CN1910382A - 一种机电档位选择器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁齿轮离合器组件(1)。所述设备包括一个具有朝着所述轴敞开并轴向延伸的凹槽(10c)的齿轮(10)。毂(12)位于所述齿轮(10)内，其中该毂可以在该齿轮(10)中旋转。所述毂(12)具有远离所述轴向外敞开并且轴向延伸的凹槽(12k)。键(17)位于所述毂(12)的凹槽(12k)内并且能径向朝着或者远离所述轴运动，该布置方式为：在所述键(17)被允许远离所述轴运动时，至少一个键将进入齿轮(10)中的其中一个槽(10c)中以耦连到该齿轮(10)和毂(12)，使得齿轮和毂一起旋转。所述设备还包括用于引起键(17)径向移动的致动器组件(3)。

Description

一种机电档位选择器

相关申请交叉参考

本申请涉及于2004年1月14日提交的美国临时专利中请60/537,243，在此要求该美国临时专利申请的优先权，在本文中将其引入作为参考。

技术领域

本发明总体上涉及一种正配合离合器，并且尤其涉及一种用于自动化的手动变速器的电磁致动档位选择器。

背景技术

同步啮合装置一般被用于汽车齿轮箱中以简化换档操作，使得不熟练的驾驶员可以进行换档操作而不会出现碰撞和随之发生的损坏。这些装置通常包括例如爪形离合器的正配合离合器和例如锥形离合器的摩擦离合器。设计这些离合器主要用于转矩中断换档，其中在换档期间暂时切断动力。齿轮和轴杆首先通过摩擦离合器而带动到相同的速度，然后通过致动正配合离合器产生正配合。同步啮合装置可以被用于滑动啮合齿轮箱，但是几乎总是与固定啮合齿轮箱一起使用。尽管它们的应用很普及，但是同步啮合装置不总是无故障的。有时其中一个正配合离合器的爪或者齿没有与配合件上的凹槽很好地对齐，离合器将不能啮合。此外，同步啮合装置易于磨损并且不适合动力换档。

由于自动化的手动变速器(AMT)的引入，对无故障接合及动力换档的要求变得日益强烈。这几乎成为必需而不是奢侈的设备。本发明提供一种紧凑的档位选择器，该档位选择器能够提供正的且无故障的啮合和动力换档操作。

附图说明

在组成说明书一部分的附图中：

图1是示出齿轮离合器组件的优选实施例的立体剖视图，

图2是示出齿轮组件和电磁致动器组件的局部分解立体剖视图，

图3是齿轮的立体剖视图，

图4是毂的立体剖视图，

图5是毂盖的立体剖视图，

图6是键的立体图，

图7是齿轮组件的分解立体剖视图，

图8是齿轮组件的立体剖视图，

图9A是内斜面环、外斜面环和弹簧的分解前视立体图，

图9B是内斜面环、外斜面环和弹簧的分解后视立体图，

图10是电磁致动器组件的分解立体剖视图，

图11是齿轮离合器组件的截面图，其中键不与齿轮配合，

图12是齿轮离合器组件的截面图，其中键与齿轮配合。

在附图所有的儿个视图中，相应的参考标记表示相应的零件。

具体实施方式

如图1和2所示，总体上被称为齿轮离合器组件1的本发明优选的实施例包括齿轮组件2和电磁致动器组件3。

所述齿轮组件2还包括齿轮10、滚针轴承11、毂12、毂盖13、弹簧14、内部有花键的斜面环15、外部有花键的斜面环16、一组键17和一组螺旋弹簧18。

电磁致动器组件3包括底座圈20、电气线圈21、壳体22、插入环23、套管24、壳体保持器25、轴承保持器26和滚珠轴承27。

如在图3中所示的，齿轮10具有两个内圆柱表面，即第一内圆柱表而10a和第二内圆柱表面10b。第一内圆柱表面10a设置有多个啮合一组键17的轴向凹槽10c。第二内圆柱表面10b上设置有滚针轴承11的外表面11a，所述滚针轴承为齿轮10提供支撑。

如图4所示，毂12具有阶梯形的外表面，该阶梯形的外表面包括第一外圆柱表面12c、第二外圆柱表面12d和第三外圆柱表面12e。第二和第三外表面12d和12e设置有多个轴向凹槽12k，这些凹槽在端面12j处是开口的并且容纳所述键组17。第一外表面12c上设置有滚针轴承11的内表面11b，以支撑轴承11和齿轮10。所述毂12也具有阶梯形的内表面，该阶梯形的内表面包括第一内圆柱表面12a、第二内圆柱表面12b和第三内圆柱表面12g。第二内表面12b设置有多个花键凹槽12h，这些花键凹槽轴向地延伸大约内表面12b的长度的一半，以啮合外花键斜面环16。如图11和12所示，毂12的内表面12a优选地通过滑动配合接合到支撑轴杆30的配合表面31上。

如图5所示，毂盖13具有一个盖板13a和心轴13b，该心轴从盖板13a的中心轴向地延伸。在装配时，将所述板13a通过合适的装置——例如紧固件或者焊接件——安装到毂12的端面12j，以将弹簧14、内花键斜面环15、外花键斜面环16、和键组17紧固在毂12内。从盖板13a的面13f延伸出的环形突起13e与毂12配合，以便在装配中正确地定位毂盖13。毂盖13也具有内圆柱表面13c，该内圆柱表面优选通过滑动配合接合到支撑轴杆30的配合表面31。如图1所示，卡环凹槽13g容纳卡环28，以将电磁组件3紧固到齿轮离合器组件2。

如图6所示，每个键17都具有通过斜面17c连接的顶面17a和17b。该键17的底面17f设置有用于容纳螺旋弹簧18的凹陷部17d和17e。

如图9A和9B所示，内花键斜面环15为具有内花键15c的圆筒环。该内花键斜面环15具有一个平端面15a和一个弯曲形端面15b，该弯曲形端面设置有三组与外花键斜面环16配合的双向螺旋斜面。

外花键斜面环16为具有外花键16c的圆筒环。该外花键斜面环16也具有一个平端面16a和一个弯曲形端面16b，该弯曲形端面设置有三组与斜面环15端面15b的相应斜面配合的双向螺旋斜面。

如图7至8所示，为了装配齿轮组件2，内花键斜面环15、外花键斜面环16、弹簧14、所述键组17和螺旋弹簧18被装配到毂12内并且用毂盖13紧固。内花键斜面环15被插入毂12中，直到平端面15a抵靠到毂12的环形表面12i(图4)。环15的外直径的大小为可与毂12滑动配合，使得该环15可以在该毂12内旋转。在完全装配好时，内花键15c啮合到支撑轴杆30上相应的外花键32，以将内花键斜面环15与该支撑轴杆30旋转地固定在一起。所述外花键斜面环16被插入到毂12内，使得端面16b的斜面与内花键斜面环15的端面15b的斜面配合。外花键斜面环16的外花键16c配合到毂12的内花键12h中，以将外花键斜面环16与毂12旋转地固定在一起。然而，外花键斜面环16可以在毂12内轴向运动。斜面环16的内直径的大小为可与所述支撑轴杆30滑动配合，使得该斜面环16可以围绕该轴杆30旋转。

弹簧14被插入毂12，使得在完全组装时，该弹簧14位于毂盖13的盖板13a与外花键斜面环16之间。弹簧14轴向偏压所述外花键斜面环16，从而稳固地抵压外花键斜面环16而使之抵靠到内花键斜面环15上。在组装时，所述弹簧14和斜面环15和16用作扭转冲击负载衰减设备。在上作期间，扭转冲击负载通过毂12被传递给支撑轴杆30或者在啮合期间相反，下面将进一步说明该啮合。这种扭转冲击负载导致这两个斜面环15和16彼此相对地旋转。当所述斜面环15和16旋转时，端面15b和16b的斜面轴向地使斜面环15和16相互远离，因此压缩所述弹簧14。所述斜面环15和16继续旋转直到弹簧14完全被压缩。这提供防扭转冲击负载的衰减作用，这有效地降低了不同耦连元件上的冲击负载，不同耦连元件包括：所述斜面环15与相应支撑轴杆30、键17与毂12的相应凹槽12k、和齿轮10与相应的配合齿轮(未示出)。

如图7和8所示，每个键17被插入毂12的相应凹槽12k中，使得键17既在周向上又在轴向上被凹槽12k和被毂盖13的毂板13a限制。每个端部开口的凹槽12k都具有一个键17。所述螺旋弹簧18被插入每个键17的每个凹陷部17d和17e中。所述弹簧18向键17偏压，使其从凹槽12k底部的收缩位置向外运动到与齿轮10相应凹槽10c的啮合位置。最后，板13a安装到毂12的端面12j以将弹簧14、内花键斜面环15、外花键斜面环16、以及键组17紧固在毂12内。

重要的是需要注意：齿轮10内表面10a上的凹槽10c的数量与毂12的凹槽12k中的键17的数量是不同的。键17的数量可被键17的数量与齿轮10内表面10a上的凹槽10c数量之间的差整除。例如，在图1所示的实施例中，毂中的键17的数量是15，而齿轮内表面上的凹槽的数量是12。因而，对于毂与齿轮之间任何给定角度的对齐而言，将总存在(15-12＝3)三个分别与三个凹槽10c对准的键17，并且这些键可由这些凹槽所容纳。

同时，凹槽10c的宽度也比键17的宽度宽，使得当齿轮10与毂12之间以任意角度对准时，将总是存在至少一个键17，该键将与齿轮10的内表面上的至少一个凹槽10c对准并且被所述凹槽10c所容纳。

如图10所示，毂12与齿轮10之间的啮合由电磁致动器组件3控制和致动。该电磁致动器组件3包括一个底座圈20、电气线圈21、壳体22、插入环23、套管24、壳体保持器25、轴承保持器26和滚珠轴承27。

所述底座圈20是一个具有内缘20a的环形圈，该内缘从内周边延伸出并且以斜面20b结束。底座圈20抵靠着电气线圈21的前表面21a和内表面21b。套管24的外表面24a抵靠着底座圈20的内表面20c以提供一个支承表面24b，以用于接合插入环23。

壳体22是一个具有L形横截面的环形圈，其抵靠在电气线圈21的背部表面21c和外表面21d上，并且通过合适的方式——例如焊接或者过盈配合——附接在底座圈20上。由此，底座圈20、壳体22和套管24形成一个围绕着电气线圈21的壳体，该壳体与插入环23配合。

所述插入环23是一个具有阶梯形边缘的环形圈，该阶梯形边缘从内周边突出而与底座圈20、壳体22和套管24配合。该阶梯形缘具有通过斜坡23c连接的第一外表面23a和第二外表面23b。第二表面23b的外直径的大小合适地构造而与套管24的轴承表面24b滑动配合。在完全组装时，当所述电绕组21被接通和被断开时，所述插入环23可以相对于毂12沿着轴向自由地运动。

所述壳体保持器25是一个板25a，其具有从板25a的外圆周延伸的缘25b并且限定了一个孔25c。所述缘25b以合适的方法——例如过盈配合或焊接——而接合到所述箱体22的外表面22b。轴承保持器26围绕所述孔25c安装到板25a上，以紧固用于将所述致动器组件3支撑在齿轮离合器组件2的毂盖13上的滚珠轴承27。该滚珠轴承27的内表面27a被轴向固定到毂盖13的心轴13b上并由其支撑。为了进一步紧固致动器组件3，卡环28被插入到心轴13的卡环凹槽13g中。

一旦所述齿轮组件2和致动器组件3组装形成齿轮离合器组件1，那么该齿轮离合器组件1被安装到支撑轴杆30上，如图11和12所示。所述档位选择器1在该支撑轴杆30上滑动直到内花键环15接合到该支撑轴杆30的相应花键32上，以将环15与该轴杆30旋转同定。从而，在图示的实施方式中，该环15用作所述齿轮组件2与所述轴杆30之间唯一的机械连接。所述致动器组件3以合适的手段旋转固定。

操作时，所述电气线圈21通电或者断电以分别使所述齿轮10与支撑轴杆30脱离和啮合。如图11所示，在所述电气线圈21通电时，电磁场在所述壳体22与所述插入环23之间以及在所述底座圈20与所述插入环23之间的气隙中形成。该电磁场使得所述插入环23朝电气线圈21移动，关闭底座圈20、壳体和插入环23之间的气隙。当所述插入环21朝着所述电气线圈21运动时，该插入环沿着键的斜面17c推动这些键17，并且将这些键17迫入所述毂12的凹槽12k中，从而使所述齿轮10从所述轴杆30脱离。

如图12所示，在电气线圈21断电时，插入环23缩回，并且通过至少一个被弹簧18从缩进位置推动到接合位置的键17而远离该电气线圈21。如上所提及的，在接合位置，键17插入到所述齿轮10的相应的凹槽10c中，从而使该齿轮10与所述轴杆30啮合。在此位置，旋转力从支撑轴杆30传递到所述齿轮10，或者相反。在本实施例中，在通电时，将总是存在至少三个键17，它们从缩进位置被向外推出并且推动所述插入环23轴向地远离所述电绕组21。

在接合期间，如果所述毂12与齿轮10的速度不同步，那么将有施加在轴杆30上的冲击负载。如上所述，弹簧14和斜面圈15及16充分地减小了所述扭转冲击负载。

在此所示的实施例公开本发明。这决不足用于限制本发明的范围。

Claims (9)

1、一种绕轴布置的齿轮离合器组件，包括：

具有凹槽的齿轮，所述凹槽朝着所述轴而向内敞开并且轴向延伸；

位于所述齿轮内的毂，该毂能在该齿轮内旋转，该毂具有背离所述轴而向外敞开并且轴向延伸的凹槽；

位于该毂的凹槽内、并且能朝着和远离所述轴径向运动的键，其布置方式为：在所述键被允许移动而远离所述轴时，至少一个键将进入所述齿轮中的其中一个凹槽内而将所述齿轮和毂耦连到一起，从而使得该齿轮和毂一起旋转，以及

用于使得所述键径向移动的致动器。

2、根据权利要求1所述的组件，其中所述键的数量由毂与齿轮的凹槽数量之间的差整除。

3、根据权利要求1所述的组件，还包括用于将所述键向外推离所述轴的弹簧；并且其中所述致动器在通电时使所述键朝着该轴向内运动。

4、根据权利要求3所述的组件，其中所述致动器包括：

绕所述键轴向固定的电气线圈；

能绕所述键轴向运动的插入环；

其中所述电气线圈在通电时使得该插入环朝着该电气线圈轴向运动，使得该插入环推压在所述键的斜面上，从而使所述键朝着该轴向内运动；以及

其中所述弹簧在所述电气线圈断电时将所述键从所述轴向外推动，使得所述键的斜面推压所述插入环而使得该插入环轴向运动远离所述电气线圈。

5、根据权利要求2所述的组件，还包括用于吸收扭转冲击负载的装置。

6、根据权利要求5所述的组件，其中所述用于吸收扭转冲击负载的装置包括：

位于所述毂内的内花键环，该内花键环具有斜面并且具有与支撑轴杆啮合的花键，从而使得该内花键环旋转地固定到该支撑轴杆上；

位于该毂内的外花键环，该外花键环具有与所述内花键环的斜面啮合的斜面并且具有与该毂啮合的花键，从而使得该外花键环旋转地固定到所述毂上并且在该毂内轴向运动；

位于该毂内的弹簧，该弹簧沿轴向偏压该外花键斜面而使之抵靠在该内花键环上，其中该内花键环相对外花键环的旋转使得该弹簧压缩。

7、一种操作绕轴布置的齿轮离合器组件的方法，包括以下步骤：

制造具有朝着所述轴而向内敞开并且轴向延伸的凹槽的齿轮；

将毂安装在所述齿轮中，其中该毂能在该齿轮中转动，该毂具有远离轴而向外敞开并且轴向延伸的凹槽；

将键安装在所述毂的凹槽内，所述键能朝着和背离所述轴径向运动，其布置方式为：在所述键被允许背离所述轴而移动时，至少一个键将进入所述齿轮中的其中一个凹槽内而将所述齿轮与毂耦连在一起，从而使得所述齿轮和毂一起旋转，以及

安装用于使得所述键径向地移动的致动器；

所述致动器通电而将所述键与所述齿轮分开；以及

所述致动器断电以将所述键耦连到所述齿轮。

8、根据权利要求7所述的方法，还包括安装用于吸收扭转冲击负载的装置的步骤。

9、权利要求8所述的方法，其中所述用于吸收扭转冲击负载的装置包括：

位于所述毂内的内花键环，该内花键环具有斜面并且具有与支撑轴杆啮合的花键，从而使得该内花键环旋转地固定到该支撑轴杆上；

位于该毂内的外花键环，该外花键环具有与所述内花键环的斜面啮合的斜面并且具有与该毂啮合的花键，从而使得该外花键环旋转地固定到所述毂上并且在该毂内轴向地运动；

位于该毂内的弹簧，该弹簧沿轴向偏压该外花键斜面而使之抵靠在该内花键环上，其中该内花键环相对外花键环的旋转使得该弹簧压缩。

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