專利名稱：?jiǎn)位钊恢靡簤捍賱?dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及單活塞、三位置液壓促動(dòng)器。
背景技術(shù)：
促動(dòng)器通常用于將ー個(gè)工作部件與另ー個(gè)工作部件機(jī)械地接合或脫離。一類促動(dòng)器包括三位置促動(dòng)器，其可以能夠達(dá)到兩個(gè)極限運(yùn)動(dòng)位置，以及在兩個(gè)極限之間的中間位置。在這種促動(dòng)器中，已知的是液壓流體控制能夠施加高的力，以及有較長的促動(dòng)器行程范圍。

發(fā)明內(nèi)容
ー種三位置促動(dòng)器組件包括殼體和活塞，所述活塞被布置在殼體的一部分內(nèi)并具有與工作軸線對(duì)準(zhǔn)的可動(dòng)范圍?；钊梢栽跉んw內(nèi)分出第一空間和第二空間，且組件可以還包括偏壓特征結(jié)構(gòu)，其被布置在第二空間內(nèi)。活塞可以被配置為在可動(dòng)范圍的第一部分內(nèi)接合偏壓特征結(jié)構(gòu)，且被配置為在可動(dòng)范圍的第二部分內(nèi)不接合偏壓特征結(jié)構(gòu)。在ー實(shí)施例中，偏壓特征結(jié)構(gòu)可以包括彈簧和/或接觸環(huán)。彈簧例如可以被配置為在接觸環(huán)和殼體的一部分之間施加力，其中活塞可以與接觸環(huán)的一部分配合。在實(shí)施例中，偏壓特征結(jié)構(gòu)可以被配置為當(dāng)活塞不接觸偏壓特征結(jié)構(gòu)時(shí)將預(yù)加載的力施加到殼體的突臺(tái)或結(jié)構(gòu)特征。突臺(tái)例如可以是肩部或脊部，其可以存在于殼體的兩個(gè)腔部之間，每ー個(gè)具有不同的橫截面輪廓件。在一實(shí)施例中，在第一和第二空間之間的壓差可以對(duì)活塞賦予凈液力。在第一范圍中的凈液カ可以使得活塞呈現(xiàn)沿工作軸線的第一位置，在第二范圍中的凈液カ可以使得活塞呈現(xiàn)沿工作軸線的第二位置，且在第三范圍中的凈液カ可以使得活塞呈現(xiàn)沿工作軸線的第三位置。在第一、第二和第三凈液カ范圍中的每ー個(gè)中，活塞可以在位置上穩(wěn)定。在一實(shí)施例中，沿工作軸線的其中ー個(gè)位置在可動(dòng)范圍的第二部分內(nèi)。此外，在一實(shí)施例中，壓カ梯度可以通過可控制地允許流體穿過設(shè)置在殼體中的ー個(gè)或多個(gè)孔來控制。本發(fā)明的上述特征和優(yōu)勢(shì)及其他特征和優(yōu)勢(shì)將從用于實(shí)施本發(fā)明的較佳模式的以下詳細(xì)描述連同附圖時(shí)顯而易見。


圖IA是在第一位置中的液壓促動(dòng)器的實(shí)施例的示意橫截面圖；圖IB是在第二、中間位置中的圖IA的液壓促動(dòng)器的示意橫截面圖；圖IC是在第三位置中的圖IA的液壓促動(dòng)器的示意橫截面圖；圖2是促動(dòng)器位置的曲線圖，所述促動(dòng)器位置是跨過用于液壓促動(dòng)器實(shí)施例的液壓活塞的壓カ梯度的函數(shù)；圖3是可以達(dá)到液壓促動(dòng)器實(shí)施例的各種促動(dòng)器狀態(tài)的入口壓カ的表；
圖4A是在第一位置中的液壓促動(dòng)器實(shí)施例的示意橫截面圖；圖4B是在第二、中間位置中的圖2A的液壓促動(dòng)器的示意橫截面圖；圖4C是在第三位置中的圖2A的液壓促動(dòng)器的示意橫截面圖；圖5是促動(dòng)器位置的曲線圖，所述促動(dòng)器位置是跨過用于液壓促動(dòng)器實(shí)施例的液壓活塞的壓カ梯度的函數(shù)；圖6是可以達(dá)到液壓促動(dòng)器實(shí)施例的各種促動(dòng)器狀態(tài)的入口壓カ的表；圖7是用于接合變速器同步齒輪組件的液壓促動(dòng)器的實(shí)施例的示意圖。
具體實(shí)施例方式參考附圖，其中，相同的附圖標(biāo)記用于在各個(gè)圖中表示相同的或同一構(gòu)件。圖 1A-1C示出液壓促動(dòng)器組件10的實(shí)施例。促動(dòng)器組件10可以包括殼體12，和被布置在殼體12的一部分內(nèi)的活塞14?；钊?4可以被配置為在殼體12內(nèi)沿工作軸線16線性移動(dòng)， 如在圖1A-1C中相繼示范的一祥。如在圖1A-1C中示出的，活塞14可以與促動(dòng)器桿18直接聯(lián)接、或通過ー個(gè)或多個(gè)中間構(gòu)件聯(lián)接。促動(dòng)器桿18可以延伸通過殼體12的一部分、及可以被配置為與ー個(gè)或多個(gè)外部系統(tǒng)配合。在實(shí)施例中，促動(dòng)器桿18從殼體12的延伸可以基于活塞14的位置變化。 例如，如在圖IA中所示，當(dāng)活塞14呈現(xiàn)沿工作軸線16的第一位置20吋，促動(dòng)器桿18可以從殼體12延伸第一距離22。同樣地，當(dāng)活塞14運(yùn)動(dòng)到沿工作軸線16的第二位置M或第三位置28吋，如由圖IB和IC分別示出的，桿延伸距離沈、30可以類似地増加。如在圖IB和IC中所示，活塞14可以將在殼體12內(nèi)的第一空間32與第二空間34 分開。然而，如在圖IA中所示，第一空間32可以在活塞14漸進(jìn)接觸殼體12時(shí)減少到零。 在實(shí)施例中，第一和第二空間32、34的每ー個(gè)可以包括一個(gè)或多個(gè)孔，所述孔與各個(gè)空間流體連通。例如，如圖所示，孔36與第一空間32流體連通，及孔38與第二空間34流體連通?？卓梢栽试S液壓流體以可以用于操縱活塞14沿工作軸線16的位置的方式、可控地進(jìn)入或離開空間。促動(dòng)器組件10可以還包括偏壓特征結(jié)構(gòu)40，其可以在活塞的總可動(dòng)范圍的一部分上接合活塞14。偏壓特征結(jié)構(gòu)可以包括，例如，彈簧42，其被配置為當(dāng)活塞在它可以機(jī)械地接觸彈簧的一部分范圍中時(shí)將カ施加到活塞的一部分。在實(shí)施例中，偏壓特征結(jié)構(gòu)42還可以包括接觸環(huán)44，其可沿工作軸線16運(yùn)動(dòng)、 并可以提供均勻表面以接合活塞14。如所示在圖1A-1C中，彈簧42可以被定位在可動(dòng)接觸環(huán)44和殼體12的一部分之間。在實(shí)施例中，接觸環(huán)可以與殼體12的特征結(jié)構(gòu)或突臺(tái) (land)46相配合，所述突臺(tái)可以阻止接觸環(huán)44沿工作軸線16的一部分行迸。在一實(shí)施例中，突臺(tái)46例如可以包括在殼體的兩個(gè)不同大小的腔部(例如，腔部48、50)之間的肩部。 彈簧42可以用預(yù)先確定的彈簧彈カ預(yù)加載，該彈簧弾力可以當(dāng)活塞14不接觸環(huán)44時(shí)將接觸環(huán)44壓靠突臺(tái)46。如在圖IA中所示，當(dāng)活塞14不與偏壓特征結(jié)構(gòu)40接合時(shí)，活塞可以呈現(xiàn)沿工作軸線16的第一位置20。這樣的第一位置20可以借助從第一空間32通過孔36排出流體同時(shí)經(jīng)由孔38對(duì)第二空間34加壓而實(shí)現(xiàn)。在已排出流體的第一空間32和加壓的第二空間 34之間的壓差在活塞14上產(chǎn)生凈力，此カ促使活塞到達(dá)具有最小桿伸出距離22的縮進(jìn)狀態(tài)(即，沿“負(fù)”方向)。如在圖IB中所示，活塞可以通過經(jīng)由所設(shè)置的孔36對(duì)第一空間32加壓被帶到沿工作軸線16的第二位置24，同時(shí)在第二空間34中保持正壓。在實(shí)施例中，如果在每ー個(gè)空間32、34中的壓カ相等，則設(shè)置在活塞14的任一側(cè)上的暴露于流體的橫截面面積的差可以導(dǎo)致在活塞14施加的“正的”凈力。在一實(shí)施例中，一旦活塞14接觸或接合結(jié)構(gòu)特征40， 則在活塞上的凈カ可以通過偏壓特征結(jié)構(gòu)40平衡。在一實(shí)施例中，在接觸環(huán)44和突臺(tái)46 之間的預(yù)加載的カ可以使得活塞14對(duì)于凈液カ的范圍來說、在位置上穩(wěn)定抵靠著接觸環(huán) 44。最后，如在圖IC中所示，活塞14可以通過對(duì)第二空間34排出流體而被帶到沿エ 作軸線16的第三位置28，同時(shí)保持在第一空間32中的正壓。在一實(shí)施例中，在已排出流體的第二空間34和加壓的第一空間32之間的壓差將在活塞14上產(chǎn)生凈力，該カ克服在接觸環(huán)44和突臺(tái)46之間的任何預(yù)加載力，及還可以使得偏壓特征結(jié)構(gòu)40屈服。例如，如在圖 IC中所示，接觸環(huán)44可以運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)離突臺(tái)46，同時(shí)彈簧42壓縮。在一實(shí)施例中，促動(dòng)器桿18 或活塞14的一部分可以接觸殼體12以在運(yùn)動(dòng)范圍的結(jié)束處提供急停。例如，如圖所示，促動(dòng)器桿18的更寬的部分52可以在彈簧42達(dá)到它的最大壓縮點(diǎn)之前接觸殼體12。圖2是沿液壓促動(dòng)器組件10的工作軸線16的活塞位置的示例性曲線圖56，所述活塞位置是在活塞14上的凈液カM的函數(shù)。在圖2中示出的曲線圖56可以代表諸如在圖1A-1C中一幅圖示出的液壓促動(dòng)器組件10的操作。如所示，活塞位置可以在三個(gè)不同的 カ范圍60、62、和64上穩(wěn)定，而每ー個(gè)范圍造成沿工作軸線16的不同位置(即，分別為位置 20、24、和 28)。在第一カ范圍60中，活塞14可以經(jīng)歷負(fù)或零凈力，這可以促使其朝向在工作范圍 66的最末端處的第一位置20運(yùn)動(dòng)。在カ范圍62的開始處進(jìn)入正凈カ吋，活塞可以自由地平移到第二、中間位置24?；钊?4可以保持在該第二位置對(duì)，直到凈カM超過偏壓特征結(jié)構(gòu)40的任何預(yù)加載的力。一旦預(yù)加載的力被克服，則偏壓特征結(jié)構(gòu)40可以以恒定的速率(rate) 68 (S卩，彈性變形率)開始?jí)嚎s。在偏壓特征結(jié)構(gòu)40的壓縮之后，活塞14可以遇到停止作用，諸如通過接觸殼體的一部分，隨后作用力導(dǎo)致進(jìn)一歩的運(yùn)動(dòng)。由此，在第三范圍64中増加的カ將導(dǎo)致活塞14在第三位置觀處于穩(wěn)定。圖3示出基于在孔36、38處的受控輸入壓カ的促動(dòng)器工作方式。如所示，第一行包含三個(gè)活塞位置(20、24、和觀)，及左邊的列包含兩個(gè)控制孔附圖標(biāo)記(36和38)。表的主要部分則表示在每ー個(gè)孔處的可以達(dá)到促動(dòng)器位置(即，正壓カ狀態(tài)70或排盡狀態(tài)72) 所需的壓力狀態(tài)。如圖所示，為了將活塞14運(yùn)動(dòng)到第一位置20，孔36可以是排盡的狀態(tài) 72，而孔38是加壓的狀態(tài)70。為了將活塞14運(yùn)動(dòng)到第二位置M，孔36、38兩者均可以是被加壓的，及為了將活塞運(yùn)動(dòng)到第三位置觀，孔36可以是加壓的狀態(tài)70，而孔38是排盡的狀態(tài)72。圖4A-4C示出液壓促動(dòng)器組件100的另ー實(shí)施例，其可以僅需在一個(gè)孔處(即，孔 36)的受控壓力。如圖所示，液壓促動(dòng)器組件100可以在功能和設(shè)計(jì)上與在圖1A-1C中示出的液壓促動(dòng)器組件10類似。然而，組件100還可以包括第二偏壓特征結(jié)構(gòu)102，其被配置為在整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍上接合活塞14。在整個(gè)工作范圍(除范圍的第二部分之外)上偏壓活塞可以允許活塞位置僅通過在孔36處的變化的正壓カ來控制，而全范圍的偏壓特征結(jié)構(gòu)102可以在壓カ從孔36移除時(shí)將活塞14返回到初始極限位置20。在一實(shí)施例中，全范圍的偏壓特征結(jié)構(gòu)102可以包括彈簧104，該彈簧被配置為直接地或通過ー個(gè)或多個(gè)中間構(gòu)件(例如，接觸環(huán)，或促動(dòng)器桿18的一部分)將カ施加到活塞。在一實(shí)施例中，彈簧104可以被預(yù)加載，從而，在沒有任何液壓壓カ的情況下，可以迫使活塞用最小的力抵靠殼體12或抵靠別的極限位置。圖5是沿液壓促動(dòng)器組件100的工作軸線16的活塞位置的示例性曲線圖106，所述位置是例如在孔36處的液壓壓カ108的函數(shù)。在圖5中的曲線圖106可以表示如在圖 4A-4C中一幅圖示出的液壓促動(dòng)器組件100的操作。如所示，活塞位置可以在三個(gè)不同的輸入壓カ范圍110、112、和114上穩(wěn)定，而每ー個(gè)范圍導(dǎo)致沿工作軸線16的不同位置(即，分別是位置20、24、和28)。在第一カ范圍110中，活塞14可以受到液壓壓力，所述液壓壓力不足以克服由全范圍的偏壓特征結(jié)構(gòu)102施加的任何預(yù)加載的力。由此，全范圍的偏壓特征結(jié)構(gòu)102可以促使活塞14保持在第一位置20處(S卩，在工作范圍66的最末端處)，直到預(yù)加載的カ被克服。一旦由液壓壓カ108施加的力超過該預(yù)加載的偏壓力，則活塞14可以開始以與增加的壓カ直接成比例的速率116(即，第一彈性變形率)向著第二、中間位置M運(yùn)動(dòng)。在第二、中間位置M處，活塞可以接觸主偏壓特征結(jié)構(gòu)40?；钊?4可以隨后保持在該第二位置M處，直到由液壓壓カ108施加的力超過主(部分范圍(partial-range)) 偏壓特征結(jié)構(gòu)40的任何預(yù)加載的力。一旦預(yù)加載的力被克服，偏壓特征結(jié)構(gòu)40可以開始以恒定速率118(即，彈性變形率)壓縮。在主偏壓特征結(jié)構(gòu)40的壓縮之后，活塞14可以遇到停止作用，諸如通過接觸殼體12的一部分，隨后在該處作用的壓カ不會(huì)導(dǎo)致進(jìn)一歩的運(yùn)動(dòng)。由此，在第三范圍114中的増加的壓カ將導(dǎo)致活塞14在第三位置觀處穩(wěn)定。類似于圖3，在圖6中的狀態(tài)表示出基于在孔36、38處的受控輸入壓カ的促動(dòng)器 100(在圖4A-4C中示出)的工作方式。如所示，第一行包含三個(gè)活塞位置(20、24、和觀)， 和左邊的列包含兩個(gè)控制孔附圖標(biāo)記(36和38)。表的主要部分于是表示在每ー個(gè)孔處、 可以達(dá)到促動(dòng)器位置(即，第一正壓カ狀態(tài)120、第二正壓カ狀態(tài)122、或排盡的狀態(tài)72)所需的壓力狀態(tài)。如圖所示，為了將活塞14運(yùn)動(dòng)到第一位置20，孔36、38兩者均可以是排盡的狀態(tài)72。為了將活塞14運(yùn)動(dòng)到第二位置對(duì)，第二孔38可以保持排盡的狀態(tài)72，而第一空間32被加壓到第一正壓カ120。為了隨后將活塞14運(yùn)動(dòng)到第三位置觀，第二孔38可以保持排盡的狀態(tài)72，而第一空間32被加壓到第二正壓カ122，該第二正壓カ大于第一壓カ 120。如在圖7中概略示出的，液壓促動(dòng)器組件(例如，組件10)的實(shí)施例可以用于接合在雙離合器汽車動(dòng)力傳動(dòng)系變速器內(nèi)的變速器同步齒輪組件130。如所示，組件10的促動(dòng)器桿18可以與同步器控制叉132相配合，所述控制叉可以被配置為沿導(dǎo)軌134平移。同步齒輪組件130可以隨后以與控制叉132的運(yùn)動(dòng)成線性的方式類似地平移，并可以與變速器組件的其它齒輪接合。盡管已詳細(xì)描述了用于執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式，那些熟悉本發(fā)明涉及的技術(shù)領(lǐng)域的人將在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)識(shí)別用于實(shí)踐本發(fā)明的各種可替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例發(fā)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、豎直、和水平)僅用于展示的目的，以輔助讀者理解本發(fā)明，且構(gòu)成限制，特別是對(duì)于本發(fā)明的位置、方位、或使用來說。目的是包含在上面描述中或附圖中示出的所有內(nèi)容應(yīng)被解釋為僅示例性的且非限制性的。
權(quán)利要求
1.ー種三位置促動(dòng)器組件，包括殼體；活塞，被布置在殼體的一部分內(nèi)且具有沿工作軸線的可動(dòng)范圍，該活塞在殼體內(nèi)分出第一空間和第二空間；和偏壓特征結(jié)構(gòu)，被布置在第二空間內(nèi)；活塞被配置為在可動(dòng)范圍的第一部分內(nèi)接合偏壓特征結(jié)構(gòu)，且被配置為在可動(dòng)范圍的第二部分內(nèi)不接合偏壓特征結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的促動(dòng)器組件，其中，偏壓特征結(jié)構(gòu)是第一偏壓特征結(jié)構(gòu)，組件還包括第二偏壓特征結(jié)構(gòu)，該第二偏壓結(jié)構(gòu)特征被配置為在整個(gè)可動(dòng)范圍內(nèi)接合活塞。
3.如權(quán)利要求1所述的促動(dòng)器組件，其中，偏壓特征結(jié)構(gòu)包括彈簧。
4.如權(quán)利要求3所述的促動(dòng)器組件，其中，偏壓特征結(jié)構(gòu)還包括接觸環(huán)。
5.如權(quán)利要求1所述的促動(dòng)器組件，其中，殼體包括突臺(tái)，且偏壓特征結(jié)構(gòu)被配置為當(dāng)活塞在可動(dòng)范圍的第二部分中時(shí)將カ施加到突臺(tái)。
6.如權(quán)利要求5所述的促動(dòng)器組件，其中，殼體包括兩個(gè)流體連接的腔部，腔部具有不同橫截面輪廓，且其中，突臺(tái)包括在兩個(gè)腔部之間的肩部。
7.如權(quán)利要求1所述的促動(dòng)器組件，其中，在第一和第二空間之間的壓差對(duì)活塞賦予凈液力，且在第一范圍中的凈液カ使得活塞呈現(xiàn)沿工作軸線的第一位置，在第二范圍中的凈液カ使得活塞呈現(xiàn)沿工作軸線的第二位置，及在第三范圍中的凈液カ使得活塞呈現(xiàn)沿エ 作軸線飛第三位置。
8.如權(quán)利要求7所述的促動(dòng)器組件，其中，活塞在第一、第二和第三凈液カ范圍的每ー 個(gè)中在位置上穩(wěn)定。
9.如權(quán)利要求7所述的促動(dòng)器組件，其中，沿工作軸線的位置中的一個(gè)在可動(dòng)范圍的第二部分內(nèi)。
10.如權(quán)利要求7所述的促動(dòng)器組件，其中，殼體包括多個(gè)孔，且壓カ梯度通過可控制地允許流體穿過孔而改變。
全文摘要
本發(fā)明提供一種單活塞三位置液壓促動(dòng)器，具體說是這樣一種促動(dòng)器組件，包括殼體，被布置在殼體的一部分內(nèi)的活塞?；钊哂醒毓ぷ鬏S線的可運(yùn)動(dòng)范圍，并在殼體內(nèi)分出第一空間和第二空間。組件還包括布置在第二空間內(nèi)的偏壓特征結(jié)構(gòu)，其中活塞被配置為在可動(dòng)范圍的第一部分內(nèi)接合偏壓特征結(jié)構(gòu)，及被配置為在可動(dòng)范圍的第二部分內(nèi)不接合偏壓特征結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)F16H63/30GK102563056SQ20111041523
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者B.M.奧爾森, P.G.奧塔內(nèi)茲, S.白, V.A.尼拉坎坦 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司