CN101392804A - 轴向自控离合器的分离保持机构 - Google Patents

Abstract

一种适用于所有弹簧压合式轴向自控离合器的分离保持机构，由阻挡环、附属阻挡环以及附属限位环组成，阻挡环与附属阻挡环组成轴向阻挡嵌合机构，以维持所服务的工作接合机构的分离状态，阻挡环与附属限位环组成限位嵌合机构，以维持阻挡嵌合机构阻挡关系的稳定。其特征在于，限位嵌合机构与阻挡嵌合机构刚性一体或周向固定，阻挡嵌合机构轴向上位于工作接合机构之内，径向上位于工作接合机构之内或之外，其组成双方的阻挡工作面的升角足以确保双方抵触时的摩擦自锁及阻挡工况的稳定，令其具备自适应分离轴距变化和自动补偿磨损的能力，长久地保持阻挡工况中所有构件零碰撞的滑转模式，以及分离保持机构的分离阻挡和嵌合复位过程的绝对可靠。

Description

轴向自控离合器的分离保持机构

技术领域

本发明涉及一种机械传动领域中的轴向压合式自控离合器，特别涉及一种弹簧压合式自控离合器轴向分离后用于维持其分离状态的保持机构，属机械传动领域。

技术背景

现有技术的轴向弹簧压合式自控离合器，除了牙嵌式自锁差速器外，牙嵌式超越离合器和安全离合器，以及弹簧钢球式安全离合器均不具备轴向分离后的状态保持功能。主、从动接合元件轴向分离后，二者的相对转动会带来冲击、碰撞、噪音和端面齿的过度磨损，对轴向弹性接合力较大的牙嵌式安全离合器甚至会严重到折断端面齿的程度。因此，无论是理论界还是工程界，传动领域内长期普遍的观点是，轴向弹簧压合式自控离合器不适用于分离后主、从动接合元件相对转速较大或者负荷惯量较大的轴系传动部位。比如，牙嵌离合器的工作转速一般不超过315转/分钟，负荷不大于400N·m，对弹簧钢球式安全离合器，在1,000N·m的负荷水平上，其最高工作转速一般不超过400转/分钟。所以，它们的应用受到了很大的限制，致使其可传递转矩巨大、结构简单以及接合后没有滑转和生热等优点难以得到应有的利用。尽管拥有牙嵌式自锁差速器中的分离保持机构的技术，但由于该机构特殊的借助其主动环的布局形式，对压合弹簧刚度、弹簧长度、装配提出的过于严苛的要求，以及受到不能调节弹簧压力，不能补偿磨损等限制因数的影响，该技术至今都没有扩展到其它相关离合器中。

发明内容

本发明的目的，就是提供一种结构简单、工作可靠且不受压合弹簧参数稳定性影响、适应不同的轴向接合力、装配简单的可用于所有轴向弹簧压合式自控离合器的分离状态保持机构，即阻挡嵌合机构，以消除该类离合器分离后的有害冲击，消除或基本消除其中的碰撞现象。

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。

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，二者统称为基准面。

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接合或嵌合机构重新接合或嵌合的工作状况。

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基准环的基准端面或基准圆柱面接触形成滑动摩擦副(对双联式离合器，则不存在端面滑动摩擦情况)，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。

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。

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。

全齿接合深度：在保证轴向接触且不考虑起始分离高度的前提下，轴向接合或嵌合机构的组成双方相对转动一周时，其第一接合元件与第二接合元件之间的轴向距离的变化幅度。也可称作全齿嵌合深度。

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。

齿顶阻挡角Θ：在压合弹簧作用下，在不考虑阻挡嵌合机构的影响时，轴向分离状态中的自控离合器为避开其内部相关齿顶面的阻挡、达到轴向接合的目的，其接合双方相互间必需连续错开的最大圆周角度。

θ_c：第一接合元件上接合齿齿顶面所对应的圆周夹角，

θ_f：第二接合元件上接合齿齿顶面所对应的圆周夹角，

η：由于导角、工作接合机构的周向间隙所带来的修正量。

分离角γ：工作接合机构由接合状态过渡到接合状态与稳定分离状态二者之间的临界状态，其所属两接合元件之间必需相对转动的最小圆周角；

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，要特别指出的一点是，本发明所称的“接合”与“嵌合”，仅在轴向自控离合器具体为弹簧钢球安全离合器时具有明确的区别，而在轴向自控离合器具体为其它的具有径向型端面齿的离合器时，则没有实质区别。

为达成上述目的，本发明的一种轴向自控离合器的分离保持机构，包括第一接合元件、第二接合元件、弹簧以及弹簧支座，且均基于同一回转轴心线布置；在所述弹簧的作用下，第一接合元件与第二接合元件轴向相对组成工作接合机构，两者同步转动时，其间轴向距离达到最小，并处于稳定接合状态，两者异步转动时，其间轴向距离可达到最大，并处于分离状态；其特征在于：(a)包括有阻止分离状态下的所述工作接合机构轴向接合的阻挡嵌合机构，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，大于工作接合机构在两个转动方向上的起始分离高度，小于工作接合机构的全齿接合深度；(b)包括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；所述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最小阻挡高度时，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接合机构之内；附属阻挡环与其属主环形成为一体，该属主环是组成工作接合机构的任一一方接合元件，所述阻挡环受基准环基准端面的单向支撑，其滑动端面与该基准端面构成周向自由滑动摩擦副；该基准环是与所述附属阻挡环的属主环相对的一方接合元件。

另外，本发明的一种双联式轴向自控离合器的分离保持机构，其特征在于：具有两个接合端面朝向互反且均与第一转轴周向固定的第一接合元件，具有两个均与第二转轴周向固定轴向滑动的第二接合元件，该两个元件分别各与一个第一接合元件轴向接合，在同一轴线上组成两个具有传递转矩和过载分离双重功能且稳定工作状况完全一致的工作接合机构，所述稳定工作状况为轴向接合传力状态或轴向分离过载状态；第一转轴与第二转轴同步转动时，两工作接合机构均处于接合状态，各自组成双方的轴向间距达到最小，第一转轴与第二转轴异步转动时，两工作接合机构均处于分离状态，各自组成双方的轴向间距达到最大；至少具有一个弹簧，分别作用在两个第二接合元件的非接合端面上，为两个工作接合机构提供轴向接合力；至少具有一个弹簧支座，以最终形成对所述弹簧的直接或间接的轴向限制和支撑；布置有阻止轴向分离过载状态下的两个工作接合机构轴向接合的两个阻挡嵌合机构，由阻挡环与两个附属阻挡环轴向分别嵌合而成，该两个阻挡嵌合机构的所有组成构件上都布置有一圈具有轴向阻挡作用的径向型阻挡齿；所述两个阻挡嵌合机构的最小阻挡高度，分别大于各自对应的工作接合机构的在两个转动方向上的起始分离高度，分别小于各自对应的工作接合机构的全齿嵌合深度；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，由阻挡环和至少一个附属限位环组成；附属限位环与其属主环形成为一体，且附属限位环和与其轴向对应的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最小阻挡高度时，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。

上述两个阻挡环可以轴向上形成为一体，各自的阻挡齿以齿顶朝向互反的方式分别形成在同一环形基体上，所述两个附属阻挡环分别各与一个第二接合元件形成为一体。

或者，两个阻挡环的阻挡齿以齿顶朝向相互背离的方式分别形成在各自独立的环形基体上；两个阻挡环之间的周向相对位置则受到周向联动机构的约束，该机构是一个始终处于嵌合状态的位于二者之间的轴向嵌合机构；所述两个附属阻挡环分别各与一个第二接合元件形成为一体。

优化地，可以将两个双联的第一接合元件以非接合端面相连的形式形成为一体。

为具备双向功能，工作接合机构在两个相对转动方向上的起始分离高度均应为零，阻挡齿和附属阻挡齿二者齿顶面的两侧均分别对应地形成有两个阻挡工作面，且阻挡嵌合机构的入口裕度大于自控离合器的齿顶阻挡角。

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，以直接面对所述阻挡环的一个表面；再将销槽式径向或轴向嵌合机构布置在该两环之间。

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基准环的基准端面或基准圆柱面上。

最优化地，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，客观上起到令阻挡齿充当限位齿、附属阻挡齿充当附属限位齿的作用。同时，令附属限位环与附属阻挡环为同一个环，令限位嵌合机构与阻挡嵌合机构重合成一个控制嵌合机构，实现阻挡嵌合机构自限位以及轴向阻挡高度可无级变化和自适应的目的，同时，限位嵌合机构的最大限位嵌合深度，大于所述工作接合机构的全齿接合深度。

为求更好，还可将控制嵌合机构中的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°。而在|δ|≤β<90°-φ时，如果在基准环与阻挡环之间设置一个可以将阻挡环强制限制在相对基准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，该机构嵌合时，阻挡环失去轴向阻挡能力，那么，就可轻松实现离合器的强制嵌合。这里，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。而阻挡环止转机构，可以是由基准环基准端面或基准圆柱面上的轴向或径向通孔、阻挡环相应摩擦面上的相应凹槽或开口环缺口、以及止转柱销组成的销槽式嵌合机构。

为优化设计提供更多选择，阻挡环上的端面径向齿可以形成在阻挡环环状基体的两端或内、外圆柱面上。

可选择地，附属阻挡环可以单独制作，再通过焊接、直接过盈配合或轴向销孔过盈配合等方式与其属主环构成刚性一体的组合构件。

在本发明中，以阻挡环和附属在第一或第二接合元件上的附属阻挡环组成一个具有轴向阻挡功能的阻挡嵌合机构，该机构轴向上位于工作接合机构之内，以阻挡环和附属限位环组成一个可以控制阻挡嵌合机构的阻挡关系之有或无的限位嵌合机构，两机构以形成为一体或周向固定的形式共同组成分离保持机构的核心，很好地实现了本发明所提出的发明目的。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或轴向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，从而很好地达成了维持住阻挡关系，阻止分离状态中的工作接合机构接合复位以及彻底消除或基本消除离合器分离冲击或碰撞的目的。该机构具有结构简单、工作可靠且不受工作接合机构弹簧参数稳定性影响、适应不同的轴向接合力、装配简单的特点。

在分离阻挡和嵌合复位的工作机理和可靠性、机构装配的工艺要求、机构对嵌合弹簧的适应能力、机构工作寿命以及适用领域和范围方面，本发明相对于现有技术的分离保持机构具有非常显著或无可比拟的优势。

附图说明

图1是本发明实施例一的双向安全离合器的轴向剖面图。

图2是图1中第二接合元件的示意图，(a)是(b)的右视图的轴向半剖图，(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，(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)是嵌合状态下工作接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)是阻挡工况下工作接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)是对应于(c)的单向控制嵌合机构的齿形关系示意图，(f)是(a)的局部放大示意图，箭头代表相对过载转动方向。

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是本发明实施例二的双向安全离合器的轴向剖面图。

图7是本发明最简结构实施例的安全离合器的轴向剖面图。

图8是本发明实施例四的牙嵌式自锁差速器的轴向剖面图。

图9是图8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10是图8中的差速器左半侧处于嵌合传力、右半侧处于分离阻挡工况时各组齿廓的相对关系在同一外圆柱面上的径向投影的局部展开图，(a)是对应控制嵌合机构的齿形关系示意图，(b)是对应传力嵌合机构的齿形关系示意图，(c)是对应工作接合机构的齿形关系示意图，(d)是嵌合状态下传力齿的参数示意图，(e)是嵌合状态下分离齿的参数示意图。

图11是本发明实施例五的弹簧钢球安全离合器的轴向剖面图。

图12是图11中第二接合元件的示意图，(a)是右视图的轴向半剖图，(b)是简画的主视图。

图13是本发明实施例六的径向限位型的单向超越离合器的轴向剖面图。

图14是图13中第二接合元件的示意图，(a)是(b)的右视图的轴向半剖图，(b)是主视图。

图15是图13中阻挡环的示意图，(a)是主视图，(b)是左视图的轴向半剖图。

图16是图13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)是嵌合状态下工作接合机构的齿形关系示意图，(b)是与(a)对应的阻挡嵌合机构的齿形关系示意图，(c)是阻挡工况下工作接合机构的齿形关系示意图，(d)是与(c)对应的阻挡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17(a)是本发明实施例七的双联安全离合器的轴向剖面图，(b)是(a)中阻挡环的轴向剖面图，(c)是(b)中轴向对称面T—T的简画剖面图。

图18是本发明实施例八的双联弹簧钢球安全离合器的轴向剖面图。

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，并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。

图1～图4示出了本发明的第一个实施例，该例中，轴向自控离合器具体为双向牙嵌式安全离合器。如图1所示，第一接合元件50是阻挡环100的基准环，第二接合元件80是附属阻挡环的属主环。第一接合元件50与第二接合元件80接合端面相对组成工作接合机构，具备双向传递转矩和轴向分离的功能。第一转轴和第二转轴通过平键分别与第一接合元件50及第二轴套206固定(未示出)。第二接合元件80套在第二轴套206上，二者间由花键齿周向固定。接合弹簧160安装在第二接合元件80的非嵌合端面与弹簧座162之间，调节螺母164以螺纹形式联接在第二轴套206的外端侧，与第一接合元件50轴向上间接相联，并通过弹簧座162实施对接合弹簧160的轴向支撑和调节。阻挡环100径向上位于工作接合机构之内，与附属阻挡环组成阻挡嵌合机构，其滑动端面124紧贴第一接合元件50的基准端面70。约束弹簧120置于阻挡环100与第二轴套206外花键齿的端面之间。止转柱销联动环180套装在第一接合元件50的非嵌合端面外的圆柱面上，二者轴向间隔以复位弹簧186，并由卡环210给予轴向限位。止转柱销联动环180的一端周向均布有三个轴向止转柱销182，该三个止转柱销182分别嵌于第一接合元件50上的三个止转柱销安装通孔188中，其柱销顶面接近但不接触到阻挡环100。

第二接合元件80的具体结构如图2所示。其第二接合齿82为横截面呈梯形的径向齿，该齿均布在其嵌合端面的外环侧，附属阻挡齿142均布在其嵌合端面的内环侧。附属阻挡齿142与第二接合齿82径向上连成一体，其齿顶面144高于第二接合齿齿顶面84，其阻挡工作面148是升角为λ的螺旋面，|δ|<λ≤ρ。为简化结构和方便一体制造，附属阻挡齿齿侧面150和齿根面146分别与第二接合齿齿侧面88和齿根面86完全共面，附属阻挡齿142因此被分成两部分，对应于第二接合齿齿槽的齿顶面144及部分中间齿体不复存在。除了没有附属阻挡齿，以及第一接合齿52的齿顶面具有一定弧度以外，第一接合元件50的嵌合端面的布局和齿形完全等同于第二接合元件80。

如图3所示，环状基体112内形成有承受弹簧力的轴肩128。阻挡环100的阻挡齿102一体均布在环状基体112的外环侧，其齿顶中部形成有限位凸起114。每个阻挡齿102上均对称地形成有两个升角为λ的螺旋面型的阻挡工作面108，两个齿侧面110，两个升角为β的限位凸起螺旋侧面118，|δ|≤β<180°，以及一个限位凸起顶面116。具有阻挡工作面108的一端为阻挡环的嵌合端面，另一端是阻挡环的周向滑动端面124。为简化结构，阻挡环止转凹槽126由阻挡齿齿槽担当。以这样的效果来确定止转柱销安装通孔188的周向位置、周向宽度以及止转柱销182的周向宽度，即，止转柱销182嵌入止转凹槽126时，阻挡环100停留的位置必须导致阻挡嵌合机构不能成功阻挡工作接合机构的轴向接合。

如图4(a)、(b)和(f)所示，第一接合元件50与第二接合元件80组成双向工作接合机构，阻挡环100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。控制嵌合机构的入口裕度K为(相关符号表示对应点间的圆周角)

且K>Θ，这里，自控离合器的齿顶阻挡角Θ为Θ＝θ_c+θ_f+η；轴向分离距离大于AG后，由阻挡工作面108所限定的限位嵌合机构的周向自由度天然地大于入口裕度K。嵌合状态下，D_t<AG<D_c<BE，其中，D_t代表工作接合机构在非设计的过载方向上的起始分离高度，本例中为双向过载，两个方向上的D_t均恒为零；D_c代表工作接合机构的全齿嵌合深度，AG代表阻挡嵌合机构的最小阻挡高度(横线符号表示轴向距离，下同)，BE代表限位嵌合机构的最大限位嵌合深度。图4(c)、(d)给出了过载工况下各嵌合机构的齿形关系，图4(e)给出了与图4(c)对应的单向控制嵌合机构的齿形关系图。

不难理解，本实施例中止转柱销182及其安装通孔188周向均布三个，阻挡环100和附属阻挡环各有三个均布的完全一致的径向齿，附属阻挡齿142周向上正好跨越两个第二接合齿82，以及以阻挡齿齿槽充当止转凹槽126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。同样道理，约束弹簧120和复位弹簧186虽然均为波形弹簧，但也可以是其它任何形式的弹性体。

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。

在接合状态下，工作转矩经第一接合元件50传递给第二接合元件80，再经花键传递给第二轴套206，完成转矩在离合器内部的传递，当然，上述传递路线也可以是反向的。在任意方向上过载时，也就是所传递的转矩在第一接合齿52与第二接合齿82齿侧接触面上所产生的轴向反力大于弹簧160所提供的接合压力时，参见图4(a)或4(f)，第二接合齿82必然克服弹性压力而轴向分离，退出接合位置。于是，整个工作接合机构的接合关系不复存在，两接合元件间的转矩传递路线被断开，该机构进入过载分离工作状态。

过载分离开始后，由于有参数AG<D_c的限制，因此，当第二接合元件80相对第一接合元件50的轴向分离距离达到D_c时，其上附属阻挡齿阻挡工作面148的最低点A早已轴向越过阻挡齿阻挡工作面108的最低点G，如图4所示。又由于阻挡环100被约束弹簧120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，转动中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148就已经可靠地跃上阻挡齿阻挡工作面108，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100在第一接合元件50的基准端面70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80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，尤其是分离瞬间。这将显著降低两者的磨损速度，消除噪音，延长寿命。另外，可将第一接合齿或第二接合齿齿顶面做成内端高的台阶状，以显著降低过载工况下的平均滑动摩擦半径及残余转矩。其残余转矩系数将远小于滑动摩擦系数。

由于使用了双向阻挡嵌合机构，所以，本实施例的安全离合器在两个方向上的过载分离都具有无任何冲击和碰撞的特性。应该强调的是，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接合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，显著提升安全离合器的总体性能、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142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114。也就是说，经过适当的设计，我们可以得到令两接合齿间无接触的过载转动工况。另外，阻挡工作面之间的自锁关系只存在于对应的过载转动中，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100将不再跟随附属阻挡齿142一体转动，而是静止在基准环基准端面70上。

所以，对于安全离合器的嵌合复位，本实施例的一种方法就是反转法，实施的前提条件就是必需K>θ_c+θ_f+η。此时，无论出现何种极端情况，最多只要令安全离合器的主动元件反向转过一个齿，即，令第一接合元件50相对第二接合元件80作出相反于过载相对转动的相对转动并转过一个齿，附属阻挡齿142都能滑离阻挡齿102的阻挡工作面108，与第二接合齿82一起同步嵌合复位，而不会出现反向分离阻挡的情况，尤其是在使用了单向阻挡嵌合机构的时候，阻挡齿齿槽口更是随同附属阻挡齿142同步转动，参见图4(e)。本实施例中嵌合复位的另一种方法是止转法。即，在维持过载转动状况的同时，轴向压迫止转柱销联动环180，令其克服弹簧186的轴向反力后将止转柱销182轴向压入阻挡环滑动端面124上的止转凹槽126中，将阻挡环100周向停止在令其丧失轴向阻挡能力的特定相对位置上，于是，附属阻挡齿142被迫相对阻挡齿102滑转和爬升，并在越过其中部的限位凸起114之后嵌入阻挡环100的下一个齿槽中，从而实现离合器可控嵌合复位目的。

显而易见，本发明之安全离合器的嵌合复位，机理简单，过程可靠，通过反转或电、液、机械易于实现自动化和远程控制，令牙嵌式安全离合器的性能得到跨越式提升，大幅增加其工作转速、转矩和可适应的过载频率，以及可安装部位。显著地拓展其应用领域和范围，成为通用安全离合器。

应说明的是，阻挡环止转机构和可控嵌合复位的止转法都是非必需的可选结构或方法。而如果使用该结构和方法，那么阻挡齿齿顶中部限位凸起的齿侧面118的升角β就必须满足不等式：|δ|≤β<90°-φ，且以该侧面118与阻挡工作面108共面为最佳，即，β＝λ。

如果本实施例为纯粹的单向安全离合器，那么可以采用仅具有单向阻挡功能的阻挡嵌合机构，如图4(e)所示，此时，该嵌合机构的周向自由度可以为零。另外，本实施例中对阻挡环100的约束不是必需的，这样做的目的只是为了绝对确保阻挡嵌合机构能在第一时间内建立起轴向阻挡关系。而约束的方式也不限于弹簧压缩一种，还可以是用磁性材料制作第一接合元件50或阻挡环100的全部或局部以造成二者磁性吸合的方式，或者将阻挡环100制成带轴肩的弹性开口环的方式，或者制成带锥形回转面的弹性开口环，或者是径向弹性力作用在阻挡环100的局部锥形回转面上，比如弹簧滚珠以及弹性卡环等的径向压迫方式。关于阻挡环100及其约束方法、阻挡嵌合机构、限位嵌合机构、阻挡环止转机构、它们与其它构件的关系，包括阻挡环100以第二接合元件80为基准环并跟随其轴向移动的方案，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、200720146908.9、200720146910.6、200720146911.0以及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，上述九项专利整体上被本申请所参引，在此不再予以详述。

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，由于阻挡嵌合机构以及限位嵌合机构的基本结构、基本关系、基本参数要求以及基本工作原理和过程完全相同或类似，所以以下实施例中将不再给于重复说明，而只对不同过程或具体结构进行必要解释。

图6示出了阻挡嵌合机构径向上位于轴向自控离合器的工作接合机构之外的一个实施例。该离合器仍具体为牙嵌式安全离合器。其中阻挡环100套装在第一接合元件50的外圆柱面上，并被约束弹簧120和约束卡环122约束在基准端面70上。相对图1所示的实施例一，本实施例残余转矩较大。

本发明的最简结构的实施例参见图7，是一个具有独立装配形式的安全离合器。其中工作接合机构和阻挡嵌合机构的布局方式完全如图1所示。阻挡环100是具有开口断面130的开口弹性环，具有锥形外回转面，借助其与基准圆柱面72间的弹性反力静止并贴紧在基准端面70上。第一接合元件50与第一轴套204刚性一体，调节螺母164将第一接合元件50和弹簧160直接相联。第二接合元件80的所有结构几乎完全如图2所示，唯一区别在于，其上传递转矩的特征曲面由内圆柱面改到了外圆柱面上，即轮齿214的齿面。

图8～图10示出了本发明的实施例四，即牙嵌式自锁差速器。如图8所示，第一接合元件50嵌于主动环230内孔中并被卡环210轴向固定，两个第二接合元件80安装在主动环230的两端，四环的嵌合端面两两相对组成两个传力嵌合机构和两个工作接合机构。两个接合弹簧160从两端分别压住第二接合元件80以保证接合压力的持续存在，该两个弹簧160的外端受到两个弹簧座162的支撑。而两个弹簧座162则分别受到套装在其内孔中的两个第二转轴206的外轴肩的轴向限位。该两个第二转轴206分别以花键联接的方式与两个第二接合元件80内孔周向固定，第二转轴206内孔中加工有传递转矩到输出半轴(未示出)用的花键齿。两个阻挡环100分别以嵌合端面朝向第二接合元件80的形式安装在第一接合元件50的端面圆形凹槽内，以该凹槽内壁为基准端面70，以第一接合元件50为基准环。两个约束弹簧120分别安装在阻挡环100与第二转轴206的外花键齿的内端面之间，将阻挡环100压紧在基准端面70上。主动环230的四个径向凸耳内呈径向地加工有第一接合元件拆卸孔234。整个差速器轴向上具有完全对称的布局和结构，所有构件上的矩形齿、接合齿数量完全同一，并且周向均布，同时，主动环230及第一接合元件50两端的端面齿周向上严格同位。

第二接合元件80的结构如图9所示，其嵌合端面上的三个环形区域内，由外到内依次均布有横截面为倒梯形的从动传力齿92、横截面为梯形的第二接合齿82及附属阻挡齿142。径向上，上述三齿连成完整的一体，图9(a)和图9(b)给出了三者的径向关系，图9(c)给出了三者之间的齿面关系。从动传力齿齿顶面94，第二接合齿齿顶面84很容易一次准确成型；为结构简单和利于加工，从动传力齿齿根面96，第二接合齿齿根面86，附属阻挡齿齿根面146三者共面；在以从动传力齿齿侧面98的径向延伸面为界切削掉第二接合齿82及附属阻挡齿142的部分齿体后，第二接合齿齿侧面88得以部分保留，附属阻挡齿142一分为二，各保有一个阻挡工作面148，其齿顶面144不复存在，其齿侧面150与从动传力齿齿侧面98共面。这里，所有附属阻挡齿142的阻挡工作面148均为升角为λ的螺旋面，|δ|<λ≤ρ。对应地，主动传力齿232的齿形完全同一于从动传力齿92，第二接合齿82为鼓腰梯形，参见图10(d)和图10(e)。

阻挡环100的基本结构如图3所示，不再重复说明。

由上述说明可见，本实施例中分离保持机构的布局完全同于图1所示实施例。本实施例实际上是两个对称布置的牙嵌式安全离合器与两个对称布置的带有倒梯形传力齿的牙嵌离合器的综合，所以，其单侧的分离保持机构，也就是阻挡嵌合机构与限位嵌合机构的结构特征和工作过程，均完全同于图1所示实施例，唯一区别在于，本实施例中的整个自控离合器的齿顶阻挡角Θ为Θ＝θ_c+θ_f+γ+η。因此，这里不再重复说明。关于主动环230与第二接合元件80外圈的从动传力齿圈所组成的传力嵌合机构，以及整个牙嵌式差速器的工作过程，均为公知技术，且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也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。相关过程可参看图10。

图11～图12示出了本发明的实施例五，该例中，轴向自控离合器具体为最典型的弹簧钢球安全离合器。如图11所示，第一接合元件50由钢球毂90的一端套装在第二轴套206无螺纹端的外圆柱面上，并被卡环210轴向固定。第二轴套206与钢球毂90制成刚性一体。阻挡环100置于第一接合元件50嵌合端的圆形凹槽内。约束弹簧120安装在阻挡环100与钢球毂90之间，迫使阻挡环100贴紧圆形凹槽的端壁，即基准端面70，令后者静止于其上。钢球60放置在钢球毂90上周向均布的轴向通孔中，在其部分球体于一个方向上嵌入第一接合元件50相应端面上的凹槽的同时，仍有部分球体于另一个方向上顶在第二接合元件80的端面上。第二接合元件80由钢球毂90的另一端套在第二轴套206螺纹端的外圆柱面上。附属于其上的附属阻挡齿142穿过钢球毂90上的轴向避让通孔，与阻挡环100组成阻挡嵌合机构。弹簧160安装在第二接合元件80与调节螺母164之间。调节螺母164以螺纹形式联结在第二轴套206的外螺纹上。锥形衬套208用于固定联接第二轴套206与第二转轴，由螺栓220和螺纹孔222对其轴向施力。止转柱销联动环180上周向均布有三个止转柱销182，由第一接合元件50外端分别嵌入其上的三个止转柱销安装通孔188中，止转柱销182的销顶面接近但不接触到阻挡环100，由安置在止转柱销联动环180与第一接合元件50之间的复位弹簧186保证。

第二接合元件80以其整体作为附属阻挡齿142的环状基体的形式充当附属阻挡环的属主环，如图12所示。三个附属阻挡齿142均布在第二接合元件80的内孔处的同一端面上，每个齿顶都对称地形成有两个升角为λ的螺旋面型的阻挡工作面148，|δ|<λ≤ρ。

本实施例中，双向分离保持机构，也就是阻挡嵌合机构与限位嵌合机构刚性一体的控制嵌合机构，径向上位于第一接合元件50、钢球60、钢球毂90以及第二接合元件80组成的工作接合机构之内。形式上完全同于图1所示实施例。分离保持机构的结构特征及工作过程，以及阻挡环止转机构的结构特征、周向相对关系、工作过程以及实施条件等，均完全同于图1所示实施例，唯一区别在于，本实施例中的整个自控离合器的齿顶阻挡角Θ为 $\mathrm{\&Theta;}={\mathrm{\&theta;}}_c^{\&prime;}+{\mathrm{\&theta;}}_f^{\&prime;}+\mathrm{\&eta;}$ 。因此，这里不再重复说明。相关参数和名词如下：

钢球当量齿顶面：离合器中，钢球60与第一接合元件50端面上的钢球凹槽表面之间所形成一个摩擦副，该摩擦副的摩擦系数必对应一个固定的摩擦角，如果以该摩擦角的二倍角为圆锥角，以钢球球心为圆锥顶点，则轴线平行于离合器回转轴线的该圆锥面所包含的钢球表面即定义为钢球当量齿顶面。只有在第一接合元件50与所述钢球之间的轴向对顶接触的发生位置落在该当量齿顶面内时，二者间的摩擦副方可确保处于自锁状态。

：在安全离合器回转圆周内，钢球60球心所在回转圆柱面与第一接合元件50的接合端面上两相邻钢球凹槽上边沿之间的交点所对应的圆周夹角。

：在安全离合器回转圆周内，钢球60球心所在回转圆柱面与钢球当量齿顶面边界之间的交点所对应的圆周夹角；

采用当量齿顶面的概念后，本实施例中的Θ实质上与上述实施例是一致同一的。

图13～图16所示出的是本发明的实施例六。该例中，轴向自控离合器具体为一个轮—轴传动形式的单向超越离合器，其分离保持机构中的限位嵌合机构与阻挡嵌合机构周向固定，是一个销槽式径向嵌合机构。其中，第一接合元件50是阻挡环100的基准环，第二接合元件80是附属阻挡环的属主环，第二轴套206是附属限位环的属主环。第一接合元件50套装在第二轴套206的光滑段上，二者间的轴承216单向限制住第一接合元件50，该轴承又被卡环210a单向限制在第二轴套206上。第二接合元件80套装在第二轴套206的花键齿段上，二者间由花键齿周向固定。第一接合元件50与第二接合元件80组成工作接合机构。接合弹簧160安装在第二接合元件80的非嵌合端面与弹簧座162之间。弹簧座162则被卡环210b轴向限定在第二轴套206的外端侧。阻挡环100径向上位于工作接合机构之内，其滑动端面124紧贴第一接合元件50的基准端面70，与附属阻挡环组成阻挡嵌合机构，与镶嵌在第二轴套206上的限位销134组成限位嵌合机构。波形约束弹簧120置于阻挡环100与第二轴套206外花键齿的端面之间。

第二接合元件80如图14所示，除了第二接合齿82为横截面呈锯齿形的径向齿，附属阻挡齿142周向上正好成与一个第二接合齿82径向上连成一体，以及其齿顶面就是阻挡工作面148，就是升角λ＝0的第二接合齿齿顶面84以外，其余结构特点或特征，包括对第一接合元件50的说明，均完全同于图2所示，这里不再重复。

在图15所示的阻挡环100中，阻挡齿102一体均布在环状基体112的外环面上，限位凹槽136一体均布在环状基体112的内环面上。轴向上，阻挡齿102明显高于环状基体112。阻挡齿齿顶面104就是阻挡工作面108，阻挡齿齿侧面110a、110b所形成的齿槽能容纳附属阻挡齿142，其间周向自由度大于零。阻挡齿102的顶端为阻挡环的嵌合端，其底端面即为阻挡环100的周向滑动端面124。

如图16(a)、(b)和(e)所示，第一接合元件50与第二接合元件80组成既是传力嵌合机构又是工作接合机构的单向工作接合机构，阻挡环100与附属阻挡环组成单向阻挡嵌合机构，该二嵌合机构的周向自由度可以为零。第二轴套206上的限位销134与阻挡环100的限位凹槽136组成限位嵌合机构(图中虚线部分)，该机构的周向自由度X大于阻挡嵌合机构的入口裕度K，即，X>K，其中(相关符号表示对应点间的圆周角)。以这样的效果来确定限位嵌合机构与阻挡嵌合机构周向相对位置及各自构件的周向尺寸，即，在阻挡嵌合机构的嵌合状态下，限位销134必须能够接触到限位凹槽136的限位工作面138b。另外，轴向嵌合状态下，D_t<AG<D_c(横线符号表示轴向距离，下同)，其中，D_t代表工作接合机构在非设计的分离超越方向上的起始分离高度，其在设计的分离超越方向上的起始分离高度恒为零，D_c代表工作接合机构的全齿接合深度，AG代表阻挡嵌合机构的最小阻挡高度。阻挡工况下各机构的相互关系如图16(c)、(d)所示。

下面参照图13和图16对本实施例的分离阻挡和嵌合复位作简单说明。

在嵌合状态下，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，即，出现图16(c)、(d)中箭头所示的相对转动时，超越离合器便开始分离超越，第二接合齿82和第一接合齿52之间将克服压合弹簧160的接合弹力而沿二者的分离齿面58a和88a相互滑转爬升，直至二者的轴向分离距离达到D_c。由于有参数AG<D_c的制约，以及阻挡环100被约束弹簧120相对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阻挡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148就已经跃上阻挡齿阻挡工作面108并建立起轴向阻挡关系。在该阻挡工况中，第二接合元件80相对第一接合元件50和阻挡环100的转动为跳跃式滑转，其跳跃或碰撞的幅度为D_c与AG之间的差值。如图16(c)、(d)所示，当与第二接合元件80周向固定的限位销134抵触到限位凹槽136的限位工作面138a时，阻挡环100便被限位销134驱动着相对第一接合元件50同步滑转，阻挡环100与附属阻挡齿142也随即处于相对静止状态，阻挡嵌合机构的阻挡工况得以稳定。

相对于现有技术，以上分离阻挡过程简单可靠，阻挡环100被动地静止在其基准环第一接合元件50上，建立起阻挡关系之前，不需要该环在周向或轴向上做任何的事情，不存在任何的运动响应、空行程以及驱动摩擦力等问题，一切分离动作，均由与附属阻挡环刚性一体的第二接合元件80这个导致分离阻挡动作的原动件自己来执行，这将特别有利于阻挡关系的建立，更明显优于现有技术。而且，将阻挡环100布置在工作接合机构径向之内，也降低了残余转矩和磨损消耗。另外，由于参数λ＝0以及AG<D_c的限制，阻挡嵌合机构中双方阻挡齿齿顶间的相对转动只能是跳跃式滑转，齿顶间不可能自锁，因此，无论正向还是反向超越，没有限位嵌合机构的作用，阻挡环100绝不可能自动跟随第二接合元件80一体转动，而只能是静止在第一接合元件50的基准端面70上。

因此，完全同于图1所示实施例，本实施例的嵌合复位非常简单和自然，反向超越转动即可。即，只要令第二接合元件80相对于第一接合元件50作与图16(c)和16(d)中箭头反向的相对转动，附属阻挡齿142就能滑离阻挡齿阻挡工作面108，与第二接合齿82一起同步嵌合复位。而在附属阻挡齿阻挡工作面148的前点A点还未滑离阻挡齿阻挡工作面108的前点G点之前，第二接合齿82已经周向错过了第一接合齿齿槽口的情况下，嵌合复位就需要转过一个齿方可完成，但绝不会出现卡死或崩齿现象。因为有D_t<AG，也就是起始分离高度的限制，所以，两接合齿52和82必然反向超越分离。同时，限位销134抵触到限位凹槽136的限位工作面138b时，附属阻挡齿齿顶面148的后点B并没有错过阻挡齿齿槽入口的H点，整个齿顶面148仍处于阻挡齿齿槽入口的上方。由上述说明可见，相对现有技术，本实施例之嵌合复位过程，机理简单，过程可靠，除了需要弹簧160提供接合压力之外，与该弹簧的尺寸、具体性能参数以及稳定与否没有任何关系。彻底消除了接合弹簧160对阻挡嵌合机构嵌合复位过程的影响，令变换接合压力以及调节弹簧尺寸成为可能。自然地，弹簧160的制造精度、成本及离合器装配要求将大为降低，使用寿命明显提高。

本实施例也可变形为如图1所示的双向安全离合器。其中，具有双向阻挡功能的阻挡嵌合机构与本实施例的阻挡嵌合机构的工作原理、基本结构和参数要求几乎完全一样。区别仅在于，双向阻挡嵌合机构中的入口裕度K必须大于自控离合器的齿顶阻挡角Θ，即Θ＝θ_c+θ_f+η。以及，以这样的效果来确定限位嵌合机构与阻挡嵌合机构周向相对位置及各自构件的周向尺寸，即，限位嵌合机构不得妨碍阻挡嵌合机构在两个方向上建立阻挡关系，而以两机构可同时居中嵌合的定位为最佳。在双向阻挡机构的嵌合复位过程中，K>Θ参数限制足以保证反向超越时嵌合复位的成功，而不会进入反向分离阻挡工况。双向阻挡嵌合机构中，附属阻挡齿142周向上最好由两个第二接合齿82的径向延伸部分分体组成，齿体中部呈不连续状，参见图2。

实质上就是两个图1所示实施例的轴向对称联合，即两个第一接合元件50以非嵌合端面为对称面的刚性一体，并制作成如图17所示的形式。相比于图2，第二接合元件80的变化仅在于其花键齿移向了嵌合端。

图17给出的是本发明的实施例七，其中，轴向自控离合器具体为一个轮—轴传动形式的双联安全离合器。其中，第一接合元件50是阻挡环100的基准环，其内孔面即为基准圆柱面72，第二接合元件80是附属阻挡环的属主环。第一接合元件50和阻挡环100各自两端的端面径向齿分别以各自的轴对称面严格对称。两第二接合元件80均通过花键齿与第二轴套206周向固定，并分别与第一接合元件50组成工作接合机构。两组碟形弹簧160分别由两端压住第二接合元件80，并被第二轴套206一端的轴肩以及另一端的调节螺母164支撑和调节。阻挡环100径向上位于工作接合机构之内，轴向上位于两第二接合元件80之间，与附属阻挡环分别组成一阻挡嵌合机构。两工作接合机构以及两阻挡嵌合机构同步地处于嵌合状态或过载分离状态。第一接合元件50上形成有若干螺栓孔74。阻挡环100的内孔轴肩128用于确保过载时第一接合元件50的同轴度，其作用也可通过加高阻挡环100上的凸起114，令其始终嵌于第二接合元件80环状槽中的方式实现。棘爪杆136和棘爪复位弹簧138布置在基准圆柱面72上的轴向对称面上的径向孔中。阻挡环100外圆柱面的正中凹槽中形成有一周棘齿134，嵌于其间的棘爪杆136将阻挡环100约束在基准圆柱面72上。该棘轮棘爪机构仅允许阻挡环100在基准圆柱面72上沿过载方向继续转动，反向则被截止。以这样的效果来确定棘齿134的齿数及周向位置，即，阻挡环100被棘爪杆136止转时，其停留的位置应保证工作接合机构可以嵌合复位。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。与接合齿齿数相同并同样均布就是一个好的选择。

除了花键齿部分轴向上偏向嵌合端以外，第二接合元件80完全如图2所示。阻挡环100如图17(b)、(c)所示，相比图3，除了形成有棘齿，阻挡齿102形成在环状机体的两端面上以外，两者具有完全相同的结构特点和特征尺寸。虽然阻挡环100没有了基准端面的支撑，但由于两端工作接合机构动作的同步性，作用于其上的轴向力必然是成对出现的，所以阻挡环100仍然具有稳定的轴向位置。因此，本实施例中，两端工作接合机构、阻挡和限位嵌合机构各自和之间的轴向和周向几何形位关系，完全同于图1所示实施例，这里不再重复说明。但必须强调的是，由于没有来自基准端面的摩擦阻力，本实施例中的δ和ρ在数值上小于图1实施例中的δ和ρ。

本实施例中的工作和过载分离过程完全同于图1实施例，这里不再重复说明。需要指出的是，在过载后的反转法嵌合复位过程中，不再是利用相对转动过程中阻挡工作面升角的变换，而是利用棘轮机构的单向性来强制破坏工作面的自锁关系的。自然地，本实施例中也可以如图1实施例那样使用止转法人为地控制离合器的嵌合复位过程。即，将止转柱销182径向外端的轴肩上套以弹簧，可滑动地嵌在第一接合元件50的螺栓孔74之间的径向通孔中，其销顶面接近但不抵触到阻挡环100。在阻挡环100外圆柱面的对应位置设置止转凹槽126，在第一接合元件50的对应外圆柱面上安置止转柱销联动环180，该环的内圆柱面为一凹槽型凸轮面，该凸轮面与止转柱销182的径向外端配合并被该柱销轴向限位，当周向制动止转柱销联动环180，也就是该凸轮相对第一接合元件50转动时，可将止转柱销182径向压入阻挡环100的止转凹槽126中，从而将阻挡环100周向停止在令其丧失轴向阻挡能力的相对位置上。而撤除上述周向制动，离心力和径向弹簧力将迫使止转柱销182再次回到凸轮面的最大外径处，从而令其销顶脱出止转凹槽126。为提高可靠性，还可将阻挡环100制成弹性开口环形式以形成自约束。明显地，采用止转法后，本实施例的阻挡嵌合机构可具有双向阻挡能力。

关于止转法的工作机理，相关的径向通孔及止转凹槽126的周向位置关系，以及阻挡齿齿顶中部限位凸起的齿侧面118的升角β的取值范围，完全同于图1实施例中的说明，这里不再重复。

非常明显，相比图1所示单联双向安全离合器，本实施例的分离保持机构由于没有端面滑动摩擦阻力矩，仅有棘轮机构的摩擦阻力矩，其过载后的残余转矩将非常小。如果阻挡环100呈开口弹性环的自约束形式，并且嵌合复位又采用止转法，那么残余转矩系数将更近似为零，过载后可不必停机，这一特性对不许停机又需传递高转速大转矩的传动轴系非常重要，比如风力发电中。另外，由于接合齿截面呈梯形的缘故，因此，即便个体之间存在周向上的形位误差，也只是造成传力状态下某一工作接合机构轴向上存在轻微分离，两工作接合机构所承受的转矩不再严格对等而已，比如49.9％对50.1％，而对整体工作性能、效果和可靠性几乎不会产生任何的影响。

图18示出的是本发明的实施例八，即，轴向自控离合器具体为一个轮—轴传动形式的双联的弹簧钢球安全离合器。其实质上就是按照图17实施例的双联原理，将两个图11所示实施例的弹簧钢球安全离合器的核心结构双联的结果。转矩传递、过载后的分离阻挡同于图11所示实施例，嵌合复位同于图17所示实施例，不再重复说明。结构上，第二轴套206a和206b之间按凸缘联轴器的模式轴向对中接合和固定，紧固螺钉228同时还将第一接合元件50和阻挡环100等一起固定住。第一接合元件50和阻挡环100各自两端的端面钢球凹槽或径向齿分别以各自的轴对称面严格对称，传递转矩的轮齿214直接形成在第一接合元件50的外圆柱面上。紧固锥形衬套208的螺栓220同时贯穿在轴向贯通的光孔中，以同时压迫两端的锥形衬套208，并令工作轴与紧固螺钉228共同成为接合弹簧160轴向支撑的最终根基。其它构件与图11或图17所示实施例完全相同，不再重复说明。

容易理解，弹簧160和弹簧座162不是向工作接合机构提供嵌合力的唯一选择，取消上述二者而以磁性材料制成第一接合元件或第二接合元件的方案就是一种替代选择，当然，还可采用电磁离合器的电磁力方案。

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)

1.一种轴向自控离合器的分离保持机构，包括第一接合元件、第二接合元件、弹簧以及弹簧支座，且均基于同一回转轴心线布置；在所述弹簧的作用下，第一接合元件与第二接合元件轴向相对组成工作接合机构，两者同步转动时，其间轴向距离达到最小，并处于稳定接合状态，两者异步转动时，其间轴向距离可达到最大，并处于分离状态；其特征在于：

(a)包括有阻止分离状态下的所述工作接合机构轴向接合的阻挡嵌合机构，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，大于所述工作接合机构在两个转动方向上的起始分离高度，小于所述工作接合机构的全齿接合深度；

(b)包括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；所述附属限位环与其属主环形成为一体，且所述附属限位环与所述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所述的轴向自控离合器的分离保持机构，其特征在于：所述阻挡嵌合机构轴向上位于所述工作接合机构之内；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接合机构的任一一方接合元件；所述阻挡环受基准环基准端面的单向支撑，其滑动端面与该基准端面构成周向自由滑动摩擦副；所述基准环是所述工作接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或2所述的轴向自控离合器的分离保持机构，其特征在于：

(a)所述工作接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；

(b)所述阻挡齿和附属阻挡齿二者齿顶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；

(c)所述阻挡嵌合机构的入口裕度大于自控离合器的齿顶阻挡角。

4.按权利要求1或2所述的轴向自控离合器的分离保持机构，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，大于所述工作接合机构的全齿接合深度。

5.按权利要求4所述的轴向自控离合器的分离保持机构，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。

6.一种双联式轴向自控离合器的分离保持机构，其特征在于：

具有两个第一接合元件，两者以接合端面朝向互反的形式与第一转轴周向固定；

具有两个第二接合元件，该两个元件均与第二转轴周向固定轴向滑动，并分别各与一个所述第一接合元件轴向接合，在同一轴线上组成两个具有传递转矩和过载分离双重功能的工作接合机构，该两工作接合机构具有完全相同的稳定工作状况；第一转轴与第二转轴同步转动时，所述两接合机构均处于接合状态，各自的组成双方的轴向间距达到最小，第一转轴与第二转轴异步转动时，所述两接合机构均处于分离状态，各自的组成双方的轴向间距达到最大；

至少具有一个弹簧，分别作用在所述两个第二接合元件的非接合端面上，为所述两个工作接合机构提供轴向接合力；

至少具有一个弹簧支座，以最终形成对所述弹簧的轴向限制和支撑；

布置有阻止轴向分离过载状态下的两个所述工作接合机构轴向接合的两个阻挡嵌合机构，由两个阻挡环与两个附属阻挡环轴向分别嵌合而成，该两个阻挡嵌合机构的所有组成构件上都布置有具有轴向阻挡作用的径向型阻挡齿；所述两个阻挡嵌合机构的最小阻挡高度，分别大于各自对应的工作接合机构的在两个转动方向上的起始分离高度，分别小于各自对应的工作接合机构的全齿嵌合深度；以及

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，由阻挡环和至少一个附属限位环组成；所述附属限位环与其属主环形成为一体，且所述附属限位环和与其轴向对应的所述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。

7.按权利要求6所述的双联式轴向自控离合器的分离保持机构，其特征在于：所述的两个阻挡环轴向上形成为一体，二者各自的阻挡齿以齿顶朝向互反的形式分别形成在同一环形基体上，所述两个附属阻挡环分别各与一个第二接合元件形成一体。

8.按权利要求6所述的双联式轴向自控离合器的分离保持机构，其特征在于：所述两个阻挡环的阻挡齿以齿顶朝向相互背离的方式分别形成在各自独立的环形基体上；所述两个阻挡环之间的周向相对位置受到周向联动机构的约束，该机构是一个始终处于嵌合状态的位于二者之间的轴向嵌合机构；所述的两个附属阻挡环分别各与一个第二接合元件形成为一体。

9.按权利要求6～8任一项所述的双联式轴向自控离合器的分离保持机构，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，大于其轴向对应的所述工作接合机构的全齿接合深度。

10.按权利要求9所述的双联式轴向自控离合器的分离保持机构，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。

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