扭矩限制系统的制作方法
【专利说明】扭矩限制系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请涉及并要求2013年9月20日提交的标题为“Limited Slip Differentialwith Tolerance Rings/Circumferential Clutches(具有公差环和圆周离合器的限滑差速器)”的先前临时申请序列号61/880，178的优先权，涉及并要求2013年11月22日提交的标题为“Limited Slip Differential with Tolerance Rings” 的先前临时申请序列号61/907，386的优先权，并且涉及并要求2014年I月14日提交的标题为“Mechanical LockingSystem for Tolerance Rings(用于公差环的机械锁定系统)”的先前临时申请序列号61/927，111的优先权，所述申请的内容以引用方式并入本文并且不应被认为由于在此交叉引用部分中提及而构成相对于本发明的现有技术。
[0003]发明背景
[0004]1.发明领域
[0005]本发明涉及扭矩限制系统技术、扭矩-滑移和扭矩限制装置以及它们到动力传输组件的应用。此类扭矩限制装置可以保护机械设备免受机械过载损坏并且可以在各种组件中用作扭矩传递和限制装置。
[0006]2.现有技术的描述
[0007]本领域中已知的公差环是能够在匹配的圆柱形部件之间提供扭矩转移、轴向保持和径向负载的装置。当公差环被压缩地装配在所述匹配的圆柱形部件之间时，每个波纹提供引起摩擦力的弹簧力。公差环的摩擦容量是所有波纹的合力以及与匹配部件的摩擦系数。
[0008]公差环具有许多优点，诸如廉价、轻质、简单、耐用并且允许快速装置组装，然而，当期望大范围的匹配部件材料类型和摩擦容量时，所述公差环在其功能上受到限制。
[0009]本领域中已知的是，差速器是能够将旋转能量从单个动力输入源传递到两个动力输出轴或轮轴的装置。在陆地车辆的实例中，在转向时需要外侧轮比内侧轮转向得更远且更快的情况下，可允许差速(differentiat1n)。然而，为了控制轮子之间“不合期望的”滑移或差速，如当一个车轮遭遇低牵引力条件(诸如泥、雪或冰)时可能出现的，期望的是机动车辆差速组件能够包括用于限制“不合期望的”差速的一些设置。
[0010]本领域中已知的许多限滑差速器利用粘度、锁定装置、扭矩感测齿轮系统、摩擦离合器板或锥体、或用于限制差速的其他装置，并且是昂贵的、复杂的、笨重的，并且可能表现出高摩擦负载。
[0011]发明目的和特征
[0012]更具体地，本发明可涉及用于陆地车辆的工业扭矩限制器和限滑差速器，所述扭矩限制器和限滑差速器提供用于控制差速的摩擦扭矩。本发明的主要目的和特征是提供一种克服上述问题的系统。
[0013]本发明的另一个目的和特征是提供这样一种系统:所述系统允许两个被驱动轮轴或两个输出轴之间的独立旋转，其方式是采用公差环作为提供固定的、可变的、可调节的和主动的扭矩限制组件的简单、耐用且具有成本效益的装置，所述扭矩限制组件在差速器内部提供预先确定量的扭矩，所述扭矩限制组件阻止输出轴的相对运动以便在一个输出轴或驱动轮上的牵引力削弱的情况下合乎期望地分配扭矩。
[0014]本发明的另一个目的和特征是提供具有限滑差速器的通用型简单耐用廉价的系统:
[0015]所述系统允许两个被驱动轮轴或输出轴之间的独立旋转，其方式是采用公差环来限制超过预先确定阈值的扭矩传输；
[0016]所述系统允许两个被驱动轮轴或两个输出轴之间的独立旋转，其方式是采用公差环来提供通过对输入能量的角加速的反应(react1n)而改变的摩擦扭矩-滑移值的范围；
[0017]所述系统允许两个被驱动轮轴或两个输出轴之间的独立旋转，其方式是采用公差环来改善用于扭矩感测和其他类型的限滑差速器的现有功能；
[0018]所述系统允许两个被驱动轮轴或两个输出轴之间的独立旋转，其方式是采用公差环作为增加汽车和工业动力传动系统中扭矩限制器和限滑差速器的通用性和功能的简单、耐用且具有成本效益的装置；
[0019]所述系统允许两个被驱动轮轴或两个输出轴之间的独立旋转，同时对动力源施加最小的摩擦负载；
[0020]所述系统以提供长使用寿命的方式允许两个被驱动轮轴或两个输出轴之间的独立旋转；
[0021]所述系统允许两个被驱动轮轴或两个输出轴之间的独立旋转，其方式是允许随着一个或多个参数的变化来调节扭矩极限。
[0022]所述系统采用在其材料的弹性范围内持久地且一致地起作用的公差环；
[0023]所述系统具有轴向沟槽的构型，所述轴向沟槽可以提供增大或减小的摩擦扭矩；或者
[0024]所述系统采用公差环具有固定的、可变的、可调节的且主动的扭矩-滑移值并且可以在连续的扭矩-滑移工作条件下持久地起作用。
[0025]本发明的另一个目的和特征是提供一种具有轴向沟槽的系统，所述轴向沟槽提供能够将所述波纹保持在所述沟槽中的机械力，并且防止所述公差环波纹抵靠周向部件旋转。
[0026]值得注意的是，所述沟槽可允许所述公差环在更宽且先前不可用的固定和可变扭矩-滑移值范围内可靠地起作用，因为不需要弹簧力和摩擦力来防止所述公差环的破坏性旋转。
[0027 ]参考以下描述，本发明的其他目的和特征将变得明显。
[0028]附图简述
[0029]本文描述的附图仅用于本教导内容的所选择方面而非所有可能的实现方式的说明性目的，并且不旨在限制本教导内容的范围。还应理解的是，为清楚起见，所有附图可能有所扩大。
[0030]图1以分解透视图的形式示出与现有技术组件相关的外波纹公差环。
[0031]图2以分解透视图的形式示出与现有技术组件相关的内波纹公差环。
[0032]图3以分解透视图的形式示出与本发明相关的外波纹公差环。
[0033]图4以分解透视图的形式示出与本发明相关的内波纹公差环。
[0034]图5示出固定值扭矩限制器的外波纹公差环的一个波纹的部分截面示意图。
[0035]图6示出与固定值扭矩限制器的性能包络线相关的图形。
[0036]图7示出与固定值扭矩限制器的安装扭矩值和工作扭矩值相关的图形。
[0037]图8示出通过对角加速度(angular accelerat 1n)扭矩限制组件反应(react1n)而产生的完整变量值的环形部分截面图。
[0038]图9示出通过对角加速度扭矩限制器反应而产生的变量值的放大环形部分截面图，其中不具有公差环。
[0039]图10示出通过对角加速度扭矩限制器反应而产生的变量值的外部圆柱形部件的透视图，其中不具有公差环和内部圆柱形部件。
[0040]图11示出通过对角加速度扭矩限制器反应而产生的变量的外波纹公差环的一个波纹的部分截面示意图。
[0041]图12示出与通过对角加速度扭矩限制器反应而产生的变量的性能包络线相关的图形。
[0042]图13示出与通过对角加速度扭矩限制器反应而产生的变量的安装扭矩值和工作扭矩值相关的图形。
[0043]图14示出通过轴向移动扭矩限制器实现的变量的部分轴向截面图。
[0044]图15示出通过轴向移动扭矩限制器实现的变量的环形部分轴向截面图。
[0045]图16示出通过轴向移动扭矩限制器实现的变量的部分轴向截面图。
[0046]图17示出通过对角加速度扭矩限制器反应而产生的双向变量的外波纹公差环的一个波纹的部分截面示意图。
[0047]图18示出与通过对角加速度扭矩限制器反应而产生的双向变量的性能包络线相关的图形。
[0048]图19示出与通过对角加速度扭矩限制器反应而产生的双向变量的安装扭矩值和工作扭矩值相关的图形。
[0049]图20示出完整的周向可调节值角扭矩限制器的完整环形部分横截面图。
[0050]图21示出周向可调节值扭矩限制器的驱动环的环形部分横截面图。
[0051]图22示出周向可调节值扭矩限制器的驱动环的轴向部分横截面图。
[0052]图23示出通过扭矩限制器实现的周向可调节值的外壳环的环形部分横截面图。
[0053]图24示出周向可调节值扭矩限制器的外壳环的轴向部分横截面图。
[0054]图25示出锥形套管扭矩限制器的环形部分截面图。
[0055]图26示出锥形套管扭矩限制器的外壳的正交视图。
[0056]图27示出锥形套管扭矩限制器的外壳的轴向部分截面图。
[0057]图28示出主动可变的扭矩限制器的截面图。
[0058]图29示出主动可变的扭矩限制器的正交视图。
[0059]图30示出主动可变的扭矩限制器的截面图。
[0060]图31示出主动可变的扭矩限制器的功能的框图。
[0061]图32示出与公差环高度、压缩值、环刚度以及对磨损的敏感度之间的关系有关的图形。
[0062]图33示出与公差环高度、压缩值、环刚度以及对磨损的敏感度之间的关系有关的图形。
[0063]图34示出与公差环高度、压缩值、环刚度以及对磨损的敏感度之间的关系有关的图形。
[0064]图35示出限滑差速器的环形部分截面图，所述限滑差速器具有通过对角加速度内部摩擦装置反应而产生的变量。
【具体实施方式】
[0065]提供以下描述以使得本领域的任何技术人员都能够制造并使用本发明，并且以下描述阐明了发明人所设想的实施其发明的最佳模式。然而，各种修改对本领域的技术人员来说是显而易见的，因为本发明的一般原理已在本文中明确定义以便提供扭矩限制系统。
[0066]此处，描述了使用公差环的扭矩限制器的新型创造性组合，可用作工业扭矩限制器并且可应用于开放式差速器以便限制差速。
[0067]存在两种基本类型的自动差速器，即标准或“开放式”差速器和限滑型差速器。这两种差速器在本领域中是众所周知的并且它们具有发展了多年的益处。这两种差速器在其功能方面是非常简单的。第一种是将动力从单个动力源传输到两个被驱动轮轴或输出轴。第二种是允许独立旋转、或两个被驱动轮轴或输出轴之间的差速。所述差速例如在陆地车辆转弯并且外侧轮必须比内侧轮行进更多且转弯更快时发生。
[0068]“开放式”差速器在大多数情况下工作很好。然而，如当一个轮子处于泥或冰上时，被驱动车轮之间牵引力的差别可能导致那个被驱动车轮打滑，不提供牵引力。这是因为“开放式”差速器提供几乎无限的差速，并且能够将大部分输出动力传送到具有最小牵引力的轮子，影响车辆的移动。
[0069]限滑差速器在本领域中是众所周知的并且可能是相对大型的、笨重的、昂贵的且复杂的。然而，就其功能来说它们仍然是非常简单的。它们通过各种装置限制差速以便在牵引力削弱的情况下提供原动力。就安全和性能两者而言，它们在所有类型的车辆中都是合乎期望的选择，但是它们的费用阻碍了它们成为标准特征。
[0070]许多现有的工业扭矩限制器是复杂的、大型的、笨重的且昂贵的。公差环在本领域中是已知的并且提供简单、廉价的扭矩传递和限制。所述公差环具有两个面，即波纹面和平滑面，并且可以由(但不限于)弹性金属或塑料制成，所述弹性金属或塑料具有分裂的或分段的环形构型(有着变化的直径)、具有多个周向布置的呈单行或多行形式的外部或内部波纹(有着一致的或变化的高度和间距)并且具有一对平滑的周向侧缘。使用公差环的扭矩限制组件限制了能够在组件的各部分之间传输的最大扭矩量。当公差环压缩地位于例如轴与孔之间的环形空间中时，波纹受到压缩。每个波纹充当弹簧并且抵靠轴和孔的表面施加一个径向力，从而提供预先确定量的摩擦扭矩。优选地，压缩值与摩擦力之间存在线性关系，所述线性关系确定扭矩值。外壳或轴的旋转将传递所述轴或外壳中另一个的类似旋转。如果施加所述旋转力以使得输入扭矩高于预先确定的阈值，那么一个将相对于另一个旋转，即，它们将滑移。
[0071]当这种滑移发生时，所述波纹面将在平滑面之前滑移，因为波纹面的至少一个压力区域小于平滑面的压力区域。当这种事件在工作条件下重复时，可以理解，波纹可能导致其本身或其所接触的部件的磨损或损坏。平滑面的滑移一般不会导致磨损。当前实践包括以下安装:其中接收波纹的材料足够软以允许波纹缩进并夹紧材料，然而，可以看出，这对于所有条件或长期性能来说并不是优选的解决方案。
[0072]前