專利名稱：三位置致動(dòng)器活塞裝置及采用這種裝置的致動(dòng)器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三位置致動(dòng)器活塞裝置以及與其相關(guān)的一致動(dòng)器系統(tǒng)，用此控制一換檔變速器內(nèi)的雙向嚙合套，例如組合式變速器的插入式副變速嚙合套或者區(qū)段式副變速嚙合套。尤其是，本發(fā)明涉及一種由加壓流體致動(dòng)的致動(dòng)器活塞裝置，它可提供三個(gè)可選擇和保持的位置(軸向居中、第一方向軸向移位和第二方向軸向移位)，并且僅需要一單個(gè)可控制的可變壓力流體輸送裝置，例如一脈沖寬度經(jīng)調(diào)制的電磁控制閥。最好是，該致動(dòng)器裝置可在諸可選擇的軸向位置之間運(yùn)動(dòng)中提供有選擇的可變載荷。
機(jī)械換檔式變速器具有雙向嚙合機(jī)構(gòu)，其可以是同步型和非同步型的，這種機(jī)械變速器在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)周知，例如可以參見美國(guó)專利3105395；3335616；4428469；4754665；4920815；4944197；5086897；5370013和5390561，上述專利公開的在此引為參考。與此相關(guān)的兩位置和三位置流體致動(dòng)的致動(dòng)器活塞裝置及致動(dòng)器系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中也已公知，例如可以參見美國(guó)專利4899607；4928544；4936156；5054591；5193410；5263379；5272441和5329826，這些專利所公開的內(nèi)容在此引作參考。
雖然現(xiàn)有技術(shù)中的流體致動(dòng)的變速器換檔致動(dòng)器已被廣泛地采用，但對(duì)于某些應(yīng)用，需對(duì)它們加以改進(jìn)，因?yàn)樗鼈儾荒芴峁┮豢蛇x擇和保持的中間(即空檔或非嚙合)位置，它們具有復(fù)雜和昂貴的構(gòu)造，它們需要兩個(gè)或多個(gè)受控制的加壓流體源和相關(guān)的控制裝置，并且它們?cè)诟鱾€(gè)可選擇的位置之間的運(yùn)動(dòng)中不能提供有選擇的可變致動(dòng)力。
按照本發(fā)明，通過提供一相對(duì)簡(jiǎn)單和廉價(jià)的流體致動(dòng)的三位置換檔致動(dòng)器裝置與致動(dòng)器系統(tǒng)，可以使上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷減至最少或者克服，這種裝置和系統(tǒng)僅需一單個(gè)可控制的可選擇地變化加壓的流體源，并且可在向諸可選擇位置的運(yùn)動(dòng)中提供有選擇的可變的致動(dòng)力。
通過提供一致動(dòng)器活塞裝置可以完成上述方案，其中該裝置包括帶有一盲孔的缸體件，該盲孔包括在其封閉端的一擴(kuò)大的直徑部分和與該擴(kuò)大直徑的孔部分相鄰的一中間直徑部分，最好還包括由該中間直徑部分向孔的開口端延伸的一減少直徑部分。一致動(dòng)器活塞可滑動(dòng)和密封地容納在孔內(nèi)，并且包括一擴(kuò)大的頭部和一由頭部向孔的開口端外延伸的一軸(桿)，其中擴(kuò)大的頭部可滑動(dòng)和密封地容納在擴(kuò)大的直徑孔部分內(nèi)，并且其具有一面向孔之封閉端的第一表面并且兩者構(gòu)成一第一加壓腔，和與該第一面相對(duì)且比它小的第二表面；軸(桿)通常帶有一換檔撥叉或類似件，以與其一起軸向移動(dòng)。
一管套件或第二活塞可滑動(dòng)和密封地設(shè)置于所述軸，該第二活塞具有一可滑動(dòng)和密封地容納在孔的中間直徑部分內(nèi)的外徑表面。通過一止動(dòng)件限制所述套件在軸部分上的軸向運(yùn)動(dòng)，并且構(gòu)成有與第二表面相對(duì)的第三表面，它與第二表面相配合，構(gòu)成一第二加壓腔。套件在孔內(nèi)由一臺(tái)肩限制其軸向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)軸移動(dòng)任一方面空檔位置時(shí)，套件與臺(tái)肩接觸。
所述第一腔與一可變的控制其加壓的流體源相連，而第二腔與一恒壓流體源常連接。在一最佳實(shí)施例中，第二腔與一車載的經(jīng)調(diào)節(jié)/濾清的空氣源[通常約80磅/平方英寸的壓力(psi)]相連，而第一腔則通過一脈沖寬度經(jīng)調(diào)制的電磁控制閥與同一流體源相連。由于所述套件恒處于第二腔內(nèi)的常壓，當(dāng)軸與換檔撥叉設(shè)置在中間或空檔位置的不同側(cè)時(shí)，由此所作用的力將會(huì)突然改變。簡(jiǎn)單地說，第一腔的全加壓(0％的脈寬調(diào)制)將會(huì)使致動(dòng)器以全部力向一個(gè)移位方向移動(dòng)，第一腔的全排空(100％的脈寬調(diào)制)將會(huì)使致動(dòng)器朝另一移位方向施加全部力，而中等加壓(40～50％的脈寬調(diào)制)將會(huì)使致動(dòng)器移向中間位置并有效地保持在該中間位置。在運(yùn)動(dòng)的不同階段由致動(dòng)器施加的力可通過改變控制第一腔加壓的閥的脈寬調(diào)制比例而變化。由此可知，本發(fā)明提供了一種新的改進(jìn)的流體致動(dòng)的三位置活塞致動(dòng)器裝置和采用這種裝置的致動(dòng)器系統(tǒng)。
結(jié)合下面的附圖通過閱讀對(duì)最佳實(shí)施例的下列描述，本發(fā)明的這一以及其它目的與優(yōu)點(diǎn)將更加清楚。


圖1為本發(fā)明的液壓致動(dòng)的三位置換檔致動(dòng)器系統(tǒng)的示意圖。
圖2為有利地采用本發(fā)明的致動(dòng)器系統(tǒng)的一組合式變速器的示意圖。
圖3為圖2所示變速器一最佳實(shí)施例的剖視圖。
圖4示出了圖2所示變速器的典型的換檔檔位圖和典型的齒輪傳動(dòng)比。
圖5為表示由本發(fā)明的致動(dòng)器裝置施加的可變力與單個(gè)受控供給閥的可變脈沖寬度調(diào)制之間或者與由此作用于第一腔的可變流體壓力之間關(guān)系的圖。
在下列描述中采用特定的術(shù)語，但僅為方便起見而非限制性的。術(shù)語“向上”、“向下”、“向右”和“向左”是指圖中參考用的方向。術(shù)語“前進(jìn)”和“后退”分別是指以常規(guī)方法安裝于車輛上的變速器之前端與后端，在圖1所示的變速器中則分別是指左側(cè)與右側(cè)。術(shù)語“向里”和“向外”分別是指朝向和離開裝置及部件之幾何中心的方向。所述的術(shù)語包括上面具體提及的詞、其派生詞以及具有類似含義的詞。
詞語“組合式變速器”用于表示具有一主變速段和一副傳動(dòng)單元例如副變速段的變速或換檔傳動(dòng)系統(tǒng)，其中副傳動(dòng)單元與主變速段串列連接，從而主變速段中所述所選擇的齒輪減速傳動(dòng)比可與副變速段中另一選定的齒輪減速傳動(dòng)比進(jìn)行組合。詞語“換高檔”在此用于表示由一低速齒輪傳動(dòng)比向一高速齒輪傳動(dòng)比換檔，而在此使用的詞語“換低檔”是指由一高速齒輪傳動(dòng)比向一低速齒輪傳動(dòng)比換檔，此處使用的詞語“低速檔”或“低檔”是指在變速器內(nèi)用于以相對(duì)較低的前進(jìn)速度操作的檔位(即一組輸出軸速度相對(duì)于輸入軸速度具有較高的減速比的齒輪)。“同步嚙合套裝置”及具有類似含義的術(shù)語是指用于通過一可靠的嚙合的方式使所選的一檔位非差轉(zhuǎn)地接合于一軸上的嚙合套裝置，在這種可靠的嚙合中，在所述嚙合套部件基本上同步轉(zhuǎn)動(dòng)之前可阻止該嚙合套的嚙合，并且相對(duì)較大容量的摩擦裝置與嚙合套部件相結(jié)合，其在嚙合套開始嚙合時(shí)，該摩擦裝置足以使嚙合套部件及所有與之一起旋轉(zhuǎn)的件以基本同步的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。
本發(fā)明的流體致動(dòng)的三位置換檔致動(dòng)器系統(tǒng)10，以及其中使用的三位置致動(dòng)器活塞裝置12可非常有利地用作一組合式變速器110中的插入式嚙合套致動(dòng)器，如圖2-4所示。
變速器110包括一主變速段112和一副變速段114，兩者封裝在殼體116內(nèi)。殼體116包括一前端壁116A和一后端壁116B，但無中間壁。
輸入軸118上固定安裝有輸入齒輪120，它可隨輸入軸一起旋轉(zhuǎn)并且其上構(gòu)成有一向后開口的凹槽118A，其中輸出軸158的一直徑減小的延伸部分158A樞導(dǎo)于該凹槽中?？稍诎疾刍蛎た?18A內(nèi)設(shè)置無摩擦的軸瓦118B或類似件。輸入軸118的前端由前端壁116A內(nèi)的軸承118C支承，而輸出軸158的后端158C則由后端壁116B內(nèi)的軸承裝置158D支承。軸承裝置158D可以是一對(duì)反置的滾錐軸承或者是一個(gè)單個(gè)滾柱或滾珠軸承，如圖3所示。
帶有主軸嚙合套148與150以及主軸插入式嚙合套180的主軸146大致為管體形146A，它具有外花鍵的外表面146B和軸向延伸以使輸出軸158穿過的通孔146C，在換檔嚙合套148與150上分別設(shè)置有換檔撥叉152和154。主軸146可相對(duì)于輸入軸118和輸出軸158獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)，并且最好是可相對(duì)于它們作有限的軸向移動(dòng)。
主變速段112包括兩個(gè)基本一致的主變速段中間軸裝置122，每一中間軸裝置122包括帶有固定于其上的中間軸齒輪130、132、134、136和138的主變速段中間軸124。齒輪對(duì)130、134、136和138分別與輸入齒輪118、主軸齒輪140、142以及惰輪157常嚙合，而惰輪157則與倒車主軸齒輪144嚙合。
主變速段中間軸124向后伸入副變速段，其后端124A直接或間接地支承在后殼體端壁116B內(nèi)。
副變速段114包括兩個(gè)大致相同的副變速段中間軸裝置160，每一個(gè)包括帶有可隨其一起轉(zhuǎn)動(dòng)的副變速段中間軸齒輪對(duì)168、170和172的副變速段中間軸162。副變速段中間軸齒輪對(duì)168、170和172分別與插入式副變速齒輪174、插入式/區(qū)段式副變速齒輪176以及區(qū)段式副變速齒輪178常嚙合。插入式嚙合套180固定于主軸146上，以有選擇地將齒輪174或176之一與主軸接合，而同步區(qū)段式嚙合套182則安裝于輸出軸158上，以有選擇地將齒輪176或178與輸出軸158接合。最好是由一換檔撥叉180A來使插入式嚙合套軸向定位，而換檔撥叉180A則由本發(fā)明的致動(dòng)器系統(tǒng)10控制。
副變速段中間軸162大致為管形，其上構(gòu)成有一通孔162A，用于容納主變速段中間軸124的后延伸部分。設(shè)置有軸承或軸瓦162B與162C以將副變速段中間軸162可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承于主變速段中間軸124上。軸承162D直接或間接地將中間軸124與162的后端支承于后端壁116內(nèi)。
雙向爪式嚙合套180的結(jié)構(gòu)與功能實(shí)質(zhì)上等同于主變速段112中采用的滑動(dòng)式嚙合套148與150的結(jié)構(gòu)與功能，而雙向同步嚙合套裝置182的功能實(shí)質(zhì)上等同于現(xiàn)有技術(shù)中雙向同步嚙合套裝置的結(jié)構(gòu)與功能，作為其示例可以參見美國(guó)專利4462489；4125179以及2667955，這些專利所公開的內(nèi)容在此引作參考。所示的同步嚙合套裝置182為前述美國(guó)專利4462489中所述的指銷式。
當(dāng)與本發(fā)明的致動(dòng)器系統(tǒng)10配套使用時(shí)，插入型爪式嚙合套180為一種三位置嚙合套裝置，其可有選擇地分別位于最右端(直接檔)或最左端(超速檔)位置，以分別將齒輪176或174與主軸146嚙合，或者是位于中間非嚙合(空檔)位置?？諜n位置是指嚙合套180的中間位置區(qū)段，在此不管是齒輪174還是176都不與主軸146嚙合。
參見圖2～4可以看出，通過有選擇地將插入式嚙合套180與區(qū)段式嚙合套182軸向定位于各自的前后軸向位置，可提供主軸轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的四個(gè)不同的傳動(dòng)比。由此，副變速段114為區(qū)段式與插入式組合的變速器的三級(jí)副變速段，它可以在其輸入(主軸146)與輸出(輸出軸158)之間提供四個(gè)可選擇的速度或傳動(dòng)比。主變速段112設(shè)置有一個(gè)倒檔和三個(gè)可供選擇的前進(jìn)檔。然而在高速區(qū)段內(nèi)不使用可選擇的主變速段前進(jìn)檔中的任意之一以及與主軸齒輪142相連的低速齒輪傳動(dòng)比。同時(shí)，變速器110被適當(dāng)?shù)胤Q為一“(2+1)×(2×2)”型變速器，根據(jù)需要以及插入低檔齒輪傳動(dòng)比的實(shí)際情況，這種類型的變速器可以提供9個(gè)或10個(gè)可供選擇的前進(jìn)檔。
換檔變速器110的換檔檔位圖示意性地表示在圖4中。每一換檔桿位置垂直方向的分支表示插入式換檔，而在H形檔位圖的3/4或5/6分支到其7/8與9/10分支的水平方向的移動(dòng)表示由變速器的低檔區(qū)段向高檔區(qū)段的換檔。如上所述，通過由一車輛駕駛員致動(dòng)的插入式換檔按鈕或類似件以通常的方式來完成插入式換檔，通常是通過位于換檔桿球頭處的一按鈕，而區(qū)段式嚙合套換檔裝置的操作則自動(dòng)響應(yīng)于變速換檔桿在換檔檔位圖的中央與最右分支之間的移動(dòng)，如圖6所示。這種基本類型的區(qū)段式換檔裝置在現(xiàn)有技術(shù)中已為公知，并且可參見美國(guó)專利3429202；4455883；4561325與4663725，這些專利所公開的內(nèi)容在此引作參考。
現(xiàn)再參照?qǐng)D4，并且假設(shè)需使變速器具有大致相同的傳動(dòng)比級(jí)，則主變速段傳動(dòng)比級(jí)應(yīng)大致相等，而副變速傳動(dòng)比級(jí)大致等于主變速段傳動(dòng)比級(jí)的平方根，并且區(qū)段式副變速傳動(dòng)比級(jí)應(yīng)等于主變速段傳動(dòng)比級(jí)的大約N次方，其中N等于主變速段傳動(dòng)比級(jí)在兩個(gè)區(qū)段中出現(xiàn)的數(shù)目[即在(2+1)×(2×2)變速器110，中N＝2]。給定的所需理想傳動(dòng)比，則選擇近似嚙合于這些傳動(dòng)比。在上述例子中，插入式副變速傳動(dòng)比級(jí)約為33.3％，而區(qū)段式副變速傳動(dòng)比級(jí)大約為316％，其基本上適合于具有大約78％的傳動(dòng)比級(jí)的主變速段，因?yàn)?.78的平方根約等于1.33，而1.78的二次方(即N＝2)約等于3.16。
在利用類似于圖2-4所示的變速器110的機(jī)械變速器的至少部分全自動(dòng)機(jī)械變速系統(tǒng)的特定情況中，可能需要在特定的操作條件下使插入式副變速爪式嚙合套180移向并保持在空檔位置，并且/或者改變作用于換檔撥叉180A與嚙合套180上的力。本發(fā)明的換檔致動(dòng)器活塞裝置12和致動(dòng)器系統(tǒng)10提供了一相對(duì)簡(jiǎn)單、低廉和可靠的裝置，以提供這些所需的插入式副變速嚙合套控制特征。
參照?qǐng)D1，流體致動(dòng)的三位置致動(dòng)器活塞裝置12包括一兩體式缸體14，即包括主缸體14A和端蓋14B。該缸體限定一盲孔16，其中延伸有一活塞桿18，活塞桿上裝有諸如換檔撥叉180A的換檔致動(dòng)器，用以隨活塞桿一起軸向移動(dòng)。盲孔16包括一擴(kuò)大的內(nèi)徑部分16A、一縮小的內(nèi)徑部分16B和一位于較大與較小內(nèi)徑部分之間的中間內(nèi)徑部分16C。在孔部分16A與16C、16C與16B的交界處分別形成有臺(tái)肩16D和16E。例如，對(duì)于一大功率變速器，孔部分16A、16B和16C的內(nèi)徑16F、16G和16H分別約為2.203英寸、1.197英寸和1.850英寸。
一具有較大面積差的活塞件20可滑動(dòng)和密封地置于擴(kuò)大的孔部分16A內(nèi)并且固定于桿18上，以隨其一起軸向移動(dòng)?；钊?0上構(gòu)成有一朝向左的較大面20A和一朝向右的較小面20B。
桿18可滑動(dòng)地容置在較小直徑的孔16B內(nèi)并且在其外徑表面18A上裝有一環(huán)形管狀活塞件22。環(huán)形管狀活塞件22構(gòu)成一內(nèi)徑表面22A，它由桿18的外徑表面18A滑動(dòng)并密封地支承著；還構(gòu)成有一外徑表面22B，它滑動(dòng)并密封地容置在中間直徑部分16C內(nèi)。管狀活塞也構(gòu)成有一朝向左的活塞面22C。
雖然桿18是以同換檔撥叉180A相連的形式示出的，但其也可用于操作諸如美國(guó)專利4920815中所示類型的換檔機(jī)構(gòu)的其它裝置。
環(huán)形管狀活塞22相對(duì)于桿18的向右軸向運(yùn)動(dòng)由止動(dòng)件24限制，而其相對(duì)于桿18的向左軸向運(yùn)動(dòng)則受到活塞面20B的限制。管狀活塞22相對(duì)于孔16和缸體14的向右軸向運(yùn)動(dòng)由臺(tái)肩16E限制?；钊?0A與孔部分16A構(gòu)成一第一腔26，它通過通道28連通于一可選擇地加壓和排放的液壓管A，而活塞面20B、孔部分16A和管狀第二活塞22的左面22C構(gòu)成一第二腔30，它通過通道32與一常加壓管B相連。
可設(shè)置一位置傳感器34，以提供表示桿18和/或換檔撥叉180A軸向位置的一輸入信號(hào)。如圖所示，換檔撥叉180A可完全向左移位，以嚙合超速插入式副變速傳動(dòng)比(即齒輪174與主軸146嚙合)，或者完全向右移位以嚙合直接傳動(dòng)插入式副變速傳動(dòng)比(即齒輪176與主軸146嚙合)，或者設(shè)置在中間居于空檔位置區(qū)域(即主軸146均不與齒輪174或176嚙合)。
可設(shè)置一基于微處理器的控制器36來接收各種輸入信號(hào)38，根據(jù)預(yù)定的邏輯規(guī)則對(duì)這些輸入信號(hào)進(jìn)行處理以向各種系統(tǒng)致動(dòng)器產(chǎn)生命令輸出信號(hào)，例如用于控制管A與活塞腔26的加壓與排放的由脈沖寬度調(diào)節(jié)的電磁控制閥裝置42。這一類型的控制裝置在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，可以參見美國(guó)專利4360060；4595986；5281902和5445126，這些專利公開的內(nèi)容在此引作參考。
一車載濾清和經(jīng)調(diào)節(jié)的空氣源44，通常來源于車用壓縮機(jī)，通過管B和缸體14內(nèi)的通道32與腔30直接常連接。腔26可選擇地通過管A和通道28與空氣源44或大氣連接(ATMO)，這取決于三通兩位置脈寬調(diào)節(jié)的電磁控制閥裝置42的位置。在一典型的重型車輛中，大約以80磅/每平方英寸(psi)對(duì)壓縮空氣源44進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)。
控制器36可以通過電子數(shù)據(jù)鏈接收諸輸入信號(hào)，例如那些符合SAEJ1922，SAE J1939和/或ISO 11898之類的工業(yè)議定書的電子數(shù)據(jù)，以及/或者由各種傳感器接收輸入信號(hào)，例如指示油門踏板位置的傳感器、車速傳感器、傳動(dòng)軸速度傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩傳感器、指示換檔桿和/或插入式副變速器選擇器的控制的傳感器、指示主離合器狀態(tài)的傳感器以及類似的傳感器等?？刂破?6亦可向顯示裝置、變速器的主變速段和/或區(qū)段式變速段致動(dòng)器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、主離合器操作器、傳動(dòng)系統(tǒng)駐車制動(dòng)操作器等發(fā)出命令輸出信號(hào)。
可設(shè)置一傳感器158E來提供指示輸出軸158(也指示車速)轉(zhuǎn)速的信號(hào)，也可設(shè)置一傳感器60來提供一指示位于換檔桿64上的插入式副變速器選擇器開關(guān)的操作的信號(hào)。
值得注意的是，當(dāng)活塞桿18/換擋撥叉180A位于空檔位置而管狀活塞22位于止動(dòng)件24上時(shí)(這是常壓腔30的固有結(jié)果)，則管狀活塞22將會(huì)與臺(tái)肩16E接觸。因此，如果桿18/撥叉180A沿超速檔(向左)方向移動(dòng)，則活塞22的面22C則會(huì)向桿與撥叉施加一向右的力(在本實(shí)施例中約為130磅)，當(dāng)桿18/撥叉180A移向空檔或者由空檔向直接檔傳動(dòng)方向(向右)移動(dòng)時(shí)，該力將會(huì)突然終止。這一特性用于控制三位置致動(dòng)器12的定位，下面將更詳細(xì)地描述。
圖5是表示根據(jù)撥叉180A的定位，在不同程度的脈沖寬度調(diào)制下作用于換檔撥叉180A上的力的曲線 圖，并且假設(shè)其尺寸如上所述，壓縮流體源的壓力為80psi(磅/平方英寸)(即20A＝2.203英寸；20B＝1.197英寸；20C＝1.850英寸；且空氣源44＝80磅/英寸2)。在圖5中，脈沖寬度調(diào)制的百分比(％PWM)以0％調(diào)制(全驅(qū)動(dòng))到100％調(diào)制(不驅(qū)動(dòng))變化，并且正向力作用于直接檔(向右)方向，而負(fù)向力則作用于超速檔(向左)方向。線50表示當(dāng)撥叉移向空檔的超速檔(向右)方向時(shí)作用于撥叉上的力，而線52則表示當(dāng)撥叉(向左)將向空檔的直接檔方向時(shí)作用于撥叉上的力。在電磁控制閥42的任何給定程度的脈沖寬度調(diào)制下，或者在相應(yīng)的管A的加壓作用下，線50與52間的差大約是130磅向右的力，如果撥叉180A位于空檔的左側(cè)(超速檔)，該力將由管狀活塞提供。
例如，如果嚙合在超速檔，則當(dāng)電磁控制閥42執(zhí)行0％的調(diào)制(即全驅(qū)動(dòng))時(shí)，撥叉將會(huì)在約220磅力的作用下由超速檔位置向空檔偏壓，直至到達(dá)空檔(線50)，然后將在大約90磅力的作用下由空檔向直接檔位置(線52)偏壓。類似地，當(dāng)在20％的調(diào)制時(shí)(即電磁閥以80％的時(shí)間被激勵(lì))，則將以大約170磅的力促使撥叉朝空檔移動(dòng)，然后以大約40磅的力由空檔移向直接檔。
如線54所示，當(dāng)在大約38％的調(diào)制時(shí)(即電磁閥以62％的時(shí)間被激勵(lì))，無論撥叉的位置在何處，也將以大約65磅的力使撥叉偏壓向空檔，然后突然停止在空檔位置。理論上講，在大約20％的調(diào)制(線56)到大約52％的調(diào)制(線58)時(shí)，撥叉將會(huì)以不同量的力向空檔偏壓并且將保持在或鄰近于空檔位置。
因此，采用本發(fā)明的三位置致動(dòng)器系統(tǒng)10僅需一單個(gè)脈沖寬度調(diào)節(jié)控制的、電磁控制閥裝置42和一具有三個(gè)可選擇并保持位置的致動(dòng)器，并且提供可選擇的可變致動(dòng)力。
在所示的系統(tǒng)中，從0％至大約28％的調(diào)制將會(huì)使致動(dòng)器換檔到直接檔位置，從大約28％～52％的調(diào)制將會(huì)使致動(dòng)器換至空檔，而從大約52％～100％的調(diào)制將會(huì)使致動(dòng)器換至超速檔位置。另外，僅通過將由0psi～80psi之間可選擇變化的壓力源設(shè)置給管A，即可獲得同樣的結(jié)果，根據(jù)需要，通過改變活塞面20A、20B和22C的相對(duì)有效面積可以改變系統(tǒng)10的操作性能。
雖然以某種程度詳盡描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但只要不脫離權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍，可作出各種形式與結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
1.一種由加壓流體操作的三位置換檔致動(dòng)器裝置(12)，用于有選擇地將一雙向嚙合套(180)定位在可選擇的一空檔(N)位置、一沿第一軸向軸向離開該空檔位置的第一嚙合位置(D)、或者一沿相對(duì)于該第一軸向的第二軸向軸向離開所述空檔位置的第二嚙合位置(OD)，該裝置包括一與所述嚙合套協(xié)同相連的桿(18)；一差壓面積活塞，它可固定地隨該桿軸向移動(dòng)，該差壓面積活塞具有在一有選擇可變加壓的第一腔(26)內(nèi)處于加壓流體作用的一較大的面(20A)和一在常壓的第二腔(30)內(nèi)處于加壓流體作用的一相對(duì)較小的面(20B)，作用于該較大面上的加壓流體可促使一力驅(qū)動(dòng)該桿沿所述的第一軸向移動(dòng)，而作用于該較小面上的加壓流體可促使一力驅(qū)動(dòng)該桿沿所述第二軸向移動(dòng)；以及一第二活塞(22)，它具有一相對(duì)于所述差壓面積活塞之較小面并且在所述的第二腔內(nèi)處于加壓流體作用，僅需使受控裝置由所述空檔位置沿所述第二軸向移位，該第二活塞可有效地沿所述第一軸向向該桿施加一力。
2.如權(quán)利要求1的換檔致動(dòng)器裝置，其特征在于該第二腔被常加壓至一調(diào)節(jié)壓力(80psi)并且該第一腔可選擇地被加壓至一可變壓力，該可變壓力的最大值不超過所述的調(diào)節(jié)壓力。
3.如權(quán)利要求2的換檔致動(dòng)器裝置，其特征在于該第二活塞的有效面積小于所述差壓面積活塞之較小面的有效面積。
4.如權(quán)利要求1的換檔致動(dòng)器裝置，其特征在于該第二活塞通過第一止動(dòng)件(24)限制其沿第一軸向相對(duì)于所述桿的軸向運(yùn)動(dòng)，并且通過第二止動(dòng)件(16E)限制其相對(duì)于構(gòu)成所述腔的缸體(14)的運(yùn)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求4的換檔致動(dòng)器裝置，其特征在于所述的第二活塞當(dāng)桿使所述受腔裝置位于第一位置(N)時(shí)，將與所述的第一和第二止動(dòng)件嚙合。
6.如權(quán)利要求3的換檔致動(dòng)器裝置，其特征在于所述第二活塞由一第一止動(dòng)件(24)限制其沿第一軸向相對(duì)于桿的軸向運(yùn)動(dòng)，并且由一第二止動(dòng)件(16E)限制其相對(duì)于構(gòu)成所述腔的缸體(14)的軸向移動(dòng)。
7.如權(quán)利要求6的換檔致動(dòng)器裝置，其特征在于當(dāng)所述桿使所述雙向嚙合套位于所述第一位置(N)時(shí)，所述第二活塞將與第一和第二止動(dòng)件嚙合。
8.一種由加壓流體操作的三位置致動(dòng)器裝置，用于有選擇地將一受控裝置的嚙合套定位在可選擇的一第一位置、沿第一軸向軸向離開該第一位置的第二位置、或者沿第二軸向軸向離開該第一位置的第三位置，所述第二軸向與第一軸向相對(duì)，該裝置包括一與所述受控裝置協(xié)同相連的軸；一差壓面積活塞，它固定地隨所述軸一起軸向移動(dòng)，該差壓面積活塞具有在一有選擇變化加壓的第一腔內(nèi)處于加壓流體作用的較大的面和在一常壓的第二腔內(nèi)處于其加壓流體作用的對(duì)置的較小面，所述較大面上的加壓流體產(chǎn)生一力，驅(qū)使該軸沿所述第一軸向運(yùn)動(dòng)，而在所述較小面上的加壓流體產(chǎn)生的力，驅(qū)使該軸沿所述第二軸向運(yùn)動(dòng)；以及一第二活塞，它具有一與所述差壓面積活塞的較小面相對(duì)的一面，并且在所述第二腔內(nèi)處于加壓流體的作用，只要該受控裝置從所述第一軸向位置沿第二軸向移位，該第二活塞可有效地沿所述第一軸向向該軸施加一力，
9.如權(quán)利要求8致動(dòng)器的裝置，其特征在于所述第二腔被恒加壓至一調(diào)節(jié)壓力，并且所述第一腔被可選擇地加壓至一可變壓力，該可變壓力的最大值不超過所述的調(diào)節(jié)壓力。
10.如權(quán)利要求9的致動(dòng)器裝置，其特征在于所述第二活塞的所述面的有效面積小于所述差壓面積活塞之較小面的有效面積。
11.如權(quán)利要求8的致動(dòng)器裝置，其特征在于所述第二活塞由一第一止動(dòng)件限制其沿第一軸向相對(duì)于該軸的軸向運(yùn)動(dòng)，并且由一第二止動(dòng)件限制其相對(duì)于構(gòu)成所述腔的缸體的運(yùn)動(dòng)。
12.如權(quán)利要求11的致動(dòng)器裝置，其特征在于當(dāng)所述軸使所述受控裝置位于第一位置時(shí)，所述第二活塞將與第一和第二止動(dòng)件嚙合。
13.如權(quán)利要求10的致動(dòng)器裝置，其特征在于由一第一止動(dòng)件限制所述第二活塞沿第一軸向相對(duì)于所述軸的軸向運(yùn)動(dòng)，并且由一第二止動(dòng)件限制其相對(duì)于構(gòu)成所述腔的缸體的軸向運(yùn)動(dòng)。
14.如權(quán)利要求13的致動(dòng)器裝置，其特征在于當(dāng)所述的軸使所述受控的裝置位于該第一位置時(shí)，所述的第二活塞將與第一和第二止動(dòng)件嚙合。
15.一種由加壓流體操作的三位置換檔致動(dòng)器裝置(12)，用于有選擇地使一受控的雙向爪式嚙合套定位于一可選擇的空檔位置、沿第一軸向軸向地離開該空檔位置的第一嚙合位置、或者沿相對(duì)于該第一軸向的第二軸向軸向地離開所述空檔位置的一第二嚙合位置，該裝置包括具有一孔(16)的缸體(14)，該孔具有一較大內(nèi)徑部分(16A)、一較小內(nèi)徑部分(16B)和軸向地置于它們之間的一中間內(nèi)徑部分(16C)同所述的爪式嚙合套協(xié)同相連的一軸(18)，它可滑動(dòng)地容納在所述孔內(nèi)；一差壓面積活塞(20)，它可滑動(dòng)并密封地容納在所述的較大內(nèi)徑孔部分內(nèi)，并且安裝成可隨所述軸一起軸向運(yùn)動(dòng)，該差壓面積活塞具有一在一有選擇地變化加壓的第一腔(26)內(nèi)處于加壓流體作用的較大面(20A)和一在一恒壓的第二腔(30)內(nèi)處于加壓流體作用的相對(duì)較小面(20B)，其中第一腔(26)由所述較大面和較大內(nèi)徑孔部分構(gòu)成，而第二腔(30)則由所述較小面和較大內(nèi)徑孔部分構(gòu)成，所述較大面上的加壓流體產(chǎn)生一力，驅(qū)使所述軸沿第一軸向運(yùn)動(dòng)，所述較小面上的加壓流體產(chǎn)生一力，驅(qū)使所述軸沿第二軸向運(yùn)動(dòng)；以及一大致為管狀的第二活塞(22)，它具有一外徑表面(22B)和一內(nèi)徑表面(22A)，其中外徑表面可滑動(dòng)并密封地容納在所述的中間內(nèi)徑孔部分內(nèi)，而內(nèi)徑表面則由所述軸的外徑表面(18A)可滑動(dòng)和密封地支承著，所述第二活塞具有一與所述差壓面積活塞的所述較小面相對(duì)的一面(22C)，并且處于所述第二腔內(nèi)的加壓流體的作用，由一第一止動(dòng)件(24)限制該第二活塞沿第一軸向相對(duì)于所述軸軸向移動(dòng)，而由一第二止動(dòng)件(16E)限制其相對(duì)于缸體的移動(dòng)，當(dāng)所述軸使所述嚙合套位于第一位置時(shí)，該第二活塞與所述止動(dòng)件(24與16E)嚙合，只要使該嚙合套從空檔位置沿第二軸向移動(dòng)，即可使該第二活塞可有效地沿所述第一軸向向該軸施加一力。
16.如權(quán)利要求15的換檔致動(dòng)器裝置，其特征在于所述孔(16)相對(duì)于缸體向外敞開，并且所述軸(18)從該孔向外延伸。
17.如權(quán)利要求16的換檔致動(dòng)器，其特征在于所述軸帶有一可與所述受控爪式嚙合套嚙合的換檔撥叉(180A)。
18.如權(quán)利要求15的換檔致動(dòng)器裝置，其特征在于所述第二止動(dòng)件是由位于所述中間內(nèi)徑部分與較小內(nèi)徑部分交界處的一臺(tái)肩(16E)構(gòu)成。
19.如權(quán)利要求15的換檔致動(dòng)器裝置，其特征在于所述第二腔被恒加壓到一經(jīng)調(diào)節(jié)的壓力(80psi)，并且所述第一腔有選擇地被加壓到一可變壓力，其中該可變壓力的最大值不大于所述的經(jīng)調(diào)節(jié)的壓力。
20.如權(quán)利要求19的換檔致動(dòng)器裝置，其特征在于所述第二活塞的所述面之有效面積小于所述差壓活塞之較小面的有效面積。
21.如權(quán)利要求20的換檔致動(dòng)器裝置，其特征在于所述較小面(20B)的有效面積約為所述較大面(20A)有效面積的65％～75％，而所述第二活塞的面(22C)的有效面積約為所述較小面(20B)有效面積的50％～60％。
22.一種組合式插入型機(jī)械變速器(110)，包括一雙向插入式副變速爪式嚙合套(180)，用于將所選擇的兩個(gè)插入式副變速齒輪(174，176)之一嚙合到一軸(146)上；還包括一加壓流體操作的三位置換檔致動(dòng)器裝置(12)，用于有選擇地將所述嚙合套定位在可選擇的下述諸位置之一，即一空檔(N)位置、沿第一軸向軸向地離開該空檔位置的第一嚙合位置(D)，用于嚙合所述插入式副變速齒輪之一，或者沿與所述第一軸向相對(duì)的一第二軸向軸向地離開所述空檔位置的一第二嚙合位置(OD)，用于嚙合另一個(gè)插入式副變速齒輪，該換檔致動(dòng)器裝置包括與所述嚙合套(180A/180)協(xié)同相連的一軸(18)；一差壓面積活塞(20)，它安裝成可隨所述軸軸向移動(dòng)，所述差壓面積活塞具有在一可選擇地變化加壓的第一腔內(nèi)處于加壓流體作用的一較大面積(20A)和一在一常壓第二腔內(nèi)處于加壓流體作用的一相對(duì)較小面(20B)，該較大面上的加壓流體產(chǎn)生一力，驅(qū)使所述軸沿第一軸向運(yùn)動(dòng)，而該較小面上的加壓流體產(chǎn)生一力，驅(qū)使該軸沿第二軸向運(yùn)動(dòng)；并且一第二活塞(22)，它具有一相對(duì)于所述差壓面積活塞之較小面的一面，并且處于所述第二腔內(nèi)的加壓流體的作用，只要使所述嚙合套自空檔位置沿第二軸向移位，該第二活塞即可有效地沿第一軸向向所述的軸施加的力。
23.如權(quán)利要求22的變速器，其特征在于所述第二腔被常加壓到一經(jīng)調(diào)節(jié)的壓力(80psi)，并且所述的第一腔被有選擇地加壓到一可變壓力，它的最大值不大于所述經(jīng)調(diào)節(jié)的壓力。
24.如權(quán)利要求23的變速器，其特征在于所述第二活塞的所述面的有效面積小于所述差壓面積活塞的所述較小面的有效面積。
25.如權(quán)利要求22的變速器，其特征在于所述第二活塞由第一止動(dòng)件(24)限制其沿第一軸向相對(duì)于所述軸的軸向移動(dòng)，而由第二止動(dòng)件(16E)限制相對(duì)于構(gòu)成所述腔的缸體(14)的移動(dòng)。
26.如權(quán)利要求25的變速器，其特征在于當(dāng)所述軸使嚙合套定位于所述空檔位置(N)時(shí)，所述第二活塞將與第一和第二止動(dòng)件嚙合。
27.如權(quán)利要求24的變速器，其特征在于通過第一止動(dòng)件(24)限制所述第二活塞沿第一軸向相對(duì)于所述軸的軸向移動(dòng)，而通過第二止動(dòng)件(16E)限制其相對(duì)于構(gòu)成所述腔的缸體(14)的移動(dòng)。
28.如權(quán)利要求27的變速器，其特征在于當(dāng)所述軸使嚙合套定位于空檔位置(N)時(shí)，所述第二活塞將與第一和第二止動(dòng)件嚙合。
29.一車輛傳動(dòng)系統(tǒng)(10)包括一組合式插入型機(jī)械變速器(110)，該機(jī)械變速器包括一雙向插入式副變速爪式嚙合套(180)，用于使所選擇的兩個(gè)插入式副變速齒輪(174、176)之一與軸(146)嚙合；一加壓流體操作的三位置換檔致動(dòng)器裝置(12)，用于有選擇地使所述嚙合套定位在一可選擇下述諸位置之一，即空檔位置(N)，沿第一軸向軸向地離開所述空檔位置的第一嚙合位置，用以與所述插入式副變速齒輪之一嚙合、或者沿與所述第一軸向相對(duì)的第二軸向軸向地離開該空檔位置的第二嚙合位置(OD)，用以與所述的插入式副變速齒輪的另一個(gè)嚙合；所述的換檔致動(dòng)器裝置包括一與所述嚙合套(180A/180)協(xié)同相連的軸(18)；一差壓面積活塞(120)，它安裝成可隨所述軸一起軸向運(yùn)動(dòng)，該差壓面積活塞具有一在一可選擇地變化加壓的第一腔內(nèi)處于其加壓流體作用的一較大面(20A)和在一常壓第二腔內(nèi)處于其加壓流體作用的一相對(duì)的較小面(20B)，在所述較大面上的加壓流體產(chǎn)生一力，驅(qū)使所述軸沿第一軸向移動(dòng)，而所述較小面上的加壓流體產(chǎn)生的力驅(qū)使所述軸沿第二軸向移動(dòng)；并且一第二活塞(22)具有一相對(duì)所述差壓面積活塞較小面的一面(22C)，它處于所述第二腔內(nèi)的加壓流體的作用，只要使所述嚙合套由空檔位置沿第二軸向移位，則所述第二活塞可有效地沿第一軸向向所述軸施加一力；一車載的經(jīng)調(diào)節(jié)的壓縮空氣源(44/B)；使其調(diào)節(jié)到一預(yù)定的調(diào)節(jié)壓力，并且直接與所述的第二腔(30)相連；以及一車載的有選擇變化加壓的壓縮空氣源(A)，它與所述的第一腔(26)相連。
30.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其特征在于可變加壓的壓縮空氣的最大壓力不超過所述的調(diào)節(jié)壓力。
31.如權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)節(jié)壓力大約為75～85psi(磅/英寸2)。
32.如權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其特征在于所述可變加壓的壓縮空氣源包括一可控制的裝置，它具有一與所述經(jīng)調(diào)節(jié)的壓縮空氣源相連的入口和與所述第一腔相連的出口。
33.如權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其特征在于所述可控制的裝置包括一兩位置三通閥，它由一脈沖寬度經(jīng)調(diào)制的電磁控制閥控制。
34.如權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其特征在于所述閥具有一第一位置，用于使所述經(jīng)調(diào)節(jié)加壓的壓縮空氣源與第一腔相連，并且還有一第二位置，用于使所述第一腔與一連至大氣(ATMO)的排氣口相連。
35.如權(quán)利要求33的系統(tǒng)，它還包括一基于微處理器的控制器(36)，用于接收輸入信號(hào)(38)和對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理以向所述的電磁控制閥產(chǎn)生命令輸出信號(hào)(40)。
36.如權(quán)利要求35的系統(tǒng)，其特征在于所述的輸入信號(hào)包括至少指示插入式副變速選擇器位置、軸位置或者車速之一的輸入信號(hào)。
37.如權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其特征在于所述第二活塞的所述面的有效面積小于所述差壓面積活塞之較小面的有效面積。
38.如權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其特征在于通過一第一止動(dòng)件(24)限制所述第二活塞沿第一軸向相對(duì)于所述軸的軸向運(yùn)動(dòng)，而由一第二止動(dòng)件(16E)限制其相對(duì)于構(gòu)成所述腔的缸體(14)的運(yùn)動(dòng)。
39.如權(quán)利要求38的系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述軸使所述受控裝置位于其空檔位置(N)時(shí)，所述的第二活塞將與第一和第二止動(dòng)件嚙合。
40.如權(quán)利要求37的系統(tǒng)，其特征在于通過一第一止動(dòng)件(24)限制所述的第二活塞沿第一軸向相對(duì)于所述軸的軸向運(yùn)動(dòng)，而由一第二止動(dòng)件限制其相對(duì)于構(gòu)成所述腔的缸體(14)的運(yùn)動(dòng)。
41.如權(quán)利要求38的系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述的軸使系統(tǒng)的裝置位于空檔位置(N)時(shí)，所述的第二活塞與第一和第二止動(dòng)件嚙合。
42.如權(quán)利要求30的系統(tǒng)，還包括基于微處理器的一控制器(36)，用于接收輸入信號(hào)(38)及處理這些輸入信號(hào)，以向所述受控裝置提供命令輸出信號(hào)(40)。
43.如權(quán)利要求42的方法，其特征在于所述的輸入信號(hào)至少包括指示插入式副變速選擇器位置、軸的位置、或者車速之一的輸入信號(hào)。
44.如權(quán)利要求42的系統(tǒng)，其特征在于所述第二活塞的面的有效面積小于所述差壓面積活塞微小面的有效面積。
45.如權(quán)利要求44的系統(tǒng)，其特征在于通過一第一止動(dòng)件(24)限制所述第二活塞沿第一軸向相對(duì)于所述軸的軸向運(yùn)動(dòng)，而通過一第二止動(dòng)件限制其相對(duì)于構(gòu)成所述腔的缸體(14)的運(yùn)動(dòng)。
46.如權(quán)利要求45的系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)所述的軸使受控裝置位于空檔位置(N)時(shí)，所述的第二活塞與第一和第二止動(dòng)件嚙合。
全文摘要
提供了一種加壓流體操作的三位置換檔致動(dòng)器活塞裝置(12)及相關(guān)的控制系統(tǒng)(10)?？刂葡到y(tǒng)僅需要一單個(gè)受控的加壓流體源(A)以便移動(dòng)至并保持在所選擇的三個(gè)軸向移位位置(D，N，OD)之一。
文檔編號(hào)F15B11/06GK1165927SQ9710127
公開日1997年11月26日 申請(qǐng)日期1997年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月6日
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