CN102758860A - 锥形面摩擦式超越离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锥形面摩擦式超越离合器，属于机械传动基础件。第一、第二中间环与可绕同一轴线旋转的内环和外环之间，以增力传动机构和锥形面摩擦副分别相配合连接，其突出的特征是：增力传动机构和锥形面摩擦副都工作在自身不会自锁的参数范围内，增力传动机构处于常啮合状态，锥形面摩擦副通过弹性预紧件施加初始压力；当内环和外环之间出现不同方向的切向外部分力时，通过增力传动机构的作用，使锥形面摩擦副产生滑动旋转或保持静止状态，实现了超越离合器的超越功能和自锁功能。本发明通过调整设计参数，还能方便地实现超越离合器的过载滑转保护功能。

Description

锥形面摩擦式超越离合器

技术领域

本发明涉及机械动力传动领域中的超越离合器装置，具体为锥形面摩擦式超越离合器，属机械传动中广泛应用的基础功能性组件。

  

背景技术

现有的超越离合器技术，最广泛使用的是利用斜面楔紧原理的滚柱式超越离合器和楔块式超越离合器两种。这两种的主要缺陷有：1、所有接触为离散的高副接触，楔紧时接触应力非常大，导致承载能力很小，接触副磨损快，寿命短。2、由于是离散接触副，很容易出现离散件不能同步工作的情形，极易造成局部损坏而出现不能自锁或死锁的失效故障。3、几乎没有磨损的自动补偿能力。4、超越状态的阻力大，效率不高。5、楔紧后需要较大的解楔力。6、溜滑角比较大。7、结构复杂，零部件数量多，对材料和制造的一致性要求都非常高，成本高。8、由于离散件多，带来高转速工作特性差，特别是高转速超越状态，噪声和磨损都很大。

现有技术由于有以上缺陷，严重影响了超越离合器的应用范围，可参见张济政等著的《超越离合器的发展现状及趋势》（第三届中日机械技术史国际学术会议文集， 出版单位：中国机械工程学会，出版时间20021028）一文。从该文的内容可以看出，国内学者和专家做了大量的改进探索和发明工作，取得了比较好的成就，但要达到比较理想的性能、结构、可靠性、成本和寿命等超越离合器的要求，还有很大的差距。

文献CN2175321Y公开了一种基于螺纹副和锥面摩擦副式的单向离合器，但没有给出实现自锁的条件。

文献CN2479288Y 公开了一种基于斜槽轴销和锥面摩擦副式的单向超越离合器，该离合器除与文献CN2175321Y有类似的缺点外，还存在承载能力低的缺陷。

文献CN 201747821 U和CN 101936346 A公开了一种 “空间楔合式摩擦超越离合器”，正如文献所述：“依据全新技术原理设计”，一方面没有在文献中阐明“全新技术原理”究竟是什么原理；另一方面，该文献选择了导向机构摩擦副本身自锁的结构范围，使超越离合器的结构设计、解锁性能和承载能力的提升都受到很大的局限。

 

发明内容

本发明针对现有技术的上述缺陷，创造性地综合应用多种现有的机械技术理论，设计出全新结构的锥形面摩擦式超越离合器，拟达到以下目的：

（1） 克服已有设计的上述缺陷，大幅度提升超越离合器的各项性能指标。

（2）通过调整设计参数的方法，能够实现具有过载保护功能的超越离合器。

（3） 使超越离合器结构更加简单，制造更加容易，成本更加低廉。

 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

 一种锥形面摩擦式超越离合器，其包括：两个传力的第一、第二中间环（或中间环组件）、一个工作摩擦副预紧弹性件（或预紧弹性组件）、一个内环（或内环组件）、一个外环（或外环组件）；

所述内环、外环、第一中间环和第二中间环具有共同的旋转轴线；

所述第一中间环和第二中间环都位于内环与外环之间；第一中间环和第二中间环与内环或外环的其中之一之间，都以锥形面相配合，分别形成至少一个可以轴向接触和分离的第一工作摩擦副和第二工作摩擦副；第一中间环和第二中间环与其中另一之间，分别形成第一增力传动机构和第二增力传动机构，并以增力传动机构相连接；

所述的预紧弹性件，其一端设置在第一中间环或第二中间环上，使所有工作摩擦副在未工作时保持有满足工作要求的弹性压紧力；

所述的第一、第二工作摩擦副具有共同的旋转轴线，每个工作摩擦副相配合的两个锥形面的锥顶角相同；对任意一个工作摩擦副的锥顶角，设该锥顶角的角度为θ，摩擦副的摩擦系数为μ₀ ，则必须满足条件：2arctan(μ₀)<θ≤180°，公式中的arctan()表示反正切函数，该条件确保所述工作摩擦副自身不会自锁；

所述增力传动机构中的至少一个，将所述中间环和与增力传动机构相连接的所述内环或外环之间的相对转动角度变换成轴向相对位置移动，设相对转动角度为φ时，产生的轴向相对位置移动距离为λ，该增力传动机构的摩擦系数为μ₁  ，则必须满足条件：arctan(dλ/dφ)＞arctan(μ₁)，公式中的arctan()表示反正切函数，d表示微分，该条件确保该所述增力传动机构自身不会自锁；

将所述的第一工作摩擦副和第二工作摩擦副换算为一个理论上的等效工作摩擦副，设所述内环与外环之间出现自锁方向的切向外部分力为F₁，通过所述增力传动机构的作用，在所述等效工作摩擦副上产生的法向压力为F₂，等效工作摩擦副的当量摩擦系数为μ，所述的超越离合器实现最大承载能力的设计条件为：dF₁/dF₂≤μ; 所述的超越离合器的超载滑转保护的设计条件为：dF₁/dF₂ ＞μ，公式中的d表示微分。

上述条件共同构成了本发明的核心之一，就是由各自都不自锁的机械结构共同作用，实现了超越离合器需要的单向自锁功能，且本发明在整个承载能力范围内，超越离合器在解锁过程中，不会产生现有技术中由于具有单独自锁机构所必然带来的附加的解锁楔紧力，不仅使得解锁轻松，还彻底消除了现有技术出现的不能解锁的失效模式。

本发明中，所述的增力传动机构，可以由能将相对转动转换为轴向相对位置移动的各种常见机械传动机构所构成，包含但不仅限于：各种标准和不标准截面的螺纹副、螺旋配合面、斜楔配合面、螺旋槽销机构、端面凸轮传动机构、斜撑杆传动机构等。

本发明中，所述的增力传动机构，既能优化地设计为将不同方向的相对旋转运动都转换为轴向运动的结构形式，如螺纹副结构形式，也能简化设计为只将一个方向的相对旋转运动转换为轴向运动的结构形式，如端面凸轮传动机构等结构形式。

本发明中，所述的增力传动机构，包含直接相互啮合的螺纹副、螺旋面、斜楔面、端面凸轮传动结构形式，且相互啮合的面分别直接形成在所述传力中间环组件的端面、内周面和外周面的一个表面上和所述内环或所述外环之一的轴向面、内周面和外周面的一个表面上。

本发明中，所述超越离合器还包括有与所述内环和所述外环相连接的位置约束组件，用以约束所述内环和所述外环之间的径向相对位置和轴向相对位置，如各种滚动轴承、滑动轴承、液压轴承等。至少有一个位置约束组件与所述内环和所述外环相连接，用以约束或限制所述内环和所述外环之间的相对径向位置和相对轴向位置；该位置约束组件既能直接设置在所述超越离合器的所述内环和所述外环之间，也能设置在与所述超越离合器的所述内环和所述外环相连接的外部机构零部件之间。

更进一步地：所述的同步构件，可以由分布于两个中间环端面、内周面或外周面的相互啮合的直齿或花键构成，也可以通过圆柱销与分布于两个中间环端面的孔相连接构成，还可以由分布于两个中间环内周面或外周面的直齿或花键与一个内周面或外周面有直齿或花键的园环相互啮合构成。

所述每个工作摩擦副包含只由相配合的两个锥形面形成的两个摩擦面的结构，也包含由交错叠放形成的两个以上的摩擦面，按传统的多片式离合器结构形式所构成的结构。

所述预紧弹性件包括至少一个由金属或橡胶等弹性材料制成扭簧、压簧、碟簧、波形弹簧、片状弹簧结构形式的弹性元件。

更进一步地：所述工作摩擦副的摩擦面上设置有沟槽形或网纹形润滑油道。

本发明中，所述超越离合器的各个组件，根据应用环境、性能要求、体积大小、制造工艺等因素的需要或限制，既可以是满足所述组件功能的单一整体零件，也可以是由多个零件按常见的机械原理组合连接而成来满足所述功能的结构形式。本发明的内环，还包括在内环上设置其他的与内环连接在一起的组件，与内环一起转动，形成内环组件；本发明的外环，还包括在外环设置其他的与外环连接在一起的组件，与外环一起转动，形成外环组件。

本发明的超越离合器，大幅度提升超越离合器的各项性能指标；也能简单通过调整设计参数的方法实现过载保护；使超越离合器结构更加简单，制造更加容易，成本更加低廉。

 

附图说明

图1是本发明锥形面摩擦式超越离合器的简化轴向剖面图；

图2是本发明锥形面摩擦式超越离合器第二种结构简化轴向剖面图；

图3是本发明锥形面摩擦式超越离合器第三种结构简化轴向剖面图；

图4是图3以旋转轴线X为轴线，沿A—A向旋转剖视的展开图；

图5是本发明的中间环同步旋转机构的同步构件（件6）的一种实施例结构；

图6是本发明的中间环同步旋转机构的同步构件（件6）的第二种实施例结构；

图7是本发明的中间环同步旋转机构的无同步构件（件6）的一种实施例结构；

图8是本发明的中间环同步旋转机构的无同步构件（件6）的第二种实施例结构；

图9是本发明的增力传动机构的一种实施例结构；

图10是本发明的增力传动机构的第二种实施例结构。

 

具体实施方式

结合下面的具体实施方式中的附图和描述说明，本发明的内容和优点将会更加丰富和明晰。

实施例1：

图1所示本发明的锥形面摩擦式超越离合器的一种结构，包括内环1（或称为内环组件）、外环2（或称为外环组件）、第一中间环3和第二中间环4、中间环轴向限位件5和预紧弹性件7；

所述内环1、外环2、第一中间环3和第二中间环4具有共同的旋转轴线，图中的X轴；内环1，其采用的是一个整体式内环，1-1 为直接加工在内环1外周面上的第一外螺纹，1-2 为直接加工在内环1外周面上的第二外螺纹，还在内环外周面上布置了限位环槽1-3，在内环的内周面直接布置了直花键等连接件，以能与转轴等连接。

外环2 ，采用的也是一个整体式外环，2-1 和2-2为直接布置在外环内周面上的锥形面，在外环的外周面直接布置了做连接之用的直花键等连接件，以与其他部件相连接。

第一中间环3和第二中间环4都位于内环1与外环2之间；3-1 为直接布置在第一中间环3内周面上的内螺纹，3-2 为直接布置在第一中间环3外周面上的锥形面。4-1为直接布置在第二中间环4内周面上的内螺纹，4-2 为直接布置在第二摩中间环4外周面上的锥形面；第一中间环3和第二中间环4与内环1和外环2的其中之一之间，都以锥形面相配合，分别形成至少一个可以轴向接触和分离的工作摩擦副；第一中间环3和第二中间环4与其中另一之间，分别形成增力传动机构，以增力传动机构相连接；

图中所示的具体连接结构，是第一中间环3上的内螺纹3-1与内环1外周面上的第一外螺纹1-1 相啮合，第二中间环4上的内螺纹4-1与内环1外周面上的第二外螺纹1-2 相啮合，分别构成螺纹副传动，该螺纹副不仅能将第一中间环3 、第二中间环4与内环1 之间的相对转动转换为轴向相对位移，还能将相对旋转力转换成相对轴向力，并能使相对轴向力大于相对旋转力。该两个螺纹副就是本发明本实施例的增力传动机构，形成螺纹副传动式增力传动机构。

第一中间环3外周面上的锥形面3-2，第二中间环4外周面上的锥形面4-2，分别与外环2内周面上的锥形面2-1 和2-2相配合，分别形成至少一个可以轴向接触和分离的第一工作摩擦副和第二工作摩擦副，所述的锥形面就是摩擦副的摩擦面。

为了防止第一中间环3和第二中间环4之间产生相互转动（相对转动），使其同步转动，在第一中间环3和第二中间环4之间设置了同步构件6；同步构件6的具体结构有多种。在本实施例中，同步构件6是两端分别插入第一中间环3和第二中间环4的插销孔的销子，或者是在第一中间环3和第二中间环4之中的任一个中间环上连接（设置）一个插件，插入另一个中间环上对应设置的插孔内。同步构件6相当于在周向将第一中间环3和第二中间环4连接，保证两者之间不产生相对转动，是同步转动。

第一中间环3上的内螺纹3-1，与第二中间环4上的内螺纹4-1，其螺纹的旋向（螺纹方向）是相反的，在受到内环1、外环2的作用力时，同时转动，两者在轴线上是相向运动，即同时靠近或同时远离的。

中间环轴向限位件5设置在内环1或外环2上，限制第一中间环3和第二中间环4的轴向位移范围；中间环轴向位置限位件5 ，通常选用弹性卡簧等，图中所示的安装结构：与布置在内环1上的限位环槽1—3相配合，设置在该限位环槽内。

预紧弹性件7 （具体选扭簧），布置在中间环轴向位置限位件5 与第一中间环3之间，或布置在中间环轴向位置限位件5 与第二中间环4之间；一端与第一中间环3或第二中间环4接触（或相连接），另一端与中间环轴向限位件5相连接，或者与中间环和与所述增力传动机构相连接的内环或外环相连接，使所有工作摩擦副在未工作时保持有满足工作要求的弹性压紧力。

本实施例的两个中间环位于内环1与外环2之间，工作摩擦副由锥顶角相等的锥形面构成（所述锥顶角就是锥顶的两条边之间的夹角），第一工作摩擦副由锥顶角相等的锥形面3-2和锥形面2-1构成，第二工作摩擦副由锥顶角相等的锥形面4-2和锥形面2-2构成，第一工作摩擦副的锥顶角和第二工作摩擦副的锥顶角，可以相同，也可以不同，所有锥形面的锥顶角都必须满足权利要求中的条件，选择这样的参数，目的是为了达到当外力消失时，摩擦副间的附加压力也就随之消失的效果，也就是工作摩擦副本身不会自锁。

该实施例的第一增力传动机构由第一中间环3上的内螺纹3-1与内环1外周面上的第一外螺纹1-1 相啮合成的螺纹副构成，第二增力传动机构由第二中间环4上的内螺纹4-1与内环1外周面上的第二外螺纹1-2 相啮合成的螺纹副构成，该螺纹副也必须满足权利要求中的条件，即保证该螺纹副自身不会自锁，该螺纹副优选地选择梯形螺纹或矩形螺纹，达到传动效率高、结构强度高的目的，当然，也可根据需要或条件限制的情况，选择所有的标准或不标准截面的螺纹结构。

虽然该实施例选用了扭簧作为预紧弹性件7，由于本发明的增力传动机构不会自锁，这就为选用轴向加力的预紧弹性件来实现工作摩擦副的弹性预紧得以实现，如蝶形弹簧、橡胶等弹性元件。

工程设计时，将所述的所有第一工作摩擦副和第二工作摩擦副等效换算为理论上的一个等效工作摩擦副，设所述内环与所述外环之间出现自锁方向的切向外部分力为F₁，在所述等效工作摩擦副上产生的法向压力为F₂，等效工作摩擦副的当量摩擦系数为μ，当满足条件dF₁/dF₂≤μ时，本发明的超越离合器就能在承载能力范围内保持超越离合器功能; 当满足条件dF₁/dF₂ ＞μ时，本发明的超越离合器就能实现超载滑转保护的功能；上述公式中的d表示微分。

当本发明的超越离合器选择上述的dF₁/dF₂≤μ条件时，工作过程是，通过预紧弹性件7（扭簧） 和轴向置限位弹性卡簧5 ，使由锥形面构成的第一工作摩擦副和第二工作摩擦副同时保持接触并具有适当的初始弹性压紧力，当内环1 与外环2 有相对转动或转动趋势时，如果该转动方向或趋势，通过螺纹1-1 和3-1啮合成的螺纹副和螺纹1-2 和4-1啮合成的螺纹副的共同作用，使第一中间环3 和第二中间环4 将工作摩擦副越压越紧，工作摩擦副会保持静止状态，即实现了自锁；反之，如果上述相对转动或转动趋势相反时，通过上述螺纹副的作用，第一中间环3 或第二中间环4，会将工作摩擦副的初始压力更加减小，工作摩擦副就会产生滑转，这就是超越状态，可见，该超越离合器实现了该旋转方向的单向传力。

为了使该本发明的超越离合器正常工作，需要有适当的润滑，所以优选地在工作摩擦副的摩擦面上设置网纹或8字形油槽等润滑通道。

由于本发明的超越离合器结构简单，工作时，需要在内环1 和外环2 之间或与它们分别相连接的零部件间设置滚动轴承或滑动轴承进行支撑和定位，即滚动轴承或滑动轴承作为位置约束组件，还可以对润滑剂进行密封。

如果本实施例的使用条件许可，还可以取消轴向置限位弹性卡簧5 ，直接将预紧弹性件7（扭簧）卡进设置在内环1 上的限位孔中。

如果本实施例的使用条件许可，还能将内环1 和外环2 上的直花键改成键槽，或者取消，内环1 还包括做成实心的内环，这就可以称之为内轴了。

所述增力传动机构，既能由直接形成在所述中间环上的结构形状与所述增力传动机构相连接的所述内环或所述外环上直接形成的结构形状直接相互啮合构成，所述结构形状，可以是标准截面和不标准截面的螺纹、轴向螺旋面和轴向斜楔面中的任意一种结构形状；也能由直接形成在所述中间环上的结构形状和直接形成在与所述增力传动机构相连接的所述内环或所述外环上的结构形状以及位于这两个所述结构形状之间的其它零件共同构成，可以是轴向螺旋槽销结构、轴向斜撑杆结构、双钢球轴向楔紧结构、双滚柱轴向楔紧结构和滚动螺纹结构之一；所述增力传动机构，在转换运动的同时，还将所述中间环与所述内环之间的切向力分解，产生出相互间的轴向分力。

本实施例选用了螺纹副式增力传动机构，设螺纹升角为ψ，该螺纹副的自锁角为ρ，根据本发明的条件要求，则至少一个螺纹副必须满足：ψ＞ρ，以确保该螺纹副在非自锁范围内工作。 

每个所述工作摩擦副包含只由相配合的两个锥形面形成的两个摩擦面构成的结构，也包含由交错叠放形成的两个以上的摩擦面，按传统的多片式离合器结构形式所交错叠放构成的情况。

预紧弹性件7包括至少一个由金属或橡胶等弹性材料制成扭簧、压簧、碟簧、波形弹簧、片状弹簧结构形式的弹性元件。

至少有一个位置约束组件与所述内环和所述外环相连接，用以约束所述内环和所述外环之间的相对径向位置和相对轴向位置；该位置约束组件为常见的滚动轴承、滑动轴承和液压轴承的结构形式，该位置约束组件既能直接设置在所述超越离合器的所述内环和所述外环之间，也能设置在与所述超越离合器的所述内环和所述外环相连接的外部机构零部件之间。

需要说明的是：该单向轴承零部件少，结构简单，显然工艺性非常好，加工精容易保证，溜滑角小，承载能力强。即使加工精度较低，也只对溜滑角和承载能力有一些很小的影响，但对单向超越功能几乎没有影响。

而上述所述的超越，是上述切向外部分力方向与自锁状态时的方向相反时的情况，本实施例选用了螺纹副结构的增力传动机构，将使工作摩擦副的摩擦面间的压力主动减小。当该方向的切向外部分力大于摩擦副间的摩擦力时，内环1与外环2之间就会绕共同旋转轴线X发生相对转动，超越离合器处于超越状态。

当超越离合器处于所述超越状态情况下，该方向的切向外部分力只能在内环1与外环2之间，相互传递小于等于摩擦副间的最大摩擦力的力。将超越状态下摩擦副间的最大摩擦力转换为扭矩，该扭矩就是大家平常表述的超越离合器的超越扭矩。

    因为我们平常将超越离合器从自锁状态到超越状态的过渡过程称作为解锁，本发明的锥形面摩擦式超越离合器由于没有能自锁的单独机构，如果采用类似螺纹副式的双向增力传动机构还能实现主动解锁，这也是本发明的核心之一。

另外，本发明的锥形面摩擦式超越离合器，工作摩擦副都是面接触的形式，超越工作时，很容易就能在工作摩擦副的摩擦面间形成润滑油膜，使得工作摩擦副的摩擦面的磨损接近于零，所以能长时间运行在高速超越状态下。这也是本发明的特色之一。

本发明的锥形面摩擦式超越离合器，由上述对增力传动机构的描述，如果采用螺纹副式的增力传动机构，能在较大范围内自动补偿工作摩擦副的磨损，使得该结构的功能特性对零部件的参数变化不敏感， 这也是本发明的特色之一。

本发明的锥形面摩擦式超越离合器，可达到几乎轴向全对称、全刚性的结构特点，所以能适应高速和超高速运转，最高转速仅取决于材料强度、所传递扭矩的大小和动平衡水平。

根据本发明在技术背景中有关文献中的描述，最大溜滑角可以理解为：设内环1与外环2之间从超越状态过渡到相对静止时刻的旋转方向的相对位置为0角度，再过渡到承载能力状态时，内环1与外环2之间所转过的相对角度。

 本发明的锥形面摩擦式超越离合器的最大溜滑角主要取决于增力传动机构的配合间隙和精度、所有工作摩擦副的摩擦面间在所述0角度时的油膜厚度以及自锁后的结构弹性变形量和过渡到自锁的时间等方面，通过相应的技术手段，可以容易地将影响最大溜滑角的前三个因素控制在要求范围内。

根据以上的示意图以及所有的说明和描述，本领域的普通技术人员很容易就能理解本发明的锥形面摩擦式超越离合器实现自锁和超越的技术原理，更能发现本发明的结构特点和技术指标提升幅度，以及由此带来的使用效果、巨大的社会效益和经济效益，还能很容易地简单地进行复制。

当然，由以上本基本形式结构还可以衍生出很多的具有超越离合器功能的其它结构形式，后面的实施例将对部分变形结构进行描述和说明。 

图2所示的本发明的的锥形面摩擦式超越离合器的第二种结构，与图1中的结构相同的部分不做赘述；其区别点如下：外环2与第一中间环3和第二中间环4之间，分别构成增力传动机构，通过相互啮合的螺纹构成螺纹副式增力传动机构；内环1与第一中间环3和第二中间环4之间，分别以锥形面相配合，构成第一工作摩擦副和第二工作摩擦副。在第一中间环3和第二中间环4与外环2之间，分别设置有中间环轴向限位件5和预紧弹性件7，使锥形面构成的第一工作摩擦副和第二工作摩擦副同时保持接触并具有适当的初始弹性压紧力。图2中，第一中间环3和第二中间环4之间，没有设置同步构件6。

图3、4所示的本发明的锥形面摩擦式超越离合器的第三种结构，与前述两种结构相同的部分不做赘述；其不同之处是：在内环1的中部设置有凸台11，第一中间环3和第二中间环4分设在凸台11的两侧，通常是对称设置在其两侧；内环1与第一中间环3的端面之间、内环1与第二中间环4的端面之间，都通过轴向斜楔面的增力传递结构相连接，在内环1转动时，通过端面的斜楔面，推动第一中间环3和第二中间环4产生轴向运动，在凸台11左、右两侧对称运动。为了便于安装，外环2是由三部分构成的外环组件，图中的左部分为2a，右部分为2b，2c为连接件（或盖子）将左部分2a、右部分2b连接成一体式结构，形成外环组件。

图5、6、7、8 所示本发明的同步构件6，设置在第一中间环3与第二中间环4之间，保证两者之间不产生相对转动，是同步转动。其具体结构有多种，除了上述图1和图3中采用的圆柱销与孔配合的结构形式，图5所示的是一种内孔有直键的圆环与中间环外周面直槽相啮合的结构形式；图6所示的是一种外周面有直键的圆环与中间环内周面直槽相啮合的结构形式；图7、8所示的同步构件6，是由直接形成在中间环上的几何形状构成的，图7所示的是直接在两个中间环上分别设置直键和直槽，相互插入对方上对应设置的直键或直槽中的结构形式；图8所示的是在两中间环的端面设置直齿与齿槽相配合的结构。

图9、10所示的增力传动机构具体结构，图9所示是一种轴向斜撑杆结构的增力传动机构，设置在第一中间环3与内环1或外环2之间，或第二中间环4与内环1或外环2之间，代替前述的螺纹副式增力传动机构，也能实现本发明目的。图10所示是一种双钢球或双滚柱结构的轴向楔紧结构的增力传动机构，设置在第一中间环3与内环1或外环2之间，或第二中间环4与内环1或外环2之间，代替前述的螺纹副式增力传动机构，也能实现本发明目的。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种锥形面摩擦式超越离合器，其包括：内环、外环、第一中间环和第二中间环、预紧弹性件；其特征在于：

所述内环、外环、第一中间环和第二中间环具有共同的旋转轴线；

所述第一中间环和第二中间环都位于内环与外环之间；第一中间环和第二中间环与内环或外环的其中之一之间，都以锥形面相配合，分别形成至少一个可以轴向接触和分离的第一工作摩擦副和第二工作摩擦副；第一中间环和第二中间环与其中另一之间，分别形成第一增力传动机构和第二增力传动机构，并以增力传动机构相连接；

所述的预紧弹性件，其一端设置在第一中间环或第二中间环上，使所有工作摩擦副在未工作时保持有满足工作要求的弹性压紧力；

所述的第一、第二工作摩擦副具有共同的旋转轴线，每个工作摩擦副相配合的两个锥形面的锥顶角相同；对任意一个工作摩擦副的锥顶角，设该锥顶角的角度为θ，摩擦副的摩擦系数为μ₀ ，则必须满足条件：2arctan(μ₀)<θ≤180°，公式中的arctan()表示反正切函数，该条件确保所述工作摩擦副自身不会自锁；

所述增力传动机构中的至少一个，将所述中间环和与增力传动机构相连接的所述内环或外环之间的相对转动角度变换成轴向相对位置移动，设相对转动角度为φ时，产生的轴向相对位置移动距离为λ，该增力传动机构的摩擦系数为μ₁  ，则必须满足条件：arctan(dλ/dφ)＞arctan(μ₁)，公式中的arctan()表示反正切函数，d表示微分，该条件确保该所述增力传动机构自身不会自锁；

将所述的第一工作摩擦副和第二工作摩擦副换算为一个理论上的等效工作摩擦副，设所述内环与外环之间出现自锁方向的切向外部分力为F₁，通过所述增力传动机构的作用，在所述等效工作摩擦副上产生的法向压力为F₂，等效工作摩擦副的当量摩擦系数为μ，所述的超越离合器实现最大承载能力的设计条件为：dF₁/dF₂≤μ; 所述的超越离合器的超载滑转保护的设计条件为：dF₁/dF₂ ＞μ，公式中的d表示微分。

2.按权利要求1 所述的锥形面摩擦式超越离合器，其特征在于：所述增力传动机构，由直接形成在所述中间环上的结构形状与所述增力传动机构相连接的所述内环或所述外环上直接形成的结构形状直接相互啮合构成，所述结构形状，可以是标准截面和不标准截面的螺纹、轴向螺旋面和轴向斜楔面中的任意一种结构形状；或者由直接形成在所述中间环上的结构形状和直接形成在与所述增力传动机构相连接的所述内环或所述外环上的结构形状以及位于这两个所述结构形状之间的相关机械零件共同构成，可以是轴向螺旋槽销结构、轴向斜撑杆结构、双钢球轴向楔紧结构、双滚柱轴向楔紧结构和滚动螺纹结构之一；所述增力传动机构，在转换运动的同时，还将所述中间环与所述内环或外环之间的切向力分解，产生出相互间的轴向分力。

3.按权利要求1～2 任一项所述的锥形面摩擦式超越离合器，其特征在于：所述增力传动机构，当所述的中间环和与所述增力传动机构相连接的所述内环或所述外环间产生相对转动时，两个所述的中间环在轴线上产生相向的运动 ，即同时靠近或同时远离。

4.按权利要求1～2 任一项所述的锥形面摩擦式超越离合器，其特征在于：所述增力传动机构，是第一中间环上的内螺纹与内环外周面上的第一外螺纹相啮合，第二中间环的内螺纹与内环外周面上的第二外螺纹相啮合，分别构成螺纹副传动式增力传动机构；第一中间环上的内螺纹与第二中间环上的内螺纹，其螺纹的旋向是相反的。

5.按权利要求1 所述的锥形面摩擦式超越离合器，其特征在于：在与所述中间环以增力传动机构相连接的所述内环或外环上，设置有中间环轴向限位件，所述中间环轴向限位件与所述的内环或外环通过环槽相连接，以限制所述中间环的轴向移动范围。

6.按权利要求1、2、5 任一项所述的锥形面摩擦式超越离合器，其特征在于：所述的预紧弹性件，设置在中间环轴向限位件与第一中间环之间，中间环轴向限位件与第二中间环之间，或者与所述中间环和与所述增力传动机构相连接的内环或外环相连接，使所有工作摩擦副在未工作时保持有满足工作要求的弹性压紧力。

7.按权利要求1、2、5任一项所述的锥形面摩擦式超越离合器，其特征在于：所述预紧弹性件包括至少一个由金属或橡胶等弹性材料制成扭簧、压簧、碟簧、波形弹簧、片状弹簧结构形式的弹性元件。

8.按权利要求1 所述的锥形面摩擦式超越离合器，其特征在于：所述第一中间环与第二中间环之间，设置有使两者同步旋转的同步机构，所述同步机构可以由分布于两个中间环端面、内周面或外周面的相互啮合的直齿或花键构成，也可以通过圆柱销与分布于两个中间环端面的孔相连接构成，还可以由分布于两个中间环内周面或外周面的直齿或花键与一个内周面或外周面有直槽或花键的园环相互啮合构成。

9.按权利要求 1、2、5、8 任一所述的锥形面摩擦式超越离合器，其特征在于：至少有一个位置约束组件与所述内环和所述外环相连接，用以约束或限制所述内环和所述外环之间的相对径向位置和相对轴向位置。

10.按权利要求9所述的锥形面摩擦式超越离合器，其特征在于：所述位置约束组件为常见的滚动轴承、滑动轴承和液压轴承的结构形式，该位置约束组件既能直接设置在所述超越离合器的所述内环和所述外环之间，也能设置在与所述超越离合器的所述内环和所述外环相连接的外部机构零部件之间。

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