CN102384186B - 棘盘式超越离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种棘盘式超越离合器。它提供了两个过渡棘齿盘作为楔紧和解脱元件，大幅提高了超越离合器易磨损部位的接触面积。两过渡棘齿盘在双端面棘齿体的两侧面与之啮合，双端面棘齿体顺时针受力旋转时，其棘齿推动两过渡棘齿盘向两边移动，分别推向其外侧的轴套盘和外端面盘，这两个盘位置固定不能移动，便和两过渡棘齿盘楔紧且一同旋转，当双端面棘齿体逆时针旋转时，其反向端棘齿和两过渡棘齿盘反向端棘齿啮合，推动两过度棘齿盘向内移动，超越离合器解锁空转。本发明超越离合器主体零件只有六个，配件四个，且简单易做坚固耐用，生产成本低，能在高频率往复大力矩冲击环境下长期可靠工作，填补了一项机械领域里的空白。

Description

棘盘式超越离合器

技术领域

本发明涉及一种安装在传动轴上的机械零件组合体，它具有顺时针受力旋转时外环和轴套盘相对位置楔紧不转，逆时针受力时外环和轴套盘能轻松解脱旋转的性能，见图3，适用于单方向断续性受力旋转的机械上。

背景技术

现有技术中的超越离合器有滚柱式和楔块式两种，而其中又以楔快式更为先进一些，以北京新兴超越科技开发公司生产的的楔块式超越离合器为例，见图1，这种超越离合器是在内环和外环之间放置一组楔块，楔块的形状大都为特殊的异形，用预紧弹簧均匀地将楔块分布在内环和外环之间，见图2，工作时楔块左右摆动，使其在顺时针方向旋转时楔紧，逆时针方向旋转时可以解锁旋转。

这种超越离合器比起滚柱式超越离合器来尽管进了一大步，但仍存在着诸多缺陷，从图2中可以看出，这种超越离合器的楔块和外环为线接触，接触面积非常小，抗冲击磨损的能力很差，难以在频繁的大力矩受力下长期可靠的工作，更不能在高频率往复同时又是大力矩冲击下工作。而且这种超越离合器的楔块形状特异，要求的精度和技术标准均非常高，制造难度大，从图2中还可以看出预锁弹簧结构复杂且脆弱，但作用却至关重要，这就使得超越离合器更加娇气，另外，这种超越离合器的过载能力差，在极端超载情况下，可能有一个或几个楔块超过最大撑限范围，使楔块翻转，当转矩减小后楔块也不能复位。

据徐工集团挖掘机行业在网上发布的情报显示，他们生产的挖掘机超越离合器平均使用寿命约3000小时左右，一些情况下是由于弹簧变形断裂，楔块脱出轨道，楔块翻转而提前损坏，超越离合器的这些薄弱环节，已经限制了挖掘机的性能向更高领域发展，损坏了他们生产的挖掘机的信誉度。尽管近年来楔块式超越离合器在结构、性能和可靠性方面日益完善，质量不断提高，但基本上还是在原有基础上的改进，不能从根本上解决上述问题，而在高频率往复同时又在大力矩冲击环境下需要使用超越离合器的机械，目前还是一项空白。

发明内容

针对现有技术中超越离合器存在的问题，超越离合器的更新换代，研制出新一代性能优良的产品，已经是急待解决的问题了，本发明提供了一种新类型超越离合器，它由轴套盘，两个过渡棘齿盘，外环，双端面棘齿体，外端面盘，两个档圈一个卡圈和两个弹簧组成。两个过渡棘齿盘和双端面棘齿体及外端面盘，都装在轴套盘的短轴上，外侧用卡圈固定，外环装在双端面棘齿体外径的台上。本发明解决的技术问题是，提供了一种“过渡棘齿盘”作为楔紧和解脱元件，从而大幅度提高了超越离合器易磨损部位的接触面积，使得超越离合器的磨损问题不再是问题，同时，本超越离合器零件大为减少，整体坚固耐用，彻底解决了超越离合器上述的娇气问题，能在高频率往复和大力矩环境下长期可靠工作，填补了一项机械领域里的空白。

本发明提供的过渡棘齿盘，分左右两个在双端面棘齿体的两侧面与之啮合，当双端面棘齿体顺时针旋转时，其棘齿的斜面推动两过渡棘齿盘的盘体向两边移动，两过渡棘齿盘又分别推向外侧的轴套盘和外端面盘，轴套盘和外端面盘受到卡圈固定不能向外移动，便和两过渡棘齿盘楔紧，随同双端面棘齿体一同旋转，双端面棘齿体和两过渡棘齿盘的反向端棘齿做成了30°角，当双端面棘齿体逆时针旋转时，其反向端棘齿和两过渡棘齿盘棘齿反向端啮合，推动两过度棘齿盘向内移动，两过渡棘齿盘分别脱离开轴套盘和外端面盘一个距离，超越离合器处于解锁状态旋转。

本发明超越离合器有几种类型，它们是根据两过渡棘齿盘外侧面形状的不同而分类的，第一种类型叫“双层棘齿啮合式超越离合器”，这种类型的两个过渡棘齿盘外侧面做了多个细棘齿，其单盘面棘齿数量为120个，轴套盘和外端面盘面上的细棘齿，与两个过渡棘齿盘外侧面细棘齿形状一样，数量相同，与之相啮合，细棘齿啮合总数240对，其棘齿啮合面积比起楔块式超越离合器接触面积有了显著增加，所以，这种超越离合器能在高频率、大力矩的环境下长期可靠的工作。

本发明轴套盘面、外端面盘面、两个过渡棘齿盘外端面都做成了斜面，这样可以增加零件的抗冲击力，减少其总体长度，而且外环和双端面棘齿体还可以做成一体，以进一步减少零件数目，增强超越离合器总体强度。

本发明两个档圈装在外环内台处两侧，此宽度是为了保证两过渡棘齿盘有一个可靠的移动空间，卡圈的固定方式有两种，一种是卡圈与卡圈槽采用静配合方式，卡圈用一定的力打入卡圈槽内，这种配合简单，但耐用性差一些，另一种方式是将卡圈打入卡圈槽后，将卡圈焊接在轴套盘外侧的短轴上，这种方式可以大大增强超越离合器的刚性。

本发明两个弹簧的作用是当超越离合器由逆时针转向顺时针旋转时，它的弹力可以使其迅速锁紧，其中的“双层棘齿啮合式超越离合器”适用于油侵式，由于过渡棘齿盘的盘式结构面积大，它们之间润滑油就有一定的粘滞力，使超越离合器反转时双端面棘齿体的弹簧槽能压缩弹簧，使过渡棘齿盘反向端棘齿和双端面棘齿体反向端棘齿啮合，轴套盘和外端面盘脱离开双过渡棘齿盘一段间隙，当顺时针旋转时，油的粘滞力加上弹簧的弹力，足可以使双端面棘齿体迅速锁紧。

第二种类型叫“棘齿摩擦盘式超越离合器”，它以两个过渡棘齿盘的外侧面为骨架，烧结一层金属质耐油摩擦材料，摩擦盘的摩擦系数越大越好，轴套盘和外端面盘的盘面为光滑面，这种类型其摩擦面积大，运转更加平稳，不会产生噪音，由于摩擦面在顺时针工作时只起阻滞作用，本身并不移动，逆时针旋转时摩擦面只起很小一点阻力作用，所以不怕磨损，能经受住高频率往复和大力矩的冲击，且可在不需油侵的环境下工作。

其它的类型根据过渡棘齿盘外端面形状不同，还可以做成浮点型、波纹型、粗糙面型、麻平面型和光滑面型等多种类型的超越离合器。

本发明只有6至7个主体零件，五个配件，不需高精密件和异形件，零件简单易做，大大降低了生产成本。

附图说明

图1是现有技术中楔块式超越离合器整体示意图，

图2是现有技术中两种楔块形式的超越离合器部分结构示意图，

图3是本发明中七个主体零件的排列结构左视图，

图4是本发明中双端面棘齿体装入外环后的零件排列结构右视图，

图5是本发明中两个挡圈位置示意图

图6是本发明中两个弹簧位置示意图，两个过渡棘齿盘与双端面棘齿体啮合的剖面图，两个过渡棘齿盘与轴套盘、外端面盘啮合示意图，轴套盘、两个过渡棘齿盘、双端面棘齿体与外端面盘斜面结构示意图。

图7是本发明中一个弹簧位置示意图和两个弹簧槽错开位置示意图。

图8是本发明中外端面盘与轴套盘外侧面连接示意图。

图9是本发明中双端面棘齿体与外环的一体式结构示意图。

图10是本发明中卡圈装配示意图和卡圈焊接示意图。

图11是本发明中棘齿摩擦盘式超越离合器结构示意图。

图12是本发明中浮点型、波纹型、粗糙面型、麻平面型和光滑面型5种类型过渡棘齿盘的左侧面结构示意图。

具体实施方式

图1图2是现有技术中的楔块式超越离合器，图1是整体外形，图2是两种不同楔块形式的部分结构示意图，从图中可以看出楔块的接触面积都是圆弧形线接触。

图3是本发明中七个主体零件组装时的排列结构左视图，包括轴套细棘齿盘5，过渡棘齿盘6、9，双端面棘齿体7，外环8，外端面细棘齿盘10，卡圈11，

双层棘齿啮合式超越离合器的实施例

如图3所示，两个过渡棘齿盘6、9和双端面棘齿体7及外端面细棘齿盘10，都装在轴套细棘齿盘5的短轴上，外侧用卡圈11固定，外环装在双端面棘齿体外径的台上(见图4右视图7-1，8-1)，当双端面棘齿体7在外力作用下顺时针旋转时，其两侧面棘齿的斜面推动两过渡棘齿盘6，9的盘体向两边移动，两过渡棘齿盘6、9又分别推动外侧的轴套细棘齿盘5和外端面细棘齿盘10向外移动，由于装在轴套细棘齿盘5上的几个零件受到左侧卡圈11的固定不能向外移动，轴套细棘齿盘5和外端面细棘齿盘10便和两过渡棘齿盘6、9楔紧，随同双端面棘齿体一同旋转，此时，超越离合器处于锁紧状态，双端面棘齿体7和两过渡棘齿盘6、9的反向端棘齿做成了30°角，见图6(14-2)，当双端面棘齿体7逆时针旋转时，其反向端棘齿和两过渡棘齿盘6、9棘齿的反向端啮合，推动两过度棘齿盘向内移动，两过渡棘齿盘6、9分别脱离开轴套细棘齿盘5和外端面细棘齿盘10一个距离，超越离合器处于解锁状态旋转。双端面棘齿体7的两侧面和两个过渡棘齿盘6、9的两内侧面棘齿啮合处总接触面积约47.5平方毫米，见图6中的(14-3，14-414-5，14-6)，两过度棘齿盘外径68毫米，粗棘齿斜度15°，齿数18，细棘齿盘一个盘面的棘齿数为120个，细棘齿总啮合数为240对，接触面积已经足够大，能在高频往复、大力矩的冲击下长期可靠的工作，两过渡棘齿盘6、9细棘齿面与轴套细棘齿盘5和外端面细棘齿盘10啮合深度约0.3毫米，解锁状态旋转时，两过渡棘齿盘分别脱离开轴套细棘齿盘和外端面细棘齿盘各约0.2毫米，在轴套细棘齿盘5的左侧卡圈卡死时，在两过渡棘齿盘6、9不动的情况下，双端面棘齿体7的外径棘齿处某一点，相对两过渡棘齿盘6、9的外径某点处正反向转过约2毫米时，两过渡棘齿盘向两侧内外移动距离约0.5毫米。

图5所示为两档圈装在外环8内台处两侧，见12、13，档圈外径74毫米，内径68毫米，宽8.5毫米，此宽度是为了保证两过渡棘齿盘有一个可靠的移动空间。

如图6所示，轴套细棘齿盘5外端面细棘齿盘10和两个过渡棘齿盘6、9外侧面都做成了斜面，斜度约6.5-7.5°，见图6(14-3、14-4、14-5、14-6)，增大了零件抗冲击能力，缩短了超越离合器的宽度，在双端面棘齿体7和两过渡棘齿盘棘齿6、9两个啮合面上分别有上下两个槽，每个槽内设置了一个弹簧，见图6(14-1)，弹簧的一端顶在双端面棘齿体上，另一端反方向顶在过渡棘齿盘上，如图7所示，两个弹簧的作用是当双端面棘齿体7由逆时针变为顺时针旋转时，它的弹力可以使其迅速锁紧，“双层棘齿啮合式超越离合器”适于油侵中使用，由于过渡棘齿盘的盘式结构面积大，而且离轴套细棘齿盘和外端面细棘齿盘的距离很小，它们之间润滑油就有一定的粘滞力，弹簧的弹力要小于润滑油的粘滞力，以保证其由顺时针变为逆时针旋转时双端面棘齿体的弹簧槽能压缩弹簧，使双端面棘齿体反向端棘齿能和过渡棘齿盘反向端棘齿充分啮合，推动两过渡棘齿盘脱离开轴套细棘齿盘和外端面细棘齿盘一段间隙，当顺时针旋转时，油的粘滞力加上弹簧的弹力，足可以使双端面棘齿体迅速锁紧，不在油侵环境下使用时不可缺黄油，否则会发出轻微噪音，弹簧外径约6毫米，长约20毫米，压缩弹力约在150-250克，双端面棘齿体上和两过渡棘齿盘上的弹簧槽相互错开约5毫米。

图8表示了轴套细棘齿盘的轴左侧处通过三个键槽与外端面细棘齿盘的三个键连接示意图，外端面细棘齿盘最大外径处宽3毫米，内径40毫米，轴套细棘齿盘轴外径40毫米，卡圈槽宽3毫米。

图9为外环和双端面棘齿体做成一体式结构示意图，可以进一步减少超越离合器的零件数量，增强其钢性，外环外经80毫米，宽30毫米。

图10为卡圈的固定方式，卡圈的固定方式有两种，一种是卡圈与卡圈槽采用静配合方式，卡圈用一定的力打入卡圈槽内，另一种方式是将卡圈装入卡圈槽后，将卡圈焊接在轴套盘外侧的短轴上，见图10。

轴套细棘齿盘，过渡棘齿盘，外环，双端面棘齿体，外端面细棘齿盘和档圈的硬度应达到洛氏HRC60——65，

棘齿摩擦盘式超越离合器的实施例

图11为这种超越离合器的结构示意图，两个过渡棘齿盘的外侧面做成了另一种摩擦面的形式，见图19-2，19-3，以两个过渡棘齿盘的外侧面为骨架，烧结一层1至2毫米厚的耐油金属质摩擦材料，两摩擦处总面积约47.5平方毫米，摩擦盘的摩擦系数大一些为好，约在0.35左右，轴套盘和外端面盘的盘面为光滑面，见图19-1，19-4，这时的双端面棘齿体和与之啮合的两过渡盘棘齿斜度做成了6.5——7.5°，见图19-5，双端面棘齿体正反向旋转时，推动两过渡棘齿盘向外和向内移动距离约0.25毫米，棘齿摩擦盘式超越离合器的摩擦盘接触表面为平面型，运转更加平稳，不会产生噪音，由于摩擦面在顺时针工作时只起阻滞作用，本身并不移动，所以不怕磨损，能经受住高频率往复、大力矩的冲击，逆时针旋转时摩擦面只起很小一点克服弹簧压力的阻力作用，摩擦面可以不在油侵环境下正常工作，其它部分与“双层棘齿啮合式超越离合器”的实施例基本相同，不再做详细叙述。

其它5种类型超越离合器的实施例

图12是浮点型、波纹型、粗糙面型、麻平面型和光滑面型5种超越离合器过渡棘齿盘左侧面结构示意图，右侧面的棘齿盘分别与之相同，图20-1是浮点型过渡棘齿盘示意图，它最外直径一周处均匀分布了120个浮点，它以过渡棘齿盘半径34毫米、弧长0.9毫米为扇面，在盘面上由外到内，由大到小依次排列了10余行浮点，以增加盘面的阻力，图20-2是波纹型过渡棘齿盘示意图，它以过渡棘齿盘半径34毫米、弧长0.9毫米为扇面，在盘面上以扇面为基准外宽内窄分成了120个圆弧型波纹，以增加盘面的阻力，图20-3是粗糙面型过渡棘齿盘示意图，它在盘面上做成了300个细密直纹，以增加盘面的摩擦力，图20-4是麻平面型过渡棘齿盘示意图，它的整个平面采用了如粗铸铁断面形式的那种麻平面，以增加盘面的摩擦力，图20-5是光滑面型过渡棘齿盘示意图，它是本发明中最为理想且制做简单坚固耐用的一种超越离合器，但它的盘面阻滞力小，双端面棘齿体和两过渡棘齿盘的捏和角度间需调试到旋转阻力很小的状态方可使用，调试比较困难，轴套盘和外端面盘分别以上述的相同盘面形式与过渡棘齿盘相配合，浮点型、波纹型、粗糙面型超越离合器的双端面棘齿体和与之啮合的两过渡盘棘齿斜度做成了15°，麻平面型和光滑面型其斜度做成了6.5-7.5°，其它部分与“双层棘齿啮合式超越离合器”完全相同，不再作详细叙述，这里公布一个总体规律，就是双端面棘齿体和两过渡棘齿盘的啮合角度选择合适且啮合面充分光滑时，两过渡棘齿盘的外侧面与轴套盘和外端面盘楔紧时，不需要很大阻力超越离合器就能可靠锁紧，以上的几种盘面形式除了光滑面外，其它几种形式实质上都是在增加盘面的阻力。

本发明全部只有6至7个主体零件，五个配件，且不需高精密件和异形件，零件简单易做，大大降低了生产成本。

Claims (10)

1.一种双层棘齿啮合式超越离合器，包括轴套细棘齿盘(5)，两个过渡棘齿盘(6，9)，双端面棘齿体(7)，外环(8)，外端面细棘齿盘(10)，卡圈(11)，两个档圈(12，13)和两个弹簧(14-1)，两个过渡棘齿盘和双端面棘齿体及外端面细棘齿盘都装在轴套细棘齿盘(5)的短轴上，外侧用卡圈(11)固定，双端面棘齿体外径的台(7-1)装入外环内台(8-1)的缺口内，其特征在于：楔紧和解锁部分做成了两个整体式过渡棘齿盘(6，9)，使其易磨损部位的接触面积显著增大，能在高频率往复和大力矩冲击环境下长期可靠使用。

2.如权利要求1所述的超越离合器，其特征在于：双端面棘齿体的两端面分别和两个过渡棘齿盘的内侧棘齿面啮合，两啮合处总接触面积约47.5平方毫米，两个过渡棘齿盘的外径68毫米，棘齿斜度15°，齿数18，当双端面棘齿体顺时针旋转时，棘齿的斜面推动两过渡棘齿盘(14-4，14-5)向两边移动，双端面棘齿体相对两过渡棘齿盘转过约2毫米时，两过渡棘齿盘向两边移动距离约0.5毫米，该移动距离使两过渡棘齿盘又分别推向外侧的轴套细棘齿盘和外端面细棘齿盘(14-3，14-6)，并与这两个盘的细棘齿面啮合，细棘齿盘一个盘的棘齿数为120个，由于轴套细棘齿盘和外端面细棘齿盘受到卡圈(14-7)的固定不能向外移动，在旋转外力的作用下便和两过渡棘齿盘的细棘齿面紧密啮合，啮合深度约0.3毫米，随同双端面棘齿体一同旋转，双端面棘齿体和两过渡棘齿盘的反向端棘齿角度约30°(14-2)，当双端面棘齿体反向旋转时，推动两过渡棘齿盘反向端棘齿向内移动约0.5毫米，两过渡棘齿盘分别脱离开轴套细棘齿盘和外端面细棘齿盘各约0.2毫米，超越离合器处于解锁状态旋转。

3.如权利要求1所述的超越离合器，其特征在于：两档圈装在外环内台处两侧(12，13)，档圈外径74毫米，内径68毫米，宽8.5毫米，此宽度是为了保证两过渡棘齿盘有一个可靠的移动空间。

4.如权利要求1所述的超越离合器，其特征在于：轴套细棘齿盘、外端面细棘齿盘和两个过渡棘齿盘外侧面都做成了斜面(14-3、14-4，14-5、14-6)，斜度6.5-7.5°，在双端面棘齿体和两过渡棘齿盘棘齿啮合处共有两个槽，分上下两处(14-1)，两槽内分别设置一个弹簧，弹簧外径约6毫米，长约20毫米，压缩弹力150-250克，它一端顶在双端面棘齿体上，另一端反方向顶在过渡棘齿盘上，双端面棘齿体上和两过渡棘齿盘上的弹簧槽相互错开约5毫米(15)。

5.如权利要求1所述的超越离合器，其特征在于：外端面细棘齿盘最大外径处宽3毫米，内径40毫米，轴套细棘齿盘的轴套右侧处通过三个键槽与外端面细棘齿盘的三个键连接，轴套细棘齿盘轴外径40毫米，卡圈槽(16)宽3毫米。

6.如权利要求1所述的超越离合器，其特征在于：外环和双端面棘齿体做成一体式(17)，进一步减少超越离合器的零件数量，增强其钢性，外环外径80毫米，宽30毫米。

7.如权利要求1所述的超越离合器，其特征在于：卡圈的固定方式有两种，一种是卡圈与卡圈槽采用静配合方式，卡圈用一定的力打入卡圈槽内，另一种方式是将卡圈装入卡圈槽后，将卡圈焊接在轴套细棘齿盘外侧的短轴上(18)。

8.如权利要求1所述的超越离合器，其特征在于：轴套细棘齿盘，过渡棘齿盘，外环，双端面棘齿体，外端面细棘齿盘和档圈的硬度应达到洛氏HRC60-65。

9.如权利要求1所述的超越离合器，其特征在于：两个过渡棘齿盘的外侧面做成摩擦面的形式(19-2，19-3)，摩擦面为耐油金属质摩擦材料，以两个过渡棘齿盘的外侧面为骨架，烧结一层1至2毫米厚的摩擦材料，两摩擦面处总面积约47.5平方毫米，摩擦系数约在0.35左右，轴套细棘齿盘和外端面细棘齿盘的盘面替换为光滑面(19-1，19-4)，此时双端面棘齿体和与之啮合的两过渡棘齿盘的棘齿斜度做成6.5-7.5°(19-5)，双端面棘齿体正反向旋转时，推动两过渡棘齿盘向外和向内移动距离约0.25毫米。

10.如权利要求1所述的超越离合器，其特征在于：根据过渡棘齿盘外侧面形状的不同，还可以做成浮点型、波纹型、粗糙面型、麻平面型和光滑面型超越离合器，浮点型过渡棘齿盘(20-1)，它最外直径一周处均匀分布了120个浮点，浮点直径1毫米，高0.3毫米，它以过渡棘齿盘半径34毫米、弧长0.9毫米为扇面，在盘面上由外到内，由大到小依次排列了10余行浮点，波纹型过渡棘齿盘(20-2)，它以过渡棘齿盘半径34毫米、弧长0.9毫米为扇面，在盘面上以扇面为基准外宽内窄分成了120个圆弧型波纹，每个波纹的圆弧面宽1毫米，高0.3毫米，粗糙面型过渡棘齿盘(20-3)，它在盘面上做成了300个细密直纹，麻平面型过渡棘齿盘(20-4)，它的整个平面采用了如粗炼铸铁断面形式的那种麻平面结构，光滑面型过渡棘齿盘(20-5)，它是最为理想且制做简单坚固耐用的一种超越离合器，轴套细棘齿盘和外端面细棘齿盘的盘面分别替换为上述过渡棘齿盘的盘面相同形式的盘面与其相配合，浮点型、波纹型、粗糙面型超越离合器的双端面棘齿体和与之啮合的两过渡棘齿盘的棘齿斜度做成15°，麻平面型和光滑面型其斜度做成6.5-7.5°；双端面棘齿体和两过渡棘齿盘的啮合角度选择合适且啮合面充分光滑时，两过渡棘齿盘的外侧面与轴套细棘齿盘和外端面细棘齿盘的盘面楔紧时，不需要很大阻力超越离合器就能可靠锁紧，以上的所有盘面形式除了光滑面外，其它几种形式实质上都是在增加盘面的阻力。

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