CN115419657A - 一种超越离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械传动技术领域，尤其涉及一种超越离合器。超越离合器包括内、外转动件和传动楔块，传动楔块具有外接触面和内接触面，传动楔块的端部设有弹簧安装槽，弹簧安装槽中安装有环形弹簧，环形弹簧径向撑紧传动楔块而使各个传动楔块的外接触面与外转动件接触，弹簧安装槽的与环形弹簧顶压接触的弹簧配合面为斜面，以使得在自然状态下传动楔块的内接触面与内转动件分离，外转动件正向转动时，传动楔块随之转动且在离心力的作用下克服环形弹簧的顶压作用并绕外转动件发生偏摆直至内接触面与内转动件接触楔紧，进而通过传动楔块实现内、外转动件之间的传动。该离合器可避免传动楔块与内转动件摩擦，延长离合器使用寿命。

Description

一种超越离合器

技术领域

本发明涉及离合器技术领域，尤其涉及一种超越离合器。

背景技术

离合器是机电一体化传动系统的重要部件，在航空领域超越离合器主要应用于飞机涡轮起动机减速器中，连接在起动机和发动机之间，主要功能是在起动机起动发动机的过程中传递扭矩，在发动机起动后切断动力传递，同时要求在空中具有再起动功能。

授权公告号为CN204755657U的中国实用新型专利公开了一种凸轮型楔块单向超越离合器，该离合器包括套设在转轴外部的外圈，外圈的内圆周面与转轴之间设有若干个周向均匀分布的楔块，楔块为截面为凸轮型的柱体，楔块的两端分别设有向外凸起的挡边，楔块上挡边所在一侧的外周面构成楔块的外工作面，用于与外圈接触，楔块上另一侧的外周面构成内工作面，用于与转轴接触，离合器还包括首尾相接的弹簧，弹簧径向撑紧在楔块的挡边上而将各楔块的外工作面挤压贴合在外圈的内圆周面上。

该离合器在使用时，外圈和转轴都可以作为主动件，因此楔块与外圈、转轴始终处于接触状态，这样在离合器动力脱离状态时楔块仍然与外圈和转轴接触摩擦，如此会影响离合器使用寿命，同时产生较高热量影响轴承等其他零件的性能，进而会降低减速器寿命，同时还对润滑冷却提高了要求，因此并不适用于起动机和发送机之间的传动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超越离合器，以解决现有技术中离合器楔块与内转动件始终接触摩擦而影响离合器使用寿命且影响轴承等其他零件的性能的问题。

为实现上述目的，本发明超越离合器采用以下技术方案：

一种超越离合器，包括内转动件和外转动件，内、外转动件之间在圆周方向上均匀间隔布置有多个传动楔块，传动楔块具有用于与外转动件接触的外接触面和用于与内转动件接触的内接触面，传动楔块的端部设有弹簧安装槽，弹簧安装槽中安装有环形弹簧，环形弹簧径向撑紧传动楔块而使各个传动楔块的外接触面与外转动件接触，且在自然状态下传动楔块的内接触面与内转动件分离，外转动件正向转动时，传动楔块随之转动且在离心力的作用下克服环形弹簧的顶压作用并绕外转动件发生偏摆直至内接触面与内转动件接触楔紧，进而通过传动楔块实现内、外转动件之间的传动。

有益效果：自然状态下时传动楔块的内接触面与内转动件分离，外转动件正向转动时，传动楔块随之转动，当离心作用力克服环形弹簧的顶压作用力时传动楔块将绕外转动件发生偏摆直至内接触面与内转动件接触楔紧，进而通过传动楔块实现外转动件与内转动件之间的传动；当内转动件的转速超过外转动件的转速时离合器处于超越状态，此时关闭外转动件的动力源，外转动件转速逐渐降低，离心力逐渐减小，直至离心作用力小于环形弹簧的顶压作用力时，传动楔块将朝向松脱方向偏摆，直至内接触面与内转动件分离后不再接触，由此可避免摩擦，延长离合器使用寿命。

进一步地，内、外接触面分别包括内、外匹配接触面，在传动楔块的内端与内转动件接触后继续偏摆时，内匹配接触面与内转动件滚动接触，外匹配接触面与外转动件滚动接触，传动楔块与内、外转动件之间的楔紧力逐渐增大。

有益效果：当内转动件的负载较小时传动楔块的内端与内转动件接触后，传动楔块继续偏摆较小角度便可实现内、外转动件之间的传动，当内转动件的负载较大时传动楔块的内端与内转动件接触后，传动楔块可以继续偏摆较大角度后实现内、外转动件之间的传动，使离合器能够适用不同负载，具有较大的使用范围。

进一步地，传动楔块的周向两侧分别具有第一限位面和第二限位面，相邻的两传动楔块中，一个传动楔块的第一限位面与另一传动楔块的第二限位面挡止配合，以限制传动楔块的最大楔紧力以及最大偏摆角度。

有益效果：通过在传动楔块上设置第一、第二限位面，使相邻两个传动楔块能够在偏摆至一定角度时形成挡止配合，以此来限制传动楔块的最大楔紧力和最大偏摆角度，避免传动楔块偏摆过位，同时对传动楔块起保护作用。

进一步地，第一限位面为限位弧面，第二限位面为限位平面，第一、第二限位面在挡止配合时相切。

有益效果：可减小第一、第二限位面之间的摩损，对传动楔块起到一定的保护作用。

进一步地，传动楔块的周向两侧分别具有第一挡止面和第二挡止面，相邻的两传动楔块中，一个传动楔块的第一挡止面与另一传动楔块的第二挡止面挡止配合，以在自然状态下对传动楔块进行定位。

有益效果：限制传动楔块的外端在自然状态下的翘起角度，以在内、外转动件之间布置尽可能多的传动楔块，提高离合器承载能力。

进一步地，第一限位面构成所述第一挡止面，第二挡止面为挡止平面，挡止平面与限位平面处于传动楔块的同一侧且具有夹角，挡止平面位于限位平面的内侧。

有益效果：第一挡止面和第一限位面为同一弧面，只需在传动楔块上加工出一个限位弧面，便可与两个具有夹角的平面分别形成挡止配合，由此简化楔块制造，便于楔块加工。

进一步地，超越离合器还包括保持架，保持架的截面为开口朝内的U形，保持架的圆周部分上设有楔块安装孔，传动楔块安装于楔块安装孔中，环形弹簧顶撑在保持架的圆周部分的内侧面上。

有益效果：可以通过保持架对环形弹簧进行限位，使环形弹簧稳定设置在弹簧安装槽中。

进一步地，弹簧安装槽为U形槽，弹簧安装槽的外侧槽壁为用于与环形弹簧顶压配合的弹簧配合面。

有益效果：U形槽可对环形弹簧进行更好的限位，避免环形弹簧脱落。

进一步地，环形弹簧由螺旋压缩弹簧首尾相旋接而成。

有益效果：使环形弹簧加工方便。

进一步地，螺旋压缩弹簧包括柱形段和位于柱形段的一端的锥形段，通过锥形段插入柱形段的另一端实现连接。

有益效果：使螺旋压缩弹簧首尾旋接较为方便。

附图说明

图1为本发明超越离合器在航空起动机中的安装部位示意图；

图2为本发明超越离合器的结构示意图；

图3为保持架的结构示意图；

图4为传动楔块的横截面图；

图5为传动楔块的轴测图；

图6为初始位时的传动楔块姿态；

图7为图6中K处的放大示意图；

图8为极限位时的传动楔块姿态；

图9为传动楔块与内转动件接合时的受力图；

图10为螺旋压缩弹簧的示意图；

图中：1、内转动件；2、外转动件；3、保持架；301、楔块安装孔；4、传动楔块； 401、外接触面；402、第一限位面；403、内接触面；404、第二挡止面；405、第二限位面；406、弹簧安装槽；407、外侧槽壁；5、环形弹簧；501、柱形段；502、锥形段；6、行星减速器太阳轮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

本发明超越离合器的实施例1：

如图2所示，超越离合器包括内转动件1、外转动件2和设置在内、外转动件之间的保持架3，保持架3上安装有若干传动楔块4，传动楔块4具有外接触面401和内接触面 403，其中外接触面401用于与外转动件2接触，内接触面403用于在内、外转动件动力结合状态下与内转动件1接触，传动楔块4的两端设有弹簧安装槽406，弹簧安装槽406 中安装有环形弹簧5，环形弹簧5径向撑紧传动楔块4而使各个传动楔块4的外接触面401 与外转动件2接触。

保持架3的截面为开口朝内的U形，如图3所示，保持架3的圆周部分上均匀设有若干楔块安装孔301，传动楔块4安装在楔块安装孔301中，环形弹簧5顶撑在保持架3的圆周部分的内侧面上，通过保持架3对环形弹簧5进行限位，使环形弹簧5稳定安装在弹簧安装槽406中。

弹簧安装槽406为U形槽，如图5所示，环形弹簧5径向顶压在U形槽的外侧槽壁 407上而将各传动楔块4径向向外撑紧。U形槽的外侧槽壁407具有特定的倾斜角度，能够使传动楔块4翘起一定角度，在自然状态下使传动楔块4的内接触面403与内转动件1 分离。外转动件2正向转动时，传动楔块4随之转动，当离心力的作用克服环形弹簧5的顶压作用时传动楔块4绕外转动件2发生偏摆，直至内接触面403与内转动件1接触楔紧，通过传动楔块4实现内、外转动件之间的传动。

内、外接触面分别包括内、外匹配接触面，当内转动件的负载较大时，传动楔块4的内端与内转动件1接触后继续偏摆，内匹配接触面与内转动件1滚动接触，外匹配接触面与外转动件2滚动接触，传动楔块4与内、外转动件之间的楔紧力逐渐增大。

如图4所示，传动楔块4的周向上还具有三个限制面，分别定义为第一限位面402、第二限位面405和第二挡止面404，其中，第一限位面402为限位弧面，第二限位面405 为限位平面，第二挡止面404为挡止平面。第二限位面405和第二挡止面404处于传动楔块周向的同一侧且具有夹角，第二挡止面404位于第二限位面405的内侧，第二限位面405 的下边缘与第二挡止面404的上边缘相接。第一限位面402位于传动楔块周向的相对一侧，第一限位面402同时构成第一挡止面。

相邻的两传动楔块中，一个传动楔块的第一限位面402能够与另一传动楔块的第二限位面405挡止配合，以限制传动楔块4的最大楔紧力和最大偏摆角度，避免传动楔块4偏摆过位，第一、第二限位面在挡止配合时相切，由此可减小第一、第二限位面之间的摩损，对传动楔块4起到一定的保护作用。相邻的两传动楔块中，一个传动楔块的第一挡止面即第一限位面402能够与另一传动楔块的第二挡止面404挡止配合，以在自然状态下对传动楔块4进行定位，这样可在内、外转动件之间布置尽可能多的传动楔块，以提高离合器承载能力。

在传动楔块4处于如图4所示的角度时建立坐标系，此时第二挡止面404与水平基准面的夹角γ为105°，第二限位面405与水平基准面的夹角θ为80°。弹簧安装槽406的外侧槽壁407与水平基准面的夹角α为25°，内侧槽壁与水平基准面的夹角β为12°，弹簧安装槽406的宽度d为环形弹簧5外径的1.6倍，深度h为环形弹簧5外径的1.44倍。

传动楔块4在其偏转行程内具有初始位和极限位，在传动楔块4处于初始位时，如图 6所示，在环形弹簧5的作用力下，相邻的两传动楔块4中，一个传动楔块4的第一挡止面即第一限位面402与另一传动楔块4的第二挡止面404挡止配合；在传动楔块4处于极限位时，如图8所示，相邻的两传动楔块4中，一个传动楔块4的第一限位面402与另一传动楔块4的第二限位面405挡止配合并相切，圆周方向的全部传动楔块4之间形成一个相互耦合的整体，此时超过极限载荷后内转动件1与传动楔块4将发生打滑，从而保证离合器在承受极限扭矩时不会出现传动楔块4翻转、卡滞，极限载荷卸载后，传动楔块4在弹簧力作用下恢复正常状态，仍能继续正常工作。

环形弹簧5由螺旋压缩弹簧首尾相旋接而成，如图10所示，螺旋压缩弹簧包括柱形段501和位于柱形段501的一端的锥形段502，锥形段502的锥角为12°，锥形段502具有 3圈，环形弹簧5的外径d1为2.5mm，使用时将锥形段502插入柱形段501的另一端实现连接。

下面结合传动楔块受力分析对超越离合器的工作状态进行说明：

传动楔块4与内转动件1接合时，如图9所示，定义传动楔块4的外接触面401与外转动件2的接触点为A点，内接触面403与内转动件1的接触点为B点，过A、B两点的直线为接触线，传动楔块4重心与弹簧支撑点位于接触线的左右两侧，传动楔块4重心转动即传动楔块4绕外转动件2或内转动件1的中心转动时产生的离心力F2促使传动楔块4 绕接触点A向楔紧方向偏转，L2为F2对A点的力臂；环形弹簧5给传动楔块4的作用力 F1为恢复力，促使传动楔块4绕接触点A向松脱方向偏转，L1为F1对A点的力臂。

初始状态下，传动楔块处于如图6所示的状态，离心力为零，传动楔块4在环形弹簧5的作用力下与外转动件2接触，且与内转动件1之间存在间隙，如图7所示；外转动件 2转动时，传动楔块4开始承受离心力，在外转动件2转速较低时，传动楔块4承受离心力的力矩小于环形弹簧5的作用力的力矩，此时传动楔块4不会发生偏转，仍随着外转动件2转动，传动楔块4与内转动件1之间仍不接触；随着外转动件2转速上升，离心力的力矩逐渐增大，当F2×L2＞F1×L1后，传动楔块4将从A点开始顺时针偏转，此时外接触面401和外转动件2滚动接触，直至内接触面403与内转动件1接触楔紧，开始传递扭矩；当内转动件1的负载较大时，传动楔块4继续偏转，与内、外转动件之间越楔越紧，直至达到如图8所示的极限楔紧状态，此时超过极限载荷后内转动件1将打滑，以保证离合器在承受极限扭矩时不会出现传动楔块4翻转、卡滞；当外转动件2转速降低时离心力的力矩逐渐减小，当F2×L2＜F1×L1后，传动楔块4将与内转动件1脱开，传动楔块4将在环形弹簧5的作用力下逆时针偏转，回到初始位。

将上述超越离合器安装于航空起动机减速器中，如图1所示，外转动件2与行星减速器太阳轮6的轮轴连接，内转动件1用于与发动机输入轴连接，带动发动机起动。在起动机刚起动时，传动楔块4与内转动件1不接触，超越离合器不能传递扭矩；随着起动机转速升高，当转速达到预定值时，传动楔块4在离心力的作用下开始发生偏转并压缩环形弹簧5，当离心力相对于外转动件2滚道接触点的力矩大于作用在传动楔块4上的弹簧力对外转动件2滚道接触点的力矩时，传动楔块4开始与内转动件1接触楔紧进行扭矩传递，带动发动机工作；发动机成功启动后，速度会快速飙升，当发动机转速超过起动机后，离合器处于超越状态，此时关闭起动机，离合器的外转动件2转速会逐渐降低，传动楔块4 所受离心力随之减小，当离心力相对于外转动件2滚道接触点的力矩小于作用在传动楔块 4上的弹簧力对外转动件2滚道接触点的力矩时，传动楔块4与内转动件1脱开，此后传动楔块4与内转动件1不再接触，从而避免摩擦，延长离合器使用寿命。具体使用时，可通过改变环形弹簧5的刚度或长度，或者改变传动楔块4的重心位置来调节离合器结合或脱开的转速。

实施例2：与实施例1的区别在于，在上述实施例1中，传动楔块的周向两侧分别具有第一限位面和第二限位面，第一限位面为限位弧面，第二限位面为限位平面，第一、第二限位面在挡止配合时相切，传动楔块的周向两侧还分别具有第一挡止面和第二挡止面，第二挡止面为挡止平面，与第二限位面在同一侧，第一挡止面和第一限位面为同一弧面，而在实施例2中，第一挡止面、第一限位面位于同一侧，为两个相互独立的弧面。

在其他实施例中，第一挡止面、第一限位面还可以为两个相互独立的平面，分别用于与另一侧的第二挡止面、第二限位面挡止配合。

实施例3：与实施例1的区别在于，在上述实施例1中，超越离合器包括保持架，保持架的截面为开口朝内的U形，传动楔块安装在保持架的圆周部分上，环形弹簧顶撑在保持架的圆周部分的内侧面上，而在实施例3中，超越离合器没有保持架，在外转动件的端部设有挡板，环形弹簧顶撑在挡板上。

实施例4：与实施例1的区别在于，在上述实施例1中，传动楔块的端部设有弹簧安装槽，弹簧安装槽为U形槽，弹簧安装槽的外侧槽壁与环形弹簧顶压配合，而在实施例4 中，弹簧安装槽采用如背景技术引用的现有技术中的弹簧安装槽的结构。

实施例5：与实施例1的区别在于，在上述实施例1中，环形弹簧由螺旋压缩弹簧首尾相旋接而成，而在实施例5中，环形弹簧由螺旋压缩弹簧的首尾两端焊接而成。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超越离合器，包括内转动件(1)和外转动件(2)，内、外转动件之间在圆周方向上均匀间隔布置有多个传动楔块(4)，传动楔块(4)具有用于与外转动件(2)接触的外接触面(401)和用于与内转动件(1)接触的内接触面(403)，传动楔块(4)的端部设有弹簧安装槽(406)，弹簧安装槽(406)中安装有环形弹簧(5)，其特征在于：环形弹簧(5)径向撑紧传动楔块(4)而使各个传动楔块(4)的外接触面(401)与外转动件(2)接触，且在自然状态下传动楔块(4)的内接触面(403)与内转动件(1)分离，外转动件(2)正向转动时，传动楔块(4)随之转动且在离心力的作用下克服环形弹簧(5)的顶压作用并绕外转动件(2)发生偏摆直至内接触面(403)与内转动件(1)接触楔紧，进而通过传动楔块(4)实现内、外转动件之间的传动。

2.根据权利要求1所述的超越离合器，其特征在于：内、外接触面分别包括内、外匹配接触面，在传动楔块(4)的内端与内转动件(1)接触后继续偏摆时，内匹配接触面与内转动件(1)滚动接触，外匹配接触面与外转动件(2)滚动接触，传动楔块(4)与内、外转动件之间的楔紧力逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的超越离合器，其特征在于：传动楔块(4)的周向两侧分别具有第一限位面(402)和第二限位面(405)，相邻的两传动楔块中，一个传动楔块的第一限位面(402)与另一传动楔块的第二限位面(405)挡止配合，以限制传动楔块(4)的最大楔紧力以及最大偏摆角度。

4.根据权利要求3所述的超越离合器，其特征在于：第一限位面(402)为限位弧面，第二限位面(405)为限位平面，第一、第二限位面在挡止配合时相切。

5.根据权利要求4所述的超越离合器，其特征在于：传动楔块(4)的周向两侧分别具有第一挡止面和第二挡止面(404)，相邻的两传动楔块中，一个传动楔块的第一挡止面与另一传动楔块的第二挡止面(404)挡止配合，以在自然状态下对传动楔块(4)进行定位。

6.根据权利要求5所述的超越离合器，其特征在于：第一限位面(402)构成所述第一挡止面，第二挡止面(404)为挡止平面，挡止平面与限位平面处于传动楔块(4)的同一侧且具有夹角，挡止平面位于限位平面的内侧。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的超越离合器，其特征在于：超越离合器还包括保持架(3)，保持架(3)的截面为开口朝内的U形，保持架(3)的圆周部分上设有楔块安装孔(301)，传动楔块(4)安装于楔块安装孔(301)中，环形弹簧(5)顶撑在保持架(3)的圆周部分的内侧面上。

8.根据权利要求1-6任意一项所述的超越离合器，其特征在于：弹簧安装槽(406)为U形槽，弹簧安装槽(406)的外侧槽壁(407)为用于与环形弹簧(5)顶压配合的弹簧配合面。

9.根据权利要求1-6任意一项所述的超越离合器，其特征在于：环形弹簧(5)由螺旋压缩弹簧首尾相旋接而成。

10.根据权利要求9所述的超越离合器，其特征在于：螺旋压缩弹簧包括柱形段(501)和位于柱形段(501)的一端的锥形段(502)，通过锥形段(502)插入柱形段(501)的另一端实现连接。

Images