CN115163692B - 一种应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器，包括外环、内环、保持架、楔块和支撑弹簧，所述外环和内环同轴装配，所述保持架安装在外环和内环之间，所述保持架上均匀开有定位方孔，所述楔块与对应的定位方孔嵌接，楔块的两端开设有与支撑弹簧装配的端面凹槽；所述楔块包括长楔块和短楔块，所述长楔块和短楔块均包括一体连接的上凸轮、非工作段和下凸轮，所述长楔块的非工作段的跨距大于短楔块的非工作段的跨距。本发明的缓接型斜撑离合器解决了传统斜撑离合器高速动态接合工况下的轴端冲击问题，使其在高速接合过程中楔块与内外环逐一接合并按顺序传递扭矩，减小了离合器接合时的冲击，延长了离合器使用寿命并保护了离合器周围部件。

Description

一种应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器
技术领域
本发明属于斜撑离合器技术领域，具体涉及一种应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器。
背景技术
超越离合器作为协调部件，可以保证任一发动机都能独立、不互相影响的与传动系统协调工作。相对于滚柱式超越离合器，采用楔块的斜撑离合器具有质量轻、承载能力大、离合可靠的特点，适应于中高速、重载工况传动系统的应用。斜撑离合器依赖其斜撑的楔块结构实现两种工作方式：楔合与超越。内外环相对转速导致楔块楔合将内外环支撑接合为一整体时传递扭矩，内外环相对转速导致楔块相对内外环滑动时为超越状态，不传递扭矩。
普通斜撑离合器在由超越状态切换至楔合状态时，外环转速在楔合瞬间产生突变，这会导致离合器轴端和离合器外围传动部件存在冲击载荷，而在实际工况中，如果离合器转速过高，产生的离心力矩会使楔块倾翻，难以在状态切换时建立有效楔合条件，使得接合时间大幅滞后，同时，离合器高速动态楔合时产生极大的瞬时冲击载荷，可能导致离合器轴端或外围传动部件的使用寿命降低，甚至直接发生机械失效现象，威胁使用安全。
申请号为201620639319.3的中国专利公开了一种强制连续型斜撑离合器，其使用了离心结合型楔块来解决上述提出的接合冲击问题。离心结合型楔块产生的离心力使楔块下凸轮与离合器内环紧密接触，可以在任一速度下瞬间建立离合器楔合条件，但是会导致离合器楔块较大磨损，使离合器的超越寿命大幅降低。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对现有的斜撑离合器在高速运转时动态接合冲击过大的问题，提供一种应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器，以便降低接合冲击，提高使用寿命。
本发明通过以下技术手段解决上述问题：
一种应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器，包括外环、内环、保持架、楔块和支撑弹簧，所述外环和内环同轴装配，所述保持架安装在外环和内环之间，所述保持架上均匀开有定位方孔，所述楔块与对应的定位方孔嵌接，楔块的两端开设有与支撑弹簧装配的端面凹槽；所述楔块包括长楔块和短楔块，所述长楔块和短楔块均包括一体连接的上凸轮、非工作段和下凸轮，所述长楔块的非工作段的跨距大于短楔块的非工作段的跨距；所述长楔块非工作段的跨距指长楔块上凸轮顶点到长楔块下凸轮顶点间的距离，所述短楔块的非工作段长度的跨距指端楔块上凸轮顶点到端楔块下凸轮顶点间的距离；所述长楔块与短楔块的上凸轮与下凸轮尺寸完全一致。长楔块与短楔块需间隔放置，如受楔块数量影响无法间隔放置，可以将两个长楔块相邻放置。
所述上凸轮的端面轮廓由上侧圆弧段以及下侧两条直线段构成，所述下凸轮的端面轮廓由上侧两条直线段以及下侧圆弧段构成；
对于长楔块而言，其上凸轮端面轮廓两条直线段的交点为长楔块上凸轮顶点，其下凸轮端面轮廓两条直线段的交点为长楔块下凸轮顶点；
对于短楔块而言，其上凸轮端面轮廓两条直线段的交点为短楔块上凸轮顶点，其下凸轮端面轮廓两条直线段的交点为短楔块下凸轮顶点。
所述长楔块与短楔块间隔嵌入定位方孔中，嵌入其中的结构为长楔块与短楔块的上凸轮，在楔块摆动时，通过相互之间的接触来起到部分定位的作用，使楔块绕上凸轮的圆弧中心摆动。同时，使各楔块之间的相对位置固定和楔块与外环之间的装配关系固定。
所述长楔块、短楔块两侧均有端面凹槽，两个支撑弹簧安装在楔块侧向非工作段的端面凹槽中，支撑弹簧只与长楔块上凸轮顶点或短楔块上凸轮顶点接触，通过相互之间的接触起到对楔块的支撑作用。同时，使各楔块的相对位置进一步固定，且保证各楔块均能与离合器外环内表面紧密接触。
进一步，所述长楔块的上凸轮作用在接触表面的楔角不超过2°，所述下凸轮作用在接触表面的楔角不超过3.1°；所述短楔块的上凸轮作用在接触表面的楔角不超过2.5°，所述下凸轮作用在接触表面的楔角不超过3.8°。这些楔角关系保证本发明中设计的离合器性能保持甚至优于普通斜撑离合器楔块性能。
进一步，所述长楔块的非工作段和短楔块的非工作段均由侧向凹槽与侧向凸缘组成。侧向凹槽与侧向凸缘起到平衡楔块质量的作用，使离合器楔块满足离心脱开条件。
进一步，所述外环上开有与外部负载元件连接的外传动键槽，所述内环上开有与外部动力元件连接的内传动键槽。一般使用离合器内环作为动力输入，离合器外环作为动力输出，但可以按照实际工况实现动力由外环传递到内环的需求。
进一步，所述上凸轮和下凸轮的作用面均为圆弧面。
进一步，所述长楔块和短楔块交替布置。
进一步，还包括中楔块，所述中楔块的非工作段的跨距介于长楔块和端楔块之间。这种楔块安装方式可在满足离合器动态接合条件的同时，进一步降低离合器的轴端冲击，保护离合器外围部件。
本发明的有益效果：
本发明通过对楔块的尺寸进行改造，采用非标准化、非等长的楔块进行离合器的装配，在传统离心脱开型离合器的基础上，优化原有离合器功能，大幅降低离心脱开型离合器在高速运转动态接合工况下的冲击，大幅提高离合器外围附件使用寿命。同时，由于特殊的楔块尺寸与布置方式，使得楔块与内环接触力降低，大幅降低了楔块的磨损，延长了离合器的使用寿命。
总之，本发明中公开的一种应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器，在实现普通斜撑离合器的接合、超越功能基础上，通过对楔块非工作段尺寸的改变和离合器楔块的特殊布置方式，大幅降低了原有离心脱开型离合器在高速动态接合中存在的离合器轴端冲击，解决了原有离心脱开型离合器在高速动态接合中存在的机械失效问题，因此，本发明中公开的缓接型斜撑离合器在高速工况下具有很高的应用价值，填补了离心结合型离合器与离心脱开型离合器间的空白，提供了一种既可以高可靠性接合，又有高磨损寿命的新型缓接型斜撑离合器，为高速离合器应用提供了可行且可靠的方案。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为实施例中的应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器的结构示意图。
图2为实施例中的应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器的楔块布置图。
图3为实施例中的所有楔块的轮廓示意图。
图4为实施例中的长楔块、短楔块、中楔块的端面图（以某一个具体的非工作段跨距尺寸作为对比参照）。
图5为实施例中的应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器的动态接合过程示意图（包括a、b、c、d四个阶段）。
图中标号：1-外环，11-外传动键槽，2-内环，21-内传动键槽，3-保持架，31-定位方孔，4-长楔块，41-长楔块上凸轮顶点，42-长楔块下凸轮顶点，5-短楔块，51-短楔块上凸轮顶点，52-短楔块下凸轮顶点，6-支撑弹簧，7-上凸轮，8-下凸轮，9-非工作段，91-侧向凹槽，92-侧向凸缘，93-端面凹槽，10-中楔块。
实施方式
下面通过实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。
参见图1，图示为一种应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器，内部设置最少两组不同的楔块作为该离合器核心传扭部件，能够从外环1到内环2传递旋转动力和从内环2到外环1传递旋转动力，并可以保证在高速动态接合工况下离合器的可靠性和寿命。
具体的，图1中的应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器，包括外环1、内环2、保持架3、长楔块4、短楔块5和支撑弹簧，其中外环1、内环2和保持架3同轴装配，外环1套装在保持架3上，保持架3套装在内环2上；所述外环1上开有与外部负载元件连接的外传动键槽11，所述内环2上开有与外部动力元件连接的内传动键槽21；一般使内环2作为动力输入，外环1作为动力输出，但可以按照实际工况实现动力由外环传递到内环的需求；如图3所示，所述长楔块和端楔块的两端开设有与支撑弹簧装配的端面凹槽93，所述长楔块4与短楔块5分别间隔安装在保持架3上所开的定位方孔31中，有必要说明的是，当楔块的整体数量为单数时，如图2所示，长、短楔块交替布置后，收尾处采用长楔块；在一些实施例中，也可以采用一个区域为多个长楔块、另一个区域为多个短楔块的布置形式；如图3所示，所述长楔块4和短楔块5均包括一体连接的上凸轮7、非工作段9和下凸轮8，所述上凸轮和下凸轮的作用面均为圆弧面；所述长楔块的非工作段和短楔块的非工作段均由侧向凹槽91与侧向凸缘92组成，侧向凹槽91与侧向凸缘92起到平衡楔块质量的作用，使离合器楔块满足离心脱开条件。
所述上凸轮的端面轮廓由上侧圆弧段以及下侧两条直线段构成，所述下凸轮的端面轮廓由上侧两条直线段以及下侧圆弧段构成；
对于长楔块而言，其上凸轮端面轮廓两条直线段的交点为长楔块上凸轮顶点，其下凸轮端面轮廓两条直线段的交点为长楔块下凸轮顶点；
对于短楔块而言，其上凸轮端面轮廓两条直线段的交点为短楔块上凸轮顶点，其下凸轮端面轮廓两条直线段的交点为短楔块下凸轮顶点。
所述长楔块4的非工作段的跨距大于短楔块5的非工作段的跨距，所述长楔块4的非工作段的跨距指长楔块上凸轮顶点41到长楔块下凸轮顶点42间的距离，短楔块5的非工作段跨距指短楔块上凸轮顶点51到短楔块下凸轮顶点52间的距离；本实施例中，如图4所示，所述长楔块的非工作段跨距为3.44 mm，所述短楔块的非工作段跨距为3.35 mm；所述长楔块4与短楔块5的上凸轮7与下凸轮8尺寸完全一致。长楔块与短楔块需间隔放置，如受楔块数量影响无法间隔放置，可以将两个长楔块相邻放置；长楔块4与短楔块5的上凸轮7与离合器外环1相接触，下凸轮8与离合器的内环2相接触，支撑弹簧6为环形且与长楔块上凸轮顶点41或短楔块上凸轮顶点51相接触，接触使得支撑弹簧6有一定程度的形变，弹簧形变产生的支撑力将长楔块4与短楔块5压入保持架上的定位方孔31内。
普通斜撑离合器采用现有技术，本实例在此不对普通斜撑离合器的结构及工作过程进行赘述，不过因为离心脱开型楔块在设计上为减少磨损，使其在高转速工况下的性能大幅下降，甚至无法接合。
参见图2，与普通斜撑离合器类似，本实施例中的缓接型斜撑离合器包括若干长楔块4与短楔块5，长楔块4与短楔块5间隔放置，且按照统一的方向斜撑布置，在外环1和内环2之间，斜撑是指长楔块4与短楔块5相对内环2和外环1接触位置的径向方向倾斜布置，可实现内环2传递动力到外环1的需求。
当内环2转速超过外环1时，长楔块4与短楔块5两端分别与内环外周滚道和外环内周滚道抵接楔合，动力通过内环2传递到外环1并带动外环1转动，当外环1的转速超越内环2时，长楔块4与短楔块5不传递动力。本实施例中的长楔块4的上凸轮7作用在接触表面的楔角不超过2°，所述下凸轮8作用在接触表面的楔角不超过3.1°；所述短楔块5的上凸轮7作用在接触表面的楔角不超过2.5°，所述下凸轮8作用在接触表面的楔角不超过3.8°。这里所指的楔角是内环2传递到楔块下凸轮8的压力方向与内环2的径向方向的夹角。
普通斜撑离合器在高转速工况运行时，离心脱开型楔块下凸轮8相对离合器内环2便会有抬起的趋势，当离心趋势大于支撑弹簧所能提供的支撑力后，楔块下凸轮8会与离合器内环脱离开。如果此时想进行离合器接合，即离合器外环转速下降，同时内环速度上升，当内环与外环速度一致时，抬起的楔块无法及时产生楔合条件，所以离合器会接合失效，此时内环速度继续提升，外环速度继续下降，产生了较大速度差，此时楔块下凸轮8与离合器内环2接触，满足楔合条件，斜撑离合器楔合，会产生极大冲击。
本发明中的应用非等长楔块的缓接型离合器在同样转速的高转速工况中，只有短楔块5会因离心力影响暂时脱开，长楔块4按照设计要求理论上不会脱开，当离合器由高速超越状态转为高速接合状态时，长楔块4的上凸轮7与离合器外环1接触，长楔块4的下凸轮8与离合器内环2接触，迅速满足离合器楔块楔合条件，但由于离合器短楔块5暂未达成楔合条件，所以离合器传扭性能无法满足设计要求，使得外环1速度进一步降低。离合器外环1速度降低使短楔块5相距距离逐渐减小，随着短楔块5的下凸轮7与离合器内环2恢复接触，短楔块5也迅速满足楔块楔合条件，至此离合器内环2与外环1完成由离合器超越状态转化至接合状态的动态接合过程。
为便于理解，将上述离合器动态接合过程分为四个阶段，第一阶段为离合器超越阶段，第二阶段为离合器长楔块楔合阶段，第三阶段为离合器未完全楔合阶段，第四阶段为离合器完成楔合阶段。
本实施例中的第一阶段为离合器超越阶段，如图5的a阶段所示。在此阶段中，离合器外环1接入旋转动力，且同时接入负载，离合器内环2转速为0或小于外环转速（n外＞n内），保持架3与长楔块4或短楔块5绕离合器中心转速与离合器外环1速度一致。此阶段中，长楔块4的上凸轮7与离合器外环1相接，下凸轮8与离合器内环2相接；短楔块5的上凸轮7与离合器外环1相接，下凸轮8与离合器内环2相离；长楔块4与短楔块5都绕离合器中心以离合器外环1的速度进行高速转动。
本实施例的第二阶段为离合器长楔块楔合阶段，如图5的b阶段所示。在此阶段中，离合器内环2开始接入旋转动力，且转速逐渐上升，外环1撤掉旋转动力，且转速逐渐下降。当离合器内环2速度等于离合器外环1速度时（n外=n内），离合器外环1保持有转速下降的趋势，离合器内环2保持有转速上升的趋势。此时，离合器动态接合第二阶段开始。首先离合器内环2转速上升，离合器外环1速度下降，离合器内外环速度差使离合器长楔块4满足楔合条件而楔合，至此，离合器动态接合第二阶段即离合器长楔块楔合阶段结束。
本实施例的第三阶段为离合器未完全楔合阶段，如图5的c阶段所示。在此阶段中，离合器外环1旋转动力已经完全撤出，离合器内环2动力继续施加且离合器内环2转速继续上升，负载始终接在离合器外环1上。基于第二阶段，长楔块4已经完成楔合动作，离合器能传递较小的扭矩，但此扭矩不足以使离合器外环1加速旋转。此时，离合器外环1速度略有下降（n外略小于n内），且较离合器动态接合第二阶段中的离合器外环下降速度大幅降低，离合器短楔块5随着离合器外环1速度降低，抬起程度逐渐减小，与离合器内环2距离逐渐缩小。这一过程为离合器动态接合的未完全楔合阶段。
本实施例的第四阶段为离合器完成楔合阶段，如图5的d阶段所示。在此阶段中，离合器外环1旋转动力已经完全撤出，离合器内环2动力继续施加且离合器内环转速继续上升，负载始终接在离合器外环1上。随着第三阶段中离合器内环转速进一步升高，离合器外环转速进一步下降，短楔块5的上凸轮7与离合器外环1相接，下凸轮8与离合器内环2也重新相接，此时由于离合器内外环速度差的存在，短楔块5瞬间满足楔块楔合条件，离合器内外环转速完全一致（n外=n内），完成楔合动作。至此，整个离合器动态接合过程结束。
此外，在一些实施例中，还包括中楔块10，所述中楔块的非工作段的跨距介于长楔块和端楔块之间，如图4中，为3.40 mm。这种楔块安装方式可在满足离合器动态接合条件的同时，进一步降低离合器的轴端冲击，保护离合器外围部件。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器，包括外环、内环、保持架、楔块和支撑弹簧，所述外环和内环同轴装配，所述保持架安装在外环和内环之间，所述保持架上均匀开有定位方孔，所述楔块与对应的定位方孔嵌接，楔块的两端开设有与支撑弹簧装配的端面凹槽；其特征在于：所述楔块包括长楔块和短楔块，所述长楔块和短楔块均包括一体连接的上凸轮、非工作段和下凸轮，所述长楔块的非工作段的跨距大于短楔块的非工作段的跨距；所述长楔块的上凸轮与短楔块的上凸轮尺寸完全一致，长楔块的下凸轮与短楔块的下凸轮尺寸也完全一致；所述上凸轮的端面轮廓由上侧圆弧段以及下侧两条直线段构成，所述下凸轮的端面轮廓由上侧两条直线段以及下侧圆弧段构成；
对于长楔块而言，其上凸轮端面轮廓两条直线段的交点为长楔块上凸轮顶点，其下凸轮端面轮廓两条直线段的交点为长楔块下凸轮顶点；
对于短楔块而言，其上凸轮端面轮廓两条直线段的交点为短楔块上凸轮顶点，其下凸轮端面轮廓两条直线段的交点为短楔块下凸轮顶点；
所述长楔块的非工作段的跨距指长楔块上凸轮顶点到长楔块下凸轮顶点间的距离，短楔块的非工作段跨距指短楔块上凸轮顶点到短楔块下凸轮顶点间的距离。
2.根据权利要求1所述的应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器，其特征在于：所述长楔块的上凸轮作用在接触表面的楔角不超过2°，所述下凸轮作用在接触表面的楔角不超过3.1°；所述短楔块的上凸轮作用在接触表面的楔角不超过2.5°，所述下凸轮作用在接触表面的楔角不超过3.8°。
3.根据权利要求2所述的应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器，其特征在于：所述长楔块的非工作段和短楔块的非工作段均由侧向凹槽与侧向凸缘组成。
4.根据权利要求3所述的应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器，其特征在于：所述外环上开有与外部负载元件连接的外传动键槽，所述内环上开有与外部动力元件连接的内传动键槽。
5.根据权利要求4所述的应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器，其特征在于：所述上凸轮和下凸轮的作用面均为圆弧面。
6.根据权利要求5所述的应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器，其特征在于：所述长楔块和短楔块交替布置。
7.根据权利要求1所述的应用非等长楔块的缓接型斜撑离合器，其特征在于：还包括中楔块，所述中楔块的非工作段的跨距介于长楔块和端楔块之间。
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