局部正视图。
图3是类似于图2的视图，示出了在第二操作位置的图1位置致动器。
图4是类似于图2的视图，示出了在第三操作位置的图1位置致动器。
具体实施方式
如图1至图4中所公开的，根据本发明的位置致动器10的一个实施例示出为用于移动车辆动力系(未示出)的各部件、诸如是位于自动变速器或自动手动变速器中的齿轮和离合器的气动致动器。在图1所示的实施例中，位置致动器10用于移动换挡导轨11以接合和脱离变速器中的至少一个齿轮(挡位)。应当理解，位置致动器10可用在车辆的除了动力系之外的其它实施例中。还应该理解，位置致动器10可以是两位置式致动器或三位置式致动器。
参考图2-4，位置致动器10包括轴向延伸的气缸外壳12。气缸外壳12通常为圆筒形，具有大致圆形的横截面。气缸外壳12具有壁14，在其中形成流体腔室16。腔室16具有第一部分18、第二部分20以及第三部分21。第一部分18的直径大于第二部分20的直径，并且第二部分20的直径大于第三部分21的直径。气缸外壳12还在第一端部22和第二端部24之间轴向延伸，并且具有第一肩部或台阶26以及第二肩部或台阶27，第一肩部或台阶26轴向设置在第一部分18和第二部分20之间以形成用于将要描述的推环52的轴向止挡件，第二肩部或台阶27轴向设置在第二部分20和第三部分21之间，以形成用于将要描述的主活塞30的轴向止挡件。气缸外壳12包括开口或孔28，该开口或孔28轴向延伸通过第一端部22并且与腔室16的第一部分18流体地连通。孔28允许将要描述的活塞杆38延伸通过气缸外壳12的第一端部22。应该理解的是，气缸外壳12可以具有任何合适的形状。
位置致动器10还包括设置在腔室16的第二部分20中的可移动的内部主活塞30。主活塞30通常为圆筒形。主活塞30的直径小于气缸外壳12的第二部分20的直径，以允许主活塞30在气缸外壳12的腔室16的第二部分20中轴向地移动。主活塞30包括轴向地延伸通过其中以接纳将要描述的活塞杆38的中心孔32。中心孔32可包括直径减小的部分33。主活塞30在一个端部具有直径减小的部分34。直径减小的部分34的直径小于主活塞30的直径D2。主活塞30还具有一个或多个沟槽36，这些沟槽36在其中沿周向和径向延伸并且轴向地间隔开，以容纳将要描述的一个或多个密封件76。在一个实施例中，主活塞30是一体的、整体的且单件式的。应当理解，密封件76接合气缸外壳12的壁14并且防止气流通过主活塞30。
位置致动器10还包括活塞杆38，该活塞杆38连接到主活塞30并从其轴向延伸，用于致动诸如换挡拨叉11之类的部件。活塞杆38具有第一部分40和第二部分42，第一部分40轴向地延伸通过孔28并延伸到中心孔32中，第二部分42从第一部分40轴向地延伸并延伸到主活塞30的中心孔32的直径减小的部分33中。第一部分40具有第一直径D1，第二部分42具有小于第一直径的第二直径。在一个实施例中，活塞杆38是一体的、整体的且单件式的。应该理解的是，密封件围绕活塞杆38设置在气缸外壳12中并且防止气流通过活塞杆38。还应该理解的是，第一部分40的一个端部可以经由径向地延伸穿过该第一部分的孔(未示出)联接到换挡导轨11。
位置致动器10还包括在气缸外壳12的壁14中的、通常用44表示的至少一个端口或通道。至少一个端口44径向地延伸到气缸外壳12的壁14中。在一个实施例中，至少一个端口44包括第一端口46、第二端口48、第三端口50以及第四端口51。第一端口46在主活塞30的一侧上径向地向内延伸到气缸外壳12的壁14中，从而在主活塞30和气缸外壳12的第一端部22之间允许诸如空气之类的流体与腔室16的第一部分18连通。第二端口48在主活塞30的另一侧上径向地向内延伸到气缸外壳12的壁14中，从而在气缸外壳12的第二台阶27处允许流体与腔室16的第二部分20和第三部分21连通。第三端口50轴向地设置在第一端口46和第二端口48之间，并径向向内延伸到气缸外壳12的壁14中，从而在气缸外壳12的第一台阶26处允许流体与腔室16的第一部分18和第二部分20连通。第四端口51在将要描述的次级活塞60的一侧径向地向内延伸到气缸外壳12的壁14中，从而在次级活塞30和气缸外壳12的第二端部24之间允许诸如空气之类的流体与腔室16的第三部分21连通。应该理解的是，端口44可以具有任何合适的形状。还应该理解，第一端口46和第二端口48是工作端口，第三端口50和第四端口51是通风端口。还应该理解的是，可以为腔室16提供用于升高和降低流体压力的阀(未示出)。
位置致动器10还包括推环52，推环52在腔室16的第一部分18中轴向地设置在主活塞30和气缸外壳12的第一端部22之间。推环52包括轴向地延伸通过其中的中心孔54，以接纳主活塞30的直径减小的部分34。推环52在一个端部处具有直径减小的部分56。直径减小的部分56的直径小于推环52的直径D3。推环52具有在其中沿周向和径向延伸的至少一个沟槽58，以接纳将要描述的至少一个密封件76。在一个实施例中，推环52是一体的、整体的且单件式的。应当理解，密封件76接合气缸外壳12的壁14并且防止气流通过推环52。还应该理解的是，推环52形成浮动活塞并且可相对于主活塞30轴向地移动。
位置致动器10还包次级或平衡活塞60，该次级或平衡活塞60在腔室16的第三部分21中轴向地设置在主活塞30和气缸外壳12的第二端部24之间。次级活塞60包括轴向地延伸通过其中以接纳将要描述的连接件70的中心腔体62。次级活塞60在一个端部处具有直径减小的部分64。直径减小的部分64的直径小于次级活塞60的直径D4。直径减小的部分64在一个轴向端部处具有凸缘66，该凸缘66径向向内延伸以接合连接件70。次级活塞60具有在其中沿周向和径向延伸的至少一个沟槽68，以接纳将要描述的至少一个密封件76。在一个实施例中，连接件70是一体的、整体的且单件式的。应当理解，密封件76接合气缸外壳12的壁14并且防止气流通过次级活塞60。
位置致动器10包括轴向地设置在主活塞30和次级活塞60之间的联接构件或连接件70。连接件70通常为圆筒形并且轴向地延伸。连接件70具有轴向地延伸通过其中的孔72，以接纳活塞杆38的第二部分42。连接器70包括凸缘74，该凸缘74在一个轴向端部径向地向外延伸并设置在次级活塞60的中心腔体62中，以与次级活塞60的直径减小的部分64的凸缘66配合。应当理解的是，次级活塞60可在由连接件70限定的冲程边界内自由移动。
位置致动器10还包括设置在主活塞30的沟槽36、推环52的沟槽58、以及次活塞60的沟槽68中的密封件76。沟槽36、58和68通常为环形和矩形形状，但可具有任何合适的形状。沟槽36径向地向内延伸到主活塞30的壁和直径减小的部分34中，沟槽58径向地向内延伸到推环52的壁中，并且沟槽68径向地向内延伸到次级活塞60的壁中。密封件76通常是环形的。在一个实施例中，密封件76具有大致矩形的剖面形状。密封件76由诸如橡胶之类的柔性弹性材料制成。密封件76是一体的、整体的且单件式的。应当理解的是，密封件76可以是诸如唇形密封件、O形圈等的任何合适类型的密封件。
如图4所示，在位置致动器10的操作中，当动力系的齿轮啮合(挂入挡位)时，主活塞30在主活塞30靠近气缸外壳12的第一端22时具有第一位置。当气流进入第一端口46时，第一部分18被加压。当第一部分18中的压力大于第二部分20中的压力时，主活塞30朝着气缸外壳12的第二端部24移动到中间位置、空挡位置或第三位置，以致使换挡导轨11脱离齿轮(脱开挡位)，并且致使空气通过第三端口50向大气排放。如图3所示，当动力系的齿轮啮合(挂入挡位)时，在主活塞30靠近气缸外壳12的第二端口24时该主活塞30具有第二位置。当气流进入第二端口48时，第二部分20被加压。当第二部分20中的压力大于第一部分18中的压力时，主活塞30朝着气缸外壳12的第一端部22移动到第三位置，以致使换挡导轨11脱离齿轮(脱开挡位)，并且致使空气通过第三端口50向大气排放。如图2所示，当动力系的齿轮脱开时，当主活塞30轴向地设置在第一位置和第二位置之间时，主活塞30具有中间位置、空挡位置或第三位置当气流进入第一端口46、第二端口48和第三端口50时，主活塞30的两侧都被加压。应当理解的是，当第一部分18中的压力等于第二部分20中的压力时，主活塞30不会移动。还应该理解的是，如果仅主活塞30的侧部(D2)被加压，则次级活塞60的侧部(D4)将减小力以避免其太高，而如果主活塞30的两个侧部(D1/D3和D2)被加压，则次级活塞60的侧部(D4)将增加从左侧朝向中间位置的力。还应该理解的是，三位置式致动器10具有一个或多个阀(未示出)，以用于允许诸如空气的流体流入到腔室16中。
已经以说明性方式描述了本发明。应该理解的是，已经使用的术语旨在具有说明的词语的性质而不是限制性的。
受到上述讲授的启发可以对本发明进行多种变化和改动。因此，本发明除了具体描述的之外也可以实施。

Claims (24)

1.一种位置致动器(10)，包括：
气缸外壳(12)，所述气缸外壳形成具有第一部分(18)、第二部分(20)以及第三部分(21)的流体腔室(16)；
可动的主活塞(30)，所述主活塞设置在所述第二部分(20)中；
活塞杆(38)，所述活塞杆牢固地附接到所述主活塞(30)，并且延伸通过所述气缸外壳(12)的一个端部；
推环(52)，所述推环设置在所述第一部分中并且相对于所述主活塞(30)能轴向地移动；
次级活塞(60)，所述次级活塞在所述第三部分(21)中设置在所述主活塞(30)和所述气缸外壳(12)的另一端部之间，并且相对于所述主活塞(30)能轴向地移动；
第一端口(46)，所述第一端口延伸通过所述气缸外壳(12)，从而在所述主活塞和所述气缸外壳(12)的一个端部之间允许流体与所述第一部分(18)连通；以及
第二端口(48)，所述第二端口延伸通过所述气缸外壳(12)，从而在所述主活塞(30)和所述气缸外壳(12)的另一端部之间允许流体与所述第二部分(20)连通，其中，所述第一部分(18)和所述第二部分(20)中的至少一个被加压以将所述主活塞(30)移动到第一位置、第二位置和轴向地设置在所述第一位置和所述第二位置之间的第三位置中的至少一个，其中，当所述主活塞(30)的一侧被加压时，所述次级活塞(60)减少所述主活塞(30)到所述第三位置的力，并且当所述主活塞(30)的两侧都被加压时，所述次级活塞(60)增加所述主活塞(30)到所述第三位置的力。
2.根据权利要求1所述的位置致动器(10)，其特征在于，所述第二部分(20)的直径大于所述第一部分(18)的直径。
3.根据权利要求1所述的位置致动器(10)，其特征在于，所述第一端口(46)在所述主活塞(30)的一侧上径向向内延伸到所述气缸外壳(12)中以接纳加压空气。
4.根据权利要求3所述的位置致动器(10)，其特征在于，所述第二端口(48)在所述主活塞(30)的另一侧上径向向内延伸到所述气缸外壳(12)中，以接纳加压空气。
5.根据权利要求4所述的位置致动器(10)，其特征在于，包括轴向地设置在所述第一端口(46)和所述第二端口(48)之间的第三端口(50)，并且所述第三端口径向向内延伸到所述气缸外壳(12)中，以将空气排放到大气。
6.根据权利要求5所述的位置致动器(10)，其特征在于，包括轴向地设置在所述主活塞(30)和所述次级活塞(60)之间的联接构件(70)，并且所述联接构件将所述次级活塞(60)连接到所述活塞杆(38)，以允许所述次级活塞(60)在由所述联接构件(70)限定的冲程边界内移动。
7.根据权利要求5所述的位置致动器(10)，其特征在于，所述气缸外壳(12)包括与所述第三部分(21)连通的第四端口(51)，以将空气排放到大气中。
8.根据权利要求1所述的位置致动器(10)，其特征在于，所述主活塞(30)具有第一直径。
9.根据权利要求8所述的位置致动器(10)，其特征在于，所述主活塞(30)的具有直径减小的部分，所述直径减小的部分的第二直径小于所述第一直径。
10.根据权利要求1所述的位置致动器(10)，其特征在于，所述气缸外壳(12)具有在所述第一部分(18)和所述第二部分(20)之间形成的台阶(26)，以阻止所述推环(52)的轴向移动。
11.根据权利要求1所述的位置致动器(10)，其特征在于，所述推环(52)形成浮动活塞。
12.一种位置致动器(10)，包括：
气缸外壳(12)，所述气缸外壳形成具有第一部分(18)、第二部分(20)以及第三部分(21)的流体腔室(16)，其中所述第二部分(20)具有的直径大于所述第一部分的直径；
可动的主活塞(30)，所述主活塞设置在所述第二部分(20)中；
活塞杆(38)，所述活塞杆牢固地附接到所述主活塞(30)，并且延伸通过所述气缸外壳(12)的一个端部；
推环(52)，所述推环设置在所述第一部分(18)中形成浮动活塞并且能相对于所述主活塞(30)轴向地移动；
次级活塞(60)，所述次级活塞在所述第三部分(21)中设置在所述主活塞(30)和所述气缸外壳(12)的另一端部之间，并且相对于所述主活塞(30)能轴向地移动；
第一端口(46)，所述第一端口延伸通过所述气缸外壳(12)，从而在所述主活塞(30)和所述气缸外壳(12)的一个端部之间允许流体与所述第一部分(18)连通；
第二端口(48)，所述第二端口延伸通过所述气缸外壳(12)，从而在所述主活塞(30)和所述气缸外壳(12)的另一端部之间允许流体与所述第二部分(20)连通，其中，所述第一部分(18)和所述第二部分(20)中的至少一个被加压以将所述主活塞(30)移动到第一位置、第二位置以及在所述第一位置和所述第二位置之间的第三位置中的至少一个；其中，当所述主活塞(30)的一侧被加压时，所述次级活塞(60)减少所述主活塞(30)到所述第三位置的力，并且当所述主活塞(30)的两侧都被加压时，所述次级活塞(60)增加所述主活塞(30)到所述第三位置的力；
其中，所述气缸外壳(12)具有在所述第一部分(18)和所述第二部分(20)之间形成的台阶(26)，以阻止所述推环(52)的轴向移动。
13.根据权利要求12所述的位置致动器(10)，其特征在于，所述第一端口(46)在所述主活塞(30)的一侧上径向向内延伸到所述气缸外壳(12)中以接纳加压空气。
14.根据权利要求13所述的位置致动器(10)，其特征在于，所述第二端口(48)在所述主活塞(30)的另一侧上径向向内延伸到所述气缸外壳(12)中以接纳加压空气。
15.根据权利要求14所述的位置致动器(10)，其特征在于，包括轴向地设置在所述第一端口(46)和所述第二端口(48)之间的第三端口(50)，并且所述第三端口径向向内延伸到所述气缸外壳中以将空气排放到大气。
16.根据权利要求15所述的位置致动器(10)，其特征在于，所述气缸外壳(12)包括与所述第三部分(21)连通的第四端口(51)，以将空气排放到大气中。
17.一种位置致动器(10)，包括：
气缸外壳(12)，所述气缸外壳形成具有第一部分(18)、第二部分(20)以及第三部分(21)的流体腔室(16)，其中所述第二部分(20)具有的直径大于所述第一部分(18)的直径；
可动的主活塞(30)，所述主活塞设置在所述第二部分(20)中，其中所述主活塞(30)具有第一直径以及直径减小的部分，所述直径减小的部分的第二直径小于所述第一直径；
活塞杆(38)，所述活塞杆牢固地附接到所述主活塞(30)，并且延伸通过所述气缸外壳(12)的一个端部；
推环(52)，所述推环设置在所述第一部分(18)中形成浮动活塞并且相对于所述主活塞(30)能轴向地移动；
次级活塞(60)，所述次级活塞在所述第三部分(21)中设置在所述主活塞(30)和所述气缸外壳(12)的另一端部之间，并且相对于所述主活塞(30)能轴向地移动；
第一端口(46)，所述第一端口在所述主活塞(30)的一侧上径向向内延伸到所述气缸外壳(12)中，从而在所述主活塞(30)和所述气缸外壳(12)的一个端部之间允许流体与所述第一部分(18)连通；
第二端口(48)，所述第二端口在所述主活塞(30)的另一侧上径向向内延伸到所述气缸外壳(12)中，从而在所述主活塞(30)和所述气缸外壳(12)的另一个端部之间允许流体与所述第二部分(20)连通；
第三端口(50)，所述第三端口轴向地设置在所述第一端口(46)和所述第二端口(48)之间，并且径向向内延伸到所述气缸外壳(12)中，以将空气排放到大气；
第四端口(51)，所述第四端口与所述第三部分(21)连通以将空气排放到大气；
其中，所述第一部分(18)和所述第二部分(20)中的至少一个被加压以将所述主活塞(30)移动到第一位置、第二位置以及轴向设置在所述第一位置和所述第二位置之间的第三位置中的至少一个，其中，当所述主活塞(30)的一侧被加压时，所述次级活塞(60)减少所述主活塞(30)到所述第三位置的力，并且当所述主活塞(30)的两侧都被加压时，所述次级活塞(60)增加所述主活塞(30)到所述第三位置的力；以及
其中，所述气缸外壳(12)具有在所述第一部分(18)和所述第二部分(20)之间形成的台阶(26)，以阻止所述推环(52)的轴向移动。
18.根据权利要求17所述的位置致动器(10)，其特征在于，包括轴向地设置在所述主活塞(30)和所述次级活塞之间的联接构件，并且所述联接构件将所述次级活塞联接到所述活塞杆，以允许所述次级活塞在由所述联接构件限定的冲程边界内移动。
19.一种变速器单元，包括：
用于致动至少一个挡位的至少一个换挡导轨(11)；
与所述至少一个换挡导轨(11)配合的至少一个致动器(10)；以及
所述至少一个致动器(10)包括气缸外壳(12)、可动的主活塞(30)、活塞杆(38)、推环(52)、次级活塞(60)、第一端口(46)以及第二端口(48)，所述气缸外壳(12)形成具有第一部分(18)、第二部分(20)以及第三部分(21)的流体腔室(16)，所述主活塞(30)设置在第二部分(20)中，所述活塞杆(38)牢固地附接到所述主活塞(30)并且延伸通过所述气缸外壳(12)的一个端部，所述推环(52)设置在所述第一部分(18)中并且相对于所述主活塞(30)能轴向地移动，所述次级活塞(60)在所述第三部分(21)中设置在所述主活塞(30)和所述气缸外壳(12)的另一端部之间，并且相对于所述主活塞(30)能轴向地移动，所述第一端口(46)延伸通过所述气缸外壳(12)，从而在所述主活塞(30)和所述气缸外壳(12)的一个端部之间允许流体与所述第一部分(18)连通，所述第二端口(48)延伸通过所述气缸外壳(12)，从而在所述主活塞(30)和所述气缸外壳(12)的另一端部之间允许流体与所述第二部分(20)连通，其中，所述第一部分(18)和所述第二部分(20)中的至少一个被加压以将所述主活塞(30)移动到第一位置、第二位置以及第三位置中的至少一个，其中，当所述主活塞(30)的一侧被加压时，所述次级活塞(60)减少所述主活塞(30)到所述第三位置的力，并且当所述主活塞(30)的两侧都被加压时，所述次级活塞(60)增加所述主活塞(30)到所述第三位置的力。
20.根据权利要求19所述的变速器单元，其特征在于，所述第一端口(46)在所述主活塞(30)的一侧上径向向内延伸到所述气缸外壳(12)中以接纳加压空气。
21.根据权利要求20所述的变速器单元，其特征在于，所述第二端口(48)在所述主活塞(30)的另一侧上径向向内延伸到所述气缸外壳(12)中以接纳加压空气。
22.根据权利要求21所述的变速器单元，其特征在于，包括轴向地设置在所述第一端口(46)和所述第二端口(48)之间的第三端口(50)，并且所述第三端口径向向内延伸到所述气缸外壳(12)中以将空气排放到大气。
23.根据权利要求22所述的变速器单元，其特征在于，所述气缸外壳(12)包括与所述第三部分(21)连通的第四端口(51)，以将空气排放到大气中。
24.根据权利要求23所述的变速器单元，其特征在于，包括轴向地设置在所述主活塞(30)和所述次级活塞(60)之间的联接构件(70)，并且所述联接构件将所述次级活塞(60)联接到所述活塞杆(38)，以允许所述次级活塞(60)在由所述联接构件(70)限定的冲程边界内移动。
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