CN109931342A - 用于具有预定干涉的双向离合器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于双向离合器的系统和方法。在一些构造中，双向离合器包括具有第一配合表面的从动构件、具有第二配合表面的驱动构件、以及布置在第一配合表面和第二配合表面之间的锁定机构。锁定机构可运行以响应于施加于加载锁定机构的驱动构件的外力而接触第一配合表面和第二配合表面。该双向离合器还包括配合构件。当锁定机构处于未负载状态时，配合构件在锁定机构上提供预定干涉，以保持锁定机构离开第一配合表面和第二配合表面中的至少一个。

Description

用于具有预定干涉的双向离合器的系统和方法

相关申请的交叉引用

该申请基于、要求于2017年12月19日提交的名称为“Systems and Methods for aTwo-Way Clutch with a Predetermined Interference(用于具有预定干涉的双向离合器的系统和方法)”的美国临时专利申请第62/607,570号的优先权，其全部内容以参见的方式引入本文。

关于联邦赞助研发的声明

不适用。

背景

常规的双向离合器可以包括从动构件和驱动构件，该驱动构件可与从动构件一起或相对于从动构件双向移位。在一些应用中，双向离合器可以在从动构件和驱动构件一同运动以及驱动构件被允许相对于从动构件运动的模式之间选择性地转换。

概述

本公开总地涉及双向离合器，并且具体地涉及具有施加于锁定机构的预定干涉的双向离合器。

在一方面，本公开提供一种双向离合器，这种双向离合器包括从动构件、驱动构件和锁定机构，该锁定机构可运行以响应于施加于加载锁定机构的驱动构件的外力而接触从动构件和驱动构件。该双向离合器还包括配合构件。当锁定机构处于未负载状态时，配合构件接触锁定机构以提供预定干涉，该预定干涉使锁定机构偏离而与从动构件和驱动构件中的至少一个脱离配合。

在一个方面，本公开提供了一种双向离合器，这种双向离合器包括具有第一配合表面的从动构件、具有第二配合表面的驱动构件、以及布置在第一配合表面和第二配合表面之间的锁定机构。锁定机构可运行以响应于施加于加载锁定机构的驱动构件的外力而接触第一配合表面和第二配合表面。该双向离合器还包括配合构件。当锁定机构处于未负载状态时，配合构件在锁定机构上提供预定干涉，以保持锁定机构离开第一配合表面和第二配合表面中的至少一个。

在另一个方面，本公开提供了一种凸轮定相系统，该系统构造成选择性地改变内燃机上的曲轴与凸轮轴之间的旋转关系。凸轮定相系统包括可旋转地联接于曲轴的从动部件、可旋转地联接于凸轮轴的驱动部件、以及锁定机构，该锁定机构可运行以响应于施加于加载锁定机构的凸轮轴的扭矩脉冲而接触从动部件和驱动部件。该凸轮定相系统还包括配合构件。当锁定机构处于未负载状态时，配合构件在锁定机构上提供预定干涉，以保持锁定机构离开从动构件和驱动构件中的至少一个。

在又一个方面，本公开提供了一种用于减小致动凸轮定相系统所需的输入力的方法。机械凸轮定相系统构造成选择性地改变内燃机的曲轴和凸轮轴之间的旋转关系，并且包括从动构件、驱动构件、锁定机构和配合构件。配合构件构造成选择性地使锁定机构移位。该方法包括将从动构件可旋转地联接到曲轴、将驱动构件可旋转地联接到凸轮轴、并且经由配合构件在锁定机构上提供预定干涉，使得在锁定机构与处于卸载状态的从动构件和驱动构件中的至少一个之间存在间隙，从而减小作用在配合构件上以使锁定机构移位并致动凸轮定相系统所需的输入力。

本公开的前述及其它方面和优点将在下文的描述中体现。在说明书中，参考了构成说明书一部分的附图，在其中，以例示的方式示出了本公开的优选构造。该构造并不必然地体现本公开的整个范围，而是可参考权利要求书，并且在此用于解释本公开的范围。

附图简介

当考虑到以下对其的详细描述时，将更好地理解本发明，并且除了上文所阐述的以外的特征、方面和优点将变得明显。这种详细的描述参照以下附图。

图1是根据本公开的一个方面的双向离合器的示意图。

图2A是根据本公开的一个方面的双向离合器的示意图，其中预定干涉施加于锁定机构，并且锁定机构处于未负载状态。

图2B是图2A所示双向离合器的示意图，其中外力沿第一方向施加并且锁定机构的第一锁定构件处于压缩状态。

图2C是图2B所示双向离合器的示意图，其中沿第一方向的外力被移除并且锁定机构处于未负载状态。

图2D是图2A所示双向离合器的示意图，其中外力沿第二方向施加，并且锁定机构的第二锁定构件处于压缩状态。

图3A是常规的双向离合器的示意图，其中没有预定干涉，锁定机构处于未负载状态。

图3B是图3A所示常规的双向离合器的示意图，其中外力沿第一方向施加，并且锁定机构的第一锁定构件处于压缩状态。

图3C是图3B所示常规的双向离合器的示意图，其中沿第一方向的外力被移除并且锁定机构处于压缩状态。

图3D是图3A所示常规的双向离合器的示意图，其中外力沿第二方向施加，并且锁定机构的第二锁定构件处于压缩状态。

详述

图1示出了根据本公开的双向离合器100的一非限制性示例。双向离合器100包括从动构件102、驱动构件104、锁定机构106和配合构件108。在一些非限制性示例中，从动构件102可联接于构造成向该从动构件输入能量的装置，使得从动构件102与装置一同行进。例如，从动构件102可联接于马达(例如，电动机、内燃发动机等)，以便和马达一起旋转。驱动构件104可联接于同样联接于上述装置的另一部件，该部件驱动从动构件102，但是可以允许该部件与从动构件102一起移位或相对于从动构件102移位。

通常，锁定机构106可布置在从动构件102和驱动构件104之间。锁定机构106可构造成选择性地允许从动构件102和驱动构件104之间的相对运动。例如，锁定机构106可在锁定位置和解锁位置之间移动。在解锁位置，锁定机构106可允许驱动构件104相对于从动构件102沿期望的方向移位一预定量。在锁定状态下，锁定机构106可抑制从动构件102和驱动构件104之间的相对运动。

在一些非限制性示例中，配合构件108与锁定机构106配合，并且可独立于从动构件102和驱动构件104移动。例如，配合构件108可响应于由与配合构件联接的输入机构(例如，致动器)施加的输入力而可选择性地移动。配合构件108(例如，经由输入机构)可选择性地移位，并且作为响应，配合构件108可配合锁定机构106并沿期望的方向使锁定机构106移位，以使锁定机构106在锁定位置和解锁位置之间转换。

在运行中，驱动构件104可能受到将负载施加到锁定机构106上的外力。例如，驱动构件104所联接的装置的部件可在驱动构件104上施加外力。在一些非限制性示例中，外力可沿一个以上的方向产生。在一些非限制性示例中，外力可沿交替的方向和量级循环地施加于驱动构件104。

在一些非限制性示例中，当外力施加在驱动构件104上时，施加于锁定机构106的相应负载可以压缩从动构件102和驱动构件104之间的锁定机构106。这种施加于锁定机构106的压缩可基本上防止锁定机构106例如通过配合构件108在锁定位置和解锁位置之间转换。即，从动构件102和驱动构件104之间的锁定机构106的压缩可以有效地“锁定”锁定机构106并且基本上防止配合构件108选择性地使锁定机构106移位。因此，对于某些运行情况，施加于驱动构件104的外力可将锁定机构106置于负载状态，在该状态下基本上防止了配合构件108选择性地使锁定机构106移位以及使锁定机构106在锁定位置和解锁位置之间转换。

在一些非限制性示例中，由驱动构件104上的外力引起的锁定机构106的压缩可能需要通过输入机构施加于配合构件108的极大的输入力。锁定机构106在负载状态下的压缩增加了使锁定机构106移位所需的力量。通常而言，与输入机构相关联的成本与由此提供的输入力的量成指数相关。这样，使锁定机构106在负载状态下移位所需的增加的力可能使与运行双向离合器100相关联的成本显著增加。

总体而言，本公开提供了预定干涉，该预定干涉可施加于锁定机构106以抵抗其在负载状态下的不期望的“锁定”以及对抗对配合构件108的相关的增加的输入力需求。在一些非限制性示例中，配合构件108可放置成与锁定机构106配合，使得配合构件108对锁定机构106提供预定干涉。例如，配合构件108可设计成当锁定机构106处于未负载状态(即，外力未施加于驱动构件104)时对锁定机构106提供预定干涉。在一些非限制性示例中，由配合构件108提供的预定干涉可使锁定机构106远离从动构件102和驱动构件104中的至少一个而移位，以使其间存在间隙。在一些非限制性示例中，由配合构件108提供的预定干涉可使锁定机构106同时远离从动构件102和驱动构件104而移位，以使其间存在间隙。

在锁定机构106上提供的预定干涉可以使锁定机构106更容易地沿期望的方向移位(例如，以使锁定机构106在解锁位置和锁定位置之间转换)，这会使配合构件108移位所需的输入力减小，并由此实现从动构件102和驱动构件104之间的相对运动的输入力减小。此外，预定干涉可以确保锁定机构106能够用于外力轮廓的大部分移位(即，不由外力的压缩“锁定”)。以此方式(例如，通过减小所需的输入力并使输入力更容易使锁定机构106移位)，预定干涉可使双向离合器100的运行更为高效。

图2A-2D示出了旋转双向离合器应用中的双向离合器100的一种非限制性构造。在所示的非限制性示例中，双向离合器100包括从动构件102、驱动构件106、锁定机构106和配合构件108。在一些非限制性示例中，双向离合器100可应用于机械凸轮定相应用。例如，从动构件102可旋转地联接于内燃发动机上的曲轴，并且驱动构件104可旋转地联接于内燃发动机上的凸轮轴。在一些非限制性示例中，配合构件108可联接于致动器(未示出)，致动器构造成向配合构件提供输入力。在应用中，致动器可构造成将输入力施加到配合构件108，以使配合构件108(例如，相对于从动构件102)移位到锁定机构106中一段预定的量或距离。锁定机构106的所得位移可允许驱动构件104相对于从动构件102(即凸轮轴可以相对于曲轴旋转)沿期望方向旋转，以实现期望的凸轮定相的量(即，凸轮轴和曲轴之间的旋转偏移量)。

应当理解的是，本文描述的双向离合器100的技术和特性可应用于其它旋转和线性双向离合应用，并且本公开不限于机械凸轮定相应用。

在所示的非限制性示例中，从动构件102可以包括邻近锁定机构106布置的第一配合表面110。驱动构件104可以包括邻近锁定机构106布置的第二配合表面112。在所示的非限制性示例中，锁定机构106可布置在第一配合表面110和第二配合表面112之间。该锁定机构106可以包括由偏置元件118彼此偏置分开的第一锁定构件114与第二锁定构件116。在一些非限制性示例中，第一锁定构件114和第二锁定构件116可以是轴承的形式。在一些非限制性示例中，第一锁定构件114和第二锁定构件116可以是滚子轴承的形式。在一些非限制性示例中，第一锁定构件114和第二锁定构件116可采用任何形式，该形式构造成符合第一配合表面110和第二配合表面112之间的空腔，或者能够在其间楔入。

将参照图2A-2D描述机械凸轮定相应用中双向离合器100的运行的一种非限制性示例。通常，在运行期间，外力可以施加在驱动构件104上。例如，驱动构件104可受到源自作用在凸轮轴上的进气阀和排气阀的凸轮扭矩脉冲。作用在驱动构件104上的凸轮扭矩脉冲可在内燃机的运行期间在方向和量级上(例如，循环地)变化。

图2A示出了双向离合器100，其中锁定机构106处于未负载状态。即，没有外力(例如，凸轮扭矩脉冲)施加于驱动构件104。在锁定机构106处于未负载状态的情况下，配合构件108设计成配合锁定机构106，使得预定干涉施加于锁定机构。例如，配合构件108可以使第一锁定构件114和第二锁定构件116移位远离(例如，脱离配合)第一配合表面110和第二配合表面112中的至少一个。例如以这种方式，第一锁定构件114和第二锁定构件116都可以由配合构件108移位(即，不“锁定”)。在一些非限制性示例中，预定干涉可以提供第一锁定构件114和第二锁定构件116与第一配合表面110和第二配合表面112中的至少一个之间的间隙。在一些非限制性示例中，预定干涉可以提供第一锁定构件114和第二锁定构件116与第一配合表面110和第二配合表面112两者之间的间隙。

在任何情况下，通过配合构件108提供预定干涉可以减少施加于配合构件108上的所需的输入力以使第一锁定构件114和第二锁定部件116中的一个移位。例如，通过在第一锁定构件114和第二锁定构件116与第一配合表面110和第二配合表面112中的至少一个之间提供间隙，第一锁定构件114和第二锁定构件116与第一配合表面110和第二配合表面112中的至少一个之间的静摩擦被移除。因此，(例如，与常规的双向离合器相比，其中锁定构件与位移之前的两个配合表面接触)在使第一锁定构件114和第二锁定构件116中的一个移位之前需要克服的静摩擦由预定干涉减小。

在运行期间，如图2B所示，外力可沿第一方向施加于驱动构件104。在所示的非限制性示例中，外力可以是沿顺时针方向作用在驱动构件104上的扭矩脉冲。当外力被沿第一方向施加于驱动构件104时，压缩力F可以将负载施加到第一锁定构件114。例如，压缩力F可致使第一锁定构件114与第一配合表面110和第二配合表面112两者之间的接触。由于驱动构件104上的外力而施加于第一锁定构件114的压缩力可“锁定”第一锁定构件114。即，可基本上防止配合构件108使第一锁定构件114移位，并且可防止沿第一方向的从动构件102和驱动构件104之间的相对旋转。然而，第二锁定构件116可以由配合构件108支承，并且由此提供的预定干涉可以保持第二锁定构件116与第一配合表面110和第二配合表面112中的至少一个之间的间隔(clearance)或间隙。因此，预定干涉能够保持第二锁定构件116处于“解锁”状态，在该状态下它不在第一配合表面110和第二配合表面112之间被压缩，并且如果期望，仍然容易由配合部件108移位。例如以这种方式，(例如，如果相对于驱动构件102移动配合构件108，则)可以允许沿与第一方向相反的第二方向的从动构件102和驱动构件104之间的相对旋转。

图2C示出了一旦移除了沿第一方向施加于驱动构件104的外力的双向离合器100。在移除外力的情况下，可以移除第一锁定构件114上的压缩力，并且锁定机构106可以返回到未负载状态。因此，第一锁定构件114可以返回到能够由配合构件108移位的状态。

在运行期间，如图2D所示，外力可沿第二方向施加于驱动构件104。在一些非限制性示例中，沿第二方向的外力可以与沿第一方向的外力(图2B)在不同的时间产生。在一些非限制性示例中，施加于驱动构件104的外力在方向和量级上可以是循环的。在所示的非限制性示例中，外力可以是沿逆时针方向作用在驱动构件104上的扭矩脉冲。当外力被沿第二方向施加于驱动构件104时，压缩力F可以将负载施加到第二锁定构件116。例如，压缩力F可致使第二锁定构件116与第一配合表面110和第二配合表面112两者之间的接触。由于驱动构件104上的外力而施加于第二锁定构件116的压缩力可“锁定”第二锁定构件116.即，可基本上防止配合构件108使第二锁定构件116移位，并且可防止沿第二方向的从动构件102和驱动构件104之间的相对旋转。然而，第一锁定构件114可以由配合构件108支承，并且由此提供的预定干涉可以保持第一锁定构件114与第一配合表面110和第二配合表面112中的至少一个之间的间隔或间隙。因此，预定干涉能够保持第一锁定构件114处于“解锁”状态，在该状态下它不在第一配合表面110和第二配合表面112之间被压缩，并且如果期望，仍然容易由配合部件108移位。例如以这种方式，(例如，如果相对于驱动构件102移动配合构件108，则)可以允许沿与第一方向相反的第二方向的从动构件102和驱动构件104之间的相对旋转。

如图2A-2D所示，由配合构件108在锁定机构106上提供的预定干涉可保持第一锁定构件114和第二锁定构件116中的每一个“解锁”或能够例如在至少一半外力循环中移位。即，在沿第二方向上的外力期间第一锁定构件114可保持在“解锁”状态，并且在沿第一方向上的外力期间第二锁定构件116可保持在“解锁”状态。以这种方式，与常规的双向离合器或机械凸轮定相系统相比，配合构件108的例如允许从动构件102和驱动构件104之间的相对旋转的输入力的需求可以显著减小。

图3A-3D示出了常规的双向离合器200的一非限制性示例。双向离合器100和常规的双向离合器200之间的类似部件使用200中的相同附图标记来识别。如图3A-3D所示，常规的双向离合器200不在锁定机构206上施加预定干涉。缺少预定干涉可能导致锁定机构206被“锁定”，或者在大部分外力循环中通过配合构件208的移位基本被抑制。

例如，当锁定机构206从未负载状态(图3A)转换到外力施加于驱动构件204的状态(图3B)时，压缩力F可施加于第一锁定构件114，从而将第一锁定构件114“锁定”在第一配合表面210和第二配合表面212之间。基本上同时，偏置元件218可以推动第二锁定构件216使其具有位移d，从而与第一配合表面210和第二配合表面212接触。因此，当外力被移除时(图3C)，第一锁定构件214上的压缩力减小，而第二锁定构件216移位到其受到压缩力F的位置。如图3C所示，一旦移除外力，第一锁定构件214和第二锁定构件216都可受到压缩力，该压缩力“锁定”或基本上防止第一锁定构件214和第二锁定构件216移位。在一些压缩力施加于第一锁定构件214和第二锁定构件216两者的情况下，可能需要显著增加的输入力来使第一锁定构件214或第二锁定构件216位移。

当外力沿第二方向施加于驱动构件204时(图3D)，压缩力F可以“锁定”第二锁定构件216。第一锁定构件214最终可以“解锁”，但这只会产生极高量级的外力，这种力可能只持续很短的时间。具体地，在凸轮定相应用中，最高扭矩脉冲通常在大多数发动机应用中持续非常短的时间段。

因此，对双向离合器的锁定机构施加预定干涉可以提供优于常规双向离合器的显著优点。例如，预定干涉可以减小实现从动构件和驱动构件之间的相对位移所需的输入力。替代地或另外地，预定干涉可以促进双向离合器的运行模式之间的高效转换(例如，锁定状态和解锁状态，在锁定状态下驱动构件和从动构件之间的相对旋转被抑制，在解锁状态下能够进行驱动构件与从动构件之间的相对旋转)。在循环的外力可施加于双向离合器的驱动部件的应用中，规定干扰可以确保锁定机构能够沿相对于外力的方向移位。

在本说明书中，以能够写下清楚且精确的说明的方式来描述了实施例，但其意在、且会被理解为可对这些实施例进行各种结合或拆分而不脱离本发明。例如，应当理解的是，本文所述的所有优选的特征可应用于本文所描述的发明的所有方面。

因而，尽管已结合具体实施例和示例描述了本发明，但本发明并不必然地受此限制，并且各种其它实施例、示例、使用、对各实施例、示例和使用的修改和改变都包含在所附的权利要求中。本文所引用的各个专利和公开文献的全部内容以参见的方式纳入本文，就如每个专利或公开文献单独地以参见方式纳入本文那样。

在以下的权利要求书中阐述本发明的各特征和优点。

Claims (20)

1.一种双向离合器，所述双向离合器包括：

从动构件；

驱动构件；

锁定机构，所述锁定机构可运行以响应于施加于加载所述锁定机构的所述驱动构件的外力而接触所述从动构件与所述驱动构件；以及

配合构件，其中，当所述锁定机构处于未负载状态时，所述配合构件接触所述锁定机构以提供预定干扰，所述预定干扰使所述锁定机构偏离而与所述从动构件和所述驱动构件中的至少一个脱离配合。

2.如权利要求1所述的双向离合器，其特征在于，所述从动构件包括第一配合表面，并且所述驱动构件包括第二配合表面。

3.如权利要求2所述的双向离合器，其特征在于，所述锁定机构布置在所述第一配合表面和所述第二配合表面之间。

4.如权利要求3所述的双向离合器，其特征在于，所述预定干涉在所述锁定机构与所述第一配合表面和所述第二配合表面中的至少一个之间提供间隙。

5.如权利要求1所述的双向离合器，其特征在于，所述从动构件可旋转地联接于内燃发动机上的曲轴，并且所述驱动构件可旋转地联接于所述内燃发动机上的凸轮轴。

6.如权利要求1所述的双向离合器，其特征在于，所述锁定机构包括一个或多个轴承。

7.如权利要求1所述的双向离合器，其特征在于，所述锁定机构包括第一锁定构件和第二锁定构件，并且其中，所述第一锁定构件和所述第二锁定构件通过偏置元件彼此偏离。

8.如权利要求7所述的双向离合器，其特征在于，所述第一锁定构件和所述第二锁定构件呈滚子轴承的形式。

9.如权利要求1所述的双向离合器，其特征在于，所述配合构件构造成选择性地使所述锁定机构移位。

10.如权利要求9所述的双向离合器，其特征在于，当所述锁定机构处于所述未负载状态时，允许所述配合部件使所述锁定机构移位。

11.如权利要求10所述的双向离合器，其特征在于，当所述锁定机构处于所述未负载状态并且所述配合部件使所述锁定机构移位时，允许所述驱动构件相对于所述从动构件移位。

12.一种双向离合器，所述双向离合器包括：

从动构件，所述从动构件包括第一配合表面；

驱动构件，所述从动构件包括第二配合表面；

锁定机构，所述锁定机构布置在所述第一配合表面和所述第二配合表面之间，并且可运行以响应于施加于加载所述锁定机构的所述驱动构件的外力而接触所述第一配合表面和所述第二配合表面；以及

接合构件，其中，当锁定机构处于未负载状态时，配合构件在锁定机构上提供预定干涉，以保持锁定机构离开第一配合表面和第二配合表面中的至少一个。

13.如权利要求12所述的双向离合器，其特征在于，所述预定干涉在所述锁定机构与所述第一配合表面和所述第二配合表面中的至少一个之间提供间隙。

14.根据权利要求12所述的双向离合器，其特征在于，所述从动构件可旋转地联接于内燃发动机上的曲轴，并且所述驱动构件可旋转地联接于所述内燃发动机上的凸轮轴。

15.如权利要求12所述的双向离合器，其特征在于，所述锁定机构包括一个或多个轴承。

16.如权利要求12所述的双向离合器，其特征在于，所述锁定机构包括第一锁定构件和第二锁定构件，并且其中，所述第一锁定构件和所述第二锁定构件通过偏置元件彼此偏离。

17.如权利要求16所述的双向离合器，其特征在于，所述第一锁定构件和所述第二锁定构件呈滚子轴承的形式。

18.如权利要求12所述的双向离合器，其特征在于，所述配合构件构造成选择性地移动所述锁定机构。

19.如权利要求18所述的双向离合器，其特征在于，当所述锁定机构处于解锁状态时，允许所述配合部件使所述锁定机构移位。

20.如权利要求19所述的双向离合器，其特征在于，当所述锁定机构处于所述解锁状态并且所述配合部件使所述锁定机构移位时，允许所述驱动构件相对于所述从动构件移动。