CN108006113B - 一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器，气压柱塞缸与集成壳体进行刚性连接，失效接合盘与锥形导轨刚性连接后与柱塞缸柱塞进行可动的轴承连接，气泵前端与齿圈进行可动的轴承连接，并通过气泵前端阶梯轴部分与和空气压缩机的输入轴进行刚性连接，在装配时，保证柱塞缸柱塞、失效接合盘、锥形导轨、气泵前端、齿圈、空气压缩机的输入轴同轴，本发明能够合理取用力源处的功率，仅在储气筒压力不足情况下工作，最大程度上减小车辆的寄生损失，高压气体可供车辆其他气压装置使用，如车门启闭装置，助力气压制动系统，具有节能、减排、环保的优点。

Description

一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器

技术领域

本发明涉及一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器，本发明可应用在大型汽车或工程车辆制动系统空气压缩机的驱动中。

背景技术

采用气压制动的汽车，在汽车工作过程中需要将气体压缩进储气筒中，在车辆制动时驱动制动回路，一般由发动机等动力源驱动空气压缩机完成，发动机等动力源与空气压缩机用皮带等连接，发动机等动力源开始工作，空气压缩机即跟随工作。在以上应用中，可见力源始终处于运动状态，源源不断取用动力源的功率，在不需要力源工作时，无法将其与动力源彻底切断，如空气压缩机在储气筒达到目标气压时，通过阀将充气回路与大气相连，使空气压缩机空载工作，但无法消除空气压缩机内部摩擦损耗能量与元件的磨损。尤其在新能源汽车日益主导汽车市场的今天，如何彻底消除不必要能量的浪费、减小排放是基本结构设计的出发点与落脚点。

目前机械行业中应用的离合器根据《中国离合器制造行业产销需求与投资预测分析报告前瞻》可分为电磁离合器、磁粉离合器、摩擦离合器和液力离合器四种。其中，电磁离合器是通过线圈的通断电来控制离合器的接合和分离的：线圈通电时，产生磁力，将摩擦盘压紧传递动力，线圈断电时，磁力消失，摩擦盘分离，切断动力，这是通电接合式电磁离合器，根据需求还可以制造断电接合式电磁离合器；磁粉式离合器在主动件与从动件之间放置磁性材料，通电时，主动件、磁性材料、从动件连接为刚体，传递动力，可以控制电流的大小，来进行主动部件与从动部件之间的差速传动；摩擦式离合器目前引用最广的离合器，由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构组成，控制操纵部分抵消压紧机构的压紧力，常状态为接合状态；液力离合器采用流体作为传动介质，由泵轮泵出通过导轮传递至叶轮实现动力的传递，不需要控制机构。从以上四种离合器的结构与工作原理看，电磁离合器与磁粉离合器有结构轻便，控制简单的优点，采用通电接合式，布置在车辆底盘中，可以满足以上的设计要求，但是两种离合器均没有失效保护措施，应用在汽车制动这一安全领域是不可以的；而传统的离合器与液力离合器是常接合状态工作，并不能满足使用与设计要求。本发明主要达到动力源与空气压缩机之间常分离工作状态的使用要求，操纵机构动力取自空气压缩机本身，无需附件动力源，并且具有失效保护功能。

综上所述，动力源与空气压缩机进行必要时的连接，在气压达到设定目标时，切断动力源与空气压缩机之间的连接，节省动力源消耗能量，减小运动元件摩擦磨损，提高部件系统的使用寿命是目前应该主要解决的问题，同时考虑控制部分尽量简化，可靠耐用；具有失效保护功能；控制成本等相关问题具有现实意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：一方面，解决现有离合器如电磁离合器成本高，使用过程中温升大，需要附加电源进行驱动，如摩擦式离合器与液力离合器体积大、布置不方便，寄生损失大，不能简单的改变其常接合的状态等问题；另一方面，更加适合新能源汽车的使用，合理取用驱动电机的功率，车辆制动时来自车轮传动系的倒拖可以驱动空气压缩机向储气筒加压，吸收制动能量，不需要附加动力机构与控制机构进行控制，具有节能环保意义。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器，其特征在于，包括一个沿母线方向开矩形口且带有内腔的圆柱形的集成壳体，空气压缩机固定在集成壳体的一个端面上，空气压缩机的气泵的输入轴穿过集成壳体的连接端面伸入到集成壳体的内腔中，以空气压缩机的气泵的输入轴伸入的方向为前方，集成壳体的内腔里沿水平方向从前至后依次同轴设置有一个齿圈、一个后段为盆状、前段为轴段且在前端面开有盲孔的回转形的气泵前端、一个前段为圆台后段为圆柱的锥形导轨、一个中部带有圆形通孔的圆盘状的失效结合盘和一个横向设置的气压柱塞缸，气压柱塞缸的前端和后端均开口，气压柱塞缸前部设置有一个圆柱形的柱塞缸分离腔，气压柱塞缸后部设置有一个与柱塞缸分离腔连通的圆柱形的柱塞缸接合腔，柱塞缸接合腔的直径小于柱塞缸分离腔的直径，且柱塞缸接合腔与柱塞缸分离腔同轴，气压柱塞缸的前端面由一个中部带有圆形通孔的柱塞缸分离腔端盖盖合，气压柱塞缸的后端面与集成壳体的腔体内壁固定连接，柱塞缸分离腔内有一个柱塞缸柱塞，柱塞缸柱塞为一个三段式阶梯轴回转体结构，柱塞缸柱塞的三段按照轴颈从大到小分别为大轴颈段、中轴径段和小轴颈段，柱塞缸柱塞大轴颈段的端面与集成壳体的腔体内壁之间有一个接合弹簧设置在柱塞缸接合腔内，柱塞缸柱塞的中轴颈段穿过柱塞缸分离腔端盖中部的圆形通孔，锥形导轨后端面开有盲孔即锥形导轨轴承孔，失效结合盘的盘面与锥形导轨的后端面固定连接，柱塞缸柱塞的小轴颈段的外圆柱面通过一个柱塞连接轴承安装在锥形导轨后端面的锥形导轨轴承孔中，锥形导轨上设置有多个沿锥形导轨圆柱母线和圆锥母线贯通的十字槽，锥形导轨位于气泵前端的空腔中且可在气泵前端的空腔中沿水平方向前后运动，与锥形导轨的十字槽数量相同的柱销穿过气泵前端后段盆状部分的外圆周面即气泵前端外圆周面伸入气泵前端的空腔中，且柱销可沿气泵前端的径向往复运动，柱销为一个长方体，柱销的顶端固定安装有表面粗糙的摩擦块，柱销下端有一个与柱销的外表面垂直设置的圆柱形销子，销子的两端均凸出于柱销的外表面，柱销的下端和销子形成一个截面为十字形的结构，该十字形结构嵌入锥形导轨的十字槽中且可在十字槽中沿锥形导轨外圆锥面与外圆柱面的母线往复运动，齿圈为一个前端面中心处带有圆形通孔、后部开口且外圆柱面带有齿的中空的圆柱形回转体，齿圈空腔后部的内径大于齿圈空腔前部的内径，齿圈空腔后部大内径段即齿圈轴承孔的内表面为光滑的内表面，齿圈空腔前部小内径段的内表面为粗糙的内表面即粗糙摩擦面，气泵前端外圆周面的后端靠近开口端处通过一个齿圈与气泵前端大端轴承与齿圈轴承孔的内表面装配，柱销顶端的摩擦块可在柱销沿气泵前端的径向向外运动时与齿圈的粗糙摩擦面摩擦，气泵前端前段的轴段为阶梯轴状的输入轴接合段，输入轴接合段位于气泵前端前段的盆底的外表面中心处，输入轴接合段穿过齿圈前端面中心处的圆形通孔即齿圈小端轴承孔，输入轴接合段大轴颈段通过一个齿圈与气泵前端轴承与齿圈前端面中心处的齿圈小端轴承孔装配，输入轴接合段小轴颈段中心处有与空气压缩机气泵的输入轴固定连接的气泵输入轴连接孔即所述的气泵前端的前端面的盲孔，气压柱塞缸的外壁上有将柱塞缸分离腔与外部连通的柱塞缸分离腔进气孔，气压柱塞缸的外壁上有将柱塞缸接合腔与外部连通的柱塞缸接合腔进气孔，柱塞缸分离腔进气孔通过管路与储气筒的出气口连接，柱塞缸接合腔进气孔通过一个常闭阀与储气筒出气口连接，气压柱塞缸的外壁上有将外部空气与柱塞缸分离腔连通的柱塞缸分离腔放气阀，气压柱塞缸的外壁上有将外部空气与柱塞缸接合腔连通的柱塞缸接合腔放气阀，锥形导轨的前端面上有多个以锥形导轨轴线为中心且沿锥形导轨前端面圆周分布的间隔均匀的锥形导轨接合孔，气泵前端后段盆状部分的盆底的内表面上有与锥形导轨接合孔配合的凸起即气泵前端接合凸台，失效结合盘的盘面上有以失效结合盘轴线为中心且沿失效结合盘盘面圆周分布的间隔均匀的失效接合盘接合孔，齿圈的后端面上有与失效接合盘接合孔配合的凸起即齿圈接合凸台，齿圈的齿与一个主动齿轮啮合，主动齿轮的轴孔与动力源的输出轴固定连接，空气压缩机的出气孔通过管路和一个单向阀的进气孔连接，单向阀的出气孔通过管路与储气筒的进气口连接，单向阀的出气孔与储气筒的进气口之间的管路上连接有一个气体压力传感器，气体压力传感器的数据端与车辆控制器连接，储气筒的出气口与车辆的制动系统、车门开闭系统和其他系统通过气体管路进行连接。

进一步的技术方案包括：

气压柱塞缸为一个两段式阶梯轴状的回转体，气压柱塞缸的前段为小轴颈段，气压柱塞缸的后段为大轴颈段，气压柱塞缸大轴颈段开有多个圆形通孔即连接螺栓孔，气压柱塞缸与集成壳体连接螺栓穿过连接螺栓孔后与集成壳体内壁的螺纹孔螺纹连接。

气压柱塞缸大轴颈段的下端面与集成壳体内壁之间设置有一个密封垫片。

所述的柱塞缸柱塞大轴颈段的外圆柱面上开有柱塞密封环凹槽，柱塞缸柱塞密封环凹槽内设置有柱塞密封环。

柱塞缸分离腔端盖中部的圆形通孔上带有分离腔端盖密封环凹槽，分离腔端盖密封环凹槽内设置有分离腔端盖密封环。

失效结合盘的盘面上有多个以失效结合盘轴线为中心且沿失效结合盘盘面圆周分布的间隔均匀的失效接合盘与锥形导轨螺栓连接孔，锥形导轨的后端面上有与失效接合盘与锥形导轨螺栓连接孔对应的锥形导轨与失效接合盘螺栓连接孔，锥形导轨与失效接合盘螺栓连接孔有内螺纹，失效结合盘连接螺栓穿过失效接合盘与锥形导轨螺栓连接孔后与锥形导轨与失效接合盘螺栓连接孔螺纹连接。

空气压缩机通过空气压缩机与集成壳体连接螺栓固定在集成壳体的端面上。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器操纵机构动力取自系统气压储能元件，无电源附件或机械传动机构。

2.本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器采用摩擦材料进行摩擦接合，使得接合过程柔和无冲击，工作过程中温升小，且结构简单，加工工艺简单，成本较低。

3.本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器属于常分离式离合器，在空气压缩机不工作时能够将寄生损失降低至最小。

4.本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器可变形程度高，根据在汽车底盘上的空间约束，可以改变齿轮传动为带传动或链传动，可以取动力源的动力，也可以取传动系统动力。

5.本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器在遇见初次安装及在后续使用过程中阀体管路的泄露造成的储气筒内压力极低的情况时，可以将空气压缩机与动力源进行连接，保证车辆气压系统的安全可靠。

6.本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器具有失效保护的功能，在离合器摩擦块损耗殆尽时，所设计的结构可以保证离合器的正常接合，继续向压力不足的储气罐中充入压缩气体。

7.本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器应用在传统动力车辆与新能源车辆中均有与车辆动力源和传动系统集成性好的优点，体积小，形状规则，为其他系统机构的布置提供方便。

8.本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器与传统系统集成时，可以充分的吸收车辆制动时动能，辅助制动，缩短制动距离，并将其转换成压缩气体内能，供车辆其他气压结构使用，如开闭车门，助力气压制动，具有节能、减排、环保的优点。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器在车辆中应用工作原理图；

图2是本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器的装配图；

图3是本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器中柱塞缸剖视图；

图4是本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器中失效接合盘的主视图；

图5是图4的A-A向剖视图；

图6是本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器中锥形导轨的正视图；

图7是本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器中锥形导轨的后视图；

图8是本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器中气泵前端的主视图；

图9是图8的B-B向剖视图；

图10是本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器中齿圈的正视图；

图11是图10的C-C向剖视图；

图中：1.气压柱塞缸；2.柱塞密封环；3.柱塞缸分离腔进气孔；4.柱塞缸分离腔端盖；5.分离腔端盖密封环；6.柱塞缸柱塞；7.分离腔放气阀；8.接合腔放气阀；9.连接螺栓孔；10.失效接合盘；11.失效接合盘接合孔；12.失效接合盘与锥形导轨螺栓连接孔；13.锥形导轨；14.十字槽；15.锥形导轨接合孔；16.锥形导轨与失效接合盘螺栓连接孔；17.柱销；18.气泵前端接合凸台；19.气泵前端；20.摩擦块；21.气泵输入轴连接孔；22.齿圈；23.齿圈大端轴承孔；24.粗糙摩擦面；25.齿圈小端轴承孔；26.齿圈接合凸台；27.集成壳体；28.密封垫片；29.气压柱塞缸与集成壳体连接螺栓；30.接合弹簧；31.主动齿轮；32.齿圈与气泵前端大端轴承；33.齿圈与气泵前端小端轴承；34.空气压缩机与集成壳体连接螺栓；35.锥形导轨与柱塞连接轴承；36.动力源；37.传动系统；38.管路系统；39.气压驱动系统；40.储气系统；41.气压传感器；42.单向阀；43.空气压缩机；44.销子；45.柱塞缸接合腔进气孔；46.常闭阀；47.输入轴接合段；48.柱塞缸分离腔；49.柱塞缸接合腔；50.锥形导轨轴承孔；51.气泵前端外圆周面

具体实施方式

参阅图1，力源将动力传递至主动齿轮31，主动齿轮31与齿圈22啮合，齿圈22与气泵前端19摩擦接合，完成动力传递，最终由气泵前端19驱动空气压缩机43，空气压缩机43出气孔通过气体管路与一个单向阀42的进气孔连接，单向阀42的出气孔通过管路与储气筒进气口进行连接，单向阀42导通方向为空气压缩机43至储气筒，反方向为关闭状态，在储气筒进气口与单向阀42的出气孔之间的管路上安装一个气体压力传感器41；储气筒的出气口与车辆的制动系统、车门启闭系统与其他系统通过气体管路进行连接；储气筒的出气管路设置一回路分别与气压柱塞缸1的柱塞缸接合腔49与柱塞缸分离腔48进行连接，并且在与柱塞缸接合腔49连接的回路中安装一个常闭阀46。

参阅图2，一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器的装配图，结构如下，包括一个沿母线方向开矩形口且带有内腔的圆柱形的集成壳体27，集成壳体27的其中一个端面中心开有圆孔，并在圆孔外端同心圆周上钻有多个通孔，用于与空气压缩机用螺栓进行机械连接，空气压缩机43固定在集成壳体27的这个端面上，空气压缩机43的气泵的输入轴穿过集成壳体27的连接端面伸入到集成壳体27的内腔中，集成壳体27另一侧端面钻有多个通孔，且通孔所在圆周与相对端面圆周同轴,以空气压缩机43的气泵的输入轴伸入的方向为前方，集成壳体27的内腔里沿水平方向从前至后依次同轴设置有一个齿圈22、一个前部为盆状后部为轴段且在后端面开有盲孔的回转形气泵前端19、一个前段为圆台后段为圆柱的锥形导轨13、一个中部带有圆形通孔的圆盘状的失效结合盘10和一个横向设置的气压柱塞缸1。

参阅图3，一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器中柱塞缸剖视图，结构如下，气压柱塞缸1的前端和底后端均开口，气压柱塞缸1前部设置有一个圆柱形的柱塞缸分离腔48，气压柱塞缸1后部设置有一个与柱塞缸分离腔48连通的圆柱形的柱塞缸接合腔49，柱塞缸接合腔49的直径小于柱塞缸分离腔48的直径，且柱塞缸接合腔49与柱塞缸分离腔48同轴，气压柱塞缸1的前端面由一个中部带有圆形通孔的柱塞缸分离腔端盖4盖合，气压柱塞缸1的后端面与集成壳体27的腔体内壁固定连接，气压柱塞缸1的柱塞缸分离腔48内有一个柱塞缸柱塞6，柱塞缸柱塞6为一个三段式阶梯轴回转体结构，柱塞缸柱塞6的三段按照轴颈从大到小分别为大轴颈段、中轴径段和小轴颈段，柱塞缸柱塞6大轴颈段的端面与集成壳体27腔体内壁之间有一个离合器接合弹簧30设置在气压柱塞缸1的柱塞缸接合腔49内，柱塞缸柱塞6的中轴颈段穿过柱塞缸分离腔端盖4中部的圆形通孔，气压柱塞缸1的外壁上有将柱塞缸分离腔48与外部连通的柱塞缸分离腔进气孔3，气压柱塞缸1的外壁上有将柱塞缸接合腔49与外部连通的柱塞缸接合腔进气孔45，柱塞缸分离腔进气孔3通过管路与储气筒的出气口连接，柱塞缸接合腔进气孔45通过一个常闭阀46与储气筒出气口连接，气压柱塞缸1的外壁上有将外部空气与柱塞缸分离腔48连通的柱塞缸分离腔放气阀7，气压柱塞缸1的外壁上有外部空气与柱塞缸接合腔49连通的柱塞缸接合腔放气阀8。

参阅图4、图5，一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器中失效接合盘的主视图与剖视图，失效接合盘10是圆形盘转零件，在中心处开有圆形通孔，与通孔同心的失效接合盘10的大圆周上钻有10个失效接合盘接合孔11，与通孔同心的失效接合盘10的小圆周上钻有4个失效接合盘与锥形导轨螺栓连接孔12。

参阅图6、图7，一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器中锥形导轨的正视图与后视图，锥形导轨13为一个前段为圆台后段为圆柱的回转件，锥形导轨13上设置有多个沿锥形导轨13圆柱母线和圆锥母线贯通的十字槽14，锥形导轨13后端面开有盲孔即锥形导轨轴承孔50，在以锥形导轨13后端面中心为圆心的圆周上开有4个与失效接合盘10上的失效接合盘与锥形导轨螺栓连接孔12等分布半径等数量的锥形导轨与失效接合盘螺栓连接孔16，在以锥形导轨13前端面中心为圆心的圆周上开有4个锥形导轨接合孔15。

参阅图8、图9，一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器中气泵前端的主视图与侧向剖视图，气泵前端19为一个后段为盆状、前段为轴段且在后端面开有盲孔的回转件，气泵前端19的后段盆状部分的外圆周面为气泵前端外圆周面51，气泵前端外圆周面51为精加工面，气泵前端外圆周面51上开有数量与锥形导轨十字槽14数量相同且与柱销17截面尺寸相同的矩形孔，并与前述锥形导轨13形成运动关系，锥形导轨13位于气泵前端19的空腔中且可在气泵前端19的空腔中沿水平方向前后运动，与锥形导轨13的十字槽14数量相同的柱销17穿过气泵前端外圆周面51伸入气泵前端19的空腔中，且柱销17可沿气泵前端19的径向往复运动，柱销17为截面为矩形的杆状零件，为一个长方体，柱销17的顶端固定安装有表面粗糙的摩擦块20，柱销17下端有一个沿与柱销17的径向外表面垂直设置的圆柱形销子44，销子44的两端均凸出与柱销17的外圆柱面表面，柱销17的下端和销子44形成一个截面为十字形的结构，在以气泵前端19后部盆状部分的底部内表面中心为圆心且与锥形导轨13上的锥形导轨接合孔15等分布半径的圆周上铸有与锥形导轨接合孔15等数量的(4个)凸起即气泵前端接合凸台18，气泵前端19前部轴段部分为阶梯轴状的输入轴接合段47，输入轴接合段47位于气泵前端19前段的盆底的外表面中心处，输入轴接合段47为精加工面，输入轴接合段47小轴颈段中心处有与空气压缩机气泵的输入轴固定连接的气泵输入轴连接孔21。

参阅图10、图11，一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器中齿圈的正视图与剖视图，齿圈22为一个前端面中心处带有圆形通孔、后部开口且外圆柱面加工有轮齿的中空的圆柱形零件，齿圈22空腔后部的内径大于齿圈22空腔前部的内径，齿圈22空腔后部大内径段即齿圈大端轴承孔23的内表面为光滑的内表面，齿圈22空腔前部小内径段的内表面为粗糙的内表面即粗糙摩擦面24，气泵前端外圆周面51的前端通过一个齿圈与气泵前端大端轴承32与齿圈22空腔下部大内径段的内表面装配，柱销17顶端的摩擦块20通过螺钉与柱销17进行机械连接，输入轴接合段47穿过齿圈22上端面中心处的圆形通孔即齿圈小端轴承孔25，输入轴接合段47的大轴颈段通过一个齿圈与气泵前端小端轴承33与齿圈22上端面中心处的齿圈小端轴承孔25，在齿圈22的前端面上以齿圈22的中心为圆心，分布半径与失效接合盘10上的失效接合盘结合孔11分布半径相等的圆周上分布着与失效接合盘结合孔11数量相等的(10个)凸起即齿圈接合凸台26。

所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器由集成壳体27、气压柱塞缸1、失效接合盘10、锥形导轨13、气泵前端19和齿圈22六部分组成。集成壳体27是该离合器的基础，起到固定相关零件，保证各零件运动关系不变的作用；气压柱塞缸1，孔径较大的一端与开有中心孔的端盖进行机械连接，并保证两孔连接后同轴，柱塞缸柱塞6支撑在气压柱塞缸1缸体大孔与端盖中心孔中，并可进行轴向直线运动，接合弹簧30放置在气压柱塞缸1孔径较小的一端，接合弹簧30两端分别抵在柱塞缸柱塞6的后端面和气压柱塞缸1内壁，气压柱塞缸1通过后端面与集成壳体27的腔体内壁进行机械刚性连接，气压柱塞缸1是该离合器中的主动作动元件，能够将气体压力传感器41与车辆控制器的控制信号转化为机械力的形式，驱动系统工作；失效接合盘10的中心圆孔使柱塞缸柱塞6穿过，失效接合盘10与锥形导轨13用螺栓通过失效接合盘与锥形导轨螺栓连接孔12和锥形导轨与失效接合盘螺栓连接孔16连接，在失效接合盘10上的失效接合盘接合孔11，用于在离合器失效时与齿圈接合凸台26进行连接，失效接合盘10是在摩擦元件失效时，依然保证系统能够进行刚性机械连接，保证系统能够进行一段时间的正常工作，直至更换功能良好的摩擦元件为止；锥形导轨13与柱塞缸柱塞6用锥形导轨与柱塞连接轴承35进行连接，以保证两者可实现旋转相对运动，在锥形导轨13的后端面上，用螺栓在锥形导轨与失效接合盘螺栓连接孔16和失效接合盘与锥形导轨螺栓连接孔12将锥形导轨13与失效接合盘10连接，在锥形导轨13上的十字槽14在锥形导轨13的圆柱面与圆锥面相会部分改变走向，改变为沿圆柱面母线方向，柱销17与销子44形成的十字形结构嵌入锥形导轨13的十字槽14中，且可在十字槽14中沿锥形导轨13外圆锥面和外圆柱面的母线往复运动，锥形导轨接合孔15在离合器失效时与气泵前端19上的气泵前端接合凸台18进行连接，锥形导轨13具有将不可在空间旋转的气压柱塞缸6的沿锥形导轨13回转轴线方向直线进给运动转化为沿可旋转的锥形导轨13的径向运动，从而将控制信号进一步转化，将气泵前端与齿圈相连接，实现功率的传递，此外锥形导轨13还具有失效时配合失效接合盘10、齿圈22与气泵前端19工作的作用，保证系统能够进行一段时间的正常工作，直至更换功能良好的摩擦元件为止；气泵前端外圆周面51用于将齿圈22通过齿圈与气泵前端大端轴承32和气泵前端19进行轴承连接，气泵前端19上的气泵前端接合凸台18，用于离合器失效时与锥形导轨接合孔15进行连接，输入轴接合段47用于与齿圈22前端面中心处的圆形通孔通过齿圈与气泵前端轴承33进行轴承连接，气泵前端19具有导向柱销17，保证柱销17可沿气泵前端径向运动，并且将齿圈22处的动力传递至空气压缩机的输入轴上的作用；齿圈22通过一个齿圈与气泵前端大端轴承32与气泵前端19在气泵前端外圆周面51与齿圈大端轴承孔23装配，气泵前端19输入轴接合段47通过一个齿圈与气泵前端小端轴承33与齿圈小端轴承孔25装配，柱销17顶端的摩擦块20可在柱销17沿气泵前端19的径向向外运动时与齿圈22的粗糙摩擦面24摩擦，齿圈22上的齿圈接合凸台26，用于离合器失效时与失效接合盘接合孔11进行连接。

六大部分的总体装配关系为：气压柱塞缸1与集成壳体27进行刚性连接，失效接合盘10与锥形导轨13刚性连接后与柱塞缸柱塞6进行可动的轴承连接，气泵前端19与齿圈22进行可动的轴承连接，并通过气泵前端19阶梯轴部分与和空气压缩机的输入轴进行刚性连接，在装配时，保证柱塞缸柱塞6、失效接合盘10、锥形导轨13、气泵前端19、齿圈22、空气压缩机的输入轴同轴。

装配后的离合器在储气筒压力下降至设定值时，离合器的接合弹簧30能够推动柱塞缸柱塞6向后运动，并推动锥形导轨13，从而驱动柱销沿导槽向锥形导轨大端运动，在气泵前端19外圆周面开口中被抬升的径向销柱17将摩擦块20与齿圈22的粗糙摩擦面24压紧，力源装置处的动力通过主动齿轮31、齿圈22、摩擦块20径向销柱17、气泵前端19、空气压缩机输入轴的路径传递至空气压缩机，并驱动空气压缩机压缩气体，将高压气体储存在储气筒中；在气体压力传感器41检测到储气筒中气体压力达到设计值时，产生的信号传递至车辆控制器中，车辆控制器发出控制指令，将常闭阀46打开，储气筒中的高压气体进入气压柱塞缸1的柱塞缸分离腔48，柱塞缸分离腔48内的压力推动柱塞缸柱塞6向前运动，克服接合弹簧30的压力，将上述的运动变为向相反方向运动，从而切断动力传递，完成工作循环。

在往复使用过程中，摩擦块20会磨损耗尽，这种情况下，失效接合盘10、锥形导轨13、气泵前端19和齿圈22上的接合孔和接合凸台能够将上述元件进行机械连接，完成失效动力传递；直至更换功能良好的摩擦块20。

储气筒内气体压力设计值与离合器相关参数匹配：

所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器与车辆气压机构结合在一起时，要考虑储气筒压力设计值与离合器弹簧参数的匹配，以保证在筒内压力达到设计值时能够自动空气压缩机切断向筒内充压，在筒内气体压力降低时能够主动连接空气压缩机向筒内充压；本发明所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器工作特点是随着充压过程的进行，柱塞缸柱塞6的轴向力是越来越小的，而空气压缩机43的转矩与功率却是越来越大的，当柱塞缸柱塞6的轴向力提供的摩擦副之间的正压力产生的摩擦转矩与空气压缩机43的需求转矩大小一致时，离合器将打滑，这时的气体压力传感器41发送信号，车辆控制器将常闭阀46通电打开，将高压气体作用至气压柱塞缸1后腔即柱塞缸接合腔49，增加气压柱塞缸的轴向推力，直至完成充压。

其工作参数如下：

离合器打滑之前：

F＝kx-P₀A₂

离合器打滑时：

F＝kx+(A₁-A₂)P

为满足离合器失效保护功能：

x≥l₁＝l₂

式中：A₁为柱塞缸柱塞6的大端面积；

A₂为柱塞缸柱塞6的大轴径段与中轴径段截面积之差即即形成的圆环的面积；

F为柱塞缸柱塞6轴向力；

R为齿圈22粗糙摩擦面24的半径；

n为柱销17的个数；

P为储气筒内压力；

T₀为离合器打滑时空气压缩机43的转矩；

P₀为离合器打滑时储气筒内气体压力值；

x为离合器内的接合弹簧30的预压缩量；

k为离合器内的接合弹簧30的刚度；

l₁为齿圈22端面上的齿圈接合凸台26至失效结合盘10的距离；

l₂为气泵前端19上的气泵前端接合凸台18至锥形导轨13的距离；

失效时能够继续工作原理与设计要求：

对以上结构进行原理分析时，均考虑的是系统正常工作情况，当摩擦块20磨至设计极限时，柱销17的金属部分露出，与齿圈22的粗糙摩擦面24进行金属对金属的硬摩擦，此时不仅动力传动效果极不理想，而且粗糙摩擦面24与柱销17也极容易发生破坏，为避免此情况发生，对结构进行功能设计，以保证摩擦块20失效，系统依旧能满足正常工作一段时间的要求。

失效接合盘接合孔11、锥形导轨接合孔15、气泵前端接合凸台18、齿圈接合凸台26即为该设计中保证摩擦块失效时，依然可以保证系统正常工作一段时间的结构。其工作文字表述原理如下：

当摩擦块20摩擦到极限时，销子44运动至锥形导轨13的圆柱母线与圆锥母线的交汇处，锥形导轨13继续向前运动，销子44带动柱销17在十字槽14中沿圆柱母线方向运动，柱销17径向无运动，避免了柱销17上的摩擦块20与粗糙摩擦面24的硬摩擦，从而保护两零件；当锥形导轨13继续向前运动，齿圈接合凸台26缓慢进入失效接合盘接合孔11，同时，气泵前端接合凸台18缓慢进锥形导轨接合孔15，将齿圈22、失效结合盘10、锥形导轨13、气泵前端19连接为一刚体，进而保证系统继续工作。分离时如前对正常工作分析所述。

其数学原理如下：

h≥R₁-r

式中：R₁为锥形导轨13后端面的半径；

r为锥形导轨13前端面的半径；

h为摩擦块20的厚度；

α为锥形导轨13的半锥角。

Claims (4)

1.一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器，其特征在于，包括一个沿母线方向开矩形口且带有内腔的圆柱形的集成壳体(27)，空气压缩机(43)固定在集成壳体(27)的一个端面上，空气压缩机的气泵的输入轴穿过集成壳体(27)的连接端面伸入到集成壳体(27)的内腔中，以空气压缩机的气泵的输入轴伸入的方向为前方，集成壳体(27)的内腔里沿水平方向从前至后依次同轴设置有一个齿圈(22)、一个后段为盆状、前段为轴段且在前端面开有盲孔的回转形的气泵前端(19)、一个前段为圆台后段为圆柱的锥形导轨(13)、一个中部带有圆形通孔的圆盘状的失效结合盘(10)和一个横向设置的气压柱塞缸(1)；气压柱塞缸(1)的前端和后端均开口，气压柱塞缸(1)前部设置有一个圆柱形的柱塞缸分离腔(48)，气压柱塞缸(1)后部设置有一个与柱塞缸分离腔(48)连通的圆柱形的柱塞缸接合腔(49)，柱塞缸接合腔(49)的直径小于柱塞缸分离腔(48)的直径，且柱塞缸接合腔(49)与柱塞缸分离腔(48)同轴，气压柱塞缸(1)的前端面由一个中部带有圆形通孔的柱塞缸分离腔端盖(4)盖合，气压柱塞缸(1)的后端面与集成壳体(27)的腔体内壁固定连接，柱塞缸分离腔(48)内有一个柱塞缸柱塞(6)，柱塞缸柱塞(6)为一个三段式阶梯轴回转体结构，柱塞缸柱塞(6)的三段按照轴颈从大到小分别为大轴颈段、中轴径段和小轴颈段，柱塞缸柱塞(6)大轴颈段的端面与集成壳体(27)的腔体内壁之间有一个接合弹簧(30)设置在柱塞缸接合腔(49)内，柱塞缸柱塞(6)的中轴颈段穿过柱塞缸分离腔端盖(4)中部的圆形通孔，锥形导轨(13)后端面开有盲孔即锥形导轨轴承孔(50)，失效结合盘(10)的盘面与锥形导轨(13)的后端面固定连接，柱塞缸柱塞(6)的小轴颈段的外圆柱面通过一个柱塞连接轴承(35)安装在锥形导轨(13)后端面的锥形导轨轴承孔(50)中，锥形导轨(13)上设置有多个沿锥形导轨(13)圆柱母线和圆锥母线贯通的十字槽(14)，锥形导轨(13)位于气泵前端(19)的空腔中且可在气泵前端(19)的空腔中沿水平方向前后运动，与锥形导轨(13)的十字槽(14)数量相同的柱销(17)穿过气泵前端(19)后段盆状部分的外圆周面即气泵前端外圆周面(51)伸入气泵前端(19)的空腔中，且柱销(17)可沿气泵前端(19)的径向往复运动，柱销(17)为一个长方体，柱销(17)的顶端固定安装有表面粗糙的摩擦块(20)，柱销(17)下端有一个与柱销(17)的外表面垂直设置的圆柱形销子(44)，销子(44)的两端均凸出于柱销(17)的外表面，柱销(17)的下端和销子(44)形成一个截面为十字形的结构，该十字形结构嵌入锥形导轨(13)的十字槽(14)中且可在十字槽(14)中沿锥形导轨(13)外圆锥面与外圆柱面的母线往复运动，齿圈(22)为一个前端面中心处带有圆形通孔、后部开口且外圆柱面带有齿的中空的圆柱形回转体，齿圈(22)空腔后部的内径大于齿圈(22)空腔前部的内径，齿圈(22)空腔后部大内径段即齿圈轴承孔(23)的内表面，为光滑的内表面，齿圈(22)空腔前部小内径段的内表面为粗糙的内表面即粗糙摩擦面(24)，气泵前端外圆周面(51)的后端靠近开口端处通过一个齿圈与气泵前端大端轴承(32)与齿圈轴承孔(23)的内表面装配，柱销(17)顶端的摩擦块(20)可在柱销(17)沿气泵前端(19)的径向向外运动时与齿圈(22)的粗糙摩擦面(24)摩擦，气泵前端(19)前段的轴段为阶梯轴状的输入轴接合段(47)，输入轴接合段(47)位于气泵前端(19)前段的盆底的外表面中心处，输入轴接合段(47)穿过齿圈(22)前端面中心处的圆形通孔即齿圈小端轴承孔(25)，输入轴接合段(47)大轴颈段通过一个齿圈与气泵前端轴承(33)与齿圈(22)前端面中心处的齿圈小端轴承孔(25)装配，输入轴接合段(47)小轴颈段中心处有与空气压缩机气泵的输入轴固定连接的气泵输入轴连接孔(21)即所述的气泵前端(19)的前端面的盲孔，气压柱塞缸(1)的外壁上有将柱塞缸分离腔(48)与外部连通的柱塞缸分离腔进气孔(3)，气压柱塞缸(1)的外壁上有将柱塞缸接合腔(49)与外部连通的柱塞缸接合腔进气孔(45)，柱塞缸分离腔进气孔(3)通过管路与储气筒的出气口连接，柱塞缸接合腔进气孔(45)通过一个常闭阀(46)与储气筒出气口连接，气压柱塞缸(1)的外壁上有将外部空气与柱塞缸分离腔(48)连通的柱塞缸分离腔放气阀(7)，气压柱塞缸(1)的外壁上有将外部空气与柱塞缸接合腔(49)连通的柱塞缸接合腔放气阀(8)，锥形导轨(13)的前端面上有多个以锥形导轨(13)轴线为中心且沿锥形导轨(13)前端面圆周分布的间隔均匀的锥形导轨接合孔(15)，气泵前端(19)后段盆状部分的盆底的内表面上有与锥形导轨接合孔(15)配合的凸起即气泵前端接合凸台(18)，失效结合盘(10)的盘面上有以失效结合盘(10)轴线为中心且沿失效结合盘(10)盘面圆周分布的间隔均匀的失效接合盘接合孔(11)，齿圈(22)的后端面上有与失效接合盘接合孔(11)配合的凸起即齿圈接合凸台(26)，齿圈(22)的齿与一个主动齿轮(31)啮合，主动齿轮(31)的轴孔与动力源的输出轴固定连接，空气压缩机的出气孔通过管路和一个单向阀(42)的进气孔连接，单向阀(42)的出气孔通过管路与储气筒的进气口连接，单向阀(42)的出气孔与储气筒的进气口之间的管路上连接有一个气体压力传感器(41)，气体压力传感器(41)的数据端与车辆控制器连接，储气筒的出气口与车辆的制动系统、车门开闭系统和其他系统通过气体管路进行连接；

气压柱塞缸(1)为一个两段式阶梯轴状的回转体，气压柱塞缸(1)的前段为小轴颈段，气压柱塞缸(1)的后段为大轴颈段，气压柱塞缸(1)大轴颈段开有多个圆形通孔即连接螺栓孔(9)，气压柱塞缸与集成壳体连接螺栓(29)穿过连接螺栓孔(9)后与集成壳体(27)内壁的螺纹孔螺纹连接；

气压柱塞缸(1)大轴颈段的下端面与集成壳体(27)内壁之间设置有一个密封垫片(28)；

所述的柱塞缸柱塞(6)大轴颈段的外圆柱面上开有柱塞密封环凹槽，柱塞缸柱塞密封环凹槽内设置有柱塞密封环(2)。

2.根据权利要求1所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器，其特征在于，柱塞缸分离腔端盖(4)中部的圆形通孔上带有分离腔端盖密封环凹槽，分离腔端盖密封环凹槽内设置有分离腔端盖密封环(5)。

3.根据权利要求1所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器，其特征在于，失效结合盘(10)的盘面上有多个以失效结合盘(10)轴线为中心且沿失效结合盘(10)盘面圆周分布的间隔均匀的失效接合盘与锥形导轨螺栓连接孔(12)，锥形导轨(13)的后端面上有与失效接合盘与锥形导轨螺栓连接孔(12)对应的锥形导轨与失效接合盘螺栓连接孔(16)，锥形导轨与失效接合盘螺栓连接孔(16)有内螺纹，失效结合盘连接螺栓穿过失效接合盘与锥形导轨螺栓连接孔(12)后与锥形导轨与失效接合盘螺栓连接孔(16)螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种柱塞缸推动锥形导轨的径向摩擦式离合器，其特征在于，空气压缩机(43)通过空气压缩机与集成壳体连接螺栓(34)固定在集成壳体(27)的端面上。