用于前進檔/倒檔行星齒輪組的多模式離合器行星齒輪組的制作方法
【專利摘要】一種前進檔/倒檔行星齒輪組(412)可以被適配成使用多模式離合器模塊(426，430)代替僅僅使用傳統(tǒng)摩擦式離合器(326，330)。此類安排可以減小寄生阻力以及實現(xiàn)在該齒輪組殼體(408)的物理尺寸方面的減小。多模式離合器模塊(426，430)的使用可以提供該行星齒輪組(412)的前進檔和倒檔控制之一或二者。因此，在至少一個安排中一個多模式離合器(426)可以提供前進檔離合器控制而一個摩擦式離合器(330)提供倒檔離合器控制。在另一個安排中，該摩擦式離合器(326)可以提供前進檔離合器控制，而該多模式離合器(430)提供該齒輪組(412)的倒檔離合器控制。最后，該齒輪組(412)的前進檔和倒檔控制兩者可以通過多個多模式離合器(426，430)來提供，因此完全避免使用任何摩擦式離合器(326，330)用于該行星齒輪組(412)的前進檔或倒檔控制功能。
【專利說明】用于前進檔/倒檔行星齒輪組的多模式離合器行星齒輪組
相關串請的交叉援引
[0001]本非臨時申請是基于并且在此要求于2013年3月5日提交的美國臨時申請61/772,836以及于2013年3月16日提交的美國臨時申請61/823，998的優(yōu)先權。
披露領域
[0002]本披露總體上涉及行星齒輪組系統(tǒng)，該行星齒輪組系統(tǒng)被適配用于在車輛以及工業(yè)應用中提供前進檔和倒檔控制，并且更具體而言涉及包括一個或多個被適配成利于輔助此類控制的多模式離合器的齒輪組系統(tǒng)。
披露背景
[0003]盡管本披露的前進檔/倒檔行星齒輪組系統(tǒng)廣泛的應用于各種使用領域，將僅僅通過舉例的方式使用汽車方面的參考點以提供引進所披露的齒輪組系統(tǒng)的最初背景。
[0004]機動車輛通常包括含有旋轉曲軸的內(nèi)燃發(fā)動機，該旋轉曲軸被配置成使得來自發(fā)動機的動力通過驅動軸傳輸?shù)杰囕?。變速器插在發(fā)動機與驅動軸部件之間以便選擇性地控制曲軸與驅動軸之間的轉矩和速度比。在手動操作的變速器中，可以在發(fā)動機與變速器之間安插相應手動操作的離合器來選擇性地使曲軸與驅動軸接合和解除接合以便幫助在可供使用的變速傳動比之間進行手動換擋。
[0005]另一方面，如果變速器是自動的，則變速器將正常地包括多個內(nèi)部自動致動離合器，這些離合器被適配成動態(tài)地在多個不同可供使用的傳動比之間換擋而不需要駕駛員的干預。還被稱為離合器模塊的多個離合器被結合在這種變速器內(nèi)以便幫助自動的傳動比改變。最后，還可以在發(fā)動機與變速器系統(tǒng)之間插入一個扭矩轉換器，如本領域的技術人員理解的。
[0006]在汽車的自動變速器中，多個前進擋傳動比通常是選擇性地可獲得的，還有至少一個倒檔齒輪。在自動變速器中的不同齒輪典型地由行星齒輪組組成，包括由支架支撐的太陽輪和行星小齒輪，都相對彼此可移動，還在所謂的環(huán)齒輪中并且相對其可移動。特定的變速器離合器典型地與變速器內(nèi)的這些可選擇的齒輪的特定設定是相關聯(lián)的，以有助于這些所期望的傳動比變化。
[0007]為了適應多個傳動比，通常結合至少兩個摩擦式離合器來使用這些行星齒輪組以實現(xiàn)直接控制。一個此類摩擦式離合器被適配成處理前進檔傳動比，而第二個被適配成處理倒檔傳動比。
[0008]這些摩擦式離合器典型地是液壓操縱的盤式離合器，其中一組交錯摩擦盤和分離板分別被花鍵連接到輪轂和鼓部件上。該離合器通過一個致動活塞接合并且脫離接合，如本領域的技術人員理解的。這種類型的離合器的常見問題是其產(chǎn)生寄生阻力的傾向，尤其當這些摩擦盤和分離板無法完全脫離接合時。另一個問題涉及它們的大體積，特別是因為它們的相關聯(lián)的活塞和彈簧可能需要包裝和尺寸方面的特殊考量。
披露概述
[0009]根據(jù)本披露的一個方面，自動變速器結合有一個行星齒輪組并且包括至少一個多模式離合器模塊。
[0010]根據(jù)本披露的另一方面，一個多模式離合器模塊當被用來替代上述的前進檔/倒檔摩擦式離合器之一時有效地減少了寄生阻力和/或旋轉損失，并且有效地減少了變速器外殼體的整體包裝包套或尺寸，特別是其軸向尺寸。
[0011]根據(jù)本披露的又另一方面，雙模式離合器控制行星齒輪組的相應的前進檔和倒檔旋轉，該行星齒輪組系統(tǒng)包括一個摩擦式離合器以加強自動變速器內(nèi)的這些模塊的換擋功會K。
[0012]根據(jù)本披露的又另一個方面，該前進檔多模式離合器模塊被徑向地嵌套在該倒檔多模式離合器模塊中以減少該自動變速器的殼體的軸向長度。
[0013]根據(jù)本披露的又另一個方面，前進檔模式和倒檔模式都作為牙嵌式離合器工作的，該牙嵌式離合器被適配成以雙模式運行，各自提供在第一模式下的行駛和非行駛旋轉方向上的接合或鎖定操作以及在第二模式下的這兩個方向上的空轉。
[0014]最后，根據(jù)本披露的又另一個方面，當該前進檔和倒檔多模式離合器之一被接合時，相應的那個多模式離合器在行駛和非行駛旋轉方向被鎖定，同時另一個多模式離合器在行駛和非行駛旋轉方向上空轉。
[0015]本披露的這些以及其他的方面和特征可以通過參照以下詳細說明部分和附圖來更好地理解。
附圖的簡要說明
[0016]圖1是一個行星齒輪組系統(tǒng)的示意圖，該行星齒輪組系統(tǒng)具有根據(jù)現(xiàn)有技術所構造的前進檔和倒檔摩擦式離合器。
[0017]圖2是一個根據(jù)本披露所構造的行星齒輪組系統(tǒng)的示意圖，該行星齒輪組也包括前進檔和倒檔離合器，但其中圖1中的倒檔摩擦式離合器被一個多模式離合器模塊所替代。
[0018]圖3是圖2中示意性描繪的離合器模塊的一部分的透視圖和截面視圖。
[0019]圖4是具有多個單一行星齒輪類型的行星齒輪組的示意圖。
[0020]圖5是利用多個雙行星齒輪(即，具有組合式行星齒輪)類型的行星齒輪組的示意圖。
[0021]圖6是一個描繪了利用太陽輪、行星輪和環(huán)齒輪的不同行星組合(如在圖7和圖8中所描繪的)的各種前進檔和倒檔離合器構型的圖表。
[0022]圖7示意性地描繪了在圖6的圖表中所列出的構型集合中的有利構型的第一組。
[0023]圖8示意性地描繪了圖6的圖表中所列出的所有剩余構型。
[0024]圖9是另一個行星齒輪組系統(tǒng)的截面視圖，該行星齒輪組系統(tǒng)具有根據(jù)現(xiàn)有技術所構造的前進檔和倒檔摩擦式離合器。
[0025]圖10是根據(jù)本披露所構建的行星齒輪組系統(tǒng)的另一個實施例的截面視圖，該行星齒輪組系統(tǒng)也包括前進檔和倒檔離合器，其中圖9中的每個前進檔和倒檔摩擦式離合器已被多模式離合器模塊所替代。
[0026]圖11是圖10中的前進檔多模式離合器模塊的一個透視側視圖，其中為清楚起見內(nèi)座圈板被移除。
[0027]圖12是圖10中的倒檔多模式離合器模塊的一個透視側視圖，其中為清楚起見外座圈板被移除。
[0028]圖13是圖11中所示的前進檔多模式離合器模塊的一個透視和截面徑向視圖。
[0029]圖14是圖12所示出的倒檔多模式離合器模塊的透視和截面徑向視圖。
[0030]應理解的是，這些附圖未按比例繪制，并且所披露的實施例僅僅以圖解方式并且以局部視圖來說明。還應當理解的是，本披露并不受限于在此展示的具體實施例。
詳細說明
[0031]圖1是現(xiàn)有技術行星齒輪組系統(tǒng)10的一個片段式示意圖，該行星齒輪組包括被適配成圍繞軸線a-a旋轉的多個零件。該齒輪組系統(tǒng)10包括一個行星齒輪組12。該齒輪組12包括一個被接合到變速器輸入部件16的太陽輪14。一個行星齒輪組支架18可以包括多個單一行星齒輪20或者多個雙/組合式行星齒輪，將在此進一步進行說明。該太陽輪14和行星輪20圍繞一個環(huán)齒輪22并且在其內(nèi)旋轉。一個齒輪輸出部件24可以被適配成最終為車輛(未示出)的傳動系提供動力。本領域的技術人員應理解，該齒輪組輸出部件24可以替代地以一個輸入部件來運行，替代目前部署的變速器輸入部件16，反之亦然所述的輸入部件16可以作為輸出部件運行。這個倒檔功能被認為應用于本披露所提供的所有實例中。
[0032]第一摩擦式離合器作為一個前進檔離合器26起作用，并且被適配成在變速器的所有前進檔工作齒輪的運行過程中接合。該摩擦式離合器26是由一個活塞式致動器組件28來致動的。第二摩擦式離合器作為一個倒檔離合器30起作用，并且被適配成僅在齒輪組的倒檔運行過程中接合。該倒檔離合器30通過一個活塞式致動器組件32來致動，而該前進檔離合器26是由一個活塞式致動器組件28來致動的。
[0033]該齒輪組12包括一個殼體36。很遺憾該殼體36的大體積是摩擦式離合器系統(tǒng)如離合器26和30的屬性。例如，這些活塞式致動器28和32分別具有彈簧38和34，這些彈簧在該齒輪組殼體10內(nèi)的容納可能占用大量物理空間。此外，如所示出的這些摩擦盤和分離板(但在圖1的示意圖中僅總體上被稱為26和30)可能具有產(chǎn)生寄生阻力的趨勢。
[0034]現(xiàn)參考圖2，一個多模式離合器模塊200，沿一條軸線a’ _a’取向示出，可以替代所述的摩擦式離合器30(圖1)來使用以實現(xiàn)上述所提及的更大的效率。如此，在圖2中，展示了根據(jù)此處所呈現(xiàn)的本披露的一個行星齒輪組系統(tǒng)110。該齒輪組系統(tǒng)110結合有一個行星齒輪組112、一個太陽輪114、一個變速器輸入部件116、以及行星支架118，類似于相對圖1的齒輪組系統(tǒng)10所述的元件。相應地，在圖2中，該變速器110包含一個行星齒輪120、環(huán)齒輪122、一個輸出部件124、以及一個前進檔摩擦式離合器126和相關聯(lián)的活塞式致動器組件128。然而，該齒輪組系統(tǒng)110結合有一個多模式離合器模塊200，該多模式離合器模塊替代該第二或倒檔摩擦式離合器30(圖1)和相關聯(lián)的活塞式致動器組件32 (圖1)，包括這些活塞式致動器彈簧34 (圖1)。應理解的是，該離合器模塊200的使用顯著地減少了齒輪組系統(tǒng)110的殼體136內(nèi)所需要的空間量，相對圖1的齒輪組系統(tǒng)10而言，特別是在軸向方向上。
[0035]現(xiàn)參考圖3，該多模式離合器模塊200結合有一個內(nèi)從動輪轂214，該內(nèi)從動輪轂包含周向間隔開的嵌齒216的一個陣列，這些嵌齒被適配成用于將一個內(nèi)座圈220緊固到該輪轂214上以用于與其一起旋轉。如所披露的，該內(nèi)座圈220是由間隔開的第一板220A和第二板220B構成的。一個夾在這對內(nèi)座圈板220A、220B之間的外座圈222被定位為允許這些內(nèi)外座圈之間的相對旋轉。如所披露的，一個凸輪致動器環(huán)224被布置在這些座圈板之一與該外座圈之間以控制成對的相對棘爪230的運動。第一組棘爪230A被截留，并且因此保持在這些內(nèi)座圈板之間以允許這些固持在蝴蝶結狀孔口 260中的棘爪的有限角運動，同時第二組棘爪230B類似地被截留并且保持在第二組類似的但相反取向的開口 260內(nèi)以用于其有限的角運動。
[0036]該多模式離合器模塊200的上述物理元件都被包含在殼體236中。多個間隔開的孔口 243被適配成用于容納多個鉚釘(未示出)以用于提供這兩個內(nèi)座圈板220A和220B中的各自相對彼此的固定且剛性的緊固。
[0037]在運行中，每當該凸輪致動器環(huán)224環(huán)圓周旋轉到第一位置時，S卩，在這些前進檔齒輪的活動使用過程中，該多模式離合器模塊200可以被適配成在兩個旋轉方向上空轉。相反地，在倒檔接合過程中，該致動器224被環(huán)圓周地旋轉到第二位置，在該位置上，這兩組棘爪230A、230B可以有效地將該內(nèi)座圈與該外座圈鎖定在一起，同樣在兩個旋轉方向上。
[0038]現(xiàn)參考圖4，提供了圖2中的使用多個單一行星輪120的行星齒輪組殼體136的示意性描繪以示出這些行星齒輪120中的每一個是如何與繞該中心軸線a-a可旋轉的太陽輪114以及該環(huán)齒輪122滾動接觸的。這些行星齒輪120因此被適配成沿描繪為b-b的虛線圓移動。應理解的是，這些行星齒輪120的中心142實際上是多個輪轂，一個行星支架被剛性地緊固到其上以用于相對這些太陽輪和環(huán)齒輪114、122的旋轉。圖4的支撐元件144象征性地表示出該環(huán)齒輪122可以被選擇性地固定到該齒輪組殼體136上。
[0039]圖5的行星齒輪組殼體136’的示意性描繪揭示了使用多個所謂的雙或組合式行星齒輪120’々和12(?’的一種替代安排。這個選擇反轉了太陽輪、行星輪以及環(huán)齒輪元件的相對旋轉并且相對可獲得的傳動比范圍而言提供了額外的靈活性，因為更多的元件數(shù)量可以提供更多的速度選擇(例如隨齒輪尺寸而變化)。
[0040]在一個組合行星齒輪安排中，可以看出的是，與上述的單一行星安排相比，除了僅與該環(huán)齒輪122’或該太陽輪114’之一接觸外，每個例子中相應的組合式行星齒輪120’ A和120’ B實際上彼此接觸。
[0041]圖6提供了一個圖表，該圖表提供了多個構型的清單，在這些構型中可以使用本披露的行星齒輪組系統(tǒng)110?，F(xiàn)參考圖7，應注意的是，選擇1、6、7、11、15和17 (如在該圖表的第一欄所列出的)的指定構型被示意性地描繪。應理解的是，圖6的圖表中的第二和第三欄分別指定哪一個行星元件是直接連接到該變速器輸入部件116 (圖2)上的并且哪一個行星元件是直接連接到輸出部件124(圖2)上的。如之前所指出的，這些輸入和輸出部件可以被切換而不影響或不以任何方式改變本披露的主要概念。
[0042]該圖表的第四欄描繪了哪個元件是通過該倒檔多模式離合器200(圖2)接地的(grounded)，而本圖表的第五欄指明了哪些元件是通過該前進檔(摩擦式)離合器126而聯(lián)接到一起的。最后，第六欄描繪了對于根據(jù)之前討論過的圖4和圖5中的示意圖，具體的選擇要求單一還是組合式行星齒輪安排。
[0043]針對在該圖表中所提供的數(shù)字，第一欄的數(shù)字I到18描繪了行星離合器構型的具體選擇。第二到第五欄中的數(shù)字1、2以及3描繪了具體的行星部件名稱；數(shù)字I指示該行星太陽輪(S)，數(shù)字2指示該行星支架(C)，并且數(shù)字3指示該環(huán)齒輪(R)。
[0044]因此，現(xiàn)參考圖7，并且更具體地參考被指示為選擇I的示意性構型，可以看出，該太陽輪是指定的輸入，該支架是指定的輸出，并且該環(huán)齒輪通過該倒檔離合器而接地。選擇7的示意性構型被指明是選擇I的逆結構。如此，選擇7提供的是，該支架是指定的輸入，該太陽輪是指定的輸出，并且該環(huán)齒輪通過該倒檔離合器而接地。
[0045]類似地，緊跟上述的逆向選擇I和7提供了成對的或逆向的選擇6和15的示意性構型。選擇6提供的是，該太陽輪是輸入，該環(huán)齒輪是輸出，并且該支架通過該倒檔離合器而接地。相反地，選擇15將該環(huán)齒輪作為輸入，該太陽輪作為輸出，并且該支架作為通過該倒檔離合器而接地的行星部件。
[0046]最后，逆向選擇11和17的示意性構型在圖7的底部并排成對地呈現(xiàn)。選擇11提供的是，該支架是輸入，該環(huán)齒輪是輸出，并且該太陽輪通過該倒檔離合器而接地。另一方面，選擇17提供的是該環(huán)齒輪是輸入，該支架是輸出，并且該太陽輪通過該倒檔離合器而接地。
[0047]為完整起見，在圖8中以類似的逆向成對形式提供了圖6的圖表中所列出的所有剩余選擇，不需要額外說明。
[0048]盡管此處所呈現(xiàn)的本披露主要專注于在汽車背景下的應用，并且更具體而言是有級式自動變速器，本披露應被認為是可應用到包括CVT變速器以及非變速器用途中的大量其他可能性和構型。
[0049]例如，此處所述的行星齒輪組可以被用于不同的設備中(例如割草機)以及不同的工業(yè)和越野應用中(例如動力外送器)。同樣地，通過舉例，所披露的多模式離合器還可以被用來替代圖1中的兩個摩擦式離合器，這樣雙模式離合器可以處理齒輪組系統(tǒng)110的前進檔和倒檔控制；即不包含任何摩擦式離合器。
[0050]通過另一個實例，一個單一多模式離合器可以作為一個前進檔離合器而不僅僅是一個倒檔離合器而結合，如此處所參考的構型已提供的。此外，此類多模式離合器可以被運行成在兩個方向上都不被鎖定。例如，它可以被修改成在行駛方向上鎖定而在非行駛方向上空轉，甚至當作為倒檔控制而使用時。
[0051]此外，根據(jù)圖7和圖8可以設想出大量其他構型。因此，例如如果包括了使用倒檔摩擦式離合器而非僅僅前進檔齒輪的組合，還有針對使用雙重的多模式離合器(即避免任何摩擦式離合器)的組合，則圖6的圖表可以包含至少54種而非僅僅18種組合。
[0052]最后，該多模式離合器構型不應局限在圖3中所述的離合器，因為存在大量的可以適用于與根據(jù)本披露的行星齒輪組一起使用的多模式離合器構型。如此，圖3的多模式離合器構型應被理解為僅僅是可使用于本披露的一個潛在構型。
[0053]例如，現(xiàn)參照圖9，另一個現(xiàn)有技術的行星齒輪組系統(tǒng)310的截面描繪包括一個行星齒輪組312。該齒輪組312包括一個被花鍵連接到變速器輸出部件324的行星支架318。本行星齒輪組312的多個元件和變速器輸入部件316繞軸線A-A旋轉，但以不同的旋轉速度。一個行星齒輪架318可旋轉地支撐多個行星齒輪或行星輪320。該支架318被聯(lián)接到變速器輸入部件316，該支架在變速器輸出部件324內(nèi)可以或者不可以旋轉的。后者或者可以是空心的并且包含內(nèi)軸承(未示出)以引導或者以其他方式容納該輸入部件316。行星輪320直接該太陽輪314上在并且圍繞其旋轉；該太陽輪314以及這些行星輪320全都繞軸線A-A在環(huán)齒輪322內(nèi)旋轉，如所示出的，并且如本領域的技術人員所理解的。
[0054]第一摩擦式離合器作為一個前進檔離合器326運行，并且被適配成在該行星齒輪組的所有前進檔工作齒輪的運行過程中接合。該前進檔離合器326，被配置成與行星輪支架318接觸，是通過一個活塞式致動器組件328致動的。第二摩擦式離合器作為一個倒檔離合器330運行，并且被適配成僅在行星齒輪組312的倒檔運行過程中接合。該倒檔離合器330是由一個活塞式致動器組件332來致動的。
[0055]參照圖9的構型，該行星齒輪組系統(tǒng)310可以被配置成用于被布置在一個扭矩轉換器340與一個無級變速器(CVT) 342之間，后者包括多個帶344和多個帶輪346的系統(tǒng)，如所示出的，用于提供在其最低與最高傳動比限度之間的無級可變的變速器傳動比范圍，如本領域的技術人員理解的。該CVT 342的系統(tǒng)的多個帶344和帶輪346被支撐在多個軸承350上，如所示出的。
[0056]大體積是摩擦式離合器的令人遺憾的屬性，如所述的前進檔和倒檔摩擦式離合器326和330可為例證。例如，該活塞式致動器332和328具有各自的彈簧334和338，這些彈簧在該行星齒輪組系統(tǒng)310的物理殼體空間308內(nèi)使用相對大的物理空間量，特別是針對上述部件340和342之間的軸向間隔而言，在圖9中指示為Dl的可測量長度。
[0057]此外，在相應的傳統(tǒng)的前進檔和倒檔摩擦式離合器326、330內(nèi)所使用的摩擦盤和分離板會趨向產(chǎn)生相當大的寄生阻力。
[0058]現(xiàn)參考圖10，在行星齒輪組系統(tǒng)410中使用了一個嵌套的前進檔/倒檔多模式模塊離合器，該行星齒輪組系統(tǒng)提供行星齒輪組412來替代用于行星齒輪組312 (圖9)的前進檔/倒檔行星齒輪組系統(tǒng)310。該行星齒輪組系統(tǒng)410提供了 a)對應的變速器殼體空間408的可測量的軸向長度上的物理減小，以D2示出(參見圖9中的Dl)，以及b)更高的運行效率，如上所指出的。如此，當根據(jù)本披露構配置時，在圖10中，與該行星齒輪組系統(tǒng)410相關聯(lián)的軸向長度D2短于對應的圖9中的長度Dl。
[0059]該行星齒輪組系統(tǒng)410類似地被適配成控制行星齒輪組412的前進檔和倒檔功能。繼續(xù)參照圖10，該行星齒輪組412對應地包含一個被花鍵連接到輸入部件416的太陽輪414，以及一個行星支架418、行星輪420，和一個環(huán)齒輪422，所有都類似于針對圖9的行星齒輪組系統(tǒng)310所描述的元件。
[0060]該行星齒輪組412包括變速器輸出部件424，并且該齒輪組412和輸出部件424都被配置成用于繞一個共同軸線A’-A’旋轉，如所示出的。然而，并非使用圖9的前進檔和倒檔摩擦式離合器326、330，該行星齒輪組系統(tǒng)410結合有一對多模式離合器模塊，一個前進檔多模式離合器模塊426，該前進檔多模式離合器模塊徑向地嵌套在一個倒檔多模式離合器模塊430內(nèi)，如在圖10中所描繪的。本領域的技術人員將認識到這兩個離合器模塊426和430的對稱嵌套將促進該殼體空間408內(nèi)的軸向空間的最小化使用。如此，該軸向尺寸D2可以通過使用圖10中所披露的安排來可測量地減小。
[0061]還可以在所述的安排中使用一個摩擦式離合器434，但不是作為前進檔或倒檔離合器。而是該摩擦式離合器434可以被配置成與這些前進檔和倒檔模塊離合器426、430串聯(lián)運行以增強該行星齒輪組系統(tǒng)410的開工率。此處所述的模塊離合器類型是一個徑向作用的牙嵌式離合器。后者具有若干傳統(tǒng)的摩擦式離合器所不具有的局限。其一，它不能夠在重扭矩負載下正常地脫離接合。其二，在較高速度下，任何接合趨向與可聽見的“當當”聲相關聯(lián)。這兩個方面都借助結合所述摩擦式離合器434而克服，該摩擦式離合器包括一個離合器致動器436和多個彈簧438(圖10)，如所示的徑向向外地封裝在該行星齒輪組412的殼體空間408內(nèi)，以最小化軸向空間需求。如在該行星齒輪組系統(tǒng)410中所配置的，該摩擦式離合器434可以被選擇性地運行以允許相應的多模式離合器426、430的接合和脫離接合而沒有所提出的缺點。
[0062]最后，在圖10中，該嵌套的多模式行星齒輪組系統(tǒng)410被示出布置在一個扭矩轉化器440與一個無級可變變速器(CVT) 442之間，后者包含帶和帶輪444、446并且由軸承450所支撐。
[0063]現(xiàn)參考圖11至圖14，這些前進檔和倒檔模塊離合器426和430現(xiàn)在可以詳細地說明。
[0064]在圖11中，該模塊離合器426在此被描繪為一種在所披露的實施例中徑向作用的牙嵌式離合器類型，盡管其他多模式離合器模塊可以落入本披露的范圍內(nèi)。該模塊離合器426具有兩種模式，第一模式允許在兩個方向上的空轉，而第二模式是“接合”或另外的鎖定模式用于在兩個方向上的扭矩傳輸。現(xiàn)參考圖13，該模塊離合器426包括一個環(huán)形外座圈500，該外座圈包含多個軸向取向的花鍵，這些花鍵限定其外圓周。該外座圈500包含多個徑向延伸的槽口 520，這些槽口限定其徑向內(nèi)圓周。該模塊離合器426進一步包括五個相對的棘爪550 (550A和550B，對應于之前所述棘爪)組，這些棘爪組與一個凸輪致動器環(huán)530相互作用，這些棘爪組被適配成用來“擺動(clock) ”，即在兩個角度限位或“緊急制動”之間可旋轉地移動。
[0065]可以使用任何方便數(shù)量的棘爪550組，盡管在所披露的實施例中僅使用五組。每個不同的相對棘爪組550A和550B各自被適配成在行駛旋轉方向或相反地在非行駛旋轉方向上傳輸扭矩。該凸輪致動器環(huán)530包括一組凸輪傾斜件540，該凸輪傾斜件被配置成將這些棘爪550的跟部560選擇性地移動到與這些槽口 520接合或脫離接合。多個棘爪彈簧(未示出)被配置成將這些棘爪頭部570徑向向外地偏置到與這些槽口 520接合。
[0066]一個致動器輪轂組件580被適配成液壓地將該凸輪致動器環(huán)530在其兩個角度限位之間切換以將這些棘爪550移動到與這些槽口 520接合或脫離接合，如所述的。為此功能，所謂的旋轉式致動器輪轂580通過鉚釘590而被緊固到一對內(nèi)座圈板600(圖13)上。在所披露的實施例中，僅使用了四個鉚釘(圖11)，盡管這個數(shù)量不是固定不變的，并且通常將隨著不同的設計考慮而變化，包括預期的扭矩負載。
[0067]盡管該致動器輪轂組580沒有固定到這些內(nèi)座圈板600上，這些棘爪550是可移動地保持在這些內(nèi)座圈板600之間以借助支撐凸臺552(圖11)獲得有限旋轉，這些支撐凸臺從每個棘爪550的每個側面開始軸向地延伸以保持在內(nèi)座圈孔口 602(圖13)中。如本領域的技術人員理解的，這些棘爪550有效地在這些內(nèi)座圈板600與外座圈500之間傳輸扭矩。
[0068]如之前所指出的，該致動器輪轂組件580，借助該凸輪致動器環(huán)530，被配置成將該前進檔離合器426在這兩個所提及的模式中切換；即在兩個旋轉方向上空轉或在兩個旋轉方向上鎖定。現(xiàn)具體參考圖10和圖11，該致動器輪轂組件580 (圖11)被適配成用花鍵連接到該輸入部件416 (圖10)上，而該外座圈500 (圖11)被適配成用花鍵連接到稍前所述的行星支架418(圖10)上。該致動器輪轂組件580在所披露的實施例中是液壓致動的，并且是一個單動式液壓致動器，因為它運行來壓縮彈簧592以在所述的選擇性離合器模式之間“擺動”該凸輪致動器環(huán)530。
[0069]在所示的構型中，該致動器輪轂組件580是通過液壓流體(未示出)而物理致動的，這引起該凸輪致動器環(huán)530逆時針旋轉以使該凸輪傾斜體反抗這些棘爪跟部560移動，從而將這些棘爪趾部570向內(nèi)地偏轉以使后者從該外座圈500的槽口 520上脫離接合。如此，該前進檔離合器426可以在空轉模式下選擇性地在行駛和非行駛旋轉方向上運行。相反地，在液壓釋放后，這些彈簧592就將有效地將該凸輪致動器環(huán)530返回到其正常彈簧加載位置，其中這些棘爪將處于鎖定模式位置，同樣在兩個旋轉方向上。
[0070]在所披露的實施例中，該致動器輪轂組件580是一個帶有彈簧回位的單動旋轉式液壓致動器。替代地，在本披露范圍內(nèi)，該致動器可以是一個雙動式、或完全液壓致動器。此夕卜，除了此處所提供的已披露的液壓實例，該致動器可以被指定為借助其他動力源來運行，包括氣動地或電機械地。
[0071]如之前所指出的，所述的前進檔離合器426被徑向地嵌套在該倒檔離合器430內(nèi)。這個安排可以有效地顯著減小殼體的軸向尺寸D2，如前述的。現(xiàn)參考圖12和圖14，該倒檔離合器430是一個改良型牙嵌式離合器構型，該牙嵌式離合器構型類似于該前進檔離合器426運行，其中在第一模式下，它在兩個旋轉方向上鎖定，而在第二模式下在兩個旋轉方向上空轉。
[0072]然而，本領域的技術人員應認識到，該倒檔離合器430和前進檔離合器426的若干方面在其各自或相對位置上是逆轉的和/或具有相反的特性。例如，該倒檔離合器430的內(nèi)座圈700包含軸向取向的花鍵710，這些花鍵被配置成接合該行星齒輪組412 (圖10)中的環(huán)齒輪422的匹配的外部花鍵(未示出)。該內(nèi)座圈700還包含多個徑向外(而不是內(nèi))槽口 720，這些槽口被適配成通過多個棘爪750來與一個凸輪致動器環(huán)730相互作用。該凸輪致動器環(huán)730被適配成在兩個角度限位之間可旋轉地移動，類似于該前進檔離合器426的逆向運行的凸輪致動器環(huán)530。該倒檔離合器430的凸輪致動器環(huán)730還包含多個凸輪傾斜體740 (圖12)，這些凸輪傾斜體被設計成接合這些棘爪750的跟部760以控制這些棘爪的趾部770與徑向外槽口 720的接合。
[0073]現(xiàn)具體參考圖14，多個鉚釘790被適配成將一對外(而不是內(nèi))座圈板800緊固到一起，以便將所述的致動器和棘爪部件夾在其中。在所示出的實施例中，總共使用了八個鉚釘790來將這些外座圈板800緊固到一起，盡管鉚釘?shù)木唧w數(shù)量由設計方面的考慮來確定，包括預期的扭矩負載。此外，該倒檔離合器430的外座圈板不旋轉，而是相對固定在該殼體空間408 (圖10)內(nèi)。
[0074]與該前進檔離合器426類似，該倒檔離合器430包括一個外環(huán)，該外環(huán)被配置了致動器組件780，該致動器組件作為一個單動式液壓致動器，類似于該致動器輪轂組件580(圖11、圖13)。然而，在該倒檔離合器430中(圖12、圖14)，這些棘爪彈簧(為清楚起見省略)被配置成徑向向內(nèi)地偏置這些棘爪趾部770以接合這些徑向向外的槽口 720。相對這些槽口 720和凸輪致動器環(huán)730，這些相對的棘爪750A、750B組被適配成類似于棘爪550A、550B(圖11、圖13)而相應地反應。此外，這些棘爪750還對應地包括軸向支撐凸臺752以用于支撐這些棘爪750在這些外座圈板800的孔口 702 (圖14)中的旋轉。
[0075]緊固到這些外座圈板800的該致動器組件780，被適配成內(nèi)部地接收液壓流體以便引起該凸輪致動器環(huán)730抵抗這些致動器彈簧792的阻力而逆時針旋轉(在所示的視圖中)。這些凸輪傾斜體740將移動以允許這些棘爪跟部760徑向向外地移動，這將進而引起這些棘爪750的趾部770在棘爪偏置彈簧(未示出)的力的作用下徑向向內(nèi)偏轉。這些趾部770將接合這些徑向向外的槽口 720以在第一模式下在兩個旋轉方向上有效地鎖定該倒檔離合器430。相反地，在液壓釋放后，這些致動器彈簧792將有效地使該凸輪致動器環(huán)730 “回擺”(clock back)，從而引起這些頭部770從這些徑向外槽口 720脫離接合以限定第二模式。結果將是該倒檔離合器430然后被配置成在兩個旋轉方向上空轉。
[0076]現(xiàn)回過頭參考圖10，所披露的行星齒輪組系統(tǒng)410的這些前進檔和倒檔離合器426和430的運行被配置成提供的是:每當另一個(例如該倒檔離合器模塊430)已被切換到其空轉模式以便在兩個旋轉方向上空轉，一個模塊(例如該前進檔離合器模塊426)被選擇性地在兩個旋轉方向上鎖定。相反地，當該倒檔模塊430在兩個旋轉方向上鎖定時，該前進檔離合器模塊426可以被適配成在兩個方向上空轉。
[0077]盡管此處所呈現(xiàn)的本披露主要專注于在汽車背景下的應用，并且更具體而言是CVT型自動變速器，本披露應被認為是可應用到包括非變速器用途中的大量其他可能性和構型
[0078]例如，此處所述的行星齒輪組可以被用于不同的設備中(例如割草機)以及不同的工業(yè)和越野應用中(例如動力外送器)。
[0079]最后，該多模式離合器構型不應局限于所述的離合器，因為存在大量的可以適用于與根據(jù)本披露的行星齒輪組一起使用的多模式離合器構型。如此，所述的具體多模式離合器構型應被理解為僅僅是可使用于本披露的一個潛在構型。
工業(yè)實用性
[0080]本披露的包括多模式離合器模塊的行星齒輪組系統(tǒng)可以使用在多種應用中，包括但不限于汽車、卡車、越野車輛、以及可以從可選擇的前進檔/倒檔方向控制受益的其他機器。
[0081]本披露的結構可以提供獨特的方法用于加強當使用兩個摩擦式離合器、即前進檔和倒檔齒輪組控制各自用一個摩擦式離合器時不可獲得的效率。此外，用一個多模式離合器替代一個或多個摩擦式離合器可以提供寄生阻力的相對簡單并且可靠的減少，以及允許在整體的齒輪組包裝方面的尺寸減小。
【主權項】
1.一種行星齒輪組系統(tǒng)(110)，該行星齒輪組系統(tǒng)包括至少一對離合器(126，200)，這些離合器被適配成便于前進檔和倒檔方向控制，這些離合器中的至少一個是多模式離合器模塊(200)，其中該離合器模塊由多個座圈(220，222)限定，這些座圈具有插入在這些座圈之間的多個元件(230)，這些元件被適配成選擇性地將這些座圈鎖定在一起。2.如權利要求1所述的行星齒輪組系統(tǒng)(110)，其中這些離合器之一是多模式離合器(200)，并且其中這對離合器中的另一個離合器是摩擦式離合器(126)。3.如權利要求1所述的行星齒輪組系統(tǒng)(110)，其中這對離合器包括多個離合器模塊(126，200)，這些離合器模塊是徑向地相對彼此嵌套，使得一個模塊限定徑向外離合器模塊(200)，并且另一個限定徑向內(nèi)離合器模塊(126)。4.用于行星齒輪組(112)的離合器模塊(126，200)，這些模塊(126，200)中的至少一個模塊是多模式離合器模塊(200)，該齒輪組(112)包括一個太陽輪(114)、多個行星輪(120)、一個被適配成支撐這些行星輪繞該太陽輪旋轉的行星支架(118)、以及一個環(huán)齒輪(122)，在該環(huán)齒輪內(nèi)該太陽輪、這些行星輪以及該支架各自被適配成以不同的旋轉速度旋轉；這些離合器模塊(126，200)包括: 一個第一離合器模塊(126)，該第一離合器模塊被配置成控制該行星齒輪組(112)的前進檔方向控制；以及一個第二離合器模塊(200)，該第二離合器模塊被配置成控制該行星齒輪組(112)的倒檔方向控制； 該多模式離合器模塊(200)是由多個座圈(220，222)限定的，這些座圈具有插入在這些座圈之間的多個元件(230)，這些元件被適配成選擇性地將這些座圈鎖定在一起。5.如權利要求4所述的離合器模塊(126，200)，其中該第一或第二離合器模塊之一是徑向內(nèi)離合器模塊(126)并且另一個是徑向外離合器模塊(200)。6.如權利要求5所述的離合器模塊(126，200)，其中該徑向內(nèi)離合器模塊(126)是前進檔離合器模塊，并且其中該徑向外離合器模塊(200)是倒檔離合器模塊。7.如權利要求4所述的離合器模塊(126，200)，其中這些離合器模塊中的每一個離合器模塊操作性地與這些行星齒輪組元件(114，118，122)中的至少一個元件接合。8.如權利要求6所述的離合器模塊(126，200)，其中該倒檔離合器模塊(200)接合該行星齒輪組(112)的環(huán)齒輪(122)。9.如權利要求6所述的離合器模塊(126，200)，其中該前進檔離合器模塊(126)接合該行星齒輪組(112)的支架(118)。10.如權利要求6所述的離合器模塊(126，200)，其中該倒檔離合器模塊(200)接合該行星齒輪組(112)的支架(118)。11.如權利要求6所述的離合器模塊(126，200)，其中該前進檔離合器模塊(126)結合該行星齒輪組(112)的環(huán)齒輪(122)。12.一種行星齒輪組系統(tǒng)(410)，包括: 一個行星齒輪組(412)，該行星齒輪組具有多個可操作的元件，這些元件包括一個太陽輪(414)、多個行星輪(420)、一個支撐這些行星輪繞該太陽輪旋轉的行星支架(418)、以及一個環(huán)齒輪(422)，在該環(huán)齒輪內(nèi)該太陽輪、這些行星齒輪以及支架被支撐，每個可操作元件(414，418，422)被適配成以不同的旋轉速度旋轉； 被配置成控制該行星齒輪組(412)的前進檔和倒檔方向旋轉的一對離合器(426，430)， 這對離合器(426，430)各自由一個多模式離合器模塊(426)限定，這些模塊之一被適配成控制該行星齒輪組(412)的前進檔方向控制，這些模塊中的另一個模塊(430)被適配成控制倒檔方向控制。13.如權利要求12所述的行星齒輪組系統(tǒng)(410)，其中這些離合器模塊(426，430)中的每一個離合器模塊與該行星齒輪組(412)的這些可操作元件(414，418，412)中的至少一個元件接合。14.如權利要求12所述的行星齒輪組系統(tǒng)(410)，其中這對離合器模塊(426，430)之一是徑向內(nèi)離合器模塊(426)并且另一個是徑向外離合器模塊(430)。15.如權利要求14所述的行星齒輪組系統(tǒng)(410)，其中該徑向內(nèi)離合器模塊(426)是前進檔離合器模塊，并且該徑向外離合器模塊(430)是倒檔離合器模塊。16.如權利要求15所述的行星齒輪組系統(tǒng)(410)，其中該倒檔離合器模塊(430)接合該行星齒輪組(412)的環(huán)齒輪(422)。17.如權利要求15所述的行星齒輪組系統(tǒng)(410)，其中該前進檔離合器模塊(426)接合該行星齒輪組(412)的支架(418)。18.如權利要求15所述的行星齒輪組系統(tǒng)(410)，其中該倒檔離合器模塊(430)接合該行星齒輪組(412)的支架(418)。19.如權利要求15所述的行星齒輪組系統(tǒng)(410)，其中該前進檔離合器模塊(426)接合該行星齒輪組(412)的環(huán)齒輪(422)。20.如權利要求15所述的行星齒輪組系統(tǒng)(410)，其中該徑向內(nèi)離合器模塊(426)是徑向地嵌套在該徑向外離合器模塊(430)內(nèi)。
【文檔編號】F16H57/08GK105899848SQ201480010343
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年2月28日
【發(fā)明人】B·J·李, C·E·布萊爾, C·A·斯賓格勒, M·石原
【申請人】博格華納公司