CN108571539A - 端面齿盘超越离合器 - Google Patents

Abstract

端面齿盘超越离合器是一种刚性啮合类超越离合器，以端面齿盘来增加承受周向剪切力的材料的总厚度和承受周向挤压力的总面积，使载荷能力得到提高的基础上，配合辅助超越离合装置、行程转换放大机构、啮合导向斜面、复位斜面、止动装置、避让间隙、缓冲机构、双向锁止、双向分离等多种技术手段的使用，在减轻磨损、延长寿命、缩小空程角度、消除缓冲、啮合方位角度、适用范围等方面取得了新的进步。

Description

端面齿盘超越离合器

技术领域

本发明提供一种超越离合器。

背景技术

目前超越离合器主要有摩擦式、啮合式两大类。摩擦式一般以圆柱、楔块作为锁止元件，存在易磨损、寿命短、承受载荷小的缺点。啮合式主要有棘轮式和柱销式，采用刚性传动可以承受较大的载荷，但啮合单元之间不互相支撑，单个啮合单元需要有较高的强度，因而往往周向尺寸或周向分布距离较大，导致空程角度和传动冲击都比较大。啮合式超越离合器的啮合单元在工作中主要受到周向剪切和挤压，而现有超越离合器的啮合单元分布的圆周面上，因分布距离的存在，承受周向剪切力的材料的总厚度和承受周向挤压力的总面积尚有很大的开发空间，而承受周向剪切力的材料的总厚度承受周向挤压力的总面积的提高意味着一系列的好处成为可能——在同等载荷能力下，啮合单元的周向尺寸或分布距离可以更小，传动精度可以更高，传动冲击可以更小。

发明内容

本发明的目的是提供一种超越离合装置，其采用端面齿盘来增加承受周向剪切力的材料的总厚度和承受周向挤压力的总面积，使载荷能力得到提高的基础上，配合辅助超越离合装置、行程转换放大机构、啮合导向斜面、复位斜面、止动装置、避让间隙、缓冲机构、双向锁止、双向分离等多种技术手段的使用，在减轻磨损、延长寿命、缩小空程角度、消除缓冲、啮合方位角度、适用范围等诸多方面取得了新的进步。

本发明包括内环（1）、外环（11）、啮合副（4、7）、离合执行机构（8、9、10、15），其特征在于啮合副（4、7）包括可以随外环（11）或内环（1）转动的主动端面齿盘（7）或被动端面齿盘（4），它们的端面有沿着整个圆周均匀连续分布的传动齿（5、6），其中包括主动齿（6）和被动齿（5）；前述主动端面齿盘（7）可以通过轴向活动与被动端面齿盘（4）进行啮合或分离，从而实现外环（5）与内环（7）在周向转动时的结合或分离；离合执行机构（8、9、10）包括用来触发啮合副（4、7）的啮合动作、提供啮合动力并减缓传动冲击的辅助性超越离合装置（9、15），其技术类型包括但不限于滚柱式、楔块式、非接触式、挠性环式、链环式、光电式、液力式、气动式、磁力式、人工操控式或以上所列的组合。

本发明的离合执行机构（8、9）中包括行程转换放大装置（8），它可以把辅助性超越离合装置（9、15）中的摩擦式锁止物（9）的周向行程转换成主动端面齿盘（7）在轴向上更大的行程，使主动端面齿盘（7）到达完全啮合位置承担起主要载荷之时锁止物（9）尚未到达锁止位置，由此提高啮合灵敏度并减轻锁止物（9）被挤压的程度来延长使用寿命。

本发明的主动端面齿盘（7）与内环（1）之间，或者被动端面齿盘（4）与外环（11）之间，或者内环（1）与键槽（14）之间在连接处预留有周向避让间隙；在啮合过程中，当主动端面齿盘（7）到达完全啮合位置之前出现啮合冲突时，便于主动端面齿盘（7）和被动端面齿盘（4）在周向相对转动避开冲突角度；避让间隙里设置有弹性缓冲材料来保持间隙位于预定的方向并减缓周向啮合冲击。

本发明的传动齿（5、6）的传动齿（5、6）的承压面（18）和背压面（19）是平面，主动齿（6）和被动齿（5）在三维空间互补，整体的齿面接触方式为平面接触，同一圆周截面的齿根处承受周向剪切力的材料总厚度为全周长，主动齿6和被动齿5的周向投影面积重合的部分都是参与承受周向挤压力的面积。

本发明的传动齿（5、6）的传动齿（5、6）在同一直径处的截面形状是的一系列形状互补而且连续排列的直边尖角，在任意周向角度下都可以开始啮合动作；在啮合过程中，传动齿（5、6）的承压面（18）或背压面（19）在轴向啮合力的作用下可以引导啮合双方调整周向相对角度滑向完全啮合位置，而在分离过程中，背压面（19）在周向挤压力的作用下可以引导啮合的双方沿轴向分离；采用磁力装置引导主动齿（6）和被动齿（5）的齿尖在即将进入啮合距离时相互偏离避免正面相撞。

本发明的主动齿（6）和被动齿（5）的齿顶线和齿根线与主动端面齿盘（7）和被动端面齿盘（4）共同的轴心线的夹角相等，它们的三维齿形相同，便于提高齿面的加工和维修效率。

本发明的内环（1）中嵌有磁性材料（12）或采用弹簧装置来协助主动端面齿盘（7）复位，并防止其在空转行程中出现轴向滑动而与被动端面齿盘（6）互相摩擦或碰撞。

本发明直接在外环（11）的内表面和内环（1）的外表面之间设置滚子（27）来取代轴承。本发明的离合执行机构（8、9）上设置有双向分离装置（20）来实现轴（13）主动的情况下双向分离。

本发明的离合执行机构（8、9）上设置有双向锁止装置（23）来实现轴（13）主动的情况下双向锁止。

附图说明

图1是整体装置的径向结构图；

图2是整体装置的轴向结构图；

图3是离合执行机构的局部结构图；

图4是端面齿盘径向齿形结构图；

图5是轴承替代方案；

图6是双向分离方案；

图7是双向锁止方案。

具体实施方式

参照图1和图2，内环1、外环11、主动端面齿盘7、被动端面齿盘4和轴承2都与轴13同一轴心；内环1与轴13通过键14固定连接，通过轴承2与被动端面齿盘4转动连接；被动端面齿盘4与外环11固定连接；主动端面齿盘7通过自身的凸块16与内环1的滑槽17滑动连接，在周向随内环1转动但在轴向可以沿着滑槽17滑动，活动空间足够其进退与被动端面齿盘4啮合和分离；主动端面齿盘7和被动端面齿盘4的端面分别有沿着整个圆周均匀连续分布的主动齿6和被动齿5；主动齿6和被动齿5有外形互补的齿形，可以随着主动端面齿盘7的轴向滑动相互啮合或分离，从而实现内环1和外环11的结合或分离。参照图3，弹簧15、滚柱9、销钉10和杠杆8构成离合执行机构，负责触发主动端面齿盘7的啮合动作，为其提供啮合动力并减缓传动冲击，实施方式为——在内环1的外圈上设置滚道，弹簧15一端固定在滚道上，另一端顺着承压的方向把滚柱9顶向内环1和外环11构成的逐渐变窄的空间，让它与内环1和外环11保持接触；在内环1上边，滚柱9被楔紧的那一侧，固定安装销钉10，杠杆8以销钉10为支点，其一端与销钉10转动连接，自由端与主动端面齿盘7的背面面接触，滚柱9对杠杆8的施力点设置在自由端和支点之间；当内环1由空载行程转为承压行程时，滚柱9内环1和外环11的夹持下推动杠杆8以销钉10为支点转动，杠杆8的自由端推动主动端面齿盘7轴向滑动与被动端面齿盘4啮合；滚柱9在逐渐楔紧过程中可以缓解啮合过程中产生的冲击。弹簧15和滚柱9作为一种辅助性超越离合装置，也可以采用其它类型的技术代替，包括但不限于楔块式、挠性环式、链环式、光电式、液力式、气动式、磁力式、人工操控式或以上所列的组合。

参照图3，销钉10和杠杆8构成的行程转换放大装置，不但用于把滚柱9的周向行程转换成轴向行程，还可以起到放大行程的作用。在内环1上边，滚柱9被楔紧的那一侧，固定安装销钉10，杠杆8以销钉10为支点，其一端与销钉10转动连接，自由端与主动端面齿盘7背面直接滑动接触或者通过安装滚轮来滚动接触；滚柱9对杠杆8的施力点设置在自由端和支点之间；当内环1由空载行程转为承压行程时，滚柱9内环1和外环11的夹持下推动杠杆8以销钉10为支点转动，杠杆8的自由端推动主动端面齿盘7轴向滑动与被动端面齿盘4啮合。因为滚柱9对杠杆8的施力点设置在自由端和支点之间，自由端的力臂大于施力点的力臂，所以在圆周角相同的情况下自由端比施力点的行程更大。自由端的力臂与施力点的力臂的比值越大，或者自由端和支点的连线与轴13越接近于垂直，或者施力点和支点的连线与轴13越接近于平行，滚柱9的周向行程在轴向的放大倍数就越大。滚柱9的周向行程在轴向的放大倍数越大，主动端面齿盘7就越快到达完全啮合位置，超越离合器的灵敏度就有可能越高，而且主动端面齿盘7到达完全啮合位置承担起主要载荷以后就可以阻止滚柱9进一步滑向极限楔紧位置，由此减轻锁止滚柱9被挤压的程度来延长使用寿命。

在啮合过程中，主动端面齿盘7做轴向运动的同时也在做周向运动，到达完全啮合位置之前在周和轴向都有可能发生啮合冲突。为了便于解决冲突问题，如图2所示，在主动端面齿盘7的凸块16与内环1的滑槽17之间预留有避让间隙，便于在啮合过程中出现冲突时，主动端面齿盘7和被动端面齿盘4在周向相对转动避开冲突方位角。间隙留在凸块16的承压侧，或者双侧都留。避让间隙也可以设置在被动端面齿盘4与外环11的连接处，或者内环1与键槽14之间，或者键槽14与轴13之间。避让间隙中设置有弹性材料，一来可以保持间隙处在预定的方向，二来可以减缓传动冲击。使用的弹性材料包括但不限于弹簧、气囊和橡胶。

参照图3，这是主动齿6和被动齿5完全啮合时的状态。承压面18和背压面19是平面，它们在同一直径处的截面形状是的一系列形状互补而且连续排列的直边尖角，它们两两相交构成的齿顶线和齿根线的延长线相交于公共轴心的同一点，因此，主动齿6和被动齿5在三维空间上是互补的，它们在同一圆周截面的齿根处承受周向剪切力的材料总厚度为全周长，整体的齿面接触方式为平面接触，主动齿6和被动齿5的周向投影面积重合的部分都是参与承受周向挤压力的面积。

参照图3，主动齿6和被动齿5在同一直径处的截面形状是的一系列形状互补而且连续排列的直边尖角。承压面18与共同轴心线的夹角大于或等于零而小于传动齿材料之的间摩擦自锁角度，在完全啮合以后，主动齿6和被动齿5的承压面18在周向力作用下发生自锁。背压面19与共同的轴心线的夹角在前述自锁角度和它的余角之间。主动齿6和被动齿5的背压面19在分离行程周中在周向挤压力的作用下，以及在啮合过程中，在轴向挤压力作用下，均不发生自锁。承压面18或背压面19在轴向啮合力的作用下可以引导啮合双方调整周向相对角度滑向完全啮合位置，而在分离过程中，背压面19在周向挤压力的作用下可以引导啮合的双方沿轴向分离。主动齿6和被动齿5在任意周向角度下都可以开始啮合动作，在啮合过程中，发生齿顶对齿顶冲突的概率很小，而且点对点的接触不具有稳定性，很容易转变到面对面的接触。为了避免发生齿顶对齿顶的冲突这种极端情况，可以分别在主动端面齿盘7和被动端面齿盘4上设置磁性装置或者让它们自带磁性来引导齿尖在即将进入啮合距离时相互偏离。

如图4所示，主动齿6的齿顶线和齿根线与主动端面齿盘7的轴心线的夹角a和夹角b相等，而主动齿6和被动齿5在三维空间互补，因此，主动齿6和被动齿5的齿根线和齿顶线相对于公共轴心线的倾斜角度都是一样的，它们有相同的三维齿形，便于提高齿面的加工和维修效率。

参照图1，在内环1中嵌入磁性材料12，用吸力来协助主动端面齿盘7复位，并防止其在空转行程中出现轴向滑动与被动端面齿盘6互相摩擦或碰撞。磁性材料也可以采用弹簧替代。

参照图5，为了获得更小的径向尺寸，直接在外环11的内表面和内环1的外表面之间设置滚子27来取代图1中的轴承2。如果同一圆周面上有其它装置，可在内环1上设置隔离块26把它们限制在与其它装置没有冲突的范围。

参照图6，整体装置包括不止一套辅助离合机构，有一部分机构顺时针设置，而另一部分逆时针设置；轴13和内环1之间采用滑动配合，内环1和键14之间在周向设置有间隙；拨叉20与轴13固定连接，其末端设置在滚柱10的顺时针方向和滚柱21的逆时针方向。当轴13主动顺时针朝着间隙的方向转动并超越内环1时，拨叉20会先把滚柱21推向宽敞的位置，继续转动到当内环1超越外环11时双方不能结合。此时，间隙在键14的逆时针方向，当轴13主动逆时针转动时，拨叉20会先把滚柱10推向宽敞的位置，继续转动到当内环1超越外环11时双方也不能结合。在轴13主动的情况下，离合器可以双向分离。拨叉装置也可以采用液压、气动、光电或液电系统替代。

参照图7，整体装置包括不止一套辅助离合机构，有一部分机构顺时针设置，而另一部分逆时针设置；滚柱10被弹簧15压向狭窄的位置与内环1和外环11保持接触，而滚柱24被弹簧22和弹簧25夹持在较为宽敞的位置；轴13和内环1之间采用滑动配合，内环1和键14之间在周向有间隙；拨叉23与轴13固定连接，其末端设置在滚柱24的顺时针方向。当轴13主动顺时针转动时会带动内环1一起转动，当内环1速度超过外环11时，滚柱10被锁紧。当轴13主动逆时针转动时，拨叉23和弹簧22会一起克服弹簧25的压力把滚柱24推向狭窄的位置而被锁紧。在轴13主动的情况下，离合器可以双向锁止。拨叉装置也可以采用液压、气动、光电或液电系统替代。

Claims (10)

1.端面齿盘超越离合器，包括内环（1）、外环（11）、啮合副（4、7）、离合执行机构（8、9、10、15），其特征在于啮合副（4、7）包括可以随外环（11）或内环（1）转动的主动端面齿盘（7）或被动端面齿盘（4），它们的端面有沿整个圆周均匀连续分布的传动齿（5、6），其中包括主动齿（6）和被动齿（5）；主动端面齿盘（7）可以通过轴向活动与被动端面齿盘（4）进行啮合或分离，从而实现外环（5）与内环（7）在周向转动时的结合或分离；离合执行机构（8、9、10、15）包括用来触发啮合副（4、7）的啮合动作、提供啮合动力并减缓传动冲击的辅助性超越离合装置（9、15），其技术类型包括但不限于滚柱式、楔块式、非接触式、挠性环式、链环式、光电式、液力式、气动式、磁力式、人工操控式或以上所列的组合。

2.权利要求1所述的端面齿盘超越离合器，其特征在于离合执行机构（8、9、10、15）中包括行程转换放大装置（8），它可以把辅助性超越离合装置（9、15）中的摩擦式锁止物（9）的周向行程转换成主动端面齿盘（7）在轴向上更大的行程，使主动端面齿盘（7）到达完全啮合位置承担起主要载荷之时锁止物（9）尚未到达锁止位置，由此提高啮合灵敏度并减轻锁止物（9）被挤压的程度来延长使用寿命。

3.权利要求1或2所述的端面齿盘超越离合器，其特征在于主动端面齿盘（7）与内环（1）之间，或者被动端面齿盘（4）与外环（11）之间，或者内环（1）与键槽（14）之间在连接处预留有周向避让间隙；在啮合过程中，当主动端面齿盘（7）到达完全啮合位置之前出现啮合冲突时，便于主动端面齿盘（7）和被动端面齿盘（4）在周向相对转动避开冲突角度；避让间隙里设置有弹性缓冲材料来保持间隙位于预定的方向并减缓周向啮合冲击。

4.权利要求3所述的端面齿盘超越离合器，其特征在于传动齿（5、6）的承压面（18）和背压面（19）是平面，主动齿（6）和被动齿（5）在三维空间互补，整体的齿面接触方式为平面接触，同一圆周截面的齿根处承受周向剪切力的材料总厚度为全周长，主动齿6和被动齿5的周向投影面积重合的部分都是参与承受周向挤压力的面积。

5.权利要求1、2或4所述的端面齿盘超越离合器，其特征在于——传动齿（5、6）在同一直径处的截面形状是的一系列形状互补而且连续排列的直边尖角，在任意周向角度下都可以开始啮合动作，在啮合过程中，传动齿（5、6）的承压面（18）或背压面（19）在轴向啮合力的作用下可以引导啮合双方调整周向相对角度滑向完全啮合位置，而在分离过程中，背压面（19）在周向挤压力的作用下可以引导啮合的双方沿轴向分离；采用磁力装置引导主动齿（6）和被动齿（5）的齿尖在即将进入啮合距离时相互偏离避免正面相撞。

6.权利要求5所述的端面齿盘超越离合器，其特征在于主动齿（6）和被动齿（5）的齿顶线和齿根线与主动端面齿盘（7）和被动端面齿盘（4）共同的轴心线的夹角相等，它们的三维齿形相同，便于提高齿面的加工和维修效率。

7.权利要求1、2、4或6所述的端面齿盘超越离合器，其特征在于内环（1）中嵌有磁性材料（12）或采用弹簧装置来协助主动端面齿盘（7）复位，并防止其在空转中出现轴向滑动而与被动端面齿盘（6）互相摩擦或碰撞。

8.权利要求7所述的端面齿盘超越离合器，其特征在于直接在外环（11）的内表面和内环（1）的外表面之间设置滚子（27）来取代轴承。

9.权利要求1、2、4、6或8所述的端面齿盘超越离合器，其特征在于离合执行机构（8、9）上设置有双向分离装置（20）来实现轴（13）主动的情况下双向分离。

10.权利要求9所述的端面齿盘超越离合器，其特征在于离合执行机构（8、9）上设置有双向锁止装置（23）来实现轴（13）主动的情况下双向锁止。