旋转传动装置 【技术领域】
本发明涉及一种用于接通/断开车辆动力传动链中的驱动力的旋转传动装置，更具体地涉及一种采用滚柱作为接合件的旋转传动装置。背景技术
已经知道了可电磁地控制两根轴的连接和脱离并具有相对较大的传动能力的电磁滚柱式离合器。这种电磁滚柱式离合器是一种采用滚柱作为接合件的机构，其通过电磁力的作用来控制滚柱的位置，从而接通/断开两根轴。在日本公开特许公报No.336799/1999中公开了这种机构的一个例子，它将在下文中介绍。
如图5所示，现有技术的旋转传动装置31包括作为随动件的外环32，由外环32通过滚柱轴承而支撑的输入轴33，设于外环32和输入轴33之间的双向离合器“A”，以及用于促动双向离合器“A”的电磁离合器“B”。
双向离合器“A”包括形成于外环32的内表面上的柱面35，以及形成于输入轴33的较大直径部分的外表面上的多个扁平的凸轮面37，凸轮面37在圆周方向上等距地隔开，从而在凸轮面37和外环32的内柱面35之间形成了多个楔形空间。在外环32和输入轴33之间地环形空间内设有用于固定滚柱42的保持架38，保持架38通过设置在其两侧的板39和40可旋转地支撑于输入轴33上。保持架38上形成了具有和凸轮面37的数目相同的凹槽41，用于将作为接合件的滚柱42容纳于其中。滚柱42与凸轮面37和内柱面35之间的楔形空间相接合，并在保持架38周向地运动了预定运动量时将外环32和输入轴33整体地相连。在保持架38和输入轴33之间安装了切换弹簧45，其保持偏转状态以将滚柱42正常地保持在其中性位置，即在滚柱42和外环32的内柱面35之间存在径向间隙的位置。在中性位置上，输入轴33不与外环32相接合，因此外环32处于可自由旋转的状态。
电磁离合器“B”由用于容纳电磁线圈48的励磁铁芯49形成，励磁铁芯49固定在从外环32的端部部分地突出的固定部分47上，转子50围绕励磁铁芯49的外部而可旋转地安装于其上，转子50被压配在转子导向件51中，而转子导向件51被压配在外环32中。
在转子50和转子导向件51的凸缘51a之间设有带轴向间隙的空隙中，其中衔铁53可被电磁线圈48产生的磁力所吸引。在衔铁53和转子50之间设有波形弹簧54，可推动衔铁53远离转子50。衔铁53安装在保持架38的端部，使其不能相对保持架旋转但可轴向移动。
在这种旋转传动装置31中，当电磁线圈48未被激励时，双向离合器“A”通过切换弹簧45而保持在中性位置，因此外环32处于可自由旋转的状态。
另一方面，当在电磁线圈48上施加电流时，衔铁53将克服波形弹簧54的作用力而被吸引到转子50上，因而在它们之间产生了摩擦力。此摩擦力将外环32和保持架38整体地相连，因而使滚柱42从其中性位置移动到与楔形空间相接合的位置，因此，外环32和输入轴33通过双向离合器“A”而整体地相连。
在这种传统的旋转传动装置31中，双向离合器“A”的连接和脱离是通过在整体地安装于外环32中的转子50和安装成只能相对于保持架38在轴向方向上运动的衔铁53之间施加摩擦力来执行的。通过对电磁线圈48提供电流来在转子50和衔铁53之间施加摩擦力。发明内容
在传统的旋转传动装置或电磁型滚柱式离合器中，需要使用电磁线圈和为其提供电流的电力线路。这样会在车辆中引发与布线有关的问题。此外还存在耗电量降低、与磁场形成有关的结构限制的其它问题，因此很难降低这种装置的重量和大小。
因此，本发明的一个目的是提供一种采用机械式摩擦施加装置来替代传统的电磁式摩擦施加装置的旋转传动装置。
为了实现上述目的，根据本发明的第一特征，提供了一种旋转传动装置，其包括：外环；安装在外环中的输入轴；外环和输入轴的相对表面中的一个表面形成为带有柱面，而其中的另一表面形成为带有多个凸轮面，各凸轮面相对于柱面形成了楔形空间；设置在外环和输入轴之间的空间内的保持架；均夹持在形成于保持架中的凹槽内的滚柱，其可因外环和输入轴之间的相对旋转而与柱面和凸轮面相接合；设置在保持架和外环或输入轴之间的弹性件，其将滚柱保持在其中性位置上，在这个位置滚柱不与楔形空间接合；设置在保持架的一端从而不会相对于保持架旋转的衔铁；以及用于将衔铁推动到外环或输入轴的端面上的摩擦施加装置，其特征在于，摩擦施加装置包括：衔铁的端面；与该端面相对并径向朝外且逐渐趋向衔铁端面而延伸的斜面；以及设于形成在衔铁端面和该斜面之间的环形空间内的多个平衡物，这些平衡物通过由输入轴的旋转所引起的离心力而沿斜面径向向外运动，并将衔铁推动到外环或输入轴的端面上，使得滚柱和楔形空间相接合，从而将外环和输入轴整体地相连。
根据本发明的第一特征，不需要使用电磁线圈及为其提供电流的电力线路。这样就不会在车辆中引发与布线有关的问题。此外也不存在耗电量降低、与磁场形成有关的结构限制的其它问题，因此可以降低这种装置的重量和大小。
根据本发明的第二特征，柱面形成于外环的内表面上；输入轴通过轴承可旋转地支撑于外环中；在输入轴的外表面上形成了用于形成楔形空间的多个凸轮面；各滚柱夹持在形成于保持架中的凹槽内，其可因外环和输入轴之间的相对旋转而与柱面和凸轮面相接合；弹性件设置在保持架和输入轴之间，其用于将滚柱保持在其中性位置上，在这个位置滚柱不与楔形空间接合。这种结构使得可采用简单的结构而将滚柱夹持在中性位置上。
根据本发明的第三特征，弹性件由在其端部具有凸出部的基本上为C形结构的圈簧形成；圈簧的端部固定在形成于具有凸轮面的部件和保持架的端部中的槽口内。这种结构使得可以设置适当的弹力，从而牢固地保持保持架的相位或位置。
根据本发明的第四特征，衔铁与保持架形成一体。这种结构不仅可以使装置的装配变得容易，而且可以控制衔铁的垂直度，从而可执行稳定的切换功能。
根据本发明第五特征，保持架通过相对于外环或输入轴的预定径向间隙而被旋转地夹持。这种结构不仅可以将保持架稳定地支撑在可自由旋转的状态，而且可以消除传统部件如板，并保证实现所有滚柱的接合和脱离。因此可以进一步减小重量和尺寸。
根据本发明的第六特征，该装置还包括设置成与衔铁相对的多片式离合器。这种结构可以产生摩擦，其通过吸收外环和输入轴之间的旋转差异来减轻震动。附图说明
结合附图，从下面的介绍和所附权利要求中可以清楚本发明的其它优点和特征，在图中：
图1是显示了本发明旋转传动装置的第一实施例的纵向剖视图；
图2是沿图1中的线II-II的剖视图；
图3是沿图1中的线III-III的剖视图；
图4是显示了本发明旋转传动装置的第二实施例的纵向剖视图；
图5是显示了现有技术旋转传动装置的纵向剖视图。具体实施方式
本发明的旋转传动装置1包括外环2，其通过滚柱轴承3可自由旋转地容纳了输入轴4。在外环2和输入轴4之间设置了双向离合器“C”。
双向离合器“C”包括外环2的内柱面2a和多个凸轮面6，凸轮面6以预定的周向间距形成于输入轴4的较大直径部分5的外表面5a上并与内柱面2a相对。各凸轮面6和外环2的内柱面2a一起形成了楔形空间。
如图2所示，在输入轴4的较大直径部分5的外表面5a和外环2的内柱面2a之间设有保持架7，其通过相对于输入轴4的外表面5a的径向间隙而相对于输入轴4被可自由旋转地支撑。在保持架7上沿圆周方向形成了数量与凸轮面6的数量相同的凹槽8，其用于容纳用作接合件的滚柱9。各滚柱9设置成与输入轴4的各凸轮面6相对应，当滚柱9通过保持架7而周向地移动预定量的距离时，各滚柱9与凸轮面6和外环2的内柱面2a之间的楔形空间相接合，使得外环2和输入轴4整体地相连。
如图3所示，作为弹性件的切换弹簧12的两个端部卡紧在分别形成于保持架7和输入轴4的端面中的槽口10和11内。该切换弹簧为基本上“C”形的环状结构，并在其端部具有朝保持架7延伸的凸出部12a。可以采用任一种弹簧如盘簧或片簧来代替这种“C”形弹簧而用作弹性件，以保持槽口10和11之间的相位或对准位置。
当保持架7和输入轴4的槽口10和11处于对准的位置即相同相位时，输入轴4的凸轮面6、保持架7的凹槽8和滚柱9之间的位置关系处于中性位置，在此位置中各滚柱9和外环2的内柱面2a之间存在径向间隙，如图2所示。因此，外环2和输入轴4相互不接合，因而输入轴4处于可相对于外环2自由旋转的状态。
如图1所示，保持架7的另一端部与径向向外延伸的衔铁13形成一体。形成于衔铁13的一个端面13a中的环形槽14内容纳有波形弹簧15，其可将衔铁13推离外环2的端面2b。虽然可用传统方式与保持架7分开地形成衔铁13，然而如果衔铁13和保持架7形成一体而使其可与保持架一起轴向移动，那么这不仅可以减少部件的数量，而且可以提高装配的容易性，并控制衔铁13的垂直度，从而可执行稳定的切换功能。此外，由于保持架7不是以传统的方式由板来支撑，因此可以保证滚柱9与楔形空间的接合和脱离，并因此可通过保持架7和输入轴4的外表面5a之间的径向间隙而将保持架7相对于输入轴4支撑在可自由旋转的状态。
输入轴4和具有斜面16的切换部分17形成一体，该斜面16与衔铁13的另一端面13b相对，并径向朝外且逐渐趋向衔铁13的另一端面13b而延伸。切换部分17具有在外环2的端面2b之上轴向延伸的柱体部分18，以通过迷宫式密封而将内部密封起来。在环形空间即由衔铁13的所述另一端面13b和斜面16之间所形成的球形腔中容纳了多个平衡钢球19。在所示示例中，虽然所显示的是切换部分17与输入轴4形成一体的结构，但是也可采用与输入轴4整体地相连的由压制成型钢板制成的单独切换部分。
例如可通过热处理如渗碳工艺在倾斜部分16和保持架7的表面上形成硬化表面，以降低由球接触所引起的磨损。最好通过碳氮共渗工艺或气体碳氮共渗来对保持架7进行热处理，以便抑制由热处理所引起的变形。
当输入轴4停止运转时，平衡球19因其自身重量而位于球形腔的径向靠内的位置。另一方面，当输入轴4旋转时，平衡球19沿着斜面16通过因转速引起的离心力而径向朝外移动。球体被推入由衔铁13的所述端面13b和斜面16形成的楔形空间内，因此衔铁13克服波形弹簧15的弹力而朝向外环2的端面2b轴向地移动。当在较低转速下平衡球19所引起的轴向推力F1小于弹力Fw(F1＜Fw)时，衔铁13的端面13a不会紧靠在外环2的端面2b上。因此它们之间的摩擦力很小，这样滚柱9仍相对于凸轮面6处于中性位置。
当转速增加且轴向力F2超过弹力Fw(F2＞Fw)时，在衔铁13的端面13a和外环2的端面2b的接触表面上会产生摩擦力μF2，其中“μ”为摩擦系数。然而在μF2＜Fs时滚柱9仍相对于凸轮面6保持在中性位置，除非用于将滚柱9维持在中性位置处的摩擦力μF2超过切换弹簧12的夹持力Fs。
当输入轴4的转速进一步提高且平衡球19所引起的轴向推力F3超过波形弹簧15的弹力Fw(F3＞Fw)且摩擦力μF3超过夹持力Fs(μF3＞Fs)时，那么保持架7就因外环2和输入轴4之间的相对旋转而移动预定量的距离，这样滚柱9就与凸轮面6和内柱面2a之间的楔形空间相接合，使得外环2和输入轴4整体性地相连。
在这种旋转传动装置中，由于双向离合器“C”的接合和脱离切换可以通过简单结构的切换部分17来执行，因此可以减少部件的数量。另外，由于不存在用于形成电磁场的结构限制，因此不仅可以减小装置的重量和尺寸，而且可以消除为电磁线圈提供电流的电力线路，从而解决了车辆中布线的问题。
虽然在所示示例中显示了由外环2的内柱面2a和形成于输入轴4的较大直径部分5上的凸轮面6所形成的双向离合器“C”，然而可以在输入轴上形成柱面，而在外环的内表面上形成凸轮面。
图4是本发明的旋转传动装置的第二实施例的纵向剖视图。此实施例仅在切换部分的结构上不同于如图1到3所示的第一实施例。相应地，在第二实施例中使用相同的标号来表示那些与第一实施例中所用的相同的部件，并且将略去相同结构的详细介绍。
旋转传动装置20包括作为随动件的外环2’、由外环2’经滚柱轴承3支撑的输入轴4’，以及设置在外环2’和输入轴4’之间的双向离合器“C”。
在这种旋转传动装置20中，保持架7的另一端部和径向朝外延伸的衔铁13形成一体。形成于衔铁13的端面13a上的环形槽14容纳了波形弹簧15，其可将衔铁13推离外环2’的端面2b。保持架7通过保持架7和输入轴4’的外表面5a之间的径向间隙而支撑在可相对输入轴4’自由旋转的状态。
输入轴4’与具有斜面16的切换部分17形成一体，斜面16经多片式离合器21而与衔铁13的另一端面13b相对，并径向朝外且逐渐趋向衔铁13的另一端面13b而延伸。切换部分17具有与外环2’的端面2c相对的柱体部分18，以通过迷宫式密封而将内部密封起来。在形成于多片式离合器21和斜面16之间的环形空间内容纳了多个平衡钢球19。
多片式离合器21包括安装在外环2’的内表面上的外摩擦片21a和安装在输入轴4’的较大直径部分5上的内摩擦片21b。各外摩擦片21a和各内摩擦片21b设置成交错相对的关系，并且所有这些摩擦片21a和21b都分别安装在外环2’和输入轴4’上，使得它们可轴向移动但不能相对于它们的支撑件即外环2’和输入轴4’旋转。
当平衡球19径向朝外移动且外环2’和输入轴4’之间存在转速差异时，摩擦片21a和21b被平衡球19所引起的轴向压力而相互挤压，并且在它们之间产生了摩擦力。这个摩擦力用于吸收外环2’和输入轴4’之间的转速差异以减轻震动。多片式离合器21可以是干式离合器，然而也可以使用油脂或润滑油来润滑双向离合器“C”。
在上文中已经参考优选实施例对本发明进行了介绍。显然，本领域的普通技术人员在阅读和理解了上述详细介绍后可对其进行修改和变化。本发明包括了处于所附权利要求或其等效物的范围内的所有这些变化和修改。
如上所述，由于本发明的旋转传动装置包括了位于外环和输入轴之间的双向离合器，并采用了使用离心力的机械装置作为摩擦施加装置来切换双向离合器的滚柱的接合和脱离，因此可以消除为电磁线圈提供电流的电力线路，从而解决了车辆中的布线问题。此外，还可以减小装置的重量和尺寸。