CN112696439A

CN112696439A - 一种高啮合成功概率的齿式离合器

Info

Publication number: CN112696439A
Application number: CN202011567140.9A
Authority: CN
Inventors: 闫泽; 陈克鑫; 王学志; 战庆欣; 戴维泽; 曲盛楠; 魏君波; 张祥; 王春玲
Original assignee: 703th Research Institute of CSIC
Current assignee: 703th Research Institute of CSIC
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2021-04-23

Abstract

本发明提供一种高啮合成功概率的齿式离合器，在动套齿和静套齿的轮齿端面上，靠近非传扭齿面的一侧制成一段斜面，靠近传扭齿面的一侧保留直面，斜面宽度约占齿厚的95％。动套齿齿端面斜面的倾斜方向与动套齿的移动方向相反，静套齿齿端面斜面的倾斜方向与动套齿的移动方向相同，动、静套齿的齿端面斜面倾斜角相等。啮合时，动套齿在外力作用下移向静套齿，动、静套齿的齿端面斜面相互接触，随着动套齿的转动，由于斜面的作用，动套齿相对静套齿产生了轴向移动距离L，当动套齿的轮齿转过与之相接触的当前静套齿轮齿，并与下一个静套齿轮齿的工作齿面接触时,距离L可避免打齿现象发生，提高了套齿一次啮合成功的概率，并且套齿保持传扭强度不下降。

Description

一种高啮合成功概率的齿式离合器

技术领域

本发明涉及一种高啮合成功概率的齿式离合器，提高此类离合器啮合成功概率的齿端部结构。

背景技术

目前，公知的齿式离合器其传扭齿一般采用渐开线齿形，齿形压力角一般为15°-35°，由于压力角的存在，齿式离合器具有自动对中能力，并且渐开线齿形与齿轮轮齿的加工工艺基本一致，加工非常方便，因此相对牙嵌类齿形，采用渐开线齿形的齿式离合器应用非常广泛。齿式离合器通过齿厚减薄的方式产生齿侧间隙，方便传扭套齿的轴向啮合。为了保证传扭套齿的弯曲和剪切强度，齿厚减薄的量受到限制，约为齿距的5％-10％，齿侧间隙相对齿距尺寸比较小，因此造成了齿式离合器啮合成功概率比较低，尤其是在采用螺旋运动实现对齿啮合的自动控制齿式离合器，当转速差较大时，较低的啮合成功概率容易造成打齿，导致离合器接合困能。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有采用螺旋运动实现对齿啮合的齿式离合器依靠齿厚减薄来形成有限的齿侧间隙，啮合成功概率(5％-10％)较低的不足而提供一种高啮合成功概率的齿式离合器，在不降低传扭套齿弯曲和剪切强度的同时，可将离合器啮合成功概率提高到80％以上。

本发明的目的是这样实现的：包括输入组件100、滑移组件200和输出组件300，输入组件100制有外螺旋结构110，滑移组件200制有动套齿220和内螺旋机构210，输出组件300制有静套齿320，外螺旋结构与内螺旋机构联接，静套齿和动套齿啮合，在动套齿端面靠近非传扭齿面的一侧制成一段斜面、靠近传扭齿面的一侧保留直面，动套齿齿端面斜面的倾斜方向与动套齿的移动方向相反，倾斜角为β；在静套齿端面靠近非传扭齿面的一侧制成一段斜面，靠近传扭齿面的一侧保留直面，静套齿齿端面斜面的倾斜方向与动套齿的移动方向相同，倾斜角为β。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.动、静套齿的直面宽度均为齿厚的5％、斜面宽度为齿厚的95％。

2.滑移组件定位面205与输入组件定位面120压紧后，扭矩通过输入组件通过滑移组件传递到输出组件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在保证传扭套齿的弯曲和剪切强度的同时，提高了采用螺旋运动实现对齿啮合的齿式离合器啮合成功的概率，提高了此类离合器适应高转速差啮合的能力，避免高转速差下啮合打齿，降低了此类离合器的控制难度。在2件相互啮合的传扭套齿每一个齿的端部，都制作一段斜面，使原本与套齿轴线垂直的每一个齿的齿端面，都变成由平面和斜面2段面组成的特殊结构。斜面宽度约为齿厚的95％。离合器套齿啮合过程中，只要齿端面的斜面相互发生了接触，离合器套齿轴向即存在了啮合长度，在螺旋运动的作用下，可自动完成全部啮合，由于斜面宽度占比非常大，啮合成功概率大大提高，斜面与齿端面的角度约为10°至20°，对传扭套齿弯曲和剪切强度影响很小。

附图说明

图1是采用螺旋运动实现对齿啮合的齿式离合器构造图(脱开状态)。

图2是采用螺旋运动实现对齿啮合的齿式离合器构造图(接合状态)。

图3是图1沿传扭套齿分度圆展开成平面的运动原理图。

图4-图6是齿端面为平面的套齿啮合运动过程。

图7是采用间隔去齿提高啮合概率的原理图。

图8是本发明的构造图(脱开状态)。

图9是本发明的构造图(接合状态)。

图10是本发明的运动原理图。

图11-图14是本发明的啮合运动过程。

图15是本发明移动套齿的放大图。

图16是本发明固定套齿的放大图。

图17是图9局部放大图。

各图中10.输入端转速，20.输出端转速，30.齿端面间隙，100.输入组件，110.外螺旋结构，200.滑移组件，210.内螺旋机构，220.动套齿，230.动套齿齿槽宽，232.动套齿齿厚，234.外作用力，240.联接，250.动套齿齿端面直面，252.动套齿齿端面斜面，254.动套齿齿端面斜面夹角，256.动套齿非传扭齿面，258.动套齿传扭齿面，280.打齿产生的毛刺，290.轴向啮合长度，300.输出组件，320.静套齿，321.静套齿间隔去齿.静套齿齿槽宽，332.静套齿齿厚，334.剩余平面宽度，350.静套齿齿端面直面，352.静套齿齿端面斜面，354.静套齿齿端面斜面夹角，356.静套齿传扭齿面，358.静套齿非传扭齿面。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明的一种提高齿式离合器啮合成功概率的齿端部结构，在采用螺旋运动实现对齿啮合的齿式离合器的动套齿和静套齿的轮齿端面上制有斜面，其特征是：在动套齿端面靠近非传扭齿面的一侧制成一段斜面，靠近传扭齿面的一侧保留直面，直面宽度约占齿厚的5％，斜面宽度约占齿厚的95％，动套齿齿端面斜面的倾斜方向与动套齿的移动方向相反，倾斜角为β；在静套齿端面靠近非传扭齿面的一侧制成一段斜面，靠近传扭齿面的一侧保留直面，直面宽度约占齿厚的5％,斜面宽度约占齿厚的95％，静套齿齿端面斜面的倾斜方向与动套齿的移动方向相同，倾斜角为β。动套齿的齿端面斜面，位于动套齿与静套齿对齿啮合一侧的轮齿端面上。静套齿的齿端面斜面，位于静套齿与动套齿对齿啮合一侧的轮齿端面上。动、静套齿的齿端面斜面倾斜角相等。动、静套齿的齿端面斜面宽度相等。

图1中，输入组件(100)制有外螺旋结构(110)，滑移组件(200)制有动套齿(220)和内螺旋机构(210)，输出组件(300)制有静套齿(320)。外螺旋结构与内螺旋机构联接，使得滑移组件可以在输入组件上做螺旋运动。输出组件与输入组件同轴布置，静套齿和动套齿可以轴向嵌套啮合。图2中，静套齿和动套齿啮合，并且滑移组件定位面(205)与输入组件定位面(120)压紧后，扭矩可以输入组件通过滑移组件传递到输出组件。

图3-图4中,动套齿与静套齿的齿端面距离为L1(30)，离合器处于脱开状态,输入端转速V1(10)大于输出端转速V2(20)，通过控制与离合器输入端及输出端连接的设备转速实现V1-V2＝5r/min至10r/min。外作用力(234)作用到滑移组件上，使动套齿齿端面直面(250)与静套齿齿端面直面(350)接触，由于V1大于V2,动套齿与静套齿的位置关系一定会转到图4的状态，如果V1-V2控制比较小，且F推动滑移组件向右运动的速度足够快，动套齿和静套齿轴向就会进入啮合。假设S2＝S1＝0.45πm，B2＝B1＝0.55πm，一次啮合成功概率：(B2-S1)/πm＝(0.55-0.45)/2＝0.05。如图6所示，如果V1-V2＞5r/min至10r/min，由于一次啮合成功概率仅为0.05，非常容易产生打齿现象，产生毛刺(280)，进而影响下次啮合，多次打齿后容易造成轮齿端面严重损伤，打齿掉落的毛刺混入润滑油，将影响其它设备的正常运转。

如图7所示，采用剔除间隔齿的方案，一次啮合成功概率：(πm+B2-S1)/2πm＝(1+0.55-0.45)/2＝0.55，一次啮合成功概率提高了50％，但缺点是：传扭的齿数减少50％，强度下降。如果为保持强度不变，传扭齿的分度圆直径必须增大，导致离合器体积变大。

图8中，输入组件(100)制有外螺旋结构(110)，滑移组件(200)制有动套齿(220)和内螺旋机构(210)，输出组件(300)制有静套齿(320)。外螺旋结构与内螺旋机构联接，使得滑移组件可以在输入组件上做螺旋运动。输出组件与输入组件同轴布置，静套齿和动套齿可以轴向嵌套啮合。动套齿(220)的端面制有动套齿齿端面斜面(252)，静套齿(320)的端面制有静套齿齿端面斜面(352)，动套齿齿端面斜面(252)与有静套齿齿端面斜面(352)与各自齿端面的夹角相同，它们接触时可以相互吻合。

图9中，静套齿和动套齿啮合，并且滑移组件定位面(205)与输入组件定位面(120)压紧后，扭矩可以输入组件通过滑移组件传递到输出组件。

图10离合器处于脱开状态，动套齿与静套齿的齿端面距离为L1(30),输入端转速V1(10)大于输出端转速V2(20)，通过控制与离合器输入端及输出端连接的设备转速实现V1-V2＝5r/min至10r/min。图11中，外作用力(234)作用到滑移组件上，使动套齿齿端面斜面(252)与静套齿齿端面斜面(352)接触，由于V1大于V2,动套齿在旋转过程中其齿端面斜面(252)在外作用力(234)作用下一直压紧在静套齿齿端面斜面(352)上，因此动套齿在旋转中必然产生轴向位移。

如图12所示，即使V1-V2>5r/min至10r/min,以及F推动滑移组件向右运动的速度很小，动套齿与静套齿的位置关系一定会转到图13状态，此时，静套齿与动套齿已经产生了轴向啮合而不会产生打齿毛刺，啮合长度为L(290),L＝(S2-S3)*tan(β)。随着输入组件继续旋转，动套齿和静套齿轴向就继续进入啮合直到滑移组件定位面(205)与输入组件定位面(120)压紧。

如图11所示，假设S2＝S1＝0.45πm，B2＝B1＝0.55πm，S3＝0.05πm(334)一次啮合成功概率：(πm-2S3)/πm＝(1-2*0.05)/1＝0.90。远远大于采用剔除间隔齿的啮合方案0.55的一次啮合成功概率。由于动套齿齿端面斜面(252)与有静套齿齿端面斜面(352)不影响动套齿传扭齿面(258)和静套齿传扭齿面(356)啮合后的接触长度，因此齿的剪切强度和弯曲强度未发生改变。

图15中，在动套齿与静套齿对齿啮合一侧的轮齿端面(250)上，靠近非传扭齿面(256)的一侧制成一段斜面(252)，靠近传扭齿面(258)的一侧保留直面，直面(334)宽度S3约占齿厚S1(232)的5％,斜面宽度约占齿厚S1(232)的95％。动套齿齿端面斜面的倾斜方向与动套齿的移动方向相反，图15中动套齿向右移动，斜面向左倾斜，倾斜角为β

图16中，在静套齿与动套齿对齿啮合一侧的轮齿端面(350)上，靠近非传扭齿面(358)的一侧制成一段斜面(252)，靠近传扭齿面(356)的一侧保留直面，直面(334)宽度S3约占齿厚S1(232)的5％,斜面宽度约占齿厚S2(332)的95％。静套齿齿端面斜面的倾斜方向与动套齿的移动方向相同，图15中动套齿向右移动，静套齿齿端面斜面向右倾斜，倾斜角为β，动、静套齿的齿端面斜面倾斜角相等。

对于采用螺旋运动实现对齿啮合的齿式离合器，采用本发明的齿端部结构，可大幅度提高一次啮合成功的概率，因此非常容易避免高转速差下啮合打齿现象的发生，降低了离合器啮合时离合器两端设备转速的控制难度。

综上，本发明主要提供一种提高齿式离合器啮合成功概率的齿端部结构。在动套齿和静套齿的轮齿端面上，靠近非传扭齿面的一侧制成一段斜面，靠近传扭齿面的一侧保留直面，斜面宽度约占齿厚的95％。动套齿齿端面斜面的倾斜方向与动套齿的移动方向相反，静套齿齿端面斜面的倾斜方向与动套齿的移动方向相同，动、静套齿的齿端面斜面倾斜角相等。啮合时，动套齿在外力作用下移向静套齿，动、静套齿的齿端面斜面相互接触，随着动套齿的转动，由于斜面的作用，动套齿相对静套齿产生了轴向移动距离L，当动套齿的轮齿转过与之相接触的当前静套齿轮齿，并与下一个静套齿轮齿的工作齿面接触时,距离L可避免打齿现象发生，提高了套齿一次啮合成功的概率，并且套齿保持传扭强度不下降。

Claims

1.一种高啮合成功概率的齿式离合器，包括输入组件(100)、滑移组件(200)和输出组件(300)，其特征在于：输入组件(100)制有外螺旋结构(110)，滑移组件(200)制有动套齿(220)和内螺旋机构(210)，输出组件(300)制有静套齿(320)，外螺旋结构与内螺旋机构联接，静套齿和动套齿啮合，在动套齿端面靠近非传扭齿面的一侧制成一段斜面、靠近传扭齿面的一侧保留直面，动套齿齿端面斜面的倾斜方向与动套齿的移动方向相反，倾斜角为β；在静套齿端面靠近非传扭齿面的一侧制成一段斜面，靠近传扭齿面的一侧保留直面，静套齿齿端面斜面的倾斜方向与动套齿的移动方向相同，倾斜角为β。

2.根据权利要求1所述的一种高啮合成功概率的齿式离合器，其特征在于：动、静套齿的直面宽度均为齿厚的5％、斜面宽度为齿厚的95％。

3.根据权利要求1或2所述的一种高啮合成功概率的齿式离合器，其特征在于：滑移组件定位面(205)与输入组件定位面(120)压紧后，扭矩通过输入组件通过滑移组件传递到输出组件。