CN114198426B - 一种位置锁定型高速同步自动离合器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种位置锁定型高速同步自动离合器，其锁定齿环安装在滑移组件上，锁定齿环可相对滑移件轴向移动，锁定齿环的外部圆环上对称布置一对拨叉，拨叉可以推动锁定齿环轴向移动，锁定齿环运动至滑移组件上的限位面后，拨叉可以带动滑移组件整体移动；锁定齿环和输入组件上设置有锁定齿，拨叉可以推动锁定齿环使锁定齿接合；离合器的输出组件和滑移组件件设置有止动齿，止动齿上设置有凹槽和楔面，特定条件下止动齿的楔面贴合，防止滑移组件发生误动作；滑移组件和输出组件间设置滑动轴承。本发明对离合器的工作位置可人为控制锁定，使离合器具备了超越离合器功能、联轴器功能、切断轴系动力传递的功能。

Description

一种位置锁定型高速同步自动离合器

技术领域

本发明专利涉及一种同步自动离合器，具体是可通过外部辅助装置根据需要将离合器的锁定在不同的功能状态，即离合器超越功能有效状态，离合器超越功能失效的脱开状态，离合器超越功能失效的接合状态。

背景技术

同步自动离合器是一种单向超越离合器，根据主、从动轴两端的转速差来自动地实现接合、脱开，当离合器输入端转速大于输出端转速时离合器自动接合，离合器输入端转速小于输出端转速时离合器自动脱开。同步自动离合器主要由输入组件、输出组件和滑移组件构成，在离合器的滑移组件与输出组件间设置有棘轮棘爪机构，通过棘轮棘爪间的棘合作用触发滑移件的轴向运动。同步自动离合器具有功率密度高、结构紧凑、可靠性高的特点，已经广泛地应用于船舶的联合动力装置、钢铁行业的BPRT机组、化工的汽电双驱机组等多个领域的联合驱动装置中，在联合驱动装置中各主机的输出端一般均配置油同步自动离合器，随着各领域相应技术的不断发展，双转向工作主机在联合驱动装置的应用，对同步自动离合器提出以下新的功能要求：

（1）联合驱动装置要求实现某主机能够反向驱动负载工作，即要求某主机反向输出扭矩前，可控制与某主机直接连接的同步自动离合器超越功能失效，使离合器处于常接合状态；

（2）联合驱动装置中某主机反向驱动负载工作时，其他主机不会因为与各主机输出端同步自动离合器的超越功能而被带转，即要求在某主机反向输出扭矩前，可控制布置在其他主机输出端的同步自动离合器超越功能的失效，要求离合器处于常断开状态。

（3）多主机同时启动，要求同步自动离合器不因为启动升速过程中离合器扭矩和转速的波动造成离合器频繁的接合/脱开，及启动过程中离合器的超越功能失效，使离合器处于常接合状态。

现有的同步自动离合器不能满足联合驱动装置中的新要求，需要开发一种新型离合器。

发明内容

为了克服现有同步自动离合器功能单一的问题，本发明提供了一种位置锁定型高速同步自动离合器，可根据需要在高转速状态下对离合器的工作位置进行人为控制锁定，使同步自动离合器在不同锁定位置分别具备超越功能有效状态，超越功能失效的脱开状态，超越功能失效的接合状态，满足新型联合驱动装置对离合器的功能需求。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种位置锁定型高速同步自动离合器，包含输入组件、滑移组件、输出组件、锁定齿环及拨叉等部分，其特征是：其锁定齿环安装在滑移组件上，锁定齿环可相对滑移件轴向移动，锁定齿环的外部对称布置一对拨叉，拨叉可以推动锁定齿环轴向移动，锁定齿环和输入组件上设置有锁定齿，离合器的输出组件和滑移组件间设置有止动齿，滑移组件和输出组件间设置滑动轴承。

锁定齿环通过直齿花键副安装在滑移组件上，锁定齿环可相对滑移件轴向移动，拨叉可以推动锁定齿环轴向移动，滑移组件上设置有锁定齿环轴向运动限位面，锁定齿环运动至滑移组件上的限位面后，拨叉可以带动滑移组件整体移动。

锁定齿环上加工有内锁定齿，在输入组件上加工有外锁定齿，当滑移件处于棘轮棘爪待工作位置时，内锁定齿的齿厚与外锁定齿的齿槽存在角向干涉，当滑移件向接合方向运动时，滑移组件相对输入轴产生螺旋运动，内锁定齿的齿厚与外锁定齿的齿槽的角向相对位置发生改变，当滑移件运动至驱动齿完全接合位置，内锁定齿的齿厚与外锁定齿的齿槽对应，此时可控制拨叉带动锁定齿环轴向移动，使内锁定齿的齿厚进入外锁定齿的齿槽。

输出组件上设置有止动齿环，止动齿环与输出组件通过一个圆柱面径向定位，两个推力面轴向限位，接触面间采用间隙配合，内止动齿环可相对输出齿环发生相对转动。

止动齿环上有内止动齿，滑移组件上外止动齿，内外止动齿套在一起可相对轴向移动，止动齿上设置有圆周均布凹槽和楔面，楔面相对轴向截面角度为10±5°，离合器处于超越功能失效的脱开状态，当离合器输入端转速大于输出端转速时，内止动齿位于外止动齿上的凹槽内，此时通过拨叉向输入组件方向推动拨叉时，内止动齿的楔面与外止动齿的楔面贴合起到止动作用，阻止拨叉进一步推动滑移件运动，防止滑移组件发生误动作。

在离合器的输入组件的支撑轴与输出组件的高速棘轮间设置径向滑动轴承。

本发明专利的有益效果是，克服了同步自动离合器功能单一的问题，可根据需要在高转速状态下对离合器的工作位置进行人为控制锁定，使离合器具备了超越离合器功能、联轴器功能、切断轴系动力传递的功能。可以满足新型高速联合驱动装置的动力切换、双向传扭、主机单独检修及调试的功能需求，且该离合器运行具备高的稳定性，利用可靠的机械结构避免人为操作误动作的发生。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。

图1 位置锁定型高速同步自动离合器棘轮棘爪待工作位置剖视图。

图2 位置锁定型高速同步自动离合器接合状态下待锁定位置剖视图。

图3 位置锁定型高速同步自动离合器接合锁定位置剖视图。

图4 位置锁定型高速同步自动离合器解除接合锁定位置剖视图。

图5 位置锁定型高速同步自动离合器脱开锁定位置剖视图。

图6 位置锁定型高速同步自动离合器脱开锁定止动齿开始工作位置剖视图。

图7 位置锁定型高速同步自动离合器脱开锁定止动齿完全啮合位置剖视图。

图中 100.拨叉，200.锁定齿环，201.内直花键齿，202.内锁定齿，300.输入轴，301.外锁定齿，302.外螺旋副，310.支撑轴，500.输出齿环，501.内驱动齿,520.内止动齿环, 521.内止动齿，530.低速棘爪,540.高速棘轮，541.高速棘轮齿，550.滑动轴承，600.滑移件，601.外直花键齿，602.低速棘轮齿，603.外驱动齿，604.内螺旋副，610.外止动齿环，611.外止动齿，620.高速棘爪，630.挡板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1所示，位置锁定型高速同步自动离合器由输入组件、输出组件、滑移组件、锁定齿环200及拨叉100共5大部分构成，输入组件由输入轴300及支撑轴310通过螺栓连接构成，输出组件由输出齿环500、内止动齿环520、高速棘爪530、高速棘轮540构成，滑移组件由滑移件600、外止动齿环610、高速棘爪620、挡板630构成。其中输入组件与驱动端设备连接，其工作转速与驱动端设备保持一致，滑移件600上设置内螺旋副604，与输入轴300上的外螺旋副302间隙配合连接，滑移件600可在一定范围内相对输入轴300产生螺旋运动，输入组件上分别在输入轴300和支撑轴310上设置有台阶面，用于限制滑移件600的轴向运动范围。锁定齿环200上设置内直花键齿201，与滑移件600上的外直花键齿601间隙配合，锁定齿环200的外部为圆环结构，圆环的两侧对称布置一对拨叉100，可通过外部装置推动拨叉100，拨叉100带动锁定齿环200沿外直花键齿601运动，锁定齿环200轴向一定距离后与滑移件600或挡板630上的定位面接触，锁定齿环200可以带动滑移组件整体移动，直至滑移组件运动至输入轴300或支撑轴310上的限位面。通过控制拨叉100使锁定齿环200和滑移组件处于在不同的工作位置。

图1、图2所示，滑移组件上的高速棘爪620与输出组件上的高速棘轮齿541对应，滑移组件上的低速棘轮齿602与输出组件上的低速棘爪530对应。此时离合器具备超越功能，即当输入组件的转速大于输出组件的转速时，高速棘爪620与高速棘轮齿541棘合或低速棘爪530与低速棘轮齿602棘合，棘合力驱动滑移组件沿外螺旋副302运动，使离合器的外驱动齿603与内驱动齿501接合，滑移组件运动至输入轴300上的定位面，即图2所示位置，完成离合器的接合。

图1、图2、图3所示，在锁定齿环200上加工有内锁定齿202，在输入轴300上加工有外锁定齿301，当滑移组件处于图1工作位置时，内锁定齿202的齿厚与外锁定齿301的齿槽存在角向干涉，当滑移组件向接合方向运动时，滑移组件沿外螺旋副302产生螺旋运动，内锁定齿202的齿厚与外锁定齿301的齿槽的角向相对位置发生改变，当滑移组件运动至输入轴300的轴向限位面，此时内驱动齿520与外驱动齿610完全接合位置，内锁定齿302的齿厚与外锁定齿301的齿槽对应，此时可控制拨叉100带动锁定齿环200轴向移动，使内锁定齿202的齿厚进入外锁定齿301的齿槽，锁定齿环200运动至滑移组件上挡板630的限位面，则完成对离合器接合状态的锁定，在该状态下由于内锁定齿202与外锁定齿301的限制，离合器可实现双向传递扭矩，滑移组件不能在相对输入组件发生螺旋运动，离合器可实现双向传递扭矩。

图3所示位置，控制拨叉100驱动锁定齿环200使内锁定齿202的齿厚轴向移出外锁定齿301的齿槽，运动至图4所示位置则解除离合器的接合锁定，此时离合器恢复超越离合器功能，当输入端转速低于输出端转速时离合器自动脱开。图4所示的离合器脱开状态下，可控制拨叉100推动锁定齿环200并间接带动滑移组件向输出组件方向移动，滑移组件运动至输入组件支撑轴310上的限位位置，即图5所示位置，此时滑移组件上的高速棘爪620与输出组件上的高速棘轮齿541轴向错开，滑移组件上的低速棘轮齿602与输出组件上的低速棘爪530轴向错开，此时离合器处于超越功能失效的脱开状态，离合器的输入端和输出端可各自互不影响的独立运转。

图5所示位置，离合器超越功能失效的脱开状态时，仅当离合器的输入端转速小于输出端转速时，可以操控拨叉100推动离合器的滑移组件向输入组件方向运动。在输出组件上安装内止动齿环520，内止动齿环520与输出齿环500通过一个圆柱面径向定位，内止动齿环520的轴向位置由输出齿环500与高速棘轮540的两个推力面限制，内止动齿环520与输出组件的各接触面间采用间隙配合，内止动齿环520可相对输出齿环发生相对转动。内止动齿环520上设置内止动齿521，滑移组件上设置外止动齿611，内止动齿521与外止动齿611上设置有角度均为a楔面，a角度为10±5°，图5所示位置，离合器处于超越功能失效的脱开状态，当离合器输入端转速小于输出端转速时，内止动齿521位于外止动齿611上的凹槽外，此时可通过拨叉100将滑移组件移至图1所示位置，当离合器输入端转速大于输出端转速时，如图6所示，内止动齿521位于外止动齿611上的凹槽内，拨叉100推动滑移组件时，内止动齿521与外止动齿611上的楔面接触，楔面能够起到导向作用，在拨叉100的推力作用下，可使内止动齿521与外止动齿611楔面增大至图7所示状态。图7所示位置，拨叉100无法进一步推动滑移件运动至棘轮棘爪的工作位置，可有效避免离合器输入端转速大于输出端转速时，拨叉100误动作推动滑移件使棘轮棘爪异常接触，造成离合器损坏。

为保证离合器在高速状态下稳定运行，在离合器的输入组件的支撑轴310与输出组件的高速棘轮540间放置滑动轴承550，防止高速运转时在离合器内部各组件间产生过大的相对偏转，降低可运动组件轴向运动的顺畅性。

一种位置锁定型高速同步自动离合器，其锁定齿环安装在滑移组件上，锁定齿环可相对滑移件轴向移动，锁定齿环的外部圆环上对称布置一对拨叉，拨叉可以推动锁定齿环轴向移动，锁定齿环运动至滑移组件上的限位面后，拨叉可以带动滑移组件整体移动；锁定齿环和输入组件上设置有锁定齿，拨叉可以推动锁定齿环使锁定齿接合；离合器的输出组件和滑移组件件设置有止动齿，止动齿上设置有凹槽和楔面，特定条件下止动齿的楔面贴合，防止滑移组件发生误动作；滑移组件和输出组件间设置滑动轴承，防止离合器内部各组件间产生过大的相对偏转。本发明专利对离合器的工作位置可人为控制锁定，使离合器具备了超越离合器功能、联轴器功能、切断轴系动力传递的功能。

Claims (3)

1.一种位置锁定型高速同步自动离合器，包含输入组件、滑移组件、输出组件、锁定齿环及拨叉部分，输入组件由输入轴及支撑轴通过螺栓连接构成，输出组件由输出齿环、内止动齿环、高速棘爪、高速棘轮构成，滑移组件由滑移件、外止动齿环、高速棘爪、挡板构成；

其特征是：其锁定齿环安装在滑移组件上，锁定齿环可相对滑移件轴向移动，锁定齿环的外部对称布置一对拨叉，拨叉可以推动锁定齿环轴向移动，止动齿环上有内止动齿，滑移组件上外止动齿，内外止动齿套在一起可相对轴向移动，止动齿上设置有圆周均布凹槽和楔面，楔面相对轴向截面角度为10±5°，离合器处于超越功能失效的脱开状态，当离合器输入端转速大于输出端转速时，内止动齿位于外止动齿上的凹槽内，此时通过拨叉向输入组件方向推动拨叉时，内止动齿的楔面与外止动齿的楔面贴合起到止动作用，阻止拨叉进一步推动滑移件运动，防止滑移组件发生误动作，输入组件的支撑轴与输出组件的高速棘轮间放置滑动轴承；

滑移组件上的高速棘爪与输出组件上的高速棘轮齿对应，滑移组件上的低速棘轮齿与输出组件上的低速棘爪对应，此时离合器具备超越功能，即当输入组件的转速大于输出组件的转速时，高速棘爪与高速棘轮齿棘合或低速棘爪与低速棘轮齿棘合，棘合力驱动滑移组件沿外螺旋副运动，使离合器的外驱动齿与内驱动齿接合，滑移组件运动至输入轴上的定位面，完成离合器的接合；

在锁定齿环上加工有内锁定齿，在输入轴上加工有外锁定齿，当滑移组件处于工作位置时，内锁定齿的齿厚与外锁定齿的齿槽存在角向干涉，当滑移组件向接合方向运动时，滑移组件沿外螺旋副产生螺旋运动，内锁定齿的齿厚与外锁定齿的齿槽的角向相对位置发生改变，当滑移组件运动至输入轴的轴向限位面，此时内驱动齿与外驱动齿完全接合位置，内锁定齿的齿厚与外锁定齿的齿槽对应，此时可控制拨叉带动锁定齿环轴向移动，使内锁定齿的齿厚进入外锁定齿的齿槽，锁定齿环运动至滑移组件上挡板的限位面，则完成对离合器接合状态的锁定，在该状态下由于内锁定齿与外锁定齿的限制，离合器可实现双向传递扭矩，滑移组件不能在相对输入组件发生螺旋运动，离合器可实现双向传递扭矩；

控制拨叉驱动锁定齿环使内锁定齿的齿厚轴向移出外锁定齿的齿槽，运动至一定位置则解除离合器的接合锁定，此时离合器恢复超越离合器功能，当输入端转速低于输出端转速时离合器自动脱开，离合器脱开状态下，可控制拨叉推动锁定齿环并间接带动滑移组件向输出组件方向移动，滑移组件运动至输入组件支撑轴上的限位位置，此时滑移组件上的高速棘爪与输出组件上的高速棘轮齿轴向错开，滑移组件上的低速棘轮齿与输出组件上的低速棘爪轴向错开，此时离合器处于超越功能失效的脱开状态，离合器的输入端和输出端可各自互不影响的独立运转。

2.根据权利要求1所述的位置锁定型高速同步自动离合器，其特征是：锁定齿环通过直齿花键副安装在滑移组件上，锁定齿环可相对滑移件轴向移动，拨叉可以推动锁定齿环轴向移动，滑移组件上设置有锁定齿环轴向运动限位面，锁定齿环运动至滑移组件上的限位面后，拨叉可以带动滑移组件整体移动。

3.根据权利要求1所述的位置锁定型高速同步自动离合器，其特征是：内止动齿环与输出齿环通过一个圆柱面径向定位，内止动齿环的轴向位置由输出齿环与高速棘轮的两个推力面限制，内止动齿环与输出组件的各接触面间采用间隙配合，内止动齿环可相对输出齿环发生相对转动。