专利名称：含超越制动器的自动变速装置托架总成的制作方法
相关申请资料本申请是于2004年7月27日提出的第10/899,918号审查中的美国专利申请的部分继续申请。
背景技术：
技术领域：
本发明总的来说涉及具有在一旋转方向产生驱动连接且在相反方向超越的单向制动器的自动变速装置行星齿轮托架总成。具体地说，本发明涉及一种具有与单向制动器并行的摩擦制动器的总成。
2、已有技术说明传统的用于在制动器总成的内座圈与外座圈之间产生单向驱动连接的单向制动器包括用于可脱离可驱动地连接座圈与连接至座圈的机械总成的部件的楔块或滚子。这种制动器通常用于机动车辆的动力系统或传动系统。单向制动器在多数情况下能很好地完成任务，但是在有些情况下，例如制动器要传递很大的转矩，或仅为制动器提供了很小的空间的情况下，则需要不同于传统的楔块式或滚子式制动器的单向制动器以满足所需的要求。
传统的单向制动器和离合器具有至少一个楔块或滚子，该楔块或滚子可驱动地将两个带有槽口或凹槽的座圈互相锁止于一旋转方向上且允许座圈在另一方向自由旋转。摇块及楔块式单向制动器总成与滚子式制动器相比，可增加用于给定的包装尺寸的最大转矩，但是总的来说，它们在转矩传递量上受由摇块或楔块与座圈的接触而产生的大量的接触或支承应力的限制。
为了克服这些及其它的问题，第5,070,978号美国专利披露的单向超越离合器包括驱动部件及从动部件，它们绕公共轴线做顺时针及逆时针旋转。驱动部件包括与公共轴线正交的平面驱动面，与用于顺时针或逆时针地旋转平面驱动面的动力源连接。从动部件包括平面从动面，其与驱动面邻近且相对设置。驱动及从动部件通过在其中一个驱动面上的一系列凹槽及由另一个面承载的多个与其配合的支柱互相结合，这样，当驱动部件朝逆时针方向驱动时，它将同时朝逆时针方向驱动从动部件。当驱动部件朝顺时针方向驱动时，它将不会驱动从动部件，而是相对于从动部件自由旋转。在座圈之间传递转矩载荷的支柱的圆柱稳定性是设计中的重要因素。
第5,954,174号美国专利披露了一种棘轮单向离合器总成，其具有带有槽口的内座圈、带有凹槽的外座圈及位于凹槽内以咬合槽口的摇块。摇块具有与外座圈中凹槽内的凸起或凹部配合以将摇块设置于凹槽内的枢轴凸起。每一个摇块的质心都被定位使得摇块能与内座圈内的槽口咬合或脱离。用一个弹簧向每一个摇块提供用于使摇块与槽口咬合的翻转力。
当转矩通过制动器传递时，传统的单向制动器和离合器将在座圈中产生较大的环向应力；因此，传统的单向制动器的座圈由轴承级钢形成以便承受工作环向应力。由于第‘978号和‘245号专利披露的离合器在工作时产生较低的工作环向应力，因此这些离合器可由强化金属形成。与形成及制造传统的高级钢的离合器或制动器的成本相比，若能避免大量的机械加工，由强化金属形成的离合器潜在地可以较低的成本制造。
然而，第‘978号和‘245号专利披露的离合器需要对由强化金属形成的部件进行大量的机械加工。过多的、会产生不可接受的噪声的内在间隙在这些离合器的某些工作条件下是潜在的问题。
存在着对一种可靠的、低成本的、在工作时产生低工作轴承应力的且可简单地由强化金属形成的自动变速装置单向制动器的需求。制动器最好可集成在一个包括行星小齿轮托架的总成中，以便该总成占用很少的空间、将工作噪声减到最小且需要很少的或不用机械加工。该总成最好包括能使它在车辆变速装置中的装配很容易的特征，且最好还包括与单向制动器并行的液压驱动摩擦制动器。
发明内容
本发明涉及一种用于自动变速装置的行星小齿轮托架。该总成包括具有内座圈、外座圈及绕枢轴旋转的摇块的单向制动器，其中该摇块在一旋转方向可驱动地连接座圈且在相反方向超越。该制动器易于由强化金属形成。摇块位于其中一个座圈内，以便在超越条件下，通过推摇块以枢轴旋转远离槽口盘片，制动器可使用离心力来使摇块从凸轮环脱离。另外，通过使摇块朝凸轮环的方向枢轴旋转，制动器可使用离心力来使摇块与凸轮环相咬合。
依照本发明，变速装置的行星齿轮组的托架总成包括小齿轮托架、具有与托架一体的摇块环及具有多个绕轴线互相间隔分布且位于托架的外径向表面上的凹槽的单向制动器。凸轮环包括多个绕轴线按角度间隔分布且朝向摇块环的槽口。位于每个凹槽内的摇块绕枢轴中心枢轴旋转以咬合凸轮环，弹簧使每个摇块朝与凸轮环相咬合的方向枢轴旋转。固定在托架上的液压驱动摩擦制动器交替地抑制托架相对于壳体的旋转及准许托架旋转。固定环弹性地咬合凹部且将摇块固定在凹槽内，这样就不会产生与旋转的摇块的干涉。保持环消除了对止动环的需要。
容纳有摇块的凹槽环的形状不需要为任何目的，例如在强化金属部件中消除增稠剂或脱增稠剂的目的进行二次机械加工。在由强化金属形成的制动器的部件形成之后不需要机械加工。
给定直径的槽口的数量比其它单向制动器的多，因此可以显著地减少间隙。由于其结构，该设计构思适于简单地装配。容纳摇块及回位弹簧的小齿轮托架—摇块环子总成通过使每个摇块与其凹槽接触来防止摇块横向地脱离凹槽。这种安排准许在子总成安装之前与已经安装在托架内的摇块及弹簧一起处理和运送该子总成。
对于所属技术领域的技术人员来说，当结合附图阅读时，本发明的各个目的与优点将在后面的优选实施例的详细说明中变得一目了然。
图1为根据本发明的超越制动器的端视图，表示位于摇块环内且与凸轮环上的槽口相咬合的摇块；图2为小齿轮托架总成的轴测图，表示向轴线方向互相间隔分布的部件；图3为径面剖视图，表示带有装配好的部件的总成的一部分；图4为内座圈的部分侧视图，表示摇块、凹槽及回位弹簧；图5为内座圈的部分侧视图，表示了摇块、凹槽、回位弹簧及离心力矢量；图6为托架总成的径面剖视轴测图，表示装配了的部件；图7为总成的摩擦制动器部分及邻近的部件的径面剖视图；图8为保持环与摇块的轴测图；图9为保持环与摇块的俯视图；图10为折叠弹簧的侧视图；图11为螺旋弹簧的侧视图。
具体实施例方式
现在参见附图，图1为根据本发明的与自动变速装置的行星小齿轮托架一体的单向制动器总成20。该制动器总成20包括与小齿轮托架23一体形成的内座圈或摇块环22、外座圈或凸轮环24、及多个摇块26，每个摇块位于在内座圈22中形成的凹槽28内且绕中心轴线30按角度互相间隔分布。外座圈24的内圆周形成有多个绕轴线30按角度互相间隔分布的凸轮或槽口32。在图1所示的制动器中，有十二个摇块26和凹槽28以及三十六个槽口32。
当内座圈22与托架23比外座圈24顺时针旋转得快时，由于摇块与外座圈的内径向表面的接触，每个摇块26在它的凹槽28内作逆时针枢轴旋转而远离与槽口32的咬合。这使得内座圈22与托架23相对于外座圈24绕轴线30自由地作顺时针旋转。当内座圈22与托架23欲相对于外座圈24作逆时针旋转时，通过摇块26与槽口32的咬合，内座圈、托架与外座圈互相咬合或可驱动地互相连接。
当制动器20咬合时，由于摇块与凹槽的内表面34并且与咬合的槽口32的径向表面36相接触，每个被咬合的摇块26将在内座圈和外座圈22、24之间传递力F。
位于每个凹槽28内的凹部40容纳有弹簧，例如螺旋线圈状压缩弹簧42或折叠状压缩弹簧44，使每个摇块在其凹槽内朝与槽口相咬合的方向枢轴旋转。图10和11为在超越制动器20中适用的压缩弹簧。
图2为包括与小齿轮托架23一体形成的具有按角度间隔分布的凹槽28的摇块环22的小齿轮托架总成的轴测图。装配好之后，摇块环22的每个凹槽容纳摇块26，该摇块在其凹槽内作枢轴旋转以交替地与在凸轮环24的径向内表面上形成的槽口32相咬合和脱离。液压驱动摩擦制动器可脱离地连接托架23与变速装置壳体，其交替地抑制托架相对于壳体的旋转及准许这样的旋转。
参见图3，装配托架时，衬圈46的轴向表面与凸轮环24的径向凸缘50的内轴向表面48相接触。表面48形成有径向沟槽52，该沟槽装有润滑油，最好是变速箱油，且该沟槽径向向外朝向衬圈46的径向内表面。油进入径向沟槽52且沿轴向向左流过衬圈46上的内径向表面51、流至引导油径向向外流至表面55的径向空间53、流过摇块环22的宽度并流过摇块26的表面。衬圈46引导环22、24进入它们的恰当位置，消除了沿着凸轮环24的槽口或凸轮32或沿着摇块环22的径向外表面区域68进行机械加工的需要。润滑油被精确地沿沟槽52径向导至衬圈46，然后在摇块环22上的表面68与衬圈46的径向内表面51之间被轴向导至摇块26。由于制动器绕轴线30旋转时产生的离心压头，润滑剂沿这个路径流动。摇块环22的轴向表面58与保持环60相接触，该保持环闭合每个凹槽28的轴向末端、弹性地咬合在凸轮环24上形成的凹部64、及保持在凹部内。保持环60将部件固定在托架23的位置内。
图4表示了包括几个表面80、82、84、86、88以及确定的枢轴中心90的摇块26。表面80和82均为圆柱表面，其弧面与枢轴中心90同心。表面80、82引导摇块26的旋转或枢轴旋转并限制该枢轴旋转为一个自由度。为了将摇块约束于中心90的径向方向，表面80、82的弧面必须足够以便摇块的颈部或支撑部92比平衡部94窄。
表面80为引导面。当施加力F而离合器驱动且摇块26与槽口32相咬合时，最好是在表面80上没有产生反作用力。当离合器20在外座圈与内座圈22之间通过摇块26传递转矩时，表面82是在其上形成力F的反作用力的表面。由于表面82的中心位于枢轴中心90，因此力F的反作用力沿表面82分布、在枢轴中心90集中、且不产生使摇块26绕枢轴中心枢轴旋转的转矩。
表面84限制摇块26的顺时针枢轴旋转且有助于容纳凹槽28、摇块26及弹簧42、44的座圈22或24的装配。通过在每个凹槽中插入摇块26以及在每个凹部40中放置弹簧42、44，该座圈便准备好用于安装。弹簧向其各自对应的摇块施加的力使摇块旋转至图6所示的位置，在该位置表面84与凹槽28的底部96相接触。弹力及其底部96上的反作用力将摇块约束于凹槽内，而不需要其它的座圈或另外的装配辅助部件。容纳摇块的座圈在这种准备在离合器总成20内安装座圈子总成的约束条件下易于与摇块一起运送。
通过限制摇块26绕枢轴中心90的枢轴旋转，当离合器被驱动或咬合时，在支撑部上的反旋转反作用力将在表面84上产生。当离合器20驱动时，施加于摇块表面86的力F将在摇块上产生绕枢轴中心90的顺时针转矩。由力F产生的绕中心90的转矩被力P1反作用，以使摇块表面84与凹槽表面96相接触。没有表面84，全部的反转矩将在别处反作用。例如，若力F的全部转矩反作用力施加于摇块表面88，由于反作用力的高入射角，将在被表面88接触的座圈上产生大的剪切该座圈的壁的环向应力。若力F的转矩反作用力施加于表面82，其将施加于内座圈的末端的最薄弱的点上。力F的转矩反作用力最好与摇块表面84处的凹槽底部96正交，且位于与凹槽接触而产生摩擦的表面82上。
当离合器20驱动以及摇块26与槽口32的径向表面36相咬合时，表面86是在其上施加力F的表面。当摇块枢轴旋转至咬合位置时，表面86通过产生机械干涉来实现这种功能。
当离合器20超越且摇块26从槽口32脱离时，位于摇块26的支撑部92的轮廓的表面88与槽口32的径向表面36的齿顶面98相接触以保证没有干涉。当离合器超越时，表面88被弯曲以促进润滑剂薄膜的形成。当离合器通过提供过渡位置超越时，表面88同样被弯曲以将与齿顶面98的碰撞减到最小，其中该过渡位置将凹槽内的摇块的旋转率相对于外座圈的旋转率减到最小。当离合器超越时，这将使摇块上的角加速度减到最小。
摇块26的质心100可位于与枢轴中心90相关的位置以使离心力咬合或脱离摇块，而不管摇块位于外座圈上还是位于内座圈上。
如图5所示，质心100位于轴线30与枢轴中心90的连接线的右侧，摇块承载于位于内座圈22上的凹槽内。当离合器总成20绕轴线30旋转时，摇块上的离心力沿通过轴线30及质心100的线102径向向外，使摇块26绕枢轴中心90逆时针枢轴旋转。摇块的这种逆时针枢轴旋转与弹簧42、44的力相反且使摇块表面86枢轴旋转远离与内座圈24上的凹槽表面36的接触。摇块的这种逆时针枢轴旋转将摇块移至脱离位置，且允许内座圈22超越及离合器20脱离。绕枢轴中心90的力矩量随内座圈的旋转速度以及枢轴中心90至质心100的距离而变化，其中该力矩量将压缩弹簧42且枢轴旋转摇块26至脱离位置。
或者，当摇块承载于位于内座圈22上的凹槽内时，质心也可位于轴线30与枢轴中心90的连接线的左侧。在这种情况下，当离合器总成20绕轴线30旋转时，摇块上的离心力使摇块26绕枢轴中心90顺时针枢轴旋转。摇块的这种顺时针枢轴旋转加到弹簧42的力的效果上、朝与外座圈24上的径向表面36接触的方向移动摇块的表面86，也就是将摇块26枢轴旋转至咬合位置，且使离合器咬合。
图6及7表示了凸轮环24的形成有轴向花键54的径向外表面，通过该轴向花键，凸轮环可驱动地连接至变速装置壳体57的花键内表面56。托架23包括轴向间隔分布的小齿轮支承盘片110、112，该盘片形成有多对轴向排列的孔114、116，该孔对绕轴线30按角度间隔分布。支承于托架盘片110、112上的每一对轴向孔114、116处的每一个小齿轮支承杆118在轴承122上支承行星小齿轮120。每一个行星小齿轮120在与轴线30同心的径向内部位置处与恒星齿轮相咬合且在托架23的径向外圆周处与环形齿轮相咬合。盘片112通过绕轴线30按角度间隔分布的轴向支架124与盘片110轴向间隔分布。位于在盘片110、112上形成的、在每一个支架124位置处的轴向排列的孔128内的铆钉126互相地固定盘片110、112且确定它们之间正确的轴向与角间距。
液压驱动摩擦制动器132可脱离地连接托架23及变速装置壳体134，交替地抑制托架相对于壳体的旋转及准许旋转。托架23的径向外表面形成有轴向花键136，该轴向花键被在制动盘138的径向内圆周上形成的花键咬合，其中该制动盘在相对的轴向侧上具有摩擦材料。间隔插有制动盘138的间隔盘片140与在壳体的内表面上形成的轴向花键56相咬合。由于盘138与盘片140之间的摩擦接触，液压力使得液压驱动制动器瓣142与离合器盘及间隔盘片包接触以咬合制动器132。回位弹簧，通常为蝶形弹簧(图中未示出)，使瓣142远离与盘及盘片包的接触，以脱离制动器132。
如图8与9所示，固定环60形成有轴向延伸通过环的厚度及径向地穿过它的宽度的嵌接切口150。环60最好安装在凹部64内，以便在制动器超越及脱离时，摇块26的与表面86相对的圆柱表面82比表面86先通过嵌接切口150。这种安排减少了当超越的制动器20即将咬合时，摇块的表面86咬合嵌接接合处及通过与嵌接切口的接触来防止在其凹槽内径向向外地枢轴旋转至与凸轮环24相咬合的可能性。
根据专利法的规定，本发明的原理及实施方式已在其优选实施例中解释及说明。然而，应当知道在不脱离其精神及范围的情况下，本发明可以与上述特定的解释及说明不同的方式实施。
权利要求
1.一种变速装置的行星齿轮组的托架总成，包括小齿轮托架，其包括形成有绕旋转的轴线互相间隔分布且位于托架的外径向表面上的凹槽的摇块环；凸轮环，其包括绕轴线按角度间隔分布且朝向摇块环及凹槽的槽口；多个摇块，每一个摇块位于各自的用于绕枢轴中心相对于凸轮环作枢轴旋转运动的凹槽内；以及弹簧，其用于使每个摇块朝与凸轮环相咬合的方向枢轴旋转。
2.根据权利要求1所述的托架总成，其特征是凸轮环还包括在径向外表面形成的花键，其用于咬合变速装置壳体上的花键且抑制固定于壳体上的凸轮环相对于小齿轮托架的旋转。
3.根据权利要求1所述的托架总成，其特征是还包括小齿轮支承杆，其绕轴线按角度间隔分布且支承于托架上；以及行星小齿轮，其可旋转地支承于每一个小齿轮支承杆上。
4.根据权利要求1所述的托架总成，其特征是每一个凹槽确定一个枢轴中心；以及每一个摇块包括相对于上述枢轴中心设置的质心，使得在摇块环旋转时，每一个摇块被离心力推向与凸轮环相咬合的方向。
5.根据权利要求1所述的托架总成，其特征是每一个凹槽确定一个枢轴中心；以及每一个摇块包括相对于上述枢轴中心设置的质心，使得在摇块环旋转时，每一个摇块被离心力推向远离与凸轮环相咬合的方向。
6.根据权利要求1所述的托架总成，其特征是穿过每一个枢轴中心的第二轴线延伸至位于凹槽内的摇块。
7.根据权利要求1所述的托架总成，其特征是每一个凹槽还包括第一及第二部分圆柱表面，其具有位于枢轴中心的中心，从圆形弧面中的上述枢轴中心径向间隔分布，且绕圆形弧面中的上述枢轴中心按角度延伸，其用于引导位于凹槽内的摇块的枢轴运动。
8.根据权利要求1所述的托架总成，其特征是还包括位于凸轮环与摇块环之间的空间内的衬圈，其包括用于将摇块环引导至相对于凸轮环的装配位置内的引导表面。
9.根据权利要求1所述的托架总成，其特征是凸轮环形成有环形凹部，且该总成还包括弹性地与凹部相咬合且邻近于摇块环及摇块的轴向表面的保持环。
10.根据权利要求1所述的托架总成，其特征是还包括第二花键，其在托架的径向外表面上形成；以及摩擦制动器，其包括部件为制动盘的第一组及部件为间隔插有制动盘的间隔盘片的第二组，第一组与第二组中一个组的部件与第二花键相咬合，第一组与第二组的其它组的部件包括形成有用于咬合变速装置壳体上的花键的径向外圆周，从而交替地，当摩擦制动器咬合时小齿轮托架被固定至壳体不能旋转，且当摩擦制动器脱离时小齿轮托架自由旋转。
11.一种变速装置的行星齿轮组的托架总成，包括小齿轮托架，其包括形成有绕旋转的轴线互相间隔分布且位于托架的外径向表面上的凹槽的摇块环；凸轮环，其包括绕轴线按角度间隔分布且朝向摇块环及凹槽的槽口；该凸轮环包括在径向外表面形成的花键，其用于咬合非旋转的壳体且抑制固定于壳体上的凸轮环相对于小齿轮托架的旋转；多个摇块，每一个摇块位于各自的用于绕枢轴中心相对于凸轮环作枢轴旋转运动的凹槽内；弹簧，其用于使每个摇块朝与凸轮环相咬合的方向枢轴旋转；小齿轮支承杆，其绕轴线按角度间隔分布且支承于托架上；以及行星小齿轮，其可旋转地支承于每一个小齿轮支承杆上。
12.根据权利要求11所述的托架总成，其特征是每一个凹槽确定一个枢轴中心；以及每一个摇块包括相对于上述枢轴中心设置的质心，使得在摇块环旋转时，每一个摇块被离心力推向与凸轮环相咬合的方向。
13.根据权利要求11所述的托架总成，其特征是每一个凹槽确定一个枢轴中心；以及每一个摇块包括相对于上述枢轴中心设置的质心，使得在摇块环旋转时，每一个摇块被离心力推向远离与凸轮环相咬合的方向。
14.根据权利要求11所述的托架总成，其特征是穿过每一个枢轴中心的第二轴线延伸至位于凹槽内的摇块。
15.根据权利要求11所述的托架总成，其特征是每一个凹槽还包括第一及第二部分圆柱表面，其具有位于枢轴中心的中心，从圆形弧面中的上述枢轴中心径向间隔分布，且绕圆形弧面中的上述枢轴中心按角度延伸，其用于引导位于凹槽内的摇块的枢轴运动。
16.根据权利要求11所述的托架总成，其特征是还包括位于凸轮环与摇块环之间的空间内的衬圈，其包括用于将摇块环引导至相对于凸轮环的装配位置内的引导表面。
17.根据权利要求11所述的齿轮托架总成，其特征是凸轮环形成有环形凹部，且该总成还包括弹性地与凹部相咬合且邻近于摇块环及摇块的轴向表面的保持环。
18.根据权利要求11所述的托架总成，其特征是还包括第二花键，其在托架的径向外表面上形成；以及摩擦制动器，其包括部件为制动盘的第一组及部件为间隔插有制动盘的间隔盘片的第二组，第一组与第二组中一个组的部件与第二花键相咬合，第一组与第二组的其它组的部件包括形成有用于咬合变速装置壳体上的花键的径向外圆周，从而交替地，当摩擦制动器咬合时小齿轮托架被固定至壳体不能旋转，且当摩擦制动器脱离时小齿轮托架自由旋转。
全文摘要
一种变速装置的行星齿轮组的托架总成，包括小齿轮托架、具有与托架一体的摇块环及具有多个绕轴线互相间隔分布且位于托架的外径向表面上的凹槽的单向制动器。凸轮环包括多个绕轴线按角度间隔分布且朝向摇块环的槽口。位于每个凹槽内的摇块绕枢轴中心枢轴旋转以咬合凸轮环，弹簧使每个摇块朝与凸轮环相咬合的方向枢轴旋转。固定在托架上的液压驱动摩擦制动器交替地抑制托架相对于壳体的旋转及准许托架旋转。
文档编号F16D67/02GK1831359SQ20061005737
公开日2006年9月13日 申请日期2006年3月10日 优先权日2005年3月10日
发明者伯尼·J·西蒙, 约翰·W·金斯 申请人:福特全球技术公司