CN1685163A - 主驱动轴的双向超越离合器 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，提供了一种超越离合器，该离合器用于控制传送给一种轮式机器中的主驱动轴的一对轴部分的力矩。该超越离合器包括一对轮毂，每个轮毂都与该主驱动轴的相应的轴部分的内部末端相啮合。该超越离合器还包括一滚柱组件和一滚柱罩，该滚柱组件具有布置成两组的滚柱，每组滚柱与其中一个轮毂相连，该滚柱罩具有多个凹部，每个凹部包括至少一个滚柱。该滚柱罩确定有一个中心开口，该中心开口内容纳有该对轮毂。该超越离合器好包括一凸轮表面，该凸轮表面从滚柱组件径向向外布置。在该滚柱罩相对于该离合器外壳旋转(处于向前啮合位置)时，与该轮毂一起起作用的该凸轮表面适于在凸轮表面和轮毂之间提供一种楔形啮合。该超越离合器还包括至少一个摩擦部件，该摩擦部件于该滚柱罩和轮毂接触使得该摩擦部件在运转过程中在滚柱罩和轮毂之间产生摩擦力，该摩擦力使得该滚柱罩随着轮毂转动，从而使得滚柱罩处于该向前啮合位置。

Description

主驱动轴的双向超越离合器
相关申请
本发明与标题为“主驱动轴的双向超越离合器”的申请日为2002年9月24的美国专利申请USSN10/253,357相关，并且要求该美国专利申请的优先权，该专利申请将整体被本申请所参引。
技术领域
本发明涉及一种离合器，尤其涉及一种用于控制传递给轮式机器的主驱动轴的力矩的双向超越离合器。
发明背景
在近几年，在向以前采用人力推动的机械方面增加马达的推进力方面存在强烈要求，这种装置的一个例子就是手扶式(walk-behind)动力设备。这些装置曾经仅仅采用推动方式来推进。不过，近来大多数已经开始采用自动推进。这种设备的例子例如剪草机，草地真空设备、扫雪机、修剪机、修边机、混凝土和沥青切割机等。很多方面的因素促使这种运动进行自我推进，例如需要较大的设备，这些较大的设备需要较小的努力并能进行更为精确的控制。运转速度是另一个推动对这种自动推进设备的需求日益增长的因素。目前，用于手扶式设备的自动推进系统通常落入两个类别中，即要么简单，要么复杂。
在一种简单类型的驱动系统中，传动轴或皮带与一单一的驱动轴相连，该驱动轴驱动两个轮子。由于轮子安装(ware on)在同一根轴上，因此其以相同的速度旋转。这种类型的装置的主要缺陷在于在两个驱动轮之间不能进行差动旋转。因此，该机器在要求外部轮比内部轮行走更长的距离方面并不是那么有效。因为外部轮在相同的时间内运行距离必定比内部轮要远，因此外部轮要比内部轮旋转得要快一些。但是当外部轮和内部轮固定在同一根轴上时，就不能够获得这种转速差。结果就是内部轮比所需要的情况快而外部轮比所需要的情况慢。在任何情况下，所述的设备都需要其中一个轮子滑动或停止。而这会导致该轮子永久性磨损。
与轮子的滑动有关的难处是采用具有两个固定在同一轴上的驱动轮的设备的两个主要缺点。此外，操作者必须费力地克服地面啮合力来使得其中一个轮子进行滑动。而且轮子的滑动会对该设备所工作的表面造成损害，而且也加速了轮胎的磨损。例如，采用这种类型的驱动系统使得剪草机转向将损害滑动的轮子下的草皮。
在美国专利US6,209,697中介绍了这种问题的解决方法，其中描述了一种单向超越离合器，该离合器安装在一种普通手扶式设备(例如剪草机)的轮子的轮毂中。
用于自动推进的手扶式动力设备的复杂驱动系统通常在成对驱动轮之间设置以差速器。该差速器在使用者拐弯时使得驱动轮能独立旋转或进行差动旋转。
目前市场上的许多差速器都采用许多形式的超越离合器，该超越离合器在需要时向从动轴传递力矩。美国专利US5,036,939中公开了一种在地面运动车辆中成功使用超越离合器的例子。在该专利中，该车辆包含有超越离合器，轮子的轴毂在该超越离合器处安装在轴上，因此可以使得每个轮子能够在需要时进行独立的释放。
在同样为本发明的受让人所拥有的美国专利US5971123也公开了另一中在差速器中成功使用超越离合器的例子。该专利描述了一种创造性的机电双向超越离合器差速器，该差速器解决了现有驱动系统中所固有的多个问题。该双向超越离合器差动器采用了一种电控线圈来使得滚柱罩前进和/或后退，由此根据主动轮和从动轮轮子的运转状态控制差动器啮合以及脱开的能力。该美国专利US5791123也描述了一种反向驱动系统(backdrive system)，该反向驱动系统可以在需要额外的牵引力的情况下有效地与从动轮啮合，当该车辆沿着一斜坡驱动时，该系统与前轮啮合，该前轮就是具有较好牵引力的轮子。
普通的复杂差速器以及超越离合器通常制造成本较高，因此通常用于较为昂贵的车辆中，例如轿车以及四轮驱动的车辆中。
目前需要一种不太复杂也不太昂贵的双向超越离合器，该离合器可以用于各种自动推进机器以及轻载车辆中，例如扫雪机，剪草机，高尔夫球车(golfcart)以及混凝土和沥青切割机。
发明内容
根据本发明，提供了一种超越离合器，该离合器用于控制传送给一种轮式机器中的主驱动轴的一对轴部分的力矩。该超越离合器包括一对轮毂，每个轮毂都与该主驱动轴的相应的轴部分的内部末端相啮合。该超越离合器还包括一滚柱组件和一滚柱罩，该滚柱组件具有布置成两组的滚柱，每组滚柱与其中一个轮毂相连，该滚柱罩具有多个凹部，每个凹部包括至少一个滚柱。该滚柱罩确定有一个中心开口，该中心开口内容纳有该对轮毂。该超越离合器好包括一凸轮表面，该凸轮表面从滚柱组件径向向外布置。在该滚柱罩相对于该离合器外壳旋转(处于向前啮合位置)时，与该轮毂一起起作用的该凸轮表面适于在凸轮表面和轮毂之间提供一种楔形啮合。该超越离合器还包括至少一个摩擦部件，该摩擦部件于该滚柱罩和轮毂接触使得该摩擦部件在运转过程中在滚柱罩和轮毂之间产生摩擦力，该摩擦力使得该滚柱罩随着轮毂转动，从而使得滚柱罩处于该向前啮合位置。
根据本发明的一个实施例，该超越离合器包括一对盖体，该对盖体安装在滚柱罩的相对侧面，用于随其进行伴随旋转。在该实施例中，该摩擦部件包括一对弹性摩擦部件，例如O型环，在每个轮毂和一个相邻盖体之间压缩安装有一个O型环，以便该弹性部件使得滚柱罩与轮毂一起转动。在本发明的另一个实施例中，该摩擦部件时一个位于滚柱罩和轮毂之间的波形弹簧(wave spring)。
根据下面对附图所示的优选实施例的详细说明可以对本发明的前述以及其它优点有一个更清楚的了解。正如所理解的，本发明可以进行各方面的改变，这些改变都没有脱离本发明的范围。因此，附图以及说明都时说明性尔不是限制性的。
附图简要说明
为了说明本发明，给出了以下一些优选实施例的附图。不过，需要理解的是，本发明并不限于这些附图中所表示的这种确切的结构，其中附图为：
图1A所示的是包含有本发明的扫雪机的侧视图；
图1B所示的是图1A中的扫雪机的轮子、轴、以及离合器的示意图；
图1C所示的是图1A中所示的扫雪机的轮子、轴、以及离合器转向右边的示意图；
图2所示的是用于一种强制传动机器(positive drive machine)例如图1A中的扫雪机中的本发明的超越离合器的一个实施例的示意图；
图3所示的是本发明的一个实施例的双向超越离合器的分解透视图；
图4所示的是图3中的双向超越离合器的剖视图；
图4A所示的是图4中的双向超越离合器处于中间位置时的侧视图；
图4B所示的是图4中的双向超越离合器处于正向驱动啮合位置时的侧视图；
图4C所示的是图4中的双向超越离合器处于反向驱动啮合位置时的侧视图；
图5所示的是图4中的双向超越离合器的侧视图；
图6所示的是沿图7中的线A-A所作的离合器的剖视图；
图7所示的是沿图6中的线B-B所作的离合器的剖视图；
图8所示的是本发明的双向超越离合器的另一个实施例的分解透视图；
图9所示的是图8中的双向超越离合器的右侧局部剖视图；
图10所示的是图8中的双向超越离合器的左侧视图；
图11所示的是图8中的双向超越离合器的剖视图；
图12所示的是包含有本发明的双向超越离合器的变速差速器的主视图；
图13所示的是图12中的变速差速器的剖视图，表示出了该双向超越离合器安装在一中间轴和两个输出轮毂之间。
具体实施方式
参见附图，在所有附图中，其中相同标记表示相应或相似的元件，图1A-1C表示了一个扫雪机10，该扫雪机包括一个本发明的双向超越离合器。该扫雪机包括一驱动轴12，该驱动轴以普通方式支承以便相对于框架14旋转。马达16提供了用于鼓风机组件18的动力以及用于推进该扫雪机10的动力，这将在下面进行详细的描述。手柄20与该框架14相连以便对该扫雪机进行手扶式操作。
如图2所示，驱动轴12包括分离的轴部分22、24，该轴部分分别与轮子26、28相连，以便随其旋转。每个轴部分还在一相对的内部末端与一双向超越离合器30相连，该双向超越离合器可与马达16啮合。该连接可以通过任何普通装置来实现，但是附图所示的的实施例所采用的是一种花键连接方式。
双向超越离合器30的结构形成为将力矩传递给轴部分22、24，以便驱动轮子26、28。如下面将详细描述的那样，该离合器30的结构便于通过使得外侧轮子和与其相连的轴部分旋转得比内侧轮子以及与其相连得轴部分快而使得扫雪机10转向，该内侧轮子通过离合器30而保持正向被驱动。因此，该离合器30使得该外侧轮子能够进行独立地旋转，同时内侧轮子继续驱动该机器。该驱动轴12和轮子26、28在图1B和1C中采用虚线表示其沿着一条通向左侧得笔直路径被驱动，而采用实线表示尽管在转向但是仍受到驱动。在图1B中所示得向左转向的过程中，轮子26容许超越离合器30相连，同时而轮子28保持为正向驱动轮。在图1C所示的向右转向过程中，轮子28超越，而轮子26则受到离合器30的正向驱动。
参见图3，本发明的双向离合器330的结构采用分解透视图表示。离合器30包括以离合器外壳32，该外壳具有轮齿34，该轮齿一体绕着该外壳的外表面形成。如本领域的普通技术人员所周知的那样，该轮齿34适于与对应形成于马达驱动齿轮(未示出)上的轮齿相啮合，以便将驱动轴的旋转运动传递给离合器外壳32。而且，尽管轮齿在此表示为与外壳一体形成，但是应该很容易理解到，噶一轮齿34也可以形成于以独立元件上，该元件安装在该离合器外壳32上。
该离合器外壳32包括以内部凸轮表面36，以便将离合器外壳32的旋转运动传递到该离合器30的其它部件上，如后面详细描述的那样。
该离合器30还包括以滚柱组件38，该滚柱组件具有布置成两组的滚柱40，优选是每组有六个滚柱。当然，在本发明中采用其它数量的滚柱也可以。该滚柱组件38还包括以滚柱罩42，用于可转动地支承该滚柱40。该滚柱罩42包括间隔开的狭槽或凹槽44，该间隔开的狭槽或凹槽44形成于该滚柱罩42的相对侧面上。该狭槽44的大小可以容纳该滚柱40。
该滚柱组件38包括一些弹性夹子46，以便将该滚柱40定位在该狭槽44内。每个夹子46优选C形，其具有基部50和两个向上的弯曲臂48，该弯曲臂从该基部50的相对末端延伸。如图3所示，每个夹子46的弯曲臂48都容纳在相邻狭槽44中，其中基部50布置成对着该滚柱罩42的侧表面。优选在狭槽44中形成有槽道52，该槽道的大小可以容纳该弯曲臂48的与该基部50相对的末端，以便引导并将该弯曲臂保持在该狭槽内。该弯曲臂的曲率而使其相内弯曲到该狭槽44中，并运转到滚柱罩42中的滚柱所在的位置。如图所示，更具体来说，每个狭槽内都布置有每个相连弹性夹子46的一个臂。每个臂都向另一个弯曲成以拱形(arcade shape)，从而大体将滚柱偏压到该狭槽的中心，该中心为滚柱的中间位置。该弹簧夹子46的基部包括一孔，该孔容纳一紧固件，例如一螺钉，以便将该弹簧夹子46安装到噶一滚柱罩上。该弹簧解决了各种部件中的制造公差，使得该滚柱都能同时啮合。
尽管图中所示的是采用一种上述用于定位该滚柱的C形弹簧夹子46，但是也可以采用其它的弹簧来替代用于该滚柱组件中。例如，在同样为本申请的受让人的于2001年3月9号申请的标题为“Spring Assembly for aBi-Directional Overrunning Clutch”申请号为USSN09/803059的美国专利申请描述了一种适当的弹簧夹子。该申请以参引方式包含在本申请中。
该离合器30还包括轮毂54，该轮毂具有形成于其内表面上的花键56，以便接纳该轴部分22、24的带花键的末端。当然，该轮毂可以包括一轴头部分，该轴头部分具有外花键，以便于该轴部分上的内花键啮合。也可以采用其它类型的普通连接方式来替代所示的花键。这种花键连接将该轮毂54同定在噶一轴部分22、24上，使得每个轮毂与该轴部分22、、24其中之一一起旋转。正如图6和7所示，例如，轮毂54容纳在该滚柱罩42的内部，使得该滚柱40可以布置在该轮毂54的外表面和内部凸轮表面36之间。一垫片或轴承57布置在该轮毂54之间，以便于两轮毂54在图1B和1C所示的扫雪机10在转向过程中进行相对旋转。该垫片57可以采用任何适当的低摩擦材料支承，或者可以为一个滚柱轴承或推力止推轴承。也可以使用其它类型的部件。
还是参见图3，每个轮毂54都包括一第一滚柱啮合部分58已经第二部分59，该第二部分的外表面的直径优选比该滚柱啮合部分58的直径小。该直径减小的部分59优选其大小为可延伸穿过在相对盖体60的其中之一中的一中心孔62。从图4和6中可以看到该轮毂54和盖体60安装在离合器外壳60上。多个螺栓63延伸穿过盖体60中的开口66并拧进滚柱罩42中的开口68中以便将该盖体60固定到滚柱罩上，如图7所示。如图3所示，每个弹簧夹子46都还包括一位于基部50中的开口70。当弹簧夹子46与滚柱罩啮合时，该基部50中的开口70与该滚柱罩42中的螺纹孔68对齐。因此，将该盖体60安装到该滚柱罩42上的同时也将夹子48固定到了该滚柱罩42上。
在图3-7所示的本发明的实施例中，该双向超越离合器30也包括内外O型环72、74，该O型环分别为滚柱组件38提供油脂密封。如图2、3以及6所示，该内部O型环72布置在该滚柱罩42的径向内侧、盖体60以及轮毂54之间。该外部O型环74布置在离合器外壳32的外部边缘和盖体60之间。如下面将详细描述的那样，内部O型环72也起到了一种摩擦部件的作用，以有助于控制离合器外壳32和轴部分22、24之间的力矩传递，如下面详细描述的那样。可以清楚的是，该摩擦部件不一定是O型环，也可以是其它弹性元件或弹性体。
参见图4、4A、4B以及6，该双向超越离合器30的运转将进行详细描述。尽管附图表示出该双向超越离合器包含在该手扶式单轴扫雪机10中，但是，从下面的阐述中可以十分清楚理解到，本发明并不限于仅仅用于扫雪机。相反，本发明可以用于任何适当的机器，该机器具有主驱动轴，该驱动轴具有两个受到驱动的轴部分。如上所述，该盖体60以及滚柱罩42通过螺栓64固定在一起。这样，该内部O型环72被压缩在该盖体60和和轮毂54之间，如图6所示。由该O型环(或类似的弹性部件)72的压缩产生的摩擦力提供了防止滚柱罩43/盖体60结合体与轮毂54之间进行相对运动的限制阻力。
图4A表示了啮合前的双向超越离合器。如图所示，滚柱组件38的滚柱40布置在该凸轮表面36的向前和反向部分。更具体来说，如图4A和7所示，该凸轮表面36的轮廓包括一些尖峰和凹谷。当滚柱罩42布置在该离合器外壳32内时，该滚柱40位于该凹谷内，其中凸轮表面36在该滚柱40的任意一侧向着该滚柱罩向内成锥形逐渐变小(在此通常称之为锥形部分37T)。该凸轮表面36、轮毂54以及滚柱40提供了一种如后面所阐述的双向超越能力。在超越离合器中的凸轮表面以及滚柱罩为本领域的普通技术人员所公知。例如参见美国专利US4373407和US5971123，该专利将整体被本申请所参引。因此，没必要对凸轮表面的特征进行详细阐述。
在图4A所示的位置处，该轮毂54并没有与该离合器外壳32啮合，因为滚柱40没有楔进离合器外壳32和轮毂54之间。不过，在本发明中，该摩擦部件(在所示的实施例中为内部O型环)在该滚柱罩42和轮毂24之间形成摩擦连接，使得滚柱罩42随着轮毂54运动。因此，在离合器外壳32和轮毂54之间的任何相对运动都将使得该滚柱罩42将该滚柱40换档(index)并定位成用于进行啮合。因此，尽管图4A中所示的滚柱的位置从理论上讲并没有在输入齿轮34和轮毂之间提供直接的力矩传递，但是，实际上基本在啮合的同时就产生了正向驱动。例如在所示的实施例中，啮合伴随由产生由小到8度的旋转。
参见图4B，所示的双向离合器30中，滚柱组件处于起向前啮合位置。如上所述，当扫雪机10的驱动系统啮合以便向前驱动该扫雪机时，该离合器外壳32将相对于该扫雪机10的框架14旋转。由于轮毂54通过该轴部分22、24与该轮子26、28啮合，该轮毂起初并不运动。不过，内部O型环72在盖体60和轮毂54之间的产生的摩擦力使得滚柱罩42随着该轮毂54旋转。因此，该滚柱40楔进凸轮表面36的向前锥形部分37T和轮毂54之间。该滚柱40的楔进提供了将力矩从该输入齿轮通过滚柱40传递到滚柱54的路径。这代表该双向离合器的向前啮合位置，该位置使得该轮毂54以及相关轴部分22、24和轮子26、28能够在马达驱动下旋转。
不过，该双向离合器30的上述结构也使得该轴部分22、24能够分别超越(脱离)该向前啮合位置。这在转向过程中尤其重要，其中其有利于使得一个轮子(即外侧轮子)转得比另一个轮子(即内侧轮子)更快。这就防止了对运动较慢得轮子得刮擦以及由此产生得磨损。更重要的是，这种超越极大地减小使得该车辆转向的所费的力气。本发明通过在轮毂旋转得比离合器外壳32快时使得每个轮毂54分别超越(即独立于该离合器外壳32旋转)而在该主驱动轴中实现该目的。如上所述，由O型环72在盖体60和轮毂54之间产生得摩擦力起作用以便限制滚柱罩42和轮毂54之间得相对旋转。这种限制尽管对于获得该滚柱组件38的楔形啮合有利，但是在转向需要离合器超越该轴部分22、24时也趋向于限制该轮毂54相对于滚柱罩42的相对旋转。不过，该摩擦力受到限制。尤其是，该O型环72将用于提供于该滚柱罩啮合的足够的摩擦力，但是该摩擦力易于被该轮毂54相对于该离合器外壳32的旋转运动所克服。
图1B中所示的是该离合器30在扫雪机10转向的过程中的超越状态。如前所述，在图4B中所示的向前啮合位置，该滚柱40被楔进该凸轮表面36的向前锥形部分37T和该轮毂54的滚柱啮合部分58(图3)之间。当扫雪机在向前模式下被引导向左转向时(如图1B所示)，与和轴部分22啮合的轮毂相连的O型环产生的摩擦力将被转动比离合器外壳32快的轮毂所克服。该轮毂54以及相关的轴部分22将超越该离合器，防止在该滚柱罩42的该侧上的该滚柱40与该锥形部分37T楔形结合。该滚柱40的拖开将使得该外侧轮子26旋转得比内侧轮子28快。而且，由于该滚柱40并没有楔在该离合器得那侧，因此没有力矩从离合器外壳32上传递给外侧轮子26。不过，该内侧轮子28以及轴部分24和与其相连得轮毂54在该转向期间保持受到该离合器得驱动(在内侧得滚柱保持啮合)，如图1B所示。因此，该在内侧轮子上的轮毂54随着滚柱罩42旋转。在转向之后重新进入笔直路径的时候，该超越轴部分的旋转速度将等于被驱动的轴部分以及离合器外壳32的旋转速度。该相对速度得平衡使得滚柱40在向前啮合位置再次楔进离合器外壳32和轮毂54之间，其中两个轴受到输入齿轮得驱动。
参见图7，该凸轮表面36包括以反向啮合表面，该表面为与向前啮合表面相对的锥形部分37T，该向前的啮合表面与向前啮合位置相连，如图4B所示。因此，离合器是双向的，使其可以反向受到驱动。例如，如果附图中所示的扫雪机设计成带有反向齿轮，在换档到反向时，该输入齿轮将从图4B中所示的实施例转向到相反的路径上。因此，该滚柱将和与相反啮合位置相关的锥形部分37T啮合。本发明的双向离合器使得力矩以一种反向方向传送力矩(驱动)。而且，在车辆向前驱动的时候，本发明也能以相反的方向进行超越。
本发明的双向离合器的另一个方面就是其能够向后驱动，这在需要防止轮子旋转得比输入齿轮快得情况下显得尤其重要。例如，当机器在下坡上工作时，该轮子得速度将输入齿轮得速度要快。在一种单向超越离合器中，该轮子就会超越并且该机器将靠惯性滑动(不受控制)。为了限制轮子的速度，本发明采用噶一反向啮合位置使得轮子与输入齿轮啮合。当轮子26、28超越离合器30时，由O型环72产生的摩擦力将使得滚柱罩42相对于噶一内部凸轮表面36向前推进。该滚柱罩42的移动使得滚柱40与凸轮表面36的、与在向前啮合位置处的锥形部分37T相对的锥形部分37T啮合。如图4C所示，其对应于离合器的反向啮合位置。该滚柱40楔进内部凸轮表面36和轮毂54之间可防止轮子26、28超越离合器外壳32。该滚柱罩42移动到反向啮合离合器位置能够控制扫雪机10在下坡上的运转，迫使轮子26、28以和离合器外壳32/输入齿轮的旋转速度相同的相对速度进行旋转。
图2-7中所示的实施例时一种压缩结构，其以普通两轮驱动手扶式轻载机器和车辆方式工作，其中在主驱动轴上需要进行超越。不过，本发明同样可以用于为重载机器和车辆提供正向驱动，例如2轮和4轮驱动车辆。参见图8-11，其中所示的是一种本发明的第二种实施例，双向超越离合器100。尽管该离合器100的结构用于较大的场合，例如高尔夫球车，但是该离合器100近似起到上述超越离合器30的功能，从下面的阐述种将会清楚到这一点。
离合器100包括一主壳体102和盖体104，该盖体通过螺栓106固定在该主壳体上。该离合器100还包括一个离合器外壳108，该外壳安装在主壳体102内。轴承107和轴承109布置在主壳体102和离合器外壳109之间，以便于离合器外壳108在该主壳体102之内旋转。该离合器外壳108包括一个一体地形成于一外侧表面上的环形齿轮110以及一个一体形成于一相对内表面上的内侧凸轮表面112。该离合器100包括一个滚柱组件114，该组件具有滚柱116，滚柱布置成两组，优选每组由七个滚柱。尽管七个滚柱为优选，但是，也可以根据离合器的结构确定任何数量的滚柱。该滚柱组件114还包括一滚柱罩118，该滚柱罩具有一些狭槽，滚柱116布置在该狭槽内。该滚柱组件114还包括一些大致成H形的夹子120，该夹子具有向外的弯曲臂122，用于将滚柱116偏压支承在滚柱罩118种。用于该实施例的适当的滚柱组件的详细描述可以参见于2001年3月9日申请的标题为“Bi-Directional Overrunning Clutch With Automatic Backdrive”共同待审专利申清USSN09/802608。该专利申请将整体被本申请所包含。
该离合器还包括一对轮毂124，每个轮毂都具有形成于其内表面上的一末端处的花键，用于接受驱动轴(未示出)的轴部分的带花键的末端。该滚柱罩118和轮毂124都容纳在该离合器外壳108内，使得该滚柱罩定位在内部凸轮表面112和轮毂124的外表面之间。一定位销126容纳在位于每个轮毂124的于带花键的末端相对的中心出的开口128中。还可以通过位于轮毂124和衬套132之间并由定位销126所接受的滚针止推轴承130而更有利于轮毂124之间的相对旋转。每个轮毂都通过轴承134可旋转地支承在主壳体102内。
离合器100包括一个适于于离合器外壳108的环形齿轮110啮合的小齿轮136，用于将小齿轮136的旋转运动传递到离合器外壳的旋转中。本领域的普通技术人员将能理解到，该小齿轮可以与马达传动链相连。该离合器100包括一轴承和衬套140，用于将小齿轮136可旋转地支承在主壳体102内。O型环144以及小齿轮盖体146通过螺栓148固定在主壳体102上，用于将小齿轮136密封封闭在该主壳体102内。
滚柱罩118和离合器外壳108之间的的相对旋转通过波形弹簧150和垫片152来提供。一波形弹簧150和一垫片布置在滚柱罩118的相对末端的每一端和其中一个轴承134之间，该轴承为其中一个轮毂124提供旋转支承。由每个轮毂124在其一端接受一油脂密封件154。一种O型环156为盖体104提供了密封。离合器100还包括一定位填隙片158，该填隙片布置在离合器外壳轴承107和盖体104之间。
正如图9所示，内部凸轮表面112包括锥形部分137T，该锥形部分对应于如前面针对前一实施所述的向前和反向啮合位置。该凸轮表面112为主驱动轴提供了向前或反向的驱动，同时容许各个轴部分进行超越。
该波形弹簧150起到一个摩擦部件或相互摩擦连接的作用，用于以和离合器30的O型环72所提供的摩擦力相同的方式控制滚柱罩118和离合器外壳108之间的相对旋转，该离合器100中的波形弹簧150的运转与离合器30中的O型环72的运转略有不同，不同指出如下。如前所述，O型环72被压缩在轮毂54和固定在滚柱罩42上的盖体60之间。通过O型环72产生的摩擦使得滚柱罩42(通过轮毂)连接到地面上，从而使得滚柱罩42相对于离合器外壳32移动。在图8-11所示的实施例中，该波形弹簧150使得滚柱罩118和轴承134的内圈之间进行摩擦连接，该轴承又与轮毂进行啮合。因此，波形弹簧150产生的摩擦在正常驱动过程中使得滚柱罩114与轮毂124一起旋转。
当轮毂124旋转得比离合器外壳108快时，该滚柱116就产生超越，当产生超越时，就将防止滚柱116楔进该离合器外壳108和轮毂124之间。该轮毂124得旋转克服波形弹簧150和滚柱罩118之间得摩擦，使得轮毂124能够旋转得比离合器外壳124要快，这就防止了啮合。附图中所示得离合器得这种结构使得每个轮毂124以及相关得轴部分都可以以和图2-7中得双向离合器得超越相同得方式进行独立地超越。同样，本实施例还可以在车辆沿着斜坡下坡时提供向后驱动。与在前面所述的的实施例一样，当轮子开始旋转得比输入齿轮的相对速度快时(即轮毂124开始旋转得比离合器外壳108快时)，滚柱罩118将运动，将滚柱116定位成使其与凸轮表面得处于反向啮合位置得锥形部分37T进行楔形结合。这将使得轮毂能够与离合器外壳108啮合并使得轮子的速度减慢到离合器外壳108的速度。
尽管附图中所示的本发明的双向超越离合器的实施例形成为用于扫雪机10，但是本发明并不限于这种装置。相反，奔赴卖弄感可以用于多种类型的需要采用主轴部分进行超越的主驱动装置。本发明的离合器还不仅仅限于用于单轴手扶式设备中，而是可以用于控制位于多轴机械以及骑跨式车辆(例如高尔夫球车)上的从动轴。
图12和13所示的是安装在变速差速器中的双向超越离合器的另一个实施例200。图12用于解释变速差速器，其中前部盖体被拆走以便于显示出内部部件。在该实施例中，输入轴202延伸到壳体203中，该壳体由前后盖体203F和203R构成。一输入小齿轮传动装置204安装在一壳体203内的输入轴的一端上。该输入小齿轮传动装置204优选为一齿轮或链轮，该齿轮或链轮适于与一中间传动装置206相啮合，以便在输入轴202和中间传动装置208之间提供力矩传递。输入小齿轮传动装置204和中间传动装置206之间的啮合可以通过任何普通传动装置来进行，例如一种链传动装置、通过齿轮啮合、或者这两种的结合。所示的变速差速器采用链传动装置，该装置沿一个方向(例如向前的方向)提供驱动而沿着另一个方向(向后的方向)提供齿轮啮合。
中间轴208安装在轴承209之间以便可以在壳体203内旋转。该中间轴208具有环绕该轴的一部分的外周形成的花键或齿210，这些花键或齿与驱动齿轮212相配合。该驱动齿轮212可以安装在离合器外壳214上。因此，驱动齿轮212可以为该离合器外壳的输入传动装置。在所示的实施例中，驱动齿轮212采用螺栓安装在离合器外壳214上的凸缘上。不过也可以考虑采用其它连接或安装方式。例如，驱动齿轮212可以形成为该离合器外壳214的一体延伸部分，就与图3中所示的结合体类似。尽管附图中没有表示出来，但是该离合器外壳具有一个内部凸轮表面，就和图7和9中所示的凸轮表面类似。
滚柱罩216位于该离合器外壳214中，并且从该凸轮表面径向向内。该滚柱罩的结构与针对前一实施例所描述的滚柱罩的结构类似，因此，没有必要对其进行描述。
如图13所示，轮毂218布置成从该滚柱罩216径向向内。每个轮毂218包括一颈部缩小(直径减小)的部分220，该部分布置成在轮毂的径向向外的末端上。颈部缩小部分的过渡部分形成该轮毂上的止动件或唇部222。滚柱轴承224安装在每个轮毂的颈部缩小部分220和相关的盖体板203之间。该轴承224的内圈224I优选安装在与唇部222相邻的轮毂上。该轴承224的外圈224O与盖体板203的一部分或凹部接触。优选的是，该外圈224O压装或固定在该盖体板203上，使得该外圈不能运动。该唇部222、轴承224以及盖体板203优选布置成使得该盖体板203F、203R的彼此连接能够迫使每个轴承224的内圈224I与轮毂上的唇部222接触或布置在该唇部的附近，因此，限制或阻止轮毂218的轴向运动。密封件或类似的端帽226可以布置在每个轮毂218和其相关的盖体板203之间，位于该该轮毂的外端上，以便尽可能减小污染物进入壳体以及防止油脂从壳体203中泄露出来。
如上针对前一实施例所述，摩擦部件228布置在滚柱罩216和轮毂之间。优选的是，在滚柱罩216的每一个轴端和相关的轮毂218之间布置有一个摩擦部件228。该摩擦部件可以为任何适当的部件，其可以在滚柱罩216和轮毂之间提供充足的摩擦，以便使得滚柱罩和轮毂一起旋转，还可以在滚柱罩216的旋转速度与离合器外壳214的相对旋转速度不同时使得轮毂独立于滚柱罩旋转。在一个实施例中，摩擦部件是一种橡胶部件或类似的弹性部件，其位于滚柱罩216的表面和轴承224的内圈224I之间。在另一个实施例中，该摩擦部件是一个弹簧，例如波形弹簧，布置在该滚柱罩216的表面和轴承224的内圈224I之间。
尽管本发明已经针对其实施例进行了描述和图示，但是应该理解的，本领域的普通技术人员可以想像到各种变化，等同以及其它形式，但是这些都没有脱离本发明的构思的范围。

Claims (25)

1.一种双向超越离合器，该离合器用于控制传送给一种轮式机器中的主驱动轴的一对轴部分的力矩，该离合器包括：
一个输入齿轮，该齿轮适于与一输入轴啮合，用于将输入轴的旋转运动传递到输入齿轮的旋转运动中；
一离合器外壳，该离合器外壳与该输入齿轮啮合并适于通过该输入齿轮而旋转，该离合器外壳其上具有内部凸轮表面；
一对轮毂，每个轮毂都与该主驱动轴的一个轴部分的末端相啮合，以便与其一起旋转；
一个滚柱组件，该滚柱组件布置在该离合器外壳内，该滚柱组件包括：
一些布置成两组的滚柱的滚柱，每组滚柱都围绕该轮毂的至少一部分布置；以及
一滚柱罩，该滚柱罩具有一些狭槽，每个滚柱都布置在一个狭槽内，该滚柱罩环绕该轮毂的至少一部分布置；
该滚柱组件布置在该内部凸轮表面的附近，内部凸轮表面适于在滚柱罩相对于该离合器外壳沿着第一方向旋转到一向前的啮合位置时以及在该滚柱罩相对于该离合器外壳沿着第二方向旋转到向后啮合的位置时使得该滚柱楔形啮合在该内部凸轮表面和轮毂之间，该第二方向与第一方向相反；以及
至少一个摩擦部件，该摩擦部件与滚柱罩接触以及轮毂接触，该摩擦部件使得该滚柱罩与该轮毂一起相对于该离合器外壳旋转，以便使得滚柱在该向前的啮合位置啮合在该内部凸轮表面和轮毂之间，该摩擦部件使得至少一个轮毂在该轮毂旋转得比离合器外壳快时相对于该滚柱罩运动。
2.如权利要求1所述的双向超越离合器，其还包括一对盖体，每个盖体都固定在该滚柱罩得一端，以便与其一起旋转，其中该摩擦部件包括一对O型环，每个O型环都压缩在其中一个轮毂和其中一个盖体之间以便提供该轮毂和该滚柱罩之间的摩擦。
3.如权利要求2所述的双向超越离合器，其还包括第二O型环，其布置在每个盖体和该离合器外壳的一部分之间。
4.如权利要求2所述的双向超越离合器，其还包括一些弹簧，该弹簧与滚柱罩相连，以便有两个弹簧与每个滚柱的相对侧面相连并位于该相对侧面上，该弹簧使得该滚柱能够相对于该滚柱罩和离合器外壳运动，使得所有的滚柱都能同时与一轮毂进行楔形结合。
5.如权利要求1中所述的双向超越离合器，其还包括一位于每个轮毂的一部分的周围的轴承，该轴承包括一个与该轮毂部分啮合的内圈，并且适于与其一起旋转，其中，该摩擦部件为两个波形弹簧，每个都位于该滚柱罩和每个轴承的内圈之间以便在该滚柱罩和轮毂之间提供摩擦。
6.如权利要求5中所述的双向超越离合器，其还包括一些弹簧，该弹簧与该滚柱罩相连，以便有两个弹簧与每个滚柱的相对侧面相连并位于该相对侧面上，该弹簧使得该滚柱能够相对于该滚柱罩和离合器外壳运动，使得所有的滚柱都能同时与一轮毂进行楔形结合。
7.如权利要求1所述的双向超越离合器，其中，该离合器外壳与该输入齿轮一体形成。
8.如权利要求7所述的双向超越离合器，其中，该输入齿轮包括形成于该输入齿轮的外周上的齿，其中该内部凸轮表面形成于该输入齿轮的内径上。
9.如权利要求1所述的双向超越离合器，其中，该轮毂包括带有花键的末端，用于与位于该轴部分上的相配合的带有花键的末端相啮合。
10.如权利要求1所述的双向超越离合器，其中，该离合器安装在一种扫雪机上，该扫雪机具有一种主驱动轴，该驱动轴包括两个轴部分，并且每个轴部分都可驱动地与其中一个轮毂啮合，该扫雪机包括一马达，马达的输出轴与该输入齿轮啮合，用于相输入齿轮传递旋转运动。
11.如权利要求1所述的双向超越离合器，其中，该双向超越离合器位于一个变速差速器内，该变速差速器包括：一输入轴，其延伸到该壳体内，一输入小齿轮传动装置，该装置安装在输入轴的位于该壳体内的一端；该输入小齿轮传动装置可与形成于一中间轴上的一中间齿轮啮合，该中间轴可旋转地安装壳体内，该中间轴具有位于其上的第二套齿轮齿，并且，该输入齿轮与位于该中间轴上的第二套齿轮齿啮合。
12.如权利要求11所述的双向超越离合器，其还包括一个轴承，该轴承位于每个轮毂的一部分的周围，该轴承包括一个与轮毂部分啮合的内圈并适于与其一起旋转，以及一个与外壳啮合的外圈，并且有两个摩擦部件，每个都位于滚柱罩的每个末端和每个轴承的内圈之间，用于在该滚柱罩和轮毂之间提供摩擦。
13.一种双向超越离合器，该离合器用于控制传送给一种轮式机器中的主驱动轴的一对轴部分的力矩，该离合器包括：
一个输入齿轮；
一离合器外壳，该离合器外壳与该输入齿轮啮合并适于通过该输入齿轮而旋转，该离合器外壳其上具有内部凸轮表面；
一对轮毂，每个轮毂都与该主驱动轴的一个轴部分的末端相啮合，以便与其一起旋转；
一个滚柱组件，该滚柱组件布置在该离合器外壳内，该滚柱组件包括：
一些布置成两组的滚柱的滚柱，每组滚柱都围绕该轮毂的至少一部分布置；以及
一滚柱罩，该滚柱罩具有一些狭槽，每个滚柱都布置在一个狭槽内；
该滚柱组件布置在该内部凸轮表面的附近，内部凸轮表面的轮廓在该滚柱的任意一侧上向着轮毂成锥形，以便形成向前和向后的锥形部分。该锥形部分的大小使得该滚柱能够楔进该凸轮表面的锥形部分和轮毂之间，在该滚柱罩沿着第一方向相对于离合器外壳旋转进入向前得啮合位置时，该滚柱在一侧楔进该内部凸轮表面和滚柱之间，而在该滚柱罩沿着第二方向相对该离合器外壳旋转进入一反向啮合位置时在另一侧面楔进，该第一方向与第二方向相反；以及
两个摩擦部件，该摩擦部件与滚柱罩接触得两个部分接触，该摩擦部件使得该滚柱罩与该轮毂一起相对于该离合器外壳旋转，以便使得滚柱在该向前的啮合位置啮合在该内部凸轮表面和轮毂之间，每个摩擦部件都使得一个轮毂在该轮毂旋转得比离合器外壳快时相对于该滚柱罩运动。
15.如权利要求14所述的双向超越离合器，其还包括一对盖体，每个盖体都固定在该滚柱罩得一端，以便与其一起旋转，其中该摩擦部件包括一对O型环，每个O型环都压缩在其中一个轮毂和其中个盖体之间以便提供该轮毂和该滚柱罩之间的摩擦。
16.如权利要求15所述的双向超越离合器，其还包括第二O型环，其布置在每个盖体和该离合器外壳的一部分之间。
17.如权利要求15所述的双向超越离合器，其还包括一些弹簧，该弹簧与滚柱罩相连，以便有两个弹簧与每个滚柱的相对侧面相连并位于该相对侧面上，该弹簧使得该滚柱能够相对于该滚柱罩和离合器外壳运动，使得所有的滚柱都能同时与一轮毂进行楔形结合。
18.如权利要求13中所述的双向超越离合器，其还包括一位于每个轮毂的一部分的周围的轴承，该轴承包括一个与该轮毂部分啮合的内圈，并且适于与其一起旋转，其中，该摩擦部件为两个波形弹簧，每个都位于该滚柱罩和每个轴承的内圈之间以便在该滚柱罩和轮毂之间提供摩擦。
19.如权利要求18中所述的双向超越离合器，其还包括一些弹簧，该弹簧与该滚柱罩相连，以便有两个弹簧与每个滚柱的相对侧面相连并位于该相对侧面上，该弹簧使得该滚柱能够相对于该滚柱罩和离合器外壳运动，使得所有的滚柱都能同时与一轮毂进行楔形结合。
20.如权利要求13所述的双向超越离合器，其中，该离合器外壳与该输入齿轮一体形成。
21.如权利要求20所述的双向超越离合器，其中，该输入齿轮包括形成于该输入齿轮的外周上的齿，其中该内部凸轮表面形成于该输入齿轮的内径上。
22.如权利要求13所述的双向超越离合器，其中，该轮毂包括带有花键的末端，用于与位于该轴部分上的相配合的带有花键的末端相啮合。
23.如权利要求13所述的双向超越离合器，其中，该离合器安装在一种扫雪机上，该扫雪机具有一种主驱动轴，该驱动轴包括两个轴部分，并且每个轴部分都可驱动地与其中一个轮毂啮合，该扫雪机包括一马达，马达的输出轴与该输入齿轮啮合，用于相输入齿轮传递旋转运动。
24.如权利要求31所述的双向超越离合器，其中，该双向超越离合器位于一个变速差速器内，该变速差速器包括：一输入轴，其延伸到该壳体内，一输入小齿轮传动装置，该装置安装在输入轴的位于该壳体内的一端；该输入小齿轮传动装置可与形成于一中间轴上的一中间齿轮啮合，该中间轴可旋转地安装壳体内，该中间轴具有位于其上的第二套齿轮齿，并且，该输入齿轮与位于该中间轴上的第二套齿轮齿啮合。
25.如权利要求24所述的双向超越离合器，其还包括一个轴承，该轴承位于每个轮毂的一部分的周围，该轴承包括一个与轮毂部分啮合的内圈并适于与其一起旋转，以及一个与外壳啮合的外圈，并且有两个摩擦部件，每个都位于滚柱罩的每个末端和每个轴承的内圈之间，用于在该滚柱罩和轮毂之间提供摩擦。
26.一种位于一种轮式机器中的主驱动轴上的变速差速器，该变速差速器包括：
一具有彼此相连得前后盖体得壳体；
一输入轴，其延伸到该壳体内，该输入轴具有输入小齿轮传动装置，该装置安装在输入轴的位于该壳体内的一端；
一中间轴可旋转地安装壳体内，该中间轴具有形成于其上中间驱动装置，该中间驱动装置适于与该输入小齿轮传动装置啮合，以便在输入轴和该中间轴之间传递旋转运动，该中间轴具有一组输出传动装置齿；
一输入齿轮，该输入齿轮的的齿轮齿可以与输出传动装置的齿相配合，以便在该输入齿轮和中间轴之间传递旋转运动；
一离合器外壳，该离合器外壳与该输入齿轮啮合并适于通过该输入齿轮而旋转，该离合器外壳其上具有内部凸轮表面；
一对轮毂，每个轮毂都与该主驱动轴的一个轴部分的末端相啮合，以便与其一起旋转；
一个滚柱组件，该滚柱组件布置在该离合器外壳内，该滚柱组件包括：
一些布置成两组的滚柱的滚柱，每组滚柱都围绕该轮毂的至少一部分布置；以及
一滚柱罩，该滚柱罩具有一些狭槽，每个滚柱都布置在一个狭槽内；
该滚柱组件布置在该内部凸轮表面的附近，内部凸轮表面的轮廓在该滚柱的任意一侧上向着轮毂成锥形，以便形成向前和向后的锥形部分，该锥形部分的大小使得该滚柱能够楔进该凸轮表面的锥形部分和轮毂之间，在该滚柱罩沿着第一方向相对于离合器外壳旋转进入向前得啮合位置时，该滚柱在一侧楔进该内部凸轮表面和滚柱之间，而在该滚柱罩沿着第二方向相对该离合器外壳旋转进入一反向啮合位置时在另一侧面楔进，该第一方向与第二方向相反；
一个轴承，布置在每个轮毂的一部分的周围，，该轴承包括一个与该轮毂部分啮合的内圈，并且适于与其一起旋转，以及一个与该外壳啮合的外圈；以及
至少一个摩擦部件，该摩擦部件布置在滚柱罩的每个末端以及每个轴承的内圈之间，该摩擦部件在该滚柱罩和轮毂之间提供摩擦，使得该滚柱罩与轮毂一起相对于离合器外壳旋转，从而使得滚柱在该向前啮合位置啮合在噶一内部凸轮表面和轮毂之间，每个摩擦部件都在该轮毂旋转得比该离合器外壳快时使得一轮毂相对于滚柱罩运动。
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