專利名稱：行星變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種行星變速器，更具體地涉及一種具有用于有選擇地直接聯(lián)接輸入 構(gòu)件與輸出構(gòu)件的離心式離合器和單向離合器的行星變速器。
背景技術(shù)：
可切換的行星變速器用于在發(fā)動機怠速時向附屬組件(諸如空調(diào)壓縮機、交流發(fā) 電機、轉(zhuǎn)向助力油泵或任何其他種類的輔助裝置)提供足夠的速度，而不會引起這些組件 在高的發(fā)動機轉(zhuǎn)速下在規(guī)格之外超速運轉(zhuǎn)，這可能造成損壞。這使得即使在減小附屬組件 的尺寸的情況下，也能夠保證車輛電氣系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)或AC系統(tǒng)的操作。在高的發(fā)動機轉(zhuǎn) 速下降低的附件速度導致較低的功率損失，以給出較高的最高性能。本技術(shù)領(lǐng)域的代表是美國專利No. 4827799，其公開了一種用于諸如摩托車和遠程 控制模型車的車輛的無級行星變速器。該變速器包括軸頸安裝在輸入軸的端孔內(nèi)的從動 軸。太陽齒輪剛性地套在從動軸上。行星齒輪承載器可旋轉(zhuǎn)地套在從動軸上并用作功率輸 出構(gòu)件。第一離心式離合器介于齒圈與輸入軸之間，使得當輸入軸的旋轉(zhuǎn)速度提高時，齒圈 與輸入軸同步旋轉(zhuǎn)。在承載器上可旋轉(zhuǎn)地安裝有一組行星齒輪，并且該組行星齒輪與齒圈 和太陽齒輪嚙合。第二離心式離合器包括安裝在承載器上的摩擦瓦、以及剛性地套在從動 軸上的輪緣離合器。單向軸承將從動軸限制成僅沿與輸入軸相同的方向旋轉(zhuǎn)。當輸入軸以 低速旋轉(zhuǎn)時，通過單向軸承的限制作用固定太陽齒輪，使得承載器到輸入軸的旋轉(zhuǎn)速度比 低。當輸入軸以高速旋轉(zhuǎn)時，第二離心式離合器使承載器與從動軸互相接合，使得齒圈與太 陽齒輪沿相同的方向旋轉(zhuǎn)，以獲得承載器到輸入軸的高的旋轉(zhuǎn)速度比。需要的是一種行星變速器，其具有用于有選擇地直接聯(lián)接輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件的 離心式離合器和單向離合器。本發(fā)明滿足該需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要方面是提供一種行星變速器，其具有用于有選擇地直接聯(lián)接輸入構(gòu) 件與輸出構(gòu)件的離心式離合器和單向離合器。本發(fā)明的其他方面將通過本發(fā)明以下的說明和附圖來被指出或變得顯而易見。本發(fā)明包括一種行星變速器，其包括輸入構(gòu)件；輸出構(gòu)件；行星齒輪組件，其機 械地設置在輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件之間；離心式離合器，其機械地設置在輸入構(gòu)件與輸出構(gòu) 件之間；單向離合器，其機械地設置在輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件之間，該單向離合器用于從零旋 轉(zhuǎn)速度直到第一旋轉(zhuǎn)速度直接地聯(lián)接輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件，離心式離合器用于從高于零旋 轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度到超過第一旋轉(zhuǎn)速度的第三旋轉(zhuǎn)速度直接地聯(lián)接輸入構(gòu)件與輸出 構(gòu)件；以及制動器構(gòu)件，其用于有選擇地控制行星齒輪組件的旋轉(zhuǎn)。


并入并形成本說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并且與說明書
3一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖1是變速器的剖視圖。圖2是變速器的后視透視圖。圖3是離心式離合器的前視透視圖。圖4是離心式離合器的正視圖。圖5是根據(jù)圖4的5-5的截面圖。圖6是滾柱離合器的橫截面圖。圖7是滾柱離合器的細節(jié)。圖8是示出根據(jù)發(fā)動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的變速器轉(zhuǎn)矩的圖表。圖9是分解透視圖。圖10是用于變速器的控制系統(tǒng)的示意圖。圖11是變速器與帶式制動器的透視圖。
具體實施例方式圖1是變速器的剖視圖。變速器100是安裝在內(nèi)燃機曲軸的端部上的緊湊單元。變速器100包括輸入構(gòu)件13。輸入構(gòu)件13利用螺栓11連接至發(fā)動機曲軸。慣性 構(gòu)件12連接至輸入構(gòu)件13。輸入構(gòu)件13還包括承載構(gòu)件13a。輸入構(gòu)件、慣性構(gòu)件12和承載構(gòu)件13a連接以 形成輸入組件。承載構(gòu)件13a是輸入構(gòu)件13的一部分。圍繞承載構(gòu)件13a設置有多個行星齒輪14。各行星齒輪14圍繞心軸15旋轉(zhuǎn)。從承載構(gòu)件13a徑向向外設置有齒圈16。各行星齒輪14接合齒圈16與太陽齒輪 17。齒圈16在軸承18上繞承載構(gòu)件13a旋轉(zhuǎn)并在軸承20上在輸出構(gòu)件19上旋轉(zhuǎn)。承載構(gòu)件13a、行星齒輪14、心軸15、和齒圈16構(gòu)成行星齒輪組件。制動器構(gòu)件帶式制動器的帶24接合齒圈16的表面25。帶式制動器可包括本領(lǐng)域 已知的帶式制動器。例如，在美國專利No. 4，881，453中公開了帶式制動器，該美國專利在 此以參考的方式全文并入。太陽齒輪17設置在輸出構(gòu)件19上。輸出構(gòu)件19包括皮帶支承面21。皮帶支承面可具有任何需要的輪廓，包括如所示 的多肋輪廓。在輸入構(gòu)件13與輸出構(gòu)件19之間直接設置有單向離合器22。該布置沒有如現(xiàn)有 技術(shù)教導地那樣將承載器13a與曲軸(CRK)分離。離心式離合器40壓配合到輸入構(gòu)件13上。摩擦輪緣41接合輸出構(gòu)件19的內(nèi)表 面 191。部分27和28防止碎屑進入變速器，并且還提供結(jié)構(gòu)支撐。本發(fā)明的變速器具有兩種運行模式。第一種是當帶式制動器沒有接合時。第二種 是當帶式制動器接合時。第一運行模式在第一運行模式中，曲軸(未示出)使輸入構(gòu)件13旋轉(zhuǎn)，并因此使承載構(gòu)件13a旋轉(zhuǎn)。慣性構(gòu)件12從動于輸入構(gòu)件13并不再進一步描述。由于離心式離合器40沒有接合并且?guī)街苿悠鳑]有接合，所以齒圈16自由旋轉(zhuǎn)。在該模式下，單向離合器22接合，因此使輸出構(gòu)件19與輸入構(gòu)件13 —致地并且 以相同的速度旋轉(zhuǎn)。在用于發(fā)動機加速直到大約4300RPM的該模式中，輸出構(gòu)件由單向離合器22驅(qū) 動。對于超過大約4300RPM的速度，離心式離合器與輸出構(gòu)件19接合，并且單向離合器由 于滾柱(見圖7)上的向心效應而脫離。在第一運行模式中，轉(zhuǎn)矩流從輸入構(gòu)件13、(并且對于低于 4300RPM的速度)直 接通過單向離合器22然后通過輸出構(gòu)件19到皮帶(未示出)，(而對于高于 4300RPM的 速度)直接通過離心式離合器40然后通過輸出構(gòu)件19到皮帶。第二運行模式在第二運行模式中，帶式制動器24接合。這防止齒圈16旋轉(zhuǎn)。當齒圈16鎖定 時，承載構(gòu)件13a的旋轉(zhuǎn)使各行星齒輪14圍繞各自相應的心軸15旋轉(zhuǎn)。各行星齒輪14的 旋轉(zhuǎn)使得以與輸入構(gòu)件13相同的旋轉(zhuǎn)方向、但在具有大約2 1比率的較高速度下驅(qū)動 太陽齒輪17。由于以比輸入構(gòu)件13高的速度驅(qū)動太陽齒輪17和輸出構(gòu)件19，所以超越 (override)單向離合器22并且該單向離合器22脫離。在第二運行模式中，轉(zhuǎn)矩流從輸入構(gòu)件13 (并因此通過承載構(gòu)件13a)通過行星齒 輪14、通過太陽齒輪17到輸出承載器19。由于單向離合器22和離心式離合器40脫離，所 以不通過單向離合器22或離心式離合器40傳遞轉(zhuǎn)矩。圖2是變速器的后視透視圖。離心式離合器40設置在輸入構(gòu)件13與輸出構(gòu)件19 之間。圖3是離心式離合器的前視透視圖。離合器40包括可拉伸的摩擦環(huán)41和內(nèi)環(huán) 42。在摩擦環(huán)41與內(nèi)環(huán)42之間設置有配重43和摩擦元件44。內(nèi)環(huán)42包括用于定位、引 導和保持配重43和元件44的引導件420。摩擦環(huán)41包括可拉伸的彈性體材料。例如，合適的材料可包括EPDM橡膠，其在大 約2%至大約4%的伸長率時具有大約30N至50N的拉伸模量，并具有大約1. 5至大約3. 0 的摩擦系數(shù)(COF)。該材料將具有大約_45°C至大約160°C的溫度性能范圍。另一合適的材料包括高溫HNBR。除提供EPDM的給定的模量和COF之外，HNBR還 提供耐油性并具有大約_25°C至大約+160°C的溫度范圍。高溫聚氨酯是第三種可用材料。聚氨酯在提供與HNBR相當?shù)牧己玫哪陀托院湍?熱性的同時，其COF范圍為大約2. 0至大約3. 0。圖4是離心式離合器的正視圖。元件44的側(cè)面441和442包括與半徑R的角偏 差。配重43的側(cè)面431和432包括與半徑R的角度關(guān)系α。側(cè)面442滑動地接合側(cè)面 431。側(cè)面441滑動地接合側(cè)面432。側(cè)面431、432、441、442的角度關(guān)系確保在配重43和元件44隨離合器40旋轉(zhuǎn)而 徑向向外運動時，配重43與元件44保持接觸。內(nèi)環(huán)42包括徑向突出構(gòu)件420。構(gòu)件421保持配重43與元件44處于正確的關(guān) 系，使得轉(zhuǎn)矩可從內(nèi)環(huán)42傳遞至構(gòu)件421、并通過元件44傳遞至摩擦環(huán)41和從摩擦環(huán)41 傳遞至輸出構(gòu)件19。
作為示例而非限制，各配重43重大約17克，而各元件44重大約7克。圖5是來自圖4的截面5-5。引導件420從內(nèi)環(huán)42徑向地突出。各配重43和元 件44通過凹槽433 (用于配重43)和凹槽443 (用于元件44)與引導件420接合。在操作中，由配重43和元件44各自的質(zhì)量產(chǎn)生的離心力迫使配重43和元件44 各自抵靠著摩擦環(huán)41徑向向外運動。當旋轉(zhuǎn)速度提高時，由配重和元件各自施加的力也增 加。這增加由摩擦環(huán)41施加在輸出構(gòu)件19的內(nèi)表面191上的法向力。摩擦力為法向力與 摩擦系數(shù)的乘積。圖6是滾柱(單向)離合器的剖視圖。離合器22包括內(nèi)座圈220、外座圈221、軸 承230和軸承231。軸承230和231為滾珠軸承。內(nèi)座圈220壓配合在輸入構(gòu)件13上。圖7是滾柱離合器的細節(jié)。離合器22包括外座圈221。外座圈221包括朝內(nèi)座 圈220徑向延伸但不接觸內(nèi)座圈220的柄腳224。還包括傾斜面225。滾柱222設置在傾 斜面225與內(nèi)座圈220之間。彈簧構(gòu)件223以預定的力壓在滾柱222上。傾斜面225在滾柱222接觸內(nèi)座圈的點處與相對于內(nèi)座圈的切線具有微小的發(fā)散 角間距。這具有在傾斜面225和內(nèi)座圈的切線之間建立銳角的效果。在操作中，傾斜面225與內(nèi)座圈220的會聚性質(zhì)使?jié)L柱222鎖定或“俘獲”在傾斜 面225與內(nèi)座圈220之間，使得內(nèi)座圈220和外座圈221以鎖定的方式旋轉(zhuǎn)。當內(nèi)座圈沿 相反的方向旋轉(zhuǎn)時，或者當外座圈比內(nèi)座圈旋轉(zhuǎn)得快時，傾斜面225與內(nèi)座圈的發(fā)散性質(zhì) 使?jié)L柱222脫離，從而防止在內(nèi)座圈與外座圈之間傳遞轉(zhuǎn)矩。圖7是表示在單向離合器22 中多個這樣的部件的細節(jié)。單向離合器的最大轉(zhuǎn)矩為大約200N。各滾柱的位置根據(jù)其離心力而定。F = mv2/r N其中F為離心力m是以kg為單位的滾柱的質(zhì)量ν是以米/秒為單位的切向速度r是以米為單位的半徑N為牛頓在預定的速度下，基于各滾柱的質(zhì)量、離合器的旋轉(zhuǎn)速度、和彈簧223的彈簧剛 度，各滾柱開始沿傾斜面徑向向外運動。這最終使各滾柱脫離內(nèi)座圈，從而使內(nèi)座圈脫離外 座圈。這完全停止內(nèi)座圈與外座圈之間的轉(zhuǎn)矩傳遞。圖8是示出根據(jù)發(fā)動機每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的變速器轉(zhuǎn)矩的圖表。該圖表示出如對于圖7 所描述地，在大約4300RPM下，單向滾柱離合器22開始脫離。同時地，離心式離合器40開 始接合。在大約6000RPM下，各滾柱222完全脫離，從而使單向離合器22脫離。同時，離心 式離合器40在摩擦環(huán)41與內(nèi)表面191之間形成較大量的摩擦力。結(jié)果，離心式離合器能 夠逐漸地增大從輸入構(gòu)件13通過離合器40傳遞至輸出構(gòu)件19的轉(zhuǎn)矩的量。圖9是分解透視圖。圖10是用于變速器的控制系統(tǒng)的示意圖。真空致動器201連接至車輛真空系統(tǒng) 210。真空致動器還連接至本領(lǐng)域已知的E3控制器300。E3控制器300連接至車輛電池 301。
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速度傳感器302向E3控制器提供發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號?？蔀镋3控制器編程，以基于 預定的發(fā)動機轉(zhuǎn)速致動真空致動器201。例如，在發(fā)動機怠速時，帶式制動器為“0N”，因此 真空致動器為“ON”并且?guī)?4與表面25接合。這停止齒圈16的旋轉(zhuǎn)。這使輸出構(gòu)件19 以比輸入構(gòu)件13的速度高的速度旋轉(zhuǎn)。這繼而使得在發(fā)動機怠速時以合適的速度驅(qū)動附 件。發(fā)動機怠速通常為 700RPM至900RPM。傳動比通常在大約2 1的范圍內(nèi)。在高于 200RPM的速度處，真空致動器為“OFF”，允許齒圈16旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機轉(zhuǎn)速 信號來自速度傳感器302。齒圈16的旋轉(zhuǎn)使輸出構(gòu)件19以與輸入構(gòu)件13相同的速度旋 轉(zhuǎn)。然而，由于輸出構(gòu)件19較小的半徑，所以以通常較低的速度驅(qū)動附件，從而減少通常使 附件以較高的發(fā)動機轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)所需的功率量。輸出構(gòu)件19的直徑通常為 90mm。通過比 較，曲軸皮帶輪通常的直徑在大約150mm至175mm的范圍內(nèi)。圖11是變速器與帶式制動器的透視圖。帶式制動器200的帶200接合齒圈16的 表面25。帶包括摩擦材料24a。帶式制動器200由真空致動器201操作。真空致動器201通過連桿202連接至帶 24。連桿202由導引構(gòu)件203引導。導引構(gòu)件203限制連桿202，使得連桿202沿其主軸 A-A在大致線性方向上運動。帶24在第一樞軸點204處連接至基部206。帶24在連桿202 的端部連接到第二樞軸點205。連桿202的線性運動使第二樞軸點205緊密地接合表面25。在沒有導引構(gòu)件203 的情況下，在操作期間可由表面25徑向向外推第二樞軸點205，這繼而可降低帶式制動器 的效率。帶式制動器200的基部206利用螺栓207安裝至諸如發(fā)動機的安裝面。真空致動器201連接至車輛真空系統(tǒng)并基于發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制該真空致動器201。盡管在此已描述了本發(fā)明的形式，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯的是，在不偏離 本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在部件的結(jié)構(gòu)和關(guān)系以及方法中作出變化。
權(quán)利要求
一種行星變速器，包括輸入構(gòu)件；輸出構(gòu)件；行星齒輪組件，其機械地設置在所述輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件之間；離心式離合器，其機械地設置在所述輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件之間；單向離合器，其機械地設置在所述輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件之間；所述單向離合器用于從零旋轉(zhuǎn)速度直到第一旋轉(zhuǎn)速度直接地聯(lián)接所述輸入構(gòu)件與所述輸出構(gòu)件；所述離心式離合器用于從高于零旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度到超過所述第一旋轉(zhuǎn)速度的第三旋轉(zhuǎn)速度直接地聯(lián)接所述輸入構(gòu)件與所述輸出構(gòu)件；以及制動器構(gòu)件，其用于有選擇地控制所述行星齒輪組件的旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星變速器，還包括設置在所述輸出構(gòu)件上的太陽齒輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星變速器，其中，所述行星齒輪組件包括齒圈，所述齒圈可 由所述制動器構(gòu)件停止。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星變速器，其中，所述離心式離合器包括 第一質(zhì)量塊和第二質(zhì)量塊，各質(zhì)量塊可從旋轉(zhuǎn)軸線徑向向外運動； 摩擦構(gòu)件，其包括可拉伸的材料并具有環(huán)形形狀；以及當所述 離心式離合器旋轉(zhuǎn)時，所述第一質(zhì)量塊和所述第二質(zhì)量塊徑向向外推壓所述摩 擦構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星變速器，還包括固定地連接至所述輸入構(gòu)件的慣性構(gòu)件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的行星變速器，其中，所述制動器構(gòu)件包括帶式制動器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的行星變速器，其中，所述帶式制動器是真空致動的。
全文摘要
一種行星變速器(100)，包括輸入構(gòu)件(13)；輸出構(gòu)件(19)；行星齒輪組件(13、14、15、16、17)，其機械地設置在輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件之間；離心式離合器(40)，其機械地設置在輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件之間；單向離合器(22)，其機械地設置在輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件之間，該單向離合器用于從零旋轉(zhuǎn)速度直到第一旋轉(zhuǎn)速度直接地聯(lián)接輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件，離心式離合器用于從高于零旋轉(zhuǎn)速度的第二旋轉(zhuǎn)速度到超過第一旋轉(zhuǎn)速度的第三旋轉(zhuǎn)速度直接地聯(lián)接輸入構(gòu)件與輸出構(gòu)件；以及制動器構(gòu)件，其用于有選擇地控制行星齒輪組件的旋轉(zhuǎn)。
文檔編號F16H3/54GK101960173SQ200980106898
公開日2011年1月26日 申請日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者A·塞科, C·約蒂, P·沃德 申請人:蓋茨公司