CN103133551B - 径向锁紧式过载保护轴 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向锁紧式过载保护轴，包括传动轴，所述的传动轴包括第一轴和空心的第二轴，所述的第一轴位于第二轴内且与第二轴同心，所述的第二轴在圆周方向上设有至少一对液压缸，每一对液压缸之间连接有一个蓄能阀，液压缸贯穿第二轴的轴壁且开口朝向第一轴，液压缸的缸体内设有可相对缸体滑动的顶块，所述第一轴的圆周面上设有与顶块相抵的凸块。本发明旨在提供一种在过载时能够切断动力传递从而防止传动轴断裂，同时可靠性较好的径向锁紧式过载保护轴。

Description

径向锁紧式过载保护轴

技术领域

本发明属于轴传动领域，尤其是涉及一种具有过载保护作用、特别适用于机动车传动系统的传动轴结构。

背景技术

在机械传动领域，特别是在机动车上，发动机产生的动力需要依靠传动系统最终传递至车轮上。对于发动机前置前轮驱动的汽车而言，发动机的动力通过变速器、主减速器、差速器等传递到前桥两个半轴上从而带动车轮旋转，而发动机前置后轮驱动的汽车来说，动力经变速器之后需要通过主传动轴传递到后桥的主减速器。对于越野车和货车，为了增加车辆的爬坡性能和通过性能，通常采用前后桥多轴驱动。

车辆的传动系统是根据设定的要求而设计的。在正常行驶时，传动系统的受力通常小于其最大负载值，但是当车辆行驶在路况不是很理想的地区如坑洼路面是，轮胎的受力情况变得较为恶劣，当轮胎受力超过最大设计负载后，传动系统中的传动轴和其它部件容易损坏。在现代汽车上，设置在发动机和变速器之间的离合器，用于保证汽车平稳起步以及换挡时传动系统工作平顺，另外一个功能便是限制传动系统所承受的最大转矩，其中主要是通过离合器的主、从动部分的摩擦来传递动力的，当超过离合器的最大摩擦力矩时，离合器的主、从动部分将会发生相对滑动摩擦。可以很明显地看出，当传动轴过载时，是通过离合器主从动部分的相对摩擦将动能转化为热能从而提高对传动轴的保护，因此在路况较差的路面长时间行驶时，离合器经常处于过载工况，热量的大量堆积使离合器的温度不断升高，不仅降低了传动效率，而且极易导致其烧毁。

目前，用于保护传动轴过载的结构，如中国专利授权公告号：CN 201010230513.3，公开的一种传动轴,它是由内轴管、外轴管和压入橡胶组成,压入橡胶硫化在内轴管的外表面,硫化压入橡胶的内轴管压入外轴管。从中可以看出，内轴管和外轴管之间是通过橡胶磨擦传动,传动轴在过载时内轴管和外轴管之间的作用力克服橡胶静摩擦力从而发生相对转动。而在相对转动的过程中，橡胶会被磨损，而只要橡胶出现磨损，内轴管和外轴管之间原来的紧配合就会变得松动，从而失去传动作用。

发明内容

本发明是为了克服机动车辆的传动轴过载时容易发生断裂，或者造成相关传动部件的损毁以及现有技术中的防过载结构可靠性较差的不足，提供了一种在过载时能够切断动力传递从而防止传动轴断裂，同时可靠性较好的径向锁紧式过载保护轴。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种径向锁紧式过载保护轴，包括传动轴，所述的传动轴包括第一轴和空心的第二轴，所述的第一轴位于第二轴内且与第二轴同心，所述的第二轴在圆周方向上设有至少一对液压缸，每一对液压缸之间连接有一个蓄能阀，液压缸贯穿第二轴的轴壁且开口朝向第一轴，液压缸的缸体内设有可相对缸体滑动的顶块，所述第一轴的圆周面上设有与顶块相抵的凸块。第二轴为空心轴，第一轴位于第二轴内，两轴同心，在第二轴上布置的液压缸的缸体贯穿第二轴的轴壁，缸体内的顶块与第一轴上的设置的凸块相接触。动力可以从第一轴或者第二轴传入，从另外一轴传出，其中液压缸与相邻或者相对的液压缸通过蓄能阀相连。当传动轴的扭矩小于设定值时，顶块和凸块相接触，第一轴和第二轴同步旋转，传递动力；当扭矩升高时，缸体内的顶块上移，两轴之间有微小的相对转动，但是依然可以正常传递动力；而当扭矩超过设计值时，凸块刚好能上移至顶块的顶部，因此凸块和顶块之间的动力被断开，之后第一轴和第二轴之间发生相对旋转，以对传动轴起到保护。当第一轴和第二轴之间的扭矩回复到设定值以内时，在蓄能阀的作用下顶块下降，使得第一轴和第二轴恢复同步旋转。因此当路况不佳、地面阻力过大时，本发明可以对传动轴起到缓冲作用，负载过大时可以通过切断动力传递的方式防止传动轴发生扭断的情况，同时也减小了传动轴过载时离合器的负载。此外，还可以缓和来自发动机的动力，减少换挡时动力对于传动轴的冲击，使得动力传递也更加平顺。对于前后桥同时驱动的汽车来说，在转向时，可以对前后轮之间由于转速差产生的冲击进行缓冲和调节，对主减速器和分动器也能起到较好的保护作用。 

作为优选，所述的蓄能阀包括阀体以及位于阀体内的活塞，所述的活塞通过复位弹簧与阀体相连，所述的阀体上设有两个同侧的阀口。当液压缸的压力较大时，蓄能阀内的活塞向上运动，将复位弹簧压缩，到达平衡状态；当液压缸中的液压油压力变小时，活塞在弹簧作用下向下运动，推动液压油流回到液压缸中。蓄能阀可以吸收来自路面的冲击能量并起到蓄能作用，从而对传动轴起到过载保护的作用。 

作为优选，所述的阀体上设有与阀口相连通的贮油腔，所述的贮油腔内设有可相对贮油腔滑动并且与活塞固定连接的活塞杆，所述的活塞上设有压缩阀和伸张阀，所述的压缩阀和伸张阀在活塞上反向布置。活塞将阀腔分成上阀腔和下阀腔，液压油从阀口进入到贮油腔内时，活塞杆推动活塞向上运动，上阀腔受到挤压，当上下阀腔的油压差超过了压缩阀的开启阀值时，压缩阀而打开，液压油通过压缩阀，进入到下阀腔内，同时活塞上移；当液压缸的油压减小时，复位弹簧推动活塞向下运动，此时伸张阀打开，液压油从下阀腔通过伸张阀流入到上阀腔内。因此当传动轴即将发生过载时，压缩阀打开，卸去油压，使得第一轴和第二轴能发生相对转动。

作为优选，还包括支撑体，所述的支撑体包括左安装座、右安装座以及位于左、右安装座之间的连接框体，所述的第二轴和左安装座固定连接，所述的第一轴和右安装座活动连接。将液压缸等组件设置左安装座、右安装座和连接框体形成的空间内，从而起到较好的防尘和保护作用。

作为优选，所述顶块与凸块的接触面呈球形。这样顶块和凸块在相对运动是比较顺滑，同时顶块能够承受较大的接触应力，改善了顶块的受力情况。

作为优选，所述的凸块呈圆柱形，所述的第一轴上设有与凸块匹配的凹槽。凸块可以在凹槽内滚动，从而减小与顶块的磨损，进一步提高使用寿命。

作为优选，所述的伸张阀包括伸张阀芯和伸张阀弹簧，所述的压缩阀包括压缩阀芯以及处于压缩状态的压缩阀弹簧。压缩阀弹簧在装配时已经被预先压缩状态，这样只有在阀腔内油压较高时，压缩阀才会打开从而起到缓冲作用，在低扭矩时第一轴和第二轴的相对旋转幅度较小，可以提高传动效率。

作为优选，所述的压缩阀弹簧的弹簧劲度系数大于伸张阀弹簧的劲度系数。这样当液压缸内的油压减小时，活塞在复位弹簧推动下快速回位，保证正常的动力传递。

作为优选，所述伸张阀芯与活塞之间常通缝隙的截面积大于压缩阀与活塞之间常通缝隙的截面积。液压缸内的油压减小时，下阀腔的液压油内更快地通过伸张阀流入到上阀腔内，因此当负载减小时，能使第一轴和第二轴之间更快地恢复动力传递。

因此，本发明具有如下有益效果：（1）可以有效防止地面阻力过大而造成传动轴扭断；（2）减轻传动系统中离合器的损耗；（3）换挡时缓和动力对传动系统的冲击，提升换挡平顺性；（4）使用时磨损较少，使用寿命较长；（5）转向时缓冲前后轮转速差对主减速器和分动器产生的瞬间冲击。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例1的剖面图；

图3是本发明实施例1的阀体的结构示意图。

图4是本发明实施例2的剖面图；

图5是本发明实施例2的阀体的结构示意图。

    图中，第一轴1，凸块1a，液压缸2，第二轴3，左安装座4，连接框体5，右安装座6，滚动轴承7，管道8，蓄能阀9，阀体9a，阀口9b，下阀腔9c，上阀腔9d，贮油腔9e，活塞91，复位弹簧92，活塞杆93，压缩阀94，伸张阀95，顶块10。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1

如图1所示的实施例1中，一种径向锁紧式过载保护轴，包括传动轴和支撑体，传动轴由第一轴1和第二轴3组成，其中第二轴为空心结构，第一轴位于第二轴内部，并且两轴同心。第二轴上设有一对液压缸2，两个液压缸对称布置在第二轴上。支撑体包括左安装座4、右安装座6和连接框体5，左安装座和右安装座通过连接框体5进行连接，其中左安装座和第二轴固定连接，右安装座中心设有通孔，与第一轴通过滚动轴承7连接。

如图2所示，液压缸贯穿第二轴的轴壁，同时两个液压缸分别连有管道8，两管道与一个蓄能阀9连接。在液压缸的缸体内设有顶块10，顶块可以在液压缸内上下移动，并且与液压缸是密封的。在第一轴上设有凸块1a，凸块与第一轴为一体结构，凸块与顶块相接触的一面呈圆弧面，而顶块的接触面为球面。

如图3所示，蓄能阀包括阀体9a和活塞91，活塞可在阀体内上下活动，活塞的两端分别通过复位弹簧92与阀体相连。在阀体上设有两个阀口92，这两个阀口位于阀体的同一侧，通过管道与液压缸的缸体相连。活塞将阀腔分为了上阀腔9d和下阀腔9c，其中，下阀腔内有液压油，而上阀腔为空气。

由于动力从第一轴和第二轴其中之一输入均可，下面以从第一轴输入动力、从第二轴输出动力为例对本发明的运作过程进行说明：当第一轴接收到输入动力开始转动时，第一轴上的凸块与顶块接触，顶块推动液压缸侧壁，带动第二轴同步旋转，从而驱动负载。在工作过程中，顶块对液压缸中的液压油产生压力，通过管道将液压传递至蓄能阀，推动活塞向上运动，由于活塞两端有复位弹簧以及上阀腔的空气压力作用，因此当受力平衡时，顶块便不会继续上升。当第二轴受到的阻力继续增大，达到传动轴的设计最大负载时，顶块上升到凸块的顶点，顶块和凸块之间不再传递动力，第一轴和第二轴之间发生相对转动。因此，第一轴和第二轴之间的动力传递会被切断，不会对传动轴以及传动系统的其它部件造成损坏，起到过载保护的作用。而当负载小于过载值时，在复位弹簧作用下，活塞向下滑动，顶块也向下运动，第一轴和第二轴之间的动力传递恢复。

实施例2

如图4所述的实施例2中，一种径向锁紧式过载保护轴，包括传动轴和支撑体，传动轴包括第一轴1和第二轴3，其中第二轴为空心结构，第一轴位于第二轴内部，并且两轴同心。第二轴上设有两对液压缸2，四个液压缸的中心轴线位于第二轴的同一横截面上，且相邻液压缸之间的夹角为90度。支撑体包括左安装座、右安装座和连接框体5，左安装座和右安装座通过连接框体进行连接，其中左安装座和第二轴固定连接，右安装座中心设有通孔，与第一轴通过滚动轴承连接。液压缸贯穿第二轴的轴壁，同时相邻两个液压缸通过管道8，与一个蓄能阀9连接，组合成一对液压缸。在液压缸的缸体内设有顶块10，顶块可以在液压缸内上下移动，并且与液压缸是密封的。在第一轴上设有凸块1a，凸块呈圆柱形，在第一轴表面设有弧形的凹槽，凸块可在凹槽内滚动。凸块与顶块相接触的一面呈圆弧面，而顶块的接触面呈球面。

如图5所示，蓄能阀包括阀体9a和活塞91，活塞可在阀体内上下活动，活塞的上端通过复位弹簧92与阀体一端相连，在相对端上设有两个阀口9b，阀口上连接管道与液压缸的缸体相连。阀体上设有与阀口相连通的贮油腔9e，贮油腔内设有活塞杆93，活塞杆上端和活塞通过螺栓固定连接，并且活塞可相对贮油腔滑动。活塞将阀腔分成了上阀腔9d和下阀腔9c，上下阀腔内都有液压油。此外，在活塞上还设有压缩阀94和伸张阀95，压缩阀和伸张阀在活塞上反向布置。伸张阀包括伸张阀芯和伸张阀弹簧，压缩阀包括压缩阀芯和压缩阀弹簧，其中压缩阀弹簧已被预紧而处于压缩状态，且压缩阀弹簧的弹簧劲度系数大于伸张阀弹簧的劲度系数，伸张阀芯与活塞之间常通缝隙的截面积大于压缩阀与活塞之间常通缝隙的截面积。蓄能阀的工作过程为：来自液压缸的液压油通过阀口进入到贮油腔中，推动活塞杆带动活塞向上运动，使上阀腔内压力增大，当上下阀腔的压力差克服压缩阀弹簧的预紧力时，压缩阀打开，上阀腔内的液压油通过压缩阀流入下阀腔中；当活塞杆受到的油压减小时，活塞在复位弹簧推动下向下移动，并且伸张阀打开，下阀腔的液压油经过伸张阀进入到上阀腔内。

在实际运转过程中，以从第一轴输入动力、从第二轴输出动力为例对本发明的运作过程进行说明：当第一轴接收到输入动力开始转动时，第一轴上的凸块与顶块接触，顶块推动液压缸侧壁，从而带动第二轴同步旋转，从而驱动负载。在工作过程中，顶块对液压缸中的液压油产生压力，通过管道将液压传递至蓄能阀，油压推动活塞杆，从而带动活塞向上运动。当第二轴受到的阻力增大，即负载增大，直至超过传动轴的最大设计负载时，压缩阀打开，此时顶块上升到凸块的顶点，顶块和凸块之间不再传递动力，第一轴和第二轴之间发生相对转动。因此，第一轴和第二轴之间的动力传递会被切断，不会对传动轴以及传动系统的其它部件造成损坏，起到过载保护的作用。而当负载小于过载值时，在复位弹簧作用下，活塞向下滑动，顶块也向下运动，第一轴和第二轴之间的动力传递恢复。

Claims (5)

1.一种径向锁紧式过载保护轴，其特征是，包括传动轴，所述的传动轴包括第一轴（1）和空心的第二轴（3），所述的第一轴（1）位于第二轴（3）内且与第二轴（3）同心，所述的第二轴（3）在圆周方向上设有至少一对液压缸（2），每一对液压缸之间连接有一个蓄能阀（9），液压缸（2）贯穿第二轴（3）的轴壁且开口朝向第一轴（1），液压缸（2）的缸体内设有可相对缸体滑动的顶块（10），所述第一轴（1）的圆周面上设有与顶块（10）相抵的凸块（1a），所述的蓄能阀（9）包括阀体（9a）以及位于阀体（9a）内的活塞（91），所述的活塞（91）通过复位弹簧（92）与阀体（9a）相连，所述的阀体（9a）上设有两个同侧的阀口（9b），所述的阀体（9a）上设有与阀口（9b）相连通的贮油腔（9e），所述的贮油腔（9e）内设有可相对贮油腔（9e）滑动并且与活塞（91）固定连接的活塞杆（93），所述的活塞（91）上设有压缩阀（94）和伸张阀（95），所述的压缩阀（94）和伸张阀（95）在活塞（91）上反向布置，还包括支撑体，所述的支撑体包括左安装座（4）、右安装座（6）以及位于左、右安装座之间的连接框体（5），所述的第二轴（3）和左安装座（4）固定连接，所述的第一轴（1）和右安装座（6）转动连接。

2.根据权利要求1所述的径向锁紧式过载保护轴，其特征是，所述顶块（10）与凸块（1a）的接触面呈球形。

3.根据权利要求1所述的径向锁紧式过载保护轴，其特征是，所述的凸块（1a）呈圆柱形，所述的第一轴（1）上设有与凸块（1a）匹配的凹槽。

4.根据权利要求1所述的径向锁紧式过载保护轴，其特征是，所述的伸张阀（95）包括伸张阀芯和伸张阀弹簧，所述的压缩阀（94）包括压缩阀芯以及处于压缩状态的压缩阀弹簧。

5.根据权利要求4所述的径向锁紧式过载保护轴，其特征是，所述的压缩阀弹簧的弹簧劲度系数大于伸张阀弹簧的劲度系数。