CN103062243B - 超越离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超越离合器，为解决现有超越离合器处于超越状态时滚柱组件处于高速转动而导致工作不稳定、可靠性低、寿命短的缺点，本发明构造一种超越离合器，包括输入齿轮、输入齿轮轴、内凸轮、外环齿轮、位于内凸轮之上的滚柱组件，外环齿轮与输入齿轮同轴并列，内凸轮与外环齿轮固定连接形成外环齿轮组件，外环齿轮组件通过轴承安装在输入齿轮轴上，输入齿轮上设有滚道面，滚道面与滚柱组件、内凸轮形成自锁机构。本发明超越离合器处于超越状态时，内凸轮及滚柱组件跟随外环齿轮以较低的速度转动，从而提高工作稳定性，降低磨损，延长使用寿命。

Description

超越离合器

技术领域

本发明涉及一种离合器，尤其涉及一种应用于双涡轮液力变矩器中的超越离合器。

技术背景

大多装载机都采用双涡轮液力变矩器，双涡轮液力变矩器与超越离合器共同工作，向变速箱输入动力，实现高速轻载与低速重载间的切换，提高工作效率，降低司机劳动强度。高速轻载主要是指装载机运输物料或行进过程，例如装载机空斗或载货行进，此时行驶速度较快，但行进阻力较小；低速重载主要是指装载机铲装物料，此时铲斗插入物料中，前进阻力巨大，但前进速度较低。

如图1图2所示，现有超越离合器包括并列同轴的外环齿轮13和输入齿轮1，在外环齿轮13面向输入齿轮1的侧面上设有环形凹槽，该环形凹槽内设置有内凸轮8、内凸轮8与输入齿轮1固定连接；在内凸轮8的圆周面上设置有若干个滚道面，每个滚道面上放置有滚柱9，滚柱9与稳定滚柱的部件以及弹簧构等成滚柱组件，外环齿轮13上凹槽的外侧面为滚道面，输入齿轮1固定在输入齿轮轴2上或输入齿轮1与输入齿轮轴2为一体结构，外环齿轮13则通过轴承定位孔和轴承11、12安装在输入齿轮轴2上，滚道面、滚柱组件、内凸轮8三者构成自锁机构。当装载机在低速重载工况下作业时，输入齿轮1转速降低到等于外环齿轮13转速时，滚柱9、外环齿轮13及内凸轮8三者由于自锁机构的自锁关系而锁止，外环齿轮13通过滚柱9将扭矩传递给内凸轮8、再由内凸轮8传递给输入齿轮1来共同输出动力，动力传递路线为：外环齿轮13→滚柱9→内凸轮8→输入齿轮1→输入齿轮轴2；当装载机在高速轻载工况下时，输入齿轮1转速高于外环齿轮13，滚柱9、外环齿轮13及内凸轮8三者的自锁关系解除，外环齿轮13传递到输入齿轮1上的动力被切断，超越离合器处于超越状态，外环齿轮处于空转，此时输入齿轮1、内凸轮9、滚柱组件以同一转速运动。当超越离合器处于超越状态时，输入齿轮、凸轮及滚柱组件的最高转速可达2300rpm，而外环齿轮转速最高不超过1400rpm。这种结构的超越离合器存在以下不足：

1、当超越离合器处于超越状态时，输入齿轮/内凸轮/滚柱组件以同一转速运动，其最高转速可达2300rpm，滚柱在如此高转速的环境下工作不稳定。

2、当超越离合器处于超越状态时，滚柱周转的同时自转，输入齿轮/内凸轮/滚柱组件转速越高滚柱自转速度越快，导致内凸轮滚道面的磨损率越高。

3、输入齿轮/内凸轮/滚柱组件转速越高，对于滚柱来其所受的离心力就越大，导致滚柱与外环齿轮滚道面之间的摩擦力增大，这也将加剧滚柱、外环齿轮滚道面、内凸轮滚道面的磨损，而超越离合器的锁止角对于这三者的磨损非常敏感，根据经验锁止角超过10°超越离合器就已经失效，而外环齿轮滚道面、滚柱及凸轮滚道面平均磨损0.15mm锁止角就超过10度，所以细微的磨损也将导致超越离合器早期失效。

4、普通加工设备无法在一道工序来完成外环齿轮滚道面、轴承定位孔的精加工，要保证两者的同轴度势必会增加生产成本。

5、外环齿轮滚道面的材料要求高硬度与高耐磨，而外环齿轮体积庞大，整体使用高硬度高耐磨的材料加工外环齿轮，则造成材料成本的提高，同时也增加加工难度。

发明内容

本发明的目的在于针对现有超越离合器的易磨损而导致早期失效、寿命短的问题而提供一种不易磨损、可靠性高、寿命长的超越离合器。

本发明的技术方案是这样实现的：构造一种超越离合器，包括输入齿轮、输入齿轮轴、内凸轮、外环齿轮、位于内凸轮之上由滚柱和弹簧组成的滚柱组件，外环齿轮与输入齿轮同轴并列，内凸轮与外环齿轮固定连接构成外环齿轮组件，外环齿轮组件通过轴承安装在输入齿轮轴上，输入齿轮上设有滚道面，滚道面与滚柱组件、内凸轮构成自锁机构。在本发明中，内凸轮不再固定在高速运转的输入齿轮上而与运转速度较低的外环齿轮固定；滚道面不是设置在外环齿轮上而是设置在输入齿轮上，当装载机低速高载时，输入齿轮的转速降低到与外环齿轮的相同时，自锁机构锁紧，外环齿轮与输入齿轮一同转动传递动力，动力传递路线如下：外环齿轮→内凸轮→滚柱→输入齿轮。当装载机高速低载时，输入齿轮的转速高于外环齿轮的转速，自锁机构脱开，超越离合器处于超越状态，外环齿轮、内凸轮以及滚柱组件以低于输入齿轮的转速转动。由于外环齿轮、内凸轮以及滚柱组件在超越状态下的转速比传统超越离合器的转速低，因此其工作时的稳定性提高，同时由于转速低，滚柱所受的离心力以及自转速度也相应降低，滚柱以及与滚柱接触的部件如滚道面、凸轮、弹簧等零部件的磨损速度也就降低，从而可提高超越离合器的可靠性和延长使用寿命。

在本发明中，进一步地改进是输入齿轮与外环齿轮相对的侧面上设有环形圈，该环形圈与输入齿轮为一体结构，且该环形圈的内侧面为滚道面，能够与内凸轮、滚柱组件等形成自锁机构，环形圈与输入齿轮为一体结构在加工制造过程中可充分保证滚道面与输入齿轮轴的同轴度。 

在本发明中，环形圈也可以以独立的零部件设置在输入齿轮与外环齿轮相对的侧面上，该独立的环形圈通过紧固件固定在输入齿轮上，环形圈通过紧固件与输入齿轮固定连接，环形圈的内侧面为滚道面。环形圈作为独立的零件，在加工时输入齿轮和环形圈可以各自根据自己性能要求选取相应的材料，例如仅就环形圈选用耐磨的轴承钢而输入齿轮选用其他材料从而降低材料成本而降低超越离合器的制造成本。进一步地环形圈与输入齿轮相连接端设有向中心延伸的安装部，安装部上设有用于与输入齿轮安装连接的安装孔。输入齿轮用于安装环形圈的侧面上设有与输入齿轮轴同轴的圆环形凸台，圆环形凸台的直径与环形圈安装部的内孔直径相等。在环形圈上设向中心延伸的安装部并在其上安装孔用紧固件将其与输入齿轮固定，可提高环形圈的安装强度同时又不增加环形圈的尺寸。而与安装部内孔相配合的圆环形凸台可以用于环形圈进行定位，提高环形圈与输入齿轮轴的同轴度。

在上述发明中，外环齿轮组件在内凸轮的外侧具有一环形凹槽，环形圈伸至环形凹槽内。

在上述发明中，内凸轮上通过紧固件固定有环形隔挡板，隔挡板与内凸轮同轴固定安装，且隔挡板的直径大于内凸轮直径但小于环形圈滚道面的直径，滚柱安装在环形圈的滚道面、内凸轮的滚道面、环形隔挡板、凹槽底面所形成的空腔内，滚柱一端通过环形凹槽底面定位，另一端通过隔挡板定位。通过设置隔挡板，可以避免低速绕输入齿轮轴公转的滚柱受高速旋转的输入齿轮或环形圈的影响而发生偏斜造成滚柱卡死的问题。

在上述发明中，内凸轮的内孔为轴承定位孔，在轴承定位孔内设有将内凸轮安装于输入齿轮轴上的轴承，将轴承定位孔设置在内凸轮上，提高了内凸轮、外环齿轮、输入齿轮的定位精准度，同时简化了生产。

在上述发明中，滚柱直径Φ13～20mm，滚柱长度L为24～54mm，滚柱数量N优化为14～20个，环形圈滚道面B直径D为110～300mm，内凸轮滚道面距离H为41.7～129mm，滚柱的长径比L∕Φ范围为1.20～4.15，自锁角θ为6.8°～7.5°。如是设置上述零部件参数，可优化超越离合器的性能，提高使用寿命。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1、将外环齿轮组件上的两个轴承定位孔设置在内凸轮上，提高了内凸轮、外环齿轮、输入齿轮的定位精准度，同时简化了生产。

2、内凸轮固定在转速较低的外环齿轮上，可以有效提高滚柱的工作稳定性，并由于滚柱转速的降低而降低了内凸轮滚道面、滚柱及环形圈滚道面的磨损，有效解决超越离合器早期失效问题。

3、可以实现环形圈、滚柱、内凸轮等都由轴承钢GCr15材料制造，保证三者的具有相等且很高的硬度、接触强度及耐磨性，而避免超越离合器为保证相关部件的强度和耐磨性而使用大量轴承钢，从而在性能得到保证的前提下而降低材料成本。

附图说明

图1是现有超越离合器的纵向剖面视图；

图2是现有超越离合器侧向半剖视图；

图3是本发明超越离合器的纵向剖面视图；

图4是本发明超越离合器侧向半剖视图；

图5是本发明超越离合器中输入齿轮与环形圈的结构示意图；

图6是超越离合器中外环齿轮与内凸轮的结构示意图；

图7是本发明超越离合器中滚柱的结构示意图；

图8是本发明超越离合器锁止角关系示意图。

图中零部件名称及序号：

输入齿轮1、输入齿轮轴2、环形圈3、环形圈滚道面4、安装部5、圆环形凸台6、铆钉7、内凸轮8、滚柱9、弹簧10、第一轴承11、第二轴承12、外环齿轮13、螺栓组件14、第一轴承定位孔15、第二轴承定位孔16、隔挡板17。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方案

如图3至图8所示，本实施例中的超越离合器包括输入齿轮1、输入齿轮轴2、内凸轮8、外环齿轮13、位于内凸轮8之上的滚柱组件，滚柱组件主要由滚柱9和弹簧10组成，其中输入齿轮1与输入齿轮轴2为同轴一体结构，外环齿轮13与输入齿轮1同轴并列。如图6所示，内凸轮8通过螺栓、垫圈、螺母构成的螺栓组件14与外环齿轮13固定连接构成外环齿轮组件，在内凸轮8的内孔中设有第一轴承定位孔15和第二轴承定位孔16，在这两个轴承定位孔中设置分别对应设置第一轴承12、第二轴承11，使得外环齿轮组件可转动地安装在输入齿轮轴2上。如图5所示，输入齿轮1面向外环齿轮1的侧面上设有一个环形圈3，环形圈3靠近输入齿轮的一端设有向环形圈中心延伸的环形安装部5，在安装部5上设有固定孔，铆钉7通过固定孔将环形圈3固定在输入齿轮上。在输入齿轮1安装环形圈3的侧面上设有一个圆环形凸台6，圆环形凸台6的直径等于安装部内孔的直径，使得圆环形凸台的侧面与安装部5的内孔侧面配合。环形圈3的内侧面是圆环形的滚道面4，该滚道面4与输入齿轮轴同轴。本实施例中，滚柱直径Φ13～20mm，滚柱长度L为24～54mm，滚柱数量N优化为14～20个，环形圈滚道面B直径D为110～300mm，内凸轮滚道面距离H为41.7～129mm，滚柱的长径比L∕Φ范围为1.20～4.15，自锁角θ为6.8°～7.5°。

如图3、所示，环形圈3伸入到外环齿轮组件中内凸轮8外侧的圆环形凹槽中。如图6所示，内凸轮8上通过螺栓组件14固定安装有环形隔挡板17，隔挡板17与内凸轮同轴安装且隔挡板17的直径大于内凸轮8的直径，但小于环形圈滚道面4的直径，滚柱9安装在环形圈的滚道面4、内凸轮8的滚道面、环形隔挡板17、凹槽底面所形成的空腔内，滚柱9一端通过环形凹槽底面定位，另一端通过隔挡板定位。如图4所示，弹簧10设在内凸轮8上滚道面上，其一端与滚柱接触连接，向弹簧提供顶推弹力。通过设置隔离板，超越离合器处于超越状态时可以避免绕输入齿轮轴低速公转的滚柱受高速旋转的输入齿轮或环形圈的影响而发生偏斜造成滚柱卡死的问题。在本实施例中，如图4所示，外环齿轮13、内凸轮8、输入齿轮1、环形圈3都逆时针转动，其中外环齿轮13与内凸轮8固定连接，其转速相同，输入齿轮1与环形圈3固定连接，转速相同。当装载机低速高载时，输入齿轮1的转速降低到与外环齿轮13的相同时，也即内凸轮8与环形圈3的转速相同时，自锁机构锁紧，外环齿轮13与输入齿轮1一同转动传递动力，动力传递路线如下：外环齿轮13→内凸轮8→滚柱9→环形圈3→输入齿轮1→输入齿轮轴2。当装载机高速低载时，输入齿轮1的转速高于外环齿轮13的转速，也即环形圈3的转速高于内凸轮8的转速，自锁机构脱开，超越离合器处于超越状态，外环齿轮13、内凸轮8以及滚柱组件以低于输入齿轮1的转速转动。由于外环齿轮13、内凸轮8以及滚柱组件在超越状态下的转速与传统超越离合器中处于超越状态时转速相比要低，因此其工作时的稳定性提高，同时由于转速低，滚柱9所受的离心力以及自转速度也相应降低，滚柱9以及与滚柱9接触的部件如滚道面、内凸轮、弹簧10等零部件的磨损速度也就降低，从而可提高超越离合器的可靠性和延长使用寿命。

Claims (9)

1.一种超越离合器，包括输入齿轮、输入齿轮轴、内凸轮、外环齿轮、位于内凸轮之上的由滚柱和弹簧组成的滚柱组件，所述外环齿轮与所述输入齿轮同轴并列，其特征在于所述内凸轮与外环齿轮固定连接形成外环齿轮组件，所述外环齿轮组件通过轴承安装在所述输入齿轮轴上，所述输入齿轮上设有滚道面，所述滚道面与滚柱组件、内凸轮构成自锁机构。

2.根据权利要求1所述的超越离合器，其特征在于所述输入齿轮与外环齿轮相对的侧面上设有与输入齿轮为一体的环形圈，所述环形圈的内侧面为滚道面。

3. 根据权利要求1所述的超越离合器，其特征在于所述输入齿轮与外环齿轮相对的侧面上设有环形圈，所述环形圈通过紧固件与所述输入齿轮固定连接，所述环形圈的内侧面为所述滚道面。

4.根据权利要求3所述的超越离合器，其特征在于所述环形圈与输入齿轮相连接端设有向中心延伸的安装部，所述安装部上设有用于与输入齿轮安装连接的安装孔。

5.根据权利要求4所述的超越离合器，其特征在于所述输入齿轮用于安装环形圈的侧面上设有与输入齿轮轴同轴的圆环形凸台，所述圆环形凸台的直径等于所述环形圈安装部的内孔的直径。

6.根据权利要求2或3所述的超越离合器，其特征在于所述外环齿轮组件在内凸轮的外侧具有一环形凹槽，所述环形圈伸至所述环形凹槽内。

7.根据权利要求6所述的超越离合器，其特征在于所述内凸轮上通过紧固件固定有环形隔挡板，所述隔挡板与所述内凸轮同轴安装，且所述隔挡板的直径大于内凸轮的直径但小于环形圈的滚道面直径；所述滚柱安装在环形圈滚道面、内凸轮滚道面、环形隔挡板、凹槽底面所形成的空腔内，所述滚柱一端通过环形凹槽底面定位，另一端通过隔挡板定位。

8.根据权利要求1所述的超越离合器，其特征在于所述内凸轮的内孔为轴承定位孔，所述轴承定位孔内设有轴承将内凸轮安装于输入齿轮轴上。

9.根据权利要求1所述的超越离合器，其特征在于所述滚柱直径Φ13～20mm，滚柱数量N优化为14～20个，环形圈滚道面直径D为110～300mm，内凸轮滚道面距离H为41.7～129mm，滚柱的长径比L∕Φ范围为1.2～4.15，自锁角θ为6.8°～7.5°。