CN107965532A

CN107965532A - 一种非摩擦式超越离合器

Info

Publication number: CN107965532A
Application number: CN201710999692.9A
Authority: CN
Inventors: 李华; 姚进
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2018-04-27
Anticipated expiration: 2037-10-24
Also published as: CN107965532B

Abstract

本发明提供一种可承受大载荷的非摩擦式超越离合器，该超越离合器由内环、外环、传力爪和状态选择机构组成。状态选择机构由单向轴承、齿轮及弹簧组成，当内环和外环的相对运动状态发生改变时，状态选择机构改变传力爪的位置，从而改变超越离合器的工作状态。当内环与外环同步时，传力爪与内环和外环同时保持面接触，通过接触面的挤压作用传递载荷；当内环与外环处于超越状态时，传力爪的位置发生改变，它与内环和外环中的一个保持相对静止，与另一个脱离接触，没有摩擦和磨损。在同步与超越两种状态之间转换时，传力爪与内环或外环产生短时摩擦，由于作用时间短暂，仅产生非常轻微的局部磨损。与现有超越离合器相比，本发明所述的非摩擦式超越离合器具有传递力矩大、使用寿命长的优点。

Description

一种非摩擦式超越离合器

技术领域

本发明涉及机械传动领域，具体为一种超越离合器。

背景技术

超越离合器在机械工程中应用十分广泛，它主要应用于内燃机的启动机、脉动式无级变速器、工程车辆所用双涡轮动力换挡变速箱、混合动力汽车的传动系统，以及需要双动力驱动或双速驱动的场合。

超越离合器的主要组成部分一般包括主动件、从动件和中间元件三部分。主动件与从动件之间的动力通过中间元件传递。按照传动原理分，超越离合器可以分为摩擦式和非摩擦式两种类型。摩擦式超越离合器的中间元件与主动件和从动件之间产生较大的摩擦力，依靠摩擦力传递动力；非摩擦式超越离合器的依靠中间元件与主动件和从动件之间的挤压或拉伸作用传递动力。

应用较为广泛的摩擦式超越离合器主要有滚柱式超越离合器和楔块式超越离合器两种类型。滚柱式摩擦离合器和楔块式摩擦离合器的中间元件与主动件和从动件之间都为高副接触，接触应力大，接触表面容易出现压溃或塑性变形现象，因此不能传递较大的载荷。此外，当中间元件磨损后，会出现传动失效的情况。滚柱式超越离合器的滚柱因磨损使直径减小时，可能造成不能自锁的情况，使传动失效。楔块式超越离合器的楔块磨损后，在载荷较大的情况下，可能有一个或几个楔块转动超过最大撑线范围，使主动件和从动件卡死，即使力矩减小后也不能复位，导致超越离合器失效。

最常见的非摩擦式超越离合器是棘轮棘爪机构。棘轮棘爪机构虽然能够传递较大的载荷，但处于超越状态时，中间件棘爪在棘轮表面滑动，产生较大的工作噪声，摩擦磨损严重，工作寿命较短，一般仅用于低速传动。

由于传动机理的约束，现有超越离合器很难满足现代机械工业发展的需要。在工程机械、航空发动机、自动变速箱等机械设备中，迫切需要能够传递大扭矩、具有长寿命的新型超越离合器。

发明内容

本发明的目的是克服现有超越离合器的不足，提供一种能传递大扭矩，具有长寿命的新型超越离合器。本发明采用如下两个技术手段：一是为实现大扭矩传递，主动件与从动件之间的力矩传递采用非摩擦方式，依靠主动件、中间件、从动件三者的相互挤压传递力矩，同步状态时主动件与中间件，中间件与从动件之间的接触方式都为面接触；二是为实现长寿命工作，在超越状态时，中间件与主动件和从动件中的一个保持相对静止，与另一个脱离接触，将超越状态时中间件的摩擦和磨损消除。

为实现发明目的，本发明的内容为：一种非摩擦式超越离合器，由外环（1）、内环（2）、三个传力爪（3a,3b,3c）、三条拉伸弹簧（4a,4b,4c）、三个限位销（5a,5b,5c）、三个行星齿轮（6a,6b,6c）、中心齿轮（7）、波形弹簧（8）、单向轴承（9）和支撑轴（10）组成，其特征在于：外环（1）和内环（2）安装在支撑轴（10）上，外环（1）、内环（2）和支撑轴（10）三者的轴线重合；内环（2）与支撑轴（10）固定连接，二者不能相对运动；外环（1）空套在支撑轴（10）上，它可以相对支撑轴（10）转动，但不能相对移动；三个传力爪（3a,3b,3c）安装在外环（1）上，在圆周方向均匀布置，它们可以相对外环（1）转动但不能移动；外环（1）上安有三个行星齿轮（6a,6b,6c），三个行星齿轮在圆周方向均匀布置，它们可以相对外环（1）转动但不能移动；三个行星齿轮（6a,6b,6c）的轴线分别与三个传力爪（3a,3b,3c）的回转轴线重合；回转轴线重合的行星齿轮和传力爪为固定连接关系，不能相对运动；外环（1）上布置有三条拉伸弹簧（4a,4b,4c），它们的一端与外环（1）相连，另一端与分别与三个传力爪（3a,3b,3c）相连；外环（1）上安装有三个限位销（5a,5b,5c），三个限位销在圆周方向均匀布置；内环（2）的边缘上有三条在圆周上均匀布置的凹槽；单向轴承（9）、内环（2）和中心齿轮（7）三者的轴线重合；单向轴承（9）的内圈与内环（2）固定连接，单向轴承（9）的外圈和中心齿轮（7）的内孔之间安装有波形弹簧（8）；中心齿轮（7）与三个行星齿轮（6a,6b,6c）保持常啮合。

附图说明

图1 实施利1的超越状态。

图2 外环形状。

图3 内环形状。

图4 单向轴承。

图5 波形弹簧。

图6 传力爪。

图7 实施例1由超越状态转向同步状态。

图8 实施例1的同步状态。

图9 实施例2的同步状态。

图10 实施例3的同步状态。

图11 实施例4的同步状态。

具体实施方式

本发明所述的一种非摩擦式超越离合器，主要组成部分为外环、传力爪、内环及传力爪状态改变机构。当外环与内环同步转动时，超越离合器处于同步状态；当外环与内环互不干涉时，超越离合器处于超越状态。由同步状态转换为超越状态或由超越状态转换为同步状态由状态改变机构完成。本发明有四个实施例，现以实施例1来说明其具体实施方式。

如图1所示，一种非摩擦式超越离合器，由外环（1）、内环（2）、三个传力爪（3a,3b,3c）、三条拉伸弹簧（4a,4b,4c）、三个限位销（5a,5b,5c）、三个行星齿轮（6a,6b,6c），中心齿轮（7）、波形弹簧（8）、单向轴承（9）和支撑轴（10）组成，图1所示的状态为同步状态。

外环（1）和内环（2）都安装在支撑轴（10）上，外环（1）可以相对支撑轴（10）相对转动，但不能相对移动。内环（2）与支撑轴（10）固定连接，它们不能有相对运动。

外环（1）是如附图2所示的盘形零件，它上面有三个凸起的圆柱，这三个圆柱在圆周方向均匀布置，三个传力爪（3a,3b,3c）和三个行星齿轮（6a,6b,6c）分别安装在三个圆柱上。安装在每一个圆柱上的行星齿轮和传力爪保持固定连接，二者同步运动，它们可以绕圆柱转动但不能移动。外环（1）上安装有三个限位销（5a,5b,5c），三个限位销在圆周方向均匀分布。三条拉伸弹簧（4a,4b,4c）的一端分别与三个传力爪（3a,3b,3c）相连，三条拉伸弹簧（4a,4b,4c）的另一端与外环（1）相连。三条拉伸弹簧（4a,4b,4c）使三个传力爪（3a,3b,3c）有顺时针转动、分别靠近三个限位销（5a,5b,5c）的趋势。

内环（2）的形状如附图3所示台阶状盘形零件，由大端和小端组成。在大端的外缘上均匀布置着三条凹槽，当超越离合器处于同步状态时，三个传力爪的端部分别与三条凹槽接触。内环（2）的小端上安装有单向轴承（9），单向轴承（9）的内圈与内环（2）为紧配合，二者不能相对运动。

如图1所示，单向轴承（9）的外圈上套有波形弹簧（8），波形弹簧（8）上套有中心齿轮（7），单向轴承（9）、波形弹簧（8）和中心齿轮（7）的三者的轴线重合。安装完成后，波形弹簧（8）发生一定的弹性变形，它与单向轴承（9）的外圈和中心齿轮（7）的内孔之间都有较大接触压力。中心齿轮（7）和三个行星齿轮（6a,6b,6c）保持常啮合，图1中所画的点画线圆表示它们啮合时的节圆。

图4、图5、图6分别是单向轴承、波形弹簧和传力爪的结构示意图。

同步状态和超越状态的相互转化由状态选择机构实现，状态选择机构由单向轴承、波形弹簧、中心齿轮、行星齿轮及拉伸弹簧组成，当内环和外环的相对运动状态发生改变时，状态选择机构改变传力爪的位置，从而改变超越离合器的工作状态。

为便于说明，假定外环（1）、内环（2）以及单向轴承（9）的内圈和外圈的旋转方向都为顺时针方向。单向轴承（9）的内圈和外圈都顺时针旋转时，内圈可以将动力传递到外圈，但外圈不能向内圈传递动力，当外圈的转速高于内圈时，内圈与外圈互不约束。

现分四种情况说明本发明所述的非摩擦式超越离合器的工作过程。

第一种情况，超越状态。如图1所示，当外环（1）的转速大于内环（2）的转速时，三个传力爪（3a,3b,3c）与内环（2）脱离接触，在三条拉伸弹簧（4a,4b,4c）的作用下，三个传力爪（3a,3b,3c）分别与三个限位销（5a,5b,5c）保持接触。三个传力爪（3a,3b,3c）、三个行星齿轮（6a,6b,6c）以及中心齿轮（7）与外环（1）保持相对静止。由于波形弹簧（8）与中心齿轮（7）和单向轴承（9）的外圈之间有较大的接触压力，中心齿轮（7）可以带动波形弹簧（8）和单向轴承（9）的外圈一起运动，单向轴承（9）的内圈对外圈没有约束。在超越状态下，三个传力爪（3a,3b,3c）、三个行星齿轮（6a,6b,6c）、中心齿轮（7）、波形弹簧（8）、单向轴承（9）的外圈与外环（1）同步旋转；单向轴承（9）的内圈、内环（2）与支撑轴（10）同步旋转。在超越状态时，三个传力爪（3a,3b,3c）与内环（2）脱离接触，它们之间没有摩擦和磨损。

第二种情况，由超越状态向同步状态的转化。在超越状态时，如果内环（2）的转速大于外环（1）的转速时，则单向轴承（9）的内圈向外圈传递力矩，外圈通过波形弹簧向中心齿轮传递力矩，使中心齿轮（7）的转速高于外环（1），中心齿轮（7）带动三个行星齿轮（6a,6b,6c）运动，三个行星齿轮（6a,6b,6c）和三个传力爪（3a,3b,3c）克服三个拉伸弹簧（4a,4b,4c）的拉力做逆时针运动。如图7所示，当三个传力爪（3a,3b,3c）的端部与内环（2）的边缘接触而未进入三条凹槽时，三个传力爪（3a,3b,3c）始终有逆时针旋转的趋势而紧靠内环（2）的边缘滑动，三个传力爪（3a,3b,3c）与内环（2）的边缘有摩擦磨损。由于内环（2）的边缘阻碍了三个传力爪（3a,3b,3c）绕它们的轴线继续逆时针转动，会使单向轴承（9）的外圈与波形弹簧之间发生相对滑动。当三个传力爪（3a,3b,3c）的端部完全进入内环（2）上的三条凹槽时，状态转化结束，各零件之间没有相运动。由超越状态向同步状态转化的过程很短暂，单向轴承（9）的外圈与波形弹簧（8）之间虽然有滑动，但只会产生非常轻微的磨损。单向轴承（9）的外圈和波形弹簧（8）之间的摩擦力矩小于单向轴承的额定转矩，因此单向轴承（9）不会出现过载损坏的情况。在这一状态转化过程中，三个传力爪（3a,3b,3c）和内环（2）的边缘有磨损，由于时间短暂，传力爪只产生非常轻微的局部磨损，并且磨损部位只占传力爪的接触面上很小一部分，所以磨损对工作性能影响很小。

第三种情况，同步状态。图8所示为同步状态，三个传力爪（3a,3b,3c）的端部完全进入内环（2）上的三个凹槽，三条拉伸弹簧（4a,4b,4c）被拉到最长状态，内环（2）向外环（1）传递动力，所有零件同步运动，彼此之间没有相对运动。三个传力爪（3a,3b,3c）的端部与内环（2）上的三个凹槽均为面接触，能传递较大的工作载荷。

第四种情况，由同步状态向超越状态的转化。在同步状态时，如果外环（1）的转速大于内环（2）的转速，则外环（1）相对于内环（2）顺时针方向转动，三个传力爪（3a,3b,3c）脱离内环（2）上的凹槽，在三条拉伸弹簧（4a,4b,4c）的作用下，三个传力爪（3a,3b,3c）及三个行星齿轮（6a,6b,6c）绕它们的回转轴线顺时针转动，当三个传力爪（3a,3b,3c）与三个限位销（5a,5b,5c）接触时，状态转化结束。

本发明所述的非摩擦式超越离合器，依靠传力爪与内环和外环的挤压作用传递载荷，传力爪与内环和外环均为面接触，因此可以传递较大的载荷。在超越和同步状态时，传力爪与内环之间没有摩擦；在超越和同步两种状态相互转化的过程中，传力爪与内环之间有摩擦，由于摩擦时间很短暂，磨损非常轻微。

本发明所述的非摩擦式超越离合器，可以产生多种实施例。通过改变行星齿轮的数量或者改变传力爪的安装位置，可以产生其它实施例。

图9所示结构为实施例2，其特点在于：内环空套在支撑轴上，外环与支撑轴固连，传力爪和行星齿轮安装在内环上，将单向轴承、波形弹簧、中心齿轮安装在与外环固连的支撑轴上。

在实施例1的基础上，再增加三个行星齿轮，使中心轮的运动传递到传力爪要经过两次外啮合，则产生实施例3，实施例3的结构如图10所示。

在实施例2的基础上，再增加三个行星齿轮，使中心轮的运动传递到传力爪要经过两次外啮合，则产生实施例4，实施例4的结构如图11所示。

Claims

1.一种非摩擦式超越离合器，由外环（1）、内环（2）、三个传力爪（3a,3b,3c）、三条拉伸弹簧（4a,4b,4c）、三个限位销（5a,5b,5c）、三个行星齿轮（6a,6b,6c）、中心齿轮（7）、波形弹簧（8）、单向轴承（9）和支撑轴（10）组成，其特征在于：外环（1）和内环（2）安装在支撑轴（10）上，外环（1）、内环（2）和支撑轴（10）三者的轴线重合；内环（2）与支撑轴（10）固定连接，二者不能相对运动；外环（1）空套在支撑轴（10）上，它可以相对支撑轴（10）转动，但不能相对移动；三个传力爪（3a,3b,3c）安装在外环（1）上，在圆周方向均匀布置，它们可以相对外环（1）转动但不能移动；外环（1）上安有三个行星齿轮（6a,6b,6c），三个行星齿轮在圆周方向均匀布置，它们可以相对外环（1）转动但不能移动；三个行星齿轮（6a,6b,6c）的轴线分别与三个传力爪（3a,3b,3c）的回转轴线重合；回转轴线重合的行星齿轮和传力爪为固定连接关系，不能相对运动；外环（1）上布置有三条拉伸弹簧（4a,4b,4c），它们的一端与外环（1）相连，另一端与分别与三个传力爪（3a,3b,3c）相连；外环（1）上安装有三个限位销（5a,5b,5c），三个限位销在圆周方向均匀布置；内环（2）的边缘上有三条在圆周上均匀布置的凹槽；单向轴承（9）、内环（2）和中心齿轮（7）三者的轴线重合；单向轴承（9）的内圈与内环（2）固定连接，单向轴承（9）的外圈和中心齿轮（7）的内孔之间安装有波形弹簧（8）；中心齿轮（7）与三个行星齿轮（6a,6b,6c）保持常啮合。

2.如权利要求1所述的一种非摩擦式超越离合器，其特征在于：当超越离合器处于同步状态时，三个传力爪（3a,3b,3c）的末端与内环（2）上的三个凹槽保持接触，内环（2）与外环（1）之间的动力传递依靠它们与传力爪的挤压作用实现；当超越离合器处于同步状态时，三个传力爪（3a,3b,3c）与外环（1）保持相对静止，三个传力爪（3a,3b,3c）与内环（2）脱离接触，内环（2）与外环（1）互不约束。

3.如权利要求1所述的一种非摩擦式超越离合器，其特征在于：安装后的波形弹簧（8）发生弹性变形，它与单向轴承（9）的外圈和中心齿轮（7）的内孔之间产生接触压力。