CN101629605A - 双闭锁超越离合器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超越离合器，该超越离合器具有承载能力大，迅速开闭锁，不打滑的特点。该超越离合器的特征在于该超越离合器是由1、2两级超越自锁机构及预紧机构组成。1级超越自锁机构开、闭锁迅速，但承载能力不强，2级超越自锁机构开、闭锁迟缓但承载能力强。当动力输入轴沿自锁方向旋转时，开、闭锁灵活的1级超越自锁机构立即进入了自锁，并带动2级超越自锁机构进入自锁状态，2级超越自锁机构进入自锁后，由于和外部的传动机构相连，将承担绝大部分的承载扭矩。预紧机构主要保证1、2级超越自锁机构始终处在紧配合中，没有传动间隙。

Description

双闭锁超越离合器

技术领域

本发明涉及一种超越离合器。

背景技术

超越离合器是一种应用广泛的、实现扭矩单向传递的传动元件，超越离合器的承载能力、进入和打开自锁的灵敏度是衡量一个超越离合器性能好坏的标准，如在超越离合器的一个重要应用-脉动无级变速器中，超越离合器既要承载能力大，又要开闭锁灵活，不打滑，以实现稳定的动力输出。目前已商用并标准化的各种超越离合器中，应用在脉动无级变速器中主要有楔块式和滚柱式超越离合器两种。楔块式超越离合器是目前商用超越离合器中承载能力最强的，由于其自身设计上的特点(如受力面是线接触，自锁协同受力单元众多，为保证所有受力单元紧配合预紧力也比较大等)，楔块式超越离合器开、闭锁消耗功率较大，加工精度要求高，加工成本大，超越旋转时预紧力产生的摩擦力矩也比较大，传递效率低，在刚性或柔性冲击工作环境下的寿命不长，因此少量应用在脉动无级变速器中；滚柱式超越离合器较多应用在脉动无级变速器中，但由于其承载能力低的特点主要应用在一些轻载的脉动无级变速器中。目前一些仍在研究的面接触式的超越离合器，则在进入自锁时需要通过预紧力排出接触面的润滑剂，因此进入自锁慢，伴随打滑，很难保证稳定的动态传输比和承载扭矩，因此很难走出实验室进入商用化阶段。

发明内容

本发明提供一种超越离合器，该超越离合器具有承载能力大，迅速开、闭锁，不打滑的特点。

一种超越离合器，其特征在于该超越离合器是由1、2两级超越自锁机构及预紧机构组成。1级超越自锁机构开、闭锁迅速，但承载能力不强，2级超越自锁机构开、闭锁迟缓但承载能力强。当传动轴自锁方向旋转时，开、闭锁灵活的1级超越自锁机构立即进入了自锁，并带动2级超越自锁机构进入自锁状态，2级超越自锁机构进入自锁后，由于和外部的传动机构相连，将承担绝大部分的承载扭矩。预紧机构主要保证1、2级超越自锁机构始终处在紧配合中，没有传动间隙。

第1级或者第2级超越自锁机构在空间和数量上可以有灵活的搭配方式，如两个1级超越自锁机构配一个2级超越自锁机构，或一个1级超越自锁机构配两个2级超越自锁机构等。

第1级或者第2级超越自锁机构不应被理解为局限于是某种超越离合器，同样可以是某种异形超越离合器或其他具有类似功能的机构，如逆止器、棘轮棘爪机构等。

第2级自锁机构可采用自锁环结构的超越离合器，自锁环可采用钢带或多节链环等多种形式包住动力输入轴，同时自锁环与动力输出轴直接或间接连接，并形成一个力学关系，具有如下特点：当动力输入轴沿自锁方向旋转时，自锁环抱轴力产生的摩擦力矩在该力学关系中始终大于等于动力输入轴的力矩，即自锁环及动力输出轴不会相对于动力输入轴打滑，这就是该超越离合器的自锁状态；当动力输入轴逆着自锁方向旋转时，自锁环的抱轴力在该力学关系中减小到远远小于动力输入轴扭矩甚至为零(自锁环打开不抱轴)，即动力输出轴及自锁环相对动力输入轴滑动，这就是超越离合器的超越状态。在该结构下，可通过将自锁环与传动轴的接触面设计成V形面(类似V形传动带)增大当量摩擦系数；也可以增大自锁环的包角(如两周)来增大摩擦力，以优化自锁环的自锁受力模型，自锁环可以采用钢带或多节金属链环等形式。

超越离合器及其各级超越自锁机构可以通过增加滑动轴承或滚动轴承等保证动力输入轴和输出轴之间的同心度，并保证各个机构正确动作。

附图说明

图1为该超越离合器一种整体实现方案的原理示意图。

图2为自锁环结构的超越离合器的原理示意图。

图3为通过V形槽来增大自锁环与传动轴之间摩擦力的原理示意图。

具体实施方式

下面对照附图，对本发明的一种实现方案进行描述。

图1为一种实现方案的原理图，2级超越自锁机构采用了自锁环结构的超越离合器，图1中：

3为动力输入轴；1为第1级超越自锁机构，具有开闭锁迅速灵活的特点，可以是但不限于是某种超越离合器，如滚柱式超越离合器；2为第2级超越自锁机构，采用了自锁环结构的超越离合器，具有承载能力大，进入自锁慢的特点，自锁原理可参照图2；5为第2级超越自锁机构的自锁环，第2级超越自锁机构通过自锁环5实现对动力输入轴3的自锁；4为一连接机构，分别连接到超越自锁机构1的D点和自锁环5的C点上，用来实现第1级超越自锁机构和第2级超越自锁机构的联动；超越自锁机构2通过A点与动力输出轴固联，与动力输入轴3自锁时可以通过该点将动力输出到输出轴，图中A点连接到固定点的画法表示的是当动力输出轴固定时的情形，这种装配情况主要发生在测试该超越离合器静态最大承载扭矩时，力学分析时以输出轴为基点建立坐标系也可以这样画，因为A点相对基准坐标系固定；当轴3沿图1中ω方向旋转时，超越自锁机构1进入与轴3的自锁，同轴3一同旋转，超越自锁机构1通过连接机构4收紧超越自锁机构2的自锁环5，使超越自锁机构2迅速进入与轴3的自锁状态，超越自锁机构2进入与轴3的自锁状态后将轴3传入的扭矩通过A点传输到动力输出轴，实现扭矩的传递；这时如果轴3沿图中ω反向旋转时，超越自锁机构2由于通过A点固联到输出轴，自锁打开，而超越自锁机构1连接到超越自锁机构2的自锁环5上，同时打开自锁，超越自锁机构1、2的自锁打开并无先后顺序要求。图1中7为预紧机构，在超越自锁机构1、2未进入自锁状态时起作用，用来保证超越自锁机构1，2之间始终处在紧配合中，预紧机构7一端通过E点连接在输出轴上(其固定点的画法和原理与A点类似)，一端连接到超越自锁机构1上D点或D点附近，预紧机构7给超越自锁机构1一个沿ω方向的力矩，使超越自锁机构1和连接机构4之间、连接机构4和自锁环5之间、超越自锁机构2的内部之间处于一个沿自锁方向ω压紧的状态，在进入自锁时最大程度的减小传动间隙，迅速进入自锁。由于使超越自锁机构2进入自锁的主要力矩来自于超越自锁机构1的自锁力矩，因此预紧机构7的力矩并不需要给的很大。

图2为该超越离合器第二级超越自锁机构的实现原理图，自锁原理说明如下：

图2中标识如果与图1中标识名字相同，则为同一指代。3为动力输入轴，5为第2级超越自锁机构的自锁环，7为动力输出轴，6为自锁杠杆，自锁杠杆6分别连接到自锁环5的两端B点和C点，同时连接到动力输出轴的A点，C’表示的是图1中连接机构4与第2级超越自锁机构的连接点，C’可以如图位于自锁环5上C点附近，但是同样也可以位于自锁杠杆6上或可起到类似作用的其他位置。F1是自锁杠杆6在A点受到动力输出轴给予的反作用力，F2是自锁环5在B点作用于自锁杠杆6的力，F3是自锁环5在C点作用于自锁杠杆6的力，F4是图1中连接机构4作用于自锁环5的力。

首先我们可以做一个稳态分析，假设动力输入轴沿ω方向旋转，排油间隙油已经排干净：

根据欧拉公式，考察自锁环5的摩擦受力情况得：

F2≤(F3+F4)·e^μα    (1)

其中：e为自然数，μ为自锁环5与轴3之间的摩擦系数，α为自锁环5对轴3的包角，单位为弧度，图2中约等于2π。

根据杠杆原理，考虑自锁杠杆6的受力情况：

$F3=\frac{F2\·X}{Y}---\left(2\right)$

将(2)式带入(1)式得：

$F2\·(\frac{X}{Y}-\frac{1}{e^{\mathrm{\μ\α}}})\≥-F4---\left(3\right)$

因此当条件满足下式：

$(\frac{X}{Y}-\frac{1}{e^{\mathrm{\μ\α}}})\≥0$

即：

$\frac{Y}{X}\≤e^{\mathrm{\μ\α}}---\left(4\right)$

根据式(3)，F4小于等于0，自锁环5摩擦力矩始终大于输入力矩(输入力矩可近似看作F2、F3差值引起的)，该自锁环式超越离合器进入自锁状态，公式(4)就是该超越离合器的自锁条件。当然F4不会小于0，因为F4是由第一级超越自锁机构提供的单向力矩产生的力。另外考虑到弹性变形，受力情况会比较复杂，通过设计中的优化，就会得到理想的效果。

再来分析一下进入自锁前的瞬态过程，如图2，当动力输入轴3沿ω方向旋转时，第1级自锁机构迅速进入自锁，然后通过连接机构4带动自锁环5收紧图2中的排油间隙，由于有排油间隙中油膜的存在，F2和F3基本相等，无力矩输出，当排油间隙中的油膜被挤出后，过渡到稳态过程，F2和F3之间产生力差，该级自锁机构进入自锁状态。

在实际设计的时候，可以在动力输入轴3和动力输出轴7之间加装滑动轴承或滚动轴承等机构保证两轴的同心度，并保证超越自锁机构可以正确动作。

需要说明的是式(4)中的各个参数可以依据具体设计进行优化，如图3所示，图3中自锁环5与动力输入轴3之间的接触面为V形槽，V形槽夹角如图3所示为φ，摩擦系数μ应相应的进行折算：

$\mathrm{\μ}=\frac{{\mathrm{\μ}}^{\′}}{\sin \left(\frac{\mathrm{\φ}}{2}\right)}---\left(5\right)$

式(5)中，μ′为标准摩擦系数，如钢对钢为0.12左右，得到μ后代入式(4)中就可以计算出自锁条件是否满足，V形槽可以如图3中为1条，也可以根据需要有多条。

式(4)中包角α可以增大为4π(自锁环5绕轴3两周包住)或其他等，同样也可以增大摩擦力，改善自锁环的受力状况。

Claims (7)

1.一种超越离合器，其特征在于该超越离合器是由1、2两级超越自锁机构及预紧机构组成。1级超越自锁机构开、闭锁迅速，但承载能力不强，2级超越自锁机构开、闭锁迟缓但承载能力强。当动力输入轴沿自锁方向旋转时，开、闭锁灵活的1级超越自锁机构立即进入了自锁，并带动2级超越自锁机构进入自锁状态，2级超越自锁机构进入自锁后，由于和外部的传动机构相连，将承担绝大部分的承载扭矩。预紧机构主要保证1、2级超越自锁机构始终处在紧配合中，没有传动间隙。

2.在权利要求1中第2级超越自锁机构可采用自锁环结构的超越离合器，自锁环可采用钢带或多节链环等多种形式包住动力输入轴，同时自锁环与动力输出轴直接或间接连接，并形成一个力学关系，具有如下特点：当动力输入轴沿自锁方向旋转时，自锁环抱轴力产生的摩擦力矩在该力学关系中始终大于等于动力输入轴的力矩，即自锁环及动力输出轴不会相对于动力输入轴打滑，这就是该超越离合器的自锁状态；当动力输入轴逆着自锁方向旋转时，自锁环的抱轴力在该力学关系中减小到远远小于动力输入轴扭矩甚至为零(自锁环打开不抱轴)，即动力输出轴及自锁环相对动力输入轴滑动，这就是超越离合器的超越状态。

3.在权利要求2中的自锁环结构的超越离合器，可通过将自锁环与动力输入轴的接触面设计成V形面来增大当量摩擦系数，以优化自锁环的自锁受力模型。

4.在权利要求2中的自锁环结构的超越离合器，可通过增大自锁环的包角(如两周)来增大自锁环抱轴摩擦力，以优化自锁环的自锁受力模型。

5.在权利要求1中的超越离合器及其各级超越自锁机构可以通过增加滑动轴承或滚动轴承等保证动力输入轴和输出轴之间的同心度，并保证各个机构正确动作。

6.在权利要求1中的第1级或者第2级超越自锁机构在空间和数量上可以有灵活的搭配方式，如两个1级超越自锁机构配一个2级超越自锁机构，或一个1级超越自锁机构配两个2级超越自锁机构等。

7.在权利要求1中的第1级或者第2级超越自锁机构不应被理解为局限于是某种超越离合器，同样可以是某种异形超越离合器或其他具有类似功能的机构，如逆止器、棘轮棘爪机构等。

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