CN111425533B - 一种具有侧插膜片式滚针结构的重载型单向离合器 - Google Patents

Abstract

本发明属于单向离合器技术领域，具体涉及一种具有侧插膜片式滚针结构的重载型单向离合器，包括外环齿轮、内环凸轮和中间输入轴，外环齿轮通过轴承支承在中间输入轴上，所述的内环凸轮在中间输入轴和外环齿轮的U形槽间，且内环凸轮通过滚针支承在外环齿轮上，内环凸轮还通过内环凸轮组件与中间输入轴上的齿轮相固定，所述中间输入轴、所述外环齿轮和所述内环凸轮同轴；所述内环凸轮的外边缘均匀分布有凸台，相邻的凸台间设有滚柱和膜片弹簧，所述凸台上设有沿着凸台厚度方向的方槽，膜片弹簧的一端插入所述凸台的方槽。本申请采用侧插式的膜片弹簧取替了整个滚柱辅助机构，结构简单，装配方便；同时减少了重载工况打滑机率。

Description

一种具有侧插膜片式滚针结构的重载型单向离合器

技术领域

本发明属于单向离合器技术领域，具体涉及一种具有侧插膜片式滚针结构的重载型单向离合器。

背景技术

超越离合器是行星箱中的一个极其重要的部件，利用自身单向离合作用，配合双涡轮液力变矩器外特性实现自动适应外界工况的功能，但随着市场对大吨位装载机的需求，超越离合器的承载力和使用寿命的缺陷也异常突显，成为制约国内装载机发展的一大障碍。

现行普及的弹簧顶销式超越离合器包括中间输入轴、外环齿轮、内环凸轮和滚柱。滚柱在内环轨道和外环齿轮间，内环凸轮在外环齿轮的凹槽内，内环凸轮的内径卡在中间输入轴靠近齿轮一端的圆形凸起，螺栓按轴向方向依次固定中间输入轴、左隔板、内环凸轮、右隔板，外环凸轮由两轴承支撑在中间输入轴上。其中左右挡板和内环凸轮组成内环轨道；其中内环凸轮的边缘设有均匀分布的滚道，滚道连接处有滚柱辅助机构，滚柱辅助机构包括弹簧销孔、弹簧、顶销，弹簧销孔中设有顶销，顶销的底部设有弹簧，顶销的上端与滚柱相接触，弹簧销孔、弹簧、顶销都为并排的两个；其中支承外环齿轮的两轴承之间有轴承隔套。

现行弹簧顶销式超越离合器质量不稳定，失效形式多是整机工作无力或无法行走，主要有以下几点因素影响：

1.滚柱辅助机构对箱内油品清洁度高度敏感，如果杂质堵塞顶销、弹簧销孔，会引起弹簧的回位不畅；辅助机构与滚柱点接触，易引起滚柱偏斜；并且辅助机构结构复杂，每一部分都存在弊端影响滚柱复位：（a）弹簧为细小的螺旋压缩弹簧，在重载或极限工况作业模式下，弹簧持续受到较大的冲击力和压力，抗疲劳强度低，易变形断裂，并且工作行程的限制无法通过再增加弹簧长度来提高克服压力或冲击力的弹簧回弹力；（b）顶销材质热处理精细化控制较难，一旦热效果不佳，顶销对滚柱频繁、大力冲击适应性差，容易断裂，同时磨损滚柱；顶销导向性差，在与滚柱长期接触磨损中起毛翻边，容易卡堵在弹簧孔中；（c）弹簧销孔的工艺加工需要不断及时更换钻头，否则销孔产生锥度，影响顶销及复位弹簧的顺畅收缩，加工成本大；

2.内环凸轮内径部分卡在中间输入轴的圆形凸起上，但大部分都悬空在外环齿轮的凹槽内，呈悬臂式的浮动状态，在滚柱的频繁的离合冲击下，内环凸轮严重变形；

3.滚柱直径与其接触应力成反比，在一定范围内增大滚柱直径，会相应减少滚柱的接触应力。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种具有侧插膜片式滚针结构的重载型单向离合器，使得结构更为紧凑、承载力强、自锁可靠且反向解脱轻便、使用寿命长，有助于国内装载机整体性能的提升。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种具有侧插膜片式滚针结构的重载型单向离合器，包括外环齿轮、内环凸轮和中间输入轴，外环齿轮通过轴承支承在中间输入轴上，所述的内环凸轮在中间输入轴和外环齿轮的U形槽间，且内环凸轮通过滚针支承在外环齿轮上，内环凸轮还通过内环凸轮组件与中间输入轴上的齿轮相固定，所述中间输入轴、所述外环齿轮和所述内环凸轮同轴；所述内环凸轮的外边缘均匀分布有凸台，相邻的凸台间设有滚柱和膜片弹簧，所述凸台上设有沿着凸台厚度方向的方槽，膜片弹簧的一端插入所述凸台的方槽。

进一步地，所述的内环凸轮组件包括左挡板、右挡板和紧固螺栓，所述左挡板的一面紧贴内环凸轮的左端面，左挡板的另一面紧贴中间输入轴的齿轮面；所述右挡板的一面紧贴内环凸轮右端面，紧固螺栓轴向依次固定中间输入轴、左挡板、内环凸轮和右挡板。

进一步地，所述右挡板远离所述内环凸轮一侧的端面设有圆形凹槽，所述紧固螺栓的螺栓头设有切平面，紧固螺栓切平面的两侧卡在圆形凹槽的侧壁上。

进一步地，所述左挡板靠近所述内环凸轮一侧的端面均布着两个左凸起圆柱，所述右挡板靠近所述内环凸轮一侧的端面也均布着两个与左凸起圆柱大小相同的右凸起圆柱，左凸起圆柱和右凸起圆柱都一一对应卡在内环凸轮两侧端面的内孔内。

进一步地，所述的左挡板和所述右挡板的外圆周面均布有与滚柱相同数量的通孔，通孔正对膜片弹簧。

进一步地，所述中间输入轴和外环齿轮上设有多条润滑油道。

进一步地，所述内环凸轮位于相邻的凸台间的外边缘的径向截面呈Z字型形状，Z字型形状包括工作平面和弹簧平面，弹簧平面在径向上高于工作平面，滚柱位于工作平面上，膜片弹簧位于弹簧平面上。

进一步地，所述凸台的方槽包括贯穿凸台厚度的4/5长度的1#方槽和贯穿凸台整个厚度的2#方槽，且2#方槽贯穿所述凸台的外边缘；所述膜片弹簧与所述凸台的方槽相安装的一端包括1#膜片和2#膜片，1#膜片和2#膜片外形均为L型结构。

本发明的有益效果是：1、侧插式的膜片弹簧取替了整个滚柱辅助机构，结构简单，装配方便；降低了超越对箱内油品的敏感度；尺寸较大、强度较高的膜片弹簧，复位能力强；膜片弹簧与滚柱为线接触，改变以往的点接触，传载平稳；

2、内环凸轮和外环齿轮的悬臂空间增加一圈滚针结构，作为内环凸轮的支承，提高了内环凸轮的结构刚性，在滚柱的频繁离合冲击下，内环凸轮变形几率减少；

3、内环凸轮组件防转设计有效提高了超越结构的稳定性，防错及定位设计使装配准确并及时强制润滑膜片弹簧；

4、大直径滚柱使超越离合器的承载力有一定提升，最大传扭能容提高约14%，满足日益提升的重载需求。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明滚柱与膜片弹簧安装示意图；

图3为本发明内环凸轮的局部结构示意图；

图4为本发明膜片弹簧的立体视图1；

图5为本发明膜片弹簧的立体视图2；

图中，1、外环齿轮，11、U形槽，12、环形台阶，13、外环齿轮工作面，2、滚柱，3、内环凸轮，31、凸台，311、工作平面，312、弹簧平面，32、内孔，33、1#方槽，34、2#方槽，4、膜片弹簧，41、1#膜片，42、2#膜片，5、滚针，6、润滑油道，71、左挡板，72、右挡板，73、紧固螺栓，711、左凸起圆柱，712、通孔，721、右凸起圆柱，722、圆形凹槽，8、中间输入轴，81、中间输入轴凸起。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1至图5所示，一种具有侧插膜片式滚针结构的重载型单向离合器，包括外环齿轮1、内环凸轮3和中间输入轴8，外环齿轮1通过轴承支承在中间输入轴8上，所述的内环凸轮3在中间输入轴和外环齿轮1的U形槽11间，且内环凸轮3通过滚针5支承在外环齿轮1上，内环凸轮3中心孔面依靠滚针5部分支承在U形槽11的内圆径面上，内环凸轮3的另一部分支承在中间输入轴突起81上，其中U形槽11的内径底部有环形台阶12和中间输入轴突起81限制了滚针5的轴向窜动，滚针5匀称分布有60个，在滚柱2频繁的离合冲击下，内环凸轮3的变形问题明显减少。内环凸轮3还通过内环凸轮组件与中间输入轴8上的齿轮相固定，如图1所示，所述的内环凸轮组件包括左挡板71、右挡板72和紧固螺栓73，所述左挡板71的一面紧贴内环凸轮3的左端面，左挡板71的另一面紧贴中间输入轴8的齿轮面；所述右挡板72的一面紧贴内环凸轮3右端面，紧固螺栓73轴向依次固定中间输入轴8、左挡板71、内环凸轮3和右挡板72。所述中间输入轴8、所述外环齿轮1和所述内环凸轮3同轴。所述内环凸轮3的外边缘均匀分布有凸台31，外环齿轮工作面13、内环凸轮3、左挡板71、右挡板72以及凸台31构成多个均布的相同空间，在内环凸轮3相邻的凸台31间设有滚柱2和膜片弹簧4，如图2和图3所示，所述内环凸轮3位于相邻的凸台31间的外边缘的径向截面呈Z字型形状，Z字型形状包括工作平面311和弹簧平面312，弹簧平面312在径向上高于工作平面311，滚柱2位于工作平面311上，膜片弹簧4位于弹簧平面312上；膜片弹簧4依靠弹性驱动滚柱2，膜片弹簧4与外环齿轮1、弹簧平面312、左挡板71、右挡板72间均有间隙。所述凸台31上设有沿着凸台31厚度方向的方槽，膜片弹簧4的一端以侧插方式固定在内环凸轮3上，在凸台31的正面设有方槽，方槽包括1#方槽33和2#方槽34，1#方槽33贯穿凸台31厚度的4/5长度，2#方槽34贯穿凸台31的整个厚度，2#方槽34为半开式（即2#方槽还贯穿所述凸台31的外边缘），膜片弹簧4端部延伸出一片1#膜片41侧插在1#方槽33中，上部延伸出一片2#膜片42侧插在2#方槽34中，两片膜片的长度不一样，2#膜片42近似L形，角度为92°，膜片弹簧4装配时，在凸台31正面同时把1#膜片41插入1#方槽33和2#膜片42插入2#方槽34，根据膜片弹性，2#膜片42强制塞入2#方槽34，插入后恢复弹性卡在2#方槽34内。两个方槽的宽度与膜片的厚度取合理间隙，过松或紧对膜片装配、膜片受力的均匀性、膜片固定的稳定都有很大影响。侧插入方式有效全面固定整个膜片，减少弹簧局部变形，保证滚柱的受力均匀；膜片弹簧强度较高，减少重载工况打滑几率；对油品的敏感度降低，油品等级的影响不再重要。

作为本实施例的改进，所述右挡板72远离所述内环凸轮3一侧的端面设有圆形凹槽722，所述紧固螺栓73的螺栓头设有切平面，紧固螺栓73切平面的两侧卡在圆形凹槽722的侧壁上，可防止紧固螺栓73滑转。

作为本实施例的改进，所述左挡板71靠近所述内环凸轮3一侧的端面均布着两个左凸起圆柱711，所述右挡板72靠近所述内环凸轮3一侧的端面也均布着两个与左凸起圆柱711大小相同的右凸起圆柱721，左凸起圆柱711和右凸起圆柱721都一一对应卡在内环凸轮3两侧端面的内孔32内，起到左挡板71和右挡板72装配防错及定位作用。

作为本实施例的改进，所述的左挡板71和所述右挡板72的外圆周面均布有与滚柱2相同数量的通孔712，通孔712正对膜片弹簧4，使得润滑油通过通孔712对膜片弹簧4进行充分润滑，防止持续高温使得弹簧膜片4变形。

作为本实施例的改进，所述中间输入轴8和外环齿轮1上设有多条润滑油道6，润滑油液可以强制有效的润滑轴承、滚针5等。

本申请的滚柱其直径在顶销式超越离合器滚柱直径的基础上加大了20%，数量减少了10%，大直径滚柱使超越离合器的承载力有一定提升，最大传扭能容提高约14%，满足日益提升的重载需求。

相比弹簧顶销式超越离合器，本发明具有：

1、侧插式的膜片弹簧取替了整个滚柱辅助机构，结构简单，装配方便；降低了超越对箱内油品的敏感度；尺寸较大、强度较高的膜片弹簧，复位能力强；膜片弹簧与滚柱为线接触，改变以往的点接触，传载平稳；

2、内环凸轮和外环齿轮的悬臂空间增加一圈滚针结构，作为内环凸轮的支承，提高了内环凸轮的结构刚性，在滚柱的频繁离合冲击下，内环凸轮变形几率减少；

3、内环凸轮组件防转设计有效提高了超越结构的稳定性，防错及定位设计使装配准确并及时强制润滑膜片弹簧；

4、大直径滚柱使超越离合器的承载力有一定提升，最大传扭能容提高约14%，满足日益提升的重载需求。

Claims (7)

1.一种具有侧插膜片式滚针结构的重载型单向离合器，其特征在于：包括外环齿轮（1）、内环凸轮（3）和中间输入轴（8），外环齿轮（1）通过轴承支承在中间输入轴（8）上，所述的内环凸轮（3）在中间输入轴（8）和外环齿轮（1）的U形槽（11）间，且内环凸轮（3）通过滚针（5）支承在外环齿轮（1）上，内环凸轮（3）还通过内环凸轮组件与中间输入轴（8）上的齿轮相固定，所述中间输入轴（8）、所述外环齿轮（1）和所述内环凸轮（3）同轴；所述内环凸轮（3）的外边缘均匀分布有凸台（31），相邻的凸台（31）间设有滚柱（2）和膜片弹簧（4），所述凸台（31）上设有沿着凸台（31）厚度方向的方槽，膜片弹簧（4）的一端插入所述凸台（31）的方槽；所述凸台（31）的方槽包括贯穿凸台（31）厚度的4/5长度的1#方槽（33）和贯穿凸台（31）整个厚度的2#方槽（34），且2#方槽（34）贯穿所述凸台（31）的外边缘；所述膜片弹簧（4）与所述凸台（31）的方槽相安装的一端包括1#膜片（41）和2#膜片（42），1#膜片（41）和2#膜片（42）外形均为L型结构。

2.根据权利要求1所述的一种具有侧插膜片式滚针结构的重载型单向离合器，其特征在于：所述的内环凸轮组件包括左挡板（71）、右挡板（72）和紧固螺栓（73），所述左挡板（71）的一面紧贴内环凸轮（3）的左端面，左挡板（71）的另一面紧贴中间输入轴（8）的齿轮面；所述右挡板（72）的一面紧贴内环凸轮（3）右端面，紧固螺栓（73）轴向依次固定中间输入轴（8）、左挡板（71）、内环凸轮（3）和右挡板（72）。

3.根据权利要求2所述的一种具有侧插膜片式滚针结构的重载型单向离合器，其特征在于：所述右挡板（72）远离所述内环凸轮（3）一侧的端面设有圆形凹槽（722），所述紧固螺栓（73）的螺栓头设有切平面，紧固螺栓（73）切平面的两侧卡在圆形凹槽（722）的侧壁上。

4.根据权利要求2所述的一种具有侧插膜片式滚针结构的重载型单向离合器，其特征在于：所述左挡板（71）靠近所述内环凸轮（3）一侧的端面均布着两个左凸起圆柱（711），所述右挡板（72）靠近所述内环凸轮（3）一侧的端面也均布着两个与左凸起圆柱（711）大小相同的右凸起圆柱（721），左凸起圆柱（711）和右凸起圆柱（721）都一一对应卡在内环凸轮（3）两侧端面的内孔（32）内。

5.根据权利要求2所述的一种具有侧插膜片式滚针结构的重载型单向离合器，其特征在于：所述的左挡板（71）和所述右挡板（72）的外圆周面均布有与滚柱（2）相同数量的通孔（712），通孔（712）正对膜片弹簧（4）。

6.根据权利要求1所述的一种具有侧插膜片式滚针结构的重载型单向离合器，其特征在于：所述中间输入轴（8）和外环齿轮（1）上设有多条润滑油道（6）。

7.根据权利要求1所述的一种具有侧插膜片式滚针结构的重载型单向离合器，其特征在于：所述内环凸轮（3）位于相邻的凸台（31）间的外边缘的径向截面呈Z字型形状，Z字型形状包括工作平面（311）和弹簧平面（312），弹簧平面（312）在径向上高于工作平面（311），滚柱（2）位于工作平面（311）上，膜片弹簧（4）位于弹簧平面（312）上。

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