專利名稱：單離合器傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單離合器傳動裝置，特別地，本發(fā)明涉及一種特別適合于船舶應(yīng)用的單離合器自動化的手動傳動裝置。
相關(guān)申請的交叉參照本發(fā)明要求澳大利亞臨時申請2003903788及美國臨時申請60/507005申請的優(yōu)先權(quán)。這二個文件的全部內(nèi)容通過引用包括于此。還要求同一申請人/受讓人提交的澳大利亞臨時申請2004901167的優(yōu)先權(quán)，該相關(guān)臨時申請的全部內(nèi)容也通過引用包括于此。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的大部分船舶用驅(qū)動裝置中，船用發(fā)動機是通過一個提供單一傳動比的齒輪箱與推進器連接。船舶速度是通過經(jīng)由節(jié)流閥控制發(fā)動機速度來控制的。一般而言，船舶都裝備成當它們以設(shè)定的巡航速度航行時，其運行效率最高。大型游艇可以設(shè)計成以35至40節(jié)的速度巡航，并由此被裝備成當以這個速度或該速度左右航行時效率最高且最易控制。然而，這一方案的的問題是這樣的船舶在低速時很難操縱控制，而在例如船舶?？看a頭時就需要低速。當一艘船舶能夠令人滿意地運行的最低速度為10節(jié)左右時，要安全地把船舶引入船塢是很困難的。在某些場合，對于要求增大扭矩的應(yīng)用，還希望有一個低的傳動比，而高的傳動比是用于高速運行的。
雖然已提出了許多船用多速驅(qū)動傳動裝置，但它們有許多問題。例如，美國專利US 6350165揭示了一種船舶，它采納了一臺有二種前進速度和一種倒退速度的傳動裝置。該傳動裝置是基于一種行星齒輪結(jié)構(gòu)，因此成本相對較高。該傳動裝置還有一個問題由于齒輪搭配排列的方式，不可能很容易地變更齒輪的傳動比，因為這必須變動所有的齒輪。因此，很難封裝和變更行星齒輪系統(tǒng)使之與不同的應(yīng)用、不同的發(fā)動機尺寸等相適應(yīng)。
本發(fā)明的目的是解決或者緩解現(xiàn)有技術(shù)中至少部分問題。
本發(fā)明的說明書中所包括的任何關(guān)于文件、動作、材料、裝置、物品或其它等等的討論都僅僅是為了給本發(fā)明提供一個上下文環(huán)境。不應(yīng)該被視為是承認了這些內(nèi)容中的任何部分或全部在本申請的每一個權(quán)利要求的優(yōu)先權(quán)之前就存在了而形成現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)的組成部分，或者已是與本發(fā)明有關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域中通用的一般常識。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊的船舶用雙速傳動裝置系統(tǒng)，它包括一輸入軸；一輸出軸；一第一齒輪系，該第一齒輪系用于將輸入軸連接至輸出軸，從而以第一檔驅(qū)動輸出軸；一第二齒輪系，該第二齒輪系用于將輸入軸連接至輸出軸，從而以第二檔驅(qū)動輸出軸；以及一單離合器裝置，該單離合器裝置用于以不等于1∶1的齒輪傳動比將輸入軸連接至輸出軸。
輸出軸和輸入軸可以是平行的，并由用于第一和第二檔的諸齒輪系聯(lián)接。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種雙速傳動裝置，它包括一輸入軸；一副軸，該副軸與輸入軸間隔開；一第一齒輪系，該第一齒輪系將輸入軸連接至副軸；一第二齒輪系，該第二齒輪系將副軸連接至輸出軸并包含一個單向離合器；以及一離合器，該離合器用于使輸入軸與輸出軸接合，其布置為當輸出軸與輸入軸脫離接合時，動力經(jīng)由第一和第二齒輪系以及副軸傳至輸出軸。
較佳地，提供一個爪形離合器用于在處于倒退狀態(tài)時使副軸脫離接合。
當離合器脫離接合時，動力經(jīng)由齒輪系從輸入軸并經(jīng)由單向離合器從副軸傳至輸出軸，這通常提供第一檔或低速檔，用于低速機行或要求較大扭矩的時候。當離合器接合上時，動力可從輸入軸直接傳至輸出軸，以提供第二檔，用于船舶巡航時。
本傳動裝置系統(tǒng)具有極為緊湊的優(yōu)點，同時，由于它只需要單個離合器，所以與包含不止一個離合器的傳動裝置系統(tǒng)相比較，它的阻力也較小。有利地，本傳動裝置的默認狀態(tài)是第一或較低檔時擁有該單向離合器，而離合器通常是接上的，所以當系統(tǒng)失靈時，船主總是能將船開回去，盡管速度慢一些。
在一個較佳實施例中，提供有用于使單向離合器脫離接合的裝置以使輸出軸反轉(zhuǎn)。這個裝置可以機械方式、液壓方式或機電方式操縱。
典型地，提供一控制系統(tǒng)，用于控制離合器的滑移。離合器的滑移速度可以通過監(jiān)測輸入軸速度及輸出推進器速度來加以控制。輸出速度可以用作控制滑移速度的輸入量，從而允許離合器在任意速度和扭矩下滑移。


本發(fā)明的具體實施方式
現(xiàn)在將作為例子、參照附圖來加以說明，在這些附圖中圖1是一種包含尾部驅(qū)動傳動裝置的船尾部示意圖，其中的傳動裝置屬于通常被一些制造商稱為B型(bravo)驅(qū)動裝置的類型；圖2是本發(fā)明的傳動裝置的第一實施例的示意圖；圖3顯示的是加上控制系統(tǒng)的圖2所示的傳動裝置；圖4是本發(fā)明的傳動裝置的第二實施例的示意圖；圖5顯示的是加上控制系統(tǒng)的圖4所示的傳動裝置；圖6是一種具有尾部驅(qū)動傳動裝置的船尾部示意圖，其中的傳動裝置屬于通常被一些制造商稱為B型驅(qū)動裝置的類型；以及圖7是一種具有單個離合器的雙速傳動裝置的示意圖，其中輸出齒輪位置靠近傳動裝置的輸出端；以及圖8顯示了帶單個離合器的雙速傳動裝置，其中離合器位置靠近輸出端。
具體實施例方式
參見附圖，圖1表示具有船體12的船舶10的尾部。包含一個單離合器自動化的手動傳動裝置18的尾部驅(qū)動單元16位于船舶艉板20的后面，發(fā)動機(未示出)位于船體內(nèi)，來自發(fā)動機的輸出軸22大體水平地從船舶的尾部伸出，向尾部驅(qū)動單元16提供動力。這種類型的船舶推進系統(tǒng)通常也稱之為“船內(nèi)/船外驅(qū)動裝置”。
船舶22的輸出軸繞著大體水平的軸線旋轉(zhuǎn)。輸出軸的末端固定有一個傘齒輪24。形成于輸出軸端部的傘齒輪24分別與前進傘齒輪和后退傘齒輪26、28相嚙合，且一個爪形離合器或類似的離合器30沿箭頭“A”方向移動，將垂直輸出軸32與前進傘齒輪26連接，或者沿箭頭“B”方向移動，將垂直輸出軸32與后退傘齒輪28連接，或者反之，這取決于裝配的是右旋還是左旋推進器。垂直輸出軸的下部34可操作地與另外一對嚙合的傘齒輪36、38連接，這對齒輪將輸出軸34的垂直軸線運動轉(zhuǎn)換至驅(qū)動推進器42的大體水平的軸40上。上述布置是現(xiàn)有船舶驅(qū)動系統(tǒng)典型的一種，在某些地區(qū)通常稱為“B型”驅(qū)動裝置。
圖6表示的系統(tǒng)在使用的是“α”型驅(qū)動裝置，而不是圖1所示的B型驅(qū)動裝置。在這種情形中，輸出軸24通過傘齒輪24、28直接連接至輸入軸32，而船舶的前進和后退是由鄰近推進器40的驅(qū)動裝置的下端部通過爪形離合器120或其它相似的機構(gòu)選擇來提供的。本發(fā)明涉及一種不僅為船舶提供雙速度驅(qū)動、而且還擁有許多優(yōu)于現(xiàn)有船舶傳動系統(tǒng)的優(yōu)點的傳動系統(tǒng)及控制裝置。
圖2顯示了單離合器自動化手動傳動裝置18的第一實施例。來自B型驅(qū)動裝置32的垂直輸出軸是本發(fā)明傳動裝置的輸入軸32。軸承34支承該軸。齒輪36安裝在輸入軸32的外部。齒輪36與安裝在平行于輸入軸32延伸的副軸40上的齒輪38相嚙合。根據(jù)滑移機構(gòu)42的位置，該齒輪既可以與副軸接合，與之一起旋轉(zhuǎn)，也可以繞副軸空轉(zhuǎn)。在圖2中表示出滑移機構(gòu)的兩個位置44表示接合，46表示脫離接合?；茩C構(gòu)可以以液壓方式、機械方式、電氣方式、或其它合適方法進行操作。
單向離合器48固定在副軸40的下端，而圍繞著該單向離合器的齒輪49與固定在輸出軸52上的齒輪50相嚙合。該單向離合器在一個方向上可以保持扭矩，而在另一個方向上它能空轉(zhuǎn)。
離合器54位于輸出軸的上端和輸入軸的下端之間，用來使二根軸相接合。當離合器脫開時，動力從輸入軸經(jīng)由齒輪36、38傳至副軸40，由此再經(jīng)由單向離合器48通過齒輪50傳至輸出齒輪軸52。這提供了第一檔，用于低速運行或要求有較大扭矩時。當離合器接合時，動力由輸入軸32直接傳遞至輸出軸52。這提供了第二檔，用于船舶巡航之時。齒輪36，38保持嚙合，副軸上的單向離合器48仍然與齒輪52嚙合，在這種情況下，單向離合器48將比輸出軸52旋轉(zhuǎn)得更慢，因此將超行程運行(over run)。
在這種傳動裝置中，根據(jù)其離合器位置的不同，或者是第一檔，或者是第二檔總是處于使用狀態(tài)。這就避免了扭矩中斷的問題。
對于B型驅(qū)動裝置，為了使軸反轉(zhuǎn)，就必須提供機械裝置或其它裝置使單向離合器脫開，例如可使用機械的、液壓的或機電的方方式使副軸和輸出軸脫離接合。在所敘述的實施例中，這一功能是由滑移機構(gòu)42來提供的。在倒退時，齒輪50使單向離合器通過單向離合器驅(qū)動副軸40，但是由于齒輪38被滑移機構(gòu)脫開，副軸只是空轉(zhuǎn)。需要滑移機構(gòu)以防止在倒退時第二檔工作，單向離合器以相反方向旋轉(zhuǎn)，且與軸52互相鎖住，而后者在第二檔中以與單向離合器不同的速度旋轉(zhuǎn)。
配備了在圖3中所示的控制系統(tǒng)以用來控制傳動裝置?？刂葡到y(tǒng)包括一個與各種傳感器相連接的電子控制單元(ECU)60。本系統(tǒng)包括分別測量輸入軸、輸出軸轉(zhuǎn)速的傳感器62和64，提供齒輪位置信息的傳感器68，提供發(fā)動機節(jié)流閥位置信息的傳感器66，以及提供系統(tǒng)中液壓流體溫度信息的傳感器70?；蛘?，這些信息中的一部分可以由共用船舶/發(fā)動機BUS或CAN 100收集。
圖3還顯示了一個包含控制閥的閥體80和一個啟動控制離合器滑動的電子液壓電磁線圈82，下面會更詳細地描述。線圈82的位置也送到ECU 60。圖3還顯示了用于維持系統(tǒng)中液壓控制器的液壓壓力的液壓泵84，但是這個液壓源也可以通過現(xiàn)有的泵-液壓泵或其它別的泵-從外部來提供。該系統(tǒng)還包括用于檢測齒輪嚙合狀態(tài)位置的位置傳感器。
離合器滑移系統(tǒng)也可以用于當要求數(shù)量級僅為幾節(jié)的很低速度的船舶停靠功能，以及其中離合器滑移可以用于消耗掉輸出軸過多的轉(zhuǎn)速，以在仍維持節(jié)流閥速度的情況下使船舶慢慢移動。控制系統(tǒng)通過由送到電子液壓線圈36的電信號對活塞壓力進行控制來控制輸出速度。系統(tǒng)可接收來自諸如按鈕、操縱桿、無線電控制等等的任何合適的輸入裝置的針對各種系統(tǒng)運行模式的電子請求，包括停靠、拖釣作業(yè)和高推進能量(hi-launch energy)。
單向離合器可以是滾子離合器、超越離合器、棘爪離合器、或其它類似離合器。
當傳動裝置用于圖6所示的“α”型船尾驅(qū)動裝置(其中對前進和后退齒輪搭接的選擇是在鄰近推進器的輸出軸下端部分提供的)時就不需要使單向離合器脫離接合的裝置。圖4和圖5給出了這樣的一個傳動裝置18a，其中凡是與傳動裝置18中的元件相同的元件，其附圖標記也相同。唯一重大的差別就是沒有滑移機構(gòu)42.。
該傳動裝置有結(jié)構(gòu)極為緊湊的優(yōu)點，且因為它只要求一個離合器，與包含不止一個離合器的傳動裝置相比較，它的摩擦阻力減小。有利的是，本傳動裝置的默認狀態(tài)為使傳動裝置處在第一檔即低檔，其離合器通常是斷開的，所以如果系統(tǒng)失靈，船主總是有可能將船開回去，盡管速度慢一些。
圖7顯示了船舶傳動裝置的另一種實施例，在這個實例中，顯示的是單離合器自動化的手動傳動裝置100。就像前面敘述的傳動裝置的例子，這個傳動裝置也是作為船內(nèi)/船外船舶驅(qū)動裝置的一部分顯示的。
船舶的輸出軸(未示出)繞著大體水平的軸線旋轉(zhuǎn)，它與支承在軸承103上的傳動裝置的輸入軸102同軸并且?guī)虞斎胼S旋轉(zhuǎn)。該船舶傳動裝置的輸出軸104支承在軸承105上，與輸入軸102平行并且間隔著一個距離。
形成于輸出軸104的輸出末端104a的傘齒輪106和前進傘齒輪和后退傘齒輪108、110分別嚙合，爪型離合器(或類似裝置)在垂直方向上移動以將垂直輸出軸114與后退傘齒輪110或者前進傘齒輪108相嚙合，亦或反之，這取決于所安裝的是右旋還是左旋推進器。
對推進器的船舶方向作前進或后退運動的選擇是在船舶傳動裝置輸出之后由爪形離合器112來執(zhí)行的，因此，船舶傳動裝置的輸入軸和輸出軸始終以相同方向旋轉(zhuǎn)，而傳動裝置100不必應(yīng)付以一個以上的方向旋轉(zhuǎn)的輸入軸或輸出軸。
作為本領(lǐng)域的標準，垂直輸出軸(未示出)的下部可操作地連接至另一對嚙合的傘齒輪，后者將垂直輸出軸114的垂直軸線運動轉(zhuǎn)變?yōu)轵?qū)動推進器的水平軸的大體為水平軸線的運動。
用于第一檔的齒輪120安裝在輸出軸104上，它與齒輪122嚙合，后者接合了一個裝在輸入軸102上的單向離合器。用于第二檔的齒輪124以及關(guān)聯(lián)離合器126毗鄰第一齒輪安裝在輸出軸上，并與位于第一齒輪120相對于輸出軸的輸出端104a的相對側(cè)上。第二齒輪124與毗鄰單向離合器122安裝在輸入軸上的齒輪128互相嚙合。
當離合器未接合時(這是默認狀態(tài)，這樣船舶在離合器有故障時能夠以第一檔速度航行)，輸入軸經(jīng)由第一齒輪120驅(qū)動輸出軸，這可用于船舶?？亢偷退龠\行。齒輪旋轉(zhuǎn)，在第一離合器組件上發(fā)生打滑。離合器126的主要部分隨著輸出軸旋轉(zhuǎn)。
當離合器126接合時，進入第二檔，離合器126和第二齒輪與輸出軸一起旋轉(zhuǎn)。第一齒輪120被迫以與第二齒輪124相同的角速度旋轉(zhuǎn)，離合器122超行程運行(over run)。
與現(xiàn)有的船舶傳動裝置對比，將會明白，要改變齒輪傳動比是相對容易的事情，只要簡單地更換二個齒輪就行了，或者如果第一齒輪傳動比和第二齒輪傳動比都要改變的話，那就更換四個齒輪(盡管第二齒輪傳動速度的傳動比常規(guī)是1∶1)。
另一個優(yōu)點是本驅(qū)動裝置只要求一個離合器來提供兩檔速度，因此其結(jié)構(gòu)更為緊湊。
本傳動裝置包括一個控制系統(tǒng)，它包含電子控制單元130、液壓泵132、以及就前述實施方式所描述的傳感器同樣類型的傳感器。
圖8顯示了和圖7所示相類似的裝置，但不同的是，在這個裝置中，第一齒輪104和第二齒輪126的相對位置在輸入軸和輸出軸上是顛倒了，離合器的位置鄰近輸出軸的輸出端。這樣安排有其好處，它使得整個傳動裝置在頂部較短，它有助于確保傳動裝置能夠清空漂浮平臺(can clear the swim platform)，下面參照圖11將作詳細討論。在圖8中凡是和圖7共有的元件標號也一樣。
雖然本發(fā)明的傳動裝置是圍繞船尾驅(qū)動裝置加以說明的，并且特別適用于船舶應(yīng)用，但是可以理解，它也能用作任何交通工具的傳動系統(tǒng)的一部分，特別適合用于下列場合，即當尺寸和空間特別寶貴時、當降低成本和簡單化是特別重要的優(yōu)點時，正像在船舶船外機構(gòu)中那樣?？梢哉雇撓到y(tǒng)特別適用于為叉車、工業(yè)應(yīng)用等等提供雙速傳動。
另外，雖然本系統(tǒng)被敘述為是包含在一個船內(nèi)/船外船舶推進系統(tǒng)的尾部驅(qū)動單元內(nèi)，但是可以理解，該系統(tǒng)也可以被包含在一個船外系統(tǒng)中，其中由于其尺寸緊湊、重量輕，所以發(fā)動機和傳動裝置系統(tǒng)全部位于艉板的后面。它也可以用于軸驅(qū)動的變型，如位于發(fā)動機和推進器之間的V驅(qū)動、表面驅(qū)動等船舶推進系統(tǒng)。本傳動裝置也能用于驅(qū)動“噴射驅(qū)動”應(yīng)用中的推進器。
本領(lǐng)域技術(shù)人員一定理解，對通過具體實施方式
加以說明的本發(fā)明可以作許多變化和/或修改而不偏離已經(jīng)廣泛描述的本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。因此，從各方面來看，以上具體實施方式
是說明性的而非限制性的。
權(quán)利要求
1.一種雙速傳動裝置，它包括一輸入軸；一副軸，該副軸與輸入軸間隔開；一第一齒輪系，該第一齒輪系將輸入軸連接至副軸；一第二齒輪系，該第二齒輪系將副軸連接至輸出軸并包含一個單向離合器；以及一離合器，該離合器將輸入軸和輸出軸接合，離合器被布置為當輸出軸與輸入軸脫離接合時，動力通過第一和第二齒輪系以及副軸傳遞至輸出軸。
2.如權(quán)利要求1所述的雙速傳動裝置，其特征在于，還包括一爪形離合器，該爪形離合器使副軸脫離接合。
3.如權(quán)利要求1或2所述的雙速傳動裝置，其特征在于，該傳動裝置被布置為當離合器脫離接合時動力從輸入軸通過齒輪系和副軸經(jīng)由單向離合器傳遞到輸出軸以提供第一檔；以及，當離合器接合時動力從輸入軸直接傳遞到輸出軸以提供相對較高的第二檔。
4.如以上任意一項權(quán)利要求所述的雙速傳動裝置，其特征在于，提供了用于使單向離合器脫離接合從而使輸出軸反轉(zhuǎn)的裝置。
5.如以上任意一項權(quán)利要求所述的雙速傳動裝置，其特征在于，還包括一控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)設(shè)置用來控制離合器的滑移。
6.如權(quán)利要求5所述的雙速傳動裝置，其特征在于，還包括用于監(jiān)控輸入軸速度和輸出的推進器速度的裝置；其中，所述控制系統(tǒng)被布置成采用輸出速度作為一個輸入量去控制滑移速度，從而可控制離合器的滑移速度，使離合器可在任一速度和扭矩下滑移。
7.一種用于船舶的雙速傳動裝置系統(tǒng)，它包括一輸入軸；一輸出軸；一第一齒輪系，該第一齒輪系將輸入軸連接至輸出軸，從而以第一檔驅(qū)動輸出軸；一第二齒輪系，該第二齒輪系將輸入軸連接至輸出軸，從而以第二檔驅(qū)動輸出軸；以及一單離合器裝置，該單離合器裝置以不等于1∶1的齒輪傳動比將輸入軸與輸出軸連接。
全文摘要
一種雙速傳動裝置包括一根輸入軸；與輸入軸有一間隔距離的副軸；連接輸入軸至副軸的第一齒輪系；連接副軸至輸出軸的第二齒輪系，該齒輪鏈包括一個單向離合器或類似裝置；以及一個用于接通輸入軸與輸出軸的離合器。傳動裝置被布置成當輸出軸與輸入軸脫離接合時，動力將經(jīng)過第一和第二齒輪系以及副軸傳至輸出軸。當離合器脫離接合時，動力將由輸入軸經(jīng)過齒輪系和副軸經(jīng)過單向離合器傳至輸出軸，這通常提供第一或低速齒輪傳動速度，用于船舶低速航行或者當要求有較大扭矩時。當離合器接合時，動力可以從輸入軸直接傳至輸出軸，提供第二齒輪傳動速度，用于船舶巡航時。此傳動裝置系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)極為緊湊的優(yōu)點，同時由于它只需要一個離合器，與包含不止一個離合器的傳動裝置系統(tǒng)相比較，它的阻力也小。有利地，本傳動裝置的默認情況為單向離合器或類似裝置位于第一或較低檔，離合器通常是接上的，所以當系統(tǒng)失靈時，船主總是有可能將船開回去，盡管速度慢一些。
文檔編號F16H3/091GK1842462SQ200480024716
公開日2006年10月4日 申請日期2004年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月22日
發(fā)明者G·莫布瑞, R·塔巴, S·坦普 申請人:諾蒂泰克控股有限公司