CN102758861A - 柔性接合的自控型空间楔合式摩擦连接器 - Google Patents

Abstract

本发明的自控型空间楔合式摩擦连接器，可用作超越离合器、机动车可控滑行器和升降设备的紧急制动器等。其主要包括，完全面接触的空间楔合式双向超越离合器，以约束转动导向机构G的导向件50和中介件90的周向位置的方式，将其设定为单向超越离合器或联轴器工作模式的定向机构C，以及，延缓导向件50和中介件90相对转动速度的阻尼机构D。最佳地，定向机构C是圆柱凸轮机构，阻尼机构D是缸-活塞机构。相对现有技术的例如机动车滑行器，本摩擦连接器具有更小的体积，至少倍增的承载能力和使用寿命，以及，柔和无冲击的接合特性。

Description

柔性接合的自控型空间楔合式摩擦连接器

相关申请

本申请是本申请人提出的名为空间楔合式摩擦连接器，以及空间楔合式摩擦超越离合器的发明专利申请PCT/CN2011/084846、PCT/CN2010/074619(公开号WO 2011/000300A1)的从属专利申请。该公开在先的两项专利申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及所有传动领域中的一种以摩擦连接方式传送旋转运动或转矩，或者制止该旋转运动或转矩的摩擦连接装置，包括离合器和制动器，以及内含该连接装置的例如机动车滑行器和等等，特别涉及一种自控式的摩擦离合器或制动器。

背景技术

本部分中的陈述仅仅提供与理解本申请内容有关的背景资料和分析但不一定构成现有技术。

现实传动中，常常要求操纵式和自控式的摩擦连接器/装置具有柔性接合的能力，例如机动车辆中的离合器和制动器。对此，本申请人提出的专利申请PCT/CN2011/084846，已经针对操纵式摩擦连接器，给出了基于空间楔合式摩擦连接器的解决方案，但其中并未给出针对自控式摩擦连接器的解决方案。例如，针对机动车中双向可控型滑行器的柔性接合的技术方案。而现实中，核心机构即为超越离合器的机动车滑行器等，囿于超越离合器结构本身的限制，除了借助普通摩擦离合器之外，其正反两向的接合均不可能达到柔性的程度。而且，其承载能力低下，控制困难，可靠性和维修性差，使用寿命还相当地短。

发明内容

本发明致力于设计基于全新技术原理的装置，以避免上述缺点。

本发明要解决的技术问题是提供一种具有柔性接合能力的自控型空间楔合式摩擦连接器，相对现有技术，其具有更高的承载能力和工作寿命。

为解决上述技术问题，本发明之柔性接合的自控型空间楔合式摩擦连接器包括，绕一轴线回转且可轴向接合的至少一个牵引摩擦机构，其具有绕所述轴线回转并均设置有摩擦面的至少大致为环状的中介件和摩擦件，以在该两构件间传递摩擦转矩；为该牵引摩擦机构提供接合力并绕上述轴线回转的至少一个转动导向机构，其具有绕上述轴线回转并均设置有相应导向面的至少大致为环状的导向件和中介件；用以建立导向件、中介件及摩擦件之间的轴向力封闭式抵触连接，并与导向件或中介件不可旋转地相连的一个袋形构件，其设置有绕上述轴线回转的至少大致半周的内周面，以及位于该内周面上的大致半周的周向凹槽和由上述袋形构件的外周面连通至该周向凹槽的入口；至少间接地设置在所述导向件与所述中介件之间的至少一个阻尼机构；以及，设置在位于转动导向机构的至少一个轴向端的两个轴向抵触面之间，用以形成弹性的轴向封闭力的至少一个弹性元件；当导向件和摩擦件被中介件可驱动地连接成一个摩擦体时，导向件与中介件双方的导向面之间的相互抵触部位的升角λ，大于零且小于等于ξ，即，0＜λ≤ξ，其中，ξ是能够令形成于该抵触部位的导向摩擦副自锁的升角λ的最大值。

可选地，设置有至少两个绕上述轴线回转的摩擦机构，其中一个是上述牵引摩擦机构，其中另一个是与导向件和摩擦件至少不可旋转地分别结合在一起的传力摩擦机构，或者再一个上述牵引摩擦机构。

最佳地，还包括至少具有一个弹性元件的弹性预紧机构，其用于持续地保持中介件与摩擦件之间的至少间接的摩擦连接。

需要特别说明的是，本申请文件所使用的相关概念或名词的含义如下：

间接地设置：设置在与设置的目的地构件不可旋转相连的其它构件上。

转动导向机构：将圆周相对转动转换为至少包括轴向相对移动或移动趋势的导向机构。例如螺旋升角严格一致和不严格一致的滑动/滚动式螺旋或部分螺旋机构、径向销槽机构、端面楔形机构、端面嵌合机构、端面棘轮机构及圆柱/端面凸轮机构。

为增大ζ和ξ，牵引摩擦机构可以是多摩擦片式摩擦机构，其具有与摩擦件和中介件分别不可旋转地相连的两组轴向交错排列的各至少一个摩擦片。

为增大转矩容量，传力摩擦机构可以是多摩擦片式摩擦机构，其具有与摩擦件和导向件分别不可旋转地相连的两组轴向交错排列的各至少一个摩擦片。

空间楔形机构：由转动导向机构和牵引摩擦机构组成的机构。

入楔：也称楔合，与解楔/去楔相反，就是中介件90将导向件50与摩擦件70可驱动地连接/结合成一个摩擦体的工作过程和状态。

ζ和ξ：空间楔形机构的重要极限角，如图1、2、3所示的中介件90，一方面通，过其摩擦面例如104与摩擦件70的牵引摩擦面72至少轴向抵触，以形成抵触部位的法向压力的合力W不垂直于回转轴线X的回转型牵引摩擦机构F1的至少包括一个的一组牵引摩擦副；另一方面，通过其朝向某一圆周方向的导向面例如94a，与导向件50的相应导向面例如54a至少轴向抵触，以形成抵触部位的法向压力的合力N不垂直于回转轴线X的转动导向机构G的至少包括一个的一组导向摩擦副；该抵触部位的公切线与垂至于回转轴线X的平面的夹角的平均值，称为该抵触部位的升角λ；再一方面，通过其它表面还可作用有诸如用于弹性预紧或限位的其它作用力，例如图1、2、4A～4D、5～7所示；在转动导向机构G的转动导向工况中，也就是导向件50致使中介件90沿例如图3中箭头P所指方向以大于等于零的速度相对摩擦件70转动的工况中，能够确保导向摩擦副自锁的双方表面抵触部位的最小升角被定义为ζ，而最大升角则被定义为ξ。而该两个极限角则完全界定了中介件90相对导向件50向前转动、静止不动和向后转动的一切可能的运动形式。具体含义如下：

1、当ξ＜λ＜90度时，导向摩擦副和牵引摩擦副均不能摩擦自锁，通过导向摩擦副的法向压力N，或者其分力Q和T，导向件50可致使中介件90相对其向前亦即箭头P所指方向滑转/挤出。因此，导向件50与摩擦件70不能被中介件90楔合成一个摩擦体。只是由于压力N源自非弹性力，或者源自弹性力但受构件结构所限，才致使中介件90仅被导向件50推动着相对摩擦件70摩擦滑转而未被实际挤出。

2、当ζ＜λ≤ξ且λ＞0时，牵引摩擦副具有先于导向摩擦副突破自身静摩擦状态而进入滑动摩擦状态的特性。因此，中介件90可以将导向件50与摩擦件70楔合成一个摩擦体，但在摩擦件70相对导向件50过载时，牵引摩擦副将因突破其静摩擦状态而正常地转入滑动摩擦状态，导向摩擦副则因未突破其静摩擦状态而处于恒定自锁状态。对应地，空间楔形机构处于半楔合状态，超越离合器处于非完全接合状态。

3、当0＜λ≤ζ(针对ζ＞0的情况)时，牵引摩擦副具有后于导向摩擦副突破自身静摩擦状态而进入滑动摩擦状态的特性。因此，中介件90可以将导向件50与摩擦件70楔合成一个摩擦体，但在摩擦件70相对导向件50过载时，导向摩擦副将因突破其静摩擦状态/最大静摩擦阻力而致使中介件90具有相对导向件50滑转爬升的趋势，牵引摩擦副则因未突破其静摩擦状态而处于恒定自锁状态。但是，由于上述爬升趋势被空间楔形机构的轴向力封闭结构刚性阻止(除非压力N源自弹性力)，因此，导向摩擦副被实际上强制性地维持在等同于自锁的一般静摩擦状态。即，中介件90、导向件50与摩擦件70三者被强制楔合/结合成一个转动整体，即使过载至毁损也不相互滑转爬升。空间楔形机构因而处于类似斜撑式超越离合器的绝对自锁/楔合状态，其传动能力仅取决于结构强度。

显然，上述升角λ就是空间楔形机构的楔角，也称楔合角/挤住角，并且仅在0＜λ≤ξ时，空间楔形机构方可楔合，摩擦连接器方可接合。

相对现有技术的可柔性接合的自控型摩擦连接器，依据本发明的柔性接合的自控型空间楔合式摩擦连接器，因其完全面接触摩擦副的结构特点，而具有至少倍增的承载能力和使用寿命。借助下述实施例的说明和附图，本发明的目的和优点将显得更为清楚和明了。

附图说明

图1是根据本发明的实施例一的简化的示意性分解透视图。

图2是根据本发明的实施例一的轴向剖视图。

图3是图2中各机构的齿廓向同一外圆柱面径向投影的局部展开图。

图4A～4D是以图2中K-K剖面表示的各种阻尼机构的简化示意图。

图4E是图4D中Y方向视图中阻尼座的示意图。

图5是根据本发明的实施例二的简化的轴向剖视图。

图6是根据本发明的实施例三的简化的轴向剖视图。

图7是根据本发明的实施例四的简化的轴向剖视图。

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特征部位均采用相同的附图标记，并只在它们第一次出现时给予必要说明。同样，也不重复说明相同或相似机构的工作机理或过程。为区别设置在对称或对应位置上的相同的构件或特征部位，本说明书在其附图标记后面附加了字母，而在泛指说明或无需区别时，则不附加任何字母。

鉴于空间楔合式摩擦连接器和空间楔合式摩擦超越离合器的详尽说明，已经记录在上文所整体结合的两项PCT专利申请中，因此，本申请的说明重点将是如何实现柔性接合以及工况的设定，也就是阻尼机构D和定向机构C。但为便于更好地理解本发明的思想、方案、结构和工作机理，本申请将首先对作为其本发明核心部件的该空间楔合式摩擦超越离合器给予简单必要的说明。

实施例一：柔性接合的自控型空间楔合式摩擦连接器S1

参见图1～4A，轴一轴传动式的摩擦连接器S1，假定是一个可随时切换工况的双向可控式机动车滑行器。其包括，其包括绕轴线X形成并具有轴向力封闭功能的限力元件180。该限力元件180最佳地是一个环状袋形构件，其绕轴线X形成的内周面84的轴向中部，同轴线地设置有最佳地为平面型的盘形环状周向凹槽78。该周向凹槽78的约半周的内表面，最佳地沿两相互平行的切线方向H和H′延伸至限力元件180的外周面，并形成等截面矩形入口82(参见图1、2)。周向凹槽78的径向内表面80，因而延伸成具有U字形横截面形状的非闭合式内径向表面，并形成两个相互平行的周向壁面85。轴向上依次可滑转地设置在摩擦件70内环侧朝内端延伸的管状基体76外周面上的中介件90、大致呈环状的导向件50，可沿图1中空心箭头所指方向，随同摩擦件70一道由入口82直接纳入周向凹槽78，并被轴向可滑转地延伸至限力元件180内孔中的第二轴210，径向定位在轴线X上。

第一轴200和第二轴210借助诸如花键副的连接方式，分别不可旋转地连接至内周面84a以及管状基体76的内周面，以将转矩传入和传出摩擦连接器S1。当然，除了内周面84a的花键齿之外，转矩也可借助设置在限力元件180上的其它特征曲面传入或传出，还可实现轮-轴式传动。优选地，在第二轴210的内端面上，设置有共轴线X的圆柱状中心凸起214，其收纳在位于第一轴200内端面的共轴线X的中心孔204中，并最佳地间隔以可转动的滚针206。当然，第二轴210也可通过滚针206，可旋转地支撑在内周面84b上。

显然，轴向力封闭的环状袋形限力元件180也可以是一个组合构件。例如，借助诸如焊接、铆接或螺栓之类的紧固方式，将一个具有中心圆孔的杯形壳式限力元件轴向固定连接至一盘形圆环的端面，并限定出周向凹槽78。再如，借助诸如焊接、在包括轴向中部和/或外端部的外周面上过盈地设置至少一个环形箍或齿环之类的紧固连接方式，将径向上至少大致对称，且半圆形内圆面上均设置有半圆形周向槽的两个半圆壳式限力元件，径向固定地对接成一个限定出完整的周向凹槽78的组合式环状限力元件。当然，如果需要，也可在例如两个半圆壳式限力元件的对接面的径向一端，最佳地设置一个类似入口82的周向跨度较小的径向通孔。还可为适应高速转动而在未被填满的入口82的剩余空间中，设置一个与该剩余空间最佳地具有互补式构造的弧形平衡元件/配重块。相关结构的更详细说明和图示，可参见上文所整体结合的两项专利申请，此处不再重复说明。

继续参见图1～3，导向件50通过在其外周面上，设置一个最佳地以互补的形式沿入口82径向延伸至其外缘的凸缘式力臂55的方式，与限力元件180不可旋转地连接成一个组合式袋形导向件。力臂55的两个周向侧表面53，可与入口82的两个周向壁面85同时互补式地啮合/抵触，并传递转矩。导向件50的环形内端面上，设置有一组最佳地绕轴线X周向均布的双向螺旋齿式导向齿52。相应地，中介件90的面对导向件50的端面上，设置有与导向齿52呈互补式构造的一组螺旋齿式导向齿92。导向齿52与92恒久地嵌合，构成最佳地绕轴线X回转的面接触型双向转动导向机构G。另外，中介件90通过其无齿端面上的回转摩擦面104，可与最佳地以互补方式设置在摩擦件70相对端面上的回转型牵引摩擦面72摩擦相连，构成回转型面接触牵引摩擦机构F1。而摩擦件70通过其传力摩擦面74，与设置在周向凹槽78的一个内端面，也就是限力元件180的圆环状盘形端部188b内端面的传力摩擦面58摩擦相连，构成分别与摩擦件70以及导向件50不可旋转地结合在一起，并在两者间直接传递摩擦转矩的回转型面接触传力摩擦机构F2。牵引摩擦机构F1和转动导向机构G共同组成端面型空间楔形机构，该机构再与传力摩擦机构F2一起，构成摩擦连接器S1的核心机构--轴向力封闭的空间楔合式摩擦连接机构。

应该指出的是，本申请“直接传递摩擦转矩”的含义是指，转矩在两构件间的传递路径仅经过一个摩擦机构，而不经过任何第二个其它机构，其与该摩擦机构所具有的摩擦面/片的数量没有任何关系。

显然，由于环状袋形限力元件180的盘形环状周向凹槽78被最佳地设置成平盘状而非锥盘状，因此，摩擦连接器S1在理论上可以不要求导向件50和中介件90的组合与限力元件180之间的同轴度精度。也就是说，可以不对摩擦连接机构中的转动导向机构G、牵引摩擦机构F1和传力摩擦机构F2三者之间以及三者与轴线X的同轴度做过高要求，尤其是转速不高时。只要其两个面接触回转摩擦副垂直于轴线X，以及仅具有很小相对转动量的导向件50和中介件90相互间同轴线设置即可。而相对现代工艺，保证该两个环状构件之间的同轴度又是一件简单和低成本的劳动。因此，这将显著降低制作、装配和使用摩擦连接器S1的要求和成本。

下面再结合图3来说明双向转动导向机构G的详细关系和结构特征。其中，最佳地具有梯形横截面且沿径向延伸的每对端面型螺旋齿式导向齿52和92的相互面对的导向面54和94，均被互补地构造成螺旋型齿面，两者周向相互贴合后，便可形成对应于不同圆周方向的两组面接触的螺旋式导向摩擦副。优选地，分别朝向两个圆周方向的两组导向面54a和94a以及54b和94b的两个互补的升角λ_a和λ_b，均对称地等于λ。一般地，0＜λ≤ξ，特殊地，ζ＜λ≤ξ或者0＜λ≤ζ(当ζ＞0)。显然，如果只需传递单向转矩，升角λ_a和λ_b中的一个，可以最佳地等于平行于轴线X的90度。优选地，所有导向齿52和92的齿高，均被设置成不妨碍对应于两个圆周方向的两组导向面54a和94a以及54b和94b在轴向上的同时贴合，亦即各自的齿顶与各自所处齿槽槽底面的轴向最小间距δ最佳地大于零，以保证转动导向机构G的周向自由度/间隙ε可以等于零。

因此，如上文所整体结合的两项专利申请所述，尽管不是必需，但当最佳地设置一个定向机构C时，本发明的摩擦连接器例如S1便可以在零个、一个或两个圆周方向上，选择性地失效/取消其转动导向机构G的转动导向功能，从而限定其摩擦连接机构超越转动的工作方向。也就是，将摩擦连接器例如S1对应地设定成在两个圆周方向上均可接合/楔合的联轴器，仅在一个圆周方向上接合/楔合的超越离合器，以及在零个圆周方向上接合/楔合的断轴。

最佳地，本发明中的定向机构C是一个可将摩擦连接器，分别设定为联轴器和单向超越离合器的销槽式嵌合机构。参见图2、3、4A，定向机构C包括，具有滑环槽126且滑动地套设在限力元件180外周面上的定向环120，设置于定向环120内周面上的基准槽124和导向槽134，分别可滑动地收纳在该两个凹槽中的基准凸起122和导向凸起132。其中，基准凸起122设置于导向件50的力臂55的弧形外表面57上，导向凸起132对应地设置于中介件90的力臂95的弧形外表面97上。这里，基准槽124与导向槽134可以是由一端部开始的同一个槽道的具有不同升角的不同段，可以是分别延伸至同一端部的两个相互独立的内周面槽道，参见图7，也可以是例如图1～3所示的同一个径向通孔式槽道的不同部分。

作为设置导向槽134的机座的力臂95，具有类似力臂55的，但具有适当向内倾斜的周向侧表面116，可使该力臂95与入口82的两周向壁面85之间最佳地形成转动间隙。该间隙所对应的中介件90相对导向件50的两个最佳地对称的单向的周向自由度ε′，均不妨碍转动导向机构G实现其将导向件50和摩擦件70刚性地抵触至周向凹槽78的两个内端面，也就是抵触至支撑端面189和传力摩擦面58，从而建立刚性的轴向力封闭式抵触连接所需的相对转动，而无论其两端是否设置有弹簧100。

设置上，上述定向机构C具有这样的效果。即，基准凸起122始终位于基准槽124中，导向凸起132可分别位于基准槽124和导向槽134中，也就是导向槽134共用了基准槽124的一部分。当导向凸起132轴向上位于基准槽124中之际，基准凸起122、导向凸起132的周向自由度，仅仅允许导向齿92和52在一个圆周方向上相互抵触，并致使中介件90入楔，例如，对应于图3中箭头P所指方向的导向面54a和94a，而在箭头R所指方向上，导向面54b和94b将不能相互抵触上。当导向凸起132轴向上位于导向槽132中之际，基准凸起122、导向凸起132的周向自由度，将允许导向齿92和52在两个不同的圆周方向上均可相互抵触，并致使中介件90入楔。

于是，只要借助设置于滑环槽126中的未示出的公知的拨叉，拨动定向环120相对限力元件180轴向移动，致使导向凸起132分别位于基准槽124或导向槽134中，便可将摩擦连接器S1设定为单向超越离合器或联轴器，使其可以用作倒车时无需具有滑行功能的机动车用可操纵式滑行器。图3所示位置，即对应于摩擦连接器S1被设定为单向超越离合器/滑行器的情况。

如果需要，只要改变导向槽134的设置，摩擦连接器S1很容易具有双向的滑行功能，也就是可被设定为双向超越离合器或联轴器。

为使溜滑角尽可能地接近于零，摩擦连接器S1还最佳地设置有弹性预紧机构。该机构主要包括至少一个的具体为螺旋压簧的弹簧150，其设置在导向齿52、92双方的齿顶面和齿底面之间。例如，设置于位于导向齿92齿底面的轴向孔中，外端抵触至导向齿52的齿顶面，参见图1～2。实际上，弹簧150可以是由弹性材料制成的具有任意形式和任意设置位置的至少一个的弹性元件，只要其可以最佳地致使回转摩擦面104始终弹性地抵触至牵引摩擦面72即可。

如上文所整体结合的两项专利申请所述，弹性预紧机构也非本发明之必需。未设置该机构时，尽管可靠性有所降低，但摩擦连接器S1仍可依靠升角λ的0＜λ≤ζ的特别设置，以及依靠例如周向转动时的惯性致使中介件90入楔。

处于单向超越离合器的工作模式时，摩擦连接器S1中的摩擦连接机构的工作过程非常简单，与现有技术没有实质差别。例如，当导向件50开始持续地具有沿图1、3中箭头P所指方向相对摩擦件70转动的趋势的初始瞬间，摩擦件70将借助牵引摩擦机构F1的空载/牵引摩擦转矩，牵引着转动导向机构G的中介件90，相对导向件50沿箭头R所指方向作转动导向运动。该转动导向运动所产生的轴向移动/胀紧力，在将导向齿92瞬间楔紧在导向面54a和牵引摩擦面72所围成的端面楔形空间中，也就是中介件90将导向件50与摩擦件70楔合成一个摩擦体，牵引摩擦机构F1因而轴向接合的同时，还将摩擦件70即刻胀紧在限力元件180的相应内端面也就是传力摩擦面58上，以形成轴向力封闭式抵触连接的方式，致使传力摩擦机构F2也同步接合，并将(组合式袋形)导向件50与摩擦件70周向上直接连接成一个摩擦体。参见图2下半部分。

于是，摩擦连接器S1随着空间楔形机构的楔合而接合。由内周面84a上的第一轴200传入的驱动转矩M₀，分别传递给周向一体的导向件50和限力元件180，再分成经由转动导向机构G和牵引摩擦机构F1传递的楔合摩擦转矩M₁，以及经由传力摩擦机构F2直接传递的传力摩擦转矩M₂，分别传递给摩擦件70，并经后者内周面的花键副，传递给第二轴210输出。其中，M₀＝M₁+M₂，且上述轴向胀紧力、楔合力/接合力和各摩擦力的大小，均完全自适应地正比于M₁，也就是驱动转矩M₀。

而当导向件50开始持续地具有沿图1、3中箭头R所指方向相对摩擦件70转动的趋势的初始瞬间，导向件50将开始相对中介件90作解除转动导向机构G的导向作用的转动。因此，导向面54a与94a之间的法向压力和转动导向机构G的转动导向作用，将随着两导向面产生相互脱离接触趋势的一瞬间而同时消失。自然，基于该机构G的轴向移动/胀紧力的两个摩擦机构F1和F2以及空间楔形机构，将随即分离或解楔。于是，摩擦连接器S1结束接合并开始超越转动，中介件90跟随导向件50相对摩擦件70沿R方向摩擦滑转。参见图2上半部分。

无疑地，由于周向上的对称性，导向件50沿图1、3中箭头R所指方向相对摩擦件70的转动，亦即摩擦连接器S1处于反方向的单向超越离合器的工作模式时，将具有完全类似的工作过程，无需重复说明。另外，转矩也可按与上述相反的路径传递，而工作过程不会有任何实质差别。

同样毫无疑问地，当摩擦连接器S1处于联轴器工作模式时，其在两个不同的圆周方向上的工作转动，都将因为其中的摩擦连接机构的如上所述的楔合而接合，从而不存在解楔的工作过程。所以，已无说明的必要。

上述技术方案已经完整地记录在上文所整体结合的两项专利申请，并且不是本申请的特征技术。本申请说明的重点在于，如何实现柔性接合以及工况的设定。为此目的，专门设置有至少一个阻尼机构D。

参见图2、3、4A，为实现柔性接合，也就是柔性楔合的目的，摩擦连接器S1中的升角λ设定为0＜λ≤ζ(当ζ＞0)，并且，还在导向件50与限力元件180双方的支撑端面51和189之间，间隔以至少一个弹性元件，例如碟形或膜片弹簧100，以形成弹性的轴向封闭力的形式，为导向件50和中介件90之间的转动导向作用提供渐变的弹性轴向胀紧力。设置于限力元件180的内表面80相应径向孔中的至少一个限位销176，以可轴向抵触导向件50外周面上相应凸缘的形式，使导向件50可以保持对弹簧100的预压缩的同时，还可以保证转动导向机构G的周向自由度/间隙ε可以最佳地大于等于零。

实际上，弹簧100设置在相对静止的两个轴向抵触面之间不是必需的。其可以设置在位于转动导向机构G轴向任意一端和/或两端的其它任意两构件之间，只要可以形成弹性的轴向封闭力即可。

对应地，摩擦连接器S1还设置有用以延缓导向件50和中介件90之间的相对转动速度的阻尼机构Da和Db。该两个阻尼机构D最佳地是缸-活塞机构，分别最佳地对称设置于力臂95的周向两侧。其包括，被弹簧22最佳地持续弹压至周向壁面85的活塞20，径向地设置在中介件90的相应外周面上，或设置在周向侧表面116上，用于可滑动地收纳活塞20和弹簧22的活塞孔24，收纳在活塞孔24的流体，例如空气、制动液或冷却液，以及由中介件90和管状基体76的内外周面间的间隙充当的阻尼孔。

设置上，弹簧100、两个阻尼机构Da和Db等具有这样的效果。即，转动导向机构G未产生导向作用时，中介件90在导向件50与摩擦件70间的轴向自由度应最佳地大于零。而在转动导向机构G的转动导向作用将弹簧100轴向压缩至极限，致使导向件50通过弹簧100刚性抵触至支撑端面189之前，活塞20最佳地仍未被压缩至极限。

因此，在摩擦连接器S1如上所述的接合过程中，随着转动导向机构G的转动导向运动的开始，也就是随着中介件90相对导向件50和限力元件180转动的开始，中介件90将如前文所述地相对导向件50滑转爬升。该相对转动在通过导向件50轴向压缩弹簧100的同时，还通过周向壁面85a或85b的滑转式抵触，克服弹簧22的阻力以及活塞孔24中的流体的压力，开始致使对应的阻尼机构Da或Db的活塞20a或20b径向回缩。此时，摩擦连接器S1的摩擦连接机构将因为具有弹性的而非刚性的轴向力封闭式抵触连接，而进入对应的弹性楔合式接合状态。

于是，原本完全经由转动导向机构G传递的楔合摩擦转矩M₁，将降低为矩M₁′，分流的那部分转矩M₁₁，将暂时经阻尼机构D，由导向件50直接传递给中介件90，从而破坏了牵引摩擦机构F1本该具有的摩擦自锁，或者说，暂时将ζ降低为ζ′，使设计的升角λ大于了该ζ′。因此牵引摩擦机构F1将处于滑动式摩擦状态，传力摩擦机构F2也自然地处于相同的摩擦滑转状态。该摩擦滑转的转矩，将对应于弹簧100的弹力，而不再对应于刚性楔合时的动力转矩M₀。显然，只要简单的设置，很容易确保分流转矩M₁₁足以压缩活塞20，并且在设定的阻尼时间内，例如，0.5～2秒内，将其压缩至极限。最终，摩擦连接器S1的摩擦连接机构将因为具有刚性的轴向力封闭式抵触连接，而转入对应的刚性楔合式接合状态。完全对应于摩擦转矩M₁的刚性的轴向胀紧力，将迫使牵引摩擦机构F1绝对地摩擦自锁，从而结束摩擦连接器S1的滑转摩擦式的柔性接合过程。

可见，摩擦连接器S1因弹性楔合阶段的牵引摩擦转矩M₁′不再相关于由导向件50输入的动力转矩M₀，而仅仅相关于弹簧100的弹性力和阻尼机构D的流体压力，牵引摩擦机构F1因而具有了可以过载打滑的能力，直至该机构F1刚性楔合时为止。因此，滑行工况中，无论是因为加速行驶，还是因为利用发动机制动的减速行驶，摩擦连接器S1在两个圆周方向上的再次楔合/接合过程，都将是柔性接合的过程，不会产生机械的冲击，或者，显著的转矩冲击。只要设置好阻尼机构D的相关参数，摩擦连接器S1的阻尼过程，就可以是与操作者无关而仅按设计者事先意愿进行的过程。

而在摩擦连接器S1如上所述的结束接合/楔合并开始超越转动过程中，阻尼机构D的弹簧22，在将活塞20弹性外推并再次抵触至周向壁面85的同时，还将上述流体经由中介件90和管状基体76的内外周面间的间隙，吸入活塞孔24。从而致使阻尼机构D回到准备状态，等待下一次阻尼过程的开始。

至此不难发现，转矩在摩擦连接器S1中全部经由面接触摩擦副传递，其传递路径上不存在任何离散构件，不存在任何与离心力相关的摩擦力，更不存在任何不可平衡的回转构件以及任何不平衡径向力或其分力，所有作用力仅具有轴向分力和/或周向分力，而该两个分力的作用对象又均具有极高的轴向和/或周向刚度。因此，相对现有技术的可柔性结合的自控离合器/连接器，摩擦连接器S1除具有上文所整体结合的两项专利申请所述的优点之外，显然还具有至少倍增的承载能力和使用寿命，以及，更简单的结构，更小的轴向/径向尺寸，更小的质量，更易于调节控制，和更易于巨型化和微型化的优点。

应该指出的是，为谋求更大的设计自由度和使空间楔形机构更容易地楔合或解楔，本发明还具有各种提升极限角ζ和ξ数值的技术手段。包括，将转动导向机构G的导向面54和94设置成倾斜螺旋型齿面，将牵引摩擦机构F1的摩擦面72和104设置成截锥面，致使轴截面内导向面54和94或摩擦面72和104与轴线X的夹角/半锥顶角不等于90度，而等于0～180度的其它值；将牵引摩擦机构F1设置成多摩擦片式结构；以及，将具备更大摩擦系数的材料或元件附装至摩擦面72和104中的至少一个上。这里应顺便提及的是，本说明书已经给出了关于极限角ζ和ξ的清晰的文字定义和说明，无需付出任何创造性的劳动，本领域的普通技术人员均可据此推导出其函数关系式/计算公式。

由常识可知，为增大同等直径时摩擦连接器S1的转矩容量并降低轴向胀紧力，牵引摩擦机构F1和传力摩擦机构F2也可依公知技术，被如上所述地分别或同时设置为多摩擦片式的离合机构，并因此而具有多于一个的一组牵引摩擦副或传力摩擦副。

另外，如定义中所述，本发明没有对转动导向机构G及其导向齿52、92作出具体限制，其不必需具有最佳的螺旋齿结构。因此，该机构G及其导向齿可具有任意具备转动导向功能的形式和形状。导向齿可按离散形式设置在端面/周面上，也可按诸如单头或多头螺纹的形式，周向延续地设置在相应的内/外周面上。而在后一种设置形式中，其可最佳地设置成具有诸如矩形、梯形、锯齿形或三角形等截面形状的螺旋齿。同样道理，只要能够最佳地实现轴向的互补式贴合/抵触，牵引摩擦机构F1和传力摩擦机构F2的各自两组回转摩擦副的截锥式回转型摩擦面，可以基于任意曲线/母线回转而成，并可以是设置有用以散热或排除液体/气体的沟槽的非连续表面。

有关轴向力封闭结构及环状袋形构件的更多变型的图示和说明，可参见上文所整体结合的两项专利申请，以及本申请人提出的名为具有袋形构件的空间楔合式摩擦超越离合器，并全文结合于此的中国专利申请201010624905.8，本申请此处不作进一步说明。

应该指出的是，将摩擦连接器S1用作机动车辆的滑行器时，应最佳地将联轴器模式的触发开关与倒车换档机构联动。另外，还可设定例如机械或电气的切换开关，将其工作模式设定为单向超越离合器或联轴器。而且，还可进一步地设定包括电致动机构的手动或自动模式。在自动模式中，每一次踩踏制动踏板的动作，都将联动地致使摩擦连接器S1同步地转入或保持在联轴器的工作模式中，从而可以利用发动机的辅助制动功能，而每一次踩踏加速踏板的动作，都将联动地致使摩擦连接器S1进入或保持在超越离合器/滑行器的工作模式中。

本发明中，阻尼机构D显然并不限于本实施例所示的一种型式和设置位置。相反，其可以具有任何一种所需要的型式和设置位置，参见后续说明，只要其直接或间接地设置在转动导向机构G或SG的两个导向齿52和92或者62和232的转动路径上，或者轴向移动的路径上，从而能够延缓相抵触的导向齿之间的相对转速或轴向移动即可。其可以直接或间接地设置在两个周向相对转动的构件之间或之外，包括分别或同时设置在两者的轴向、周向或径向之间。而且，在仅需单向楔合以及单向柔性接合的应用中，可以只设置一个阻尼机构D。

例如，图4B中的阻尼机构Da和Db的活塞孔24，被大致切向地对称设置在力臂95的两个周向侧表面116上，其中的活塞20弹性地抵触至承力销30。该承力销30轴向贯穿地固定连接至位于入口82轴向两端面的相应轴向孔中，并可滑动地穿过位于力臂55上的轴向避让通孔。阻尼孔26由活塞孔24的底部延伸至力臂95的表面。相应地，周向侧表面116由切向型变为图4B所示的径向型。

与图4A～4B所示正好相反，图4C中的阻尼机构D的活塞孔24，被设置在与限力元件180固定相连的阻尼座40上。该阻尼座40是一个横截面内与入口82具有大致互补构造的弧形块，并被轴向贯穿于其周向两端的承力销30，与限力元件180固定成一体。阻尼座40的周向正中，设置有一个周向延伸的径向型方孔，两个活塞孔24即对称地分别设置在该方孔的两个周向壁面上。位于该方孔中的力臂95，变型为一个周向侧面为弧形曲面的径向凸起。在对活塞20的周向压缩过程中，该弧形曲面可确保两者间的抵触点，始终位于对活塞20的头部端面上，而不会到达该端面的边缘处。设置在活塞孔24底部的阻尼孔26，可以直接延伸至外周面，也可如图4C所示地延伸至周向端面，并由阻尼座40与周向壁面85间的间隙，连通至外界。

图4D示出了阻尼机构D的再一种变型。其中，阻尼座40具有如图4E所示的H字形结构，具有分别向两周向延伸的四个凸耳42和46，以及位于其间的两个周向延伸型凹槽48。四个设置在入口82轴向两端面的承力销30，由轴向两端分别延伸至对应的四个销孔44，将阻尼座40固定连接至限力元件180。对应地，力臂95变型为没有中央部分的两个力臂95a和95b，分别对应地位于凹槽48a和48b中，其径向型内侧面分别抵触至活塞20a和20b。活塞孔24a和24b以轴向相错的方式，分别大致切向地设置在凹槽48a和48b的周向壁面上。

此外，例如图4A中活塞20显然也可设置在周向壁面85之上，图4B～4D中的阻尼孔26，显然也可以设置成具有锥形头部的螺钉，以方便调节阻尼孔的有效流通面积，从而改变阻尼过程所对应的时间。

同样道理，定向机构C也可取一具有任何一种所需要的型式和设置位置，只要其直接或间接地同时连接至转动导向机构G的两个导向齿52和92，能够限制中介件90相对导向件50的周向位置即可。包括仅具有一个偏心轴式凸起，以及一个设置在例如导向件50上的圆柱孔式凹槽的轴向型销槽式嵌合机构。更多的定向方案，可参见本申请人提出的中国专利申请201010624777.7，以及与本申请人与本申请同日提出的名称为空间楔合式电控离合器的中国专利申请，此处不做过说明。

有必要指出的是，本发明中可以无需例如弹簧100的弹性元件，可以简单的周向压缩弹簧取代阻尼机构D，同样可以在摩擦连接机构进入刚性楔合/接合状态之前发挥弹性阻尼作用。尽管柔性接合的效果差一些，但至少可以具有周向阻尼的作用，可以起到缓和摩擦连接器例如S1接合时的机械冲击的作用。

实施例二：柔性接合的自控型空间楔合式摩擦连接器S2

不同于周向阻尼式的摩擦连接器S1，变型的摩擦连接器S2具有轴向的阻尼方式。对应地，其转动导向机构G的升角λ应最佳地满足ζ＜λ≤ξ的要求。

参见图5，阻尼机构D是一个以限力元件180为缸体的环状缸-活塞机构。其包括，设置在支撑端面189径向内环侧的阶梯状圆柱凹槽，用以形成封闭腔体的两个内圆柱壁面，以及，设置有端面凸缘环142的环状活塞140，其上的两个相应的外周面可滑转地连接至上述两个内圆柱壁面。弹簧100设置在该缸-活塞机构的环状阻尼腔144中，阻尼孔26径向地设置在凸缘环142的内周面上。环状活塞140可滑转地设置在第二轴210的外周面上。

由于不必需设置周向的阻尼机构，自然也就不必需设置力臂95，因此，导向凸起132最佳地变型为一根弹性的直钢丝。

通过前述说明容易明了，摩擦连接器S2的接合过程中，由于弹力逐渐增大的弹簧100的弹性力以及阻尼腔144中流体压力相对转动导向机构G产生的胀紧力较小，其中的摩擦连接机构将处于弹性楔合状态，牵引摩擦机构F1因为过载而处于摩擦滑转的柔性接合过程中。而随着上述胀紧力致使阻尼腔144中流体逐渐地流出，相应活塞环140将被逐渐地压缩，弹簧150将同时逐渐地驱离中介件90，产生的轴向间隙将自然地致使导向件50相对中介件90转动，从而始终保持住导向面54和94之间的摩擦抵触，直至弹簧100被压缩至极限。此后，摩擦连接机构将如上所述地转入刚性的轴向力封闭式抵触连接，摩擦连接器S2结束柔性接合过程，进入刚性的楔合式接合工况中。

实施例三：柔性接合的自控型空间楔合式摩擦连接器S3

参见图6，摩擦连接器S3是对摩擦连接器S1的简单变型，亦即，对调了中介件90与导向件50的位置关系，从而致使限力元件180与中介件90不可旋转地连接成一个组合式袋形中介件。为此，弹簧100变型为设置在中介件90与限力元件双方的支撑端面91和189之间，导向件50内环侧设置有可滑转地延伸至中介件90内孔中的管状基体60，而管状基体76则朝相反的方向可滑转地延伸至内周面84b中。装配过程中，还必需首先就位好摩擦件70之后，才能将预装好的导向件50、中介件90和弹簧100由入口82置入凹槽78中。对应地，阻尼机构D被设置在力臂55的周向两侧，以延缓导向件50相对与中介件90周向固定的限力元件180的转动。设置方式完全类似于图4A～4D所示。

转动导向机构G的升角λ依然设置为，0＜λ≤ζ。

摩擦连接器S3的工作过程与摩擦连接器S1完全类似，不再赘述。

实施例四：柔性接合的自控型空间楔合式摩擦连接器S4

参见图7，摩擦连接器S4依然是对摩擦连接器S1的简单变型。

首先，在弹簧100与导向件50的轴向之间，设置有可作有限转动并可抵触至导向件50的大致环状支撑件220。该支撑件220内环侧设置有可滑转地延伸至导向件50和中介件90内孔中的管状基体226，而管状基体76则朝相反的方向可滑转地延伸至内周面84b中。并且，支撑件220与导向件50、弹簧100以及限力元件180组成可操纵的无级支撑机构SS。该支撑机构SS是一个以支撑件220为中介件且具有极限角ζ′和ξ′的又一个空间楔形机构，其最佳地设置有双向的转动导向机构SG。该机构SG的两组具有互补式构造的完全类似或等同于导向齿52和92的导向齿62和232，分别设置在支撑件220和作为被支撑件的导向件50的相互面对的环形端面上，以使两者转动导向地相连接。其中，导向齿62和232的导向面的升角λ′小于ξ′，ζ′和ξ′的定义同于ξ。

为驱动和允许导向件50轴向移动，支撑件220的外周面上最佳地设置有沿入口82径向延伸至其外缘的力臂222。该力臂222具有适当向内倾斜的周向侧表面228，可使该力臂222与入口82的两周向壁面85之间最佳地形成转动间隙，并保证支撑件220相对导向件50具有足够的周向自由度ε″。显然，该周向自由度ε″具有完全类似于上述对周向自由度ε′的设置要求，也就是应能确保转动导向机构SG的工作转动不被周向壁面85所妨碍。这样，相对限力元件180转动支撑件220，便可在周向自由度ε″之内，通过支撑端面224和导向齿232，一边轴向压缩弹簧100，一边无级地并调节导向件50的被支撑高度。该调节可致使摩擦件70、中介件90和导向件50，无间隙地先弹性后刚性地压紧/抵触在传力摩擦面74上，或者先刚性后弹性地撤销该压紧/抵触状态，从而强制性地建立或撤销摩擦连接机构的轴向力封闭式抵触连接，并迫使空间楔形机构在两个圆周方向上可靠地入楔或解楔。其中，支撑件220的导向齿232的齿顶面，受到限位销176的轴向限制，从而对弹簧100实施类似实施例一中的预压缩。并确保导向件50、中介件90、摩擦件70在周向凹槽78中的轴向自由度/间隙大于零。。

其次，阻尼机构D被设置在力臂222的周向两侧，以延缓支撑件220相对与导向件50周向固定的限力元件180的转动。设置方式类似于图4A～4D。

再次，为实现柔性接合，本实施例中的两个转动导向机构G和SG的升角λ和λ′，应最佳地具有这样的参数设置，即，ζ＜λ≤ξ，以及，0＜λ′≤ζ′。

于是，当摩擦连接器S4与摩擦连接器S1一样，用作机动车辆的可控滑行器时，当以第一轴200耦合至发动机之际，摩擦连接器S4的弹性接合阶段，牵引摩擦机构F1将因过载而自然打滑。而该打滑的摩擦转矩，将致使转动导向机构SG中的转动导向摩擦副相对滑转和爬升。该滑转和爬升，一方面无级压缩弹簧100以逐渐增大轴向胀紧力，从而逐渐增大摩擦连接器S4传递的滑转式摩擦转矩，另一方面，该滑转和爬升将受到阻尼机构D的制约，从而确保摩擦连接器S4的接合/楔合过程具有充分的柔合性。其它过程类似于上，不再重复。

容易理解，本发明可事先设定和调整摩擦连接器的柔性接合的力度和时间，也就是可事先设定和调节其滑转式摩擦转矩的变化规律。该特性尤其有利于必需具有较高接合转矩而又不允许出现接合冲击的自控型摩擦接合的传动。例如，针对曳引式电梯轿厢、自动扶梯等升降设备的工作制动和/或自控型紧急制动的摩擦连接应用，以及大型或重载的超越传动应用，矿山领域的重载逆止应用。

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，所提及的实施例和附图都仅仅用于说明的目的，而不用于限制本发明及其保护范围，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 (9)

1.一种柔性接合的自控型空间楔合式摩擦连接器，包括：

绕一轴线回转且可轴向接合的至少一个牵引摩擦机构，其具有绕所述轴线回转并均设置有摩擦面的至少大致为环状的中介件和摩擦件，以在该两构件间传递摩擦转矩；以及

为所述牵引摩擦机构提供接合力并绕所述轴线回转的至少一个转动导向机构，其具有绕所述轴线回转并均设置有相应导向面的至少大致为环状的导向件和所述中介件；

还包括一个袋形构件，用以建立所述导向件、所述中介件以及所述摩擦件之间的轴向力封闭式抵触连接，并与所述导向件或所述中介件不可旋转地相连接，其设置有绕所述轴线回转的至少大致半周的内周面，以及位于该内周面上的大致半周的周向凹槽和由所述袋形构件的外周面连通至该周向凹槽的入口；其特征在于：

还包括至少一个阻尼机构，其至少间接地设置在所述导向件与所述中介件之间；以及

还包括至少一个弹性元件，其设置在位于所述转动导向机构的至少一个轴向端的两个轴向抵触面之间，以形成弹性的轴向封闭力；

当所述导向件和所述摩擦件被所述中介件可驱动地连接成一个摩擦体时，所述导向件与所述中介件双方的所述导向面之间的相互抵触部位的升角λ，大于零且小于等于ξ，即，0＜λ≤ξ，其中，ξ是能够令形成于所述抵触部位的导向摩擦副自锁的所述升角λ的最大值。

2.按权利要求1所述的摩擦连接器，其特征在于：还包括至少具有一个弹性元件的弹性预紧机构，其用于持续地保持所述中介件与所述摩擦件之间的摩擦连接。

3.按权利要求1～2任一项所述的摩擦连接器，其特征在于：所述导向件或所述中介件的外周面上，设置有向所述入口径向延伸的力臂。

4.按权利要求1～3任一项所述的摩擦连接器，其特征在于：

还包括绕所述轴线设置的无级支撑机构，其设置在所述限力元件和被支撑件之间，以轴向上无级移动该被支撑件的方式，建立所述限力元件与所述导向件、所述中介件以及所述摩擦件之间的轴向力封闭式抵触连接；

其中

所述无级支撑机构具有绕所述轴线设置且至少呈大致环状的支撑件，其通过轴向抵触和转动导向两种连接方式，分别连接至所述限力元件和所述被支撑件；

所述被支撑件是所述导向件、所述中介件和所述摩擦件中与所述限力元件不可旋转地相连接的那一个；

所述阻尼机构设置在所述限力元件与所述支撑件的周向或轴向之间。

5.按权利要求1～3任一项所述的摩擦连接器，其特征在于：所述阻尼机构至少间接地设置在所述导向件与所述中介件之间，或者，所述限力元件与不可旋转地连接至该限力元件的所述导向件或所述中介件之间。

6.按权利要求1～5任一项所述的摩擦连接器，其特征在于：还包括定向机构，其用于可操作地将所述中介件限定在相对所述导向件的至少两个不同的周向区域内，以限定所述中介件可以周向抵触到所述导向件的相对转动方向，并规定所述转动导向机构的导向转动所对应的圆周方向。

7.按权利要求6所述的摩擦连接器，其特征在于：所述定向机构是销槽式嵌合机构，其具有至少一个凸起和至少一个凹槽，至少间接地分别设置在所述中介件和所述导向件上。

8.按权利要求1～7任一项所述的，其特征在于：所述牵引摩擦机构是多摩擦片式摩擦机构，其具有与所述摩擦件和所述中介件分别不可旋转地相连接的两组轴向交错排列的各至少一个摩擦片。

9.按权利要求1～7任一项所述的，其特征在于：所述传力摩擦机构是多摩擦片式摩擦机构，其具有与所述摩擦件和所述导向件分别不可旋转地相连接的两组轴向交错排列的各至少一个摩擦片。

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