CN101956772A

CN101956772A - 轴承式超越离合器结构

Info

Publication number: CN101956772A
Application number: CN2010102933113A
Authority: CN
Inventors: 许水电; 刘茶英; 洪翰威; 乐昌政; 庄政洋
Original assignee: 陈菊花
Current assignee: Chuan Fu Technology (Xiamen) Co., Ltd.
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: CN101956772B; US20120132496A1; CN201925368U; WO2011069330A1

Abstract

本发明公开一种轴承式超越离合器结构，包括外圈和内星轮，在外圈与内星轮之间设有多个滚柱，内星轮的外侧圆柱面上设有多个凹形曲面槽，每个凹形曲面槽分别对应一个滚柱，相邻滚柱之间的间隙s＝0～0.2mm。本发明的主要特点是在相同空间内增加滚柱的数量保证相邻滚柱之间的间隙在0～0.2mm之间；同时在内星轮的外侧圆柱面上设有多个凹形曲面槽，提高了接触强度。在结构上与顶销滚柱式超越离合器相比去除了弹簧顶销机构，与三尺弹簧推隔离环式超越离合器相比去除了三尺弹簧和隔离环。经试验，其结构设计合理，制造工艺简单，制造精度高，工作可靠性强，可承受较大的扭矩和冲击力，可在高速重载的情况下长时间工作。

Description

轴承式超越离合器结构

技术领域

本发明公开一种轴承式超越离合器结构，按国际专利分类表(IPC)划分属于离合器制造技术领域，尤其是涉及一种装载机二轴总成超越离合器的新型结构。

背景技术

超越离合器又称单向离合器或单向轴承，是一种只能从一个转向传递功率的装置。当主动滚道的速度与从动滚道的速度相同时进行传递，而当主动滚道的速度小于从动滚道的速度时，从动滚道能自由转动。

目前的超越离合器主要有滚柱式超越离合器和楔块式超越离合器两种，超越离合器是装载机变速箱总成中一个极其重要的部件。目前，装载机变速箱总成大部分都是采用传统滚柱式超越离合器，滚柱式超越离合器的一般结构主要是由内环凸轮、滚柱、圆柱弹簧、隔离环和压盖等零件组成，当离合器结合时，由于结构限制及同步性原因，有效工作的滚柱数量较少，离合器内环凸轮的工作平面与滚柱为线接触，表面压应力过大而形成弧坑，摩擦角迅速增大，造成离合器打滑而失效。中国专利文献CN 2708031公开了一种超越离合器，包括外环、星轮、滚柱及弹性装置，弹性装置安设于星轮齿侧的孔中，并推动滚柱滑行于星轮，还包括一滑块，与滚柱一体滑行于星轮，并在弹性装置推动下与外环内壁相接合；另外中国专利文献CN 101629606提供了一种多滚柱式超越离合器，它具有至少六个滚柱、内星轮式外圈、保持架和与滚柱个数相同的弹簧片，保持架紧配在内星轮式外圈内，滚柱放置在端环和横梁形成的各窗口中、且处于内星轮式外圈的各内凹弧形楔面部位；弹簧片一端具有弹性卡口、另一端为与滚柱的外圆面相适配的圆弧形端部，弹簧片的弹性卡口扣在保持架的横梁上，圆弧形端部与滚柱配合并推紧滚柱，上面两种滚柱式超越离合器受结构限制，承载能力低和工作时的不同步性是其最为致命的问题。

而楔块式超越离合器在技术上也存在不足之处，如本申请人曾于2003年12月13号申请的名称为“双保持架超越离合器”的申请，申请号为03102580.3，涉及一种双保持架超越离合器，包括具有外滚道的内环和具有内滚道的外环，在内、外滚道之间设有多个异型卡块；设有由内保持架和外保持架所构成的圆环形双保持架，且在内、外保持架上均布有相同数量的保持孔，所述异型卡块被圆环形双保持架的保持孔相对保持于所述环形内外滚道内；该双保持架的内、外保持架之间均布有多个穿孔的弹簧带，多个异型卡块插设于该弹簧带的穿孔中；其特征是：在外保持架上设有多个固定簧片；在内保持架上设有多个摩擦簧片。上述超越离合器虽然保证了工作时的同步性，但是由于楔块的曲率半径小，且保持架与楔块之间的间隙较大，受载时楔块易发生倾斜，使楔块与内外滚道之间是点接触，故承受的扭矩小。

发明内容

针对现有离合器技术的不足，本发明提供了一种既能提高受载能力，又能延长使用寿命的轴承式超越离合器结构。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种轴承式超越离合器结构，包括外圈、内星轮及设置于外圈与内星轮之间的多个滚柱，其中：

内星轮外侧圆柱面上设有多个凹形曲面槽，每个凹形曲面槽分别对应一个滚柱。滚柱的外滚道为外圈的内侧圆柱面，内滚道为内星轮外侧圆柱面上的凹形曲面槽。

进一步，所述的凹形曲面槽均匀等分分布于内星轮外侧圆柱面上，凹形曲面槽的深度L为：

其中d为滚柱直径，(如果深度太浅离合器难以脱开，深度太深凹形曲面槽难以制造)。

进一步，所述的构成凹形曲面槽的凹形曲面的母线与内星轮轴线平行。

进一步，所述凹形曲面槽内的凹形曲面是由对数螺旋线或圆弧构成的曲面。

进一步，所述构成凹形曲面的对数螺旋线的极点或圆弧的圆心与滚柱中心的偏心距e＞0。

进一步，所述外圈的内侧圆柱面与滚柱保持相切。

进一步，所述的相邻滚柱之间的间隙s＝a-2r＝0～0.2mm，其中a为相邻滚柱的中心距，r为滚柱半径，当离合器处于结合状态时，一个滚柱啮合受载，滚柱与滚柱之间通过联动，使全部滚柱同步受载，从而保证了工作时的全同步性。

如图1，当内星轮逆时针转动且速度n2小于或等于外圈的速度n1时，内星轮通过滚柱带动外圈转动，离合器处于结合状态；当内星轮的速度n2大于外圈的速度n1时，离合器处于脱开状态。

本发明的特点在于：轴承式超越离合器在相同的空间内增加了滚柱的数量，使相邻两个滚柱之间的间隙s减小到0～0.2mm，并把原内星轮平面型改为凹形曲面型。此设计的优点如下：

1、提高了离合器的承载能力：本发明轴承式超越离合器去除了现有超越离合器中的弹簧顶销机构或三尺弹簧和隔离环，从而避免了因有效工作的滚柱数量较少而导致弹簧及顶销的失效、滚柱的过度磨损或变形和因隔离环与滚柱之间的间隙较大，受载时滚柱发生倾斜，使滚柱与星轮和外圈保持点接触导致承载能力下降的问题。本发明在相同空间内增加滚柱数量减小滚柱间隙，还把原内星轮平面型改为凹形曲面型，增大了滚柱与内星轮外表面接触点的综合曲率，从而大大提高了接触强度、增大了扭矩容量。

2、实现了离合器的全同步性：相邻滚柱之间的间隙s＝0～0.2mm。当离合器处于结合状态时，一个滚柱啮合受载，滚柱与滚柱之间通过联动，使全部滚柱同步受载，从而保证了工作时的全同步性。

因此，在相同空间上与已有的超越离合器相比，本发明结构设计合理，制造工艺简单，工作可靠性强，同步性好，能承受较大的扭矩和冲击力，可在高速重载的情况下长时间工作。

本发明轴承式超越离合器结构，主要应用于装载机，同时还可以应用于飞机、坦克、军用卡车、重型卡车、越野汽车、轮船、叉车、汽车、摩托车、车床、印刷机械、纺织机械、螺母成型机、弹簧机、生产线的间歇传动机械、矿山机械、扳手等。

附图说明

图1是本发明局部剖面示意图；

图2是轴承式装载机二轴总成超越离合器运动状态分析局部剖面示意图；

图3是轴承式装载机二轴总成超越离合器角度分析局部剖面示意图；

图中各部件标识：

1.外圈，2.内星轮，3.滚柱，20.凹形曲面槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

实施例：请参阅图2，一种轴承式超越离合器在装载机中的应用又称为轴承式装载机二轴总成超越离合器，包括外圈1、内星轮2、滚柱3，在外圈1与内星轮2之间设有24个滚柱3，内星轮2的外侧圆柱面上设有24个凹形曲面槽，一个凹形曲面槽对应一个滚柱3。如图3，凹形曲面槽中的凹形曲面是由对数螺旋线构成的，由于对数螺旋线上任一点处的切线与该点极半径ρ的夹角ψ(即螺线距角)为常数m，滚柱从瞬时啮合到充分传递扭矩，与内滚道的啮合角α保持不变，所以作用于各个滚柱上的力均等。如图2中所示，当内星轮2逆时针转动且其速度n2小于或等于外圈1的速度n1时，此时滚柱啮合，内星轮2通过滚柱3带动外圈1转动，离合器处于结合状态P1，如图2中实线表示；当内星轮2的速度n2大于外圈1的速度n1时，离合器处于脱开状态P2，如图2中虚线表示。

本实施例中，外圈内侧圆柱面的直径为210mm，滚柱直径为24.23mm，滚柱长度为32mm，内星轮与滚柱接触点的外径为162mm，滚柱与内外滚道表面的啮合角为3.75°，滚柱与滚柱之间的间隙为0.02mm，滚柱与星轮曲面接触点的曲率半径为15mm，滚柱与外滚道接触点的曲率半径为105。根据赫兹理论可知滚柱与外圈内表面接触点的综合曲率

滚柱与内星轮外表面接触点的综合曲率

(式中r₂为滚柱半径，R_L为滚柱与内外滚道接触点的曲率半径。)

在相同的空间内(即外圈内侧圆柱面的直径为210mm)，楔块式超越离合器中楔块数量为44个，楔块宽度为20.5mm，楔块与内外滚道接触点的曲率半径为7.85，内圈外表面直径为184.18，楔块与内滚道外表面的啮合角α为3.4°；楔块与外滚道内表面的啮合角β为2.58°；由赫兹理论可知楔块与外滚道内表面接触点的综合曲率

楔块与内滚道外表面接触点的综合曲率

[s_max]＝330kg·mm^-2(s通常取值为310～330kg·mm^-2)

根据公式：

M = 2 Z \cdot Q \cdot R \cdot b \cdot tgβ \cdot \frac{{[s_{\max}]}^{2}}{{86.1}^{2}}

式中：M：整个离合器所传递的扭矩；

Z：滚柱或楔块的数量；

Q：单个滚柱或楔块与滚道表面接触点的综合曲率；

R：滚道半径；

b：单个滚柱或楔块的宽度(以mm为单位)；

β：滚柱或楔块与滚道表面的啮合角。

对于楔块式超越离合器有：

在外滚道上为：

M = 2 Z \cdot Q \cdot R \cdot b \cdot tgβ \cdot \frac{{[s_{\max}]}^{2}}{{86.1}^{2}} = 2 x 44 x 8.48 x 105 x 20.5 x 0.045 x \frac{330^{2}}{{86.1}^{2}}

= 1061832 Kg \cdot mm \approx 10406 (N \cdot m)

在内滚道上为：

M = 2 Z \cdot Q \cdot R \cdot b \cdot tgβ \cdot \frac{{[s_{\max}]}^{2}}{{86.1}^{2}} = 2 x 44 x 7.23 x 92.09 x 20.5 x 0.0594 x \frac{330^{2}}{{86.1}^{2}}

= 1048082 Kg \cdot mm \approx 10271 (N \cdot m)

对于轴承式装载机二轴总成超越离合器有：

在外滚道上为：

M = 2 Z \cdot Q \cdot R \cdot b \cdot tgβ \cdot \frac{{[s_{\max}]}^{2}}{{86.1}^{2}} = 2 x 24 x 13.7 x 105 x 32 x 0.065 x \frac{330^{2}}{{86.1}^{2}}

= 2109774 Kg \cdot mm \approx 20676 (N \cdot m)

在内滚道上为：

M = 2 Z \cdot Q \cdot R \cdot b \cdot tgβ \cdot \frac{{[s_{\max}]}^{2}}{{86.1}^{2}} = 2 x 24 x 63 x 81 x 32 x 0.065 x \frac{330^{2}}{{86.1}^{2}}

= 7484309 Kg \cdot mm \approx 73346 (N \cdot m)

通过以上计算对比可得到：轴承式装载机二轴总成超越离合器所传递的扭矩远大于楔块式超越离合器所传递的扭矩。

该轴承式装载机二轴总成超越离合器中滚柱与滚柱之间的间隙很小，只有0.02mm，当离合器处于结合状态时，一个滚柱啮合受载，滚柱与滚柱之间通过联动，使全部滚柱同步受载，从而保证了工作时的全同步性。

以上所记载，仅为利用本创作技术内容的实施例，任何熟悉本项技艺者运用本创作所做的修饰、变化，皆属本创作主张的专利范围，而不限于实施例所揭示者。

Claims

1.一种轴承式超越离合器结构，其特征在于：包括外圈、内星轮及设置于外圈与内星轮之间的多个滚柱，其中：

内星轮，其外侧圆柱面上设有多个凹形曲面槽，每个凹形曲面槽分别对应一个滚柱，滚柱的外滚道为外圈的内侧圆柱面，内滚道为内星轮外侧圆柱面上的凹形曲面槽。

2.根据权利要求1所述的轴承式超越离合器结构，其特征在于：所述的轴承式超越离合器中相邻滚柱之间的间隙s＝a-2r＝0～0.2mm，

其中a为相邻滚柱的中心距，r为滚柱半径；

当离合器处于结合状态时，一个滚柱啮合受载，滚柱与滚柱之间通过联动，使全部滚柱同步受载，从而保证了工作时的全同步性。

3.根据权利要求1所述的轴承式超越离合器结构，其特征在于：所述的凹形曲面槽均匀等分分布于内星轮外侧圆柱面上，凹形曲面槽的深度L：

其中d为滚柱直径。

4.根据权利要求1或3所述的轴承式超越离合器结构，其特征在于：所述构成凹形曲面槽的凹形曲面的母线与内星轮轴线平行。

5.根据权利要求1或4所述的轴承式超越离合器结构，其特征在于：所述凹形曲面槽内的凹形曲面是由对数螺旋线或圆弧构成的曲面。

6.根据权利要求5所述的轴承式超越离合器结构，其特征在于：所述构成凹形曲面的对数螺旋线的极点或圆弧的圆心与滚柱中心的偏心距e＞0。

7.根据权利要求1所述的轴承式超越离合器结构，其特征在于：所述外圈的内侧圆柱面与滚柱保持相切。