CN103557243A - 易于解楔或解楔转矩等于零的空间楔合式摩擦超越离合器 - Google Patents

Abstract

本发明之空间楔合式超越离合器的特征在于，其转动导向机构G所包括的两个均设置有导向齿的导向件和中介件，前者的挤出角ξ₂小于后者的挤出角ξ₁，导向齿的升角λ最佳地介于该两个挤出角之间。于是，传动工况中，中介件可以处于稳定的楔合状态中，而在超越转动开始的瞬间，导向件便被相关构件的弹性应变即刻周向挤出，不可能维持住楔合状态，从而无需提供任何解楔转矩即可实现离合器的自然分离和超越转动。在获得更好的超越转动特性、更佳的开合特性、更高的传动效率和更小的发热量等有益效果的同时，本发明仍将保留有该类超越离合器的所有优点。

Description

易于解楔或解楔转矩等于零的空间楔合式摩擦超越离合器

相关申请

本申请是由专利文献CN101936346B、WO2011／000300A1和CN102537126A所公开的本申请人的基本专利申请的从属专利申请，该三份公开在先的专利申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及所有传动领域中的一种离合／连接装置，以及包含该离合装置的诸如摩擦离合器、电控／磁离合器、安全离合器、联轴器、制动器、滑行器、差速器、单向传动装置、无级定位的铰链／调角器、扳手和螺丝刀之类的摩擦传动装置等，特别涉及一种摩擦式超越离合器。

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并不包含也不给出任何的暗示。

基于机械常识和使用经验，作为平面楔合机构的滚柱／滚珠式超越离合器，因为其解楔过程常必需一定的解楔转矩和消耗一定的能量，所以，其存在由于解楔转矩不足而致使解楔困难或失败，并最终造成整体失效报废的缺陷。之所以如此的原因在于，刚体只是理想的假设，现实中的任何构件在受力状态中实际上都至少存在弹性变形，线接触抵触状态中的构件表面实际上都存在塑性变形，该弹性和塑性变形又因径向挤压力的离散型分布特征和中空环状的几何特征而变得尤其严重，从而显著放大了超越离合器的楔合角，减小或丧失了由径向挤压力转化而来的自适应解楔力或解楔转矩。

另外，专利文献CN101936346B所公开的空间楔合式摩擦超越离合器，虽然因具有完全的面接触特征而获得楔合角恒久不变的优点，但其发明的主要目的并非是如何降低解楔力或解楔转矩。

发明内容

本发明致力于明确地提出一个通用于楔合式超越离合器的设计准则，以解决上述问题和避免上述缺点。

本发明要解决的技术问题是提供一种在具有更高承载能力的同时，更易于解楔或解楔转矩等于零的空间楔合式摩擦超越离合器。

为达成上述发明目的，本发明之易于解楔或解楔转矩等于零的空间楔合式摩擦超越离合器包括，绕一轴线回转且轴向接合的至少一个牵引摩擦机构，其具有至少一个中介件以及绕上述轴线回转并设置有牵引摩擦面的摩擦件，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，其具有上述中介件以及绕上述轴线回转并设置有相应导向面的导向件；而导向件的导向面与中介件之间的相互抵触部位的升角λ，大于零且小于等于ξ₁，即，0＜λ≤ξ₁，同时，ξ₂＜ξ₁；其中，ξ₁是能够令分别形成于中介件与导向件以及摩擦件之间的摩擦副均不自锁的升角λ的最小值，记为中介件的挤出角，ξ₂是能够令分别形成于导向件与中介件以及摩擦件之间的摩擦副均不自锁的升角λ的最小值，记为导向件的挤出角。

可选地，设置有两个绕上述轴线回转的可轴向接合的摩擦机构，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。

改进地，还包括有至少一个限力元件，其可与导向件、中介件和摩擦件中的至多一个，以至少不可旋转的方式连接成力封闭式组合构件，用以建立相互之间的轴向力封闭式抵触连接。

为降低解楔转矩，升角λ可以非最佳地小于ξ₂，即，λ＜ξ₂。

为使解楔转矩降至零，升角λ取值范围应最佳地是，ξ₂≤λ＜ξ₁。

进一步地，为绝对消除过载打滑的可能，升角λ应取值为，ξ₂＜λ≤ζ，其中，ζ是能够令形成于中介件与导向件之间的导向摩擦副自锁的升角λ的最小值，也是令形成于中介件与摩擦件之间的牵引摩擦副自锁的升角λ的最大值。

为使ξ₂小于ξ₁，传力摩擦机构可以是一个滚动摩擦机构，其在该传力摩擦机构的两个相互面对的摩擦面之间设置有至少包括一个的一组滚动体，以形成滚动摩擦副。

为使ξ₁大于ξ₂，牵引摩擦机构的牵引摩擦副应具有相较传力摩擦机构的传力摩擦副为大的当量回转半径。

为使ξ₁显著大于ξ₂，牵引摩擦机构的两个牵引摩擦面中的至少一个，具有相较传力摩擦机构的传力摩擦副更高的摩擦系数，或者被附着以具有相较更高摩擦系数的材料。

优选地，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周向固定连接的两组轴向交错排列的各至少一个摩擦片。

最佳地，牵引摩擦机构的两个牵引摩擦面中的至少一个，是半锥顶角β大于0度而小于180度的截锥面。

可选地，两个牵引摩擦面是具有互补构造的截锥面，其中，设置有内截锥面的构件是力封闭式组合构件中的摩擦件，上述限力元件是袋形构件。

可选地，两个牵引摩擦面是具有互补构造的截锥面，其中，设置有内截锥面的构件是力封闭式组合构件中的摩擦件，该摩擦件包括径向上至少大致对称且分别设置有半个内截锥面的两个半截锥环，限力元件包括将两个半截锥环径向地紧固为一个完整截锥环的至少一个环形箍。

可选地，两个牵引摩擦面是具有互补构造的截锥面，其中，设置有内截锥面的构件是力封闭式组合构件中的摩擦件，该摩擦件是一个具有中心圆孔的杯形壳，限力元件包括一个端面封口环，以及将该端面封口环轴向地紧固至杯形壳的杯口端面的至少一个紧固件。

最佳地，还设置有至少具有一个弹性元件的弹性预紧机构，其用于持续地建立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术语的含义如下：

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，以及，圆柱／端面凸轮机构。

空间楔形机构：由转动导向机构和牵引摩擦机构组成的复合机构。

ζ和ξ₁：空间楔形机构的重要极限角，如图1、7所示的中介件90，一方面，通过其牵引摩擦面例如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，通过其朝向同一圆周方向的导向面94，与导向件50的相应导向面54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，通过其它表面或部位还可作用有诸如用于弹性预紧或限位或强制解楔目的的其它作用力；在转动导向机构G的转动导向工况中，也就是导向件50开始持续地具有致使中介件90沿例如图7中箭头P所指方向相对摩擦件70转动的趋势中，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，简称为中介件90的爬升角ζ，而最大升角则被定义为ξ₁，简称为中介件90的挤出角ξ₁。该两个极限角完全界定了中介件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ξ₁＜λ＜90度时，亦即大于挤出角ξ₁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相对其和摩擦件70向前亦即箭头P所指方向滑转和挤出。即便由于导向件50无挤压式轴向位移的原因而没有可察觉的宏观量级的周向位移，中介件90也将具有对应于相关构件的轴向弹性应变的微观量级的周向位移。因此，中介件90不能将导向件50与摩擦件70楔合成一个摩擦体，其只能被导向件50推动着相对摩擦件70摩擦滑转而不能有效地传递摩擦转矩。

2、当ζ＜λ≤ξ₁且λ＞0时，亦即介于爬升角ζ和挤出角ξ₁之间时，牵引摩擦副具有先于导向摩擦副突破自身静摩擦状态／阻力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，牵引摩擦副便会突破其静摩擦状态／最大静摩擦阻力而正常地转入滑动摩擦状态，而导向摩擦副则因还未突破其静摩擦状态／阻力而始终处于恒定的自锁状态。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，亦即小于等于爬升角ζ时，导向摩擦副具有先于牵引摩擦副突破自身静摩擦状态／阻力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，导向摩擦副便会突破其静摩擦状态／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，而牵引摩擦副则因还未突破其静摩擦状态／阻力而始终处于恒定的自锁状态。然而，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(除非导向件50可轴向位移避让)，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，不会出现相互滑转爬升的情况，除非过载至结构毁损。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。

根据本发明的相关图示和说明不难理解，与中介件90具有同样升角λ的导向件50，也同样具有上述极限角，例如，与挤出角ξ₁具有完全类似物理意义的挤出角ξ₂。当然，仅在作用于导向件50上的动力转矩或负载转矩等于零，或者，超越离合器处于超越工况之际，该挤出角ξ₂方才具有相对固定的数值。

依据本发明的易于解楔或解楔转矩等于零空间楔合式摩擦超越离合器，除具有空间楔合式摩擦超越离合器的所有优点之外，更具有解楔轻巧容易，发热量更少和传动效率更高等优点。借助下述实施例的说明和附图，本发明的目的和有益效果将显得更为清楚和明了。

附图说明

图1是根据本发明的单向超越离合器的轴向剖视图。

图2是图1中具有力封闭功能的环状袋形构件的端面视图。

图3是根据本发明的一个变型的单向超越离合器的轴向剖视图。

图4A和图4B分别是图3中的摩擦件的主视图和左视图的轴向剖视图。

图5是根据本发明的第二个变型的单向超越离合器的轴向剖视图。

图6是依据本发明的第三个变型的单向超越离合器的轴向剖视图。

图7是图1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8是以图7的视图形式表示的再一个变型的单向超越离合器。

具体实施方式

必要说明：为简洁明了，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或有变型时给予必要的说明。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。

实施例一：以不同摩擦系数为特征的易解楔式单向超越离合器C1

参见图1、2、7，单向传动的超越离合器C1包括最佳地绕轴线X形成，并最佳地呈阶梯环状的导向件50。其阶梯外环的内端面上，设置有一组最佳地绕轴线X周向均布的螺旋导向齿52，其阶梯内环的朝内端延伸的管状基体60的内周面上，最佳地设置有花键齿，以与同轴线地设置在其内孔中的内环40借助花键副不可旋转地相连。为此，内环40中部的固定连接段45的外周面上，以互补的方式构造有相应的花键齿。同时，内环40内周面上设置有构成平键槽的传力特征曲面64，以与其内孔中未示出的传动轴不可旋转地相连并传递转矩。而在管状基体60的中部外周面上，则可滑转地径向定位有最佳地呈环状的中介件90，其通过设置在面对导向件50的端面上的与导向齿52呈互补式构造的一组螺旋导向齿92，与导向件50恒久地嵌合，以构成最佳地绕轴线X回转的面接触型单向转动导向机构G。

超越离合器C1还包括最佳地绕轴线X形成并具有轴向力封闭功能和传力特征曲面34的摩擦件70。该摩擦件70最佳地是一个与环状的袋形构件180同一，并与可选择的齿环30最佳地结合成一体的单一零件。传力特征曲面34在齿环30的外周面上构造出轮齿168。显然，该特征曲面34可以是构成所需传力结构的任意曲面，需要时还可以直接形成在一个单独的环状构件上，然后再通过公知的连接方式固定到摩擦件70的外周面上。同样，该齿环30也可通过其它诸如螺拴的方式紧固连接至摩擦件70上。

摩擦件70的绕轴线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的周向凹槽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′延伸至摩擦件70的外周面，并形成等截面矩形入口82。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。相互嵌合的导向件50和中介件90可沿图2中空心箭头所指方向由入口82直接纳入周向凹槽78，并被轴向可滑转地贯穿于摩擦件70内孔中的内环40径向定位。而摩擦件70则通过设置于其内周面与内环40两端的对应外周面48a和48b之间的两个轴承158，同轴线地径向固定在内环40上。最佳地，轴承158应附装有未示出的密封圈或轴承盖。

如上文所整体结合的三项专利申请所述，轴承158和内环40均非本发明之必需，其作用完全可以被如图3所示的滑动摩擦，以及设置于内周面84中的具有例如花键齿或D字形非圆截面的传动轴分别取代。同时，轴向力封闭的环状袋形摩擦件70也可以是一个组合构件。相关更多变型结构的更详细说明和图示可参见上文所整体结合的三项专利申请，此处不作进一步说明。

继续参见图1，周向凹槽78分别设置有回转型牵引摩擦面72和传力摩擦面74。其左端的牵引摩擦面72，与设置在中介件90无齿端面上的回转型牵引摩擦面104摩擦相连，构成具有回转型面接触牵引摩擦副的牵引摩擦机构F1。其右端的传力摩擦面74，与设置在导向件50无齿端面的传力摩擦面58摩擦相连，构成可与导向件50直接传递摩擦转矩的具有回转型面接触传力摩擦副的传力摩擦机构F2。牵引摩擦机构F1和转动导向机构G，共同构成端面型空间楔形机构，该机构再与传力摩擦机构F2一起，构成超越离合器C1的轴向力封闭的空间楔合式摩擦超越离合机构。其中，牵引摩擦副和传力摩擦副的摩擦系数和当量摩擦半径分别为μ₁和R₁，以及，μ₂和R₂。

为最佳地封闭／封堵入口82，还以诸如焊接、铆接、胶接、螺纹副、径向或端面螺钉、过盈或间隙配合之类的紧固或非紧固连接方式，在入口82中或其外部的摩擦件70的外周面上设置有至少一个封口件190，如最佳的完整圆环。为作高速转动而需要对超越离合器C1进行回转平衡时，可最佳地在封口件190内径侧未被填满的入口82的剩余空间中，设置一个例如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140。该平衡元件140最佳地被径向定位，例如，借助贯穿于其中，并固定连接在摩擦件70的相应轴向孔81中的至少一个固定销，参见图2、6。

下面再结合图7来说明转动导向机构G的详细关系和结构特征。其中，沿径向延伸的每对端面型锯齿状螺旋齿式导向齿52和92的导向面54和94，可相互贴合，并构成一组面接触的螺旋式导向摩擦副，其摩擦系数和当量摩擦半径分别为μ_G和R_G，参见图1。即，该两个具有互补式构造的导向面54和94，最佳地是分别朝向单一圆周方向且升角均为λ的螺旋型齿面。一般地，0＜λ≤ξ₁，特殊地，ζ＜λ≤ξ₁或者0＜λ≤ζ(当ζ＞0)。最佳地间隙相隔的非导向面56和96则平行于轴线X，以最佳地保证双方周向抵触时不会导致楔合。

应指出的是，在可以忽略不计诸如弹性预紧力的其它作用力之际，中介件90的挤出角ξ₁的计算公式将可简化为：其中，

和β分别是牵引摩擦副的当量摩擦系数以及半锥顶角。同样地，在作用于导向件50上的动力转矩或负载转矩等于零之际，或者，超越离合器C1处于超越工况之际，导向件50便实质上成为再一个周向浮动的中介件。亦即，此时的导向件50也如上所述地具有相应的挤出角和爬升角，如将其挤出角记做ξ₂，该角将具有完全类似的简化计算公式，

其中，

和α分别是传力摩擦副的当量摩擦系数以及半锥顶角。

对应地，可以忽略不计其它作用力时，导向件50解楔所需的最大解楔转矩M_R相比于导向件50所传递的总转矩M₀，也就是相比于超越离合器C1所传递的动力转矩或负载转矩M₀的比值Ψ的简化计算公式为：

$\mathrm{\ψ}=\frac{M_R}{M_0}\≥\frac{\mathrm{tg}{\mathrm{\ξ}}_2-\mathrm{tg\λ}}{(1-{\mathrm{\μ}}_2^0{\mathrm{\μ}}_G)({\mathrm{\μ}}_1^0+{\mathrm{\μ}}_2^0)}$

显然，比值Ψ是一个反比于升角λ的单调递减函数，且当λ由零增长到导向件50的挤出角ξ₂之际，达到最小值零，并致使解楔转矩M_R=0。而且总体上，对于相同的升角λ，ξ₂＜ξ₁的方案，相较ξ₂等于或大于ξ₁的方案，其比值Ψ必然更小，亦即其对应的解楔转矩M_R必然更小，解楔相较更容易。特别地，对于ξ₂≤λ＜ξ₁的设置，导向件50将被相关构件的弹性应变自动地周向挤出，所需Ψ和M_R的最小值已为负值。亦即，此时的解楔动作将于超越离合器C1具有超越转动趋势的瞬间自适应地完成，而无需外界提供任何转矩的帮助。

本实施例中，通过分别使用不同的材料制作导向件50和中介件90的方式，或者，在相应摩擦面上分别附装具有不同摩擦系数的材料或元件的方式，获得具有显著差值的摩擦系数μ₂和μ₁，从而将传力摩擦副的摩擦系数μ₂与其当量摩擦半径R2的乘积，设置成小于牵引摩擦副的摩擦系数μ₁与其当量摩擦半径R₁的乘积。于是，在α=β=90度时，由μ₂R₂＜μ₁R₁，必得和ξ₂＜ξ₁的所需设置。这样，相对同样的升角λ和相对对应于同样的弹性应变的轴向封闭力／轴向挤压力，导向件50自然将比中介件90更易于被周向挤出。亦即，超越转动时导向件50所需的最大解楔转矩M_R，将可以显著小于其楔合时所传递的动力转矩或负载转矩。特别地，当升角λ约等于挤出角ξ₂时，该解楔转矩M_R将因为导向件50的接近自动挤出状态而如上所述地可以接近甚至降至等于零。

为使溜滑角尽可能地接近于零，超越离合器C1还最佳地设置有弹性预紧机构。该机构主要包括一个由弹簧钢丝制成的可轴向压缩的环状波形弹簧150，其设置在转动导向机构G内径侧的管形腔中，也就是设置在导向齿52、92的内端面与管状基体60外周面，以及其间的导向件50与中介件90两者相对的端面所限定出的管形空间内，参见图1。当然，弹簧150也可以是一个或多个扭簧、片状波形弹簧，或者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牵引摩擦面104和72始终弹性地相互抵触即可。并且，最好能如图7所示地同时致使导向面94和54也能始终且弹性地相互抵触。另外，弹性预紧机构也可通过将一个与中介件90或摩擦件70不可旋转相连的构件弹压至对方的方式，建立两者间的间接摩擦连接。

在图7所示的工况中，转动导向机构G的轴向自由度／间隙为δ，周向自由度／间隙为ε，两自由度均最佳地大于零。其中，有关弹性预紧机构的更详细的说明和图示，可参见上文所整体结合的三项专利申请，此处不作进一步说明。

超越离合器C1的工作过程非常简单。当导向件50开始持续地具有沿图7中箭头P所指方向相对摩擦件70作驱动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54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，该胀紧力还将导向件50即刻胀紧在摩擦件70的另一个内端面也就是传力摩擦面74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，并将导向件50与摩擦件70直接连接成一个摩擦体。

有必要指出的是，由于作用于导向件50上的所有反力均自适应地源自于其所得到的驱动转矩M₀，属自激励范畴，因此，即便升角λ被设置成大于挤出角ξ₂，此时的导向件50也不可能沿箭头R所指方向被周向挤出，除非撤除该驱动转动的趋势。

于是，超越离合器C1随着空间楔形机构的楔合而接合。由管状基体60内孔中的内环40传入的来自未示出传动轴的驱动转矩M₀，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及与其同体的齿环30，再传递给与轮齿168啮合的未示出的齿轮。其中，M₀=M₁+M₂，且上述轴向胀紧力、楔合力和各摩擦力的大小，均完全自适应地正比于M₁，也就是M₀。当然，转矩也可按相反路径传递，而不会有任何实质差别。

而当导向件50开始持续地具有沿图7中箭头R所指方向相对摩擦件70转动的趋势的初始瞬间，也就是驱动转动趋势消失的瞬间，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，在如上所述的显著为小的解楔转矩M_R的作用下，例如，源自负载的惯性转动，或者，源自负载和原动力转矩的转矩之差，导向面54与94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以及整个空间楔形机构，将随即分离或解楔。于是，超越离合器C1结束接合并开始超越转动，亦即，中介件90跟随导向件50开始相对摩擦件70沿R方向摩擦滑转。

至此可见，依据本发明的超越离合器C1，显然保持有上文所整体结合的三项专利申请的例如完全面接触摩擦副和更高承载能力等的所有优点，同时，其ξ₂＜ξ₁的特别设计，还使其明确具有了解楔转矩M_R更小和更易于解楔的优点，以及，与之对应的超越转动特性更好、传动效率更高和发热量更小的有益效果。尤其是将升角λ设置成ξ₂≤λ＜ξ₁之际，更可进一步具有M_R=0的自然超越和分离的优点，其开合特性将更加理想。

值得特别强调的是，无论摩擦件70、中介件90以及导向件50等相关构件的弹性变形／应变和磨损量有多大，依据本发明的超越离合器的升角λ和挤出角ξ₂、ξ₁，都不会发生任何改变，除非摩擦系数μ₁、μ₂和μ_G在使用过程中发生变化。也就是说，相关周向挤出的有益特性与弹性变形／应变和磨损是无关的，不会因此而产生诸如凹坑之类的永久性几何变形，不会影响解楔的可靠性，完全相反于与之严重相关的现有技术。而即便摩擦系数μ₁、μ₂和μ_G在使用过程中会发生改变，但因为变化比相对微小，对挤出角ξ₂和ξ₁的影响相应地也很小。因此，设计时只需将升角λ设计在无需远离ξ₂～ξ₁区间边界的例如1％～85％之间，便可在全寿命周期内可靠地确保ξ₂≤λ＜ξ₁。而无需像滚柱式超越离合器那样，要将楔角设计在远离例如0～11.42度区间边界的例如40％～70％之间。

另外，分析比值Ψ的简化计算公式便不难发现，本发明的降低解楔转矩M_R或致其为零的核心思想或设计宗旨就是，将导向件50的挤出角ξ₂设置成小于中介件90的挤出角ξ₁，即，ξ₂＜ξ₁，而最佳设置是同时将升角λ限定为ξ₂≤λ＜ξ₁。显然，这就是通用于空间楔合式超越离合器的关于降低其解楔转矩M_R的设计准则，包括作为其特例的平面楔合机构一一滚柱式超越离合器。而达成该通用准则或设计宗旨的通用的先决条件就是，亦即：

${\mathrm{\μ}}_2^0=\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(R_j{\mathrm{\μ}}_j/{\sin \mathrm{\α}}_j)}_2$ 必需小于 ${\mathrm{\μ}}_1^0=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(R_i{\mathrm{\μ}}_i/{\sin \mathrm{\β}}_i)}_1.$

其中，牵引摩擦机构F1具有一组数量为n(n≥1)个的牵引摩擦副，其第i个摩擦副的当量摩擦半径为R_i，摩擦系数为μ_i，半锥角为β_i，而传力摩擦机构F2则具有一组数量为m(m≥1)个的传力摩擦副，其第j个摩擦副的当量摩擦半径为R_j，摩擦系数为μ_j，半锥角为α_j。α_j和β_i均介于0～180度之间。

于是，基于上述说明，由于仅将升角λ限定为0＜λ≤ξ₁，超越离合器C1显然并非最佳方案，其显然还具有将升角λ更佳地限定为ξ₂≤λ＜ξ₁的如下所述的各种变型，还具有更多的致使M_R等于零和达成

目的的技术手段。

例如，将至少包括一个的一组最佳地呈截锥型的滚动体，设置在传力摩擦机构F2的传力摩擦面之间，以形成滚动摩擦副，降低

或者，在μ₂=μ₁之际，将R₂设置成小于R₁，以达成

的目的。

参见图3、4A和4B，超越离合器C2便是通过将呈互补构造的牵引摩擦面104和72设置成β不等于90度的截锥面的方式，单独增大

以获得

的技术效果的变型。为此，设置有内截锥面的摩擦件70，通过在其外周面上设置一个以互补的形式沿入口82径向延伸至其外缘的凸缘式力臂75的方式，与空套在传动轴200的外周面上的环状的袋形构件180，不可旋转地连接成一个组合式袋形摩擦件。力臂75与平衡元件140形成为一个零件，其两个周向侧表面73，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。优选地，在摩擦件70的外周面上还设置有一个径向凸起76，该凸起76与力臂75具有正好相反的延伸方向，并不可旋转地延伸至位于内表面80上的径向凹槽中。同时，在袋形构件180的为外周面上，还以过盈的方式，设置有环形箍170。

相应地，外截锥面式牵引摩擦面104被设置在中介环90的外周面上，中介环90与袋形构件180的内壁面之间，最佳地间隙相隔。

由于相较摩擦系数，β的改变对ξ₂与ξ₁的差值影响更显著，因此，作为本发明的一个变型实施例，超越离合器C2具有比超越离合器C1更大的设计空间。例如，假定β=22.5度、μ₁=μ₂=0.09、μ_G=0.10以及R₂=R₁，其ξ₂和ξ₁将分别等于10.85和18.94度，升角λ具有约8度的取值空间。

当然，图3中的组合式袋形摩擦件也可以是一个轴向型的组合构件。例如，借助诸如焊接、铆接或螺栓连接之类的紧固方式，将一个具有中心圆孔的设置有内截锥面的杯形壳式摩擦件70，轴向固定连接至作为端面封口环的例如盘形齿环30的端面，并限定出具有内截锥面的周向凹槽78。或者，该组合式袋形摩擦件还可以是一个径向型的组合构件，参见图5所示的超越离合器C3。例如，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170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个内截锥面的两个半截锥环160a和160b，径向固定地对接成一个限定出完整内截锥面的周向凹槽78的组合式截锥环。相关结构的更详细说明和图示，可参见上文所整体结合的三项基本专利申请，此处不再重复说明。

应该指出的是，上述截锥面的设置也可以相反。例如，针对上文所整体结合的两项专利文献CN101936346B和WO2011／000300A1中的图1所示的实施例一，便可将内截锥面设置在其中介件90上，而将外截锥面设置在其摩擦件70上。另外，牵引摩擦副的两个回转型摩擦面也不必需具有直线状的回转母线，只要能够最佳地实现轴向的互补式贴合/抵触，该回转母线显然可以是呈大致倾斜状的任意曲线。甚至，截锥面也可以不止一个，比如，由横截面呈折线状的母线回转而成的径向上相互衔接的多个截锥面。

容易想到，为单独增大

，也可依公知技术，将牵引摩擦机构F1直接设置为多摩擦片式摩擦机构，使其因此而具有至少包括一个的一组牵引摩擦副。例如，参见图6所示的变型，超越离合器C4的至少包括一个的一组较小的内摩擦片156，通过其端面牙嵌与相应内周面的内径向凸齿的嵌合，不可旋转地连接至中介件90的内周面上。与内摩擦片156轴向交错布置的另外一组较大的外摩擦片154，通过其径向延伸至平衡元件140内周面上相应凹槽中的凸起153，与固定在入口82中的后者形成不可旋转的连接。

作为结果，假定超越离合器C4与C2具有相同的摩擦系数，其挤出角ξ₂和ξ₁将分别等于10.85和21.44度，升角λ具有约10.6度的取值空间。而如果将摩擦片的总数增加至4片时，ξ₂不改变，但挤出角ξ₁和爬升角ζ将分别增长至30.86度和19.43度。此时，只需将升角λ设置成10.85度≤λ＜19.43度，超越离合器C4便可同时具有解楔转矩M_R等于零和绝对地过载不打滑的优点。

在降低

的变型方案中，除了隔以滚动体之外，还可以具有更彻底的方法。例如，图8所示的超越离合器C1的再一个变型，便是双联了两个牵引摩擦机构F1和两个转动导向机构G的易解楔式单向超越离合器。具体地，其在图1中的传力摩擦面58和74之间，再轴向对称地设置了一个中介件90，并与导向件50及袋形的摩擦件70分别对称地组成再一个转动导向机构和牵引摩擦机构，超越离合器C1将不再具有传力摩擦机构F2，而是同时具有两个共用同一个摩擦件70的牵引摩擦机构F1。最佳地，还应设置一个销槽式同步动作机构，其轴向贯穿导向件50的同步销分别以固定和可轴向滑动的方式，连接至两个中介件90a和90b的对应轴向孔中，以周向同步该二构件的圆周位置和转动。

如此变型的好处是，彻底消除了解楔过程中来自中介件90之外的阻力矩，也就是致使

挤出角ξ₂因而降至等于相应导向摩擦副的摩擦角ρ的水平，即，ξ₂=arctgμ_G=ρ_G=ρ。这与滚柱式超越离合器的要求完全相同。此时，只需将相应的升角λ如上所述地分别设置在对应的导向摩擦副本身的摩擦角ρ与挤出角ξ₁之间，即可确保M_R=0。即，ρ_a≤λ_a＜ξ_1a；以及，ρ_b≤λ_b＜ξ_1b。

应顺便提及的是，转动导向机构G也可以具有如上文所整体结合的三项专利申请所述的所有型式。例如，周向延续地设置在相应的内／外周面上的各种螺纹齿，此处不再赘述。

最后应该说明的是，本发明的技术构思显然适用于双向超越离合器，逆止器，包括超越离合机构的机动车滑行器、起动机用单向器和装载机用二轴总成等，同时，还最佳地适用于本申请人在中国专利申请／文献201310293902.4、CN102562989A、CN102536576A、CN102528710A、CN102537025A、CN102478086A、CN102556798A、CN102562859A、CN102537126A和CN102588553A中所公开的技术方案。

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 (10)

1.一种易于解楔或解楔转矩等于零的空间楔合式摩擦超越离合器，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牵引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；其特征在于：

其特征在于：

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ξ₁，即，0＜λ≤ξ₁，同时，ξ₂＜ξ₁；

其中，ξ₁是能够令分别形成于所述中介件与所述导向件以及所述摩擦件之间的摩擦副均不自锁的所述升角λ的最小值，记为中介件的挤出角，ξ₂是能够令分别形成于所述导向件与所述中介件以及所述摩擦件之间的摩擦副均不自锁的所述升角λ的最小值，记为导向件的挤出角。

2.按权利要求1所述的超越离合器，其特征在于：该超越离合器包括至少两个绕所述轴线回转的摩擦机构，其中一个是所述牵引摩擦机构，其中另一个是与所述导向件和所述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所述牵引摩擦机构。

3.按权利要求2所述的摩擦连接器，其特征在于：

还包括至少一个限力元件；以及

所述导向件、所述中介件和所述摩擦件中的至多一个，是至少通过不可旋转的连接方式包括有所述限力元件的力封闭式组合构件，以建立相互之间的轴向力封闭式抵触连接。

4.按权利要求2所述的超越离合器，其特征在于：

所述升角λ小于ξ₂，即，λ＜ξ₂，ξ₂的含义同上。

5.按权利要求2所述的超越离合器，其特征在于：

所述升角λ大于等于ξ₂但小于ξ₁，即，ξ₂≤λ＜ξ₁，ξ₂和ξ₁的含义同上。

6.按权利要求2所述的超越离合器，其特征在于：当ζ＞ξ₂时，所述升角λ大于ξ₂且小于等于ζ，即，ξ₂＜λ≤ζ，其中，ζ是能够令形成于所述中介件与所述导向件之间的导向摩擦副自锁的所述升角λ的最小值，也是令形成于所述中介件与所述摩擦件之间的牵引摩擦副自锁的所述升角λ的最大值，ξ₂的含义同上。

7.按权利要求4～6任一项所述的超越离合器，其特征在于：所述牵引摩擦机构的两个所述牵引摩擦面中的至少一个，具有相较所述传力摩擦机构更高的摩擦系数，或者被附着以具有较高摩擦系数的材料。

8.按权利要求4～6任一项所述的超越离合器，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周向固定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4～6任一项所述的超越离合器，其特征在于：所述牵引摩擦机构的两个所述牵引摩擦面中的至少一个，是半锥顶角β大于0度而小于180度的截锥面。

10.按权利要求9所述的超越离合器，其特征在于：两个所述牵引摩擦面是具有互补构造的截锥面，其中，设置有内截锥面的构件是所述力封闭式组合构件中的所述摩擦件，该摩擦件包括径向上至少大致对称且分别设置有半个内截锥面的两个半截锥环，所述限力元件包括将两个所述半截锥环径向地紧固为一个完整截锥环的至少一个环形箍。

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