CN110925326A - 一种解耦式单向离合器及其耦合弹簧 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种解耦式离合器及其耦合弹簧，所述的解耦式离合器包括径向限位轴套、轴向限位承载轴套和耦合弹簧，所述径向限位轴套的底部与轴向限位承载轴套的顶部滑动配合；所述的耦合弹簧末端向内绕制形成内层弹簧，所述内层弹簧与轴向承载限位轴套的轴向限位面相抵，所述的耦合弹簧的外层弹簧的内壁与所述的径向限位轴套和轴向限位承载轴套过盈配合，所述的耦合弹簧的顶端与所述的径向限位轴套连接。本发明的耦合弹簧采用双层结构，具有较强的抗扭变形特性，并可形成活动锁块。

Description

一种解耦式单向离合器及其耦合弹簧

技术领域

本发明涉及离合器领域，尤其涉及超越离合器，具体地说是一种解耦式离合器及其耦合弹簧。

背景技术

离合器是机械传动中的常用部件，可将传动系统随时分离或接合。离合器有很多种类，包括定位离合器、逆止离合器和超越离合器。超越离合器的特点是当单向离合器的动力输出部分（内环或外环）转速小于动力源（外环或内环）时，离合器处于耦合状态，内外联动；而当单向离合器的动力输出部分（内环或外环）转速比动力源（外环或内环）还快时，离合器处于解脱状态，内外环没有任何连动关系，此谓单向离合器的单向超越功能。超越离合器被广泛应用到汽车发动机、磨床加工以及数控机床的速度控制等领域。

常规的超越离合器，如中国专利CN104074951B公开的一种单向离合器皮带轮。其结构如图1所示，其单向离合器包括承载外圈4’、单向弹簧5’和单向止推环6’。所述的单向离合器与芯轴1’、皮带轮外壳9、顶部承载轴承2’、卡簧7’和底部承载轴承8构成单向离合器皮带轮总成。

当皮带轮外壳9’的转速超过芯轴1’的转速时，承载外圈4’在转动过程中顶推单向弹簧5’的悬置端并使单向弹簧胀开，芯轴1’与皮带轮外壳9’实现同向运动。当皮带轮外壳9’的转速小于芯轴1’的转速时，承载外圈4’对单向弹簧5’悬置端产生拉力而使单向弹簧5’收缩变形，并与承载外圈4’解锁，芯轴1’与皮带轮外壳9’实现分离。

上述结构的单向离合器利用单向弹簧的可变形的特点，通过承载外圈对单向弹簧不同的相对运动方向，驱使单向弹簧处于收缩或胀开状态，从而使承载外圈与单向弹簧解锁或锁定，实现芯轴与皮带轮外壳的离合。由于承载外圈对单向弹簧的相对运动所形成的是柔性摩擦，而非传统结构的硬摩擦，因此能够做到较低噪音，并延长了离合器的使用寿命。

然而，上述技术方案在离合器接合的过程中单向弹簧处于胀开的状态中。由于接合状态是离合器的常态，单向弹簧长期处于胀开状态容易产生永久形变而损坏。同时，在离合器分离的过程中，单向弹簧整体与承载外圈形成摩擦，也会降低单向弹簧的使用寿命。

发明内容

本发明要解决的是现有技术存在的问题，旨在提供一种解耦式离合器。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种解耦式离合器，包括径向限位轴套、轴向限位承载轴套和耦合弹簧，所述径向限位轴套的底部与轴向限位承载轴套的顶部滑动配合；所述的耦合弹簧末端向内绕制形成内层弹簧，所述内层弹簧与轴向承载限位轴套的轴向限位面相抵，所述的耦合弹簧的外层弹簧的内壁与所述的径向限位轴套和轴向限位承载轴套过盈配合，所述的耦合弹簧的顶端与所述的径向限位轴套连接。

本发明的解耦式离合器，径向限位轴套为离合器的动力源，轴向承载限位轴套为离合器的输出部分。使用时将所述的径向限位轴套的外圆周壁与外界动力源（如汽车发动机，磨床或者数控机床的主轴电机）过盈配合，所述的轴向承载限位轴套的内圆周壁与外界动力输出部分（如汽车发电机，磨床的砂轮带，或者数控机床带动工件或刀具旋转的主轴）过盈配合。当外界动力源启动及顺时针运转时，与外界动力源过盈状态的径向限位轴套拉动耦合弹簧使其转动。由于与耦合弹簧与轴向限位承载轴套处过盈状态，轴向限位承载轴套带动外界动力输出部分产生同步运动，实现离合器的接合。

当动力源的转速低于芯轴时，与外界动力源处于过盈状态的径向限位轴套施加给耦合弹簧一个反推力，使耦合弹簧胀开，其内径大于固定在外界动力输出部分上的轴向限位承载轴套的外径，从而使外界动力输出部分与外界动力源处分离状态，实现离合器的分离。

本发明在离合器接合的过程中耦合弹簧始终处于收缩状态，不产生形变。由于接合状态是离合器的常态，因而在离合器的使用过程中，耦合弹簧在绝大部分时间内保持收紧，有效地保护了耦合弹簧，大大提高了耦合弹簧的使用寿命。

由于在离合器接合的过程中耦合弹簧相对静止，与轴向限位承载轴套不产生摩擦，因此不会产生噪音。同时，在离合器分离的过程中，耦合弹簧仅在末端与轴向限位承载轴套产生柔性摩擦，大大减小了摩擦面积，进一步提高了单向弹簧的使用寿命。

本发明结构简单，零件数量少，可降低装配难度和制造成本，同时提高了产品的运行稳定性和性能的可靠性。

更为重要的是，本发明的耦合弹簧采用双层结构，具有较强的抗扭变形特性，并可形成活动锁块。常规的单层弹簧在扭矩大于80Nm时空转摩擦力即达到上限，而本发明的双层弹簧在扭矩达到150Nm时，仍能保持正常工作。

作为本发明的改进，所述的内层弹簧的圈数为1~3圈。优选地，所述的内层弹簧的圈数为1.5~2.5圈。更优选地，所述的外层弹簧的圈数为8圈。

作为本发明的进一步改进，所述的耦合弹簧的截面为矩形。矩形截面弹簧并优先选用合金材料，具有较大承载能力和较长的使用寿命。

作为本发明的再进一步改进，所述的轴向限位承载轴套的顶端面设有定位凸圈，所述的径向限位轴套的底部设有与所述定位凸圈相配合的定位沉孔。

作为本发明的再进一步改进，所述的定位凸圈的截面呈锥形，所述的定位沉孔具有相应的圆锥面。

作为本发明的再进一步改进，所述的轴向限位承载轴套截面呈T形，具有上部的大直径段、下部的小直径段和一个中央通孔，所述大直径段的外圆周壁与所述的耦合弹簧的外层弹簧的内壁过盈配合，所述小直径段的外圆周壁与所述的耦合弹簧的内层弹簧的内壁过盈配合，所述的中央通孔的内壁与所述的动力输出部分过盈配合。

作为本发明的再进一步改进，所述的径向限位轴套截面呈T形，具有上部的大直径段、下部的小直径段和一个中央通孔，所述的大直径段的外圆周壁与所述的动力源过盈配合，所述的小直径段的外圆周壁与所述的耦合弹簧的外层弹簧的内壁过盈配合。

作为本发明的再进一步改进，所述的径向限位轴套的大直径段上还开设有与所述耦合弹簧顶端相配合的安装孔。所述的耦合弹簧的一端插入该安装孔内，便于装配和拆卸。

本发明还要提供一种解耦式离合器的耦合弹簧，包括弹簧本体，其特征在于所述的耦合弹簧末端向内绕制形成内层弹簧。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是现有单向离合器皮带轮的结构示意图。

图2是本发明耦合式单向器的结构示意图。

图3是本发明耦合式单向器的外形图。

图4是本发明耦合弹簧的结构示意图。

图5是本发明耦合弹簧的轴测图。

图6是本发明轴向限位承载轴套的结构示意图。

图7是本发明轴向限位承载轴套的轴测图。

图8是本发明径向限位轴套的结构示意图。

图9是本发明径向限位轴套的轴测图。

图10是本发明解耦式单向器的耦合状态示意图。

图11是本发明解耦式单向器的解耦状态示意图。

图12是本发明应用于单向皮带轮的使用状态示意图。

图13是解耦式单向皮带轮的轴测图。

图中，1-芯轴，2-下轴承，3-耦合弹簧，4-轴向限位承载轴套，5-径向限位轴套，6-上轴承，7-皮带轮外壳；

301-内层弹簧，302-外层弹簧，303-耦合弹簧顶端；

401-小直径段外圆周壁，402-轴向限位面，403-定位凸圈，404-中央通孔，405-大直径段，406-小直径段，407-大直径段外圆周壁，408-圆锥面，409-内壁；

501-小直径段，502-大直径段，503-安装孔，504-中央通孔，505-限位面，506-圆锥面，507-定位沉孔，508-小直径段外圆周壁，509-大直径段外圆周壁。

具体实施方式

参照图1，现有单向离合器及皮带轮，其缺陷前面已经描述过了，在此不再赘述。

参照图2和图3，本发明的单向器包括径向限位轴套5、轴向限位承载轴套4和耦合弹簧3，所述的径向限位轴套5与所述的皮带轮外壳7过盈配合，所述的轴向承载限位轴套4与所述的芯轴1过盈配合，所述径向限位轴套5的底部与轴向限位承载轴套4的顶部滑动配合。

参照图4和图5，所述的耦合弹簧3末端向内绕制形成内层弹簧302，所述内层弹簧302与轴向承载限位轴套4的轴向限位面402相抵，所述的耦合弹簧的外层弹簧301的内壁与所述的径向限位轴套5和轴向限位承载轴套4过盈配合，所述的耦合弹簧的顶端303与所述的径向限位轴套5连接。

所述的内层弹簧302的圈数为1~3圈。优选地，所述的内层弹簧的圈数为1.5~2.5圈。在本实施方式中，所述内层弹簧的圈数为1.5圈，所述的外层弹簧301的圈数为8圈。

所述的耦合弹簧3的截面为矩形，并采用合金材料制成。矩形截面弹簧且选用合金材料，具有较大承载能力和较长的使用寿命。

参照图6和图7，所述的轴向限位承载轴套4截面呈T形，具有上部的大直径段405、下部的小直径段405和一个中央通孔404，所述大直径段的外圆周壁407与所述的耦合弹簧3的外层弹簧的内壁过盈配合，所述小直径段的外圆周壁401与所述的耦合弹簧3的内层弹簧的内壁过盈配合。

在上部的大直径段405和下部的小直径段405的过渡区域形成一个轴向限位面402。该轴向限位面402与内层弹簧302的顶部相抵，对耦合弹簧3起到轴向限位的作用。

所述轴向限位承载轴套4的顶端面设有与径向限位轴套5滑动配合用的定位凸圈403，所述的定位凸圈403的截面呈锥形，使定位凸圈403起到承载径向限位轴套5的同时又减少了滑动摩擦。

参照图8和图9，所述的径向限位轴套5截面呈T形，具有上部的大直径段502、下部的小直径段501和一个中央通孔504，所述的小直径段的外圆周壁508与所述的耦合弹簧的外层弹簧的内壁过盈配合。

所述的径向限位轴套5的底部设有与所述轴向限位承载轴套4的定位凸圈403相配合的定位沉孔507。所述的定位沉孔507具有与定位凸圈403相适配的圆锥面506。

所述的径向限位轴套的大直径段502上还开设有与所述耦合弹簧顶端303相配合的安装孔503。所述的耦合弹簧的顶端303插入该安装孔503内，便于装配和拆卸。

本发明的一种解耦式单向离合，其工作原理如下：

参照图10，当径向限位轴套5顺时针转动时，径向限位轴套5拉动耦合弹簧3使其转动。由于与耦合弹簧3与轴向限位承载轴套4处过盈状态，轴向限位承载轴套4也产生同步运动，实现离合器的接合。此时，耦合弹簧3同时如箭头9、10、11方向向内收缩形成挤压力与限位承载轴套4过盈，达到增加抗扭变力矩的目的。

参照图11，当径向限位轴套5的转速低于轴向限位承载轴套4时，径向限位轴套5相对轴向限位承载轴套4为逆时针旋转，径向限位轴套5施加给耦合弹簧3一个反推力，使耦合弹簧3胀开，其内径大于轴向限位承载轴套4的外径，从而使轴向限位承载轴套4和径向限位轴套5处于分离状态，实现离合器的分离。此时，耦合弹簧3受逆时针张力作用，如箭头13、14、15方向胀开，从而加大了外形尺寸，形成解耦状态使轴向限位承载轴套4自由惯性运动。

参照图12和图13，本发明的解耦式离合器应用于汽车发动机的单向皮带轮上。该单向皮带轮还包括芯轴1、下轴承2、单向器、上轴承6和皮带轮外壳7。所述的上轴承6、单向器和下轴承2设置在所述的芯轴1和皮带轮外壳7之间，并自上而下依次设置。所述轴向限位承载轴套4的中央通孔404的内壁409与所述的芯轴1过盈配合，所述的径向限位轴套5的大直径段的外圆周壁509与所述的皮带轮外壳7过盈配合。

在此应用方式中，径向限位轴套5为离合器的动力源，与外界动力源皮带轮外壳7连接；轴向限位承载轴套4为离合器的动力输出部分，与外界动力输出部分芯轴1连接。当皮带轮外壳7的转速高于芯轴1时，单向器耦合，芯轴1与皮带轮外壳7联动；当皮带轮外壳7的转速低于芯轴1时，单向器解耦，芯轴1与皮带轮外壳7脱离和自由转动。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明在离合器接合的过程中耦合弹簧始终处于收缩状态，不产生形变。由于接合状态是离合器的常态，因而在离合器的使用过程中，耦合弹簧在绝大部分时间内保持收紧，有效地保护了耦合弹簧，大大提高了耦合弹簧的使用寿命。

2、由于在离合器接合的过程中耦合弹簧相对静止，与轴向限位承载轴套不产生摩擦，因此几乎没有噪音。同时，在离合器分离的过程中，耦合弹簧仅在末端与轴向限位承载轴套产生柔性摩擦，大大减小了摩擦面积，进一步提高了单向弹簧的使用寿命。

3、本发明结构简单，零件数量少，可降低装配难度和制造成本，同时提高了产品的运行稳定性和性能的可靠性。

4、本发明的耦合弹簧采用双层结构，具有较强的抗扭变形特性，并可形成活动锁块。常规的单层弹簧在扭矩大于80Nm时空转摩擦力即达到上限，而本发明的双层弹簧在扭矩达到150Nm时，仍能保持正常工作。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种解耦式离合器，包括径向限位轴套、轴向限位承载轴套和耦合弹簧，所述径向限位轴套的底部与轴向限位承载轴套的顶部滑动配合；所述的耦合弹簧末端向内绕制形成内层弹簧，所述内层弹簧与轴向承载限位轴套的轴向限位面相抵，所述的耦合弹簧的外层弹簧的内壁与所述的径向限位轴套和轴向限位承载轴套过盈配合，所述的耦合弹簧的顶端与所述的径向限位轴套连接。

2.如权利要求1所述的一种解耦式离合器，其特征在于所述的内层弹簧的圈数为1~3圈。

3.如权利要求2所述的一种解耦式离合器，其特征在于所述的内层弹簧的圈数为1.5~2.5圈。

4.如权利要求3所述的一种解耦式离合器，其特征在于所述的外层弹簧的圈数为8圈。

5.如权利要求1-4任何一项所述的一种解耦式离合器，其特征在于所述的耦合弹簧的截面为矩形。

6.如权利要求1所述的一种解耦式离合器，其特征在于所述的轴向限位承载轴套的顶端面设有定位凸圈，所述的径向限位轴套的底部设有与所述定位凸圈相配合的定位沉孔。

7.如权利要求6所述的一种解耦式离合器，其特征在于所述的定位凸圈的截面呈锥形，所述的定位沉孔具有相应的圆锥面。

8.如权利要求1所述的一种解耦式离合器，其特征在于所述的轴向限位承载轴套截面呈T形，具有上部的大直径段、下部的小直径段和一个中央通孔，所述大直径段的外圆周壁与所述的耦合弹簧的外层弹簧的内壁过盈配合，所述小直径段的外圆周壁与所述的耦合弹簧的内层弹簧的内壁过盈配合，所述的中央通孔的内壁与动力输出部分过盈配合。

9.如权利要求1所述的一种解耦式离合器，其特征在于所述的径向限位轴套截面呈T形，具有上部的大直径段、下部的小直径段和一个中央通孔，所述的大直径段的外圆周壁与动力源过盈配合，所述的小直径段的外圆周壁与所述的耦合弹簧的外层弹簧的内壁过盈配合。

10.如权利要求9所述的一种解耦式离合器，其特征在于所述的径向限位轴套的大直径段上还开设有与所述耦合弹簧顶端相配合的安装孔。

11.一种耦合弹簧，包括弹簧本体，其特征在于所述的耦合弹簧末端向内绕制形成内层弹簧。

12.如权利要求11所述的耦合弹簧，其特征在于所述的内层弹簧的圈数为1~3圈。

13.如权利要求12所述的耦合弹簧，其特征在于所述的外层弹簧的圈数为8圈。

14.如权利要求11-13所述的耦合弹簧，其特征在于所述的耦合弹簧的截面为矩形。

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