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CN107002846A - 具有涡轮机‑活塞闭锁离合器的流体动力扭矩耦合装置，及相关方法 - Google Patents

具有涡轮机‑活塞闭锁离合器的流体动力扭矩耦合装置，及相关方法 Download PDF

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CN107002846A CN201580065657.9A CN201580065657A CN107002846A CN 107002846 A CN107002846 A CN 107002846A CN 201580065657 A CN201580065657 A CN 201580065657A CN 107002846 A CN107002846 A CN 107002846A
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Abstract

一种流体动力扭矩耦合装置，包括叶轮，具有第一接合表面的外壳，由叶轮流体动力地可驱动的涡轮机‑活塞，以及偏置装置。涡轮机‑活塞(36)通过叶轮是流体动力可驱动的并且包括具有面向第一接合表面的第二接合表面的涡轮机‑活塞罩。涡轮机‑活塞在流体动力传动模式和闭锁模式之间相对于叶轮是轴向可位移的。偏置装置(82)被构造成对涡轮机‑活塞施加轴向载荷，以促使涡轮机‑活塞轴向地远离闭锁模式并朝向流体动力传动模式。由偏置装置施加的轴向载荷随着涡轮机‑活塞朝向闭锁模式轴向地移动而减小并且随着涡轮机‑活塞远离所述闭锁模式轴向地移动而增加。

Description

具有涡轮机-活塞闭锁离合器的流体动力扭矩耦合装置，及相 关方法
技术领域
本发明大体上涉及一种扭矩变换器和流体动力扭矩耦合装置，更具体地说，涉及一种扭矩变换器和一种包括用于机械耦合驱动轴和从动轴的涡轮机-活塞闭锁(lockup)离合器的流体动力扭矩耦合装置。
背景技术
通常，具有自动变速器的车辆配备有用于将发动机的驱动轴流体耦合到变速器的从动轴的流体动力扭矩耦合装置。已知闭锁离合器用于在某些操作条件下机械地耦合驱动轴和从动轴。闭锁离合器及它们的操作在例如美国专利号8,276,723和美国专利号7,191,879中进行了描述。
尽管具有闭锁离合器的流体动力扭矩耦合装置已经被证明对于车辆传动系统的应用和条件是有用的，但是可以提高它们的性能和成本的改进是可能的。
如下文所教导的，这样的改进可以来自于例如减少流体动力扭矩耦合装置的部件的空间要求和/或将两个或更多个部件的功能合并成单个部件。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种用于将驱动轴和从动轴耦合在一起的流体动力扭矩耦合装置。该第一方面的流体动力扭矩耦合装置包括围绕旋转轴线是旋转的并具有叶轮罩的叶轮，外壳以及由所述叶轮流体动力地可驱动的涡轮机-活塞，以及偏置装置。外壳包括叶轮罩和外壳罩，该外壳罩被固定地连接以便相对于叶轮罩是不可旋转的，并且具有第一接合表面。涡轮机-活塞包括具有面向第一接合表面的第二接合表面的涡轮机-活塞罩，并且在闭锁轴向位置和最大轴向位移位置之间相对于叶轮是轴向可位移的。在闭锁轴向位置，第一和第二接合表面彼此摩擦地接合，以使涡轮机-活塞与外壳机械地锁定，以便相对于外壳是不可旋转的。偏置装置被构造为对涡轮机活塞施加轴向载荷以促使涡轮机-活塞轴向远离闭锁模式并朝向流体动力传递模式，其中由所述偏置装置施加的轴向载荷随着涡轮机-活塞朝向闭锁模式轴向移动而减小并随着涡轮机-活塞远离所述闭锁模式轴向移动而增加。
本发明的第二方面提供了一种用于将驱动轴和从动轴耦合在一起的流体动力扭矩耦合装置。扭矩耦合装置包括围绕旋转轴线是的旋转的并包括叶轮罩的叶轮，外壳，由叶轮流体动力可驱动的涡轮机-活塞，位于叶轮和涡轮机-活塞之间的定子，偏置装置，输出毂以及将涡轮机-活塞互连到输出毂的阻尼器组件。外壳包括叶轮罩和外壳罩，该外壳罩固定地连接以便相对于叶轮罩是不可旋转的，并且具有第一接合表面。涡轮机-活塞包括具有面向第一接合表面的第二接合表面的涡轮机-活塞罩。涡轮机-活塞在流体动力传动模式和闭锁模式之间相对于叶轮是轴向可位移的，在所述流体动力传动模式下，第一和第二接合表面彼此间隔开并且彼此没有摩擦地接合，在所述闭锁模式下，第一和第二接合表面彼此摩擦地接合以将涡轮机-活塞与外壳机械地锁定以便相对于所述外壳是不可旋转的。所述偏置装置被构造为对涡轮机-活塞施加轴向载荷以促使所述涡轮机-活塞轴向地远离所述闭锁模式并朝向流体动力传动模式，其中由所述偏置装置施加的轴向载荷随着所述涡轮机-活塞朝向所述闭锁模式轴向地移动而减小以及随着所述涡轮机-活塞远离所述闭锁模式轴向地移动而增加。
本发明的第三方面提供一种组装用于将驱动轴和从动轴耦合在一起的流体动力扭矩耦合装置的方法。该方法使用扭矩变换器执行，所述扭矩变换器围绕所述旋转轴线是可旋转的并包括具有叶轮罩的叶轮，由叶轮流体动力可驱动的并包括涡轮机-活塞罩的涡轮机-活塞，以及偏置装置。外壳罩可操作地连接到扭矩变换器的叶轮罩，以形成围绕旋转轴线是可旋转的并具有第一接合表面的外壳。涡轮机-活塞在闭锁轴向位置和最大轴向位移位置之间相对于叶轮是轴向可位移的。在闭锁轴向位置，第一和第二接合表面彼此摩擦地接合，以将涡轮机-活塞与外壳机械地锁定，以便相对于外壳是不可旋转的。偏置装置被构造成对涡轮机-活塞施加轴向载荷，以促使涡轮机-活塞轴向地远离闭锁模式并朝向流体动力传动模式，其中由偏置装置施加的轴向载荷随着涡轮机-活塞朝向所述闭锁模式轴向地移动而减小以及随着涡轮机-活塞远离闭锁模式轴向地移动而增加。
本发明的其它方面，包括构成的本发明的一部分的设备、装置、系统、耦合装置、变换器、过程等，在阅读以下对示例性实施例的详细描述将变得更加明显。
附图说明
附图被并入并构成说明书的一部分。附图以及上面给出的大体描述以及下面给出的示例性实施例和方法的详细描述用来解释本发明的原理。从下面当鉴于附图看到的说明书的研究，本发明的目的和优点将变得显而易见，在附图中相同的元件给出相同或相似的附图标记，其中：
图1是根据本发明的第一示例性实施例的配备有涡轮机-活塞的流体动力扭矩耦合装置的轴向截面的局部半视图；
图2是没有在闭锁模式下的图1的圆圈2内的流体动力扭矩耦合装置的局部的放大视图；
图3是图1的圆圈2内的流体动力扭矩耦合装置的局部的放大视图，但是流体动力扭矩耦合装置示出为处于闭锁模式；
图4是图1的流体动力扭矩耦合装置的非线性偏置和轴承装置的放大正视图，其示出了非线性偏置和轴承装置的涡轮机侧保持器构件被部分地剖开；
图5是图4的非线性偏置和轴承装置的放大前视透视图，省略了非线性偏置和轴承装置的涡轮机侧保持构件；
图6是图4的非线性偏置和轴承装置的放大的后透视图；
图7是根据本发明的示例性实施例的用于非线性弹簧的位移(x轴)与载荷(y轴)的关系图；
图8是可以用于图1的流体动力扭矩耦合装置中的处于部分组装状态下的替代偏置装置的局部透视图；
图9是图8的处于组装状态下的替代偏置装置的局部透视图；
图10是图8和图9的偏置装置的前部部分透明视图；
图11是沿图10的截面线XI-XI截取的侧截面图；
图12是图8-11的偏置装置的底视图；
图13是类似于图11的另一替代偏置装置的截面图；
图14是包括具有双或双重阻尼器组件的涡轮机-活塞的流体动力扭矩耦合装置的简化图；
图15是包括具有单个阻尼器组件的涡轮机-活塞的另一流体动力扭矩耦合装置的简化视图；
图16是包括具有双或双重阻尼器组件和摆式振动吸收器的涡轮机-活塞的又一流体动力扭矩耦合装置的简化图；以及
图17是包括具有双或双重阻尼器组件和振动吸收弹簧-质量系统的涡轮机-活塞的另一流体动力扭矩耦合装置的简化图。
具体实施方式
现在将详细参考如在附图中所示的本发明的示例性实施例和方法，其中在所有附图中相同的附图标记表示相同或相应的部件。然而，应当注意到，本发明在其更宽泛的方面不限于结合示例性实施例和方法示出和描述的具体细节、代表性的装置和方法以及说明性示例。
示例性实施例的描述用来结合附图来阅读，附图将被认为是整个书面说描述的一部分。在描述中，有关术语例如“水平(horizontal)”，“竖直(vertical)”，“上(up)”，“下(down)”，“上部(upper)”，“下部(lower)”，“右(right)”，“左(left)”，“顶部(top)”，“底部(bottom)”以及其衍生词(例如“水平地(horizontally)”，“向下地(downwardly)”，“向上地(upwardly)”等)应被解释为指的是如然后所描述的或如在所讨论的附图中所示的取向。这些相关术语为了方便描述，通常不是用来要求特定的取向。关于附连、耦合等的术语，例如“连接”和“相互连接”，是指其中结构通过居间结构直接或间接地彼此固定或附连的关系，以及可移动或刚性附连或关系，除非另有明确说明。术语“可操作地连接”是允许相关结构根据该关系按预期操作的这样的附连、耦合或连接。此外，如权利要求书中使用的“a”和“an”一词是指“至少一个”。
附图中通过标号10总体上表示了一个流体动力扭矩耦合装置的第一示例性实施例，如图1的局部截面图所示。流体动力扭矩耦合装置10可操作以使诸如汽车的机动车辆的驱动轴和从动轴流体或机械地耦合。在典型情况下，驱动轴是机动车辆的内燃机(未图示)的输出轴，从动轴与机动车辆的自动变速器连接。
流体动力扭矩耦合装置10包括填充有流体的密封外壳12，例如油或传动流体。密封外壳12、流体动力扭矩变换器14和扭转振动阻尼器(在此也称为阻尼器组件)16都围绕旋转轴线X是可旋转的。在此所讨论的附图示出了半视图，也就是说，旋转轴线X上方的流体动力扭矩耦合装置10的局部或一部分的截面。通常，装置10关于旋转轴线X是对称的。在此，轴向和径向取向是相对于扭矩耦合装置10的旋转轴线X被考虑的。有关术语，例如“轴向地”，“径向地”和“周向地”分别是关于平行于、垂直于和围绕旋转轴线X圆周地的取向。
根据如图1所示的第一示例性实施例的密封外壳12包括第一外壳罩18和第二外壳罩20，它们固定并密封地连接在一起，例如通过在它们的外周处的焊接部19，以便相对于彼此是不可移动的但围绕轴线X仍是可旋转的。第一罩18被互连到驱动轴并且相对于驱动轴是不可移动的，更典型地是不可旋转地固定到驱动轴的飞轮(未示出)，使得外壳12以与发动机操作相同的速度旋转。具体地，在图1所示的实施例中，外壳12由内燃机可旋转地驱动并且通过螺柱21被耦合并且相对于其飞轮是不可旋转的，如图1所示的。第一外壳罩18和第二外壳罩20可以例如通过压制成形的一体金属板而一体地制成。
第一外壳罩18包括相对于从旋转轴线X的方向(即，在大体横向于旋转轴线X的平面中)中大致径向延伸的第一侧壁部分22和从第一侧壁部分22朝向第二外壳罩20大致轴向地延伸的筒形的第一外壁部分261。类似地，第二外壳罩20包括相对于从旋转轴线X的方向大致径向延伸的第二侧壁部分24和从第二侧壁部分24朝向第一外壳罩18大致轴向地延伸的筒形的第二外壁部分262。如图2和图3中所示的，第二侧壁部分24包括面向第一罩18的第一接合表面241和背向第一罩18的第二表面242。第一和第二外壁部分261，262共同建立大致平行于旋转轴线X的环形外壁26。外壳12外部的焊接部19将外壁部分261和262牢固地固定在一起。虽然未示出，但是外壳12可以包括附加部件，例如在相反端处焊接并将第一和第二外壁部分261，262互连在一起的环形筒形外壳。
扭矩变换器14包括叶轮(有时称为泵或叶轮)30、涡轮机-活塞32以及轴向地位于叶轮30和涡轮机-活塞32之间并可操作地连接叶轮30和涡轮机-活塞32的定子(有时称为反应器)34。叶轮30、涡轮机-活塞32和定子34在旋转轴线X上彼此同轴地对准。叶轮30、涡轮机-活塞32和定子34共同地形成环面。如本领域已知的，叶轮30和涡轮机-活塞32可以是流体地(或流体动力地)耦合到彼此。
外壳12的第二外壳罩20还形成并用作叶轮30的叶轮罩。因此，叶轮罩20有时被称为外壳12的一部分。叶轮30还包括叶轮芯环45，以及多个叶轮叶片33，该叶轮叶片例如通过钎焊固定地连接到叶轮罩20和叶轮芯环45。叶轮30，包括其罩20、叶轮芯环45以及叶轮叶片33，通过焊接部19被固定到第一外壳罩18以便相对于外壳12是不可旋转的以及由此被固定到发动机的驱动轴(或飞轮)上，使得叶轮30以与发动机输出轴相同的速度旋转。叶轮30包括牢固地固定在叶轮罩20的叶轮毂31。叶轮毂31被布置成用于与变速器的液压泵接合。
涡轮机-活塞32是涡轮机与闭锁离合器活塞的合并或结合。涡轮机-活塞32的涡轮机部件包括涡轮机-活塞罩35，涡轮机-活塞芯环46以及多个涡轮机-活塞叶片36，这些涡轮机-活塞叶片36例如通过钎焊牢固地附连到涡轮机-活塞罩35和涡轮机-活塞芯环46。在流体动力传动模式中，叶轮30的自旋使得环面中的传动流体使涡轮叶片36旋转，并因此使涡轮机-活塞芯环46和涡轮机-活塞罩35旋转。叶轮罩20和涡轮机-活塞罩35共同地在它们之间限定基本上环形的内室(或环面室)52。如下面进一步详细讨论的，驱动部件56例如通过环形焊接部55和/或紧固件被附着到涡轮机-活塞罩35。
涡轮机-活塞32的活塞部件包括基本上环形的平面的(即，平坦的)涡轮机-活塞凸缘(或涡轮机-活塞壁)38。涡轮机-活塞凸缘38相对于下面讨论的近侧凸缘37位于旋转轴线X的远侧。涡轮机-活塞凸缘38从涡轮机-活塞罩35的大致环形部分的端部延伸。如图1所示的，涡轮机-活塞凸缘38径向地设置在涡轮机-活塞叶片36的外侧，而涡轮机-活塞罩的大致环形部分邻近涡轮机-活塞叶片36轴向地延伸。涡轮机-活塞凸缘38和涡轮机-活塞罩35被实施为彼此一体的，例如由单个或整体部件制成。替代地，涡轮机-活塞凸缘38和涡轮机-活塞罩35可以是通过焊接部或紧固件连接在一起的分离部件。涡轮机-活塞凸缘38从涡轮机-活塞罩35的径向外周端部径向横向于旋转轴线X向外延伸，以在端部处与外壳12的环形外壁部分262的内周表面间隔开的关系终止。
回到图2和图3，涡轮机-活塞凸缘38具有分别背向和朝向第二侧壁部分24的第一接合表面241的第一表面381和相反的第二接合表面382。第一和第二接合表面241，382彼此平行并面对，并且相对于旋转轴线X以90度角径向延伸。替代地，第一和第二接合表面可以相对于旋转轴线X倾斜成一定角度以限定锥形形状。第二接合表面382面向并，如下解释的，可以分别朝向和远离第一接合表面241是轴向可移动的，以将所述耦合设备10定位到闭锁模式和脱离闭锁模式。
根据第一示例性实施例，第二接合表面382包括摩擦环(或摩擦衬里)48，最佳示出在图2和3中。摩擦环48可以例如通过粘合剂粘合和/或用紧固件固定到第二接合表面382。摩擦环48由用于改善摩擦性能的摩擦材料制成。替代地，可以将摩擦环(或摩擦衬里)固定到第一接合表面241。根据又一个实施例，第一接合表面241包括第一摩擦环或衬套，并且第二(接合)表面382包括第二摩擦环或衬套。在本发明的范围内省略了摩擦环中的一个或两个。
回到图1，定子34轴向定位在叶轮30和涡轮机-活塞32之间，以便以有效的方式将流体从涡轮机-活塞32重新定向回到叶轮30。定子34典型地安装在单向离合器72上，以防止定子34反向旋转。止推轴承74被示出为位于定子34的侧壁板73和外壳12的叶轮罩20之间。
流体动力扭矩耦合装置10还包括围绕旋转轴线X是可旋转的输出毂40。输出毂40可操作地耦合到从动轴并且与从动轴同轴。例如，输出毂40可以设置有内花键42，用于将输出毂40相对于从动轴(例如设置有互补的外花键或凹槽的传动输入轴)不可旋转地耦合。替代地，可以使用焊接部或其它连接来将输出毂40固定到从动轴。密封构件49被安装到输出毂40的径向内周表面上，以在传动输入轴(未示出)和输出毂40的界面处形成密封。输出毂40的径向外表面包括用于接收诸如O形环44的密封构件的环形槽43。
在涡轮机-活塞罩35的径向内周端部处轴向延伸的是基本上柱形的凸缘37，其在旋转轴线的近侧。涡轮机-活塞32的大致柱形的凸缘37相对于输出毂40是可旋转的。接收在槽43中的密封构件(例如，O形环)44在大体上柱形的凸缘37和输出毂40的界面处建立密封。如下面进一步详细讨论的，涡轮机-活塞32沿着该界面相对于输出毂40轴向可移动。如图1所示的，凸缘37的端部邻接抵靠输出毂40，限制所述涡轮机-活塞32到最大轴向位移位置的轴向位移。因此，输出毂40作为关于涡轮机-活塞32的轴向位移的停止特征。
在闭锁模式下，第一和第二接合表面241和382(包括固定到其上的摩擦环48)被压在一起，使得涡轮机-活塞凸缘38摩擦地不可旋转地耦合到外壳12的第二径向部分24，从而在闭锁模式下将涡轮机-活塞32机械地锁定到外壳12。当不处于闭锁模式时，包括在最大轴向位移位置处，第一和第二接合表面241和382彼此间隔开，使得涡轮机-活塞凸缘38不摩擦地不可旋转地耦合到外壳12的第二径向部分24。在非闭锁模式下，扭矩变换器14的正常操作选择性地将叶轮30与涡轮机-活塞32流体地耦合和解耦合。
如图1所示的，阻尼器组件16被容纳在外壳12中轴向地位于涡轮机-活塞32和第一外壳罩18之间。阻尼器组件16连接到驱动构件56，并且包括多个第一(或径向外部)周向弹性阻尼构件60，通过第一周向阻尼构件60从动地耦合到驱动构件56的中间构件58，多个第二(或径向内部)周向弹性阻尼构件64以及通过第二周向阻尼构件64从动地耦合到中间构件58的从动(或输出)构件62。第一周向阻尼构件60从第二周向阻尼构件64径向向外。根据图1的示例性实施例和在在此讨论的其他实施例中，第一和第二阻尼构件60，64被构造成具有基本上周向取向的主轴的螺旋(或盘绕)弹簧。可以选择其它弹性构件来代替或补充弹簧。
驱动构件56固定地连接到涡轮机-活塞32的涡轮机-活塞罩35的大致环形部分，例如通过焊接部55，其可以是连续的、环形焊接部。驱动构件56的输出侧具有在远离涡轮机-活塞32的方向上轴向地延伸的多个驱动凸片57(图1)。驱动构件56的驱动凸片57在周向上等距地间隔开，并且接合第一阻尼构件60的第一周向端部。
中间构件58具有在与驱动构件56的驱动凸片57相反的方向上轴向地延伸的多个从动凸片59。中间构件58的从动凸片59在周向上等距地间隔开，并且接合第一阻尼构件60的与驱动凸片57相反的第二周向端部。阻尼器组件16的中间构件58和从动凸片59相对于驱动构件56和驱动凸片57是可旋转的，这是由于第一阻尼构件60的弹性，其吸收扭转振动。
另外，驱动构件56的驱动凸片57相对于中间构件58的从动凸片59是轴向可移动的。驱动凸片57和从动凸片59之间的相对轴向移动会变得在涡轮机-活塞罩35在其闭锁和非闭锁模式之间的轴向移动期间是必需的。如下面更详细地讨论的，当涡轮机-活塞罩35由于闭锁事件而轴向移动时，驱动凸片57相对于从动凸片59轴向移动。因此，驱动构件56相对于中间构件58并且通常相对于阻尼组件16是轴向和周向可移动的。
中间构件58的径向内部部分形成或连接到第二阻尼构件64的第一侧上的第一盘状部分68，并且与该第一盘状部分68一体地形成为单个部件。第一盘状部分68例如通过铆钉或焊接被固定到第二阻尼构件64的相反侧上的第二盘状部分69并且相对于该第二盘状部分69是不可移动的。第一和第二盘状部分68，69建立到第二阻尼构件64的输入部分。
从动构件62建立了相对于第二阻尼构件64的输出部分。从动构件62具有其中设定第二阻尼构件64的窗口。盘状部分68，69接合第二阻尼构件64的第一端，并且从动构件62接合第二阻尼构件64的第二端。因此，中间构件58的盘状部分68，69相对于从动构件62是可旋转的，其中第二阻尼构件64由于其弹性而吸收扭转振动。
从动构件62被固定地连接以便相对于输出毂40是不可旋转的。从动构件62和输出毂40之间的不可旋转的连接可以通过花键或焊接形成。替代地，输出毂40和从动构件62可以一体地形成为单件部件。止推轴承76位于输出毂40和第一外壳罩18之间。
如上所述的，涡轮机-活塞32在闭锁位置和非闭锁(打开)位置之间朝向和远离叶轮罩20是轴向可移动的。涡轮机-活塞32的轴向移动是通过改变涡轮机-活塞罩35的相反侧上的环面室52和阻尼器室54之间的压力差而实现的，如下面进一步详细讨论的。然而，当扭矩变换器14处于流体动力传动模式时，传动流体的作用产生轴向载荷，该轴向载荷促使涡轮机-活塞32朝向叶轮30。这些载荷根据速度、扭矩、驱动，滑行(coast)等而变化。这些载荷可以足够高以使涡轮机-活塞32与叶轮30接触并过早地进入闭锁模式。
通过在定子34的侧壁和涡轮机-活塞罩35之间插入线性弹簧以使涡轮机-活塞偏离闭锁模式，可以减小扭矩变换器14的这种过早闭锁的可能性。然而，线性弹簧施加与涡轮机-活塞32的位移成比例的载荷。当涡轮机-活塞32移动到更靠近闭锁模式时，线性弹簧将施加成比例更大的载荷。线性弹簧可以减慢扭矩变换器14的响应闭锁时间，特别是当线性弹簧在涡轮机-活塞32移动接近闭锁模式时成比例地增加其偏置载荷。由线性弹簧施加的接近闭锁的增加的偏置载荷可以显著地增加使涡轮机-活塞32移动足以将扭矩变换器14关闭到闭锁模式所需的液压压力，从而增加液压泵的损耗。为了克服这些问题，示出的第一实施例的流体动力扭矩耦合装置10包括具有非线性载荷-位移特性的偏置和轴承装置80。
如图1和4-6中最佳所示的，第一示例性实施例的偏置和轴承装置80包括非线性膜片弹簧82；涡轮机侧保持器构件(或保持架(cage))84，其被连接到涡轮机-活塞32并且相对于涡轮机-活塞32(特别是涡轮机-活塞32的涡轮机-活塞罩35)是不可旋转的；以及定子侧保持器构件(或保持架)86，其被连接到定子34并且相对于定子34是不可旋转的。非线性膜片弹簧82位于涡轮机侧保持器构件84和定子侧保持器构件86之间。非线性膜片弹簧82相对于涡轮机侧保持器构件84和定子侧保持器构件86中的至少一个是可旋转的。抗摩擦材料可位于非线性膜片弹簧82和保持器构件84和/或86的界面处，非线性膜片弹簧82通过所述保持器构件是可旋转的。抗摩擦材料可以是例如热塑性涂层或垫圈。非线性膜片弹簧82可任选地例如通过焊接被固定到涡轮机侧保持器构件84或定子侧保持器构件86。
图7示出了诸如第一示例性实施例的非线性膜片弹簧82的示例性非线性偏置装置的载荷-位移图。图7中的非线性膜片弹簧82的轴向位移d0对应于涡轮机-活塞32处于距离其闭锁模式最远的位置，如图1中由邻接所述输出毂40的凸缘37的端部所示的。在轴向位移d0处，非线性膜片弹簧82被预加载荷以施加载荷L0，如图7所示的。如上所述的，凸缘37相对于输出毂40轴向滑动，O形环44保持密封。轴向位移dIockup对应于处于闭锁模式的涡轮机-活塞32的轴向位置，其中第一接合表面241与第二接合表面382的摩擦衬套48摩擦接合以与外壳12为不可旋转的关系机械地锁定所述涡轮机-活塞32。
非线性膜片弹簧82被构造成对涡轮机-活塞32施加轴向载荷，以促使涡轮机-活塞32轴向远离和脱离闭锁模式。由于阻尼器室54中的液压相对于环面室52增加，以克服膜片弹簧82的初始峰值载荷L0，例如通过将液压流体引入到阻尼器室54中，涡轮机-活塞32朝向闭锁模式移动。如图7所示的，由非线性膜片弹簧82施加到涡轮机-活塞32的载荷随着涡轮机-活塞32从对应于轴向位移d0的位置朝向对应于轴向位移dIockup的位置轴向移动而减小，并且随着涡轮机-活塞32朝向与非线性膜片弹簧82的轴向位移d0对应的最大轴向位移位置轴向移动脱离闭锁模式而增加。根据图7的示例性实施例，膜片弹簧82的载荷-位移关系形成在d0和dlockup之间大致但并不是非常线性的负斜率，由此由非线性膜片弹簧82施加的载荷随着涡轮机-活塞从对应于d0的最大轴向位移位置(图1所示)移动到对应于弹簧位移dlockup的闭锁位置而(大致成比例地)减小。
非线性膜片弹簧82在d0处被预加载有高载荷L0。该预加载荷期望足够高以防止闭锁离合器50的过早闭锁。例如，非线性膜片弹簧82可能足够刚性，以在d0处施加大于5kN的初始轴向载荷，以防止在流体动力传动模式下操作的扭矩变换器14的涡轮机止推载荷将涡轮机活塞32朝向叶轮30过早地推动。随着阻尼器室54中的液压增加以克服非线性膜片弹簧82的初始载荷L0时，涡轮机-活塞32朝向闭锁模式移动。随着涡轮机-活塞32移动到更接近闭锁模式时，非线性膜片弹簧82相应地移动到位移位置dlockup，使得由膜片弹簧82施加的轴向载荷减小。结果，随着涡轮机-活塞32移动到更靠近闭锁模式时，推动涡轮机-活塞脱离闭锁模式的轴向弹簧载荷减小，将扭矩变换器14闭合到闭锁模式所需的液压相对于线性弹簧的液压要求减小。在闭锁模式下，非线性膜片弹簧82期望地允许接合表面241和382(包括摩擦环48)保持摩擦接触并在高达30kN的涡轮载荷下机械地锁定。
涡轮机-活塞32的轴向移动是通过改变涡轮机-活塞罩35的相反侧之间的压力差，同时考虑到由非线性膜片弹簧82施加的偏置载荷，得以实现的。如图1所示，环面室52位于涡轮机-活塞罩35的左侧，并且阻尼器室54位于涡轮机-活塞罩35的另一侧(右侧)。大于非线性膜片弹簧82的推动载荷的阻尼器室54相对于环面室52的压力增加(或者换句话说，环面室52相对于阻尼器室54的压力减小)使涡轮机-活塞罩35在扭矩传递的方向上，即朝向外壳12的输出侧，也就是说图1的右侧到左侧，轴向地移位成闭锁模式。另一方面，阻尼器室54相对于环面室52的压力减小(或者换句话说，环面室52相对于阻尼器室54的压力增加)与非线性膜片弹簧82的推动载荷作用以使涡轮机-活塞罩35和涡轮机-活塞凸缘38逆着扭矩传递的方向，即朝向所述外壳的输入侧，也就是说图1中的左侧到右侧，轴向地移位成脱离闭锁模式。通过控制所述室52和54中的流体例如液压流体或油来产生压力变化。
在闭锁模式下，涡轮机-活塞32轴向移向叶轮30，直到涡轮机-活塞凸缘38的第二接合表面382的摩擦环48(其与涡轮机-活塞罩35轴向移动)邻接抵靠并且不可旋转地摩擦地耦合到外壳12的第一接合表面241。在闭锁模式下，扭矩从发动机传递到外壳12，然后通过表面241和382之间的摩擦接合(包括其摩擦衬里48)通过涡轮机-活塞罩35到被焊接到其上的驱动构件56，然后连续地到阻尼组件16和输出毂40。由此，涡轮机-活塞凸缘38和外壳12一起建立绕过扭矩变换器14的流体动力流体耦合并将驱动轴和从动轴彼此机械地锁定的闭锁离合器50。
随着涡轮机-活塞32如上所述地轴向移动到闭锁位置时，焊接到涡轮机-活塞罩35的驱动构件56的驱动凸片57相对于中间构件58的从动凸片59轴向位移。驱动凸片57相对于从动凸片59的轴向移动允许中间构件58、从动构件62和阻尼构件60，64保持轴向地固定在输出毂40上，同时涡轮机-活塞32和驱动构件56轴向地移动。值得注意的是，固定到第二接合表面382的摩擦环48可以具有大体径向延伸的周向间隔开的凹槽(未示出)，以便在闭锁模式下将环面室52和阻尼器室54彼此流体地连接，用于通过工作流体冷却闭锁离合器50的摩擦表面。
在非闭锁模式下，涡轮机-活塞32轴向地位移远离叶轮30，轴向移动涡轮机-活塞罩35和涡轮机-活塞凸缘38，使得第二接合表面区域382(包括其摩擦衬里48)与第一接合表面区域241间隔开并且不再不可转动地摩擦耦合到第一接合表面区域241。因此，从发动机传递到外壳12的扭矩不会通过闭锁离合器50绕过扭矩变换器14。当闭锁离合器50从闭锁模式移动到非闭锁模式时，驱动凸片57朝向从动凸片59轴向地移动。值得注意的是，在非闭锁模式下，在外壳12的第一接合表面241和第二接合表面382之间建立开口的流体通道，以允许在环面室52和阻尼器室54之间的流体流动。
在操作中，闭锁离合器50通常在驱动轴和从动轴的流体动力耦合之后典型地以相对恒定的速度被启动，以便避免特别是由涡轮机-活塞32和叶轮32之间的滑动现象引起的效率的损失。由于作用在涡轮机-活塞32上的用于在其闭锁位置和非闭锁位置之间移动的轴向压力，所以涡轮机-活塞罩35可以被制成比典型的不形成或起到闭锁位置的作用的涡轮机罩稍微厚一些。
如上所述的，涡轮机-活塞32都形成涡轮机的罩部件和闭锁离合器50的活塞部件。通过将通常彼此分离的两个部件合并为单个部件，节省了流体动力扭矩耦合装置10中的空间。这种节省空间的结构提供了若干设计选择。例如，可以使流体动力扭矩耦合装置10更小更轻。替代地，外壳12内的自由空间可用于增加更多的附加部件，例如阻尼部件。
可以利用上述实施例来实施各种修改、改变和更改。例如，图8示出了另一示例性实施例。为了简洁起见，上面结合图1-3讨论的附图标记在下面没有进一步阐述，除了到了解释第二示例性实施例所必需或有用的程度之外。修改的部件和部分通过对第二示例性实施例的部件或部分的附图标记加上百位数来表示。
图8-12示出了根据本发明的替代实施例的偏置装置180。偏置装置180被实施为卡口连接器。偏置装置180包括接收在实施为垫圈的第一(前)壳体构件184和被实施为保持架构件的第二(后)壳体构件186之间的Belleville(贝氏)垫圈或膜片弹簧182。如图8和图9中最佳所示的，第二壳体构件186包括用于接收第一壳体构件184的锁定销184a的大致L形槽186a。图8示出处于解锁和部分拆卸状态的锁定销184，以及在锁定和完全组装状态下完全接收在槽186a中的锁定销184a。偏置装置180以上述关于偏置装置80所述的并且大体在图7中描述的方式操作。膜片弹簧182的载荷被设定为最大值L0，用于在扭矩变换器传动模式下操作，并且偏置装置180的载荷随着涡轮机-活塞进入闭锁模式而减小，如由图7中的dlockup所示的。
图13描述了根据本发明的又一实施例的偏置装置280。偏置装置280也被实施为卡口连接器。偏置装置280包括接收在实施为垫圈的第一(前)壳体构件284和被实施为保持架构件的第二(后)壳体构件286之间的多个Belleville垫圈或膜片弹簧282a，282b和282c。虽然图13中示出了三个Belleville垫圈282a-282c。但是应当理解到，该实施例可以被修改为包括两个、四个、五个或其它数量的Belleville垫圈/膜片弹簧。虽然没有示出，但是第二壳体构件286包括大致L形的槽，用于以类似于图8和图9中所示的方式接收第一壳体构件的锁定销。偏置装置280以上述关于偏置装置80描述的并且大体在图7中描述的方式操作。膜片弹簧182a，182b，182c的共同载荷被设定为最大值L0，用于以在图7中的d0处的扭矩变换器传动模式操作。如由图7中的虚线所示的，偏置装置180的载荷随着涡轮机-活塞进入闭锁模式而减小。
其它变化和修改包括修改阻尼器组件16以仅包括阻尼构件60或阻尼构件64，或者以包括附加的阻尼构件或不包括阻尼构件。上述实施例的特征可以通过彼此实施并且在多种组合中是可代替的。
根据图1-7的实施例的用于组装流体动力扭矩耦合装置10的示例性方法现在将进行解释。应当理解到，该示例性方法可以结合本文所述的其它实施例来实施。该示例性方法不是用于组装本文所述的流体动力扭矩耦合装置的专有方法。尽管用于组装流体动力扭矩耦合装置10和110的方法可以通过顺序地执行如下所述的步骤来实现，但是应当理解到，这些方法可以包括以不同的顺序执行所述步骤。
叶轮30、涡轮机-活塞32、定子34、偏置装置80或90以及阻尼器组件16可以各自被预先组装。如上所述的，涡轮机-活塞32包括涡轮机-活塞罩35，附连到涡轮机-活塞罩35的涡轮机叶片36以及涡轮机-活塞凸缘38。
如图所示的，叶轮30、定子34、偏置装置80/90和涡轮机-活塞32子组件被组装在一起。在扭矩变换器14的组装期间，偏置装置80/90位于定子34和涡轮机-活塞罩35之间。涡轮机-活塞32的柱形凸缘37安装成滑动地接合输出毂40(其与从动轴花键连接或安装在从动轴上)，它们之间具有密封件44。增加了阻尼器组件16。如上所述的，驱动凸片57与阻尼器组件16接合。然后，如图1最佳所示的，第一外壳罩18例如通过在19处的焊接被不可移动地且密封地固定到第二外壳罩20。
本文所述的扭矩变换器和流体动力扭矩耦合装置可以结合不同的阻尼器组件。例如，图14示出了包括用于建立流体动力传动模式的叶轮30和涡轮机-活塞32以及用于闭锁模式传动的闭锁离合器50的流体动力扭矩耦合装置。叶轮30/涡轮机-活塞32组合和闭锁离合器50彼此平行地布置并且串联地位于外壳12和涡轮机-活塞罩35之间。弹性阻尼构件60、中间构件58和阻尼器组件16的弹性阻尼构件64以及输出毂40串联布置在图14中的涡轮机-活塞罩35和驱动构件56的下游。图14的示意图大体对应于图1所示的实施例的布置。
图15示出了类似于图14的替代阻尼器组件116，但其中阻尼器组件116被修改为仅包括一组周向延伸的弹性阻尼构件60。
图16中所示的阻尼器组件216类似于图14的，但是还包括耦合到中间构件58的离心摆动振荡器296。离心摆动振荡器(或摆式振动吸收器)在本领域中是已知的，并且在例如在2014年6月16日提交的美国专利申请号14/305,128中、Stone的GB598811，Sudau的美国专利号6,026,940以及Grahl的EP1744074中进行了描述。离心摆动振荡器296可以耦合到中间构件58的周边并且可以布置在中间构件58的两侧上。
图17所示的阻尼器组件316类似于图14的，但是还包括耦合到中间构件58的弹簧质量系统399。弹簧质量系统在本领域中是公知的，并且在例如Hailer的WO 2004/018897中进行了描述。弹簧质量系统99可以耦合到中间构件58的周边。弹簧质量系统399的弹簧可以是诸如钢弹簧的螺旋弹簧。阻尼器可以是任何线性或非线性阻尼器，包括例如粘性阻尼器。弹簧和质量可以被实施为两个部件或一个整体部件。弹簧质量系统可以具有线性或非线性恒定或可变的刚度，以及恒定或可变质量。
上述实施例的特征可以在多种组合中是可代替的。
为了根据“专利法”的规定进行说明，已经提出了本发明的示例性实施例的前述描述。它不是用来进行穷举的或将本发明限制于所公开的精确形式。在此以上所公开的实施例被选择为以便更好地说明本发明的原理及其实际应用，从而能使本领域普通技术人员在各种实施例中以及通过适用于所设想的特定用途的各种修改方式最佳地利用本发明，只要遵循本文所述的原理。因此，本申请旨在涵盖使用其一般原理的本发明的任何变化、用途或改编。此外，本申请旨在涵盖如落入与本发明有关的现有技术中的已知或习惯实践内的这样的背离本公开的内容。因此，在不脱离本发明的意图和范围的情况下，可以在上述发明中进行改变。还旨在本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (20)

1.一种用于将驱动轴和从动轴耦合在一起的流体动力扭矩耦合装置，该扭矩耦合装置包括：
叶轮，该叶轮绕旋转轴线是可旋转的并包括叶轮罩；
外壳，该外壳包括叶轮罩和外壳罩，该外壳罩被固定地连接以便相对于所述叶轮罩是不可旋转的，所述外壳具有第一接合表面；
涡轮机-活塞，该涡轮机-活塞由所述叶轮是流体动力可驱动的并且包括具有面向所述第一接合表面的第二接合表面的涡轮机-活塞罩，所述涡轮机-活塞在流体动力传动模式和闭锁模式之间相对于所述叶轮是轴向可位移的，在所述流体动力传动模式下，所述第一和第二接合表面彼此间隔开并且彼此没有摩擦地接合，以及在所述闭锁模式下，所述第一和第二接合表面彼此摩擦地接合以将所述涡轮机-活塞与所述外壳机械地锁定以便相对于所述外壳是不可旋转的；以及
偏置装置，该偏置装置被构造为对所述涡轮机-活塞施加轴向载荷以促使所述涡轮机-活塞轴向地远离所述闭锁模式并朝向所述流体动力传动模式，其中由所述偏置装置施加的轴向载荷随着所述涡轮机-活塞朝向所述闭锁模式轴向地移动而减小以及随着所述涡轮机-活塞远离所述闭锁模式轴向地移动而增加。
2.根据权利要求1所述的流体动力扭矩耦合装置，其中所述偏置装置对所述涡轮机-活塞施加非线性载荷以促使所述涡轮机-活塞轴向地远离所述闭锁模式并朝向所述流体动力传动模式，其中由所述偏置装置施加的非线性载荷与在所述闭锁模式和流体动力传动模式之间的涡轮机-活塞的位移不成比例。
3.根据权利要求1所述的流体动力扭矩耦合装置，还包括位于所述叶轮和所述涡轮机-活塞之间的定子。
4.根据权利要求3所述的流体动力扭矩耦合装置，其中所述偏置装置位于所述定子和所述涡轮机-活塞罩之间。
5.根据权利要求4所述的流体动力扭矩耦合装置，其中所述偏置装置是偏置和轴承装置的一部分，其包括：
定子侧保持器构件，该定子侧保持器构件连接到所述定子并且相对于所述定子是不可旋转的；
涡轮机侧保持器构件，该涡轮机侧保持器构件连接到所述涡轮机-活塞并且相对于该涡轮机-活塞是不可旋转的；以及
偏置装置，该偏置装置位于所述定子侧保持器构件和所述涡轮机侧保持器构件之间。
6.根据权利要求5所述的流体动力扭矩耦合装置，其中，所述偏置装置相对于所述涡轮机侧保持器构件和所述定子侧保持器构件中的一个是可旋转的，并且被固定地连接到所述涡轮机侧保持器构件和所述定子侧保持器构件中的另一个。
7.根据权利要求5所述的流体动力扭矩耦合装置，其中所述偏置装置相对于所述涡轮机侧保持器构件和所述定子侧保持器构件中的至少一个是可旋转的。
8.根据权利要求4所述的流体动力扭矩耦合装置，其中所述涡轮机侧保持器构件安装在所述涡轮机-活塞罩上。
9.根据权利要求1所述的流体动力扭矩耦合装置，其中所述偏置装置包括膜片弹簧。
10.根据权利要求1所述的流体动力扭矩耦合装置，其中所述偏置装置包括弹簧垫圈。
11.根据权利要求10所述的流体动力扭矩耦合装置，其中所述偏置装置还包括将弹簧垫圈固定地连接到所述涡轮机-活塞罩的铆钉。
12.根据权利要求11所述的流体动力扭矩耦合装置，其中所述偏置装置还包括止推垫圈，该止推垫圈被连接到所述定子并且相对于所述定子是不可旋转的，所述止推垫圈接触所述弹簧垫圈并且相对于所述弹簧垫圈是可旋转的。
13.根据权利要求1所述的流体动力扭矩耦合装置，其中所述偏置装置包括卡口连接器。
14.根据权利要求13所述的流体动力扭矩耦合装置，其中所述卡口连接器包括第一和第二卡口壳体构件以及容纳在所述第一和第二卡口壳体构件之间的至少一个贝氏弹簧。
15.根据权利要求1所述的流体动力扭矩耦合装置，其中所述第一接合表面或所述第二接合表面包括摩擦衬里。
16.根据权利要求1所述的流体动力扭矩耦合装置，其中所述涡轮机-活塞罩还包括限定所述第二接合表面的径向延伸的凸缘。
17.一种用于将驱动轴和从动轴耦合在一起的流体动力扭矩耦合装置，该扭矩耦合装置包括：
叶轮，该叶轮绕旋转轴线是可旋转的并包括叶轮罩；
外壳，该外壳包括所述叶轮罩和外壳罩，该外壳罩被固定地连接到所述叶轮罩并且相对于该叶轮罩是不可旋转的，所述外壳具有第一接合表面；
涡轮机-活塞，该涡轮机-活塞由所述叶轮是流体动力可驱动的，并且包括具有面向所述第一接合表面的第二接合表面的涡轮机-活塞罩，所述涡轮机-活塞在流体动力传动模式和所述闭锁模式之间相对于所述叶轮是轴向可位移的，在所述流体动力传动模式下，所述第一和第二接合表面彼此间隔开并且彼此没有摩擦地接合，在所述闭锁模式下，所述第一和第二接合表面彼此摩擦地接合以将所述涡轮机-活塞与所述外壳机械地锁定以便相对于所述外壳是不可旋转的；
位于所述叶轮和所述涡轮机-活塞之间的定子；
偏置装置，该偏置装置被构造为对所述涡轮机-活塞施加轴向载荷以促使所述涡轮机-活塞轴向地远离所述闭锁模式并朝向所述流体动力传动模式，其中由所述偏置装置施加的轴向载荷随着所述涡轮机-活塞朝向所述闭锁模式轴向地移动而减小以及随着所述涡轮机-活塞远离所述闭锁模式轴向地移动而增加；
输出毂；以及
将所述涡轮机-活塞互连到输出毂的阻尼器组件。
18.根据权利要求17所述的流体动力扭矩耦合装置，还包括将所述涡轮机-活塞罩互连到所述阻尼器组件的驱动构件，其中所述阻尼器组件包括中间构件，将所述驱动构件驱动地耦合到所述中间构件的第一组周向延伸的弹性阻尼构件，连接到所述输出毂并且相对于所述输出毂是不可旋转的从动构件，将所述中间构件驱动地耦合到从动构件的第二组周向延伸的弹性阻尼构件，以及安装到所述中间构件的离心摆动振荡器。
19.根据权利要求17所述的流体动力扭矩耦合装置，还包括将所述涡轮机-活塞罩互连到所述阻尼器组件的驱动构件，其中所述阻尼器组件包括中间构件，将所述驱动构件驱动地耦合到所述中间构件的第一组周向延伸的弹性阻尼构件，连接到所述输出毂并且相对于所述输出毂是不可旋转的从动构件，将所述中间构件驱动地耦合到所述从动构件的第二组周向延伸的弹性阻尼构件，以及耦合到所述中间构件的弹簧质量系统。
20.一种组装用于将驱动轴和从动轴耦合在一起的流体动力扭矩耦合装置的方法，包括：
提供扭矩变换器，该扭矩变换器围绕旋转轴线是可旋转的并包括
包括叶轮罩的叶轮；
由所述叶轮是流体动力可驱动的并包括涡轮机-活塞罩的涡轮机-活塞；以及
偏置装置；以及
将外壳罩可操作地连接到所述扭矩变换器的叶轮罩以形成围绕旋转轴线是可旋转的并具有第一接合表面的外壳，所述涡轮机-活塞在流体动力传动模式和闭锁模式之间相对于所述叶轮是轴向地可位移的，在所述流体动力传动模式下，所述第一和第二接合表面彼此间隔开并且彼此没有摩擦地接合，在所述闭锁模式下，所述第一和第二接合表面彼此摩擦地接合以将所述涡轮机-活塞与所述外壳机械地锁定以便相对于所述外壳是不可旋转的，
其中所述偏置装置被构造为对所述涡轮机-活塞施加轴向载荷以促使所述涡轮机-活塞轴向地远离所述闭锁模式并朝向所述流体动力传动模式，其中由所述偏置装置施加的轴向载荷随着所述涡轮机-活塞朝向所述闭锁模式轴向地移动而减小以及随着所述涡轮机-活塞朝向所述流体动力传动模式轴向地移动而增加。
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