专利名称：单活塞三位置液压促动器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及单活塞、三位置液压促动器。
背景技术：
促动器通常用于将ー个工作部件与另ー个工作部件机械地接合或脱离。一类促动器包括三位置促动器，其可以能够达到两个极限运动位置，以及在两个极限之间的中间位置。在这种促动器中，已知的是液压流体控制能够施加高的力，以及有较长的促动器行程范围。
发明内容
ー种三位置促动器组件包括壳体和活塞，所述活塞被布置在壳体的一部分内并具有与工作轴线对准的可动范围。活塞可以在壳体内分出第一空间和第二空间，且组件可以还包括偏压特征结构，其被布置在第二空间内。活塞可以被配置为在可动范围的第一部分内接合偏压特征结构，且被配置为在可动范围的第二部分内不接合偏压特征结构。在ー实施例中，偏压特征结构可以包括弹簧和/或接触环。弹簧例如可以被配置为在接触环和壳体的一部分之间施加力，其中活塞可以与接触环的一部分配合。在实施例中，偏压特征结构可以被配置为当活塞不接触偏压特征结构时将预加载的力施加到壳体的突台或结构特征。突台例如可以是肩部或脊部，其可以存在于壳体的两个腔部之间，每ー个具有不同的横截面轮廓件。在一实施例中，在第一和第二空间之间的压差可以对活塞赋予净液力。在第一范围中的净液カ可以使得活塞呈现沿工作轴线的第一位置，在第二范围中的净液カ可以使得活塞呈现沿工作轴线的第二位置，且在第三范围中的净液カ可以使得活塞呈现沿工作轴线的第三位置。在第一、第二和第三净液カ范围中的每ー个中，活塞可以在位置上稳定。在一实施例中，沿工作轴线的其中ー个位置在可动范围的第二部分内。此外，在一实施例中，压カ梯度可以通过可控制地允许流体穿过设置在壳体中的ー个或多个孔来控制。本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的较佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。
图IA是在第一位置中的液压促动器的实施例的示意横截面图；图IB是在第二、中间位置中的图IA的液压促动器的示意横截面图；图IC是在第三位置中的图IA的液压促动器的示意横截面图；图2是促动器位置的曲线图，所述促动器位置是跨过用于液压促动器实施例的液压活塞的压カ梯度的函数；图3是可以达到液压促动器实施例的各种促动器状态的入口压カ的表；
图4A是在第一位置中的液压促动器实施例的示意横截面图；图4B是在第二、中间位置中的图2A的液压促动器的示意横截面图；图4C是在第三位置中的图2A的液压促动器的示意横截面图；图5是促动器位置的曲线图，所述促动器位置是跨过用于液压促动器实施例的液压活塞的压カ梯度的函数；图6是可以达到液压促动器实施例的各种促动器状态的入口压カ的表；图7是用于接合变速器同步齿轮组件的液压促动器的实施例的示意图。
具体实施例方式參考附图，其中，相同的附图标记用于在各个图中表示相同的或同一构件。图 1A-1C示出液压促动器组件10的实施例。促动器组件10可以包括壳体12，和被布置在壳体12的一部分内的活塞14。活塞14可以被配置为在壳体12内沿工作轴线16线性移动， 如在图1A-1C中相继示范的一祥。如在图1A-1C中示出的，活塞14可以与促动器杆18直接联接、或通过ー个或多个中间构件联接。促动器杆18可以延伸通过壳体12的一部分、及可以被配置为与ー个或多个外部系统配合。在实施例中，促动器杆18从壳体12的延伸可以基于活塞14的位置变化。 例如，如在图IA中所示，当活塞14呈现沿工作轴线16的第一位置20吋，促动器杆18可以从壳体12延伸第一距离22。同样地，当活塞14运动到沿工作轴线16的第二位置M或第三位置28吋，如由图IB和IC分別示出的，杆延伸距离沈、30可以类似地増加。如在图IB和IC中所示，活塞14可以将在壳体12内的第一空间32与第二空间34 分开。然而，如在图IA中所示，第一空间32可以在活塞14渐进接触壳体12时减少到零。 在实施例中，第一和第二空间32、34的每ー个可以包括一个或多个孔，所述孔与各个空间流体连通。例如，如图所示，孔36与第一空间32流体连通，及孔38与第二空间34流体连通。孔可以允许液压流体以可以用于操纵活塞14沿工作轴线16的位置的方式、可控地进入或离开空间。促动器组件10可以还包括偏压特征结构40，其可以在活塞的总可动范围的一部分上接合活塞14。偏压特征结构可以包括，例如，弹簧42，其被配置为当活塞在它可以机械地接触弹簧的一部分范围中时将カ施加到活塞的一部分。在实施例中，偏压特征结构42还可以包括接触环44，其可沿工作轴线16运动、 并可以提供均勻表面以接合活塞14。如所示在图1A-1C中，弹簧42可以被定位在可动接触环44和壳体12的一部分之间。在实施例中，接触环可以与壳体12的特征结构或突台 (land)46相配合，所述突台可以阻止接触环44沿工作轴线16的一部分行迸。在一实施例中，突台46例如可以包括在壳体的两个不同大小的腔部(例如，腔部48、50)之间的肩部。 弹簧42可以用预先确定的弹簧弹カ预加载，该弹簧弾力可以当活塞14不接触环44时将接触环44压靠突台46。如在图IA中所示，当活塞14不与偏压特征结构40接合时，活塞可以呈现沿工作轴线16的第一位置20。这样的第一位置20可以借助从第一空间32通过孔36排出流体同时经由孔38对第二空间34加压而实现。在已排出流体的第一空间32和加压的第二空间 34之间的压差在活塞14上产生净力，此カ促使活塞到达具有最小杆伸出距离22的缩进状态(即，沿“负”方向)。如在图IB中所示，活塞可以通过经由所设置的孔36对第一空间32加压被带到沿工作轴线16的第二位置24，同时在第二空间34中保持正压。在实施例中，如果在每ー个空间32、34中的压カ相等，则设置在活塞14的任一侧上的暴露于流体的横截面面积的差可以导致在活塞14施加的“正的”净力。在一实施例中，一旦活塞14接触或接合结构特征40， 则在活塞上的净カ可以通过偏压特征结构40平衡。在一实施例中，在接触环44和突台46 之间的预加载的カ可以使得活塞14对于净液カ的范围来说、在位置上稳定抵靠着接触环 44。最后，如在图IC中所示，活塞14可以通过对第二空间34排出流体而被带到沿エ 作轴线16的第三位置28，同时保持在第一空间32中的正压。在一实施例中，在已排出流体的第二空间34和加压的第一空间32之间的压差将在活塞14上产生净力，该カ克服在接触环44和突台46之间的任何预加载力，及还可以使得偏压特征结构40屈服。例如，如在图 IC中所示，接触环44可以运动远离突台46，同时弹簧42压縮。在一实施例中，促动器杆18 或活塞14的一部分可以接触壳体12以在运动范围的结束处提供急停。例如，如图所示，促动器杆18的更宽的部分52可以在弹簧42达到它的最大压缩点之前接触壳体12。图2是沿液压促动器组件10的工作轴线16的活塞位置的示例性曲线图56，所述活塞位置是在活塞14上的净液カM的函数。在图2中示出的曲线图56可以代表诸如在图1A-1C中一幅图示出的液压促动器组件10的操作。如所示，活塞位置可以在三个不同的 カ范围60、62、和64上稳定，而每ー个范围造成沿工作轴线16的不同位置(即，分别为位置 20、24、和 28)。在第一カ范围60中，活塞14可以经历负或零净力，这可以促使其朝向在工作范围 66的最末端处的第一位置20运动。在カ范围62的开始处进入正净カ吋，活塞可以自由地平移到第二、中间位置24。活塞14可以保持在该第二位置对，直到净カM超过偏压特征结构40的任何预加载的力。一旦预加载的力被克服，则偏压特征结构40可以以恒定的速率(rate) 68 (S卩，弹性变形率)开始压縮。在偏压特征结构40的压缩之后，活塞14可以遇到停止作用，诸如通过接触壳体的一部分，随后作用力导致进一歩的运动。由此，在第三范围64中増加的カ将导致活塞14在第三位置观处于稳定。图3示出基于在孔36、38处的受控输入压カ的促动器工作方式。如所示，第一行包含三个活塞位置(20、24、和观)，及左边的列包含两个控制孔附图标记(36和38)。表的主要部分则表示在每ー个孔处的可以达到促动器位置(即，正压カ状态70或排尽状态72) 所需的压力状态。如图所示，为了将活塞14运动到第一位置20，孔36可以是排尽的状态 72，而孔38是加压的状态70。为了将活塞14运动到第二位置M，孔36、38两者均可以是被加压的，及为了将活塞运动到第三位置观，孔36可以是加压的状态70，而孔38是排尽的状态72。图4A-4C示出液压促动器组件100的另ー实施例，其可以仅需在一个孔处(即，孔 36)的受控压力。如图所示，液压促动器组件100可以在功能和设计上与在图1A-1C中示出的液压促动器组件10类似。然而，组件100还可以包括第二偏压特征结构102，其被配置为在整个运动范围上接合活塞14。在整个工作范围(除范围的第二部分之外)上偏压活塞可以允许活塞位置仅通过在孔36处的变化的正压カ来控制，而全范围的偏压特征结构102可以在压カ从孔36移除时将活塞14返回到初始极限位置20。在一实施例中，全范围的偏压特征结构102可以包括弹簧104，该弹簧被配置为直接地或通过ー个或多个中间构件(例如，接触环，或促动器杆18的一部分)将カ施加到活塞。在一实施例中，弹簧104可以被预加载，从而，在没有任何液压压カ的情况下，可以迫使活塞用最小的力抵靠壳体12或抵靠别的极限位置。图5是沿液压促动器组件100的工作轴线16的活塞位置的示例性曲线图106，所述位置是例如在孔36处的液压压カ108的函数。在图5中的曲线图106可以表示如在图 4A-4C中一幅图示出的液压促动器组件100的操作。如所示，活塞位置可以在三个不同的输入压カ范围110、112、和114上稳定，而每ー个范围导致沿工作轴线16的不同位置(即，分别是位置20、24、和28)。在第一カ范围110中，活塞14可以受到液压压力，所述液压压力不足以克服由全范围的偏压特征结构102施加的任何预加载的力。由此，全范围的偏压特征结构102可以促使活塞14保持在第一位置20处(S卩，在工作范围66的最末端处)，直到预加载的カ被克服。一旦由液压压カ108施加的力超过该预加载的偏压力，则活塞14可以开始以与增加的压カ直接成比例的速率116(即，第一弹性变形率)向着第二、中间位置M运动。在第二、中间位置M处，活塞可以接触主偏压特征结构40。活塞14可以随后保持在该第二位置M处，直到由液压压カ108施加的力超过主(部分范围(partial-range)) 偏压特征结构40的任何预加载的力。一旦预加载的力被克服，偏压特征结构40可以开始以恒定速率118(即，弹性变形率)压縮。在主偏压特征结构40的压缩之后，活塞14可以遇到停止作用，诸如通过接触壳体12的一部分，随后在该处作用的压カ不会导致进一歩的运动。由此，在第三范围114中的増加的压カ将导致活塞14在第三位置观处稳定。类似于图3，在图6中的状态表示出基于在孔36、38处的受控输入压カ的促动器 100(在图4A-4C中示出)的工作方式。如所示，第一行包含三个活塞位置(20、24、和观)， 和左边的列包含两个控制孔附图标记(36和38)。表的主要部分于是表示在每ー个孔处、 可以达到促动器位置(即，第一正压カ状态120、第二正压カ状态122、或排尽的状态72)所需的压力状态。如图所示，为了将活塞14运动到第一位置20，孔36、38两者均可以是排尽的状态72。为了将活塞14运动到第二位置对，第二孔38可以保持排尽的状态72，而第一空间32被加压到第一正压カ120。为了随后将活塞14运动到第三位置观，第二孔38可以保持排尽的状态72，而第一空间32被加压到第二正压カ122，该第二正压カ大于第一压カ 120。如在图7中概略示出的，液压促动器组件(例如，组件10)的实施例可以用于接合在双离合器汽车动力传动系变速器内的变速器同步齿轮组件130。如所示，组件10的促动器杆18可以与同步器控制叉132相配合，所述控制叉可以被配置为沿导轨134平移。同步齿轮组件130可以随后以与控制叉132的运动成线性的方式类似地平移，并可以与变速器组件的其它齿轮接合。尽管已详细描述了用于执行本发明的较佳模式，那些熟悉本发明涉及的技术领域的人将在所附的权利要求的范围内识别用于实践本发明的各种可替换设计和实施例发明。 所有方向的引用(例如，上、下、向上、向下、左、右、向左、向右、上面、下面、竖直、和水平)仅用于展示的目的，以辅助读者理解本发明，且构成限制，特別是对于本发明的位置、方位、或使用来说。目的是包含在上面描述中或附图中示出的所有内容应被解释为仅示例性的且非限制性的。
权利要求
1.ー种三位置促动器组件，包括壳体；活塞，被布置在壳体的一部分内且具有沿工作轴线的可动范围，该活塞在壳体内分出第一空间和第二空间；和偏压特征结构，被布置在第二空间内；活塞被配置为在可动范围的第一部分内接合偏压特征结构，且被配置为在可动范围的第二部分内不接合偏压特征结构。
2.如权利要求1所述的促动器组件，其中，偏压特征结构是第一偏压特征结构，组件还包括第二偏压特征结构，该第二偏压结构特征被配置为在整个可动范围内接合活塞。
3.如权利要求1所述的促动器组件，其中，偏压特征结构包括弹簧。
4.如权利要求3所述的促动器组件，其中，偏压特征结构还包括接触环。
5.如权利要求1所述的促动器组件，其中，壳体包括突台，且偏压特征结构被配置为当活塞在可动范围的第二部分中时将カ施加到突台。
6.如权利要求5所述的促动器组件，其中，壳体包括两个流体连接的腔部，腔部具有不同横截面轮廓，且其中，突台包括在两个腔部之间的肩部。
7.如权利要求1所述的促动器组件，其中，在第一和第二空间之间的压差对活塞赋予净液力，且在第一范围中的净液カ使得活塞呈现沿工作轴线的第一位置，在第二范围中的净液カ使得活塞呈现沿工作轴线的第二位置，及在第三范围中的净液カ使得活塞呈现沿エ 作轴线飞第三位置。
8.如权利要求7所述的促动器组件，其中，活塞在第一、第二和第三净液カ范围的每ー 个中在位置上稳定。
9.如权利要求7所述的促动器组件，其中，沿工作轴线的位置中的一个在可动范围的第二部分内。
10.如权利要求7所述的促动器组件，其中，壳体包括多个孔，且压カ梯度通过可控制地允许流体穿过孔而改变。
全文摘要
本发明提供一种单活塞三位置液压促动器，具体说是这样一种促动器组件，包括壳体，被布置在壳体的一部分内的活塞。活塞具有沿工作轴线的可运动范围，并在壳体内分出第一空间和第二空间。组件还包括布置在第二空间内的偏压特征结构，其中活塞被配置为在可动范围的第一部分内接合偏压特征结构，及被配置为在可动范围的第二部分内不接合偏压特征结构。
文档编号F16H63/30GK102563056SQ20111041523
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者B.M.奥尔森, P.G.奥塔内兹, S.白, V.A.尼拉坎坦 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司