CN105041906B - 两段式大功率高速多片湿式离合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两段式大功率高速多片湿式离合器，属于机械传动与驱动技术领域。离合器包括缸套、活塞和摩擦副，所述活塞和摩擦副同时安装在缸套内部，所述一个活塞对应一组摩擦副并在缸套内部形成一个工作段，每个工作段通过单独充放油控制活塞对摩擦副正压力的变化，实现一个工作段的摩擦转矩输出；工作段与工作段间进行充放油交替匹配控制变化，最终实现离合器摩擦转矩输出的连续可控。本发明解决了高速差与大摩擦转矩不能兼顾的矛盾，能够满足主被动转速差大于每分钟5000转，且传递摩擦功率大于500千瓦的飞机和高速车辆的使用需求。

Description

两段式大功率高速多片湿式离合器

技术领域

发明涉及一种湿式离合器，具体涉及一种应用于飞机、动车组及高速车辆的摩擦式离合器机构，属于机械传动与驱动技术领域。

背景技术

离合器作为现代机械传动与驱动系统的关键部件，其性能优劣和设计水平的高低直接决定着传动系统的性能。随着近现代飞机及地面机动车辆机动性、节能性等的迫切需求，离合器的设计及生产也被相应提出了更高的要求。

离合器位于动力装置与负载机构之间。在飞机/高速车辆行驶过程中，驾驶员或智能终端可根据需要结合或分离离合器的摩擦副，进而使动力装置与负载机构按需结合或分离，以实现动力的传递或切断。

随着公司和用户对飞机/高速车辆性能要求的不断提高、有关法律法规对车辆排放性要求的日渐严格，飞机和车辆设计中越来越多地采用高速发动机、高功率密度变速器、高速车用电动机及混合动力系统来提高车辆的各项性能。因此，更高的相对转速和更大的功率密度对离合器的性能和使用寿命等提出了更高的要求，湿式离合器以其特有的优点和特性得到了越来越广泛的应用。

然而，随着车辆传动系统的转速和功率密度的提高，现有湿式离合器已经不能完全满足当下飞机/高速车辆的使用要求，成为了飞机/高速车辆系统的易损件之一，经常由于摩擦副局部烧损、钢片出现翘曲和裂纹等问题而失效。引起这种现象的原因，主要是由于离合器在接合过程中，大量的机械能转化为热能，同时又由于接合时间短，散热不能充分进行，导致摩擦副表面温度过高、摩擦材料温差过大，进而引起较大的热应力，从而产生表面形变。当温度或热应力超过材料许用极限，或系统处于热弹性不稳定状态时，均将引起摩擦表面非均匀性物理场随时间的指数式增长，最终导致离合器摩擦界面出现局部高温区域，从而对摩擦副表面产生破坏性作用，引起离合器性能下降甚至失效，导致严重的使用后果。

目前，国内外很多离合器产品通过提高摩擦材料耐热性能和离合器接合缓冲控制品质，大大提高了离合器的工作可靠性和功率密度，但这样对摩擦材料和摩擦元件制造工艺及控制提出了较高要求，无法彻底解决高速差与大摩擦转矩不能兼顾的矛盾。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种两段式大功率高速多片湿式离合器，通过结构优化设计，实现了离合器的多工作段式工作，解决了高速差与大摩擦转矩不能兼顾的矛盾，能够满足主被动转速差大于每分钟5000转，且传递摩擦功率大于500千瓦的飞机和高速车辆的使用需求。

一种两段式大功率高速多片湿式离合器，包括缸套、活塞和摩擦副，所述活塞和摩擦副同时安装在缸套内部，所述一个活塞对应一组摩擦副并在缸套内部形成一个工作段，每个工作段通过单独充放油控制活塞对摩擦副正压力的变化，实现一个工作段的摩擦转矩输出；工作段与工作段间进行充放油交替匹配控制变化，最终实现离合器摩擦转矩输出的连续可控。

活塞由内活塞和外活塞组成，摩擦副由内摩擦副和外摩擦副组成，还包括动力输出齿轮、内挡板、外挡板、内回位弹簧和外回位弹簧；

所述缸套的内部为两个同心的环形腔，其中心具有中心柱，中心柱为两端开放的圆柱形空腔，该空腔的内圆周面上加工有与动力输入齿轮相配合的内花键，所述两个环形空腔的壁面上加工有沿周向均布的条形槽，该条形槽自缸套的开放端沿轴向延伸，分别形成外油腔外齿和内油腔外齿；所述缸套上加工有润滑油道、控制油道Ⅰ和控制油道Ⅱ，所述润滑油道贯通缸套的两个端面，所述控制油道Ⅰ贯通缸套的封闭端以及外环形腔，所述控制油道Ⅱ贯通缸套的封闭端和内环形腔；

所述内摩擦副由内摩擦副钢片和内摩擦副摩擦片组成，所述内摩擦副钢片的外圈上加工有与所述缸套上内油腔外齿卡合的周向齿，所述内摩擦副摩擦片的内圈上加工有周向齿；

所述外摩擦副由外摩擦副钢片和外摩擦副摩擦片组成，所述外摩擦副钢片的外圈上加工有与所述缸套上外油腔外齿卡合的周向齿，所述外摩擦副摩擦片的内圈上加工有周向齿；

所述动力输出齿轮为一端开放的环形空腔结构，其内外环形壁面的上均加工有花键齿；

所述内活塞和外活塞分别装入缸套的内外环形空腔中，内活塞和外活塞分别与缸套的底面相抵触，所述内活塞与缸套的内环形腔的底面之间形成内充油腔，所述外活塞与缸套的外环形腔的底面之间形成外充油腔，所述缸套上的控制油道Ⅰ和控制油道Ⅱ分别与外充油腔和内充油腔相通；所述动力输出齿轮的开放端嵌入安装在缸套内，所述外摩擦副装入由动力输出齿轮外环形壁面以及缸套外环形腔外壁面之间形成的环形空腔内，所述外挡板对外摩擦副进行轴向限位，外摩擦副钢片上的周向齿与缸套上外油腔外齿卡合，外摩擦副摩擦片内圈上的周向齿与动力输出齿轮外环形壁面上的外花键齿卡合；动力输出齿轮外环形壁面与缸套内环形腔外壁面之间形成的环形腔内固定连接外弹簧挡板，所述外回位弹簧沿该环形腔的周向均布，外回位弹簧的两端分别与外活塞和外弹簧挡板相抵触；

所述内摩擦副位于缸套内环形腔外壁面与动力输出齿轮内环形壁面之间形成的环形空腔内，所述内挡板对内摩擦副进行轴向限位，内摩擦副钢片外圈上的周向齿与缸套上内油腔外齿卡合，内摩擦副摩擦片内圈上的周向齿与动力输出齿轮内环形壁面上内花键齿卡合；内弹簧挡板固定在所述缸套的中心柱与动力输出齿轮之间形成的环形空腔内，内回位弹簧的两端分别与内活塞和内弹簧板相抵触。

进一步地，所述内活塞和外活塞上均加工有泄油孔；若因为密封性能原因导致活塞控制油腔内残留部分液体，可通过离合器旋转所产生的离心力将液体从油腔泄油孔排出。

有益效果：

1、本发明在动力输入、输出的接合及切断过程中，能够达到转矩输出连续可控的设计要求，保证了启动及行驶过程的平稳性和柔和性，显著地提高了飞机/高速车辆行驶稳定性及动力输出品质；

2、本发明采用的两段式大功率高速多片湿式离合器结构由于基于传统制造工艺，采用小型化、轻量化的设计思想，能够以紧凑的结构保证离合器的高性能，达到了既能容纳较高的相对转速，又能提高较大功率密度的使用要求，符合当下离合器结构设计的时代发展特征。

3、本发明采用的离合器两段式结构设计，可有效减少或避免大尺寸摩擦副接触瞬间，因高速差而导致的后续摩擦副热弹性力学结构变形和热力学烧蚀等问题，满足了飞机/高速车辆等在不同工况和使用要求下的驱动需求。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的爆炸图；

图3为本发明缸套上润滑油道的结构示意图；

图4为本发明缸套上控制油道的结构示意图

其中，1-动力输入齿轮，2-缸套、3-外油腔外齿、4-内油腔外齿、5-外摩擦副钢片、6-内摩擦副钢片、7-内活塞、8-外活塞、9-泄油孔Ⅰ、10-泄油孔Ⅱ、11-控制油道Ⅰ、12-内充油腔、13-动力输出齿轮、14-控制油道Ⅱ、15-外充油腔、16-内回位弹簧、17-外回位弹簧、18-内弹簧挡板、19-内弹簧挡圈、20-外弹簧挡板、21-外弹簧挡圈，22-内挡板，23-内挡圈，24-外挡板，25-外挡圈、30-润滑油道、31-内摩擦副、32-外摩擦副、33-外摩擦副摩擦片，34-内摩擦副摩擦片。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1和2所示，本发明提供了一种两段式大功率高速多片湿式离合器，包括缸套2、内活塞7、外活塞8、动力输出齿轮13、内挡板22、外挡板24、内回位弹簧16、外回位弹簧17、内摩擦副31和外摩擦副32；

如附图3和4所示，所述缸套2的内部为两个同心的环形腔，其中心具有中心柱，中心柱为两端开放的圆柱形空腔，该空腔的内圆周面上加工有动力输入齿轮1，所述两个环形空腔的壁面上加工有沿周向均布的条形槽，该条形槽自缸套的开放端沿轴向延伸，分别形成外油腔外齿3和内油腔外齿4；所述缸套2上加工有润滑油道30、控制油道Ⅰ11和控制油道Ⅱ14，所述润滑油道30贯通缸套的两个端面，所述控制油道Ⅰ11贯通缸套的封闭端以及外环形腔，所述控制油道Ⅱ14贯通缸套的封闭端和外环形腔；

所述内摩擦副31由内摩擦副钢片6和内摩擦副摩擦片34组成，所述内摩擦副钢片6的外圈上加工有与所述缸套2上内油腔外齿4卡合的周向齿，所述内摩擦副摩擦片34的内圈上加工有周向齿；

所述外摩擦副32由外摩擦副钢片5和外摩擦副摩擦片33组成，所述外摩擦副钢片5的外圈上加工有与所述缸套2上外油腔外齿3卡合的周向齿，所述外摩擦副摩擦片33的内圈上加工有周向齿；

所述动力输出齿轮13为一端开放的环形空腔结构，其内外环形壁面的上均加工有花键齿；

内活塞7上加工有泄油孔Ⅰ9，外活塞8加工有泄油孔Ⅱ10。

如附图1所示，所述内活塞7和外活塞8分别装入缸套2的内外环形空腔中，内活塞7和外活塞8分别与缸套的底面相抵触，所述内活塞7与缸套的内环形腔的底面之间形成内充油腔12，所述外活塞8与缸套2的外环形腔的底面之间形成外充油腔15，所述缸套上的控制油道Ⅰ11和控制油道Ⅱ14分别与外充油腔15和内充油腔12相通；所述动力输出齿轮13的开放端嵌入安装在缸套2内，所述外摩擦副32装入由动力输出齿轮13外环形壁面以及缸套2外环形腔外壁面之间形成的环形空腔内，所述外挡板24对外摩擦副32进行轴向限位，外挡圈25对外挡板24的内外两侧实现轴向向限位；外摩擦副钢片5上的周向齿与缸套2上外油腔外齿3卡合，外摩擦副摩擦片33内圈上的周向齿与动力输出齿轮13外环形壁面上的外花键齿卡合；动力输出齿轮13外环形壁面与缸套2内环形腔外壁面之间形成的环形腔内固定连接外弹簧挡板20，外弹簧挡圈21对外弹簧挡板内外实现轴向限位；所述外回位弹簧17沿该环形腔的周向均布，外回位弹簧17的两端分别与外活塞8和外弹簧挡板20相抵触；

所述内摩擦副31位于缸套内环形腔外壁面与动力输出齿轮13内环形壁面之间形成的环形空腔内，所述内挡板22对内摩擦副31进行轴向限位，内挡圈23对内挡板22的内外两侧实现轴向限位；内摩擦副钢片外圈上的周向齿与缸套2上内油腔外齿4卡合，内摩擦副摩擦片34内圈上的周向齿与动力输出齿轮13内环形壁面上内花键齿卡合；内弹簧挡板18固定在所述缸套2的中心柱与动力输出齿轮13之间形成的环形空腔内，内弹簧挡圈19对内弹簧挡板18内外实现轴向限位；内回位弹簧16的两端分别与内活塞和内弹簧板相抵触。

离合器的结合过程：

动力输入从发动机经过动力输入齿轮1传至缸套2，进而通过外油腔外齿3和内油腔外齿4将动力分别传递至外摩擦副钢片5和内摩擦副钢片6；

两个独立的控制油道Ⅰ11和控制油道Ⅱ14分别对内活塞7与外活塞8提供控制油液，离合器结合前，内活塞7与外活塞8均未工作，若此时因为密封性能原因导致活塞控制油腔内残留部分液体，则可通过离合器旋转所产生的离心力将液体从泄油孔Ⅰ9和泄油孔Ⅱ10排出；

结合开始时，动力输入端及输出端的相对速差较大，此时内充油腔12进行充油，内充油腔油液通过控制油道Ⅰ11进入内充油腔12。根据配合关系，内活塞7在油压推力的作用下，逐渐克服内回位弹簧弹力，进而移动并贴紧钢片，同时压迫摩擦副间隙逐渐减小，最终使内摩擦副31的钢片与摩擦片完全贴合。在摩擦力的作用下，利用钢片将动力输入端力矩传递至摩擦片，再由摩擦片将动力通过内花键齿传递至动力输出齿轮13；

结合过程中，通过内活塞7和内摩擦副31的共同作用，动力输入端与输出端相对速差减小。当动力输入齿轮1与动力输出齿轮13的相对转速差值达到设计使用值时，控制油液对外充油腔15进行充油，控制油液通过控制油道Ⅱ14进入外充油腔15，外活塞8在外充油腔控制油压的推力作用下，逐渐克服外回位弹簧的弹力，移动并贴紧外摩擦副钢片5，进一步使摩擦副间隙减小，最终使外摩擦副钢片5与摩擦片完全贴合。在摩擦力的作用下，使钢片将输入力矩传递至外摩擦副摩擦片33，进而由外摩擦副摩擦片33将动力通过外花键齿传递至动力输出齿轮13上，实现低转速差高转矩工作段下传递较大力矩的功能，当内活塞或外活塞进行轴向移动时，相应的活塞上装有密封圈，能够有效确保油液的密封。

在结合工况下，离合器的润滑特性由润滑油液保证，润滑油道30，润滑油液通过润滑油道30对双回位弹簧及双摩擦副工作表面进行润滑。特殊地，当离合器摩擦副为压紧状态时，油液的离心力将迫使润滑油液通过双摩擦副中各摩擦片上的润滑油槽向外甩出，起到降温并充分润滑摩擦副的作用。

离合器分离过程

控制油压逐步降低，内活塞7与外活塞8在内回位弹簧16和外回位弹簧17的作用下回位。

在没有外部压力的作用下，双摩擦副中的钢片和摩擦片逐渐分离，相应的动力输入齿轮1和动力输出齿轮13由于没有了摩擦扭矩的功率传递，达到了切断动力的效果。

当离合器逐渐停止工作时，离合器中的润滑油液以及双充油腔内残存的油液逐渐在离心力的作用下向外甩出。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.两段式大功率高速多片湿式离合器，其特征在于，包括缸套(2)、活塞和摩擦副，所述活塞和摩擦副同时安装在缸套(2)内部，所述一个活塞对应一组摩擦副并在缸套(2)内部形成一个工作段，每个工作段通过单独充放油控制活塞对摩擦副正压力的变化，实现一个工作段的摩擦转矩输出；工作段与工作段间进行充放油交替匹配控制变化，最终实现离合器摩擦转矩输出的连续可控；所述活塞由内活塞(7)和外活塞(8)组成，摩擦副由内摩擦副(31)和外摩擦副(32)组成，还包括动力输出齿轮(13)、内挡板(22)、外挡板(24)、内回位弹簧(16)和外回位弹簧(17)；

所述缸套(2)的内部为两个同心的环形腔，其中心具有中心柱，中心柱为两端开放的圆柱形空腔，该空腔的内圆周面上加工有与动力输入齿轮(1)相配合的外花键，所述两个环形空腔的壁面上加工有沿周向均布的条形槽，该条形槽自缸套的开放端沿轴向延伸，分别形成外油腔外齿(3)和内油腔外齿(4)；所述缸套(2)上加工有润滑油道(30)、控制油道Ⅰ(11)和控制油道Ⅱ(14)，所述润滑油道(30)贯通缸套的两个端面，所述控制油道Ⅰ(11)贯通缸套的封闭端以及外环形腔，所述控制油道Ⅱ(14)贯通缸套的封闭端和外环形腔；

所述内摩擦副(31)由内摩擦副钢片(6)和内摩擦副摩擦片(34)组成，所述内摩擦副钢片(6)的外圈上加工有与所述缸套(2)上内油腔外齿(4)卡合的周向齿，所述内摩擦副摩擦片(34)的内圈上加工有周向齿；

所述外摩擦副(32)由外摩擦副钢片(5)和外摩擦副摩擦片(33)组成，所述外摩擦副钢片(5)的外圈上加工有与所述缸套(2)上外油腔外齿(3)卡合的周向齿，所述外摩擦副摩擦片(33)的内圈上加工有周向齿；

所述动力输出齿轮(13)为一端开放的环形空腔结构，其内外环形壁面的上均加工有花键齿；

所述内活塞(7)和外活塞(8)分别装入缸套(2)的内外环形空腔中，内活塞(7)和外活塞(8)分别与缸套的底面相抵触，所述内活塞(7)与缸套的内环形腔的底面之间形成内充油腔(12)，所述外活塞(8)与缸套(2)的外环形腔的底面之间形成外充油腔(15)，所述缸套上的控制油道Ⅰ(11)和控制油道Ⅱ(14)分别与外充油腔(15)和内充油腔(12)相通；所述动力输出齿轮(13)的开放端嵌入安装在缸套(2)内，所述外摩擦副(32)装入由动力输出齿轮(13)外环形壁面以及缸套(2)外环形腔外壁面之间形成的环形空腔内，所述外挡板(24)对外摩擦副(32)进行轴向限位，外摩擦副钢片(5)上的周向齿与缸套(2)上外油腔外齿(3)卡合，外摩擦副摩擦片(33)内圈上的周向齿与动力输出齿轮(13)外环形壁面上的外花键齿卡合；动力输出齿轮(13)外环形壁面与缸套(2)内环形腔外壁面之间形成的环形腔内固定连接外弹簧挡板(20)，所述外回位弹簧(17)沿该环形腔的周向均布，外回位弹簧(17)的两端分别与外活塞(8)和外弹簧挡板(20)相抵触；

所述内摩擦副(31)位于缸套内环形腔外壁面与动力输出齿轮(13)内环形壁面之间形成的环形空腔内，所述内挡板(22)对内摩擦副(31)进行轴向限位，内摩擦副钢片外圈上的周向齿与缸套(2)上内油腔外齿(4)卡合，内摩擦副摩擦片(34)内圈上的周向齿与动力输出齿轮(13)内环形壁面上内花键齿卡合；内弹簧挡板(18)固定在所述缸套(2)的中心柱与动力输出齿轮(13)之间形成的环形空腔内，内回位弹簧(16)的两端分别与内活塞和内弹簧板相抵触。

2.如权利要求1所述的两段式大功率高速多片湿式离合器，其特征在于，所述内活塞(7)和外活塞(8)上均加工有泄油孔。