自同步离合器的制作方法

本公开涉及一种离合器。特别地，本公开涉及一种自同步离合器，其能够同步离合器的输入构件和输出构件，而不会使任一构件沿着离合器的旋转轴线轴向移位。

背景技术：

自同步离合器在各种应用中都很有用。在一个示例性应用中，自同步离合器可用于将动力从起动机传递到涡轮。涡轮通常用于在工业和制造设施以及大型船只上发电。起动机通常用于启动涡轮旋转部件的旋转，并使这些部件达到自持速度。因为涡轮需要相对长的时间才能完全静止，所以希望能够接合离合器以从马达向涡轮提供动力，或者即使涡轮在运动时也能够重新起动涡轮。因此，离合器必须能够同步其输入构件和输出构件，以避免接合过程中离合器构件上不期望的噪音和磨损，并确保完全接合以高效传递扭矩。

在另一个示例性应用中，自同步离合器可用于在马达、涡轮或其他动力源与用作同步调相机的发电机之间传递动力。同步调相机用于通过吸收电力或发电来调节输电网上的电压。在同步调相中，离合器最初被接合以将动力从涡轮或其他动力源传递到发电机，以便使发电机的速度达到使发电机与输电网同步所需的速度。此时，离合器脱离接合以将发电机与动力源脱开联接，发电机充当由电网的电力驱动的马达。如果发电机的转速降低到低于动力源的转速，则离合器重新接合。

常规的自同步离合器需要输入构件或输出构件之一沿着离合器的旋转轴线移动，以便使离合器接合和脱离接合。因此，离合器必须构造成可沿多个自由度受控移动。离合器在旋转轴线方向上还需要额外的空间，使得难以将离合器安装在预先存在的系统中(例如，当同步发电机被转换为用作同步调相机时)。

发明人在此认识到需要一种离合器，该离合器将减少和/或消除上述缺陷中的一个或多个。

技术实现要素：

提供了一种离合器。特别地，提供了一种自同步离合器，其能够同步离合器的输入构件和输出构件，而不会使任一构件沿着离合器的旋转轴线轴向移位。

根据本发明一个实施例的离合器包括内座圈，该内座圈被构造成绕第一旋转轴线旋转并限定第一多个齿。离合器还包括外座圈，该外座圈设置在内座圈的径向外侧，并限定第二多个齿和第一多个凸轮表面。离合器还包括棘爪，该棘爪支撑在内座圈的第一轴向侧上，并被构造成绕平行于第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转。离合器还包括转换环，该转换环设置在棘爪的径向外侧，并被构造成相对于外座圈旋转。转换环在径向内周边上限定多个棘爪接合表面，并限定第二多个凸轮表面。离合器还包括多个销。多个销中的每一个被构造为与第一多个凸轮表面和第二多个凸轮表面中的相应凸轮表面接合。内座圈绕第一旋转轴线在第一方向上以比外座圈转速更大的转速旋转，使得棘爪接合转换环中的多个棘爪接合表面之一，从而导致转换环与外座圈之间的相对移动，并且使多个销沿着第一多个凸轮表面和第二多个凸轮表面在径向向内的方向上移动，以将销定位在来自第一多个齿和第二多个齿的相应齿之间，并且联接内座圈与外座圈，以便于旋转。外座圈在第一方向上以比内座圈转速更大的转速的旋转导致转换环与外座圈之间的相对移动，从而使多个销沿着第一多个凸轮表面和第二多个凸轮表面在径向向外的方向上远离相应的齿移动，以使内座圈与外座圈脱开联接，并使转换环与棘爪脱离接合，并允许外座圈超越内座圈。

根据本发明的另一个实施例的离合器包括第一内座圈和第一外座圈，该第一内座圈被构造成绕第一旋转轴线旋转，并限定第一多个齿，该第一外座圈设置在第一内座圈的径向外侧，并限定第二多个齿和第一多个凸轮表面。离合器还包括第二内座圈，该第二内座圈联接到第一内座圈以与第一内座圈一起旋转，并且被构造成绕第一旋转轴线旋转。第二内座圈限定了第三多个齿。离合器还包括第二外座圈，该第二外座圈设置在第二内座圈的径向外侧，并限定第四多个齿和第二多个凸轮表面。离合器还包括设置在第一内座圈与第二内座圈之间并支撑在第一内座圈上的棘爪。棘爪被构造成绕平行于第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转。离合器还包括转换环，该转换环设置在棘爪的径向外侧，并被构造成相对于第一外座圈和第二外座圈旋转。转换环在径向内周边上限定多个棘爪接合表面，并限定第三多个凸轮表面。离合器还包括多个销。多个销中的每一个被构造为与第一多个凸轮表面、第二多个凸轮表面和第三多个凸轮表面中的相应凸轮表面接合。第一内座圈和第二内座圈绕第一旋转轴线在第一方向上以比第一外座圈和第二外座圈的转速更大的转速旋转，使得棘爪接合转换环中的多个棘爪接合表面之一，从而导致转换环与第一外座圈和第二外座圈之间的相对移动，并且使多个销沿着第一多个凸轮表面、第二多个凸轮表面和第三多个凸轮表面在径向向内方向上移动，用于将销定位在来自第一多个齿和第二多个齿的相应齿之间以及来自第三多个齿和第四多个齿的相应齿之间，以联接第一内座圈和第二内座圈以及第一外座圈和第二外座圈，以便于旋转。第一外座圈和第二外座圈在第一方向上以比第一内座圈和第二内座圈的转速更大的转速的旋转导致转换环与第一外座圈和第二外座圈之间的相对移动，从而使多个销沿着第一多个凸轮表面、第二多个凸轮表面和第三多个凸轮表面在径向向外方向上远离相应的齿移动，以使第一内座圈和第二内座圈与第一外座圈和第二外座圈脱开联接，使转换环与第一棘爪脱离接合，并允许第一外座圈和第二外座圈超越第一内座圈和第二内座圈。

根据本教导的离合器相对于常规离合器是有利的，因为它能够同步离合器的输入构件和输出构件的旋转，而不使任一构件沿着离合器的旋转轴线移位。结果，离合器不必被构造成沿着旋转轴线移动，也不必被设计成控制这种移动。此外，离合器在旋转轴线方向上需要更少的空间，并且更容易改装到预先存在的系统中(例如，当同步发电机被转换为用作同步调相机时)。

通过阅读下面的详细描述和权利要求，并通过阅读以示例方式示出本发明特征的附图，本发明的前述和其他方面、特征、细节、效用和优点将变得明了。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的离合器的截面图。

图2是图1的离合器的一部分的透视图和截面图。

图3a和图3b是沿着图1中的线3-3截取的图1和图2的离合器的截面图，示出了离合器脱离接合和接合。

图4a和图4b是沿着图1中的线4-4截取的图1和图2的离合器的截面图，示出了离合器脱离接合和接合。

具体实施方式

现在参考附图，其中在各种视图中，相同的附图标记用于标识相同的部件，图1和图2示出了根据本发明一个实施例的离合器10。离合器10提供了一种机构，用于选择性地将扭矩从输入件或驱动构件传递到输出件或从动构件，并允许输出件超越输入件。在一个实施例中，离合器10可用于将扭矩从起动马达传输到涡轮。在另一个实施例中，离合器10可用于将扭矩从涡轮传输到用作同步调相机的发电机。然而，应当理解，离合器10可以用于多种应用。离合器10可以包括壳体12、轮毂14、轴承16、18、内座圈20、22、外座圈24、26、棘爪28、棘爪止挡环(pawllandingring)30、转换环32和销34。

设置壳体12用于保护离合器10的部件免受外来物体和元件的影响，并定位和定向离合器10的部件。还设置外壳12用于在离合器10接合期间向从动构件或输出件传输扭矩。壳体12可以包括多个构件36、38、40、42、44。构件36、38、40、42、44可以由常规金属和金属合金制成。构件36、38、40、42、44中的每一个都是环形的，并且被构造成围绕离合器10的旋转轴线46设置。构件36从离合器10的一个轴向端延伸，并支撑在轴承16的外座圈上。构件36被构造成连接到输出件，例如用作同步调相机的涡轮或发电机的旋转元件。构件36的一部分可以设置在外座圈24、26的径向外侧，并且可以限定一个或多个开口48，润滑剂可以通过该开口递送到离合器10的内部部件。构件38从离合器10的相对轴向端向构件36延伸，并支撑在轴承18的外座圈上。构件38可使用常规紧固件50如螺钉或螺栓联结到构件36，密封件52可径向设置在构件36、38的部分之间，以防止外来物进入和润滑剂损失。构件40、42在离合器10的一个轴向端形成端帽，以闭合轮毂14与壳体12的构件36之间的空间，轴承16位于该空间中。构件40可以分别使用常规紧固件54、56(例如螺钉或螺栓)联接到构件36和构件42。密封件58、60、62可径向设置在构件36与构件40之间、构件40与构件42之间以及构件42与轮毂14之间，以防止外来物进入和润滑剂损失。构件44在离合器10的相对轴向端形成端帽，以闭合轮毂14与壳体12的构件38之间的空间，轴承18位于该空间中。构件44可使用常规紧固件64例如螺钉或螺栓联接到构件38，密封件66、68可径向设置在构件38与构件44之间以及构件44与轮毂14之间，以防止外来物进入和润滑剂损失。虽然这里已经示出了壳体12特定构造，应当理解，壳体12的构造可以根据壳体12内的部件构造和采用离合器10的系统而改变。

轮毂14被设置成在驱动构件或输入件(例如起动马达或同步调相机中涡轮的元件)到离合器10的输入座圈20、22之间传递扭矩。轮毂14是环形的，并且围绕轴线46设置，并且可以以轴线46为中心。轮毂14被构造成在轮毂14的一个轴向端70接纳输入件的轴或类似元件。轮毂14在图示的实施例中是对称的，并且具有从轮毂14的任一轴向端向轴向中心逐步增加的外径。在轮毂14的轴向中心，轮毂14具有被构造成接合和支撑内座圈20、22和棘爪止挡环30的直径。参照图2，轮毂14的这一部分可以包括在径向外表面上的多个花键72，花键72被构造成接合形成在座圈20、22和环30的径向内表面中的相应花键，以便将座圈20、22和环30联接到轮毂14上，从而与轮毂14一起旋转。在轮毂14的该部分的任一侧，轮毂14的直径可以减小，以限定支撑锁定环74、76的肩部，锁定环74、76将座圈20、22和环30在轮毂14上保持就位。朝着每个轴向端向外移动，轮毂14的外径可以进一步减小以限定被构造成支撑轴承16、18的内座圈的表面，再次减小以限定被构造成支撑锁定环78、80的表面，锁定环78、80保持轴承16、18在轮毂14上的位置并且再次减小以支撑壳体12的构件42、44。

设置轴承16、18以当离合器10处于超越状态时允许壳体12相对于轮毂14旋转。轴承16、18可以包括球面滚柱轴承。尽管在所示实施例中轴承16、18都包括球面滚柱轴承，但是应该理解，轴承16、18中的一个或两个可以采取其他形式，包括例如滚珠轴承。轴承16在座圈20、22、24、26的一个轴向侧上设置在轮毂14与壳体12的构件36之间。轴承18在座圈20、22、24、26的相对轴向侧上设置在轮毂14与壳体12的构件38之间。

内座圈20、22在离合器10接合期间为销34提供接合表面。内座圈20、22是环形的，并且围绕轴线46设置，并且可以以轴线46为中心。参照图2，内座圈20、22支撑在轮毂14上，并且每个座圈20、22的径向内表面可以限定多个花键82，花键82被构造成与轮毂14中的花键72啮合。再次参考图1，座圈20、22彼此轴向间隔开，并被构造成在它们之间接纳棘爪止挡环30。座圈20、22可以通过紧固件84如螺钉、螺栓或销联接在一起，紧固件84穿过座圈20、22和棘爪止挡环30延伸。参考图3a和图3b，每个内座圈20、22的径向外表面限定了多个齿86。在离合器10接合期间，每个齿86被构造成接合相应销34。

再次参考图1和图2，外座圈24、26在离合器10接合期间为销34提供相对的接合表面。外座圈24、26是环形的，并且围绕轴线46设置，并且可以以轴线46为中心。外座圈24、26分别设置在内座圈20、22的径向外侧。在图示的实施例中，外座圈26具有比座圈24更大的轴向长度，并且座圈26的一部分可以设置在转换环32的径向外侧。外座圈24、26可以使用常规紧固件(未示出)例如螺钉、螺栓或销联接在一起。再次参考图3a和图3b，每个外座圈24、26的径向内表面限定了多个齿88。参考图3b，每个齿88被构造成在离合器10接合期间接合相应的销34并将销34约束在座圈22、26(和20、24)上的相应齿86、88之间。参照图3a，每个座圈26还限定凹部90或凹穴，该凹部90或凹穴被构造成在离合器10脱离接合期间接纳相应的销34。在每个齿88与凹部90之间，座圈24、26限定了从每个齿88延伸到相应凹部90的凸轮表面92。每个凸轮表面92沿着相对于轴线46倾斜的平面延伸，表面92的径向最内侧部分在旋转方向上比表面92的径向最外侧部分更向前。当离合器10在接合状态与脱离接合状态之间转变时，销34沿着齿88与凹部90之间的凸轮表面92行进。

设置棘爪28以当输入件的转速超过输出件的速度时，使转换环32相对于外座圈24、26旋转以接合离合器10。棘爪28轴向设置在内座圈20、22之间，径向设置在棘爪止挡环30与转换环32之间。参考图4a和图4b，棘爪28可以围绕轴线46等距周向间隔开。在图示的实施例中，离合器10包括五个棘爪28。然而，应当理解，棘爪28的数量可以变化。棘爪28支撑在每个座圈20、22的一个轴向侧上，并且可以安装在座圈20、22之间延伸的销94上。棘爪28被构造成绕延伸穿过销94且平行于轴线46延伸的旋转轴线并以销94为中心旋转。扭转弹簧可以在棘爪28与内座圈20、22之间在棘爪2两侧围绕销94布置。弹簧可将棘爪28偏压至预定位置，并防止棘爪28旋转，直到座圈20、22达到足以产生克服弹簧力的离心力的预定转速。一旦超过该速度，棘爪将围绕其旋转轴线旋转，为与转换环32接合做准备。然而，如果输出件的转速超过输入件的转速，棘爪28将保持与转换环32脱离接合。当输入件的转速超过输出件的转速时，棘爪28接合转换环32，如下文更详细描述，以引起转换环32相对于外座圈24、26的移动。

棘爪止挡环30限制棘爪28绕其旋转轴线在任一旋转方向上的旋转。环30是环形的，并且可以围绕轴线46设置并以轴线46为中心。参照图1，环30轴向设置在内座圈20、22之间，并且位于轮毂14的径向外侧。环30可以在径向内表面上限定多个花键，这些花键被构造成与轮毂14上的花键72啮合。棘爪止挡环30可以通过紧固件84联接到内座圈20、22。再次参考图4a和图4b，环30限定了径向外表面，该径向外表面具有变化的直径，并且为棘爪28的每一端限定了一对止挡表面96、98，该止挡表面限制棘爪28围绕其旋转轴线在每个旋转方向上的旋转。

设置转换环32以将销34分别移入和移出与内座圈20、22和外座圈24、26上的齿86、88的接合。转换环32是环形的，并且可以围绕轴线46设置并以轴线46为中心。环32径向设置在棘爪止挡环30(和棘爪28)与外座圈26之间。环32可以轴向约束在外座圈24、26之间。参考图4a和图4b，环32在径向内周边上限定了多个棘爪接合表面100。每个棘爪接合表面100沿着相对于轴线46倾斜的平面延伸，表面100的径向最内侧部分在旋转方向上比表面100的径向最外侧部分更向前。当输入件的转速超过输出件的转速时，棘爪28接合表面100，从而导致转换环32相对于外座圈24、26旋转(在所示实施例中为逆时针方向)，用于下述目的。转换环32还限定了轴向延伸穿过转换环32的多个孔口102。每个孔口102被构造成接纳相应的销34。在图示的实施例中，每个孔口102是细长的，其边界在两个纵向端具有半圆形形状，并且平行的平边缘在两个纵向端之间延伸。孔口102相对于轴线46倾斜，孔口102的径向最内侧部分在旋转方向上比孔口102的径向最外侧部分更靠后。每个孔口102的边界限定凸轮表面104，凸轮表面104被构造成在转换环32相对于外座圈24、26移动期间与外座圈24、26中的凸轮表面92一起作用在销34上。当输入件的转速大于输出件的转速时，棘爪28在棘爪接合表面100处接合转换环32，并且迫使转换环32相对于外座圈24、26向前。凸轮表面92、104使得销34沿着表面92、104径向向内移动，使得销34设置在孔口102的径向内端中(图4b)并移出外座圈24、26中的凹部90(图3b)，与内座圈20、22和外座圈24、26中的齿86、88接合。当输出件的转速大于输入件的转速时，外座圈24、26相对于转换环32在旋转方向上向前移动，从而导致销34沿着表面92、94径向向外并远离内座圈20、22和外座圈24、26中的齿86、88移动，使得销34设置在孔口102的径向外端(图4a)，并移动到外座圈24、26中的凹部90中(图3a)。相同的动作使转换环32与棘爪28和外座圈24、26脱离接合，转换环32与外座圈24、26一起超越内座圈20、22。

设置销34用于在内座圈20、22与外座圈24、26之间传输扭矩。销34可以由常规金属和金属合金制成。销34的横截面可以是圆形的，并且参照图1，销34的轴向长度可以等于内座圈20、22和棘爪止挡环30的组合轴向长度。每个销34的纵向端径向设置在相应的内座圈20、24与外座圈22、26之间。每个销34的中心部分设置在转换环32中相应的孔口102内。根据转换环32和外座圈24、26的相对旋转移动，销34沿着外座圈24、26和转换环32中的凸轮表面92、104径向向内和向外移动，以移动销34进入和脱离与内座圈20、22和外座圈24、26上的齿86、88的接合。

参考图3a和图3b以及图4a和图4b，离合器10被构造成如下操作。分别通过轮毂14和壳体12联接到离合器10的输入件(驱动构件)和输出件(从动构件)被构造成沿图3a和图3b以及图4a和图4b中的弯曲箭头所示的方向旋转。每当输入件在该方向上的转速超过输出件的转速时，棘爪28接合转换环32中的棘爪接合表面100，如图4b所示。该动作迫使转换环32随着内座圈20、22相对于外座圈24、26向前旋转。如图3b所示，相对移动迫使销34沿着外座圈24、26和转换环32中的凸轮表面92、104径向向内，并与内座圈20、22和外座圈24、26中的齿86、88接合，使离合器10接合。外座圈24、26(和输出件)将以与内座圈20、22(和输入件)相同的速度旋转。如果输出件在所示方向上的转速超过输入件的转速，转换环32将开始跟随外座圈24、26，并且如图3a和4a所示，销34将沿着外座圈24、26和转换环32中的凸轮表面94、104径向向外拉动，直到外座圈24、26中的凹部90和转换环32中的孔口102的径向外端对准，并且销34位于凹部90和孔口102的径向外端内。参考图4a，转换环32将相对于内座圈24、26向前拉动，转换环32中的棘爪接合表面100将从棘爪28脱离接合，从而使离合器10脱离接合，并允许外座圈24、26超越内座圈20、22。

根据本教导的离合器10相对于常规离合器是有利的，因为它能够同步离合器10的内座圈20、22和外座圈24、26的旋转，而不会使内座圈20、22和外座圈24、26中的任何一个沿着离合器10的旋转轴线46移位。结果，离合器10不必被构造成沿着轴线46移动，也不必被设计成控制这种移动。此外，离合器10在轴线46的方向上需要更少的空间，并且更容易改装到预先存在的系统中(例如，当同步发电机被转换为用作同步调相机时)。

虽然已经参照本发明的一个或多个特定实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。