CN1105836C - 自激励变速器的惯性制动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变速器用惯性制动器。采用一种球形滚道机构向离合器组件施加载荷以降低转动轴的转速。利用线圈的电磁力，使通过锥形销联接在球形滚道机构上的衔铁与对应的锥形腔啮合，形成一个锥形离合器。由于衔铁与控制环之间的相对转动在二者之间产生制动力。控制环与驱动环之间的相对转动使得滚动体沿在控制环和驱动环上的锥形槽中滚动，从而实现球形滚道机构向离合器组件加载。

Description

自激励变速器的惯性制动器

本发明涉及一种车辆变速器的惯性制动器。更确切地说，本发明涉及一种根据控制信号利用球形滚道机构向离合器组件施加作用力的车辆变速器用惯性制动器，其中，由多个锥形销辅助控制线圈驱动锥形离合器来驱动球形滚道机构。

由微信息处理器根据驾驶员的要求控制的变速器换档机构和各种各样的传感器已经面世。不用驾驶者控制的利用尖端的电子控制变速器技术已被用于齿轮换档的变速器上。当变速器轴及齿轮由发动机的加速而具有很高的转动惯性时，换档过程通常要求变速器轴通过离合器与发动机的动力分离。这种没有同步器的多档齿轮变速器的换档要求啮合的齿轮的速度相近才能实现齿轮齿之间的平稳啮合。当安装在旋转轴上的齿轮的转速超过理想的啮合速度(同步转速)时，在进行换档操作前其转速应能减慢下来。在轴的减速过程中，发动机和变速器之间并不存在动力联系。如果车辆是在上坡行驶，尤其是当其拖带着挂车的时候，发动机与变速器的动力联系的中断会使车速迅速降低。在等待变速器齿轮轴减速至同步转速的过程中，所选档位的速比不再与减慢的车速相匹配。

此时电控装置必须计算和选择另一个合适的档位。于是，在又一次电控机构等待齿轮轴的转速降到同步速度的过程中，车辆速度会继续迅速降低使得第二次选择的低档位不再合适。最终导致车辆由于未能实现换档而停止。其问题在于前面所描述的快速换档过程中变速器齿轮轴减速至同步转速的时间的长短。而普通的未安装电控系统的变速器换档时，惯性的制动力使得换档过程更为迅速而使驾驶员能更好地控制车辆。

目前，已有各种各样的传统的制动装置被用来降低变速器轴的旋转速度。例如：使用利用弹簧向离合器组件加载的蹄形制动器和盘形离合器。惯性制动装置可以安装在任何与输入轴相连的一根或多根中间轴上。在美国专利No.5,528,950“球形滚道机构的变速器惯性制动器”中叙述了利用球形滚道机构向离合器组件施加载荷的应用。对这种装置的一种可行的改进方法是降低动力需求和/或控制球形滚道的线圈的尺寸。

本发明提供了一种对齿轮变速器的中间轴产生制动力进而降低该轴转速的装置。该装置是一个含有许多由离合摩擦盘组成的离合器组件的惯性制动器，其摩擦盘由球形滚道夹在一起，其中，向球形滚道的控制环提供制动力的锥形离合器与锥形销啮合。球形滚道装置沿轴向延伸向离合器组件施加夹紧力并使变速器中间轴和基体通过摩擦力而结合。离合器组件由固定在壳体上的许多摩擦盘与相同数量的用花键同齿轮换档型变速器的输入轴联接的可转动的摩擦盘所组成，由这些摩擦盘的接触而向转动的变速器输入轴施加制动扭矩以便于实现换档。球形滚道机构由控制环及与其对应的由滚动体分隔开的驱动环所组成，滚动体与在控制环和驱动环上的变深度的槽啮合。开始时，球形滚道机构及离合器组件的动作幅度是由电磁线圈拉动衔铁与基体的锥形面摩擦接触而形成的“锥形离合器”所控制的。多个锥形销安装在衔铁上，沿轴向伸长而与在球形滚道机构上的控制环上的锥形腔啮合。

当衔铁被拉向电磁铁时，其转动速度由于与锥形表面的摩擦作用而减慢。这个制动力通过锥形销被传到球形滚道机构的控制环上。锥形销作用于锥形腔的侧面而在衔铁上产生一个附加的轴向力减缓了衔铁和控制环的转动并进一步驱动球形滚道机构。详细的结构和球形滚道机构的工作过程可以参考美国专利NO.2,091,270，2,605,877，2,649,941，3,000,479和5,372,106。在此公开的内容仅供参考。锥形销的使用降低了为了有效地对变速器轴实施制动的通过电磁感应作用在离合器组件上的能量要求，同时也使得线圈的大小与此前的装置相比缩小了。球形滚道机构的反应速度随着本发明中锥形销的使用而更快了。

本发明的惯性制动器同样适用于在需要改变速比时来降低旋转轴的转速的其它类型变速器。因此惯性制动器对变速器输入轴和/或中间轴或动力输出轴上的应用可以迅速改变齿轮副的速比。

本发明的使用将大大加快变速器的换档速度和提高其可靠性，尤其当应用于高级的自动电控变速器上时。如上所述，当车辆行驶在陡坡上时，如果变速器不能很快进入同步状态的话，换档操作者很难选择合适的档位。可以通过使用本发明的球形滚道驱动机构以很小的能耗使变速器轴迅速可靠地降低其转速而实现同步状态。应用球形滚道驱动机构向离合器组件施加轴向力的装置可以比以前的此类装置以更少的能量消耗迅速作出反应并减小动力元件的大小。

本发明的一个目的是提供一种紧凑的、反应敏捷的惯性制动装置来降低变速器轴的转速。

本发明的另一目的是提供一种紧凑的、反应敏捷的惯性制动装置以便使用球形滚道机构向离合器组件施加载荷来降低变速器轴的转速。

本发明的另一目的是提供一种紧凑的、反应敏捷的惯性制动装置以便使用球形滚道机构向与变速器轴非转动连接的多个摩擦盘和与变速器基体非转动连接的摩擦盘施加载荷来降低变速器轴的转速。

本发明的另一目的是提供锥形销来辅助电磁铁驱动球形滚道机构。

本发明的再一目的是提供多个与相对应的锥形腔啮合的锥形销来辅助电磁铁驱动球形滚道驱动器。

本发明的又一个目的是通过使用附着在电磁衔铁上的与对应的在球形滚道机构控制环上的多个锥形腔啮合的锥形销来促使衔铁向锥形面施加作用力。

图1是本发明的传动惯性制动装置的剖面图；

图2是本发明的球滚道装置的正视图；

图3是沿图2中III-III线的球滚道机构的近距剖面图；

图4是沿图2中III-III线的球滚道机构的中距剖面图；

图5是本发明的衔铁的透视图；

图6是本发明的控制环的正视图；

为便于理解本发明的原理，参阅本发明的最佳实例的图示及用专业用语对其进行了描述。本发明的范围并不局限与此，对图示装置的变形及改进，及对图示中的本发明的原理的进一步应用都应认定为本发明的范围。

在这些描述中，某些术语仅被用作描述性的目的而并非是限制性的。如“向前”和“向后”分别指朝向和背向安装在变速器上的惯性制动装置。“向右”和“向左”指附图中的方向。而“向内”和“向外”分别指朝向和背向本发明的制动器的几何中心。“向上”和“向下”分别指附图中的方向。所述的定义包括上面专指的名词及其衍生词。术语“变速器”包括各种单中间轴和双中间轴的齿轮型变速器。

参照附图中的图1，所示为本发明的惯性制动器4的剖面图。一根由齿轮变速器(图中未画出)中伸出的变速轴6由原动机，例如发动机驱动或是惯性运动时沿轴线C旋转。换档操作时，作为平行轴的中间轴6，其转速必将减慢使变速齿轮同步进入啮合状态。这种换档操作最好是在短时间内完成，尤其是当车辆在坡道上行驶时。本发明采用的球滚道机构8用于加载离合器组件10，这样使变速轴6与基体摩擦接触而迅速降低变速轴6的转速进而更快地使变速齿轮达到同步实现换档过程。

球滚道装置采用电感应线圈12，由其产生电磁场从而将衔铁16吸向端板14，从而在锥形面18上产生摩擦制动扭矩。锥形面18由在衔铁16和制动室38上的啮合面所组成而形成了公知的“锥形离合器”。在这个锥形离合器，当衔铁16增大其与在锥形面18上的制动面38的啮合量时，摩擦力随之增大。本发明中所有的旋转部件的运动轨迹都是圆形的并以轴线C为基轴。

锥形销20A、20B和20C(见图5)连接在衔铁16上，沿轴向延伸分别与在控制环26上的锥形空腔22A、22B和22C啮合。这种设计可以反过来使锥形销20A、20B和20C安装在控制环26上而把锥形腔22A、22B和22C形成在衔铁16上。垫圈24A、24B和24C分别绕锥形销20A、20B和20C设置，其功能是辅助衔铁16在回位弹簧29A、29B和29C的作用力下朝着控制环26的方向回位时的定位。

环形的控制环26与环形的驱动环28由滚动部件36A、36B和36C沿轴向隔开，其中滚动部件36A、36B和36C分别安放在形成于控制环26上的控制槽35A、35B和35C和形成于驱动环28上的驱动槽37A、37B和37C上。图3和图4更清楚地示出了各个控制和驱动槽在轴向深度上的变化。控制环26和驱动环28之间的轴向距离取决于滚动部件36A、36B和36C各自在控制和驱动槽35A、37A，35B、37B和35C、37C上的位置。球滚道机构8由通入线圈12中的电流驱动，该电流使得衔铁16被从控制环26处拉向在锥形面18上的端盖14从而在控制环26上通过锥形销20A、20B和20C产生旋转制动力。作用在控制环26上的制动力使得在控制环26和驱动环28之间产生了相对旋转，由此导致控制环26与驱动环28沿轴向分离而与离合组件10接触。回位弹簧29A、29B和29C的反作用力使衔铁16朝向控制环26运动。当由于锥形销20A、20B、20C沿其各自对应的锥形腔表面的移动，使得衔铁16朝向端盖14运动，导致在锥形面18上的摩擦力增大，最终使得控制环26上的旋转制动力增大而使得在衔铁16与控制环26之间存在相对转动时，二者之间允许产生间隙，但由线圈12产生的情况除外。本发明中锥形腔22A、22B和22C的目的是当控制环26与衔铁16之间存在相对转动时，可以通过锥形或球形的几何形状的特点，以相似的方法在锥形销20A、20B和20C上产生轴向作用力。

止推轴承30A和30B的作用是由控制环26向端盖14传递轴向作用力，向球滚道机构8提供反作用表面而向离合组件10提供一个夹紧力。止推轴承30A、30B由延长环34隔开，延长环34与驱动环28相连，二者之间可以相对转动，其作用是避免当线圈12通过驱动环28相对止推轴承30A和30B旋转时不动作而由驱动球滚道机构8产生附加的作用力。通过使用延长环34，在线圈12无电流通过时，球滚道机构8可以保持缩回的不动作状态并且所产生的附加作用力不致引起球滚道机构的误操作。

离合组件10由多个间隔的从动离合器盘40和固定的离合器盘42所组成。离合器盘40通过花键40A与变速器轴6旋转地连接。花键40A与套筒46啮合而套筒46是变速器轴6通过花键48旋转驱动的。固定的离合器盘42通过花键42A与离合器壳38相连。这样，当离合器组件10受到球滚道机构8的压力时，变速器的轴6便由从动离合器盘40和固定离合器盘42与离合器壳38摩擦连接。离合器壳38由穿过支撑盘44的紧固螺栓54固定在端盖14和变速器箱体50上，支撑盘44用于固定支撑轴承52而使变速器轴6能够旋转地支撑在变速器箱体50上。支撑盘44、制动壳体38和端盖14的连接体可以被认为是一个装在变速器箱体50上的惯性制动器的壳体39。

图2所示为本发明的球滚道机构8的正视图。在控制环26上设置有深度可变的环控制槽35A、35B和35C，同样地，在驱动环28上设置有驱动槽37A、37B和37C。环形形控制槽35A、35B和35C至少部分地与驱动槽37A、37B和37C分别相对应，由球状滚动体36A、36B和36C在控制环26和驱动环28之间形成了轴向间隙并在相对的环形控制槽和驱动槽35A、37A，35B、37B和35C、37C之间形成封闭滚道。这样，滚动体36A便与槽35A和37A接合，而滚动体36B与槽35B和37B接合，滚动体36C与槽35C和37C接合。

图3是图2所示的球形滚道机构8的沿线III-III的剖面图。此视图清楚地表明滚动体36A位于控制环26上的控制槽35A及驱动环28上的驱动槽37A内所形成的最小间距56。控制槽35A和驱动槽37A与其它的槽35B、35C、37B和37C一样在深度上有变化。控制槽35A上的参照点62和驱动槽37A上的参照点64可以表明当线圈12通电时控制环26和驱动环28之间的相对转动，以及球滚道机构8的动作情况，如图4所示。

图4是图2中的球滚道机构8的沿线III-III的剖面图，说明球滚道机构8的动作情况。如图所示，通过参照点62和64的移动可以看出，控制环26相对于驱动环28已产生了旋转。滚动体36A已在控制槽35A和驱动槽37A中产生了转动并扩大了控制环26和驱动环28之间的间隙。由于控制环26相对于变速器箱体的轴向位置已由与端盖14相互作用的轴承30A、30B所限定，故驱动环28便朝向左边压向离合器组件10，间接通过与变速器箱体8的反作用的摩擦力使变速器轴减速。

图5所示为本发明的衔铁16的透视图。锥形销20A、20B和20C从衔铁16上沿轴线伸出。回位弹簧29A、29B和29C如图1所示分别从孔58A、58B和58C中穿过。锥形面18与端盖14形成了“锥形离合器”，通过锥形销20A、20B和20C与锥形腔22A、22B和22C的逐对配合对控制环26进行有效的制动控制。锥形销20A、20B和20C由在衔铁16上的锥形腔22A、22B和22C固定在锥形环26上。

图6是本发明的控制环的端视图，该图更清楚地显示出锥形腔22A、22B和22C。圆形截面的锥形腔22A、22B和22C的作用是随控制环26和衔铁16之间的相对转动而使二者之间产生一个轴向的分离力，随衔铁16与锥形面的进一步啮合，增加了作用在控制环26上的旋转制动力和作用在离合器组件10上的夹紧力。在线圈12通电时，衔铁16克服回位弹簧29A、29B和29C的作用被从控制环26拉向端盖14。锥形销20A、20B和20C被从与锥形腔22A、22B和22C的全啮合状态拉开。这样，经过以上过程，锥形销20A、20B和20C的端部开始与锥形腔22A、22B和22C的侧面接触。

很显然，在本发明范围之内，本领域的普通技术人员可以作出很多的改进。因此，本发明并不局限于最佳实例，以及材料、构造、应用或各项参数本身的选择。

Claims (19)

1、一种用于变速器的自由转动轴的减速惯性制动器，它包括：

一个变速器箱体，该箱体有至少一根变速器轴和多个用以改变车辆传动系速比的变速器齿轮；

一个具有空腔的制动器的壳体，其中所说壳体连接在所说变速器箱体上；

一个具有多个非转动连接在所说变速器轴上的驱动盘和多个连接在所说制动器壳体上的固定盘的离合器组件；

一个对所说离合器组件加载的球形滚道机构，该机构包括：一个与所说离合器组件相邻的驱动环，所说驱动环的轴向运动导致所说离合器组件的加载和卸载；一个与所说驱动环对置设置的控制环，所说控制环和所说驱动环相对的表面上沿圆周方向设有至少三对有深度变化的槽；在每对所说的槽设置的一个滚动体，将形成在所说驱动环和所说控制环上的所说槽进行排列，使得所说驱动环和所说控制环由它们的一初始位置的相对角度运动而产生所说驱动环与所说控制环分离的轴向运动，该轴向运动可轴向地加载所说离合组件；

一个与所说控制环连接的衔铁，该衔铁通过多个锥形销与对应的相同数量的锥形腔相互啮合；这样，所说衔铁与所说控制环的相对转动便使得所说衔铁与所说控制环之间的轴向间隙增加或减小；

一个用于在所说衔铁上产生电磁场使得所说衔铁与所说惯性制动器壳体接触的电磁线圈。

2、根据权利要求1所述的惯性制动器，其特征在于，所说锥形腔形成在所说控制环上，而所说锥形销设置在所说衔铁上。

3、根据权利要求1所述的惯性制动器，其特征在于，所说锥形腔形成在所说衔铁上，而所说锥形销设置在所说控制环上。

4、根据权利要求1所述的惯性制动器，其特征在于，至少还有一个使所说衔铁朝向所说控制环的弹簧。

5、根据权利要求1所述的惯性制动器，其特征在于，在所说控制环与所说惯性制动器之间至少应有一个止推轴承。

6、根据权利要求5所述的惯性制动器，其特征在于，还包括一个与所说驱动环相连的并与所说止推轴承相接触的延伸环。

7、根据权利要求6所述的惯性制动器，其特征在于，所说止推轴承由一对被所说延伸环隔开的滚动轴承所组成。

8、根据权利要求1所述的惯性制动器，其特征在于，所说衔铁有一个倾斜周缘且所说惯性制动器壳体也有一个与所说衔铁的所说表面啮合的倾斜表面，因此，当所说衔铁朝向所说惯性制动器壳体移动时，所说衔铁和所说制动器壳体之间通过接触而产生的摩擦力大大增大。

9、根据权利要求8所述的惯性制动器，其特征在于，由所说衔铁和惯性制动器壳体组成了一个锥形离合器。

10、一种球形滚道耦合机构，包括：

一根原动机驱动的并绕一旋转轴线转动的输入轴；

一个局部包容所说输入轴的惯性制动器壳体；

一个由多个与所说制动器壳体连接的离合器固定盘同多个个与所说输入轴连接着的离合器驱动盘交叉对接而组成的离合器组件；

一个用以产生轴向运动的球形滚道驱动机构，该机构包括：一个环状控制环，该环状控制环有一沿所说输入轴的所说旋转轴线的旋转轴线并至少有两个形成在所说控制环的一第一表面的圆周控制槽，所说控制槽的深度在轴向上有变化，相同数量的滚动体分别各自占用一个所说的控制槽；一个驱动环，该驱动环有一沿所说输入轴的所说旋转轴线的旋转轴线，所说驱动环还至少有两个与所说控制环上的所说控制槽在数量、形状和径向位置大致相同的驱动槽，所说驱动槽至少部分地与所说控制槽相对，而且每个所说滚动体被约束在所说驱动环和至少部分地相对的控制环之间，相对于所说驱动环，所说控制环设置成可轴向地和旋转地移动，所说驱动环可对所说离合器盘加载；

一个带有多个锥形销的非旋转连接在所说控制环上的衔铁，所说锥形销与多个对应的锥形腔啮合，所说衔铁在所说控制环上施加旋转制动力而驱动球形滚道机构；

一个在所说衔铁上产生电磁场用的线圈，通过磁性加力，使所说衔铁与所说惯性制动器壳体摩擦接触，从而向所说衔铁施加旋转制动力。

11、根据权利要求10所述的球形滚道耦合机构，其特征在于，所说锥形销从所说衔铁沿轴向延伸，所说锥形腔形成在所说控制环上。

12、根据权利要求10所述的球形滚道耦合机构，其特征在于，所说锥形销从所说控制环沿轴向延伸，所说锥形腔形成在所说衔铁上。

13、根据权利要求10所述的球形滚道耦合机构，其特征在于，所说线圈安装在所说惯性制动器的壳体上。

14、根据权利要求10所述的球形滚道耦合机构，其特征在于，所说输入轴是一根齿轮换档变速器的输出轴。

15、根据权利要求10所述的球形滚道耦合机构，其特征在于，还包括一个止推轴承，所说止推轴承从所说控制环向所说惯性制动器壳体传递轴向力。

16、根据权利要求15所述的球形滚道耦合机构，其特征在于，所说止推轴承由第一和第二径向滚针轴承组成，所说第一滚针轴承与所说控制环接触，所说第二滚针轴承与所说惯性制动器壳体接触。

17、根据权利要求16所述的球形滚道耦合机构，其特征在于，还包括一个与所说驱动环相连并延伸的延伸环，由其为所说第一和第二滚针轴承提供一个支撑面。

18、根据权利要求10所述的球形滚道耦合机构，其特征在于，至少还有一个连接在所说控制环上和所述衔铁上的回位弹簧，所述回位弹簧使所说衔铁沿轴向向所说控制环偏移。

19、根据权利要求10所述的球形滚道耦合机构，其特征在于，所说衔铁有锥形的圆周面，该锥形圆周面与所说惯性制动器壳体上的一个相配的锥形面啮合，以构成一个锥形离合器。

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