專利名稱：聯(lián)接裝置及為此改進(jìn)的流體壓力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于例如在車輛傳動系中傳遞力矩的這一類型的聯(lián)接裝置，更具體地，涉及包括由流體壓力操作的離合器組件這一類型的聯(lián)接裝置，所述離合器組件用于控制通過聯(lián)接裝置的力矩的傳遞。
背景技術(shù)：
在此使用的術(shù)語“聯(lián)接裝置”應(yīng)該被理解為表示并包括能夠從一個輸入端向一個或多個輸出端傳遞力矩的裝置，其中在輸入端和輸出端之間設(shè)置有離合器組件，從而所傳遞的力矩量與離合器組件的接合程度相關(guān)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，術(shù)語“聯(lián)接裝置”既表示并包括齒輪型裝置(例如差速器)，也表示并包括無齒輪型聯(lián)接裝置。
盡管本發(fā)明可用于許多不同類型和構(gòu)造的聯(lián)接裝置，例如根據(jù)轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并結(jié)合在此作為參考的美國專利No.5,964,126的教導(dǎo)制造的聯(lián)接裝置，但是當(dāng)本發(fā)明與在美國專利No.5,310,388和No.6,464,056中圖示和說明的通用類型的車輛差速器結(jié)合使用時尤其有利，上述兩專利均已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，并結(jié)合在此作為參考。
在所引用的專利的差速器聯(lián)接裝置中，設(shè)有可操作以在輸入端(與齒圈相連接的殼體)和輸出端(半軸之一)之間傳遞力矩的離合器組件，離合器組件的接合程度由離合器作用腔內(nèi)的流體壓力決定。流體壓力偏壓離合器接合件(例如活塞)使其抵靠在離合器組件上。所引用專利中的差速器聯(lián)接裝置包括一擺線轉(zhuǎn)子泵，該擺線轉(zhuǎn)子泵具有一個固定成與輸入端一起轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子和另一個固定成與輸出端一起轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子，從而進(jìn)入離合器作用腔的加壓流體的流量與輸入端和輸出端之間的速度差大致成比例。在此使用的術(shù)語“離合器組件”應(yīng)該被理解為表示并包括多摩擦盤式離合器組件以及任何其它公知類型的離合器組件，例如錐形離合器等，其中(離合器)接合程度與作用在離合器活塞或等效的離合器接合結(jié)構(gòu)上的流體壓力大致成比例。
在上述類型的差速器聯(lián)接裝置中，通常設(shè)置一個從離合器作用腔到儲存容器或某種其它低壓流體源的流動通道，還設(shè)置作為該“主”流動通道的一部分的某種類型的控制閥，該控制閥能夠控制從離合器活塞腔到低壓源的流動，由此控制離合器作用腔內(nèi)的壓力，從而控制“偏壓力矩”，即，從輸入端到輸出端的力矩傳遞程度。還已知并在本發(fā)明的范圍內(nèi)的是，該“主”流動通道連通低壓入口(從儲存容器中接收流體)和擺線轉(zhuǎn)子泵的入口，并具有設(shè)置在該流動通道內(nèi)的控制閥，從而通過限制流入泵入口內(nèi)的流體來控制離合器作用壓力。
與本發(fā)明涉及的這種類型的差速器聯(lián)接裝置相關(guān)的一個問題是，聯(lián)接裝置的殼體通常以與車軸大致相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，而必須可操作地與聯(lián)接裝置殼體相互作用的控制閥及其相關(guān)結(jié)構(gòu)必須是固定不動的。因此在下文會提及“固定不動的控制閥組件”，該術(shù)語將在下文被更好地理解，“固定不動的控制閥組件”通常但不是必須包括增壓件(plenum member)和控制閥兩者。因此，在聯(lián)接裝置殼體與控制閥組件之間的界面上的某個位置需要有密封裝置，該密封裝置能夠承受存在于系統(tǒng)高壓側(cè)的相當(dāng)高的流體壓力，以及聯(lián)接裝置殼體的較高轉(zhuǎn)速。僅作為示例，在本發(fā)明的受讓人研發(fā)的聯(lián)接裝置的商用實施例中，對應(yīng)于大約130mph的車速，系統(tǒng)高壓部分內(nèi)的流體壓力通常在約500psi至約1000psi的范圍內(nèi)，而聯(lián)接裝置殼體可相對于固定不動的控制閥組件以超過1500rpm的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。
這種聯(lián)接裝置領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員公知的是，殼體(差速器殼)通常包括一個或多個鑄鐵件，并對要求特定的平面度、光潔度等的任何表面進(jìn)行機(jī)加工，而部件的其余部分保持為“鑄件”狀態(tài)。在由本發(fā)明的受讓人研發(fā)的本發(fā)明的商用實施例中，如上面所引用的美國專利No.6,464,056中一樣，構(gòu)成控制閥組件的一部分的增壓和密封裝置通常被構(gòu)造成具有一對容納在增壓件內(nèi)并置于殼體的軸轂部(hub portion)的圓柱面上的高壓密封件。在商用實施例研發(fā)的早期階段已經(jīng)觀察到高壓密封件的密封壽命幾乎是無法接受的，但密封壽命不足的原因根本不清楚。
盡管當(dāng)時認(rèn)為圓柱形軸轂部的表面滿足與旋轉(zhuǎn)的高壓密封件的接合要求，但后來已經(jīng)假定，是一種在下文被稱為“石墨孔隙”的狀況導(dǎo)致所述圓柱面具有小的空隙或多孔部位，從而使得當(dāng)軸轂部在固定不動的密封件內(nèi)轉(zhuǎn)動時，所述并不光滑的圓柱面實際上會切割高壓密封件的密封表面。根據(jù)在本發(fā)明研發(fā)過程中對被測試部件的觀察，可以認(rèn)為“石墨孔隙”的產(chǎn)生是由于所采用的密封件包括布置成與軸轂部的表面接觸的密封體/密封元件，其中該密封體包括玻璃纖維強(qiáng)化元件。因此，當(dāng)密封件和軸轂部達(dá)到正常操作溫度(在大約200至大約300華氏溫度范圍內(nèi))時，密封體中的玻璃纖維從該密封體中突出并能夠在軸轂部相對于密封體轉(zhuǎn)動時與石墨球接合。這種接合使石墨球從軸轂部的表面被拉出，從而在表面上留下凹坑(因此使用術(shù)語石墨“孔隙”)。
還已經(jīng)進(jìn)一步觀察到，在軸轂部的表面上產(chǎn)生的凹坑或孔隙隨后會積聚多片玻璃纖維，之后，當(dāng)軸轂部在密封組件內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，這些玻璃纖維會充當(dāng)對密封體內(nèi)徑的細(xì)小的“切割工具”，和/或這些凹坑的露出的邊緣也可對密封體的內(nèi)徑進(jìn)行切割。可以認(rèn)為，上述由玻璃纖維或凹坑邊緣對密封體的切割作用是造成所觀察到的密封壽命不滿足要求的原因，其中密封件能夠保持的高壓可能在相當(dāng)短的時間內(nèi)迅速降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種在轉(zhuǎn)動的聯(lián)接裝置殼體與固定不動的控制閥組件之間具有明顯改進(jìn)的高壓密封布置的改進(jìn)的聯(lián)接裝置，該聯(lián)接裝置將克服導(dǎo)致密封壽命不足的上述問題。
本發(fā)明更具體的目的是提供這樣一種改進(jìn)的聯(lián)接裝置，其中，高壓密封件接合于其上的聯(lián)接裝置殼體的表面形成為可消除或至少明顯減少被確定為石墨孔隙的狀況，因此大大提高了高壓密封件的壽命。
本發(fā)明另一個相關(guān)的目的是提供一種具有明顯改進(jìn)的密封組件的改進(jìn)的聯(lián)接裝置，所述密封組件形成一種用于對轉(zhuǎn)動的軸轂部進(jìn)行密封的非常緊湊、有效的固定不動的增壓和高壓密封裝置。
本發(fā)明的上述和其它目的通過提供一種包括限定一離合器腔的可旋轉(zhuǎn)的殼體的聯(lián)接裝置來實現(xiàn)。一離合器組件設(shè)置在所述離合器腔內(nèi)并包括固定成與該殼體一起轉(zhuǎn)動的第一離合器部件和固定成與輸出端一起轉(zhuǎn)動的第二離合器部件。所述殼體限定一壓力腔，一離合器作用件設(shè)置在所述壓力腔內(nèi)，并且可操作以響應(yīng)加壓流體在所述壓力腔內(nèi)的出現(xiàn)而將所述第一離合器部件和第二離合器部件偏壓到力矩傳遞關(guān)系中。所述聯(lián)接裝置包括加壓流體的源，以及可操作以響應(yīng)輸入的變化而改變所述壓力腔內(nèi)的流體壓力的控制閥組件。所述殼體限定一軸轂部，該輪轂部限定一外圓柱面，所述殼體限定一高壓流體通道，該高壓流體通道提供從所述壓力腔到形成在所述外圓柱面內(nèi)的第一端口的流體連通。
改進(jìn)的聯(lián)接裝置的特征在于，一固定不動的增壓件限定一內(nèi)圓柱面，所述內(nèi)圓柱面以環(huán)繞關(guān)系設(shè)置在由所述軸轂部限定的外圓柱面的周圍。所述增壓件限定一高壓流體通道，該高壓流體通道提供從形成在所述內(nèi)圓柱面內(nèi)的第二端口到所述控制閥組件的流體連通，所述第二端口與形成在所述軸轂部的外圓柱面內(nèi)的第一端口流體連通。在所述內(nèi)圓柱面內(nèi)在所述第二端口的軸向相對側(cè)上設(shè)置有第一環(huán)形密封件和第二環(huán)形密封件，以限定一環(huán)形壓力區(qū)域。所述殼體的軸轂部包括其中至少所述外圓柱面基本無石墨孔隙的部件。


圖1是可使用本發(fā)明的類型的車輛差速器聯(lián)接裝置的軸向截面圖；圖2是與圖1類似的放大的局部軸向截面圖，更詳細(xì)地示出與本發(fā)明的改進(jìn)的流體壓力系統(tǒng)最緊密相關(guān)的聯(lián)接裝置的一部分；圖3是圖1和圖2所示的聯(lián)接裝置的控制閥組件的透視圖，其中包括本發(fā)明的主實施例類型的增壓件；
圖4是與圖2類似的進(jìn)一步放大的局部軸向截面圖，更詳細(xì)地示出本發(fā)明的密封組件和軸轂部，但為便于圖示說明省去了密封件；圖5是本發(fā)明的主實施例中采用的密封件之一的進(jìn)一步放大的示圖，所示的密封件位于(密封)腔內(nèi)，但處于“不工作(at-rest)”狀態(tài)(即，不存在軸轂部)；圖6是增壓和密封組件的進(jìn)一步放大(相對于圖2)的軸向截面圖(僅上半部分)，示出本發(fā)明的一個可選實施例；圖7是根據(jù)圖6的可選實施例制造的、處于“不工作”狀態(tài)的一個密封件的顯著放大的局部軸向截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參照附圖，但該附圖并不旨在限制本發(fā)明，圖1示出用于車輛傳動系的差速器聯(lián)接裝置，總體用11表示，該裝置為上述引用的專利中圖示和說明的通用類型，特別適于采用并受益于本發(fā)明的改進(jìn)的流體壓力系統(tǒng)。差速器聯(lián)接裝置11包括一殼體，該殼體包括齒輪殼13、離合器殼15和在下文被稱為“控制閥組件”的閥殼17。齒輪殼13和離合器殼15可通過現(xiàn)有技術(shù)中公知的任何適當(dāng)?shù)姆绞?，例如多個螺栓(在此未示出)固定在一起。閥殼17通常由軸承裝置18的內(nèi)座圈18a沿軸向保持。
仍然參照圖1，齒輪殼13限定一齒輪室19，僅作為示例，可以在該齒輪室19內(nèi)設(shè)置典型的差動齒輪組。在主實施例中，包括一對相對于小齒輪軸23可轉(zhuǎn)動地安裝的輸入小齒輪21，該小齒輪21與一對半軸齒輪25和27通過齒嚙合。在主實施例中，也僅僅是作為示例，輸入小齒輪21(連同殼體13和15)可被認(rèn)為是差速器聯(lián)接裝置11的“輸入端”，而半軸齒輪25和27組成聯(lián)接裝置11的“輸出端”。更具體地，為了以下大部分的說明，半軸齒輪27將被認(rèn)為組成聯(lián)接裝置11的“輸出端”。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，聯(lián)接裝置11的最終“輸出端”是一對與半軸齒輪25和27通過花鍵接合的半軸(為了簡化在此未示出)，這將在下文進(jìn)一步說明。
半軸齒輪25和27分別限定了成組的直內(nèi)花鍵25S和27S，該內(nèi)花鍵適于接納上文提及的右半軸和左半軸，由此，聯(lián)接裝置11以公知的方式通過半軸向相關(guān)的車輛驅(qū)動輪(也未示出)傳遞力矩，這些并不構(gòu)成本發(fā)明的內(nèi)容。然而應(yīng)清楚地理解，以上描述的結(jié)構(gòu)僅僅作為示例，本發(fā)明也可以用于多種其它類型的聯(lián)接裝置結(jié)構(gòu)。實際上，本發(fā)明的流體壓力系統(tǒng)一般地可用于控制各種聯(lián)接裝置和差速器的實施例中的離合器作用壓力。
仍然主要參照圖1，在離合器殼15內(nèi)設(shè)有總體用29表示的離合器組件，圖2中更詳細(xì)的示出該離合器組件，其包括多個外盤31，該外盤通過花鍵與一組由離合器殼15限定的內(nèi)花鍵接合。此外，離合器組件29還包括多個以公知的方式與外盤31交錯設(shè)置的內(nèi)盤33，內(nèi)盤33通過花鍵與聯(lián)接元件35接合。聯(lián)接元件35限定一組內(nèi)花鍵35S，內(nèi)花鍵35S還與左半軸通過花鍵連接，這樣，在主實施例中，聯(lián)接元件35被固定成與半軸齒輪27一起轉(zhuǎn)動，應(yīng)理解，這種花鍵布置乃至聯(lián)接元件35本身對于本發(fā)明并不是必須的。
在離合器殼15內(nèi)還設(shè)有環(huán)形殼體插件37，該插件37與相鄰的聯(lián)接元件35以及與離合器組件29共同限定一離合器腔或離合器活塞腔39。在離合器活塞腔39內(nèi)設(shè)有可在其中軸向移動的離合器活塞41，該離合器活塞41與殼體插件37共同限定一活塞壓力(作用)腔43，在圖2中可更好地看到該活塞壓力腔。這種裝置的領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員公知，活塞壓力(作用)腔43內(nèi)流體壓力的變化會導(dǎo)致由離合器活塞41施加在離合器組件29上的軸向力的變化，因此將導(dǎo)致“偏壓力矩”的變化，即，通過離合器組件從聯(lián)接裝置11的輸入端傳遞到輸出端的力矩的變化。
現(xiàn)在主要參照圖2，在離合器殼15內(nèi)且緊鄰殼體插件37的左側(cè)還設(shè)置有擺線齒輪泵(gerotor gear set)，其包括作為泵殼體的一部分的固定不動的偏心件45、帶有內(nèi)齒的外轉(zhuǎn)子47以及帶有外齒的內(nèi)轉(zhuǎn)子49。內(nèi)轉(zhuǎn)子49限定一組也如上文所述與左半軸接合的直內(nèi)花鍵49S，從而內(nèi)轉(zhuǎn)子49被固定成與聯(lián)接元件35和半軸齒輪27一起轉(zhuǎn)動。這種裝置的領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員現(xiàn)在公知的是，在正常的直線向前行駛操作過程中，整個差速器聯(lián)接裝置11作為一個單元旋轉(zhuǎn)，即，殼體13和15、半軸齒輪25和27以及半軸都以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。在該工況下，在外轉(zhuǎn)子47和內(nèi)轉(zhuǎn)子49之間沒有相對轉(zhuǎn)動，因此不會從容積腔(當(dāng)轉(zhuǎn)子47與轉(zhuǎn)子49相對轉(zhuǎn)動時在它們的齒之間形成)泵送出加壓流體。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員還公知的是，部分地根據(jù)上面所引用的專利的教導(dǎo)，當(dāng)存在差動時，即在左右半軸之間存在轉(zhuǎn)速差時，在輸入端(殼體13和15以及小齒輪21)與輸出端(左半軸)之間也一定存在速度差。在輸入端與輸出端之間的這一速度差會導(dǎo)致(通過)左半軸的轉(zhuǎn)動來驅(qū)動內(nèi)轉(zhuǎn)子49，內(nèi)轉(zhuǎn)子49繼而驅(qū)動外轉(zhuǎn)子47，從而將加壓流體泵送入輸出腔51，并從該輸出腔通入殼體插件37內(nèi)的適當(dāng)?shù)牧黧w端口52，從而使得加壓流體通入活塞壓力作用腔43。
仍然主要參照圖2，殼體插件37與偏心件45和離合器殼15一起限定與活塞壓力作用腔43處于開放連通的軸向流體通道53。離合器殼15限定與軸向通道53相交的一徑向流體通道55，該徑向流體通道55在其徑向內(nèi)延部分與另一個軸向流體通道57連通，該軸向流體通道57則通過一小段徑向流體通道59連通至由離合器殼15的軸轂部61形成的外圓柱面60。徑向通道59在軸轂部61的外圓柱面61上形成了一個端口，在下文該端口也用附圖標(biāo)記“59”表示。在本發(fā)明的主實施例中，僅作為示例，有兩組通常間隔大約180度布置的流體通道53、55、57和59，而在主實施例中，由于空間的限制，兩組流體通道間隔大約20度。
現(xiàn)在主要參照圖2和圖3，可以看到，優(yōu)選包括模制的鋁增壓件的閥殼或控制閥組件17在差速器外殼內(nèi)(圖中未示出)固定不動。閥殼17在其內(nèi)周邊上接納一對總體由63表示的密封件，這對密封件63設(shè)置在徑向通道(端口)59的沿軸向相對的兩側(cè)上，密封件63與相鄰的軸轂部61的外圓柱面60密封接合。從圖3中可最好地看出，閥殼17包括優(yōu)選向下延伸進(jìn)入低壓流體“源”的入口部分65，低壓流體“源”通常包括裝有流體并設(shè)置在差速器外殼內(nèi)的儲存容器或貯槽，這在本領(lǐng)域內(nèi)也是公知的。
閥殼17(在下文也被稱為“增壓件17”)還包括端口部分67，在該端口部分上安裝有總體由69表示的壓力控制閥組件，該壓力控制閥組件69優(yōu)選根據(jù)以Christopher J.Babin的名義在2004年3月8日提交的名為“Couping Device and Improved Method of Controlling TorqueTransmission”的同時待決的美國專利申請No.10/795,651的教導(dǎo)來制造和操作，該專利申請已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人并結(jié)合在此作為參考。因此，控制閥組件69優(yōu)選是一種電磁控制閥，其響應(yīng)電輸入信號的變化而改變活塞壓力作用腔43內(nèi)的壓力。增壓件17限定一基本徑向的通路71(與圖2的平面成一定角度切入)，該徑向通路71沿徑向向內(nèi)延伸以與徑向通道和端口59保持連續(xù)的流體連通。徑向通路71的徑向外端設(shè)置在端口部分67內(nèi)，因此徑向通路71設(shè)置成與壓力控制閥組件69相鄰。從而可以看到，在任何給定的時間點上，通過流體通道53、55、57和59，在實際上是壓力控制閥組件69的“入口”的通路71內(nèi)的流體壓力基本上與活塞壓力作用腔43內(nèi)的流體壓力相等。
如在“背景技術(shù)”中所述，將差速器和聯(lián)接裝置的殼體件例如離合器殼15形成為鑄鐵件已經(jīng)成為慣用做法。然后，某些在“鑄件”狀態(tài)不能起到滿意效果的表面會進(jìn)行機(jī)加工或以某種其它方式進(jìn)一步處理。軸轂部61的外圓柱面60就是一個這種需要進(jìn)一步處理的表面，但正如上文在“背景技術(shù)”中所述，即使對外圓柱面60進(jìn)行了這種進(jìn)一步的加工，也仍然存在所觀察到的石墨孔隙以及該石墨孔隙與密封件63不利的相互作用和影響的問題。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對鑄鐵軸轂部進(jìn)行熱處理在一定程度上有所幫助，但密封壽命仍然不滿足要求。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個重要方面，離合器殼15形成為鍛鋼件。冶金領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，結(jié)合多個因素例如鋼材所具有的強(qiáng)度、可加工性以及成本，采用鋼構(gòu)件(相對于鑄鐵件)是優(yōu)選的(相對于其它非鐵質(zhì)材料)。而且，限定所述構(gòu)件優(yōu)選是“鍛”鋼件主要是因為與機(jī)加工件相比，鍛造件已知具有成本和強(qiáng)度的優(yōu)勢。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也應(yīng)該認(rèn)識到，本發(fā)明最根本的是提供一種其中軸轂部61的外圓柱面60基本上沒有石墨孔隙的離合器殼15，這可以通過多種方式來實現(xiàn)。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，所需的消除石墨孔隙的效果可通過圍繞軸轂部61放置防磨損襯套(wear sleeve)并使得防磨損襯套的外表面構(gòu)成外圓柱面60來實現(xiàn)。理論上，防磨損襯套可由任何已知的用于這種應(yīng)用的材料例如青銅組成，但在主實施例中，已確定青銅太軟，而(本發(fā)明的)應(yīng)用非?？量桃灾滦枰驳牟牧希虼诉@里必須采用例如鋼質(zhì)的材料。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也會認(rèn)識到，采用單獨的防磨損襯套將需要某種用于將防磨損襯套相對于軸轂部61固定的裝置，而且防磨損襯套必須具有一個或多個合適的開口以形成與徑向流體通道59連通的端口。本領(lǐng)域的技術(shù)人員還已知的是，在例如本發(fā)明的應(yīng)用中，增加防磨損襯套有可能引入額外的泄漏路徑。因此，在主實施例中，僅作為示例，通過將離合器殼15形成為鍛鋼件、然后對軸轂部61的外圓柱面60進(jìn)行機(jī)加工來實現(xiàn)所需效果。密封領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的是，通過在外圓柱面60上提供盡可能最光滑的光潔度不一定能實現(xiàn)最佳的密封布置，這將在下文給出進(jìn)一步的說明。
現(xiàn)在主要參照圖4并結(jié)合圖2，閥殼17包括限定一對環(huán)形密封腔73和75的模制的鋁增壓件，這一對環(huán)形密封腔73和75設(shè)置在端口59的軸向相對側(cè)，優(yōu)選地不與該端口直接流體連通。一環(huán)形流體槽77沿軸向設(shè)置在密封腔73與密封腔75之間，該流體槽是環(huán)形的以便與端口59保持連續(xù)的流體連通，并且還與徑向通路71保持流體連通。因此，流體槽77在下文尤其是在所附權(quán)利要求書中也被稱為與第一端口59連通的“第二端口”。盡管不是本發(fā)明的必要特征，但已經(jīng)確定，槽77通常優(yōu)選地形成在增壓件17內(nèi)而不是軸轂部61內(nèi)，這是因為，如果槽77形成在軸轂部61內(nèi)，則在裝配過程中，當(dāng)增壓件17被放置在軸轂部61上時，設(shè)置在密封腔75內(nèi)的密封件63必須“越過”所述槽，這會造成對密封件的損壞。通過使環(huán)形流體槽77位于增壓件17內(nèi)，則設(shè)置在密封腔75內(nèi)的密封件63僅需越過端口59，這使密封件損壞的可能性小得多。
現(xiàn)在將主要參照圖5更詳細(xì)地說明密封件63的一個優(yōu)選實施例。應(yīng)理解，盡管圖5示出密封件63設(shè)置在密封腔73內(nèi)，但兩個密封件63以及(兩個)密封腔73和75優(yōu)選是相同的，以簡化機(jī)加工和密封件庫存。在圖5中，可以看到密封件63的優(yōu)選實施例包括主密封體81和環(huán)繞主密封體81的副密封體83。如圖5所示，在密封件63處于“不工作”狀態(tài)時(即，軸轂部61沒有布置在密封件63內(nèi))，主密封體81沿徑向朝內(nèi)延伸超過由增壓件17限定的內(nèi)圓柱面85(見圖4)。
根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，僅作為示例，主密封體81由適于在高壓和高溫環(huán)境下對旋轉(zhuǎn)的金屬表面進(jìn)行密封的填充有玻璃的聚四氟乙烯件(以E.I.Dupont de Nemours and Company所持有的“Teflon”為商標(biāo)進(jìn)行銷售)組成。正如在“背景技術(shù)”中指出的，正是由于需要采用這種具有玻璃纖維的高溫、高壓密封體，所以才明顯地產(chǎn)生了主要的“石墨孔隙”問題。
副密封體83可由任何公知的通常用于或可被用于密封用途的彈性體類型的材料組成，優(yōu)選是碳氟化合物。然而，應(yīng)該認(rèn)識到，在該優(yōu)選實施例中，密封體83并沒有直接執(zhí)行對于表面60的密封功能(盡管擴(kuò)大的圓形部分83C在密封腔73的圓形部分內(nèi)形成過盈配合)，實際上密封體83更多地是作為主密封體81的支承環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的一個重要的實施方面，相對于密封腔73的高度以及相對于密封體83的寬度來選擇密封件63的總體高度(徑向尺寸)，使得由密封體81對軸轂部61施加的徑向密封力在預(yù)定的力的范圍內(nèi)。對密封件63和密封腔73的相對高度做出這種選擇，以獲得適于密封件63將承受的壓力范圍的預(yù)定的所需密封力被認(rèn)為是在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。下文將更詳細(xì)地說明密封件所需的高寬比(H/W)。
根據(jù)本發(fā)明另一個重要的實施方面，相對于密封腔73的結(jié)構(gòu)對密封件63(更具體地，副密封體83)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇以實現(xiàn)如下幾個目的。第一，副密封體83的徑向最外部分83C總體是圓形的，而且優(yōu)選比相鄰的密封腔73的部分更大，使得一旦安裝好并處于流體壓力下時，密封件63不會在增壓件17內(nèi)轉(zhuǎn)動，而與密封有關(guān)的僅有的相對轉(zhuǎn)動是在密封件63與外圓柱面60之間。(密封件不能在增壓件內(nèi)轉(zhuǎn)動的)原因是要使密封阻力(seal drag)最小，在主密封體81的徑向內(nèi)表面與外圓柱面60之間的阻力會比如果允許上述轉(zhuǎn)動而在密封體83與密封腔73之間產(chǎn)生的阻力小得多。同時，密封體81的材料比密封體83能夠更好地承受這種摩擦接觸。
對密封件63的結(jié)構(gòu)還進(jìn)行選擇以便當(dāng)密封件和軸轂的區(qū)域內(nèi)的溫度升高時，副密封體83可在密封腔73內(nèi)“膨脹”。更具體地，目的是對密封腔73和副密封體83的結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇以使得在操作溫度范圍內(nèi)徑向密封力將保持基本恒定。在閱讀和理解本說明書的基礎(chǔ)上，選擇密封腔73和副密封體83的結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)上述恒定的“力與溫度”關(guān)系被認(rèn)為是在本領(lǐng)域技術(shù)人員的能力范圍內(nèi)。
再次主要參照圖2和圖3，說明本發(fā)明第一實施例的最后一個方面。閥殼(增壓件)17包括環(huán)繞(離合器殼15的)外徑的外圓柱部分91，所述外徑形成在離合器殼15上并由其限定。在離合器殼15的外徑與外圓柱部分91之間優(yōu)選布置青銅襯套93或某種其它合適的軸承或軸頸類型的構(gòu)件。盡管這種特定的襯套93的布置乃至根本的襯套的存在對于本發(fā)明不是必須的，但已經(jīng)通過試驗確定，在離合器殼15與增壓件17之間采用某種支承裝置提高了使外圓柱面60與內(nèi)圓柱面85之間保持同心性的能力。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，表面60與表面85之間較好的同心性可提高密封裝置的耐用性。
緊鄰青銅襯套93并從襯套93略微沿徑向向內(nèi)設(shè)置低壓密封件95，圖2中示意性地示出低壓密封件95包括環(huán)形的截面為方形的密封件，但在研發(fā)的早期階段，采用的是唇形密封件。低壓密封件可由任何常用的低壓密封材料例如氨基甲酸乙酯或者丁基橡膠組成，但在主實施例中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)必須采用例如液晶聚合物和含氟彈性體的材料，包括Teflon。低壓密封件95的結(jié)構(gòu)和材料乃至低壓密封件的存在對于本發(fā)明的實施都不是必須的。然而，在聯(lián)接裝置11的主實施例中，通過入口部分65吸入聯(lián)接裝置的流體被連通至形成在離合器殼15與增壓件17之間的低壓儲存容器97內(nèi)。因此，低壓密封件95是必須的，以防止空氣在離合器殼15、增壓件17以及青銅襯套91之間沿徑向向內(nèi)泄漏，因為這種空氣泄漏將會阻礙擺線轉(zhuǎn)子泵在腔43中建立壓力。
在增壓件17和密封件63的裝配過程中，必須通過使每個密封件63在一個位置沿徑向朝內(nèi)略微變形來裝配該密封件，這樣密封件不再為“圓形”，從而暫時足夠減小密封件的有效外徑，以便能將密封件63插入相應(yīng)的密封腔73或75內(nèi)。然后，當(dāng)密封件已經(jīng)插入到密封腔內(nèi)時，使密封件處于密封腔內(nèi)的適當(dāng)位置并使其再次變?yōu)閳A形。如上文所述，必須選擇密封件63的高寬比(“H/W”比)以提供所需的主密封體81對表面60的徑向力，在本發(fā)明的研發(fā)過程中，傾向于在密封體81的內(nèi)徑與外圓柱面60之間采用較大的過盈配合。然而，為了能夠?qū)崿F(xiàn)剛剛描述的裝配方法，顯然必須選擇H/W比以使得能夠在密封件插入到密封腔之前對密封件進(jìn)行(也許是通過手動)必要的變形。僅作為示例，如圖5所示的密封件63的H/W比在約4∶1的范圍內(nèi)。
當(dāng)已經(jīng)通過將兩個密封件63插入密封腔73和75內(nèi)而“裝配好”增壓件17以后，可將增壓件17安裝到離合器殼15上。由于主密封體81沿徑向朝內(nèi)延伸超出內(nèi)圓柱面85，因而暫時具有比表面60的外徑小的內(nèi)徑，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，將密封件63滑動通過軸轂部61是一個精細(xì)的操作。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)點，外圓柱部分91的長度選擇成使得在裝配過程中，在密封腔75內(nèi)的密封件63開始與外圓柱面60接合之前，隨著增壓件17從未裝配位置朝圖2所示的位置向右移動，該部分91開始在青銅襯套93上滑動。換句話說，外圓柱部分91的接合“引導(dǎo)”增壓件17通過軸轂部61，以使外表面60與內(nèi)表面85之間缺乏同心性的可能性最小。密封領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)理解，如果相關(guān)表面是同心的，則在裝配過程中損壞密封件的幾率要小得多。
如上文所述，通過在密封件所密封的表面上提供盡可能最光滑的表面光潔度不一定能實現(xiàn)最佳的密封布置。離合器殼15被限定成優(yōu)選是鍛鋼件。通常，在此之后對外圓柱面60進(jìn)行機(jī)加工，但用于對軸轂部61的表面60進(jìn)行精整的特定過程不是本發(fā)明的必要特征。已經(jīng)觀察到，當(dāng)表面60具有足夠的表面粗糙度以致一些油可保留在表面60上時，這些油可潤滑密封體81，從而使表面60不會由于與密封體81的相互作用而被“擦干”，因此在維持壓力和長的密封壽命方面，能夠獲得良好的密封性能。在本發(fā)明的研發(fā)過程中已經(jīng)觀察到，在聯(lián)接裝置運(yùn)行一段時間后，一些聚四氟乙烯(PTFE)材料會從主密封體81轉(zhuǎn)移到表面60上。
現(xiàn)在主要參照圖6和圖7，其中示出本發(fā)明的一個可選實施例，與圖1-5所示的實施例中相同或類似的元件用同一附圖標(biāo)記增加“100”表示。因而，圖6示出其構(gòu)造與增壓件17稍微不同的增壓件117，但這種差別與本發(fā)明無關(guān)。增壓件117的外圓柱部分191內(nèi)設(shè)置有青銅襯套193，低壓密封組件195設(shè)置在襯套193的左側(cè)，該組件195包括唇緣部分195L，如上文所述，唇緣部分195L將跨置在相鄰的離合器殼15的外表面上以防止空氣進(jìn)入。因此，該可選實施例中的低壓密封件195的密封阻力稍微比第一實施例中的密封件95的密封阻力低。
現(xiàn)在主要參照圖7，在密封腔173內(nèi)設(shè)置有一個總體由163表示的密封件。如在第一實施例中一樣，密封件163包括主密封體181和副密封體183，此實施例中的密封體可由與第一實施例中相同的材料組成。副密封體183包括沿徑向向外的擴(kuò)大部分，其所起的作用與上文所述的相同，即，保持密封件163在密封腔173內(nèi)不可轉(zhuǎn)動。密封體183的一個區(qū)別是，沿徑向向外的緊鄰密封體181的部分比在密封體81的情況下更寬，但密封體181還具有由183U表示的倒角或凹槽/切口。已經(jīng)通過試驗確定，凹槽部分183U在實現(xiàn)密封體183所需的彈性以獲得所需的主密封體181對表面60的恒定的徑向力方面非常有效。凹槽部分183U還使密封體181具有柔性，這在裝配過程中非常有用。最后，凹槽部分183U使副密封體183在密封腔173內(nèi)的熱膨脹有足夠的空間，從而熱膨脹不會在主密封體181上造成過度的徑向向內(nèi)載荷。
在第一實施例中，密封件63的H/W比被規(guī)定為大約4∶1。在該可選實施例中，密封件163的H/W比(即，在不工作狀態(tài)下密封體181和183加在一起的總高度)大約是3.2∶1。因此，可以規(guī)定密封件的H/W比優(yōu)選地在大約2.5∶1至大約5∶1的范圍內(nèi)，但更優(yōu)選地在大約3∶1至大約4∶1的范圍內(nèi)。在大多數(shù)應(yīng)用中，處于該H/W比范圍內(nèi)的密封件甚至在操作溫度的范圍內(nèi)都可在將密封件安裝在密封腔內(nèi)的能力與對相鄰?fù)獗砻?0施加的徑向密封作用力之間達(dá)到很好的平衡。
已經(jīng)結(jié)合采用兩種“徑向”型密封件63和163的高壓密封布置對本發(fā)明進(jìn)行了圖示和說明。然而，應(yīng)理解，盡管由于采用本文所示的兩個徑向密封件消除了任何當(dāng)高壓流體壓力的變化時作用在增壓件17上的凈軸向偏壓力，優(yōu)選具有由一對徑向型密封件限定并位于該對密封件之間的高壓區(qū)域，但這并不是實施本發(fā)明所必須的。
上文詳細(xì)說明了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過閱讀和理解本說明書能夠顯而易見得出本發(fā)明的各種變型和修改。只要這些變型和修改處于所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)，就應(yīng)認(rèn)為它們均包含在本發(fā)明內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種聯(lián)接裝置(11)，包括限定一離合器腔(39)的可旋轉(zhuǎn)的殼體(13，15)；一離合器組件(29)設(shè)置在所述離合器腔(39)內(nèi)，并包括固定成與所述殼體(13，15)一起轉(zhuǎn)動的第一離合器部件(31)和固定成與一輸出端(35)一起轉(zhuǎn)動的第二離合器部件(33)；所述殼體限定一壓力腔(43)，一離合器作用件(41)設(shè)置在所述壓力腔(43)內(nèi)并可操作以響應(yīng)加壓流體在所述壓力腔(43)內(nèi)的出現(xiàn)而將所述第一離合器部件(31)和第二離合器部件(33)偏壓到力矩傳遞關(guān)系中；所述聯(lián)接裝置(11)包括所述加壓流體的源(47，49)，以及可操作以響應(yīng)輸入的變化而改變所述壓力腔(43)內(nèi)的流體壓力的控制閥組件(69)；所述殼體(13，15)限定一軸轂部(61)，該軸轂部限定一外圓柱面(60)，所述殼體(13，15)限定一高壓流體通道(53)，該高壓流體通道(53)提供從所述壓力腔(43)到形成在所述外圓柱面(60)內(nèi)的第一端口(59)的流體連通；其特征在于(a)一固定不動的增壓件(17；117)限定一內(nèi)圓柱面(85)，所述內(nèi)圓柱面(85)以環(huán)繞關(guān)系設(shè)置在由所述軸轂部(61)限定的所述外圓柱面(60)的周圍；(b)所述增壓件(17；117)限定一高壓流體通道(71)，該高壓流體通道(71)提供從形成在所述內(nèi)圓柱面(85)內(nèi)的第二端口(77)到所述控制閥組件(69)的流體連通，所述第二端口(77)與形成在所述外圓柱面(60)內(nèi)的所述第一端口(59)流體連通；(c)在所述內(nèi)圓柱面(85)內(nèi)在所述第二端口(77)的軸向相對側(cè)設(shè)置有第一環(huán)形密封件(63；163)和第二環(huán)形密封件(63；163)，以限定一環(huán)形壓力區(qū)域；以及(d)所述殼體(13，15)的所述軸轂部(61)包括其中至少所述外圓柱面(60)基本無石墨孔隙的部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)接裝置(11)，其特征在于，所述控制閥組件(69)安裝在所述增壓件(17；117)上并包括一電磁線圈，并且所述輸入包括電輸入信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)接裝置(11)，其特征在于，所述固定不動的增壓件(17；117)包括模制的鋁構(gòu)件，該模制的鋁構(gòu)件包括圍繞所述可旋轉(zhuǎn)的殼體(13，15)的支承直徑設(shè)置的一外圓柱部分(91；191)，并包括設(shè)置在該支承直徑與該外圓柱部分(91；191)之間的一低壓密封件(95；195)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的聯(lián)接裝置(11)，其特征在于，所述聯(lián)接裝置用于最終安裝在一包含流體儲存容器的外殼內(nèi)，所述增壓件(17；117)包括適于向下伸入所述流體儲存容器內(nèi)的入口部分(65)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的聯(lián)接裝置(11)，其特征在于，所述殼體(13，15)和所述增壓件(17；117)共同限定一低壓儲存容器(97)，所述增壓件限定一低壓流體通道，該低壓流體通道提供從所述入口部分(65)到所述低壓儲存容器(97)的流體連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)接裝置(11)，其特征在于，所述殼體(13，15)的所述軸轂部(61)包括鍛鋼件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)接裝置，其特征在于，所述第一環(huán)形密封件(63；163)和第二環(huán)形密封件(63；163)均包括與所述軸轂部(61)的所述外圓柱面(60)接觸的一主密封體(81；181)，所述主密封體包括玻璃纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)接裝置，其特征在于，所述第一環(huán)形密封件(63；163)和第二環(huán)形密封件(63；163)均包括環(huán)繞所述主密封體(81；181)的一副密封體(83；183)。
9.一種聯(lián)接裝置(11)，包括限定一離合器腔(39)的可旋轉(zhuǎn)的殼體(13，15)；一離合器組件(29)設(shè)置在所述離合器腔(39)內(nèi)，并包括固定成與所述殼體(13，15)一起轉(zhuǎn)動的第一離合器部件(31)和固定成與輸出端(35)一起轉(zhuǎn)動的第二離合器部件(33)；所述殼體限定一壓力腔(43)，一離合器作用件(41)設(shè)置在所述壓力腔(43)內(nèi)并可操作以響應(yīng)加壓流體在所述壓力腔(43)內(nèi)的出現(xiàn)而將所述第一離合器部件(31)和第二離合器部件(33)偏壓到力矩傳遞關(guān)系中；所述聯(lián)接裝置(11)包括所述加壓流體的源(47，49)，以及可操作以響應(yīng)輸入的變化而改變所述壓力腔(43)內(nèi)的流體壓力的控制閥組件(69)；所述殼體(13，15)限定一軸轂部(61)，該軸轂部限定一外圓柱面(60)，所述殼體(13，15)限定一高壓流體通道(53)，該高壓流體通道(53)提供從所述壓力腔(43)到形成在所述外圓柱面(60)內(nèi)的第一端口(59)的流體連通；其特征在于(a)一固定不動的增壓件(17；117)限定一內(nèi)圓柱面(85)，所述內(nèi)圓柱面(85)以環(huán)繞關(guān)系設(shè)置在由所述軸轂部(61)限定的所述外圓柱面(60)的周圍；(b)所述增壓件(17；117)限定一高壓流體通道(71)，該高壓流體通道(71)提供從形成在所述內(nèi)圓柱面(85)內(nèi)的第二端口(77)到所述控制閥組件(69)的流體連通，所述第二端口(77)與形成在所述外圓柱面(60)內(nèi)的所述第一端口(59)流體連通；(c)在所述內(nèi)圓柱面(85)內(nèi)靠近所述第二端口(77)設(shè)置有第一環(huán)形密封件(63；163)，以限定一環(huán)形壓力區(qū)域；以及(d)所述第一環(huán)形密封件(63；163)設(shè)置在一密封腔(73；173)內(nèi)，并具有大于所述密封腔的徑向尺寸的徑向高度H，以及小于所述密封腔的軸向?qū)挾鹊妮S向?qū)挾萕，其中所述高度H和所述寬度W選擇成使得所述第一密封件的H/W比在大約2.5∶1至大約5∶1的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)接裝置(11)，其特征在于，所述H/W比在大約3∶1至大約4∶1的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的聯(lián)接裝置(11)，其特征在于，在所述內(nèi)圓柱面(85)內(nèi)在所述第二端口(77)的與所述第一密封件沿軸向相對的一側(cè)上設(shè)置有第二環(huán)形密封件(63；163)，所述第一密封件和所述第二密封件共同限定所述環(huán)形壓力區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的聯(lián)接裝置(11)，其特征在于，所述第二環(huán)形密封件(63；163)設(shè)置在一密封腔(75；175)內(nèi)，并具有大于所述密封腔的徑向尺寸的徑向高度H，以及小于所述密封腔的軸向?qū)挾鹊妮S向?qū)挾萕，其中所述高度H和所述寬度W選擇成使得所述第二密封件的H/W比在大約2.5∶1至大約5∶1的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聯(lián)接裝置(11)，該聯(lián)接裝置包括響應(yīng)離合器活塞作用腔(43)內(nèi)的流體壓力而致動的離合器組件(29)，以及多個連通所述腔與控制閥組件(69)的流體通道(53，55，57，59)。殼體(15)限定由帶有兩個高壓密封件(63；163)的增壓件(17)環(huán)繞的軸轂部(61)。殼體形成為使得軸轂部的外表面(60)無石墨孔隙，以提高密封件的壽命。優(yōu)選地，每個密封件(63；163)的高/寬比選擇成可提供所需的沿徑向向內(nèi)的密封力，但其中密封件仍能夠被裝配在各自的密封腔(73，75；173，175)內(nèi)。
文檔編號B60K17/16GK1807916SQ200510131548
公開日2006年7月26日 申請日期2005年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月13日
發(fā)明者C·L·弗拉塔, R·J·凱爾, K·E·莫根賽, P·J·麥克米倫 申請人:伊頓公司