专利名称：棘轮式单向离合器的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及一种在部件间的相对旋转朝向一个方向时产生组件之间的驱动连接，以及在相对旋转朝向相反方向时超越的离合器。具体地说，本发明涉及一种具有摇块的离合器，该摇块至少是部分由于作用在摇块上的离心力而产生咬合或脱离的。
背景技术：
传统的用于在离合器总成的内座圈与外座圈之间产生单向驱动连接的单向离合器包括用于可脱离、可驱动地连接座圈与连接至座圈的机械总成的组件的楔块或滚子。这种离合器通常用于机动车辆的动力系统或传动系统。单向离合器在多数情况下能很好地完成任务，但是在某些情况下，例如离合器要传递很大的转矩，或仅为离合器提供了很小的空间的情况下，则需要有不同于传统的楔块式或滚子式离合器的单向离合器以满足所需的要求。
传统的单向离合器总成具有至少一个楔块或滚子，该楔块可驱动地将两个带有槽口或凹槽的座圈相互锁止于一个旋转方向，且允许座圈沿另一个方向自由地旋转。摇块及楔块式单向离合器总成与滚子式离合器相比，可增加用于给定的安装尺寸的最大转矩，但是总的来说，它们在转矩传递量上受由摇块或楔块与座圈的接触而产生的大量的接触或支承应力的限制。
为克服这些及其他困难，第5,070,978号美国专利描述的单向超越离合器包括驱动部件和从动部件，它们绕公共轴线作顺时针及逆时针方向旋转。驱动部件包括与公共轴线正交的平面驱动面，与用于沿顺时针或逆时针方向旋转该平面驱动面的动力源连接。从动部件包括平面从动面，其与驱动面邻近且相对设置。驱动及从动部件通过在其中一个驱动面上的一系列凹槽及由另一个面承载的多个与其配合的支撑部互相结合，这样，当驱动部件朝逆时针方向驱动时，它将驱动其从动部件。当驱动部件朝顺时针方向驱动时，它将不会驱动从动部件，但相对于从动部件自由地旋转。在座圈之间传递转矩载荷的支撑部的柱形稳定性是设计中的重要因素。
第5,954,174号美国专利披露一种棘轮单向离合器总成，其具有带有槽口的内座圈，带有凹槽的外座圈，以及位于凹槽内咬合槽口的摇块。摇块具有与外座圈中凹槽内的槽峰或凹部配合以将摇块设置于凹槽内的枢轴凸起。每一个摇块的质心都被定位使得摇块与内座圈内的槽口咬合或脱离。用一个弹簧向每一个摇块提供用于使摇块与槽口咬合的翻转力。
当转矩通过离合器传递时，传统单向离合器在座圈中会产生相对较大的环向应力；因此，传统单向离合器的座圈由轴承级钢形成以便承受工作环向应力。由于第‘978和‘245号专利披露的离合器在运行中产生相对低的工作环向应力，这些离合器可以由强化金属形成。与形成及制造传统的高级钢的离合器成本相比，若能避免大量的机械加工，由强化金属形成的离合器潜在地可以较低的成本制造。
然而，第‘978或‘245号专利披露的离合器，需要对由强化金属形成的组件进行大量的机械加工。过多的、会产生不可接受的噪声的内在间隙在这些离合器的某些工作条件下是潜在的问题。
因此，存在着对一种低成本的、可靠的、在工作时产生低工作轴承应力的且可简单地由强化金属形成的单向离合器的需求。离合器应当占据较少的空间，使运行噪音最小化，而且需要很少或者不需要机械加工。更佳的是，所需的离合器应当具有在驱动系统中易于组装的特点。
发明内容
本发明提出一种单向超越离合器，包括凸轮板，形成有绕中轴线按角度间隔的凸轮；含有绕中轴线按角度间隔的凹槽的摇块板，每个凹槽包括中心位于凹槽内的第一凹面，枢轴线穿过上述中心；多个摇块，每个摇块位于一个凹槽中，并包括与上述第一凹面互补并被其至少部分环绕的第一凸面；以及支承于摇块板上的弹簧，每个弹簧促使摇块绕枢轴线朝向凸轮板枢轴旋转，其中每个凸轮包括接触面，朝向上述接触面延伸的凸轮面，和形成上述接触面和上述凸轮面之间的过渡的开槽面；并且每个摇块包括接触面，其在离合器咬合时咬合凸轮的接触面。
现参照附图举例进一步描述本发明，其中图1为根据本发明的离合器的侧视图，表示摇块位于内座圈并且与外座圈上的槽口咬合；图2为离合器总成的正等轴测图，表示轴向互相间隔的组件；图3为图2的离合器总成直径平面部分横截面的正等轴测图，表示组件间隔分布关系；图4为图2的离合器总成通过直径平面的部分横截面的正等轴测图，其表示已组装的组件；图5为侧视图，通过直径平面的部分横截面，表示已组装的组件；图6为内座圈的一部分的侧视图，表示摇块、凹槽和回位弹簧；图7为内座圈的一部分的侧视图，表示摇块、凹槽、回位弹簧、以及CF矢量；图8为离合器侧视图，表示位于外座圈内并与内座圈上的槽口咬合的摇块；以及图9为外座圈的一部分的侧视图，表示摇块、凹槽、回位弹簧、以及CF矢量；图10为折叠状回位弹簧侧视图；图11为螺旋线圈回位弹簧侧视图；图12为根据本发明的单向离合器总成的直径平面的横截面图；
图13为护圈板的正视图；图14为图13的护圈板的侧视图；图15为沿箭头15所指方向的护圈板局部示意图；图16为朝向与凹槽开放轴向端相面对的轴向端看去的图12的摇块板端视图；图17为从凹槽开放轴向端看去的图12的摇块板端视图；图18为图17的18-18平面的横截面视图；图19为图17的19-19平面的横截面视图；图20为又一实施例的凸轮板的侧视图；图21为通过其位置为在颈轴表面上引导总成的凸轮板和摇块板的直径面的横截面图；图22为单向离合器的部分端视图，表示安装在凸轮板上的凹槽板；图23为摇块的正视图；图24为图23的摇块的侧视图；图25为单向离合器的部分端视图，表示安装在凸轮板里的摇块板，位于一个凹槽里的一个摇块，以及当它们相对于摇块板作逆时针旋转时，摇块脱离凸轮并在凸轮上逐步推进；图26为与图25相似的单向离合器的局部端视图，表示将要咬合凸轮接触面的摇块；图27为与图25相似的单向离合器的局部端视图，表示已咬合凸轮接触面的摇块；图28表示其位置为辅助与凸轮的咬合的摇块的质心；图29表示其位置为抵制与凸轮的咬合的摇块的质心；图30为离合器咬合时凸轮和摇块凹槽之间传递的力的作用线路示意图；图31为冲击角度示意图，该冲击角为图30的作用线与通过枢轴垂直于半径的线的夹角；
图32为单向离合器的局部端视图，表示安装在凸轮板的摇块板，以及当凸轮相对于摇块板作逆时针旋转时，摇块脱离凸轮并在凸轮上逐步推进；图33为安装在总成上的单向离合器的透视图，表示内、外环上的轴颈表面和本体表面。
具体实施例方式
现在参见附图，如图1所示为根据本发明的一种单向离合器总成20。该离合器总成20包括内座圈或摇块板22，外座圈或凸轮板24，以及多个摇块26，每个摇块位于在内座圈22中形成的凹槽28内且绕中轴线30互相按角度间隔分布。外座圈24的内周缘上形成有多个绕轴线30互相按角度间隔分布的槽口32。在图1所示的离合器中，有十二个摇块26和凹槽28以及三十六个槽口32。
当内座圈22比外座圈24顺时针旋转得快时，由于摇块与外座圈的内径向表面的接触，每个摇块26在其凹槽28内作逆时针枢轴旋转脱离与槽口32的咬合。这使得内座圈22可以相对于外座圈24绕轴线30自由地顺时针旋转。当内座圈22欲相对于外座圈24作逆时针旋转时，通过摇块26与槽口32咬合，内座圈与外座圈互相咬合或可驱动地连接。
当离合器20咬合时，由于摇块与凹槽内表面34相接触并且与咬合的槽口32的轴向表面36接触，每个被咬合的摇块26在内、外座圈22，24之间传递力F。
位于每个凹槽28内的凹部40容纳一个弹簧，例如螺旋线圈压缩弹簧42或是折叠状压缩弹簧44，用于使每个摇块在其凹槽内朝向与槽口咬合的方向枢轴旋转。
图2-5表示具有摇块板22的离合器，该摇块板上形成有按角度间隔分布的凹槽28和弹簧凹部40，每个凹槽容纳一个摇块26，该摇块在各自的凹槽中枢轴旋转以交替地与在凸轮板24径向内表面上形成的槽口32咬合和脱离。强化金属制成的衬圈46装在凸轮板24内。
如在图5中看得最清楚，当组装离合器20时，衬圈46的轴向表面与凸缘50的轴向内表面48相接触。表面48上形成有径向的沟槽52，该沟槽装有润滑油，最好是变速器油，且该沟槽径向向外朝向衬圈46的径向内表面。油通过形成在驱动系统组件72(其连接至离合器20)上的孔49进入径向沟槽52。油沿轴向向左流过衬圈46上的内径向表面51、流至引导油径向外流至表面55的径向空间53、流过摇块板22的宽度并流过摇块26的表面。衬圈46引导内、外座圈22，24，消除了沿着外座圈的槽口或凸轮32或是摇块板22的径向外表面区域66进行机械加工的需要。润滑油精确地沿沟槽52径向引导至衬圈46，然后在摇块板22上的表面68与衬圈内表面51之间被轴向引导至摇块26。由于离合器作绕轴线30的旋转时产生离心压头，润滑剂沿这个路径流动。
凸轮板24的径向外表面上形成有花键54，通过该花键凸轮板可驱动地与驱动系统连接。相似地，摇块板24的径向内表面上形成有花键56，摇块板通过该花键可驱动地与驱动系统的一个部件连接。
摇块板22的轴向表面58与保持环60相接触，该保持环闭合每个凹槽28的轴向末端，并且通过止动环62保持其位置，该止动环与形成在凸轮板24上的凹部64咬合。
图3和4分别表示位于紧靠其组装位置及位于组装位置之上时的离合器20的组件。离合器20与通过花键70可驱动地连接至机动车驱动系统的鼓轮72的凸轮板24组装。
现参见图6，摇块26的较佳实施例可以包括多个表面80、82、84、86、88以及确定的枢轴中心90。表面80和82均为柱形表面，其弧面与枢轴中心90同心。表面80、82引导摇块26的旋转或枢轴旋转并限制该枢轴旋转为一个自由度。为了将摇块约束于中心90的径向方向，表面80、82的弧面必须足够以便摇块的颈部或支撑部92比平衡部94窄。
表面80为引导面。当施加力F而离合器驱动且摇块26与槽口32相咬合时，最好是在表面80上没有产生反作用力。当离合器20在外座圈与内座圈22之间通过摇块26传递转矩时，表面82是在其上形成力F的反作用力的表面。由于表面82的中心位于枢轴中心90，因此力F的反作用力沿表面82分布、在枢轴中心90集中、且不产生使摇块26绕枢轴中心枢轴旋转的转矩。
表面84限制摇块26的顺时针枢轴旋转且有助于容纳凹槽28、摇块26及弹簧42、44的座圈22或24的组装。通过在每个凹槽中插入摇块26以及在每个凹部40中放置弹簧42、44，该座圈便准备好用于安装。弹簧向其各自对应的摇块施加的力使摇块旋转至图6所示的位置，在该位置表面84与凹槽28的底部96相接触。弹力及其底部96上的反作用力将摇块保持于凹槽内，而不需要其它的座圈或另外的组装辅助件。容纳摇块的座圈在这种准备在离合器总成20内安装座圈子总成的保持条件下易于与摇块一起运送。
通过限制摇块26绕枢转中心90的枢轴旋转，当离合器被驱动或咬合时，将在表面84上产生对支撑部的反旋转反作用力。当离合器20驱动时，施加于摇块表面86的力F将对摇块产生绕枢轴中心90的顺时针转矩。由力F产生的绕中心90的转矩受到摇块表面84与凹槽表面96相接触处的力P1反作用。没有表面84，全部的反转矩将在别处受到反作用。例如，若力F的全部转矩反作用力施加于摇块表面88，由于反作用力的高入射角，将在被表面88接触的座圈上产生大的剪切该座圈的壁的环向应力。若力F的转矩反作用力施加于表面82，其将施加于内座圈的末端的最薄弱的点上。力F的转矩反作用力最好与摇块表面84处的凹槽底部96正交，且位于与凹槽接触而产生摩擦的表面82上。
当离合器20驱动以及摇块26与槽口32的径向表面36相咬合时，表面86是在其上施加力F的表面。当摇块枢轴旋转至咬合位置时，表面86通过产生机械干涉来实现这种功能。
当离合器20超越且摇块26从槽口32脱离时，位于摇块26的支撑部92的轮廓的表面88与槽口32的径向表面36的齿峰面98相接触以保证没有干涉。当离合器超越时，表面88被弯曲以促进润滑油薄膜的形成。当离合器通过提供过渡位置超越时，表面88同样被弯曲以将与齿峰面98的碰撞减到最小，其中该过渡位置将凹槽内的摇块的旋转率相对于外座圈的旋转率减到最小。当离合器超越时，这将使摇块上的拐角的加速度减至最小。
摇块26的质心100可位于与枢转中心90相关的位置以使离心力咬合或脱离摇块，而不管摇块位于外座圈上还是位于内座圈上。
如图7所示，质心100位于轴线30与枢转中心90的连接线的右侧，摇块承载于位于内座圈22上的凹槽内。当离合器总成20绕轴线30旋转时，摇块上的离心力沿通过轴线30及质心100的线102径向向外，使摇块26绕枢转中心90逆时针枢轴旋转。摇块的这种逆时针枢轴旋转与弹簧42、44的力相反且使摇块表面86枢轴旋转离开与内座圈24上的凹槽表面36的接触。摇块的这种逆时针枢轴旋转将摇块移至脱离位置，且允许内座圈22超越及离合器20脱离。绕枢转中心100、将压缩弹簧42且枢轴旋转摇块26至脱离位置的力矩的量随内座圈的旋转速度以及枢转中心90至质心100的距离而变化。
或者，当摇块承载于位于内座圈22上的凹槽内时，质心也可位于轴线30与枢轴中心90的连接线的左侧。在这种情况下，当离合器总成20绕轴线30旋转时，摇块上的离心力使摇块26绕枢轴中心90顺时针枢轴旋转。摇块的这种顺时针枢轴旋转加到弹簧42的力的效果上、朝与外座圈24上的径向表面36接触的方向移动摇块的表面86，也就是将摇块26枢轴旋转至咬合位置，且使离合器咬合。
图8为根据本发明的离合器总成120的一个实施例。离合器总成120包括内座圈或摇块板122，外座圈或凸轮板124，以及多个摇块126，每个摇块位于形成于外座圈124上的凹槽128内并且绕中轴线130按角度互相间隔分布。内座圈122的外周缘上形成有多个凸轮或槽口132，绕轴线30按角度互相间隔分布。如图1所示的离合器具有九个摇块126和凹槽128以及三十六个槽口132。
当外座圈124比内座圈122顺时针旋转快时，由于摇块与内座圈的径向外表面接触，每个摇块126在其凹槽128内顺时针枢轴旋转，远离与槽口132的咬合。这允许外座圈124可以自由地绕轴线130相对于内座圈122顺时针旋转。当外座圈124欲相对于内座圈122逆时针旋转时，通过摇块126与槽口132的咬合内座圈与外座圈咬合或可驱动地互相连接。
当离合器120咬合时，由于摇块与凹槽126的内表面134以及被咬合的槽口132的径向表面136相接触，一个或更多的被咬合的摇块126在内座圈122与外座圈124之间传递力。
位于每个凹槽128内的凹部140容纳一个弹簧，例如螺旋线圈压缩弹簧142或折叠状压缩弹簧144，用于使每个摇块在其凹槽内朝向与槽口咬合的方向枢轴旋转。
如图9所示的离合器总成120，每个摇块126的质心150位于轴线130与枢轴中心152连接线的右侧。由于外座圈124绕轴线130旋转，摇块上的离心力沿通过轴130和质心150的线154径向向外，使摇块126绕枢轴中心152逆时针旋转。摇块的这种逆时针枢轴旋转与弹簧42、44的力共同作用，使摇块枢轴旋转至与表面136咬合的位置，并咬合离合器。
或者，在离合器总成120中，每个摇块126的质心150可以位于轴线130与枢轴中心152连接线的左侧。在这种情况下，由于外座圈124绕轴线130旋转，摇块上的离心力使摇块126绕枢轴中心152顺时针枢轴旋转。摇块的顺时针枢轴旋转与弹簧力的作用相反，而且使摇块表面86向脱离与内座圈122的径向表面136相接触的方向枢轴旋转。这种动作使摇块向脱离的位置运动，并且允许离合器超越和脱离。
现参见图12，另一种可选择的离合器总成，同图1和8相似，包括形成有凸轮表面或槽口162的凸轮板160，位于凸轮板轴向端的轴向凸缘164，柱形内部的轴颈表面180，以及在轴颈表面180上形成且位置与凸缘164轴向相反的凹部166。
摇块板168上形成有多个凹槽170，绕中心纵向轴线172按角度间隔分布，每个凹槽容纳一个摇块174。每个凹槽170都是一端闭塞的，也就是说在一个轴向端部被挡壁的表面176覆盖。每个凹槽都有表面176相面对的开放轴向端。挡壁有外表面196，其自表面176轴向向外。每个凹槽170上都有位于其轴向周缘且朝向凸轮表面162的孔，如图1和图8所示的离合器20和120。当摇块朝向凸轮板160上的凸轮表面枢轴旋转时，每个摇块174的一部分枢轴旋转进入各个凹槽的孔。当离合器超越时，在凸轮表面接触并旋转通过摇块时，每个摇块在凸轮表面逐步推进。每个凹槽170的开口端177和每个弹簧凹部40的轴向端都由护圈板178覆盖。护圈板178可以防止由于邻近端177的表面上摇块和弹簧的接触而产生的磨损。
在图12的实施例中，凸轮板160形成有内部的、轴向的柱形轴颈表面180，而且摇块板168形成有外部的、轴向的柱形轴颈表面182。轴颈表面182，180的凸轮板和摇块板被引导以作向图12所示的组装位置的轴向运动。在安装时，表面180和182互相咬合并为凸轮板和摇块板的相对旋转提供轴承支承。保持环184位于凹部166内，以使摇块板168组装后以及在操作中，克服相对于凸轮板160的轴向运动固定摇块板168。
现在参见图13-15，护圈板178是实质上为平面圆环190，其轴向内表面位于邻近凹槽170的开放轴向端177。按角度间隔分布的凸片192从圆环190表面朝向摇块板168轴向延伸，护圈板178装在其上，可与摇块板一起旋转。护圈板的内周缘194形成有类似于花键的轮廓，其具有绕轴线172按角度间隔的交替出现的齿峰和齿底。图15表示典型的轴向凸片192，其从护圈板178的表面190平面和邻近的缓解凹部191延伸，其有助于将凸片弯曲至其位置。
另一种可选择的形式为，护圈板178可以是焊接至摇块板168的圆盘，最好通过电容放电焊接。在这种情况下，便除去了从环190的表面向摇块板168轴向延伸的按角度间隔分布的凸片192，而且如图17所示的凸片凹部220也从摇块板上除去。
参照图16，与凹槽的开放轴向端177轴向面对的摇块板168的面196，在其轴向内表面形成有内侧花键，该花键跨越摇块板轴向延伸。花键的轮廓包括交替出现的绕轴线172互相按角度间隔分布并通过齿面203衔接的齿峰202和齿底204。具有大径206的内侧花键，由该花键连接的部件上的外部花键可驱动地咬合。每个花键齿底204都有尖的底部，其留出空间用作大径206和齿底204底座之间的流体通道208的空间。
图18表示通道208从表面196向每个凹槽170的开放轴向端177径向跨越摇块板，并从轴线172径向向外。被承载于通向护圈板178的流体通路的润滑油，在摇块板表面210和护圈板178的轴向内表面212之间流动，流进凹槽170并径向向外流到凸轮板160的槽口162。以这种方式，摇块、凹槽和槽口可以持续地润滑。
现在参照图17和19，轴向对着表面196的摇块板168的表面210上形成有按角度间隔分布的径向通道216，每个通道位于连续的邻接的凹槽170间。每个通道216从花键齿底204延伸，径向跨越表面210并由护圈板178覆盖。从通道216泄出的润滑油径向洒向凸轮板160上的槽口162的表面。
轴向表面210上同样形成有按角度间隔分布的凸片凹部220，其位置和大小适合容纳护圈板178的凸片192。当凸片192咬合凹部220时，护圈板178位于邻近摇块板168的轴向表面210的位置，并且护圈板被固定于摇块板上以使它们一体旋转。
当离合器咬合时，摇块板168的凹槽170内的至少一个摇块与凸轮板160上的槽口162咬合，力F施加于摇块上，如图1所示。施加于被咬合的摇块上的外力传递到各自凹槽170的拐角222，在该处作用力F反作用于摇块板168。
摇块板168的径向内周缘上的内部花键绕轴线172按角度设置，并相对于每个凹槽170的拐角222分度，以使花键齿峰202位于矢量F表示的作用力的延长线的位置。力F的作用线从咬合凸轮36的摇块26的表面86中点延伸至凹槽的对角，在该处凸轮施加的咬合力反作用于凹槽壁。如图17所示，花键齿峰202的较佳位置是可以使力F的作用线在点224处，即在齿峰两个角状端之间实质上的中部通过齿峰。
为保证花键齿峰的位置与分度能够通过其正确定位提供所需的结构优点，花键齿峰202位于径向低于最近的凹槽170及其拐角222并按角度与其错开的位置，而且距每个凹槽最近的花键齿底204径向低于凹槽并按角度与其对准。
现参照图20和图21，与图12所示的相似的单向离合器总成包括形成有凸轮302的圆形凸轮板300，其绕中心纵轴按角度间隔分布；位于凸轮板的轴向端的径向凸缘303；以及位于凸轮板轴向端的相对端的凹部305。每个凸轮302包括接触面308，直接径向朝外并绕轴线304按角度分布的凸起的凸轮表面306，以及形成接触面308和凸轮表面306之间过渡的开槽310或圆角半径。开槽310缓解了应力集中，否则的话，如果停止面308与凸轮表面306以任意锐角相交，应力集中便会出现。在凸轮板300的内周缘大约分布了37个凸轮。表面306，308和310延伸至径向凸缘303的内表面315并与中轴线304径向平行。
用于支承形成有交互的轴颈表面182的摇块板的轴颈表面312被凹部305中断，其包括凹部内合适且有弹力的止动环184，如图12所示。凸轮板300形成有内部的、轴向的柱形轴颈表面312，而且摇块板320形成有外部的、轴向的柱形轴颈表面182。轴颈表面312，182的凸轮板和摇块板被引导以作向组装位置的轴向运动。在安装时，表面312和182互相咬合并为凸轮板和摇块板的相对旋转提供轴承支承。保持环184位于凹部305内，以使摇块板组装后以及在操作中，克服相对于凸轮板160的轴向运动固定摇块板320。
关于如图12-19所示的上述离合器，润滑油离开流体通道204、208后，径向向外流过凸缘303的内表面315。润滑油流过凸起的凸轮表面306，接触面308，并使其在每个开槽310处积累。
每个凸轮302的接触面308实质上平行于各个平面314并被其分隔，平面314沿中轴线304径向向外延伸并绕轴线314按角度分布于各个凸轮所在位置。凸轮表面306由一些逐渐径向向外朝向开槽310并绕轴304按角度变化的圆弧组成。
图17表示摇块板168形成有绕中轴线172按角度间隔的7个凹槽170。图22表示了适合凸轮板300的内径向周缘的另一种摇块板320的一部分。摇块板320也包括7个凹槽322，绕中轴线304按角度等距间隔。每个凹槽320的底部都形成有突出的柱形凹面324，第二柱形凹面326和相切于表面324，326的较平的平面328。弹簧凹部327的外部轴向端利用圆角半径322过渡到平面330。中心位于凹槽322外部的摇块保持凸片332被用来形成从平面330到柱形表面324的过渡。柱形表面324中心位于枢轴线334，其径向跨越摇块板320的厚度，并且实质上平行于中轴线304。
每个凹槽322都是盲孔，也就是说被表面176在轴向端闭塞，在轴向端的相对端177开放。每个凹槽322在其径向外周缘都有一个孔或开口323，在摇块340枢轴旋转以咬合和脱离朝向凹槽322的凸轮310时，各自摇块340的一部分通过该端口。但是由于设置的摇块被开槽或平缘332固定或阻碍，摇块340不能通过孔323而移出凹槽。图25表示了由于连接了摇块固定凸出部332和开槽354而固定于凹槽322中的摇块340，以及摇块接触表面324和326。因此，每个摇块340都插入或置于各个凹槽322中，利用轴向端表面210的开口端177所提供的通道移出凹槽。
图23和24表示了置于每个凹槽322上的摇块340。摇块包括与凹槽表面324互补的凸起柱形表面342，与凹槽表面326互补的第二凸起柱形表面346，以及与表面342，346正交的凹陷或凹部表面352。凹槽表面324的中心位于344，置于其上的凹槽322内的摇块340实质上平行于枢轴线334或与其一致。凹部352防止摇块同凹槽322的平面328接触。
摇块形成有中心位于356的圆角半径354。圆角半径354和其邻近表面358，360形成开槽354，其容纳凹槽322中的摇块340并阻止其通过孔323从凹槽322中径向脱离。摇块从开槽356向咬合面362延伸，当离合器咬合时其咬合凸轮302的接触面308。摇块340的径向外表面364由多段圆弧组成，其中一段的中心位于366，其他圆弧为摇块表面346的平滑过渡。
当离合器超越且摇块在凸轮板上逐步推进时，形成于空间表面364部分长度和凸轮表面306部分周缘之间的空间表面364外周缘内容纳润滑油，其最好是供给凸轮表面306的润滑剂或自动变速箱油，可参考图16-19。图25和26表示凸轮表面302和摇块表面364的周缘之间的空间内的润滑油376。
图24表示摇块350的质心的近似位置，位于端表面之间的中部，离表面342，346的距离比离咬合表面362的距离更近。
图25表示在凸轮302相对于摇块板320作逆时针旋转时，摇块340从凸轮环300脱离并在凸轮302上逐步推进。摇块表面342同凹槽表面324接合可导致摇块340在球窝接头处接合凹槽322。位于弹簧凹部327的弹簧370使摇块340朝向接合处绕轴线334旋转，并且当它越过摇块340时接触每个凸轮的表面306。由于摇块开槽354和凹槽开槽322的接合使摇块被约束而不离开凹槽322。凸轮表面306上的润滑油376在凸轮表面306和摇块340的径向外表面364之间，从而在离合器超越时润滑或缓冲摇块和凸轮之间的接触。
当凸轮环300相对凸轮环320逆时针旋转时，摇块340继续在凸轮302上逐步推进。如图26所示，当每个摇块的拐角372移出凸轮接触表面308的拐角374时，摇块径向向外弹出同凸轮表面306接触。图26表示在接合表面362和接触表面308接合前，具有接触表面308上的移出拐角374的摇块340。在凸轮表面306上的液体润滑油376处于凸轮表面306和摇块340的径向外表面364之间，因此润滑或缓冲摇块和凸轮之间的接触。当摇块在凸轮320上逐步推进时，位于凸轮表面306和开槽表面310的润滑油376被摇块340的逐步推进运动挤压，并从凸轮板300和凸轮表面306，308，310的轴向凸缘303朝向轴颈表面312径向抽出。在上述实施例中，凸轮板300相对于凸轮板320旋转一圈，37个凸轮302的每一个推进通过7个摇块340，此时发生的抽出的动作向凸轮板的轴颈表面312和摇块板的轴颈表面提供持续的润滑油流。
当凸轮板300比摇块板320同向旋转得快时，离合器超越。当摇块板320的速度等于或大于凸轮板300的速度或凸轮板同摇块板旋转方向相反时，离合器咬合。当摇块340的角372移出凸轮接触面308的角374时，咬合发生，因此摇块咬合表面362可以咬合凸轮接触表面308。当这个咬合发生时，摇块340从图25和26的位置绕枢轴334顺时针枢轴旋转，摇块表面346被推离凹槽表面326，如图27所示。当离合器咬合时，如图17提及的在摇块板320和凸轮板300之间传递的力F，推动摇块表面346相对于凹槽表面32，且在凹槽表面324和其邻近的摇块表面342之间打开了余隙空间。
在图28中，从中轴线304到枢轴线334的径向线380的方向表示作用于离合器部件的径向方向的离心力的方向。线382为穿过代表枢轴334的点和摇块340的质心350的直线。当摇块板320绕轴304旋转时，由矢量J表示的摇块的离心力从轴线304径向到达摇块质心350。图28所示的摇块完全缩进凹槽中，也就是说摇块在凹槽板绕枢轴334作逆时针枢轴转动，直到摇块和摇块板接触而不再转动。在上述位置的摇块，其质心350位于相对于枢轴334可使摇块340上的离心力J引起摇块绕枢轴334作顺时针枢轴旋转，因此在摇块转动时帮助弹簧370的力朝向其与凸轮302的咬合处。然而，在离合器以正常旋转速度范围运行时，力J的大小远超过弹簧370产生的力的大小。
离心力J使每个摇块340绕轴线334作枢轴旋转，从而使摇块外表面364通过凸轮表面的孔323延伸至如图25所示的位置，在上述位置，当离合器超越时，变速箱油376或其他液体润滑剂减弱或缓冲凸轮表面306和摇块外表面364的反复接触。
由于弹簧弹力相对于摇块离心力而言较小，因此在离合器超越时，力J的大小、方向和位置是决定摇块和枢轴334的较佳角度范围的主要变量。图25表示了在上述较佳角度范围内的摇块340。当摇块340完全缩进凹槽时，由径向线380和线382交叉而成的最佳锐角范围384为0度与20度之间。
图29所示的摇块340’完全缩进凹槽，也就是说摇块绕枢轴334在凹槽内作逆时针旋转直到摇块和摇块板接触阻止其进一步旋转。摇块质心350’相对于枢轴线334的位置便于使从质心350’径向引出的摇块离心力K克服弹簧370弹力，使得摇块340’绕枢轴线334作顺时针枢轴旋转而脱离凸轮302。然而，弹簧370对抗摇块逆时针枢轴旋转的力在低速转动时相对于摇块的离心力而言很大。径向线380从中轴线304向枢轴线334延伸，线386从枢轴延伸至摇块质心350’。在离心力使得离合器脱离且摇块340完全缩进凹槽的情况下，由径向线380和线386交叉而成的最佳锐角范围388为0度与20度之间。
当凸轮310被摇块340咬合，力F通过被摇块咬合的凸轮作用于摇块上，上述摇块的反作用力R通过直线390表示。线390连接摇块和咬合的凸轮接触面308之间的区域中点392，以及与凸起的摇块表面346接触的第二凹陷柱状表面326的区域中点394。图30和31表示了上述点，线和表面。
垂直于径向线380的力F的切线分量产生摇块板的绕轴304的转矩力矩使得摇块板320与凸轮板绕轴304一体旋转。施加于凹槽的反作用力R的负荷绕柱状表面326的中心按角度分布，并径向跨越凹槽厚度。负荷分布在线390处有最大值，随着离线390的距离增长而渐减。负荷分布最大值是沿线390的，而且其没有绕凹槽表面326中心的径向分量。然而，负荷分布的径向分量产生了凸轮板的张力。
为避免因上述负荷而产生的凸轮板的拉伸破坏，每个凹槽的轴向端176均被开放轴向端177的径向相对端的挡壁196闭塞，从而提供了跨越凹槽开口的连续的径向张力。挡壁的硬度进一步使得因力F而引起的凹槽上的负荷集中分布于离挡壁最近的凹槽的轴向端。
现参照图31，当凸轮310被摇块340咬合时，由作用线390和线400形成角398，线400垂直于从摇块轴304向枢轴334延伸的径向线380。当角398大时，平行于线380的力F的径向分量相对也很大，而平行于线400的切线分量就小。因此，当角398大时，力F不趋于绕中轴线304转动摇块板320反而更趋于促进摇块板朝轴线304径向向外。但是当角398较小时，平行于线380且趋向摇块板绕轴304旋转的力F的径向分量相对较大，切线分量较小。可以确定角度398最好是在0度和45度之间。在上述范围内，通过径向负荷的摇块板引起的材料的张力小于摇块板材料的承载力。
参照图32，其中摇块板320置于凸轮板300中，当凸轮板相对于摇块板作逆时针旋转时，位于凹槽322的摇块340在凸轮310上逐步推进。凸轮板和摇块板的位置使得摇块外表面364在线410处接触凸轮表面306，线410的轨迹以点的方式出现在图32中，在该处当凸轮绕摇块逆时针移动时表面364和306第一次接触。线308为从中轴线304径向至枢轴中心334延伸的直线。线412为连接枢轴中心334和摇块表面364线接触410的中心的直线。角414由线308和412交叉形成。
为使因摇块364和凸轮表面306的接触而产生的力的径向分量的值最小，摇块和凸轮的第一次接触410最好发生于在径向线308的延长线上，也就是说，发生于凸轮旋转越过线308之后。第一次接触与线308的角度偏移最好能够使接触力的径向分量的值达到最小。可以确定的是角度414最好大于10度且在10度和45度之间。
图21和33表示引导凸轮板300和摇块板320到其组装位置的技术。在图21中，凸轮板300形成有内部的、轴向的柱状导引或轴颈表面312。摇块板320形成有外部的、轴向的柱状导引或轴颈表面312，其上的凸轮板表面312被引导以作向组装位置的轴向运动。在此位置，表面312，318互相接合且为凸轮板300和摇块板320的相对旋转提供轴承支承。保持环位于凹部305内，以在组装后以及在操作过程中固定摇块板320，不作相对于凸轮板300的轴向运动。
图33表示了凸轮板300环绕摇块板320的摇块单向离合器。位于变速箱中不旋转支承机构上的毂420是总成中主要位置参照物。尽管毂420和内板320之间有可使其组装的余隙，但是它们可以是压缩在一起或形成一体的。支承机构(图中未表示)与变速箱壳体连接且不旋转。毂420连接到其他可对毂施加能量使其旋转的变速箱组件。
图33作为摇块板但也可能作为凸轮板所示的内座圈320上形成有梯度横截面，其大直径经机械加工成为轴颈表面318的直径。毂420确定摇块板320的径向位置。位于毂420与摇块板320间的花键422使得这两个组件维持零相对速度并在二者间传递转矩。装在毂上的组件使摇块板320轴向定位。
在一个实施例中，摇块板轴颈表面318直径的最小值和最大值分别是5.0205和5.0235。摇块板轴颈表面主体表面424的直径最小值和最大值分别是4.8450和4.8550。
凸轮板轴颈表面312直径的最小值和最大值分别是5.0265和5.0305。凸轮板主体表面302直径的最小值和最大值分别是4.8725和4.8775。
从上述尺寸中可知凸轮板和摇块板底座的余隙最大值出现于本体表面直径424，302之间，其余隙的最大值和最小值分别是0.0325和0.0175。两个板的余隙最大值出现于轴颈表面312，318之间，其余隙的最大值和最小值分别是0.0100和0.0030。
轴颈表面312，318之间的余隙小于本体表面424，302的余隙的原因是为确保凸轮板主体表面直径424不会接触摇块板主体直径302。邻近的本体表面为被凹槽孔323中断的柱状间歇表面，除了这里所讨论的余隙方面的预防措施外，其可在高速超越时瞬时锁住两个板。在锁住时轴颈表面直径也保持凸轮或外部板300相对于摇块或内板320的位置。在锁住时仅一个摇块340咬合凸轮也是可能的。当上述情况发生时，外部板300可以绕咬合的摇块在接触咬合区域旋转。轴颈界面312-318的小余隙使得外部板300在轴颈表面312，318互相接触时仅旋转很小的距离。在所有的运行模式-超越，传动和锁住中，轴颈表面的紧密余隙限制了外部板300相对于内板320的余隙的径向游隙。
轴颈表面312和轴颈表面318均为柱状表面。轴颈表面318被导引至表面312上，从而减小了两表面焊接在一起的潜在需要。外部板300的开槽310的锋利边缘可中断界面上形成的油膜。如果上述两个表面中断，内板320和外板300会在上述高应力点处接触，并焊接或粘住。连续的轴颈表面分散了负荷，其可减少焊接的潜在需要。
或者，用一个第三个组件，例如毂420，来引导内板300和外板320。在这种情况下，外部板300的表面416直径和毂300表面430直径之间建立相对紧的尺寸公差，毂通过朝向毂表面430径向延伸的凸缘303而更接近表面416。凸缘表面416的直径和毂表面430之间余隙的大小同上述轴颈表面312，318的内外板之间的最大和最小余隙值近似。
第二个相对较小的尺寸公差建立于内板320表面432直径和毂300表面430直径之间，同上述内外板的表面312，318之间的最大和最小余隙值近似。位于430-432介面和416-430介面的两余隙在轴颈介面312-318产生预定的余隙。
轴颈表面界面312-318从凸轮302和摇块340轴向间隔。这使得凸轮的数量最大化，因此可减小产生令人讨厌的噪声，例如后座力的沉闷声音的。其他现有技术的超越离合器尝试利用本体直径导引内板和外板。上述离合器因导引的原因而需要外板本体表面的很大部分是平滑和连续的，因此减少了保持区域的尺寸，允许较少凸轮占据剩余区域，增加了后座力的风险。
权利要求
1.一种单向超越离合器，包括凸轮板，形成有绕中轴线按角度间隔的凸轮；含有绕中轴线按角度间隔的凹槽的摇块板，每个凹槽包括中心位于凹槽内的第一凹面，枢轴线穿过上述中心；多个摇块，每个摇块位于一个凹槽中，并包括与上述第一凹面互补并被上述第一凹面至少部分环绕的第一凸面；以及支承于摇块板上的弹簧，每个弹簧促使摇块绕枢轴线朝向凸轮板枢轴旋转，其特征是每个凸轮包括接触面，朝向上述接触面延伸的凸轮面，和在上述接触面和上述凸轮面之间形成过渡的开槽面；并且每个摇块包括接触面，其在离合器咬合时咬合凸轮的接触面。
2.根据权利要求1所述的离合器，其特征是每个凹槽进一步包括与第一凸面间隔的第二凸面；并且每个摇块进一步包含与第一凹面间隔的第二凹面，当摇块咬合凸轮时，第二凹面可与第二凸面咬合。
3.根据权利要求2所述的离合器，其特征是每个摇块进一步包括位于第一凸面和第二凸面之间的凹面。
4.根据权利要求2或3所述的离合器，其特征是每个摇块的第二凹面具有中心，当摇块可驱动地咬合凸轮时，第二凹面咬合第二凸面，使得与穿过枢轴线的径向线垂直的线同连接接触面和第二凹面中心的直线形成大小在0度至45度范围之间的角。
5.根据权利要求1所述的离合器，其特征是每个凸轮进一步包括第一棘轮表面，第一棘轮表面在凸轮板绕中轴线相对于摇块板旋转时接触摇块；以及每个摇块进一步包括第二棘轮表面，在凸轮板相对于摇块板旋转时第二棘轮表面与第一棘轮表面相接触，上述接触首先发生在第二棘轮表面的第一接触点，上述第一接触点的位置使得从中轴线延伸并穿过枢轴中心的径向线与连接枢轴中心和第一接触点的直线形成大于10度的第二角度。
6.根据权利要求5所述的离合器，其特征是第二角度的大小在10度与45度之间的范围内。
7.根据上述任一项权利要求所述的离合器，其特征是凸轮板形成径向内环，摇块板形成环绕凸轮板的径向外环。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的离合器，其特征是摇块板形成径向内环，凸轮板形成环绕摇块板的径向外环。
全文摘要
本发明披露了一种单向超越离合器，包括凸轮板，形成有绕中轴线按角度间隔的凸轮；含有绕中轴线按角度间隔的凹槽的摇块板，每个凹槽包括中心位于凹槽内的第一凹面，枢轴线穿过上述中心；多个摇块，每个摇块位于一个凹槽中，并包括与上述第一凹面互补并被第一凹面至少部分环绕的第一凸面；以及支承于摇块板上的弹簧，每个弹簧促使摇块绕枢轴线朝向凸轮板枢轴旋转。每个凸轮包括接触面，朝向上述接触面延伸的凸轮面，和在上述接触面和上述凸轮面之间形成过渡的开槽面；并且每个摇块包括接触面，其在离合器咬合时接合凸轮的接触面。
文档编号F16D41/18GK1940329SQ20061014106
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月28日 优先权日2005年9月28日
发明者约翰·金斯, 伯尼·西蒙, 诺姆·伯德, 鲁小勇, 丹尼斯·万斯 申请人:福特全球技术公司