CN106969066B - 一种棘轮式双向超越离合器 - Google Patents

Abstract

一种棘轮式双向超越离合器，它涉及一种离合器，以解决现有离合器连接主动件和从动件需要通过外部控制实现主动件与从动件分离和脱开，无法实现离合自动化的问题，它包括壳体、输入轴、输入轮、滑轨挡片、摩擦盘、滑轨环、棘轮机构和摩擦自动离合机构；壳体内布置有输入轴、输入轮、滑轨挡片、摩擦盘、滑轨环、棘爪机构和摩擦自动离合机构；输入轴转动安装在壳体上，摩擦盘与壳体固接，输入轴上固装有输入轮，输入轴上安装有连接在一起的能相对转动的滑轨环、滑轨挡片和摩擦自动离合机构；棘轮机构包括输出环和多套棘爪组件，输入轮布置在滑轨环内，输出环套在滑轨环上，输入轮的两侧面上分别沿周向布置有多套棘爪组件。本发明用于机械传动。

Description

一种棘轮式双向超越离合器

技术领域

本发明涉及一种离合器，属于传动机构技术领域。

背景技术

经过了几个世纪的发展，机械传动机构种类丰富，功能齐全，基本满足了各行各业的应用需求。其中，离合器机构的作用是连接主动件与从动件，实现动力传动。在离合器的部分应用场合，对动力传递方向有严格要求，即主动件能带动从动件，从动件自由运动时不对主动件状态产生影响。现有的离合器中，通过外部的控制输入(力或电信号)使主动件与从动件根据需要分离与脱开，也可以在顺时针、逆时针两个方向上实现此功能要求。

发明内容

本发明提供一种棘轮式双向超越离合器，为解决现有离合器连接主动件和从动件需要通过外部控制实现主动件与从动件分离和脱开，无法实现离合自动化的问题。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

一种棘轮式双向超越离合器，它包括壳体、输入轴、输入轮、滑轨挡片、摩擦盘、滑轨环、棘轮机构和摩擦自动离合机构；

壳体内布置有输入轴、输入轮、滑轨挡片、摩擦盘、滑轨环、棘爪机构和摩擦自动离合机构；输入轴转动安装在壳体上，摩擦盘与壳体固接，输入轴上固装有输入轮，输入轴上安装有连接在一起的能相对转动的滑轨环、滑轨挡片和摩擦自动离合机构；摩擦自动离合机构能控制输入轴和输出环的自动分离和结合；

棘轮机构包括输出环和多套棘爪组件，输入轮布置在滑轨环内，输出环套在滑轨环上并能相对壳体转动，输入轮的两侧面上分别沿周向布置有多套棘爪组件；输出环为内棘轮齿圈，所述内棘轮齿圈上布置有并排的两圈轮齿，两圈轮齿的齿槽的开口反向设置；传动状态下，棘爪组件与输出环上相应整圈轮齿的齿槽相匹配传动。

本发明的有益效果是：

一、本发明利用并排设置的顺时针和逆时针方向的整圈轮齿构成的棘轮机构实现输入轴对输出环的单向带动，棘轮传动特点使输出环转速超过输入轴时能将滑块推入滑轨环的滑槽内，让棘爪和输出环分离，在损失能量极少的情况下实现超越。

二、基于楔块组的配合设计，相比传统需要外部输入控制(力或电信号)的离合器，

该离合器可以实现传动的自动分离与结合，提高了传动系统的自动化程度，且简化了传动系统。本发明能实现主动轴带动从动轴(输入轴带动输出环)时，两者自动结合，主动轴(输入轴)不动，或转速低于从动轴(输出环)时，两者自动脱开。

三、在传动系统中，该机构的存在使得输入轴可以在任意启停，当输入轴停转后，输出环靠自然惯性继续转动，能量效率大幅提升，切换时能耗小于输出环转动动能的2％，提高了传动系统的经济性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1的去掉滚针轴承的主剖视图；

图3为滑轨环、棘轮机构和摩擦自动离合机构相互连接结构示意图；

图4为拆去壳体后的本发明整体结构示意图；

图5为输出环的结构示意图；

图6为棘爪组件的整体结构示意图；

图7为滑轨环、棘轮机构和摩擦自动离合机构分解结构示意图；

图8为输入轴静止状态下，固定楔块与滑动楔块相接触状态示意图；

图9为输入轴静止状态下，输出轮两侧的棘爪组件的滑块分别收回至滑轨环的滑槽内的示意图；

图10为输入轴转动状态下，输入轮的与滑轨挡片相邻的侧面上的棘爪组件的棘爪受力伸出与输出环内的齿槽相配合传动的结构示意图；

图11为输入轴转动状态下，滑动楔块与摩擦盘相分离的状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

结合图1-图7说明，一种棘轮式双向超越离合器包括壳体1、输入轴7、输入轮5、滑轨挡片3、摩擦盘12、滑轨环14、棘轮机构和摩擦自动离合机构；

壳体1内布置有输入轴7、输入轮5、滑轨挡片3、摩擦盘12、滑轨环14、棘爪机构和摩擦自动离合机构；输入轴7转动安装在壳体1上，摩擦盘12与壳体1固接，输入轴7上固装有输入轮5，输入轴7上安装有连接在一起的能相对转动的滑轨环14、滑轨挡片3和摩擦自动离合机构；摩擦自动离合机构能控制输入轴和输出环的自动分离和结合；

棘轮机构包括输出环2和多套棘爪组件8，输入轮5布置在滑轨环14内，输出环2套在滑轨环14上并能相对壳体1转动，输入轮5的两侧面上分别沿周向布置有多套棘爪组件8；输出环2为内棘轮齿圈，所述内棘轮齿圈上布置有并排的两圈轮齿，两圈轮齿的齿槽的开口反向设置；静止状态下，摩擦盘12与摩擦自动离合机构相接触，传动状态下，棘爪组件8与输出环2上相应整圈轮齿的齿槽相匹配传动。

参见图6和图7说明，为了实现顺时针和逆时针方向棘轮机构能实现输入轴对输出环的单向带动，在极少损失能量的情况下实现超越，每套棘爪组件8包括连杆8-1、滑块8-2、限制弹簧8-3和棘爪8-4；连杆8-1的一端与输入轮5转动连接，连杆8-1的另一端与滑块8-2转动连接，滑块8-2滑动设置在滑轨环14上的相应滑槽内，棘爪8-4转动安装在滑块8-2上，限制弹簧8-3一端与滑块8-2连接，限制弹簧8-3的另一端与棘爪8-4连接，棘爪8-4与输出环2上相应的齿槽匹配传动。这样设置，输入轮5的正反两个侧面在输入轴7不同转向下，一个棘爪组件8的棘爪8-4受力伸出滑轨环14上的滑槽与输出环2的轮齿的齿槽相配合传动，而另一个棘爪组件8的棘爪8-4受力收回滑轨环14上的滑槽，进而实现输入轴7与输出环2的双向相对运动，输入轴7能驱动输出环2，而输出环2不能反过来驱动输入轴7的单向运动。连杆8-1连接了输入轮5与滑块8-2，棘爪8-4通过销轴8-6连接在滑块8-2上，其运动范围一侧由滑轨环14的刚性限制一侧由限制弹簧8-3的柔性限制。当棘爪组件处于工作受力位置时，滑块固定棘爪8-4位置，当组件处于非受力位置时，限制弹簧8-3保持棘爪8-4紧靠滑轨环14。

参见图3和图7说明，摩擦自动离合机构包括滑动楔块盘16、多个固定楔块15、多个摩擦离合部件13和多个楔块弹簧17；输入轴7上转动安装有连接在一起的滑动楔块盘16、滑轨环14和滑轨挡片3，滑动楔块盘16和滑轨挡片3分别布置在滑轨环14的两侧，输入轮5的与滑动楔块盘16相邻的侧面上沿周向布置有多个固定楔块15，多个固定楔块15和多个连杆8-1相间设置；

滑动楔块盘16上沿周向布置有多个阶梯孔16-1，每个摩擦离合部件13包括连接为一体的凸棱13-1、连接柱13-2和滑动楔块13-3；连接柱13-2穿过阶梯孔内，凸棱13-1与阶梯孔16-1之间的连接柱13-2上套设有楔块弹簧17，静止状态下，摩擦盘12与凸棱13-1相接触，传动状态下，滑动楔块13-3的斜面能与固定楔块15的斜面对接，摩擦盘12与凸棱13-1分离。

如此设置，输出环2可为带轮或齿轮，滚针轴承一4的内圈与输出环2配合，滚针轴承4的外圈与壳体1配合，使输出环2能自由双向转动。输入轴7通过轴承一10与轴承二11与壳体1配合，滑轨挡片3通过螺栓固定在滑轨环14上，防止滑块脱离滑轨。输入轮5固连于输入轴7，在输入轮5的两面上，各自均匀排布一组棘爪组件8、9，与输出环2的棘轮齿圈形成核心工作配合，将动力由输入轴7传递至输出环2。滑动楔块盘16、滑轨环14和滑轨挡片3通过螺栓结合在一起，并通过滑动楔块盘16和滑轨挡片3上的滚动轴承二18连接在输入轴7上，并在其上自由转动，由输入轴7固定其位置，承担其重量。固定楔块15固连于输入轮5的销孔中，在传动状态下，固定楔块15的斜面与滑动楔块13-3的斜面压紧。连接柱13-2可在滑动楔块盘16的阶梯孔内中移动，楔块弹簧17一端顶在连接柱13-2末端的凸棱13-1上，一端顶在滑动楔块盘16的阶梯孔内。摩擦盘12通过螺栓固定在壳体上，在非传动状态下，滑动楔块13的末端圆螺母与摩擦盘12相接触，保持滑动楔块盘16、滑轨环14和滑轨挡片3静止。优选地，阶梯孔为锪平孔或沉孔。

参见图8和图11说明，固定楔块15和滑动楔块13-3在输入轴7的径向上的投影形状为梯形。固定楔块15和滑动楔块13-3相接触的面为斜面。参见图1、图9和图10说明，棘爪组件8、固定楔块15、摩擦离合部件13和楔块弹簧17的数量均为6个。

工作原理

在原始状态下，棘爪组件8、9的状态如图9所示，正反两组滑块8-2、9-2均收于滑轨环内，与输出环2的棘轮结构分离。此时，滑动楔块13与摩擦盘12相接触，滑轨环14是靠滑动楔块的限位作用保持静止的，如图8所示。

当输入轴7逆时针开始转动时，滑轨环14仍处于静止状态，棘爪组件中的滑块8-2、9-2会在滑轨中运动，正面的棘爪组件8会受力伸出，背面的棘爪组件9会受力收回。待转动至图10所示位置时，正面的棘爪组件8中的棘爪8-4已经与输出环2的棘轮结构接触，开始受力，带动输出环2转动。与此同时，输入轮5上的固定楔块15转动的角度刚好使其斜面插入滑动楔块13-3的斜面下，将滑动楔块13-3拔起，使之与摩擦盘12分离，如图11所示，此时，滑轨环14不再静止，而是受到固定楔块14传递的转矩而以相同的速度伴随着输入轮5旋转，进而带动输出环2一起旋转，实现传动。

当输入轴7的输入停止后，输入轮5的转速迅速降低，而滑轨环14由于惯性作用会以高于输入轮5的转速，原方向继续转动。如图9所示，棘爪组件8的滑块8-2会受到滑轨环14的侧向力和转动轮5的作用力而向滑轨内侧运动，与输出环2的棘轮结构脱离，让输出环2在惯性作用下继续保持运动状态。与此同时，滑动楔块13和固定楔块14斜面之间的力迅速减小，当该接触力的轴向分力小于楔块弹簧17的弹力时，滑动楔块13重新与摩擦盘12接触，通过摩擦力将滑轨环固定，又回到如图8所示状态。

若输入轴7顺时针方向转动，则输入轮5两侧的棘爪组件8的运动状态对调，其它部件的工作原理不变，不再重复叙述。

由于静止状态下输入轮5两侧的棘爪组件8是收在滑轨环14内的，棘爪8-4不与输入环2的棘轮结构接触，故而保证了机构的单向传动特性。

综上所述，该机构实现了顺时针和逆时针两个方向输入轴7对输出环2的单向传动，同时具有输入轴7任意启停，只会给输出环2提供驱动转矩，而不会阻碍其运动的特性。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (6)

1.一种棘轮式双向超越离合器，其特征在于：它包括壳体(1)、输入轴(7)、输入轮(5)、滑轨挡片(3)、摩擦盘(12)、滑轨环(14)、棘轮机构和摩擦自动离合机构；

壳体(1)内布置有输入轴(7)、输入轮(5)、滑轨挡片(3)、摩擦盘(12)、滑轨环(14)、棘爪机构和摩擦自动离合机构；输入轴(7)转动安装在壳体(1)上，摩擦盘(12)与壳体(1)固接，输入轴(7)上固装有输入轮(5)，输入轴(7)上安装有连接在一起的能相对转动的滑轨环(14)、滑轨挡片(3)和摩擦自动离合机构；摩擦自动离合机构能控制输入轴(7)和输出环(2)的自动分离和结合；

棘轮机构包括输出环(2)和多套棘爪组件(8)，输入轮(5)布置在滑轨环(14)内，输出环(2)套在滑轨环(14)上并能相对壳体(1)转动，输入轮(5)的两侧面上分别沿周向布置有多套棘爪组件(8)；输出环(2)为内棘轮齿圈，所述内棘轮齿圈上布置有并排的两圈轮齿(2-1)，两圈轮齿(2-1)的齿槽的开口反向设置；静止状态下，摩擦盘(12)与摩擦自动离合机构相接触，传动状态下，棘爪组件(8)与输出环(2)上相应整圈轮齿的齿槽相匹配传动。

2.根据权利要求1所述一种棘轮式双向超越离合器，其特征在于：每套棘爪组件(8)包括连杆(8-1)、滑块(8-2)、限制弹簧(8-3)和棘爪(8-4)；连杆(8-1)的一端与输入轮(5)转动连接，连杆(8-1)的另一端与滑块(8-2)转动连接，滑块(8-2)滑动设置在滑轨环(14)上的相应滑槽内，棘爪(8-4)转动安装在滑块(8-2)上，限制弹簧(8-3)一端与滑块(8-2)连接，限制弹簧(8-3)的另一端与棘爪(8-4)连接，棘爪(8-4)与输出环(2)上相应的齿槽匹配传动。

3.根据权利要求2所述一种棘轮式双向超越离合器，其特征在于：摩擦自动离合机构包括滑动楔块盘(16)、多个固定楔块(15)、多个摩擦离合部件(13)和多个楔块弹簧(17)；输入轴(7)上转动安装有连接在一起的滑动楔块盘(16)、滑轨环(14)和滑轨挡片(3)，滑动楔块盘(16)和滑轨挡片(3)分别布置在滑轨环(14)的两侧，输入轮(5)的与滑动楔块盘(16)相邻的侧面上沿周向布置有多个固定楔块(15)，多个固定楔块(15)和多个连杆(8-1)相间设置；

滑动楔块盘(16)上沿周向布置有多个阶梯孔(16-1)，每个摩擦离合部件(13)包括连接为一体的凸棱(13-1)、连接柱(13-2)和滑动楔块(13-3)；连接柱(13-2)穿过阶梯孔内，凸棱(13-1)与阶梯孔(16-1)之间的连接柱(13-2)上套设有楔块弹簧(17)，静止状态下，摩擦盘(12)与凸棱(13-1)相接触，传动状态下，滑动楔块(13-3)的斜面能与固定楔块(15)的斜面对接，摩擦盘(12)与凸棱(13-1)分离。

4.根据权利要求3所述一种棘轮式双向超越离合器，其特征在于：棘爪组件(8)、固定楔块(15)、摩擦离合部件(13)和楔块弹簧(17)的数量均为6个。

5.根据权利要求3或4所述一种棘轮式双向超越离合器，其特征在于：所述阶梯孔为锪平孔或沉孔。

6.根据权利要求5所述一种棘轮式双向超越离合器，其特征在于：所述固定楔块(15)和滑动楔块(13-3)在输入轴(7)的径向上的投影形状为梯形。