专利名称：超越即停的空间楔合式摩擦起动装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种原动机的起动装置，例如发电机组、大型(鼓)风机机组和飞机发动机等可自驱动的原动机的起动装置，还涉及需要获取超越转动信息的其它装置， 特别涉及一种机动车辆使用的、可在原动机自驱动后立即断开起动机的能量来源的起动装置。
背景技术：
一般地，现有技术基本上都是以电测量方式来感知原动机转速并与一个既定阈值相比较来判定原动机是否自驱动，从而达成较及时地结束起动过程的技术效果的。 而为了在原动机获得自驱动能力的瞬间就同步地结束起动过程，本申请人在专利文献 CN101255841A中公开了一种完全不同的技术方案，S卩，超越即停的技术方案。其直接以起动装置中的超越离合器是否超越转动作为原动机是否自驱动的判定标准，从而首先实现了在原动机自驱动的一瞬间，也就是超越离合器开始超越转动的一瞬间即同时停止起动驱动的目标。该技术方案通用于所有需要借助起动装置的帮助才能开始自驱动的原动机，其相对任何一种原动机中的任何一个个体，无论该个体的工作环境和运行状况如何地不同，均可做到次次起动次次超越即停，而无需知道其最低的稳定转速，更无需针对该特定的原动机设定任何特定的转速判定阈值。特别是，对于其中使用压合式牙嵌超越离合器的技术方案，其仅仅借助一个普通的单向开关装置便可直观地感知到超越转动所带来的几何移动信息，并即刻断开起动装置的能量来源，不仅效果和可靠性相较电测量技术显著为优，而且方法和总体结构更简单，成本更低廉。然而，上述文献CN101255841A中的技术方案仍有不足。一是对于具有非轴向分离型超越离合器的起动装置，其超越即停功能需要借助电测量技术，需要对两个实测转速进行简单比较以得出超越与否的结论；二是对于不使用电测量技术的最优技术方案，其所对应的压合式牙嵌超越离合器不能无级接合且接合有冲击，分离转矩较大，轴向尺寸较大且构件较多。
发明内容
本发明致力于设计基于全新技术原理的装置，以避免上述缺点。本发明要解决的技术问题是提供一种完全不依赖于电测量技术，超越即停的空间楔合式摩擦起动装置。为解决上述技术问题，本发明之超越即停的空间楔合式摩擦起动装置包括，产生起动转矩的起动机；将起动机单向驱动地连接至小齿轮的空间楔合式摩擦超越离合器；具有超越信息传感机构的起动控制装置，用以感知超越离合器是否超越转动，并在超越离合器超越转动时，断开起动机的能量供给以停止其工作转动。上述空间楔合式摩擦超越离合器包括，绕一轴线回转且可轴向接合的至少一个牵引摩擦机构，其具有绕上述轴线回转并均设置有摩擦面的中介件和摩擦件，以在该两构件间传递摩擦转矩；为该牵引摩擦机构提供接合力并绕上述轴线回转的至少一个转动导向机构，其具有绕上述轴线回转并均设置有相应导向面的导向件和中介件；当导向件和摩擦件被中介件可驱动地连接成一个摩擦体时，导向件与中介件双方的导向面之间的相互抵触部位的升角λ，大于零且小于等于ξ，g卩，0 < λ彡ξ，其中，ξ是能够令形成于该抵触部位的导向摩擦副自锁的升角λ的最大值。为封闭轴向力，超越离合器中设置有两个绕上述轴线回转的摩擦机构，其中一个是上述牵引摩擦机构，其中另一个是与导向件和摩擦件至少不可旋转地分别结合在一起的传力摩擦机构，或者再一个上述牵弓I摩擦机构。 改进地，超越离合器还包括有至少一个限力元件，其可与导向件、中介件和摩擦件中的至多一个，以至少不可旋转的方式连接成力封闭式组合构件，以建立相互之间的轴向力封闭式抵触连接。优选地，导向件、中介件、摩擦件或限力元件是袋形构件，以建立相互之间的轴向力封闭式抵触连接，其设置有绕上述轴线回转的内周面，以及位于该内周面上的大致半周的周向凹槽和由上述袋形构件的外周面连通至该周向凹槽的入口。优选地，在超越离合器超越转动时，上述超越信息传感机构利用摩擦件相对导向件或中介件的连续转动来感知超越信息，或者，利用中介件相对导向件的有限的周向转动来感知超越信息，并以几何位移方式传递该信息。进一步地，上述超越信息传感机构包括，可转动地设置在摩擦件外周面上的传感环，其与袋形构件之间设置有单向转动导向机构；持续地为该机构提供轴向弹性接合力的弹性元件；以及一组至少包括一个的相互啮合的行星齿轮，其通过连接至上述袋形构件的行星轴可转动地设置在上述入口中，以分别持续地啮合至传感环，以及中介件、导向件或摩擦件。或者，上述超越信息传感机构是一个销槽式嵌合机构，其具有至少一个凸起和可对应地收纳该凸起的凹槽，二者分别设置在传感环上，以及导向件和中介件中不与传感环相连接的那个构件上，该传感环不可旋转但可轴向滑动地至少间接连接至导向件或中介件；同时，该凸起仅在超越状态中可以收纳至上述凹槽，且此时的中介件处于不能将导向件和摩擦件可驱动地连接成一个摩擦体的周向位置上；另外，超越离合器的转动导向机构的周向自由度应大于零。最佳地，起动控制装置还包括控制起动机能量供给的供能开关，而连接该供能开关的触头，则被设置在上述传感环响应于超越离合器的超越转动的轴向移动路径上。需要特别说明的是，本申请文件中的相关概念或名词的含义如下转动导向机构将圆周相对转动转换为至少包括轴向相对移动或移动趋势的导向机构。包括螺旋升角严格一致和不严格一致的滑动/滚动式螺旋或部分螺旋机构、径向销槽机构、端面楔形机构、端面嵌合机构、端面棘轮机构及圆柱/端面凸轮机构等仅可得到轴
5向移动的整体式导向机构，也包括还可同时得到径向移动的且具有诸如钢球、圆台形/截锥型滚柱、斜撑子之类离散构件的离散式导向机构。空间楔形机构由转动导向机构和牵引摩擦机构组成的机构。入楔也称楔合，与解楔/去楔相反，就是中介件90将导向件50与摩擦件70可驱动地连接/结合成一个摩擦体的工作过程和状态。ζ和ξ 空间楔形机构的重要极限角，如图1、3所示的中介件90，一方面，通过其摩擦面例如104与摩擦件70的牵引摩擦面72至少轴向抵触，以形成抵触部位的法向压力的合力W不垂直于回转轴线X的回转型牵引摩擦机构Fl的至少包括一个的一组牵引摩擦副；另一方面，通过其摩擦面或朝向同一圆周方向的导向面94，与导向件50的相应导向面 54至少轴向抵触，以形成抵触部位的法向压力的合力N不垂直于回转轴线X的转动导向机构G的至少包括一个的一组导向摩擦副；该抵触部位的公切线与垂至于回转轴线X的平面的夹角的平均值，称为该抵触部位的升角λ ；再一方面，通过其它表面还可作用有诸如用于弹性预紧的其它作用力，参见图1、4;在转动导向机构G的转动导向工况中，也就是导向件50致使中介件90沿箭头P所指方向以大于等于零的速度相对摩擦件70转动的工况中， 能够确保导向摩擦副自锁的双方表面抵触部位的最小升角被定义为ζ，最大升角则被定义为ξ。而该两个极限角则完全界定了中介件90相对导向件50向前转动、静止不动和向后转动的一切可能的运动形式。具体含义如下1、当ξ < λ <90度时，导向摩擦副和牵引摩擦副均不能自锁，通过导向摩擦副的法向压力N，或者其分力Q和Τ，导向件50可致使中介件90相对其向前亦即箭头P所指方向滑转/挤出。因此，导向件50与摩擦件70不能被中介件90楔合成一个摩擦体。只是因为压力N源自非弹性力或受构件结构所限，才致使中介件90仅被导向件50推动着相对摩擦件70摩擦滑转而未被实际挤出。2、当ζ < λ彡ξ且λ >0时，导向摩擦副处于恒定的自锁状态，牵引摩擦副处于不可自锁的一般静摩擦状态。此时，中介件90可以将导向件50与摩擦件70楔合成一个摩擦体，但在摩擦件70相对导向件50过载时，牵引摩擦副仍可由静摩擦状态正常地转入滑动摩擦状态而导向摩擦副仍可稳定自锁。对应地，空间楔形机构处于半楔合状态，超越离合器处于非完全接合状态。3、当0< λ彡ζ (针对ζ >0的情况)时，牵引摩擦副处于恒定的自锁状态，导向摩擦副处于一般静摩擦状态。相应地，在摩擦件70相对导向件50过载时，中介件90将具有突破导向摩擦副的最大静摩擦状态/阻力而相对导向件50滑转爬升的趋势，但由于该爬升趋势被楔形机构的轴向力封闭结构刚性阻止(除非压力N源自弹性力)，因此，导向摩擦副被强制性地维持在等同于自锁的一般静摩擦状态。即，中介件90、导向件50与摩擦件 70三者被强制楔合/结合成一个转动整体，即使过载至毁损也不相互滑转爬升。空间楔形机构因而处于类似斜撑式超越离合器的绝对自锁/楔合状态。由常识可知，λ等于ζ的情况，只存在于理论上而不存在于现实中。也就是说，因不能同时自锁而必然始终存在着一组不自锁的可滑转摩擦副，空间楔形机构传递转矩的物理本质只能是摩擦，而不是现有技术认定的摩擦自锁。但极限角ζ未被现有技术理论所认识，也不能由作为特例的平面楔形机构的运动关系启示、想象或揭示出来，更不能由其结构推导出来。因此，不知道极限角ζ的存在及物理含义的现有技术便无法透彻地认识极限角I亦即楔角的真实物理含义，包括摩擦滑转的正常性，更不可能发现、揭示和证实空间楔合的物理本质，并进而得出本申请的基于空间楔形机构的技术方案。显然，上述升角λ就是空间楔形机构的楔角，也称楔合角/挤住角，并仅在0 < λ ^ ξ时，空间楔形机构方可楔合，超越离合器方可接合。另外，原动机/动力机、起动机、自驱动、超越即停、断开起动机的能量来源等名词的含义与本申请人在专利文献CN101255841A中的定义完全相同，本文不再重复规定，而是将该文献的全文结合于此。依据本发明的超越即停的起动装置，由于使用了几乎具有理想超越离合器的所有品质的空间楔合式摩擦超越离合器，因而首次达成了基于非轴向分离型超越离合器而无需电测量技术的超越即停的发明目的，同时，更获得了使用一种超越离合器便可通用于所有功率所有转速范围和所有应用领域的有益效果。借助下述实施例的说明和附图，本发明的目的和优点将显得更为清楚和明了。
图1是根据本发明的移动式超越即停的起动装置的简化的轴向剖面图。图2是图1中环状袋形摩擦件的K-K截面剖面示意图。图3是图1中相关机构的齿廓向同一外圆柱面径向投影的局部展开图。图4是根据本发明的固定式超越即停的起动装置的简化的轴向剖面图。图5Α和图5Β，分别是图4中超越信息传感机构的齿廓向同一外圆柱面径向投影的局部展开图，图5Α对应于超越工况前的抵触/阻挡状态，图5Β对应于超越工况后的嵌合状态。
具体实施例方式必要说明本说明书的正文及所有附图中，相同或相似的构件及特征部位均采用相同的附图标记，并只在它们第一次出现时给予必要说明。同样，也不重复说明相同或相似机构的工作机理或过程。为区别设置在对称或对应位置上的相同的构件或特征部位，本说明书在其附图标记后面附加了字母，而在泛指说明或无需区别时，则不附加任何字母。实施例一具有移动式驱动齿轮的超越即停的起动装置Sl图1所示的超越即停的起动装置Si，是一个以机动车辆的内燃机为具体被起动原动机的装置。该起动装置Si包括超越离合器Cl，超越信息传感机构S0，供能开关，以及未示出的其它公知的相关构件或组成部分。例如，与驱动轴200至少相耦合并驱动其旋转的具体为马达的起动机，啮合于滑环槽218中并通过该槽驱动超越离合器Cl沿驱动轴200轴向移动的拨叉和电磁开关，起动控制装置的其它部分以及起动装置Sl的壳体等。作为起动装置Sl的关键部件，超越离合器Cl包括最佳地绕轴线X形成，并最佳地呈阶梯环状的导向件50。其外环侧的内端面上，设置有一组最佳地绕轴线X周向均布的螺旋导向齿52，其内环侧朝内端延伸的管状基体60的内周面上，最佳地设置有诸如单向螺旋花键齿，以与同轴线地设置在其内孔中的驱动轴200，借助花键副不可旋转地连接成一个转动体。为此，驱动轴200的外周面上以互补的方式构造有相应的花键齿。而在管状基体60 的外周面上，则可滑转地径向定位有最佳地呈环状的中介件90，其通过设置在面对导向件50的端面上的与导向齿52呈互补式构造的一组螺旋导向齿92，与导向件50恒久地嵌合， 以构成最佳地绕轴线X回转的面接触型单向转动导向机构G。超越离合器Cl还包括最佳地绕轴线X形成，并具有轴向力封闭功能的摩擦件70。 该摩擦件70是一个环状袋形构件，其朝一端延伸出的管状基体76a的外周面上，最佳地设置有轮齿168，以构成啮合内燃机的飞轮外周面的轮齿并向其传递起动机转矩的小齿轮 210。其朝另一端延伸出的管状基体76b的外周面上，最佳地设置有周向滑环槽218，以收容驱动其轴向移动的拨叉(未示出)。摩擦件70的绕轴线X形成的内周面84的轴向中部，同轴线地设置有最佳地为平面型的盘形环状周向凹槽78，参见图1 2。该周向凹槽78的约半周的内表面，最佳地沿两相互平行的切线方向H和H'延伸至摩擦件70的外周面，并形成等截面矩形入口 82。周向凹槽78的径向内表面80，因而延伸成具有U字形横截面形状的非闭合式内径向表面。相互嵌合的导向件50和中介件90，可由入口 82直接纳入周向凹槽 78，并被轴向贯穿于摩擦件70内孔中的驱动轴200径向定位。而摩擦件70则通过其内周面8 和84b可转动地径向定位在驱动轴200的外周面上。实际上，轴向力封闭的环状袋形摩擦件70也可以是一个组合构件。例如，借助诸如焊接、铆接或螺栓之类的紧固方式，将图1所示的摩擦件70设置成一个轴向对接式组合构件。或者，将具有轮齿168的齿环以上述连接方式，轴向固定连接至导向件50的位于导向齿52径向外环侧的同端端面上，并限定出用以收纳中介件90，以及与驱动轴200不可旋转地相连的独立的盘形环状摩擦件的周向凹槽78。或者，借助诸如焊接、在包括中部和/或外端部的外周面上设置具有轮齿168的环形箍之类的紧固连接方式，将径向上至少大致对称，且半圆形内圆面上均设置有半圆形周向槽的两个半圆壳式限力元件，径向固定地对接成一个限定出完整的周向凹槽78的组合式环状摩擦件。相关结构的更详细说明和图示可参见上文所整体结合的两项专利申请，此处不作进一步说明。当然，环状袋形构件本身也可作为单独的限力元件而与导向件50、中介件90或摩擦件70以至少不可旋转的连接方式，构成组合式袋形导向件、袋形中介件和袋形摩擦件。 例如，在上述三构件之一的外周面上，设置一个以互补的方式沿入口 82径向延伸至传感环 190内表面的凸缘式力臂。该力臂的两个径向侧表面，可与与入口 82的两个径向侧表面同时互补式地啮合，并传递转矩。而如果工艺允许，导向齿52、92也可最佳地以刚性一体的形式，直接设置在袋形构件的周向凹槽78的相应内端面上。不难想到，在导向件50或中介件 90成为组合式袋形构件的方案中，轮齿168只能设置在轴向上介于中介件90与该限力元件之间的盘形环状摩擦件的沿轴向延伸出来的管状基体的外端上，并且只能以轴-轴方式传递转矩。而在导向件为该组合构件时，传力摩擦机构F2将不再如上所述地与摩擦件70以及导向件50分别刚性地结合在一起，而是不可旋转地分别结合在一起。 继续参见图1，盘形环状周向凹槽78分别设置有回转型牵弓I摩擦面72和传力摩擦面74。位于右端的牵引摩擦面72，与设置在中介件90无齿端面上的回转摩擦面104摩擦相连，构成回转型面接触牵引摩擦机构F1。位于左端的传力摩擦面74，与设置在导向件50 无齿端面的传力摩擦面58摩擦相连，构成可与导向件50直接传递摩擦转矩的回转型面接触传力摩擦机构F2。牵引摩擦机构Fl和转动导向机构G，共同组成端面型空间楔形机构， 该机构再与传力摩擦机构F2 —起，构成起动装置Sl的轴向力封闭的空间楔合式摩擦超越尚合器Cl οCN 102536576 A
应该指出的是，本申请“直接传递摩擦转矩”的含义是指，转矩在两构件间的传递路径仅经过一个摩擦机构，而不经过任何第二个其它机构，其与该摩擦机构所具有的摩擦面/片的数量没有任何关系。下面再结合图3来说明转动导向机构G的详细关系和结构特征。其中，沿径向延伸的每对端面型锯齿状螺旋导向齿52和92的导向面M和94，可相互贴合，并构成一组面接触的螺旋式导向摩擦副。即，该两个具有互补式构造的导向面M和94，最佳地是分别朝向单一圆周方向且升角均为λ的螺旋型齿面。一般地，0< λ彡ξ，允许过载打滑时，ζ < λ彡ξ，绝对不许打滑时，0< λ彡ζ (当ζ >0)。周向间隙相隔的非导向面56和 96则最佳地平行于轴线X，以保证双方周向抵触时不会导致楔合。容易理解，导向件50端面上的多个导向齿52实际上就是空间楔形机构的楔形齿， 其导向面M朝周向一方轴向上逐渐靠近摩擦件70的回转型牵引摩擦面72，并与后者分别围成多个沿周向延伸的端面楔形空间。而设置在该多个楔形空间中的多个导向齿92就是楔合子，其因不必需径向运动而最佳地相互合并成一个零件，即整体环状的中介件90。再次参见图1 3，起动控制装置中的超越信息传感机构SO还最佳地具有弹性预紧机构的功能，以使超越离合器Cl楔合过程中的溜滑角尽可能地接近于零。该机构SO的至少包括一个的一组相互啮合的行星齿轮30，分别借助对应的一组固定连接在摩擦件70 的轴向孔81中的阶梯状行星轴38，可旋转地固定在入口 82中，并分别最佳地持续啮合至位于中介件90的外表面以及传感环190内周面上的相应轮齿。传感环190是一个可滑转地设置在摩擦件70外周面上，并完全覆盖住入口 82的阶梯形管状封口环。该传感环190的小径段196通过螺旋预紧弹簧150，轴向抵触至嵌合在位于摩擦件70左端外周面的周向槽中的卡环184。该传感环190的径向较大端的端面上，设置有至少一个转动导向型的端面齿 192，其最佳地具有锯齿形的齿廓，并具有与导向面M相同的圆周朝向或旋向。相应地，在摩擦件70外周面上的对应处，设置有至少一个转动导向型的端面齿71，其最佳地具有锯齿形的齿廓，以及与端面齿192的导向面呈互补式构造的导向面。于是，端面齿71与192构成一个单向转动导向机构，其最小轴向分离距离，小于等于弹簧150的可压缩量。实际上，如上文所整体结合的两项专利申请所述，螺旋预紧弹簧150可以是具有所述功能的任意弹性元件。而且，也不必需卡环184，弹簧150完全可以依靠其径向纳入摩擦件70外周面相应径向孔中的端头获得轴向定位。超越即停的起动装置Sl的工作过程比较简单。按下起动开关后，超越离合器Cl 依照公知的方式，沿例如箭头D所指方向轴向移动到达如图1所示的驱动位置。之后，当导向件50开始持续地具有沿图3中箭头P所指方向，相对摩擦件70转动的趋势的初始瞬间， 摩擦件70将借助牵引摩擦机构Fl的空载/牵引摩擦转矩，或者关键地借助来自弹性预紧机构或超越信息传感机构SO的转动阻力，牵引着转动导向机构G的中介件90，相对导向件 50沿箭头R所指方向作转动导向运动。该转动导向运动所产生的轴向移动/胀紧力，在将导向齿92瞬间楔紧在导向面M和牵引摩擦面72所围成的端面楔形空间中，也就是中介件 90将导向件50与摩擦件70楔合成一个摩擦体，牵引摩擦机构Fl因而轴向接合的同时，还将导向件50即刻胀紧在摩擦件70的另一个内端面也就是传力摩擦面74上，以形成轴向力封闭式抵触连接的方式，致使传力摩擦机构F2也同步接合，并将导向件50与摩擦件70直接连接成一个摩擦体。
于是，超越离合器Cl随着空间楔形机构的楔合而接合。由管状基体60内孔中的驱动轴200传入的来自诸如马达的起动机的驱动转矩Mtl，分成经由转动导向机构G和牵引摩擦机构Fl传递的楔合摩擦转矩M1,以及经由传力摩擦机构F2直接传递的传力摩擦转矩 M2，分别传递给摩擦件70，再传递给与轮齿168啮合的未示出的内燃机飞轮外周面的轮齿。 其中，Mq = Mi+M2，且上述轴向胀紧力、楔合力和各摩擦力的大小，均完全自适应地正比于Μι， 也就是Mtl。应该指出的是，如上所述，超越离合器Cl仅在具有ζ < λ < ξ的设置中，可以获得自适应地相对驱动转矩过载打滑的防过载破坏功能，但前提是转矩必需由导向件50向摩擦件70传递，也就是沿如上所述的路径方向传递，而不是相反。当原动机被起动后，也就是例如内燃机的原动机开始自驱动后，其转速的骤升必然导致它反过来对摩擦件70施以公知的加速驱动，或称反向拖动。于是，超越离合器Cl即刻转入超越转动工况。接着，在摩擦件70开始持续地具有沿图3中箭头P所指方向相对导向件50转动的趋势的初始瞬间，导向件50将开始相对中介件90作解除转动导向机构G的导向作用的转动。因此，导向面M与94之间的法向压力和转动导向机构G的转动导向作用，将随着两导向面产生相互脱离接触趋势的一瞬间而同时消失。自然，基于该机构G的轴向移动/胀紧力的两个摩擦机构Fl和F2以及空间楔形机构，将随即分离或解楔。于是，超越离合器Cl结束接合并开始超越转动，同时，借助来自弹性预紧机构或超越信息传感机构SO的转动阻力，摩擦件70将通过行星齿轮30，驱动中介件90 —体地沿箭头P所指方向相对导向件50空转，直至两者的非导向面96与56相互抵触时为止。此后， 一方面，中介件90将跟随导向件50 —体地相对摩擦件70沿R方向摩擦滑转。另一方面， 随着摩擦件70相对导向件50的空转，行星齿轮30将开始自转，并驱动传感环190相对摩擦件70沿箭头P所指方向持续转动。因此，端面齿192与71双方的导向面周向抵触后，传感环190将自然地克服弹簧150的压力并相对摩擦件70作反复的转动导向运动。而在传感环190第一次的轴向位移过程中，其中部的阶梯端面194将轴向触碰到设置在其移动路径中的常闭型供能开关的触头48，例如马达开关，从而切断例如马达的起动机电源，结束超越即停的起动装置Sl的整个起动过程。该常闭型供能开关或马达开关是起动控制装置的一部分，并固定连接在起动装置Sl壳体的内壁上。其后，如公知的那样，断电/断能后的超越离合器Cl，将沿例如箭头E所指方向轴向移回到等待工位。传感环190将在惯性转动结束之后恢复与摩擦件70的轴向接合。而即便转动导向机构G的周向自由度/间隙ε小至极端的零值，也不会影响端面齿192与71 的这种转动导向式的轴向接合。因为，两者接合过程中，行星齿轮30是通过驱动中介件90 进而驱动导向件50沿箭头P所指方向相对摩擦件70空转的，没有楔合的任何可能。只要弹簧150的弹性力大到通过端面齿192与71的转动导向作用，可以驱动行星齿轮30自转，并进而通过中介件90驱动导向件50相对摩擦件70沿箭头P所指方向空转的程度即可。当然，端面齿192和71应被最佳地设置成齿顶部不能具有稳定对顶状态的形状，比如不具有齿顶平面。另外，为轴向转动灵活和易于装配，转动导向机构G的轴向自由度/间隙δ应最佳地大于零。容易明了，为降低超越离合器Cl的溜滑角和周向惯性冲击，提升其动作响应性和灵敏性，上述自由度/间隙δ和ε设置得越小越好，且以ε无限趋于零最为理想。当然，如果想要起动装置Sl也能应对偶尔出现的自驱动初始阶段的意外反复，不因短暂的超越而停止起动的话，上述周向自由度ε以及端面齿192和71之间的周向间距均应该折中地大到一定的程度。或者，将供能开关设置成延时型开关，设定一个例如0. 3 0. 6秒的延时阈值，只有在该供能开关被连续触发至超过该阈值的情况下，才能认定自驱动已经稳定，并执行断能/断电操作。至此不难发现，相较需要借助电测量技术方可确保基于非轴向分离型超越离合器的起动装置可以实现超越即停目的的现有技术，依据本发明的起动装置Sl无疑更简单、更可靠、更及时和更经济。其同样具有了无需针对具体起动对象设定任何参数，且次次起动次次超越即停的优越性能。而且，因为其中的离合器Cl是基于全新技术原理的空间楔合式摩擦超越离合器，因而具有了包括可无级接合、分离转矩和轴向尺寸较小且构件较少在内的理想超越离合器所应具备的几乎所有品质，更使起动装置Sl因此获得了使用这一种超越离合器，便可通用于所有功率、所有转速范围和所有应用领域的普适能力。这里，有关空间楔合式摩擦超越离合器，有关其接近于理想的优异品质、各种变型以及其中的弹性预紧机构、袋形构件等等的更为详细的说明和结构图示，可参见上文所整体结合的两项专利申请， 以及本申请人提出的中国专利申请201020563404. 9，此处不作进一步说明。应顺便指出的是，本申请并未给出起动装置Sl中的起动控制装置的电气控制方案，因为公知技术中具有大量的现成方案可供采用或参考，而无需进行任何创造性的劳动。 例如，本申请人于文献CN101255841A中便公开有该装置的电气原理图，该文献的全文通过引用结合于此，故不再详细说明。容易想到，如果在传力摩擦面58和74之间再轴向对称地设置一个中介件90，并与导向件50及摩擦件70分别对称地组成再一个转动导向机构G和牵引摩擦机构F1，超越离合器Cl将失去传力摩擦机构F2，而具有两个共用同一个摩擦件70的牵引摩擦机构Fl。同样不难想到的是，行星齿轮30也可以啮合至导向件50的外周面的轮齿的方式， 来感知和传递超越信息。只是失去了共用一个弹簧的好处，而应最佳地增设一个如图4所示的弹簧150，以产生牵引摩擦力。而当导向件50或中介件90被如上所述地设置成包括环状袋形构件/限力元件的组合构件时，行星齿轮30就应该改变为直接啮合至盘形环状摩擦件的外周面。另外，也可令可转动地连接在轴向孔81中的行星轴38的轴头部延伸至摩擦件70的端面之外，再利用固定连接至该轴头部的另一行星齿轮传递超越转动的信息。有必要指出的是，除图1和图4所示之外，超越信息传感机构SO还可以是具有所述功能的任意机构。例如，在具有封口功能的传感环190的外周面上设置离心机构，例如公知的包括离心重球、弹簧和连杆的机构，以利用重球的径向位移或连杆的轴向位移，触碰常闭型供能开关的触头48。只是该离心机构的动作参数必需依据具体应用对象的绝对超越转速来设定，不能无条件通用，也不够灵敏和及时。应顺便指出的是，不使用超越离合器也可以实现超越/起动即停的目的。例如， 仅仅使用一个与驱动轴200借助螺旋花键齿相连的小齿轮210，以及本申请人在专利文献 CN101255841A中公开的单向开关装置，并按该文献的指引进行相关配置。当然，最好将滑环槽218设置成轴向弹性定位在小齿轮210尾端外周面上的独立环。这样，利用原动机的反向拖动力便可致使小齿轮210产生转动导向位移，从而触发单向开关装置，达成起动即停的目的。
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实施例二 具有固定式驱动齿轮的超越即停的起动装置S2如图4、5A、5B所示，作为起动装置Sl的变型，起动装置S2与内燃机始终驱动地相连。为此，其中的超越离合器C2被两个卡环184a、184b轴向限定在阶梯状驱动轴200上，其小齿轮210因轮齿168被直接设置在摩擦件70的外周面上而与该摩擦件70同体，并与飞轮周面上的轮齿始终啮合。相应地，不再设置有包括滑环槽218在内的整个轴向移动机构。 而为更好地适应高转速，还在入口 82的未被导向件50与中介件90填满的剩余空间中，最佳地以互补方式设置有一个弧形平衡元件/配重块40。该平衡元件40最佳地被贯穿于其中，并固定连接在摩擦件70的轴向孔中的至少一个螺钉176径向定位。显然，除用于定位之外，螺钉176还具有提升摩擦件70轴向刚度的功用。不同于起动装置Si，起动装置S2中的超越信息传感机构SO不再具有弹性预紧机构的功能，该功能由独立机构提供，该预紧机构主要包括一个由弹簧钢丝制成的可轴向压缩的环状波形弹簧150。该弹簧150设置在转动导向机构G内径侧的管形腔中，也就是设置在导向齿52、92的内端面与管状基体60外周面，以及其间的导向件50与中介件90两者相对的端面所限定出的管形空间内，参见图4。这样，中介件90被持续地弹性抵触在牵引摩擦面72上。而超越信息传感机构SO则是一个至少具有一对凸起和凹槽的轴向销槽式嵌合机构，其凸起146设置在轴向爪144头部的周向一侧，例如箭头R所指方向一侧，其凹槽设置在中介件90的内周面上的径向凸起68的周向一侧，例如箭头R所指方向一侧。所述凸起 68径向上纳入位于管状基体60相应端面上的轴向延伸的基准缺口 1 中。所述轴向爪144 最佳地均布在位于内周面84b外端的传感环140的内周面上，并可滑动地收纳在位于驱动轴200的较大直径外周面的轴向槽204中，其头部则不可旋转但可轴向滑动地连接在基准缺口 1 中。为将超越状态中的中介件90保持在不能入楔，也就是不能将导向件50及摩擦件70可驱动地连接/楔合成一体的周向位置上，还最佳地在传感环140与卡环184b之间设置有波形复位弹簧148。实际上，轴向槽204也可设置成基准槽，以代替基准缺口 126。如是，传感环140与导向件50的连接便由直接变为间接了。为达成起动即停的目的，转动导向机构G和超越信息传感机构SO等具有这样的设置效果。即，在超越离合器C2的接合/楔合状态中，径向凸起68如图5A所示地正好周向位于凸起146的轴向移动路径上，轴向抵触至并阻挡住凸起146。此时，弹簧148应最佳地处于未至极限的压缩状态。而在其超越状态中，当中介件90相对导向件50周向转动至非导向面96与56相抵触之前，也就是径向凸起68沿箭头P所指方向，周向抵触至基准缺口 1 对应侧的内壁面之前，径向凸起68应已经结束对凸起146的轴向抵触/阻挡，并致使凸起146可以轴向纳入径向凸起68与基准缺口 1 的另一内壁面之间所形成的凹槽，参见图 5B。于是在图5B所示状态中，超越离合器C2将因其转动导向机构G的失效而失去接合的能力。显然，导向机构G的周向自由度ε必需大于零，且最佳地大于凸起146的周向宽度所对应的圆周角。起动装置S2具有与起动装置Sl基本相同的工作过程。按下起动开关后，固定设置在起动装置S2壳体内的电磁继电机构(未示出)，将因为得电而轴向拉动与其连接的拨杆44，并通过抵触至传感环140内端面的该拨杆44，驱动该环140轴向移离超越离合器C2。在将凸起146轴向移出径向凸起68的周向转动路径，恢复超越离合器C2的接合能力之后， 还通过传感环140的轴向移动，按压设置于该环140移动路径中的最佳地为常开型供能开关(未示出)的触头46，例如马达开关，从而触发该马达开关以令马达开始工作转动。其后，由于受到牵引摩擦机构Fl的摩擦阻力的作用，中介件90将相对导向件50沿箭头R所指方向转动，直至将后者与摩擦件70楔合成一个整体。此过程中，凸起68将同步地转动至轴向抵触/阻挡住凸起146的如图5A所示的周向位置，以阻止传感环140的轴向复位移动， 从而维持住传感环140对触头46的轴向按压，最终维持住常开型供能/马达开关的触发状态和马达的转动。图4所示工位即对应于此时的驱动传力工况。显然，上述电磁继电机构的电磁力应该大于复位弹簧148的弹性力。而因为已经无需和无关，所以，在超越离合器C2转入驱动传力工况，也就是沿箭头P所指方向楔合转动之后，可以通过操作者关闭起动开关，或者由起动控制装置自动执行，例如借助延时开关， 以切断对电磁继电机构的供电。而在内燃机开始自驱动后的超越离合器C2超越转动的初始时刻，随着中介件90 的解楔以及被牵引摩擦机构Fl的摩擦力的带动，其将即刻跟随摩擦件70相对导向件50沿箭头P所指方向超越转动，参见图3，并抵达图5B所示的位置。于是，凸起146将因中介件 90相对导向件50的超越转动而不再被径向凸起68轴向抵触/阻挡。因此，凸起146也就是传感环140将被复位弹簧148驱动得立即轴向移向摩擦件70，结束对供能/马达开关的触头46的持续按压状态。于是，失去触发压力的供能/马达开关，将立即切断对马达的供电，使马达停转，使起动装置S2在超越的同一时刻停止工作。不难想到，将起动装置S2中的传感环140设置成滑环结构，将拨杆44最佳地以拨叉形式设置于其滑环槽中，该拨杆44便可同时充当供能/马达开关的触头46，或者与该触头46直接轴向联动，以进一步简化结构。而且，此时还可以省去复位弹簧148，其功能可由电磁继电机构中的复位弹簧提供。进一步地，卡环18 和184b也可以省去，只需将导向件 50以诸如过盈配合或D字形/轴非圆配合的连接形式，固定在驱动轴200外周面上即可。同样不难想到，起动装置S2可设置于内燃机之内或之外，驱动转矩也可经由摩擦件70传向驱动轴200，例如用于行星减速型起动装置中的情形。另外，供能开关显然可以具有机械开关、电子开关、继电开关等任意所需形式。应该指出的是，当导向件50或中介件90变型为与环状袋形件不可旋转地相连的组合构件时，例如，以设置如上文所述的力臂的方式与摩擦件70构成空套在驱动轴200上的组合构件，超越信息传感机构SO便可穿过位于摩擦件70或所述力臂的相应轴向基准孔 /槽/缺口 126，设置在导向件50与中介件90的外周面上，或导向面的径向之间。S卩，传感环140可通过设置在摩擦件70上的基准孔126，间接地连接至导向件50或中介件90，而收纳凸起146的凹槽，则设置在导向件50和中介件90中的没有所述力臂的那个构件上。当然，此时应在摩擦面72与104或者74与58之间，设置一个与驱动轴200不可旋转相连的盘形环状摩擦环，以用作该变型的摩擦件。另外，上述销槽式嵌合机构也可以是径向型的。 有关更详细的结构图示和说明可参见本申请人提出的中国专利申请201020563404. 9，以及上文所整体结合的两项专利申请中的定向机构D。为了环保和节能，要求车辆具有怠速-停机的发动机无空转功能。这要求起动装置最佳地与发动机的曲轴建立恒久的单向驱动连接，要求连接路径中的超越离合器具有优良的抗磨损性能并长久保持其工作性能的稳定。无疑，本发明及其超越离合器完全具备所有相关的性能要求，并且是实现此一目的的最佳选择。关于起动装置或者其中的超越离合器与发动机的配置关系，以及与其曲轴的驱动连接关系或者具体结构的详细描述，请参阅全文结合于此的专利文献CN1878950A和CNlOl 153576A，本申请不作进一步说明。
以上仅仅是本发明针对其有限实施例给予的描述和图示，具有一定程度的特殊性，但应该理解的是，所提及的实施例和附图都仅仅用于说明的目的，而不用于限制本发明及其保护范围，其各种变化、等同、互换以及更动结构或各构件的布置，都将被认为未脱离开本发明构思的精神和范围。
权利要求
1.一种超越即停的空间楔合式摩擦起动装置，包括起动机，其用于产生起动转矩；小齿轮；超越离合机构，其用于建立由所述起动机至所述小齿轮的单向驱动连接；以及起动控制装置，其具有超越信息传感机构，用以感知所述超越离合机构是否超越转动， 并在所述超越离合机构超越转动时，断开所述起动机的能量供给以停止其工作转动；其特征在于，所述超越离合机构是空间楔合式摩擦超越离合器。
2.按权利要求1所述的起动装置，其特征在于所述空间楔合式摩擦超越离合器包括绕一轴线回转且可轴向接合的至少一个牵引摩擦机构，其具有绕所述轴线回转并均设置有摩擦面的中介件和摩擦件，以在该两构件间传递摩擦转矩；为所述牵引摩擦机构提供接合力并绕所述轴线回转的至少一个转动导向机构，其具有绕所述轴线回转并均设置有相应导向面的导向件和所述中介件；其特征在于当所述导向件和所述摩擦件被所述中介件可驱动地连接成一个摩擦体时，所述导向件与所述中介件双方的所述导向面之间的相互抵触部位的升角λ，大于零且小于等于ξ， 即，0< λ ( ξ，其中，ξ是能够令形成于所述抵触部位的导向摩擦副自锁的所述升角λ 的最大值。
3.按权利要求2所述的起动装置，其特征在于所述超越离合器包括两个绕所述轴线回转的摩擦机构，其中一个是所述牵引摩擦机构，其中另一个是与所述导向件和所述摩擦件至少不可旋转地分别结合在一起的传力摩擦机构以及再一个所述牵引摩擦机构中的一个。
4.按权利要求3所述的起动装置，其特征在于所述超越离合器还包括至少一个限力元件；以及所述导向件、所述中介件和所述摩擦件中的至多一个，是至少通过不可旋转的连接方式包括所述限力元件的力封闭式组合构件，以建立相互之间的轴向力封闭式抵触连接。
5.按权利要求4所述的起动装置，其特征在于所述导向件、所述中介件、所述摩擦件和所述限力元件之一是袋形构件，以建立相互之间的轴向力封闭式抵触连接，其设置有绕所述轴线回转的内周面，以及位于该内周面上的大致半周的周向凹槽和由所述袋形构件的外周面连通至该周向凹槽的入口。
6.按权利要求1 5任一项所述的起动装置，其特征在于在所述超越离合器超越转动时，所述超越信息传感机构利用所述摩擦件相对所述导向件和所述中介件之一的连续转动来感知超越信息，并以几何位移方式传递该信息。
7.按权利要求1 5任一项所述的起动装置，其特征在于在所述超越离合器超越转动时，所述超越信息传感机构利用所述中介件相对所述导向件的有限的周向转动来感知超越信息，并以几何位移方式传递该信息。
8.按权利要求6所述的起动装置，其特征在于所述超越信息传感机构包括可转动地设置在所述摩擦件外周面上的传感环，其与所述袋形构件之间设置有单向转动导向机构；弹性元件，其持续地为所述单向转动导向机构提供轴向弹性接合力；一组至少包括一个的相互啮合的行星齿轮，其通过连接至所述袋形构件的行星轴可转动地设置在所述入口中，以分别持续地啮合至所述传感环，以及所述中介件、所述导向件和所述摩擦件之一。
9.按权利要求7所述的起动装置，其特征在于所述超越离合器的所述转动导向机构的周向自由度大于零；所述超越信息传感机构是一个销槽式嵌合机构，其具有至少一个凸起和可对应地收纳该凸起的凹槽，二者分别设置在传感环上，以及所述导向件和所述中介件中不与所述传感环相连接的那个构件上，所述传感环不可旋转但可轴向滑动地至少间接连接至所述导向件和所述中介件之一；所述凸起仅在超越状态中可以收纳至所述凹槽，并致使所述中介件处于不能将所述导向件和所述摩擦件连接成一个摩擦体的周向位置上。
10.按权利要求8 9所述的起动装置，其特征在于所述起动控制装置还包括控制所述起动机能量供给的供能开关，连接该供能开关的触头，被设置在所述传感环响应于所述超越离合器的超越转动的轴向移动路径上。
全文摘要
一种超越即停的起动装置，特征在于，其具有空间楔合式摩擦超越离合器。而最佳地，其起动控制装置中的超越信息感知机构，可以依据该超越离合器在超越时所特有的连续相对转动关系，或一次性的相对位移关系，具体设置为行星传动机构或销槽式嵌合机构，以在原动机自驱动后该超越离合器超越转动开始时，自动完成行星机构的自转输出，或者嵌合机构的嵌合，从而以几何位移的形式触发停机开关，同步断能并结束起动装置的起动工作。该起动装置不使用任何电测量技术，可完全自适应地通用于任意转速和任意转矩的原动机，无需任何参数设置，长寿命且低成本。
文档编号F02N11/00GK102536576SQ201010624900
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者洪涛 申请人:洪涛