外部致动器系统

技术领域

该教示总体涉及一种致动器系统，该致动器系统包括用于与齿轮组件一起使用的具有集成的拨叉和弹簧辅助件的致动组件，通常在非同步机构中使用。

背景技术

通常，齿轮组件的致动是手动完成的或在致动器的帮助下完成的。然而，大多数示例的致动组件与拨叉分离。在使用分离的致动组件和拨叉的致动器中，将单独的部件集成到齿轮箱中是复杂的并且是特定于应用的，这带来了将一个致动器组件用到多个应用中的挑战。

通常，致动构件构造成使与爪形离合器连接的拨叉在多个位置之间线性地运动。致动器组件通过手动力(例如，标准齿轮箱，使用者通过将致动器从一个位置运动到另一位置来选择挡位)或通过致动器使与爪形离合器连接的拨叉在各位置件运动来操作。考虑到某些齿轮致动的性质，当滑动齿轮从脱离位置运动到与接收齿轮接合时，滑动齿轮上的轮齿和接收齿轮上的轮齿会出现瞬时堵塞或错位。在这个错位的时刻，换挡拨叉将滑动齿轮压抵接收齿轮，但是滑动齿轮没有进入接收齿轮，由于滑动齿轮齿和接收齿轮齿没有对准，所以产生对拨叉的阻力。由于齿轮组件的设计，接合的时间窗口通常较短。如果不利用时间窗口，则需要较强的马达，因为力会变得更高以迫使滑动齿轮的齿与接收齿轮的齿对准。这会使用更大的力并且运行得更慢，这可能不会使滑动齿轮尽可能远地坐置到接收齿轮中，和/或导致系统过早磨损和损坏。

会有吸引力的是具有一种低成本的致动系统，该致动系统简单地集成到若干个不同的系统和不同类型的齿轮箱中。会有吸引力的是具有一种能够以低力和高加速度提供快速换挡、防止损坏和过早磨损的系统。会有吸引力的是具有一种带集成的拨叉和致动器的系统。

发明内容

本教示通过提供一种致动器系统来解决当前的一个或多个需求，该致动器系统具有低成本、简单地集成到各种应用中、以及在各位置之间快速致动同时施加具有特殊穿透的小力。

本教示提供了一种系统，该系统包括齿轮箱，该齿轮箱包括齿轮组件，并且该齿轮箱具有外表面，该外表面具有成对孔口；以及致动器。该致动器包括具有至少一对凸耳的支承件，每个凸耳具有开口；连接到支承件的驱动系统；换挡拨叉，该换挡拨叉包括成对臂，该换挡拨叉与驱动系统连通并且构造成在脱离位置与接合位置之间运动限定行程长度的距离；以及致动组件，该致动组件与驱动系统操作地连接以使换挡拨叉在空挡位置与换挡位置之间运动，空挡位置与换挡位置之间具有多个中间位置。致动器安装到齿轮箱的外表面上，成对凸耳延伸到齿轮箱的成对孔口中，并且换挡拨叉的至少一部分延伸穿过凸耳进入并且处于齿轮箱的外表面下方。换挡拨叉的处于齿轮箱内的该部分接合齿轮箱内的齿轮组件。

本教示提供了一种致动器，该致动器包括：支承件，该支承件包括外表面和内表面，该支承件具有从支承件的外表面延伸的至少一对凸耳，并且每个凸耳具有开口；与支承件的内表面连接的驱动系统；可枢转地安装到该对凸耳并穿过开口向外延伸的换挡拨叉，换挡拨叉与驱动系统操作地连接，以使换挡拨叉在空挡位置与换挡位置之间运动，空挡位置与换挡位置之间具有多个中间位置。换挡拨叉从支承件的内表面延伸穿过成对凸耳的开口远离支承件的外表面。

附图说明

图1是具有集成的拨叉的致动系统的立体图。

图2是具有集成的拨叉的致动器的侧视图。

图3是齿轮箱的立体图。

图4A－4C示出与齿轮箱的外表面连接的具有集成的拨叉的致动器。

图5A是与齿轮箱和齿轮组件连接的致动系统的一区段的局部纵向剖视图。

图5B是图5A中致动器与齿轮箱壳体之间的连接区域的放大图。

图6A是与齿轮箱和齿轮组件连接的致动器的局部侧向剖视图。

图6B是图6A中致动器与齿轮箱壳体之间的连接区域的放大图。

图7是致动器和集成的拨叉的立体图。

图8是致动器系统和相关部件的立体图，带有以虚化方式示出的支承件。

图9是不带有盖罩的致动器系统的立体图，支承件以虚化方式示出。

图10是不带有盖罩和支承件的致动器的立体图。

图11是不带有盖罩的致动器系统的立体图，支承件以虚化方式示出，示出齿轮组。

图12是致动器的端视图。

图13A和13B示出了不带盖罩的致动器的立体图。

图14是与致动组件的一部分连接的致动器马达和齿轮组的立体图。

图15A是换挡拨叉的立体图。

图15B是不带有盖罩和支承件的致动器的立体图。

图16A是枢纽组件(毂部组件)的立体图。

图16B是枢纽组件的侧视图。

图16C是枢纽组件的侧视图，枢纽件以虚化方式示出。

图17A和17B示出了处于压缩状态的枢纽组件。

图18是枢纽组件的分解图。

图19是凸轮的立体图。

图20是枢纽件的立体图。

图21A－21C分别示出处于脱离位置、中间位置和接合位置的致动器的示意端视图。

图22A－22C分别示出处于脱离位置、中间位置和接合位置的致动器组件的示意端视图。

具体实施方式

本文给出的解释和图示旨在使本领域的其他技术人员熟悉本教示、其原理及其实际应用。本领域技术人员可以以多种形式来调整和应用本教示，因为这些形式可能最适于特定用途的要求。因此，所阐述的本教示的具体实施例并非旨在穷举或限制本教示。因此，不应参考上述描述来确定本教示的范围，而是应参考所附权利要求以及这些权利要求所享有的等同物的全部范围来确定。所有文章和参考文献的披露，包括专利申请和出版物，均出于所有目的通过引用的方式纳入。其他组合也是可能的，如将从以下权利要求中获得的其他组合，这些组合也通过引用纳入到本书面说明中。

本教示涉及致动器10(也称为致动器系统)。致动器10包括致动组件22，该致动组件用作使适于与爪形离合器102连接的至少一个换挡拨叉在脱离位置44与一个或多个接合位置46之间运动。致动器10可以附接到变速器、分动箱、车轴、齿轮箱(变速箱)、控制器等，或其组合。致动器10可用于汽车、自动驾驶车辆、机器人、卡车、船舶或任何其他利用运动齿轮的车辆或机器。致动器系统10可以用于联接两个旋转轴、齿轮或其他旋转部件的任何装置。致动器系统10可以与多个致动器系统结合使用。例如，变速器可以具有致动第一挡和第二挡的第一致动器系统、以及致动第三挡和第四挡的第二致动器系统。可以设想，在一些示例中，每个致动器系统将爪形离合器102运动成与一个或多个接收齿轮104连通。

致动器10如图1－2和图7－8中的立体图所示。致动器10包括基部或支承件54以及壳或盖罩50。支承件54和盖罩50在它们之间形成腔体。壳具有相对低的轮廓，从而使容纳致动器系统10所需的空间量最小化。在一些非限制性示例中，壳的高度可以小于150毫米、小于125毫米、小于100毫米、或者甚至小于90毫米。至少一个换挡拨叉34从支承件54延伸穿过支承件54，构造成在变速箱内侧滑动并与爪形离合器102操作地联接。至少一个换挡拨叉34与支承件54枢转地联接。如图4A－4C所示，致动器10构造成安装到齿轮箱38的表面40，图21A－22C示出局部。

支承件54包括至少一对凸耳56，每个凸耳延伸远离支承件54，具有从形成在支承件54与盖罩50之间的腔体延伸的开口。每个凸耳56具有开口和外表面。每个凸耳从腔体的内部分形成通路。凸耳56可具有任何合适形状。在一些示例中，凸耳56可以具有椭圆形轮廓，如在图1－2和图4A－4C中所示的。每个凸耳56具有允许换挡拨叉34在空挡位置与换挡位置之间运动的形状。凸耳56帮助将致动器10安装到齿轮箱38的外表面40。凸耳56为致动组件22的至少一部分(例如，拨叉34)提供了从腔体穿入齿轮箱38的通路。每个凸耳56围绕换挡拨叉34的一部分轴向地设置。凸耳56可以与换挡拨叉34连接并为换挡拨叉34提供枢转点30，这将在下文中进一步描述。换挡拨叉34可枢转地安装到成对凸耳56。

如图3所示，齿轮箱38包括表面40中的成对孔口42，以允许致动器10和换挡拨叉34的至少一部分进入齿轮箱38。齿轮箱上的孔很小，以保持结构的刚度和强度。类似地，换挡拨叉34定尺寸成穿过齿轮箱38的表面40上的孔口42。换挡拨叉34示出在示意图21A－21C和图22A－22C中齿轮箱表面40的局部视图下方，而致动器10的其余部分处于齿轮箱38的表面40上方。图3示出了齿轮箱38的立体图，示出了成对孔口42作为从齿轮箱的外表面40延伸的凸台。在一些示例中，齿轮箱38包括齿轮组件100，该齿轮组件构造成爪形离合器组件，如图5A和图6A所示。位于齿轮箱38的外表面40上的孔口42提供通路以接纳换挡拨叉34和支承件54的至少一部分。孔口42用作帮助将致动器10安装到齿轮箱38。孔口42定形状成允许换挡拨叉34在位置44、46、48之间运动，以便对齿轮组件100进行换挡。

图4A、4B和4C示出了与齿轮箱38连接的致动器系统10。图4A描绘了致动器系统10的与孔口42对准的换挡拨叉34。凸耳56和孔口42具有互补的形状，孔口42的尺寸大于凸耳56，以接纳凸耳56。孔口42包括密封表面106以用于与密封件57配合，密封件57定位成围绕每个凸耳56并处于支承件54的底表面上。密封表面106和密封件57协同工作以保持致动器10与齿轮箱38密封，从而防止不需要的颗粒和碎屑进入齿轮箱38，并防止流体从齿轮箱逸出。齿轮箱38包括紧固件柱108，致动器10包括紧固件孔110。紧固件柱108和紧固件孔110轴向对准以接纳紧固件，从而在致动器系统10与齿轮箱38连接时将致动器系统10固定到齿轮箱38。

图5A和图6A是致动器10和齿轮箱38的局部剖视图。图5A示出了致动器系统10和齿轮箱38的局部纵向剖视图。类似地，图6A示出了致动器10和齿轮箱38的局部侧向剖视图。致动器10使换挡拨叉34的至少一部分和凸耳56穿过齿轮箱38的外表面40，以将换挡拨叉34与齿轮组件100连接(如图5A和图6A所示)。当致动器10与齿轮箱38连接时，凸耳56设置在孔口42内，并且支承件54的底部和密封表面106压抵密封件57，从而形成牢固的连接。每个密封件57与成对孔口42中的每个孔口上的对应密封表面106配合。凸耳56和枢轴30如图5A和图6A所示，设置在齿轮箱38的表面40下方。当连接时，如图5A所示，换挡拨叉34接合爪形离合器102(也称为滑动齿轮)，以使爪形离合器102通过位置44、46、48与一个或多个接收齿轮104接合或脱离接合。图5B示出了孔口42内的凸耳56的特写。枢轴30处于齿轮箱38的外表面40下方，设置在孔口42内，允许换挡拨叉34在位置44、46、48之间运动。凸耳56和支承件54的底部用具有密封件57的孔口密封。成对凸耳56中的每一个包括围绕每个凸耳56的周缘的密封件57。在一些示例中，密封件57可以是O形环。在其他示例中，密封件57可以是垫圈。密封件可以是可变形的。

图6A示出了致动器10和齿轮箱38的局部侧向剖视图。图6A示出了与齿轮组件100连接的致动器10的剖视图。如下文进一步解释的，凸轮组件12和致动组件22通过使换挡拨叉34在位置44、46、48之间枢转来工作以使爪形离合器102在位置44、46、48之间运动。图6A示出了换挡拨叉34的成对臂，每个臂设置在成对凸耳56中的一个内，每个臂可枢转地连接30到成对凸耳56中的对应凸耳。换挡拨叉34示出为接合爪形离合器102的两侧。凸耳56和孔口42定尺寸和形状成允许换挡拨叉34在位置44、46、48之间运动。孔口42和凸耳56间隔开，使得换挡拨叉34可以穿过开口，从而使得换挡拨叉34上的垫36接合爪形离合器102的任一侧。换挡拨叉34的臂对应于爪形离合器102的尺寸而间隔开。图6B是保持在孔口42内的凸耳56的放大(特写)侧视图，枢轴30处于齿轮箱38的外表面40的至少一部分下方。在一些示例中，枢转连接件30处于齿轮箱38的外表面40下方。

转向图9至图13B，致动器10包括任何合适设计或构造的凸轮组件12。凸轮组件12用作在空挡位置、中间位置与换挡位置之间致动换挡拨叉34，将换挡拨叉从脱离位置44运动到接合位置46。

致动器10包括驱动系统，该驱动系统尤其包括马达16、齿轮组18和输出部15。马达16用作旋转齿轮组18，齿轮组18又旋转输出部15，从而转动凸轮组件12。马达16可以用作接收来自控制器的信号，以根据使换挡拨叉34在位置44、46之间运动所需的枢转运动来顺时针或逆时针旋转。图中所示的马达16是电动马达，然而，用于致动凸轮组件12的任何合适装置都是可考虑的，如气动致动器、液压致动器、手动致动等。马达16构造成旋转齿轮组18，该齿轮组18旋转凸轮组件12。

如图11、12和14最佳所示，致动器10包括齿轮组18，以放大马达16所产生的扭矩，从而增加凸轮14的旋转扭矩。致动器10还包括与凸轮组件12连通的致动组件22。致动组件22用作被凸轮组件12移动以枢转并使换挡拨叉34在位置44、46、48之间运动(图21A－21C)。致动组件22至少包括换挡拨叉34、将换挡拨叉34连接到支承件54的一个或多个枢转联接件30。换挡拨叉34可以包括一个或多个凸轮从动件24和致动器支架25，致动器支架25构造成保持和定位一个或多个凸轮从动件24。

转向图15A和图15B，换挡拨叉34构造成在多个位置之间枢转，并可以构造成使爪形离合器102在多个位置之间运动，特别是与一个或多个接收齿轮104接合和脱离接合。换挡拨叉34可以具有大致u形或c形，包括顶表面和从该表面垂直设置的两个臂，这两个臂朝向并接合爪形离合器102。

凸轮组件12包括凸轮14。凸轮14可以用作致动凸轮从动件24、致动器支架25和换挡拨叉34。凸轮14具有围绕凸轮14的旋转中心设置的基圆70和从动件部分72，凸轮14绕旋转轴线RA旋转，从动件部分72设计成与附接致动器支架25的凸轮从动件24相互作用，以使换挡拨叉34在位置44、46、48之间运动。

凸轮14可以构造成相对于旋转轴线径向运动，从而改变凸轮14相对于旋转轴线的位置(在下文中进一步解释)。凸轮14可以设计成接触凸轮从动件24和致动器支架25并使它们运动特定距离，从而使换挡拨叉34在位置44、46、48之间枢转，进而使爪形离合器102与接收齿轮104接触或脱离接触。凸轮14可以与齿轮组18连接并且由齿轮组18旋转。凸轮14可以包括一个或多个偏置构件安装件82以接收一个或多个偏置构件28。

偏置构件28用作帮助致动组件22，以使致动组件22在脱离位置44与接合位置46之间快速运动。偏置构件28可以用作通过在压缩时将势能储存在偏置构件28中、并将势能作为力释放到凸轮从动件24和换挡拨叉34上，来帮助换挡拨叉克服瞬时堵塞情况(图21B和图21C)。一个或多个偏置构件28可以是下文进一步描述的枢纽组件60的一部分。偏置构件28可以构造成在扩展状态下具有一定长度，该长度构造成经由凸轮组件12推动换挡拨叉34通过全行程。一个或多个偏置构件28可以构造成产生大的力以帮助爪形离合器102与接收齿轮104的对准和接合。偏置构件28可以构造成具有扩展的长度，该扩展的长度对应于换挡拨叉必须运动以在脱离位置44与接合位置46之间转移的距离。一个或多个偏置构件28提供在旋转期间通过凸轮14施加到凸轮从动件24上的持续施加力。

凸轮组件12包括枢纽组件60。枢纽组件60可以用作在存在堵塞状况时帮助致动器系统10将爪形离合器102运动到接收齿轮104中。枢纽组件60可以用作根据施加到凸轮14的从动件部分72上的力使凸轮14在扩展状态74与压缩状态76之间运动。枢纽组件60可以包括枢纽壳(毂壳)62、一个或多个偏置构件28以及保持板64，枢纽壳62延伸穿过凸轮14的孔口66，一个或多个偏置构件28抵靠凸轮孔口66的内部表面67设置在凸轮孔口66内并与枢纽壳62连通。枢纽组件60与齿轮组18连接，使得当马达16被致动时枢纽组件60旋转。

图16A－16C以及图17A和图17B示出了包括凸轮14的枢纽组件60。枢纽壳62连接到齿轮组18。枢纽壳62构造成装配在凸轮14的孔口66内，并且键接到孔口66，使得当齿轮组18转动时，枢纽壳62使凸轮14转动。枢纽壳62沿着接触表面84、86邻接凸轮14，从而为凸轮14提供抵靠枢纽壳62的轴向止挡。类似地，保持板64构造成将凸轮14和枢纽壳62保持在期望的轴向关系中。如图14和图19－20最佳所示，枢纽壳62和孔口66的内部表面67构造成接收一个或多个偏置构件28。在一个示例中，如图16A－17B所示，偏置构件28设置在安装件68内，该安装件68构造为接纳偏置构件28的通道。如图16A－17B所示，枢纽壳62设置成穿过凸轮14的孔口66，并构造成当凸轮14的旋转中心径向运动远离旋转轴线RA时，允许凸轮14沿枢纽壳62径向位移，压缩一个或多个偏置构件28以将换挡拨叉34和凸轮组件12从多个中间位置48中的一个运动到接合位置46(对应于凸轮组件12的换挡位置)。枢纽组件60如图17A和图17B所示处于压缩状态，说明凸轮14已沿枢纽壳62运动，压缩偏置构件28。当在凸轮14旋转时出现堵塞状况时，一个或多个偏置构件28压缩在安装件68、82之间，如图21B所示。

枢纽组件60用作帮助换挡拨叉34在位置44、46和48之间转换，从而使凸轮14在对应于脱离位置44的中间位置、对应于中间位置48的中间位置和对应于接合位置46的换挡位置之间运动。当爪形离合器102错位(不对准)导致堵塞状况时，枢纽组件60对换挡拨叉34施加力F，压缩从动件部分72与枢纽壳62之间的一个或多个偏置构件28(图21B)。当接收齿轮104和爪形离合器102对准时，被压缩的偏置构件28施加足够大的力以快速地将爪形离合器102运动就位。

图21A和22A示出了处于分离位置44的致动系统10。当换挡拨叉34处于脱离位置44(对应于空挡位置)并且凸轮组件12处于空挡位置时，致动器10处于脱离位置44。根据凸轮14的旋转方向，换挡拨叉34可以从脱离位置44运动到任一侧。

图21B和22B示出了处于中间位置48的致动器10。在堵塞状况时，如当爪形离合器102与接收齿轮104之间存在错位时，中间位置48出现。在堵塞期间，当致动器在脱离位置44与接合位置46之间运动时，阻力52被施加到换挡拨叉34的远端。堵塞是由爪形离合器102与接收齿轮104的瞬时错位引起的，因此在该错位期间，换挡拨叉34压抵爪形离合器102，该爪形离合器压抵接收齿轮104。在一些示例中，如图21B和图22B所示，当偏置构件28在中间位置48压缩时，凸轮14的基圆70和第一区段78不接触凸轮从动件24，使凸轮的旋转中心运动远离旋转轴线RA。所储存的能量从凸轮14的从动件部分施加到换挡拨叉34上。当瞬时错位/堵塞被清除时，所储存的能量释放并转化为运动力，推动换挡拨叉34通过行程进入所需位置，并将致动器10运动到接合位置46中，将凸轮组件12运动到换挡位置中(见图21C)。

图21C和图22C示出了处于接合位置46的致动器10。当凸轮从动件24由凸轮14致动时致动器10运动到接合位置46中，凸轮从动件24通过致动器支架25向换挡拨叉34的顶部施加压力，从而使换挡拨叉34的近端沿力的方向运动，该力同时使换挡拨叉34的远端相对于枢转联接件30处的枢转轴线PA相反于力的方向运动。换挡拨叉34运动到接合位置46中。类似地，当致动器10从接合位置46运动回到脱离位置44时，凸轮14相反于接合位置致动凸轮从动件24，从而在没有瞬时堵塞状况的情况下将致动器支架25和换挡拨叉34从接合位置46运动到脱离位置。

致动器10可以包括一个或多个位置传感器。在一些示例中，致动器10可以包括多个位置传感器。位置传感器可以位于凸轮14、枢纽壳62、致动器支架25、换挡拨叉34、马达16、壳50、其组合上，或位于致动器10上的任何位置上。位置传感器可用作通过监测凸轮14、致动组件22、一个或多个偏置构件等或其组合的位置来感测堵塞状况。传感器可用作感测或检测凸轮组件12、枢纽组件60、马达16、换挡拨叉34等或其组合的位置。在一个示例中，致动组件22包括传感器S，传感器S根据磁体M相对于传感器的位置来确定凸轮组件12的位置。