CN101117987A - 压合式牙嵌单、双向超越离合器 - Google Patents

Abstract

一种压合式牙嵌超越离合器，可用作单、双向超越离合器或单、双向可控滑行器，具有可传转矩巨大、高转速、无碰撞、体积小、抗大冲击、简单可靠和高寿命的特点。其特征在于，安装有阻止超越分离状态下的传力和分离二嵌合机构嵌合的阻挡嵌合机构，轴向上该机构位于二机构之内，径向上位于二机构之内、之间或之外；其组成双方阻挡工作面的升角足以确保双方抵触的摩擦自锁及阻挡工况的稳定，令其具备自适应轴距变化和自动补偿磨损的能力，长久地保持二嵌合机构超越工况的零碰撞特性，以及阻挡嵌合机构的分离阻挡和嵌合复位过程的绝对可靠。另外，方向和状态控制机构简单可靠，离合器制造相对容易，装配简单，新旧零件互换性强。

Description

压合式牙嵌单、双向超越离合器

技术领域

本发明涉及一种机械传动领域中的离合装置，特别涉及但不仅仅涉及一种有转动超越功能的牙嵌式离合器。

技术背景

现有超越离合器均由棘爪-棘轮机构演化而成，有嵌入式和摩擦式两种类型。在分度、超越和逆止这三个应用领域中，摩擦式因定位精确而最适用于分度领域，嵌入式则最适用于超越和逆止这两个对溜滑角要求相对不严但转矩传递能力要求相对较高的领域。然而，由于嵌入式，尤其是牙嵌式超越离合器超越转动时的碰撞以及碰撞声响等原因，该类离合器几乎没有得到实质应用，致使其可传递转矩巨大，接合后没有滑转等优点没有得到发挥。申请号为02102352.2、99248119.8以及99239680.8的中国专利公布了两类牙嵌式超越离合器的技术方案，但由于有碰撞或转矩仍不对应于传力齿面上压力的大部或全部以及必有半齿撞击现象，该三专利仍有碰撞或所传转矩不够大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可传递大转矩、超越分离后没有碰撞和声响的压合式牙嵌单向超越离合器，以及方向和状态都可控制的压合式牙嵌超越离合器。

记述技术方案之前先对相关名词或概念说明如下：

属主环：被附属阻挡环或附属限位环所依附的回转构件。

阻挡基准环：嵌合工作状态下，作为阻挡环相对静止的参照对象的回转构件；其轴向上直接面对阻挡环的端面被称为基准端面，径向上直接面对阻挡环的圆柱面被称为基准圆柱面。

分离基准环：超越离合器中，作为分离环相对静止和周向固定的参照对象的回转构件；其轴向上直接面对分离环的端面被称为基准端面。

阻挡工作面：阻挡嵌合机构轴向分离后，组成该机构的齿环双方的径向齿之间用来进行对顶接触的齿顶面部分，其升角用λ表示。

阻挡工况：阻挡嵌合机构的组成双方的阻挡齿相互对顶接触，阻止轴向上位于其之外的其它轴向嵌合机构嵌合的工作状况。

δ角和ρ角：阻挡工况中，阻挡环一方面由其滑动端面或圆柱面与阻挡基准环的基准端面或基准圆柱面接触形成滑动摩擦副，另一方面由其阻挡齿的阻挡工作面与附属阻挡齿的阻挡工作面轴向接触形成静摩擦副，在仅靠该静摩擦副来限定阻挡环相对附属阻挡环的周向位置时，该静摩擦副必需是自锁的，其中，能够确保该静摩擦副自锁的阻挡工作面的最小升角就定义为δ，而最大升角就定义为ρ。

限位工作面：对阻挡环的周向相对位置给与限制的表面。对控制嵌合机构，当λ＜δ时，因双方阻挡齿之间的对顶接触不能自锁，所以，只有阻挡齿的侧面和阻挡齿齿顶中部限位凸起的侧面是限位工作面；当δ≤λ≤ρ时，因双方阻挡齿之间的对顶接触能可靠自锁，所以，阻挡齿的所有侧面及阻挡工作面都是限位工作面。

全齿嵌合深度：轴向嵌合机构完全嵌合时，由一方嵌合齿的最高齿顶点到另一方嵌合齿的最高齿顶点之间的轴向距离。

最小阻挡高度：由非阻挡工况(即，稳定的嵌合状态)过渡到阻挡工况，阻挡嵌合机构所必需分开的最小轴向距离。

最大限位嵌合深度：保证限位嵌合机构的周向约束作用得以存在的，阻挡嵌合机构轴向上可以分离的最大距离。当限位嵌合机构的组成双方轴向上跟随阻挡嵌合机构一起运动时，该深度为完全嵌合状态下，嵌合双方的限位工作面的上边界中的最高点之间的轴向距离；当限位嵌合机构的组成双方轴向上不跟随阻挡嵌合机构一起运动时，该深度为无穷大。

分离角：轴向嵌合机构由嵌合状态过渡到嵌合状态与分离对顶状态二者之间的临界状态，其所属两齿环间必需相对转动的最小圆周角。

起始分离高度：在轴向嵌合力的作用下，轴向嵌合机构的组成双方可以实现轴向分离和相对转动所必需具备的最小初始轴向分离距离。在设计许可的相对方向上转动，该距离必须为零，反之，该距离可以不为零。

阻挡嵌合机构的入口裕度K：在不考虑其它嵌合机构的影响以及阻挡环周向自由时，从最小阻挡高度上，组成阻挡嵌合机构的齿环双方在不影响该机构轴向嵌合的前提下相互间可以连续错开的最大圆周角度。

本发明中，当一嵌合机构的组成双方分别以另一嵌合机构的组成双方为轴向支撑根基时，就称前一嵌合机构轴向上位于后一嵌合机构之内，反之为之外。另外，本发明所称的“阻挡环”均为独立阻挡环的简称。

本发明的一种压合式牙嵌单向超越离合器，包括第一接合元件、第二接合元件、阻挡环、附属阻挡环、附属限位环、弹簧以及弹簧座，且均基于同一回转轴心线布置；第一接合元件与第二接合元件轴向相对嵌合组成既是传力嵌合机构又是分离嵌合机构的工作嵌合机构；其特征在于：1)布置有阻止超越分离状态下的上述工作嵌合机构嵌合的阻挡嵌合机构，由阻挡环和附属阻挡环轴向嵌合而成，该两个环上都布置有一圈具有轴向阻挡作用的径向型阻挡齿；所述阻挡嵌合机构的最小阻挡高度，大于工作嵌合机构在两个转动方向上的起始分离高度，小于工作嵌合机构的全齿嵌合深度；2)布置有对阻挡嵌合机构中阻挡环的周向相对位置实施限制的限位嵌合机构，由阻挡环和附属限位环组成，附属限位环与其属主环形成为一体，且附属限位环与附属阻挡环周向固定；阻挡嵌合机构的轴向分离距离大于最小阻挡高度时，所述限位嵌合机构的周向自由度，大于阻挡嵌合机构的入口裕度。

上述阻挡嵌合机构轴向上位于工作嵌合机构之内，径向上位于工作嵌合机构之内或之外，所述附属阻挡环与其属主环形成为一体，该属主环是组成工作嵌合机构的任一一方接合元件，所述阻挡环受阻挡基准环的阻挡基准端面的单向支撑，其滑动端面与该阻挡基准端面构成周向自由滑动摩擦副；所述阻挡基准环是与附属阻挡环的属主环轴向相对的一方接合元件。

作为更简捷的阻挡环限位方案，可将上述附属限位环与附属阻挡环形成为同一个环，限位嵌合机构与阻挡嵌合机构重合成一个控制嵌合机构，该控制嵌合机构中，阻挡齿同时也是限位齿，附属阻挡齿同时也是附属限位齿；并且，阻挡齿齿顶面和附属阻挡齿齿顶面二者齿顶的阻挡工作面是升角λ不大于ρ的螺旋面，且至少在一个齿顶面的中部形成有限位凸起，而且限位嵌合机构的最大限位嵌合深度，大于工作嵌合机构的全齿嵌合深度。

更为简捷地，最好将控制嵌合机构中限位凸起的与阻挡工作面同侧的侧面做成升角为β的螺旋面，|δ|≤β＜180°。

本发明的一种可控型压合式牙嵌超越离合器，包括第一接合元件、第二接合元件、分离环、附属分离环、阻挡环、附属阻挡环、附属限位环、弹簧以及弹簧座，且均基于同一回转轴心线布置；第一接合元件与第二接合元件轴向相对嵌合组成在两个方向上均可传递转矩的传力嵌合机构；其特征在于：1)布置有组成双方相对转动时可导致自身分离的分离嵌合机构，由分离环与附属分离环轴向嵌合而成，该两个环上都布置有一圈径向型分离齿；2)布置有由阻挡环和附属阻挡环轴向组成的阻止超越分离状态下的分离嵌合机构嵌合的阻挡嵌合机构，该两个环上都布置有具有轴向阻挡作用的径向型阻挡齿；所述阻挡嵌合机构的最小阻挡高度，大于传力嵌合机构的全齿嵌合深度，大于分离嵌合机构在两个相对转动方向上的起始分离高度，小于分离嵌合机构的全齿嵌合深度；3)布置有对阻挡嵌合机构中阻挡环的周向相对位置实施限制的限位嵌合机构，由阻挡环和附属限位环组成，附属限位环与其属主环形成为一体，且附属限位环与附属阻挡环周向固定；阻挡嵌合机构的轴向分离距离大于最小阻挡高度时，所述限位嵌合机构的周向自由度，大于阻挡嵌合机构的入口裕度；4)传力嵌合机构的周向自由度θ_t以这样的方式确定，即，分离嵌合机构在两个工作转动方向上超越分离时，传力嵌合机构的组成双方均不发生任何接触或碰撞；5)布置有可以将分离环固定在相对分离基准环的特定周向位置上的分离环定位锁止机构，只有周向锁止住分离环后，超越离合器才具备分离和超越功能。

上述分离嵌合机构，轴向上位于传力嵌合机构之内，径向上位于传力嵌合机构之内或之外；所述附属分离环与其属主环形成为一体，该属主环是组成传力嵌合机构的任一一方接合元件；所述分离环受分离基准环的分离基准端面的单向支撑，该分离基准环是与附属分离环的属主环相对的一方接合元件。

另外，上述阻挡嵌合机构轴向上位于分离嵌合机构之内或传力嵌合机构之内，径向上位于传力嵌合机构和分离嵌合机构二者之内、之间或之外；所述附属阻挡环与其属主环形成为一体，该属主环是组成分离嵌合机构或传力嵌合机构的任一一方构件；所述阻挡环受阻挡基准环的阻挡基准端面的单向支撑，其滑动端面与该阻挡基准端面构成周向自由滑动摩擦副；所述阻挡基准环是与附属阻挡环的属主环相对的一方构件。

作为一种周向固定的径向限位方案，可将附属阻挡环附属在第二接合元件上，将附属限位环附属在与第二接合元件周向固定的第二转轴上，以直接面对阻挡环的内圆柱面；再将销槽式径向或轴向嵌合机构布置在该两环之间。

当所述固定接合元件既是基准环又是异轴接合元件，推压环作为附属阻挡环的属主环并与钢球毂周向固定，所述附属限位环附属在钢球毂上，并且直接面对阻挡环的内圆柱面或端面时，只要在附属限位环与阻挡环相应表面之间形成一个径向或轴向嵌合机构，就可以得到阻挡环的径向限位方案。

对于单向超越离合器或可控型压合式牙嵌超越离合器，可以有最直接的阻挡环径向限位方案：在第二转轴与第二接合元件周向固定情况下，以第二接合元件做附属阻挡环的属主环，以第二转轴做附属限位环的属主环，让附属限位环直接面对阻挡环的内圆柱面或端面，并在附属限位环与阻挡环的相应表面之间布置上径向或轴向嵌合机构。

作为更简捷的阻挡环限位方案，可将上述附属限位环与附属阻挡环形成为同一个环，限位嵌合机构与阻挡嵌合机构重合成一个控制嵌合机构，该控制嵌合机构中，阻挡齿同时也是限位齿，附属阻挡齿同时也是附属限位齿；并且，阻挡齿齿顶面和附属阻挡齿齿顶面二者齿顶的阻挡工作面为升角λ不大于ρ的螺旋面，且至少在一个齿顶面的中部形成有限位凸起，而且，限位嵌合机构的最大限位嵌合深度，大于分离嵌合机构的全齿嵌合深度。

为得到双向超越离合器，可以将第一接合元件轴向固定；以第二接合元件做附属阻挡环和附属限位环的共同属主环，把阻挡环安装在分离环内孔中，而分离环又安装在第一接合元件的内孔中；在控制嵌合机构嵌合双方的径向齿齿顶面上的两侧分别对应地制作出阻挡工作面，将限位凸起的与阻挡工作面同侧的侧面做成升角为β的螺旋面，|δ|≤β＜180°，将分离嵌合机构在两个转动方向上的起始分离高度都设计为零；对应地，阻挡嵌合机构的入口裕度K符合不等式：K＞θ_c+θ_f+γ+η；同时，将分离环定位锁止机构制作成一个可以将分离环分别固定在相对第一接合元件的两个不同的特定周向位置上的轴向销孔式定位机构，固定在第一相对位置时，超越离合器只能在第一方向上传递转矩和分离超越，固定在第二相对位置时，超越离合器只能在第二方向上传递转矩和分离超越，另外，还安装有操纵该机构的定位操纵机构；以上不等式中，γ＝max(γ₁，γ₂)，相关参数定义如下：

θ_c：分离环分离齿齿顶面所对应的圆周夹角，

θ_f：附属分离环分离齿齿顶面所对应的圆周夹角，

γ₁：分离嵌合机构在第一方向上的分离角，

γ₂：分离嵌合机构在第二方向上的分离角，

η：工艺修正量，即，因导角、传力齿齿根收缩、分离嵌合机构的周向间隙以及传力与分离两嵌合机构的全齿嵌合深度不相等所带来的修正量。

更进一步地，要得到可强制的双向超越离合器或双向滑行器，还布置有可将阻挡环强制限制在相对分离环的特定周向位置上的嵌合类限位机构，即阻挡环止转机构，阻挡环只有被限制在这个特定的位置时才会失去轴向阻挡能力，超越离合器应可以轴向嵌合复位；相应地，分离环相对第一接合元件的周向极限位置受到分离环限位机构的限制，该限位机构布置在分离环与第一接合元件之间，其周向自由度，不得小于第一相对位置与第二相对位置之间的圆周夹角，不得大到令分离环开始具有完全阻止离合器轴向嵌合的能力的程度，在该周向自由度对应的转动区间内，分离环定位锁止机构应能充分实现其功能；以及，升角β必须满足不等式：|δ|≤β＜90°-φ，其中，φ是组成控制嵌合机构的双方在限位凸起的侧面上摩擦接触所形成的摩擦副的摩擦角；另外，分离环定位锁止机构具体为一个轴向销孔式定位机构，其两组锁止销的轴向位置以及阻挡环止转机构均受到定位操纵机构的控制。

另外，为得到可控的双向传力单向超越的滑行器，可将第一接合元件轴向固定；以第二接合元件做附属阻挡环和附属限位环的共同属主环，把阻挡环安装在分离环内孔中，而分离环又安装在第一接合元件的内孔中；分离嵌合机构在至少一个转动方向上的起始分离高度为零；控制嵌合机构中限位凸起的与阻挡工作面同侧的侧面是升角为β的螺旋面，|δ|≤β＜90°-φ；另外，专门布置有超越离合器状态控制机构，这是一个由分离环定位锁止机构、分离环限位机构以及阻挡环止转机构联合组成的，可以将分离环、阻挡环及第一接合元件三者之间的圆周位置予以限定的机构，通过该机构，可以无条件地随时取消超越离合器的超越功能，令其即刻进入牙嵌联轴器工况；这里，分离环定位锁止机构，是由分布在分离环和第一接合元件上的相应轴向销孔以及柱销组成的销孔式周向定位机构；对分离环相对第一接合元件的周向极限位置进行限制的分离环限位机构，布置在分离环与第一接合元件之间，其周向自由度不得小到影响传力嵌合机构实现其周向自由度θ_t的程度，不得大到令分离环开始具有完全阻止离合器轴向嵌合的能力的程度，在该周向自由度对应的转动区间内，分离环定位锁止机构应能充分实现其功能；阻挡环止转机构可将阻挡环强制限制在相对分离环的特定周向位置上，此时，阻挡环将失去轴向阻挡能力，超越离合器可以轴向嵌合复位。

为有更多的选择，状态控制机构还可包括对分离环定位锁止机构和阻挡环止转机构进行操作的定位操纵机构。

以上所有的阻挡环止转机构，均是由阻挡环滑动端面上的轴向凹槽或断面缺口、分离环的阻挡基准端面上的轴向通孔、以及止转销组成的销槽式轴向嵌合机构；以上所有分离环限位机构，均是由分离环无齿端面上的轴向销孔、第一接合元件的分离基准端面上的轴向通孔、以及同时嵌入该二孔的限位销组成的销孔式限位机构；所有定位操纵机构，均以纯机械的方式，达到对分离环定位锁止机构的锁止销和阻挡环止转机构的止转销二者的轴向位置给与控制的目标。

另外，分离环定位锁止机构还可以是一个圆柱凸轮式的径向销槽定位机构，该机构同时也是一个分离环限位机构，该径向销槽定位机构包括一组个数不少于一个的联动的轴向锁止销，该组锁止销分别嵌装在第一接合元件或分离环无齿端面上的相应的轴向销孔中，相互间呈周向固定轴向滑动的关系，导向凸起呈径向地分别形成在该组锁止销的头部一端或尾部一端，与形成在分离环或第一接合元件的相应圆柱面上的螺旋型导槽配合，构成一径向销槽定位机构，锁止销沿轴向销孔的轴向移动，将通过导向凸起沿螺旋型导槽的轴向相对滑动，直接改变分离环相对第一接合元件的周向位置和状态。

为使阻挡嵌合机构工作得完美和可靠，最好对阻挡环施以约束，以迫使其在嵌合状态中相对静止在阻挡基准环的基准端面或基准圆柱面上。

最优化地，为保证配合精度和利于润滑，可以把超越离合器统一封装到一个壳体内，该壳体由轴套和碗状外壳及端盖组成，借助轴套与第一接合元件的内孔面周向固定或直接形成为一体的方式，以及组合外壳与第二接合元件的外圆柱面以花键联接形式形成的周向固定方式，实现转轴或轴套与外壳之间的转矩传动或超越，这里，外壳兼有弹簧座的功能。

在本发明中，转矩传递环节不存在任何不匹配的地方，传力嵌合机构更可以是传递大转矩的锯齿形或矩形截面的端面齿。在适时地加入阻挡嵌合机构，限位嵌合机构，分离环定位锁止机构、分离环限位机构、阻挡环止转机构以及定位操纵机构之后，本发明所提出的目的均得到很好的实现。即，在附属限位环与附属阻挡环形成为一体时，利用阻挡齿顶中部的限位凸起或可自锁的阻挡工作面，在附属限位环与附属阻挡环仅仅周向固定时，利用阻挡上单独形成的限位工作面，也就是分别利用控制嵌合机构和单独的径向型销槽式限位嵌合机构，或予以综合利用，均很好地维持住了阻挡工况下阻挡嵌合机构内部的周向相对位置，很好地达成了维持住阻挡关系，阻止超越状态中的分离嵌合机构嵌合复位以及消除分离冲击或碰撞的目的；而借助状态类的控制机构对分离环以及阻挡环各自的周向相对位置的控制，很好地达成了控制超越能力和阻挡能力的有和无，以及转矩传递和分离超越的方向的目的。

相对于现有牙嵌式超越离合器，本发明转速更高，所传递转矩更大，超越状态下无噪音，对工作方向和状态的控制简单；相对于摩擦式超越离合器，尤其是在单向领域，具有无可比拟的转矩传递能力，更由于没有不对称回转构件，摩擦转矩又与转速无关，可自动补偿轴向磨损的阻挡环，因此还具有更高的工作转速，更小的残余转矩，更高的可靠性和效率，更长的寿命，另外，结构上相对简单，零部件少，精度要求相对较低，体积和质量更小，制造相对容易，装配非常简单，使用操作方便容易，同等转矩条件下具有更低的成本。在非分度应用领域，潜力巨大。

附图说明

图1是单向超越离合器最简实施例的轴向剖面图。

图2是图1中第二接合元件的示意图，(a)是(b)的右视图的轴向剖面图，(b)是主视图，(c)是放大的(b)中T方向局部齿廓径向投影的展开示意图。

图3是图1中阻挡环的示意图，(a)是主视图，(b)是左视图的轴向半剖图，(c)是放大的(a)中T方向局部径向投影的展开示意图。

图4是图1中的各个嵌合机构的齿廓间的相对关系于不同工况下，在同一外圆柱面上的径向投影的局部展开图，(a)是嵌合状态下工作嵌合机构的齿形关系示意图，(b)是与(a)对应的控制嵌合机构的齿形关系示意图，(c)是阻挡工况下工作嵌合机构的齿形关系示意图，(d)是与(c)对应的控制嵌合机构的齿形关系示意图，(e)是(a)的局部放大示意图，箭头代表相对超越转动方向。

图5是用径向投影展开图形式表示的、具有各种齿形的阻挡嵌合机构在阻挡工况中所有可能的对顶接触关系示意图，所有图中的左侧轮廓线都属于阻挡环，所有右侧轮廓线都属于附属阻挡环；(a)～(i)表示的是控制嵌合机构的各种情形，其中(a)～(c)表示的是三种特殊齿形，(d)～(i)表示的是|δ|＜λ≤ρ时的全部齿形，而(e)～(i)则是其中β＝λ且共面的特殊齿形；(j)表示的是适用于径向型限位嵌合机构的齿形。

图6是本发明中具有轴向嵌合锁定功能的实施例的轴向剖面图。

图7是图6中轴向锁定环的轴向半剖图。

图8是图6中第二接合元件的轴向半剖图。

图9是本发明中阻挡环呈轴向移动形式的实施例的轴向剖面图。

图10是本发明中轮-轮传递形式的一个实施例的轴向剖面图。

图11是本发明的封装形式一的轴向剖面图。

图12是本发明的封装形式二的轴向剖面图。

图13是本发明在二轴总成中应用实例一的轴向剖面图。

图14是本发明在二轴总成中应用实例二的轴向剖面图。

图15是本发明在二轴总成中应用实例三的轴向剖面图。

图16是本发明在二轴总成中应用实例四的轴向剖面图。

图17是本发明在二轴总成中应用实例五的轴向剖面图。

图18是本发明在二轴总成中应用实例六的轴向剖面图。

图19是本发明在动力机电启动离合器中应用实例的轴向剖面图。

图20是本发明封装形式一的轴向双联实施例的轴向剖面图。

图21是本发明封装形式一的轴向、径向四联实施例的轴向剖面示意图。

图22是本发明封装形式二的轴向四联实施例的轴向剖面示意图。

图23是本发明封装形式二的轴向、径向四联实施例的轴向剖面示意图。

图24是可控超越离合器实施例一的轴向剖面图。

图25(a)是图24中第一接合元件的右视图的轴向剖面图，(b)是主视图。

图26(a)是图24中分离环的右视图的轴向剖面图，(b)是主视图。

图27是图24中第二接合元件的示意图，(a)是右视图的轴向剖面图，(b)是主视图，(c)是放大的(b)中T方向局部齿廓径向投影的展开示意图。

图28是图24中阻挡环的示意图，(a)是主视图，(b)是左视图的轴向剖面图，(c)是放大的(a)中T方向局部径向投影的展开示意图。

图29是图24中锁止销弹簧的示意图，(a)是右视图，(b)是主视图。

图30是图24中操纵环的示意图，(a)是主视图，(b)是左视图。

图31是图24中的各个嵌合机构的齿廓间的相对关系于不同工况下，在同一外圆柱面上的径向投影的局部展开示意图；(a)、(b)和(c)是在第一方向上传递转矩时的齿形关系示意图，其中(a)属于分离嵌合机构，(b)属于传力嵌合机构，(c)属于控制嵌合机构；(d)、(e)和(f)是在第一方向上分离超越时的齿形关系示意图，其中(d)属于分离嵌合机构，(e)属于传力嵌合机构，(f)属于控制嵌合机构；(g)、(h)和(i)是在第二方向上的分离超越时的齿形关系示意图，其中(g)属于分离嵌合机构，(h)属于传力嵌合机构，(i)属于控制嵌合机构，箭头代表相对超越转动方向。

图32是可控超越离合器实施例二的示意图，(a)是轴向剖面图，(b)是(a)中分离环锁止销轴线所在圆柱面的圆周剖面图的展开的局部放大图。

图33是可控超越离合器实施例三的轴向剖面图。

图34(a)是图33中操纵环组件的主视图，(b)是左视图的轴向剖面图。

图35是可控超越离合器实施例四的示意图，(a)是精简结构的轴向剖面图，(b)是(a)中操纵环对应于(a)中所示位置的示意图。

图36是可控超越离合器实施例五的示意图，(a)是精简结构的轴向剖面图，(b)是(a)中分离环的H向视图，(c)是(a)中第一接合元件的H向视图，(d)是(a)中止转环的主视图，(e)是(d)的左视图的轴向剖面图。

图37是可控超越离合器实施例六精简结构的示意图，(a)是对应于(b)中T-T剖面的示意图，(b)是(a)中第一接合元件的H向视图，(c)是(a)中分离环的H向视图，(d)是(a)中操纵环的主视图，(e)是(d)的左视图的轴向剖面图，(f)是(g)中T-T剖面图，(g)是(a)中止转环组件的H向视图。

图38是可控超越离合器实施例七精简结构的轴向剖面图。

图39是可控超越离合器实施例九精简结构的轴向剖面图。

图40是可控超越离合器实施例十精简结构的轴向剖面图。

图41是可控超越离合器实施例十一的示意图，(a)是精简结构的轴向剖面图，(b)是(a)中第一接合元件的H向视图，(c)是(a)中联动环的主视图，(d)是(c)的左视图的轴向剖面图的放大图。

图42是可控超越离合器实施例八的示意图，(a)是精简结构的轴向剖面图，(b)是(a)中第一接合元件的H向视图，(c)是其中操纵环的轴向剖面图。

图43是可控超越离合器实施例十二的示意图，(a)是精简结构的轴向剖面图，(b)是(a)中第一接合元件的H向视图。

图44是可控超越离合器实施例十三的示意图，(a)是精简结构的轴向剖面图，(b)是(a)中解锁环的主视图，(c)是(b)的左视图的轴向剖面图。

图45是可控超越离合器实施例十四的精简结构的剖面图。

图46是可控超越离合器实施例十五的示意图，(a)是精简结构的轴向剖面图，(b)是(a)中操纵环的主视图，(c)是(b)的左视图的轴向剖面图。

图47是可控超越离合器实施例十六的示意图，(a)是精简结构的轴向剖面图，(b)是(a)中分离环的外圆柱面的局部展开示意图。

图48是可控超越离合器实施例十七的示意图，(a)是精简结构的轴向剖面图，(b)是(a)中第一轴套上的沿T-T圆柱截面的局部展开示意图。

具体实施方式

必要说明：本说明书的正文及所有附图中，相同或相似的构件及其特征部位均采用相同的标记符号，所以本说明书只在它们第一次出现时给予详细说明，其后再次出现时将不再给予重复的详细阐述。

本发明的单向超越离合器的最简实施例如图1～图4所示，呈轮-轴传动形式。第一接合元件50与第一轴套187刚性一体，第二接合元件60以嵌合端面相对的方式套装在第一轴套187上，并与第一接合元件50组成工作嵌合机构。轮齿206一体形成在第二接合元件60的外圆柱面上。压合弹簧182安装在第二接合元件60的非嵌合端面与卡环形式的弹簧座184之间，弹簧座184轴向固定在第一轴套187的卡环槽中。阻挡环70是一开口弹性环，安装在第一接合元件50的端面齿内环侧的环状锥形凹槽中，并以后者为其基准环，其滑动端面贴紧阻挡基准端面128，其嵌合端朝向第二接合元件60。

第二接合元件60的结构如图2所示。其嵌合端外环面上均布有第二传力齿62，内环面上则均布有附属阻挡齿102，二者径向上连成一体。附属阻挡齿齿侧面108、66和齿根面110分别与第二传力齿齿侧面136、66和齿根面138完全共面，其阻挡工作面104是升角为λ的螺旋面，|δ|＜λ≤ρ。第二传力齿62是传力齿与附属分离齿的综合体，其分离侧面136的倾斜角明显大于摩擦角，以确保两接合元件相对转动时能够产生足够大的轴向分离力，克服压合弹簧182的约束而实现轴向分离；其传力侧面66的倾斜角很小、为零或为负值(齿根内缩)，而以负值为佳，以适应于螺旋嵌合的要求。对应地，第一接合元件50与第二接合元件60具有完全一致的传力齿齿形和布局。

阻挡环70的结构如图3所示，为一具有断面74的开口弹性环。阻挡齿72刚性一体地均布在环状基体71的外环侧，各齿面分别是升角为λ的螺旋面型的阻挡工作面76，齿侧面78c和78d，齿顶中部限位凸起82的顶面84及其升角为β的螺旋面型限位侧面86，其中，|δ|≤β＜180°。阻挡齿齿槽槽宽足以容纳进附属阻挡齿102。阻挡环底部端面是其周向滑动端面90，顶部端面是其嵌合端面。阻挡环70的外圆面与第一接合元件50的配合内孔面均为外小内大的圆锥面。

如图4(a)、(b)和(e)所示，第一接合元件50与第二接合元件60轴向上组成既是传力嵌合机构又是分离嵌合机构的单向工作嵌合机构，阻挡环70与附属阻挡环组成既是阻挡嵌合机构又是限位嵌合机构的控制嵌合机构，该二嵌合机构的周向自由度可以为零。嵌合状态下， $\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{IT}}<\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{AG}}<D_c<\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{BE}},$ 其中，

代表分离嵌合机构在非设计的分离超越方向上的起始分离高度(横线符号表示轴向距离，下同)，其在设计的分离超越方向上的起始分离高度恒为零，D_c代表工作嵌合机构或者分离嵌合机构的全齿嵌合深度，代表阻挡嵌合机构的最小阻挡高度，

代表限位嵌合机构的最大限位嵌合深度。超越工况下嵌合机构的相互关系如图4(c)、(d)所示。

不难理解，阻挡环70和附属阻挡环各有三个均布的完全一致的径向齿，以及附属阻挡齿102周向上正好是第二传力齿62的径向延伸的安排都不是必需的，而纯粹是出于简化结构和工艺等的需要。对于附属阻挡环无法与其属主环一体形成的特殊情况，可以采用事先将它单独制作出来，再事后把它与其属主环以或焊接或过盈配合等的方式加以刚性组合的方法来处理。

下面结合工作过程并参照图1和图4对本实施例作进一步的说明。

在嵌合状态下，来自第一转轴的转矩经第一轴套187到第一接合元件50，再经工作嵌合机构到第二接合元件60并由其上轮齿206传出，或者反转时沿相反路线传递。由于没有非对称回转构件，以及传力齿面上的周向压力可以100％用于转矩传递，或者，在表面压应力和抗弯强度两方面，其材料的机械潜能的有效利用率可以做到100％，远高于现有技术的约10％的水平(约90％消耗在与转矩无直接关系的法向压应力上)，因此，其不仅具有相对更高的工作转速，而且具有更大的传递能力和抗冲击能力，以及更小体积等优点。比如，最大转矩将可以远大于美国Formsprag公司的最高参数949,200牛米，直径还可显著小于其对应的965毫米，转速成倍高于其每分钟的75转。

参看图1和图4，当两接合元件在设计的相互分离方向上的相对转速大于零时，超越离合器开始分离超越，分离嵌合机构中两分离齿侧面136和126克服压合弹簧182的弹力而相互滑转爬升，直至第二接合元件60相对第一接合元件50的轴向分离距离达到D_c。由于有参数 $\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{AG}}<D_c$ 的制约，因此，控制嵌合机构中附属阻挡齿阻挡工作面104的最低点A此时早已轴向越过阻挡齿阻挡工作面76的最低点G。又由于阻挡环70受自身径向弹力的自约束作用而静止在第一接合元件50上，因此，只要阻挡嵌合机构的入口裕度K不远离其下限值，超越分离的过程就足以确保在控制嵌合机构的轴向分离距离第一次同步达到D_c时，附属阻挡齿阻挡工作面104就已经可靠地跃上阻挡齿阻挡工作面76，相互抵触并建立起稳定的自锁静摩擦关系，进而带动阻挡环70在第一接合元件50的基准端面128上圆周滑转，从而将上述两接合元件之间的轴向分离过程停止在最大分离距离上。因此，第二接合元件60与第一接合元件50之间的轴向间距恒定为零，两者处于无任何冲击和碰撞的零接触超越滑动摩擦工况，这将显著降低两者的磨损速度，消除噪音，延长寿命。另外，可将第一传力齿或第二传力齿齿顶面做成内端高的台阶状，以显著降低超越工况下的平均滑动摩擦半径及残余转矩。同时，应用推力滑动轴承技术，将滑动端面90周向上分成若干个呈楔形排列的扇形面积，以降低摩擦系数，减少磨损。同比摩擦式超越离合器，本发明具有更小的摩擦半径、滑动线速度、残余转矩和磨损消耗。

应该强调的是，本实施例的控制嵌合机构中，阻挡工作面的螺旋升面特点是保证阻挡工况中传力齿零碰撞的前提条件，即，必需要求λ＞0。而|δ|＜λ≤ρ既是阻挡工况中阻挡工作面之间摩擦自锁的必要条件，也是阻挡嵌合机构在一定范围内具备自适应轴向分离距离的能力和自动补偿各种轴向磨损的能力，极大地提升超越离合器的总体性能、可靠性和使用寿命的必要条件，而且，可补偿的量还可于制作时按需给定。特别地，当δ＞0且0＜λ＜δ时，附属阻挡齿102将因对顶接触的两阻挡工作面不能自锁而相对滑转爬升，令阻挡嵌合机构的轴向分离距离大于D_c，直至遇到限位凸起82。也就是说，经过适当的设计，我们可以得到令两接合元件之间无接触的超越转动工况。另外，阻挡工作面之间的自锁关系只存在于对应的超越转动中，即，存在于令对顶接触中的阻挡工作面的升角为正的相对转动中，而绝不存在于令其为负的相对转动中，因为后一转动中的升角λ’＝-λ＜-|δ|，λ’完全落在了自锁必要条件λ’≥δ的下限之外。因此，改变阻挡工况中两接合元件的相对转动方向，阻挡工作面之间原有的自锁关系将立即消失，阻挡环70将不再跟随附属阻挡齿102一体转动，而是静止在基准环基准端面128上。

所以，本发明之超越离合器的嵌合复位非常简单和自然，反向超越即可。即，只要两接合元件在设计的的相互分离方向上的相对转速小于零，超越离合器便马上嵌合复位。或者说，无论出现何种极端情况，最多只要在上述相对转动方向上转过一个齿，即，令第二接合元件60相对于第一接合元件50作与图中箭头反向的转动并转过一个齿，附属阻挡齿102都能滑离阻挡齿阻挡工作面76，与第二传力齿62一起同步嵌合复位。参看图4(c)和4(d)。只有在附属阻挡齿阻挡工作面104的最低点A点还未滑离阻挡齿阻挡工作面76的最低点G点之前，第二传力齿62已经周向错过了第一传力齿齿槽口的情况下，嵌合复位过程才需要转过一个齿，但绝不会出现卡死或崩齿现象。因为有 $\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{IT}}<\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{AG}}<D_c<\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{BE}},$ 也就是起始分离高度的限制，I与T点轴向分离，因此，两传力齿的相对转动不可能出现齿侧面轴向上重叠和挤压的情况，而只能是反向超越分离的结果；而E点与H点轴向等高足以确保阻挡齿齿槽口随同附属阻挡齿102同步转动。所以说，本发明之超越离合器的分离阻挡和嵌合复位两过程，机理简单，过程可靠。

需要指出的是，本实施例中对阻挡环70实施约束只是为了确保理想的可靠性和性能，因此不是必需的。而约束方式中，即有弹性开口环的自约束形式，也有完整环的它约束形式。关于阻挡环70、约束方法、阻挡嵌合机构、限位嵌合机构、它们与其它构件的关系，以及有关δ和ρ的说明，在本专利申请人提出的申请号为200720146912.5的中国专利及其同名发明专利中有更详尽细致的描述，该二专利整体上被本申请所参引，在此不再予以详述。另外，关于对阻挡环的径向型限位方案，在本专利申请人提出的申请号为200720146909.3的中国专利及其同名发明专利中有更详尽细致的描述，该二专利整体上被本申请所参引，在此也不再予以详述。

图5示出了具有各种齿形的阻挡嵌合机构在阻挡工况中所有可能的对顶接触情形。图5(d)～(i)中|δ|＜λ≤ρ，表示的是可以实现分离齿齿顶零接触摩擦，并具有磨损补偿功能的控制嵌合机构的所有齿形关系。图5(d)表示的是β≠λ的情况；图5(e)～(i)表示的全是β＝λ且阻挡齿齿顶中部限位凸起的齿侧面118与阻挡工作面108共面的特殊情形，该情形有利于加工制造。图5(a)、图5(b)和图5(j)对应于过载分离后有碰撞式磨损的各种齿形关系。

需要说明的是，由于阻挡嵌合机构等的工作原理、关系和过程完全相同，所以以下实施例中将不再给于重复说明，而只对具体结构进行必要解释。

图6～图8示出的是具有轴向嵌合锁定功能的方案。花键毂式的第二轴套189是整个离合器的回转中心，与第二接合元件60内孔面上的内花键齿形成周向固定的关系，所有构件都被两个卡环190约束在第二轴套189上。在阻挡环70与第二轴套189的外花键间置有波形约束弹簧92，阻挡环70因此始终贴紧在阻挡基准端面128上。轴承192用以减小超越时的残余转矩。

钩状齿环196是本实施例的关键特征，如图7所示，在其环状基体的一端均布有完全对应于第一传力齿的“L”型钩状齿200，齿的上半部有周向齿凸198。该齿环周向固定(以螺钉或将内轴肩制成嵌合齿形)在第一接合元件50的外圆面上，内轴肩274可承受单向拉力，其“L”型钩状齿齿顶面202轴向上不高于第一传力齿52的反向分离曲面的起始点，即图4(c)中的T点，仅周向齿凸198凸出于第一传力齿的传力侧面。对应地，如图8所示，第二传力齿62的外端面形成有一周向槽69，其槽宽和槽深可以容纳周向齿凸198。于是，该嵌合关系可以将离合器嵌合后的轴向关系锁定。当然，传力齿的厚度会因周向齿凸198的存在而有所减少，这将损失一点点转矩传递能力。

不难想到，很容易将本实施例变形为超越联轴器，其具体结构和说明，可参考本专利申请人提出的申请号为200720146910.6的中国专利及其同名发明专利的详尽说明，该二专利整体上被本申请所参引，在此不做详述。

图9给出了以第一接合元件50作附属阻挡环属主环、以第二接合元件60作阻挡基准环的实施例。阻挡环70安置在第二传力齿62内侧的端面环形槽中，被约束弹簧92及卡环94约束在阻挡基准端面128上，约束卡环94固定在该环形槽槽口的外圆柱面的卡环槽中；第二轴套189上的一端形成有限位轴肩，以垫圈204与第一接合元件50相隔。

图10示出了具有轮-轮传递形式的的一个应用实例，该应用实例可作为控制相异轴上旋转超越转动的超越离合器，或者逆止器。由螺钉联接在第一接合元件50上的齿圈212(未画出)以及第二接合元件60上的轮齿206分别与相异轴上的两齿轮啮合，从而达到限制相异轴超越的目的。这里第二轴套189是一完全的光轴套，并且，约束弹簧92与阻挡环70之间加装了滚珠和垫片组件96以减少磨损，第二传力齿齿顶面64的内径端制有轴向台阶65以降低超越状态下的残余摩擦阻力的滑转半径，以降低摩擦阻力矩。

图11给出的是本发明的封装形式一。对比图6，图11的关键之处在于，通过将碗状壳体214固定在第一接合元件50的外圆面上的方式实现了超越离合器的整体封装，密封圈210仅起辅助作用。齿圈212也可以不通过螺栓208，而通过平键与第一接合元件50的外圆柱面固定，或直接形成于其上。

本发明的封装形式二如图12所示。是对图1实施例的直接封装。相比图11，本封装形式的碗状壳体214通过其内孔面上花键齿220与第二接合元件60外圆面上的外花键齿的啮合而具有传递转矩的功能，其外圆面上的键槽或端面上的螺纹孔216用于联接单独的传力构件。当然，传力构件也可直接形成于碗状壳体214之上，比如齿圈或皮带沟槽等。环状端盖222通过螺钉224固定在碗状壳体214的开口端面上。约束弹簧92的支撑环98的另一端压在轴承192的外环上，以实现对阻挡环70的同步支撑。显然，如果阻挡环70呈弹性开口环的自约束形式，那么将无需约束弹簧92和支撑环98。

容易理解，封装形式一和封装形式二中的轴承192有很好的径向定位封装壳体的作用，以及减小超越时的残余转矩的作用。同时二者均可呈取消轴套189或187的无轴套形式，直接安装在转轴上。

图13～图18示出了单向超越离合器在装载机二轴总成中的六个应用实例。图13是其中的最简结构方案，具有图6实施例的总体结构形式。其中，轮齿206直接形成在两接合元件的外圆面上，令第一接合元件50与大齿轮234一体，第二接合元件60与小齿轮232一体。通过花键与第二接合元件60周向固定的第二转轴188为总成的共同回转中心。碟形或膜片形式的压合弹簧182受到垫圈204的轴向支撑，垫圈204由基座轴承192轴向限位。第一接合元件50与第二转轴188间安装有以隔离环230相隔的两个轴承228，该两个轴承228与同侧基座轴承192间由隔离环226轴向限位。

图14是对图13方案的改进，区别在于第二接合元件60与小齿轮232是分离的，降低质量以加快第二接合元件60嵌合复位的速度，同时压合弹簧182也改成一组周向均布的圆柱螺旋压簧。显然，也可以是单个螺旋压簧等。

图15又是对图14方案的变形，区别在于小齿轮232上受到明显的轴平面弯矩作用。减少一个轴承228而增设一个轴承236，以借该轴承236将小齿轮232与大齿轮234联成轴向固定的一体，实现抗弯能力的互助增强。当然，轴承236可以呈轴向上处于双方之间的推力轴承形式。

图16是对图15方案的改进。本例中小齿轮232与第二转轴188制成刚性一体，包括花键齿的其它所有构件轴向上180度反向，整个超越离合器被封闭于轴承228与236之间，并以弹簧座184作为轴承236的固定轴。

图17是对应于装配形式二的二轴总成，其缺点在于，大齿轮234与转轴之间安装滚动轴承必将加大阻挡环70的直径从而增大超越时的残余转矩。另外，也可将花键联接齿制作在如图18所示的第二接合元件60的内孔中。

图19给出的是单向超越离合器在发动机电启动离合器中的应用实例。可看作是图15实施例中的小齿轮232换成被螺钉240固定在第二转轴188端面上的弹簧座184的变形。压合弹簧182压在第二接合元件60外圆柱面的轴肩上。第一接合元件50由变速箱轴承座238轴向限位(其间也可以安装滚动轴承)。约束卡环94安装在第二转轴188上，该轴轴端形成有外花键齿。

图20示出了封装形式一的轴向双联实施例。该例是两个图11所示离合器的背靠背的双联，两第一接合元件合并成为具有双端面传力齿的第一接合元件50，该两端传力齿周向位置严格一致。通过控制两个第二接合元件60上的花键齿的周向位置，确保二者的传力齿62之间周向相错半个周节，以达到离合器嵌合复位最大名义圆周角缩小一半的目的，方便应用于分度场合。另外，第二轴套189和具有V形周向槽的缩紧卡环242都是共用的。

两个如图20所示双联离合器还可再径向双联成如图21所示的实施例。其同端侧的第二接合元件60a与60b之间通过花键周向固定。所有阻挡环70均为开口弹性环，开口断面74。第一接合元件50两端面上的四圈传力齿周向位置严格一致，利用图20中所述方法做到四个第二接合元件上的传力齿62间各相错1/4周节，以使离合器嵌合复位最大名义圆周角缩至原来的1/4。

图22示出了封装形式二的轴向四联实施例。该例是两个图12所示离合器的背靠背双联方案的再双联。为方便制造和简化结构，第一轴套187分为两个，其上传力齿和平键槽的周向位置严格一致，二者间还加装有端面密封圈210。同样，四个第二接合元件间传力齿62的周向位置各相错1/4周节。

图23示出了封装形式二的轴径向四联实施例。实质内容完全同上。不再重复。应特别指出的是，双联不是提高转矩传递能力的需要，而仅仅是提高分度能力的需要。另外，图21～图23的多联方案最多只能有一个嵌合机构处于嵌合状态，将所有嵌合机构都画成嵌合状态纯粹是为了作图的方便。

图24示出的是可控超越离合器实施例一，是具有封装形式一的双向超越离合器。相比图11，增加了第一接合元件50与阻挡环70的径向和轴向之间的分离环120，分离环定位锁止机构和定位操纵机构。分离环定位锁止机构由第一接合元件50的三对轴向方向通孔154a和154b，分离环120的三对轴向方向销孔152a和152b，以及可分别滑动地嵌装在上述方向孔中的三对锁止销150a和150b组成。其中，尾号为a和b的两组构件分别组成两个子锁止机构，各对应于一个工作方向。定位操纵机构由卡环190，操纵环140以及片状锁止销弹簧156组成。片状锁止销弹簧156的外径端伸入锁止销150外尾端圆柱面上与轴线垂直的凹槽中，其径向中部被可在一定角度内周向转动的操纵环140压紧在第一接合元件50的非嵌合端面上，其用于周向定位的径向凸耳157嵌于第一接合元件50的端面缺口59中。卡环190从外端将操纵环140轴向限制在第一接合元件50上。参见图25和图29。本实施例及后续实施例中，阻挡基准环均由分离环120担当，分离基准环均由第一接合元件50担当。而且，所有构件的端面传力齿齿数、端面分离齿齿数相互之间完全相同，周向上严格均布。

为便于区别和理解，本说明书规定，由第一子锁止机构将分离环周向固定在相对分离基准环的对应于第一方向的第一相对位置上，由第二子锁止机构将分离环周向固定在相对分离基准环的对应于第二方向的第二相对位置上，且对应于第一子锁止机构的所有构件的编号均缀以尾号a，对应于第二子锁止机构的所有构件的编号均缀以尾号b。两相对位置之间的圆周夹角统一记为ε。只有一个工作方向或泛指说明时，则不加区分也不附加尾号a或b。

如图25所示，在第一接合元件50的嵌合端面的外环侧，均布有一圈传力齿52，该齿两侧齿面倾斜角很小、为零或为负值(即齿根内缩)，仅可用于转矩的传递；在非嵌合端面的与分离基准端面58对应的环状区域内，布置有三对每对内部间隔圆周角均为E的轴向方向通孔154a和154b。另外，该端面上还布置有一圈用于固定传力齿圈的螺纹孔248，以及端面缺口59。

如图图26所示，分离环120的嵌合端面上形成有一圈分离齿122，该齿两侧齿面均有周向分离功能，类似前述的附属分离齿侧面136，该齿的横截面为梯形或鼓腰梯形等形状。分离环120的内孔轴肩端面为阻挡基准端面128。在该环的非嵌合端面上，在与方向通孔154中心同径的回转圆周上，对应地布置有三对每对内部间隔圆周角均为E-ε的轴向方向销孔152a和152b。E是一个自由量，可任意取值，但应避免方向销孔152a与152b的重叠。

第二接合元件60的结构如图27所示。其嵌合端面上的三个环形区域内，由外到内依次形成有第二传力齿62、附属分离齿132以及附属阻挡齿102。第二传力齿62和附属分离齿132的齿形分别等同于第一传力齿52以及分离齿122。附属阻挡齿102的齿顶两侧均对称地形成有阻挡工作面104。为了方便加工，上述三种端面齿以这样的效果在径向上连成完整的一体，即，在以第二传力齿齿槽轮廓面的径向延伸面为界切削掉附属分离齿132以及附属阻挡齿102二者的部分实体后，分离嵌合机构的周向间隙保持不变，附属阻挡齿的阻挡工作面104得以完整保留。所以，附属阻挡齿102的中部齿顶面106对应的齿体部分以及附属分离齿齿侧面136的根部都被切除，附属阻挡齿齿侧面86与第二传力齿齿侧面66共面，附属阻挡齿102、附属分离齿132及第二传力齿62三者的齿根面110、138及68共面。

如图28所示，阻挡齿72一体形成在环状基体71的同一端面上，该端面即为阻挡齿齿根面80。阻挡齿齿顶面两侧对称地形成有两个完全相同的螺旋面型的阻挡工作面76，升角为λ，|δ|＜λ≤ρ。齿顶中部形成有限位凸起82，其两侧面86均是升角均为β的螺旋面，|δ|≤β＜180°。

图29示出了片状锁止销弹簧156的结构。同一对的径向弹簧片156a与156b间的圆周角为E，为便于安装和控制，三对径向弹簧片全部形成在同一环状基体上，该基体上的定位凸耳157与第一接合元件的缺口59的嵌合可以确保弹簧片156a与156b分别对准第一接合元件上的方向通孔154a和154b。另外，弹簧片156的径向外端部分均呈如图29(a)所示的翘起形状。

图30示出了操纵环140的结构。该环端面141的内环区域上形成有环状台阶276，外环区域上形成有三对圆柱凸轮凸起142及144。其中，止转限位凸起142布置在凸轮凸起144a与144b之间的凹槽中间，将该凹槽分割成两个凹槽145a和145b。该二凹槽内任意点间的圆周夹角均小于E，因此，弹簧片156a与156b中必然有一片周向重合于凸起144a或144b。另外，为方便凸起144周向压上弹簧片156，其相应侧均加工有斜坡面143。

图31示出了图24中各个嵌合机构齿廓间的相互关系。第一接合元件50与第二接合元件60组成传力嵌合机构，该机构的周向自由度θ_t足以保证分离嵌合机构在两个方向上超越分离时，该机构自身可以顺利分离而不发生任何接触或碰撞；分离环120和附属分离环组成双向起始分离高度均为零的分离嵌合机构；阻挡环70与附属阻挡环组成控制嵌合机构，该机构的入口裕度K为

(相关符号表示对应点间的圆周角)，这里，K＞θ_c+θ_f+γ+η；离合器嵌合状态下， $D_t<\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{AG}}<D_c<\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{BE}},$ 这里，D_t代表传力嵌合机构的全齿嵌合深度，其它参数说明同前。具有各种齿形的阻挡嵌合机构在阻挡工况中所有可能的对顶接触情形可参见图5。

下面再结合工作过程并参照图24～图31对本实施例作进一步说明。由于传力、超越、分离阻挡、嵌合复位的过程完全同于或类似于前述单向超越离合器，因此这里不再重复说明，只重点说明换向机理以及嵌合复位过程。

图24及图31(a)～(f)均对应于第一方向，分离环被第一子锁止机构周向固定在第一相对位置上。即，锁止销150a借助弹簧片156a的外径端对其尾端沟槽的弹性压迫而稳定地同时嵌在第一接合元件50的方向通孔154a和分离环120的方向销孔152a中；而弹簧片156a的压力则来自于操纵环140的凸轮凸起144a对其径向中部的压迫。此时，弹簧片156b将正好位于操纵环140上的凸轮凹槽145b中而得以保持自己原有的翘起状态，并带动锁止销150仅嵌合在第一接合元件50的方向通孔154b一个孔中。图31(a)～(c)示出了第一方向上的传力工况，图31(d)～(f)示出了第一方向上的超越工况。

嵌合复位程中，虽然没有前述单向超越离合器中的阻挡齿齿槽口随同附属阻挡齿102同步转动的可能，但由于有K＞θ_c+θ_f+γ+η的参数保证，以及前述的说明，只要K不远离其下限值，也可保证在最多转过一个传力齿之后实现整个离合器的同步嵌合复位，而不会出现反向分离阻挡的情况。

将超越离合器的工作方向由第一方向改变为第二方向的换向操作非常简单。相对于图24，只要将操纵环140按第二方向旋转至其限位凸起142碰到弹簧片156a即可。图24之左视图中的顺时针方向即为第二方向。旋转后，弹簧片156a正好落入操纵环140的凹槽145a中，立即恢复原有翘起形状并带动锁止销150a移出分离环方向销孔152a，从而解除对分离环120的锁定，a系列的第一子锁止机构暂处待命状态。同时，弹簧片156b的中部被凸起144b轴向压弯，其径向外端对锁止销150b形成持续的弹性压迫，只要离合器沿第二方向工作转动，第一接合元件50必然相对分离环120转过圆周角ε，锁止销150b的销头也就自然嵌入方向销孔152b中从而最终完成全部换向动作。即，分离环120被b系列的第二子锁止机构固定在第二相对位置上(图31(g))。在该相对位置上，超越离合器具有类似第一方向上的全部功能。图31(g)～(i)示出了第二方向上的超越工况。而执行上述操作的逆操作，就可将超越离合器的工作方向由第二方向改回到第一方向。即，换向操作，仅仅是令操纵环140在两个周向位置间做来回的摆动而已。不难推知，所谓换向操作，就是借助操纵环140等的周向或轴向上的往复运动，来切换稳定状态互反的第一或第二子锁止机构的工作状态。其结果必然是，分离环120在第一相对位置和第二相对位置之间往复摆动。

必须强调的是：换向只能在嵌合状态下进行，而不论是否有转动；相对于所要得到的工作转动方向，操纵环140换向时的转动方向可以与之相同或相反，一切仅取决于布局时是将凸起144还是凹槽145置于一对方向通孔之间。还要特别指出的是，在本实施例及以下所有实施例中，用于操纵定位环锁止机构等控制超越离合器工作方向或工作状态的所有控制环，如本例的操纵环140，以及后续实施例的止转环162，解锁环173或联动环170，它们的环状基体与第一接合元件50上环状操作槽55的内、外圆柱面之间的双方配合面，一律皆为可滑转的光滑圆柱面。另外不难理解，如果去掉相应的分离环控制机构，以背靠背刚性一体的方式轴向双联本实施例，即相互控制对方的工作方向，就会得到本申请人提出的基本型牙嵌式自锁差速器的专利方案(申请号为200720146912.5的实用新型及同名发明专利)。或者说，现有技术的牙嵌式自锁差速器只是本发明的一个应用特例。

本发明的实施例二是具有封装形式二的双向超越离合器。如图32所示，它实质是对图24实施例实施如下主要改进后的结果：分离环定位锁止机构的锁止销150一分为二成锁止销150和属于定位操纵机构的换向解锁销146；锁止销150退出锁止工位的方式由弹性改为刚性；分离环方向销孔152由半圆孔改变为一个完整的圆孔；锁止销弹簧156由位于操作槽55中的片状变形为位于分离环方向销孔152中的柱状，但依旧作用在锁止销150的尾端。换向解锁销146的长度等于方向通孔154的深度，参看图32(b)。操纵环140仍采用类似图25的端面型圆柱凸轮形式，并同样采用了将凹槽145置于同一对方向通孔之间的利于自动控制的反对应布局。图32中超越离合器工作在第一方向上。此时，只要驱使操纵环140向第二方向转动，即向图32(b)中的下方转动，即可完成工作方向由第一方向变为第二方向的切换操作(止转点未画出)。因为，转动会迫使换向解锁销146a将锁止销150a顶回分离环方向销孔152a中，并令操纵环140的凹槽145b对准换向解锁销146b，在锁止销弹簧156b轴向弹压下，锁止销150b可随时嵌入方向通孔154b而将分离环120锁止在第二相对位置上，从而结束全部换向动作。过程完全如前，不再重复说明。

对比图24和图32所示实施例中的分离环定位锁止机构和定位操纵机构，不难发现它们在结构上仅与作为分离基准环的第一接合元件50、作为阻挡基准环的分离环120以及阻挡环70相关，而与离合器结构、封装形式及其它构件无关。两实施例之间的实质区别和变化仅表现在两机构特别是定位操纵机构的工作机理及具体结构上，也就是对工作状态和工作方向实施控制的部分上。所以，为不重复说明和突出实施例的本质特征，以下所有实施例均以封装形式二的精简结构图的形式来示意和说明，且只涉及控制部分，不再涉及有关转矩传递、分离超越、阻挡限位和封装形式等已说明内容。

图33所示实施例是对图32实施例的直接改进，即，定位操纵机构直接利用轴向上的往复运动来控制锁止销150。其中，三个锁止销150a仍布置在分离环的方向销孔152a中，但三个锁止销150b则分别布置在操纵环140的环状基体71的三个轴向通孔中，与形成于该环上的三个轴向换向解锁销146同处一端，参见图34。锁止销150b尾端均形成有径向通孔，具体为弹簧钢丝开口环的锁止销弹簧156b贯穿于其中。该弹簧被同样受其贯穿于尾端径向通孔中的六个铆钉158轴向限定在操纵环140上。铆死其中一个铆钉158便可周向固定住弹簧156b(可参看图37(g))。换向解锁销146的端面高度等于方向通孔154的深度，但小于锁止销150b销顶面的高度。操纵环140的内孔面148以及换向解锁销146的圆柱面是其轴向移动的导向面。

图33中的操纵环140对应于第一方向第一相对位置。如将该环轴向压向第一接合元件50，换向解锁销146就会立即将锁止销150a顶回分离环方向销孔152a中，解除第一方向的锁止。同时，锁止销150b受到锁止销弹簧156b的弹性压力而处于随时可以嵌入方向销孔152b中并锁定第二方向的蓄势状态中。整个过程完全如前，不再重复。而执行上述操作的逆操作，便可将超越离合器的工作方向由第二方向改回到第一方向。

改进图32实施例，还可得到如图35所示的普通圆柱凸轮式销槽控制方案。该实施例中，分离环定位锁止机构和定位操纵机构因共用联动环170而合成一个联动机构。其中，联动环170b与三个均布的锁止销150b刚性一体。联动环170a与三个均布的锁止销150a刚性一体，该环上还形成有三个让锁止销150b轴向穿过的相应通孔。两联动环内圆面上分别均布有三个径向凸起254a和254b，该两组凸起分别嵌于操纵环140外圆柱凸轮面266a上的三个周向导槽176a和176b中，见图35(b)。操纵环140套装在操作槽55的外圆柱面上，该环相对第一接合元件转动将导致联动环170a和170b二者产生互反的轴向移动。锁止销150a和150b双方柱顶面轴向位移时的等高面，不高出但最好平齐于分离基准端面58。螺钉224将操作槽封盖246固定在第一接合元件50上。操纵环140与操作槽55以及操作槽封盖246间的圆柱面为密封面。波形复位弹簧250和垫圈204套装在操作槽封盖246与操纵环140的外轴肩之间，以为后者提供退缩空间和弹性压紧力。

如图35(b)所示，导槽176a和176b间无轴向重叠。装配时，两联动环的径向凸起254a和254b分别由A、C入口依次或同时嵌入各自的槽道。

图36示出的是可控超越离合器实施例五，对图32所示实施例的改进，仅比其多出了可强制锁止阻挡环70的阻挡环止转机构。本实施例是可在任何时候任何情况下成功换向的双向超越离合器，也可用作机动车的可控双向滑行器。相比图32，换向解锁销146的长度仍等于方向通孔154的深度，该解锁销的侧面由不完全的内外两个圆柱面组成，横截面呈弯月状，其外圆柱面与方向通孔154的圆柱孔部分以及方向销孔152的内孔面滑动配合，其内圆柱面与解锁凸齿149的外圆柱面轴向和周向滑动配合。解锁凸齿149从内径方向限定住解锁销146，它是一个嵌入方向通孔154的环状部分的轴向环状凸齿，其外环面就是方向销孔152的轴心所处回转圆柱面的一部分，参见图36(a)～图36(e)。止转销160穿过第一接合元件50上的环状限位通孔174嵌入分离环的止转通孔172中。为便于一体控制，三对解锁凸齿149和四个止转销160均一体形成在止转环162上，该环轴向上被卡环190限定在操作槽55中。复位弹簧250安装在止转环162与操纵环140之间，将操纵环140轴向压紧在操作槽55的侧壁上，将止转环162紧压在卡环190的待命工位上。在待命工位上，解锁凸齿149的齿顶面不高于任何一组解锁销146的顶面，止转销160的销顶面处于止转通孔172中；而在止转环162压迫复位弹簧250至极端时的止转工位上，解锁凸齿149的顶部可嵌入分离环的对应环状凹槽167中，止转销160的顶部可越过分离环120上的阻挡环基准端面128。

如图36(a)～图36(e)所示，同一对方向通孔154a与154b间以及同一对解锁凸齿149a与149b之间的圆周夹角均为E，而同一对方向销孔152a与152b间的圆周夹角则为E-ε。方向通孔154、方向销孔152以及止转销160都不要求均布。由于止转销160始终嵌合在分离环的止转通孔172中，所以止转环162通过止转销160与分离环120周向固定。因此，分离环120通过止转销160与第一接合元件50上的环状限位通孔174构成分离环限位机构。该限位机构的周向自由度为θ_d，θ_d≥ε，但最大不应大到令分离环分离齿开始具有完全阻止离合器轴向嵌合的能力的程度。即不得令分离环分离齿122周向上过多地侵入第一传力齿齿槽。最佳取值θ_d＝ε。而且，解锁凸齿149与方向通孔154的环状部分间的周向自由度不得小于θ_d。并以这样的效果来确定环状限位通孔174以及方向通孔154的环状部分的周向位置，即，止转销160位于环状限位通孔174的周向正中时，解锁凸齿149也同时位于方向通孔154的环状部分的周向正中，并且处于周向极端位置上的解锁凸齿149还必需从内径方向限定住解锁销146；以这样的效果来确定阻挡环滑动端面90上的止转凹槽91或两开口断面74的周向位置，即，止转销160嵌入它们之中时，阻挡环70停留的位置应保证超越离合器可以轴向嵌合复位，而以能导致嵌合后附属阻挡齿周向居于阻挡齿齿槽正中的定位为最佳。阻挡环的止转凹槽91或两开口断面74，分离环的止转通孔172，第一接合元件的限位通孔174，止转环162的止转销160共同构成阻挡环止转机构。

图36所示工作状态对应于第一方向，分离环120被第一子锁止机构固定在第一相对位置上。换向过程完全同于图32所示实施例，转动操纵环140即可完成a系列和b系列两子锁止机构间工作状态的切换。此过程中，如果超越离合器处于嵌合状态，分离环120的锁止过程将完全同前，换向操作到此结束，这里不再重复；而如果超越离合器处于阻挡工况，那么换向转动将令正向超越阻挡工况变成反向超越阻挡工况，换向后的工作转动虽能确保分离环成功锁止在第二相对位置上，但却不可能摆脱反向阻挡工况实现超越离合器的嵌合复位和传递转矩目的。这种情况下，就必须做第二步的操作，也就是在沿第二方向转动时用外力压迫蓄能弹簧252至离合器嵌合复位后马上松开，瞬间之内就可完成。这里，蓄能弹簧252的弹力大于复位弹簧250与锁止销弹簧156二者弹力之和，而小于压合弹簧182的弹力。过程如下，对蓄能弹簧252施以足够的轴向外力，迫使与止转环162一体的解锁凸齿149将锁止销150顶回方向销孔152中，解除所有方向锁定，在解锁凸齿149嵌入分离环上环状凹槽167中的同时，止转销160也同步顶在阻挡环滑动端面90上，并在相对转动过程中嵌入该端面上的止转凹槽91或两开口断面74之间，从而将阻挡环70周向停止在分离环120上。于是，分离环120通过阻挡环70与附属阻挡齿102周向一体转动，直至被分离环限位机构阻挡住。其后，附属阻挡齿102相对阻挡齿72滑转和爬升，在翻过其中部的凸起82后嵌入阻挡环的下一个齿槽中，其它嵌合机构也同步嵌合复位，传力嵌合机构将处于正确的传力状态中。此时，撤除作用在蓄能弹簧252上的外力，复位弹簧250便迫使止转环162同步回到待命工位上，锁止销150b随即再次嵌入方向通孔154b中，最终锁定住第二方向。不难理解，该功能也可用于强制嵌合以传递转矩，而不论离合器是否处于超越状态。

以上所述即为止转嵌合复位法，使用的前提条件是，其阻挡齿齿顶中部限位凸起的两侧面86的升角β必须满足不等式：|δ|≤β＜90°-φ，且以该侧面86与阻挡工作面76共面为最佳，即，β＝λ。

为防止解锁销146误入方向销孔152中，可在其尾端布置限位轴肩或径向凸起，并在方向通孔154外布置相应的凹槽。

本实施例中，可控的实质就是可人为地同时取消分离环和阻挡环的功能，令离合器立即等同于牙嵌联轴器。而在撤除上述强制外力后，超越离合器将立即恢复由操纵环140周向位置所确定的方向上的可控滑行器的所有功能。本实施例用作机动车的双向可控滑行器时，仅需强制外力点动一下或长期压迫蓄能弹簧252即可强制结束滑行工况，恢复发动机与车轮的传动联系。

参看图37，该图示出的是将具有类似图34结构的强制止转环162加入到图32所示实施例后的改进方案，是一种无需专门强制却可在任何时候任何情况下成功换向的双向超越离合器或双向滑行器。如图37(a)所示，螺钉224将操作槽封盖246固定在第一接合元件50上，取代了图32(a)中轴向限制操纵环140的卡环190。止转环162径向上位于操纵环140之内，相互独立但又有联系。操纵环140的工作原理完全同于图32和图36实施例，止转环162的工作原理完全同于图36实施例，均不再重复说明。

本实施例的技术关键在于，在操纵环140与止转环162的径向接合面之间布置有起轴向限位作用的弹簧钢球机构。其中，组成该机构的弹簧和钢球布置在操纵环140上凸轮凹槽145所在的轴向凸起内圆面上的径向孔179中，如图37(d)、(e)所示。组成该机构的圆柱面上的周向凸肩形成在止转环162的周向缺口165内的圆柱面的轴向中部，如图37(f)、(g)所示。装配时，操纵环140上凸轮凹槽145所在的轴向凸起正好位于周向缺口165内。止转环162的总体结构完全同于图34，只是由止转先导销164取代了换向解锁销146，由止转销160取代了锁止销150b，止转销弹簧161取代了锁止销弹簧156b。其中，止转先导销164穿过第一接合元件上环状止转先导柱孔168嵌入分离环的止转先导销孔166中，止转销160穿过第一接合元件50上的环状限位通孔174嵌入分离环的止转通孔172中。图37(b)、(c)、(g)中的Γ取值任意。止转先导销164的销顶面高度，在止转环162轴向上处于待命工位时不得高出分离环分离齿齿根面129，而在止转环162轴向上处于右移后的止转工位时又必须高出该齿根面129；止转销160的销顶面高度则对应地不得高出或必须高出分离环120上的阻挡基准端面128。如图37(a)～(c)及(f)所示。另外，周向上，仍为弹簧钢丝开口环的止转销弹簧161形成有三个轴向弹簧翘起弯163，分别处在操纵环140端面上的三个脉冲凸起147换向转动区间的中点位置上。以这样的效果来决定弹簧翘起弯163、弹簧钢球机构的相关几何和性能参数，即，在非换向过程中，弹簧翘起弯163上的轴向反力不大于弹簧钢球机构所产生的轴向阻力，而在周向转动的换向过程中，弹簧翘起弯163受三个脉冲凸起147的脉冲式压缩所产生的弹性反力，大于弹簧钢球机构所产生的轴向阻力，但小于压合弹簧182所产生的弹性反力。

本实施例的特点在于，强制止转操作融汇在了换向操作中，不用专门操作。无论离合器是否处于阻挡工况，操纵环140于换向时的每一次周向转动过程中，都将借助其脉冲凸起147与弹簧翘起弯163的脉冲式接触对止转环162实施一次脉冲式的轴向弹性压迫。在这个过程中，如果离合器处于阻挡工况，那么止转环162便右移至阻挡工位并止转阻挡环以强制离合器成功换向，然后又立即通过借助嵌合复位过程中附属分离齿132对止转先导销164的压迫而轴向回归其待命工位。而如果离合器处于非阻挡工况，那么止转环162将因其止转先导销164受到附属分离齿132的阻挡，以及弹簧翘起弯163上弹性反力的不足，而只能继续停留在待命工位上。

应指出的是，本实施例用作滑行器时，应采用换向方式来强制结束滑行工况。另外，不难想到，可用凸起状弹簧钢片环代替弹簧翘起弯163，或者将凸起状弹簧钢片与脉冲凸起147轴向上互换，将脉冲凸起147布置到止转环162上，或者直接由止转环162上铆钉158的尾端代替脉冲凸起。

图38示出的是对图36实施例的一个变形。该实施例相对图36实施例的改变点在于，将止转环162一分为二成止转环162及解锁环173，将蓄能弹簧252安装到了二环之间，在止转环162位于待命工位时，要求止转销160的销顶面接近或平齐于阻挡环基准端面128，在止转环162位于止转工位时，要求解锁凸齿149的顶部平齐于分离基准端面58，即平齐于分离环的非嵌合端面。解锁环173将六个半圆解锁销149连成刚性一体，锁销149中段有一半圆锥台169。止转环162将四个止转销160连成刚性一体，其环状基体具有锥形外圆面，该外圆面周向上相应地布置有六个半圆缺口262，位于止转销160与解锁销149周向相对转动区间之外。止转环162即依靠该六个半圆缺口262轴向越过解锁环173六个半圆解锁销149的半圆锥台，再相对转动一定角度，并由蓄能弹簧252将双方锥形面相互压紧。其它说明完全同于图36。比较优点在于，强制止转过程中，分离环120不会被轴向顶起，不足之处在于，方向锁定未解除之前，阻挡环70可能已经止转，分离齿间可能会跳跃滑转。

将轴向阻挡环止转机构直接加装到图32所示实施例，可得到如图39所示的在任何时候任何情况下都可成功换向的双向超越离合器。止转环162径向上位于操纵环140之内，两环轴向之间安装有膜片形式的复位弹簧250。止转环162受卡环190轴向封位。四个止转销160与止转环162刚性一体，其销顶高度的要求完全同于图38所示实施例。阻挡工况下换向后只要在转动情况下轴向触压一下止转环162，即可保证换向成功。过程同前，不再重复。

将轴向阻挡环止转机构直接加装到图33所示实施例，则可得到如图40所示的在任何时候任何情况下都可成功换向的双向超越离合器。其中，形成有避让止转销160的圆孔的复位弹簧250安装在止转环162与第一接合元件50之间。四个止转销160与止转环162刚性一体，其销顶高度的要求完全同于图38所示实施例。本实施例的换向控制机构的工作和结构原理完全同于图33所示实施例，只是具体构件有所变化。即，以环状基体71将三个锁止销150b连成刚性一体；以波形弹簧替代弹簧钢丝开口环作为锁止销弹簧156b向锁止销150b施加轴向压力，并由卡环190b将其限制在操纵环140上，参见图34和图40。止转环162与操纵环140双方相互间完全独立，互不影响。

本实施例也可用作滑行器，只是单向容易，双向相对要难一点。

图41示出的是可控超越离合器实施例之十一，即机动车单向滑行器。功能上它是图36所示实施例的简化方案，即仅仅取消了其在第二方向上的超越功能，也就是取消了第二子锁止机构。它可以传递两个方向的转矩，但只能在第一方向上受控超越。本实施例中，止转销160和锁止销150由形成在联动环170端面上的同一轴向圆柱体的不同部分充任。联动环170将分离环定位锁止机构、阻挡环止转机构和分离环限位机构合成一个联动机构，与其它构件组成的定位操纵机构共同组成状态控制机构。如图41(c)、(d)所示，在联动环170端面上的高度为h的空间内，以圆柱体轴心线所对应的回转圆柱面为界，切除掉位于界外的部分圆柱体以后，对应于不完全圆柱面的部分就是止转销160的主体，而对应于完全圆柱面的部分就是锁止销150。这里h大于方向通孔154的深度。联动环170的外圆柱面上形成有周向沟槽171。呈操作槽封盖形式的操纵环140，滑动地嵌装在操作槽55槽口的内外圆柱面之间，并由卡环190轴向封位。操作环140具有“L”型截面，在其管状基体上形成有安装蓄能弹簧252的径向通孔，蓄能弹簧252可以是弹簧钢丝或弹簧钢片等。装配时，先将蓄能弹簧252由外向内嵌入操纵环140的径向通孔(该嵌入应该是紧密的)，并直达联动环170的周向沟槽171中，轴向上将二环弹性相联。再将该两个环以及复位弹簧250、卡环190依次就位便可完成整个状态控制机构的安装。其中，复位弹簧250轴向上处于操纵环140和第一接合元件50之间。

安装后必须达到这样的效果，即，自然状态下，锁止销150和止转销160应同时位于方向通孔154和方向销孔152中，周向锁止分离环120；而在锁止销150移出方向通孔154而完全没入方向销孔152的瞬间，锁止销150或止转销160的销顶面不应越过分离环120上的阻挡基准端面128，而在其开始越过该端面时，联动环170不应轴向抵触到第一接合元件50。周向上，止转销160与方向通孔154的环状部分构成分离环限位机构，该机构周向自由度θ_d不得小到影响传力嵌合机构实现其周向自由度θ_t的程度，不得大到令分离环开始具有完全阻止离合器轴向嵌合的能力的程度，且该自由度空间完全位于锁止位置的超越分离方向一侧，参见图41(b)。

如前所述，为确保附属阻挡齿102翻过阻挡齿中部的凸起82，该凸起的与阻挡工作面76同侧的侧面的升角β应满足不等式：|δ|≤β＜90°-φ，最好令该侧面与阻挡工作面76共面，即，β＝λ，并且最好周向均布所有阻挡齿。另外，由于取消了反向超越的功能，所以分离嵌合机构、阻挡嵌合机构呈图24实施例中的双向型或图1实施例中的单向型均可。

本实施例的工作过程的机理实质完全同于图36所示之实施例。只是少了换向过程而已。图41(a)所示的滑行器为正常的转矩传递工位，此时可以进入正常的超越分离状态。在进入的滑行状态之后，只要机动车加速，滑行器便可因反向超越而立即嵌合复位开始传递转矩。而如果需要人为强制性地结束超越状态，只需用外力轴向压迫操纵环140至极限后再松开这么一个简单操作即可令单向滑行器立即进入牙嵌联轴器工况。过程说明如前，不再重复。如果此时机动车恢复动力驱动，那么，回转到正常工位的第二传力齿环也将通过分离嵌合机构把分离环120同步带回到正常的单向传力和分离的工位，从而自然完成分离环的方向锁定动作，下一工作循环由此开始。

图42示出的实施例，就是将图41实施例的销孔式锁止和止转机构的销、孔结构直接应用到图35所示实施例中，并对其它机构作适当调整的结果。为得到强制双向超越离合器或双向滑行器，本实施例的联动环分成170a和170b两个，分别用于第一和第二方向。而且，径向上，止转销160a和锁止销150a的位置关系，与止转销160b和锁止销150b的位置关系是互反的。对应地，第一接合元件50上的两组方向通孔154a和154b具有径向互反的布局形式，参见图42(b)。联动环170b的环状基体具有三个外径向凸起254b，联动环170a的环状基体具有三个内径向凸起254a，且其外圆面对应地形成有三个半圆缺口262，用于装配时轴向让过止转销160b。联动环170a和170b的径向凸起254a和254b，分别嵌于操纵环140外圆柱凸轮面266a上的三个孔型周向导槽176a中，以及内圆柱凸轮面266b上的三个周向导槽176b中，两环的轴向移动互不影响。外环体上的周向导槽176b，可以通过径向透过内环体上的对等孔型周向导槽176b的方式加工出来，也可以于外径处直接加工成径向孔型导槽，参见图42(c)。止转销160a和止转销160b双方柱顶面轴向位移时的等高面，不高出但最好平齐于分离基准端面58。其它尺寸特征同于图41实施例的说明。另外，本例中的复位弹簧250为一环状弹簧片，被压紧环和螺钉组件258固定在操纵环140的外端面上。复位弹簧250的径向外缘活动地嵌在六个环形定位座260的周向内沟槽中。透过复位弹簧250的工艺孔，内六角螺钉将定位座260固定在第一接合元件50的对应于螺纹孔248的端面上。

本实施例中的复位弹簧250，等效于图41实施例中的复位弹簧250和蓄能弹簧252两者之和。兼有轴向避让、蓄能、定位和复位的作用。相对第一接合元件50周向转动操纵环140即实现换向锁定，而在任何方向任何时候，轴向压迫操纵环140便可止转阻挡环70，确保成功换向或结束滑行。撤出外力，操纵环140即立即回复到周向定位所决定的正常位置上。

图43示出了由图41变形后的又一轴向控制的单向滑行器。变化主要在于封装形式改成图37实施例的形式；以及操纵环140径向上位于联动环170之内，轴向上由止转销160端套装在后者内孔中，直至双方相应的内外圆锥面相抵触。相应地，操纵环140的外圆锥面边缘形成有三个半圆缺口262，以避让止转销160。波形蓄能弹簧252由另一端套装在操纵环140上，并将联动环170压紧在操纵环140的外圆锥面上，卡环190嵌装在操纵环140上的卡环槽内，支撑蓄能弹簧252并将四者联成一个整体。复位弹簧250仍安装在操纵环140与第一接合元件50的端面之间。同上所述，由于联动环上的止转销160与锁止销150的径向位置关系相反于图41(d)所示，因此，其第一接合元件50上的方向通孔154的径向布局也正好相反于图41(b)所示，参见图43(b)。

图44示出的单向滑行器，实际上就是将图38实施例中的操纵环140整体上去掉后的结果。只在一个方向上超越和滑行。本实施例中，由解锁环173和复位弹簧250以及蓄能弹簧252构成操纵机构。如图44(b)、(c)所示，与图38实施例一样，解锁环173上止转销160上半圆锥台169的布置，都是为了不与止转销160径向之外的构件发生重叠性干涉，比如复位弹簧250。

如果去掉图42所示实施例中的联动环170a，由三根弹簧直钢丝形式的蓄能弹簧252来替代联动环170的三个外经向凸起254，将操纵环140简化并以卡环190轴向封位，便得到如图45所示的最简周向控制型的单向滑行器。只要让操纵环140相对第一接合元件转动，比如对其制动，就可强行结束滑行状态。其中，蓄能弹簧252的内径端插在位于联动环170环状基体上的径向孔中，其外径端活动地插在位于操纵环140环状基体上的呈周向布置的径向凸轮孔道中，该通孔的周向走向类似于图42(c)中的周向导槽176b。相关参数要求同于图42实施例。

图46示出的是对图44所示实施例中的简单变形。即，改轴向控制型为周向控制型，并具备周向自动复位功能。其中，解锁环173与止转环162的径向和轴向关系不变，但二者环状基体的外端面轴向平齐，该外端面与卡环190之间加装有操纵环140。如图46(b)、(c)所示，操纵环140的一端面上周向均布有三组端面圆柱凸轮凸起144a和144b，其上还分别形成有引导斜坡面143和限制周向转动角的凸起142。该三组凸起平时分别位于解锁环173和止转环162二者径向外缘的相应周向缺口中。当发生相对转动时，相应的凸起便向对应的圆环先后施加轴向压力，先解除方向锁定，再止转阻挡环70进而最终强制停止滑行工况。本例中复位弹簧250为三根径向弹簧钢丝，其内径端夹紧在第一轴套187相应端面的三个周向均布的径向狭槽268中，且同时位于操纵环140内环端面的三个宽松缺口272中，轴向上被卡环190封死。复位弹簧250的外径端可活动地插在操纵环140外环上的三个径向孔270中。当操纵环140相对第一轴套187转动时，复位弹簧250因变形而对操纵环140产生周向反作用转矩。当外力撤出后，操纵环140在复位弹簧250作用下便可自行归位，滑行器也即刻恢复正常状态。

容易理解，单向和双向可控滑行器适用于所有机动车，以及超越功能需要受到控制的所有其它传动领域。两种滑行器若安装于转矩方向可以改变的传动轴系，单向滑行器的强制机构以及双向滑行器的换向机构应与转矩变向机构联动。两种滑行器若用于转矩方向固定的传动轴系，则只需把二者的强制操纵机构与机动车刹车操作机构或一单独操作机构联动或二者并联即可，使用极为简单。很明显，单向可控滑行器优于双向滑行器，倒车时由倒车操作机构联动取消超越功能即可，而用于没有倒车功能的摩托车、电动助力车以及变速箱之前时将更简单。在性能、寿命、可靠性、结构、工艺、使用和维护方面显著优于现有技术的各种滑行器。

另外，将分离环120分别固定在相对第一接合元件50的两个不同的特定周向位置上的分离环定位锁止机构，也可以是圆柱凸轮式径向销槽定位机构，如图47及图48所示的双向超越离合器。其中，截面呈半圆柱状的锁止销150顶端的径向导向凸起254与分离环120外圆面上的螺旋型导槽153组成圆柱凸轮式径向销槽定位机构。导向凸起254处于螺旋型导槽153的轴向两端的平行段时，离合器分别处于或正向或反向的工作位置上，而处于螺旋型导槽153中间的周向位置变化段时，离合器便处于非锁止工作位置上(除非二者摩擦自锁)。很显然，弹簧252不是必需的，图47(b)中的螺旋型导槽153在轴向两端都对导向凸起254进行限位也不是必需的，完全可以是诸如口小肚大的瓶子的纵向截面形状，例如用作单向滑行器时。另外，圆柱凸轮式径向销槽定位机构也可以是圆柱螺纹或丝杆机构等的形式。

分离环定位锁止机构还可以是如图49所示的准槽轮(马耳他)机构。其中，圆柱拨盘280的回转圆柱段282可转动地嵌在第一接合元件50轴向通孔154中，其端面上的圆柱拨销278可滑动地嵌在分离环120无齿端面上的径向导槽槽155中。如图49(b)、(c)所示，圆柱拨盘280的另一端形成有外径大于回转圆柱段282的轮齿206，通过该轮齿206与操纵环140上的轮齿的啮合传动，圆柱拨盘280可以得到回转动力。圆柱拨盘280的左右转动，将通过圆柱拨销278与径向导槽155的配合关系，带动分离环120相对圆柱拨盘280的回转轴线转动±ε/2角度，也就是相对第一接合元件50在间隔圆周角为ε的两个相对位置上依次停留，从而实现方向的换向。而通过该两个停留位置上圆柱拨销278与径向导槽155侧面间的摩擦自锁，或者与径向导槽155槽顶间的对顶，可以实现停留位置的稳定。操纵环140则可以由一滚珠弹簧机构简单定位(未示出)。不难想象，标准的槽轮机构以及凸轮组合机构等都可以用作本实施例中的换向机构，而且不难实现双向或单向的超越定位。

明显地，参考前述实施例，很容易由以上三个实施例变形出更多或更简单的强制双向超越、双向滑行以及单向滑行的实施方案。在此不再一一详述。

以上仅仅是本发明针对其有限实施例给予的描述和图示，具有一定程度的特殊性，但应该理解的是，所提及的实施例都是用来进行说明的，其各种变化、等同、互换以及更动结构或各构件的布置，都将被认为未脱离开本发明构思的精神和范围。

Claims (10)

1.一种压合式牙嵌单向超越离合器，包括第一接合元件、第二接合元件、阻挡环、附属阻挡环、附属限位环、弹簧以及弹簧座，且均基于同一回转轴心线布置；第一接合元件与第二接合元件轴向相对嵌合组成既是传力嵌合机构又是分离嵌合机构的工作嵌合机构；其特征在于：

(a)布置有阻止超越分离状态下的所述工作嵌合机构嵌合的阻挡嵌合机构，由阻挡环和附属阻挡环轴向嵌合而成，该两个环上都布置有具有轴向阻挡作用的径向型阻挡齿；所述阻挡嵌合机构的最小阻挡高度，大于所述工作嵌合机构在两个转动方向上的起始分离高度，小于所述工作嵌合机构的全齿嵌合深度；

(b)布置有对所述阻挡嵌合机构中阻挡环的周向相对位置实施限制的限位嵌合机构，由阻挡环和附属限位环组成，附属限位环与其属主环形成为一体，且附属限位环与附属阻挡环周向固定；所述阻挡嵌合机构的轴向分离距离大于所述最小阻挡高度时，所述限位嵌合机构的周向自由度，大于所述阻挡嵌合机构的入口裕度。

2.按权利要求1所述的压合式牙嵌单向超越离合器，其特征在于：所述阻挡嵌合机构，轴向上位于所述工作嵌合机构之内，径向上位于所述工作嵌合机构之内或之外；所述附属阻挡环与其属主环形成为一体，该属主环是组成所述工作嵌合机构的任一一方接合元件；所述阻挡环受阻挡基准环的阻挡基准端面的单向支撑，其滑动端面与该阻挡基准端面构成周向自由滑动摩擦副；所述阻挡基准环是所述工作嵌合机构中与所述附属阻挡环的属主环轴向相对的一方接合元件。

3.按权利要求1所述的压合式牙嵌单向超越离合器，其特征在于：

(a)所述附属限位环与所述附属阻挡环为同一个环，所述限位嵌合机构与所述阻挡嵌合机构重合后构成一控制嵌合机构，该控制嵌合机构中，阻挡齿同时也是限位齿，附属阻挡齿同时也是附属限位齿；

(b)所述控制嵌合机构中，阻挡齿和附属阻挡齿二者齿顶的阻挡工作面是升角不大于ρ的螺旋面，且至少在其中一个齿顶面的中部形成有限位凸起，这里，ρ是能够令阻挡工况中由双方阻挡工作面轴向接触所形成的静摩擦副成功自锁的阻挡工作面的最大升角；

(c)所述限位嵌合机构的最大限位嵌合深度，大于所述工作嵌合机构的全齿嵌合深度。

4.按权利要求2所述的压合式牙嵌单向超越离合器，其特征在于：所述控制嵌合机构中的限位凸起的与阻挡工作面同侧的侧面，是升角为β的螺旋面，|δ|≤β≤180°，其中，|δ|是能够令阻挡工况中由阻挡齿阻挡工作面和附属阻挡齿阻挡工作面轴向接触所形成的静摩擦副成功自锁的阻挡工作面的最小升角的绝对值。

5.一种可控型压合式牙嵌超越离合器，包括第一接合元件、第二接合元件、分离环、附属分离环、阻挡环、附属阻挡环、附属限位环、弹簧以及弹簧座，且均基于同一回转轴心线布置，第一接合元件与第二接合元件轴向相对嵌合组成在两个方向上均可传递转矩的传力嵌合机构；其特征在于：

(a)布置有组成双方相对转动时可导致自身分离的分离嵌合机构，由分离环与附属分离环轴向嵌合而成，该两个环上都布置有分离齿，所述分离齿是具有轴向分离能力的径向齿；

(b)布置有阻止超越分离状态下的所述分离嵌合机构嵌合的阻挡嵌合机构，由阻挡环和附属阻挡环轴向嵌合而成，该两个环上都布置有具有轴向阻挡作用的径向型阻挡齿；所述阻挡嵌合机构的最小阻挡高度，大于所述传力嵌合机构的全齿嵌合深度，大于所述分离嵌合机构在两个相对转动方向上的起始分离高度，小于所述分离嵌合机构的全齿嵌合深度；

(c)布置有对所述阻挡嵌合机构中阻挡环的周向相对位置实施限制的限位嵌合机构，由阻挡环和附属限位环组成，附属限位环与其属主环形成为一体，且附属限位环与附属阻挡环周向固定；所述阻挡嵌合机构的轴向分离距离大于所述最小阻挡高度时，所述限位嵌合机构的周向自由度，大于所述阻挡嵌合机构的入口裕度；

(d)传力嵌合机构的周向自由度θ_t以这样的方式确定，即，所述分离嵌合机构在两个工作转动方向上超越分离时，所述传力嵌合机构的组成双方均不发生任何接触或碰撞；

(e)所述分离环相对分离基准环的周向位置受到分离环定位锁止机构的控制，该机构可以将分离环固定在相对分离基准环的特定周向位置上，该机构锁止时，超越离合器只能在一个方向上传递转矩和分离超越，该机构非锁止时，超越离合器在两个方向上都不能分离超越，但都能传递转矩。

6.按权利要求5所述的可控型压合式牙嵌超越离合器，其特征在于：所述阻挡嵌合机构，轴向上位于所述分离嵌合机构之内或所述传力嵌合机构之内，径向上位于所述传力嵌合机构和所述分离嵌合机构二者之内、之间或之外；所述附属阻挡环与其属主环形成为一体，该属主环是组成所述分离嵌合机构或所述传力嵌合机构的任一一方构件；所述阻挡环受阻挡基准环的阻挡基准端面的单向支撑，其滑动端面与该阻挡基准端面构成周向自由滑动摩擦副；所述阻挡基准环是所述分离嵌合机构中或所述传力嵌合机构中与所述附属阻挡环的属主环轴向相对的一方构件。

7.按权利要求5所述的可控型压合式牙嵌超越离合器，其特征在于：

(a)所述附属限位环与所述附属阻挡环为同一个环，所述限位嵌合机构与所述阻挡嵌合机构重合后构成一控制嵌合机构，该控制嵌合机构中，阻挡齿同时也是限位齿，附属阻挡齿同时也是附属限位齿；

(b)所述控制嵌合机构中，阻挡齿和附属阻挡齿二者的阻挡工作面为升角不大于ρ的螺旋面，且至少在其中一个齿顶面的中部形成有限位凸起；

(c)所述限位嵌合机构的最大限位嵌合深度，大于所述分离嵌合机构的全齿嵌合深度。

8.按权利要求7所述的可控型压合式牙嵌超越离合器，其特征在于：

(a)第一接合元件轴向固定；

(b)附属阻挡环和附属限位环均以第二接合元件为其属主环，所述阻挡基准环是分离环，所述分离基准环是第一接合元件；

(c)所述阻挡齿和附属阻挡齿二者的阻挡工作面均为两个，该两个阻挡工作面分别对应地形成于每个齿顶面的两侧；

(d)所述控制嵌合机构中的限位凸起的两个侧面，是升角为β的螺旋面，|δ|≤β＜180°，相关参数定义同上；

(e)所述分离嵌合机构在两个相对转动方向上的起始分离高度均为零，该机构在两个相对转动方向上的转动都将导致自身轴向分离；

(f)所述阻挡嵌合机构的入口裕度K符合不等式：K＞θ_c+θ_f+γ+η，其中γ＝max(γ₁，γ₂)，相关参数定义如下：

θ_c：分离环分离齿齿顶面所对应的圆周夹角，

θ_f；附属分离环分离齿齿顶面所对应的圆周夹角，

γ₁：分离嵌合机构在第一方向上的分离角，

γ₂：分离嵌合机构在第二方向上的分离角，

η：由于导角、传力齿齿根收缩、分离嵌合机构的周向间隙以及传力嵌合机构的轴向分离距离大于其全齿嵌合深度所带来的修正量；

(g)所述分离环定位锁止机构，是一个可以将分离环分别固定在相对第一接合元件的两个不同的特定周向位置上的轴向销孔式定位机构，固定在第一相对位置时，超越离合器只能在第一方向上传递转矩和分离超越，固定在第二相对位置时，超越离合器只能在第二方向上传递转矩和分离超越，该第二方向与第一方向相反；该机构由分离环无齿端面上的两组轴向销孔、第一接合元件的分离基准端面上的两组轴向通孔、以及两组锁止销组成，以这样的效果来确定上述所有轴向孔的位置，即，第一组锁止销同时嵌入分离环和第一接合元件上的第一组轴向销孔时，分离环被周向固定在第一接合元件的第一相对位置上，第二组锁止销同时嵌入分离环和第一接合元件上的第二组轴向销孔时，分离环被周向固定在第一接合元件的第二相对位置上；

(h)所述分离环定位锁止机构，受到定位操纵机构的控制。

9.按权利要求8所述的可控型压合式牙嵌超越离合器，其特征在于：

(a)设置有阻挡环止转机构，该止转机构是一个可以将阻挡环强制限制在相对分离环的特定周向位置上的嵌合类限位机构，该机构嵌合时，阻挡环失去轴向阻挡能力，超越离合器可以轴向嵌合复位，该机构非嵌合时，阻挡环具有轴向阻挡能力；

(b)分离环相对第一接合元件的周向极限位置，受到所述分离环限位机构的限制，该限位机构布置在分离环与第一接合元件之间，其周向自由度，不得小于第一相对位置与第二相对位置之间的圆周夹角，不得大到令分离环开始具有完全阻止离合器轴向嵌合的能力的程度，在该周向自由度对应的转动区间内，所述分离环定位锁止机构应能充分实现其功能；

(c)所述定位操纵机构，是一个对分离环定位锁止机构的两组锁止销的轴向位置实施控制的机构，同时，该机构还具有对所述阻挡环止转机构实施控制的功能；

(d)所述控制嵌合机构中的限位凸起的两个侧面的升角β满足不等式：|δ|≤β＜90°-φ，其中，φ是组成所述控制嵌合机构的双方在所述限位凸起的侧面上摩擦接触所形成的摩擦副的摩擦角，|δ|定义同上。

10.按权利要求7所述的可控型压合式牙嵌超越离合器，其特征在于：

(a)第一接合元件轴向固定；

(b)附属阻挡环和附属限位环均以第二接合元件为其属主环，所述阻挡基准环是分离环，所述分离基准环是第一接合元件；

(c)所述分离嵌合机构在至少一个相对转动方向上的起始分离高度为零；

(d)所述控制嵌合机构中的限位凸起的与阻挡工作面同侧的侧面，是升角为β的螺旋面，|δ|≤β＜90°-φ，参数定义同上；

(e)布置有超越离合器状态控制机构，通过该机构，可以无条件地随时取消超越离合器的超越功能，令其即刻变成纯粹的牙嵌联轴器，所述状态控制机构，由所述分离环定位锁止机构、所述分离环限位机构以及所述阻挡环止转机构联合组成；其中，

所述分离环定位锁止机构，是一个由分离环无齿端面上的轴向销孔、第一接合元件的分离基准端面上的轴向通孔、以及锁止销组成的销孔式定位机构，以这样的效果来确定上述二对应轴向孔的位置，即，锁止销同时嵌入上述二轴向孔而将分离环固定在相对第一接合元件的特定周向位置时，超越离合器只能在一个方向上传递转矩和分离超越；

所述分离环限位机构，是一个可以将分离环与第一接合元件之间的周向相对位置予以限定的机构，该限位机构布置在分离环与第一接合元件之间，其周向自由度不得小到影响传力嵌合机构实现其周向自由度θ_t的程度，不得大到令分离环开始具有完全阻止离合器轴向嵌合的能力的程度，在该周向自由度对应的转动区间内，所述分离环定位锁止机构应能充分实现其功能；

所述阻挡环止转机构，是一个可以将阻挡环强制限制在相对分离环的特定周向位置上的嵌合类限位机构，该机构嵌合时，阻挡环失去轴向阻挡能力，超越离合器可以轴向嵌合复位，该机构非嵌合时，阻挡环具有轴向阻挡能力。

Images