CN116464720A - 一种自适应滚子式双向超越离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自适应滚子式双向超越离合器，该超越离合器包括同心设置的外圈、双星轮、中心轴，以及双向让位键和滚子；所述的双星轮包括楔口相对、交错嵌合的第一单向星轮和第二单向星轮；所述的第一单向星轮和第二单向星轮之间设有用于连接第一单向星轮和第二单向星轮的多个复位弹簧和多个连杆组；所述的第一单向星轮、第二单向星轮与外圈构成环向均匀布置的八字型楔形通道，所述的滚子位于楔形通道内；所述的双向让位键布置在第一单向星轮、第二单向星轮和中心轴之间。与现有技术相比，本发明具有无须附加任何操纵机构，可以根据主、从动部件的速度变化或旋转方向的变换，自动接合或脱开的优点。

Description

一种自适应滚子式双向超越离合器

技术领域

本发明涉及机械传动系统技术领域，具体涉及一种自适应滚子式双向超越离合器。

背景技术

超越离合器是机械传动系统中基础元件之一，是一种随主、从动部件的速度变化或旋转方向的变换，自动接合或脱开的离合器，在包装机械、食品机械、轻工机械、农业机械、冶金矿山、石油化工、机床、汽车、兵器、航空和电站等领域中广泛应用。

根据工作原理，超越离合器可分为嵌合式和摩擦式，其中嵌合式也称棘爪式。棘爪式超越离合器的结构简单、制造容易且可靠性高，但在接合时会出现冲击和噪声，通常适用于转速差较小的应用场合。摩擦式超越离合器接合平稳无冲击、空行程较短，可在任何转速下进行接合，应用范围更广泛，其传递转矩范围从1-100000Nm。

超越离合器的应用领域包括如下三种：

(1)变换速度：在运动链不脱开的情况下，可以使从动件获得快慢两种速度。

(2)防止逆转：单向超越离合器在一个转动方向传递转矩，而在相反方向转矩作用下则空转。

(3)间歇运动：通过双向超越离合器和单向超越离合器的适当组合，可以实现从动部件作某种规律的间歇运动。

但是，目前现有技术的双向超越离合器均为可控型，可控型超越离合器由离合器和机械或电磁切换装置组成，即只能通过外界以手动或自动的方式，切换滚子在楔形通道内的停留位置，才可以选择正向或反向单向超越、双向超越以及双向楔合等工作模式。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种自适应滚子式双向超越离合器。该超越离合器无须附加任何操纵机构，可以根据主、从动部件的速度变化或旋转方向的变换，自动接合或脱开。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种自适应滚子式双向超越离合器，该超越离合器包括同心设置的外圈、双星轮、中心轴，以及双向让位键、滚子、顶杆、弹簧等组成；

所述的双星轮包括楔口相对、交错嵌合的第一单向星轮和第二单向星轮，每个单向星轮均可实现一个方向的接合和相反方向的分离；所述的第一单向星轮和第二单向星轮之间设有用于连接第一单向星轮和第二单向星轮的多个复位弹簧和多个连杆组，使两个星轮可以单向相对转动一定角度；

所述的第一单向星轮、第二单向星轮与外圈构成环向均匀布置的八字型楔形通道，所述的滚子位于楔形通道内；

所述的双向让位键布置在第一单向星轮、第二单向星轮和中心轴之间。

进一步地，所述的双向让位键一侧与第一单向星轮和第二单向星轮的键侧壁刚性接触，另一侧与第一单向星轮和第二单向星轮保持有相对转动的空间。也就是，第一单向星轮和第二单向星轮一侧方向运动自由，另一侧方向运动受限制。

进一步地，所述的连杆组包括第一连杆和第二连杆；所述的第一连杆和第二连杆之间设有用于铰接第一连杆和第二连杆之间的连杆销轴；所述的第一单向星轮环向均匀设置多个与第一连杆相连的第一连杆孔；所述的第二单向星轮环向均匀设置多个与第二连杆相连的第二连杆孔。

进一步地，所述的中心轴周边设有与中心轴固连的中心盘；所述的中心盘环向均匀设置多个连杆滑槽，连杆销轴可在连杆滑槽内径向滑动；所述的连杆滑槽包括径向设置的上限位和下限位；所述的上限位和下限位之间的距离为连杆销轴的行程；行程范围须保证第一单向星轮、第二单向星轮相互解楔的要求，同时防止机构出现死点。中心轴环向还设置第三键槽。

进一步地，所述的第一单向星轮环向均匀设置第一键槽；所述的第二单向星轮环向均匀设置第二键槽；所述的中心轴和中心盘之间均匀设置第三键槽；所述的双向让位键设有第一让位间隙槽的一侧嵌入第一键槽；所述的双向让位键设有第二让位间隙槽的一侧嵌入第二键槽；所述的第一让位间隙槽、第二让位间隙槽在双向让位键上错位相对布置。

进一步地，所述的第一单向星轮和/或第二单向星轮的退楔方向为顺时针，第一让位间隙槽和/或第二让位间隙槽的槽口位于双向让位键的左侧；所述的第一单向星轮和/或第二单向星轮退楔方向为逆时针，第一让位间隙槽和/或第二让位间隙槽的槽口位于双向让位键的右侧。

进一步地，所述的第一让位间隙槽、第二让位间隙槽的宽度尺寸大于第一单向星轮、第二单向星轮之间相互解楔的活动空间。也就是说，第一让位间隙槽、第二让位间隙槽的宽度尺寸须满足第一单向星轮、第二单向星轮有相互解楔的相对转动空间，即中心轴主动时，两星轮之间有足够的相对转动空间，使一个星轮的拨爪能相互接触到另一个星轮的滚子，并将其滚子挤压至楔形通道的宽松空间。

进一步地，所述的第一单向星轮环向均匀设置了第一拨爪；所述的第二单向星轮环向均匀设置了第二拨爪；所述的第一拨爪插入第二单向星轮的楔形通道内，与楔形通道内的滚子存在间隙；所述的第二拨爪插入第一单向星轮的楔形通道内，与楔形通道内的滚子存在间隙。

更进一步地，所述的第一让位间隙槽、第二让位间隙槽的宽度尺寸与第一拨爪、第二拨爪、滚子的间隙δ的关系：

式中：Δ是第一让位间隙槽、第二让位间隙槽的宽度尺寸，δ是第一拨爪或第二拨爪与滚子的间隙，d是滚子的直径，D₁是外圈的内径，D₂是中心轴的直径。

更进一步地，所述的第一让位间隙槽、第二让位间隙槽的宽度尺寸与中心轴的连杆滑槽的上限位和下限位的位置是关联的，不能相互干涉。

更进一步地，所述的双向让位键可以用功能与原理相近的其他结构替代。

进一步地，所述的第一单向星轮环向均匀设置多个复位弹簧槽；所述的第二单向星轮环向均匀设置插入复位弹簧槽内的止挡；所述的复位弹簧安装在复位弹簧槽内，一端紧靠复位弹簧槽的端面，另一端与止挡抵接，通过复位弹簧的作用，使自适应滚子式双向超越离合器的各部件在外力撤消的情况下能自动恢复到初始状态。

进一步地，所述的外圈为主动部件，外圈转速大于等于中心轴的转速，中心轴与外圈自动双向接合；所述的中心轴为主动部件，中心轴转速大于等于外圈的转速，中心轴与外圈自动双向分离。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明中第一单向星轮和第二单向星轮、连杆组、中心轴及连杆滑槽连接形成了六杆机构的工作关系，在双向让位键的配合下，使本发明的自适应滚子式双向超越离合器的各部件成为运动协调的整体。当外圈为主动部件且外圈转速大于等于中心轴的转速时，第一单向星轮和第二单向星轮可以相互支撑，传递载荷，从而实现外圈与中心轴双向自动接合；当中心轴为主动部件时，连杆组可以协调第一单向星轮和第二单向星轮与中心轴的运动关系，使三者不会发生运动干涉，第一单向星轮和第二单向星轮可以相互解楔，从而实现外圈与中心轴的运动双向自动分离。

(2)本发明设计的自适应滚子式双向超越离合器无须附加任何操纵机构，可以根据主、从动部件的速度变化或旋转方向的变换，自动接合或脱开。

(3)本发明的自适应滚子式双向超越离合器具有结构简单，运行可靠，适用范围广等技术特点。

附图说明

图1为实施例中的自适应滚子式双向超越离合器的局部解剖简图；

图2为实施例中的自适应滚子式双向超越离合器的装配分解简图；

图3为实施例中的第一单向星轮的结构示意图；

图4为实施例中的第二单向星轮的结构示意图；

图5为实施例中的中心轴的结构示意图；

图6为实施例中的双向让位键的结构示意图；

图7为实施例中连杆组的连接关系与间隙的示意图；

图中标号所示：1-外圈；2-双星轮；3-中心轴；4-双向让位键；5-滚子；21-第一单向星轮；22-第二单向星轮；23-复位弹簧；24-连杆组；211-第一拨爪；212-第一连杆孔；213-复位弹簧槽；214-第一键槽；221-第二拨爪；222-第二连杆孔；223-止挡；224-第二键槽；31-中心盘；32-第三键槽；33-连杆滑槽；35-上限位；36-下限位；41-第一让位间隙槽；42-第二让位间隙槽；241-第一连杆；242-第二连杆；243-连杆销轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

一种自适应滚子式双向超越离合器，如图1所示，由外圈1、双星轮2、中心轴3、双向让位键4、滚子5及其顶杆、弹簧等组成。

双星轮2由第一单向星轮21、第二单向星轮22的楔口相对、交错嵌合组成，与外圈1构成了若干环向均匀布置的八字型楔形通道。第一单向星轮21、第二单向星轮22通过复位弹簧23和连杆组24连接，使第一单向星轮21、第二单向星轮22可以单向相对转动一定角度，如图2所示。其中第一单向星轮21环向均匀布置了第一拨爪211、第一连杆孔212、复位弹簧槽213、第一键槽214等，如图3所示；第二单向星轮22环向均匀布置了第二拨爪221、第二连杆孔222、止挡223和第二键槽224等，如图4所示。第一单向星轮21、第二单向星轮22的第一拨爪211、第二拨爪221相互插入到对方星轮的楔形通道内，与对方星轮上的滚子5在保持一定间隙。第二单向星轮22的止挡223插入到第一单向星轮21的复位弹簧槽213内。复位弹簧23安装在第一单向星轮21环向均匀布置的复位弹簧槽213内，一端紧靠环槽213的端面，另一端作用在第二单向星轮22的止挡223上，使自适应滚子式双向超越离合器的各部件在外力撤消的情况下能自动恢复到初始状态。

双星轮2的连杆组24位于第一单向星轮21、第二单向星轮22之间，和中心轴3的中心盘31两侧。连杆组24环向均匀布置，一个连杆组24包括两个连杆：第一连杆241和第二连杆242，两连杆与销轴243共铰，销轴243插入中心轴3的中心盘31的连杆滑槽33内，可沿滑槽33径向滑动，如图7所示。第一连杆241与第一单向星轮21的第一连杆孔212连接，第二连杆242与第二单向星轮22的第二连杆孔222连接。

中心轴3包括中心盘31、第三键槽32、连杆滑槽33等，如图5所示。中心盘31与中心轴3固连，其上设置有径向的连杆滑槽33，连杆滑槽33分上限位35和下限位36。连杆滑槽33的上限位35和下限位36的距离即连杆销243的行程，其行程须保证第一单向星轮21、第二单向星轮22相互解楔的要求，同时防止机构出现死点。

双向让位键4的结构如图6所示，布置在第一单向星轮21、第二单向星轮22和中心轴3之间，一侧与星轮的键侧壁刚性接触，另一侧与星轮保持有相对转动的空间。也就是，星轮一侧方向运动自由，另一侧方向运动受限制。

双向让位键4上半部的第一让位间隙槽41、第二让位间隙槽42错位相对布置，其中间隙槽41对应星轮21，42对应星轮22；下半部嵌入到中心轴3的键槽33内，工作面与键壁紧贴。

双向让位键4的让位间隙槽41、42的槽口位置与对应星轮的解锁方向相关，顺时针对应左，逆时针对应右。在本实施例中，第一单向星轮21的退楔方向是顺时针，因此，与第一单向星轮21的第一键槽214所对应的双向让位键4的第一让位间隙槽41设置在双向让位键4的左侧；同理，第二单向星轮22的退楔方向是逆时针，因此，与第二单向星轮22的第二键槽224所对应的双向让位键4的第二让位间隙槽42设置在双向让位键4键的右侧。

双向让位键4的第一让位间隙槽41、42的宽度尺寸必须满足两星轮之间有足够的相对转动空间，使一个星轮的拨爪能相互接触到另一个星轮的滚子，并将其滚子推压至楔形通道的宽松空间。

双向让位键4的第一让位间隙槽41、第二让位间隙槽42与其他各件的位置关系如图7所示，宽度尺寸与第一拨爪211、第二拨爪221滚子5的间隙δ的关系：式中：Δ是让位间隙槽41、42的宽度尺寸，δ是第一拨爪211和/或第二拨爪221与滚子5的间隙，d是滚子5的直径，D₁是外圈1的内径，D₂是中心轴3的直径。

双向让位键4的第一让位间隙槽41、第二让位间隙槽42的宽度尺寸与中心轴3的连杆滑槽33的上限位35和下限位36的位置是关联的，不能相互干涉。

本实施例中自适应滚子式双向超越离合器通过连杆组24将第一单向星轮21、第二单向星轮22、中心轴3等连接构成了六杆机构的运动关系，使之成为运动协调的整体。

本实施例中自适应滚子式双向超越离合器的详细工作过程：

一、复位状态

本实施例中自适应滚子式双向超越离合器是通过环向均匀布置的复位弹簧23使各部件自动恢复到初始状态的相对位置关系：

(1)外圈1、第一单向星轮21、第二单向星轮22与滚子5保持接触，不悬空；

(2)在同一个楔形通道内，第一单向星轮21、第二单向星轮22的第一拨爪211、第二拨爪221与滚子5的间隙均匀；

(3)第一单向星轮21、第二单向星轮22的第一键槽214、第二键槽224与双向让位键4的非让位侧紧贴无间隙；

(4)连杆组24的连杆销轴243处于中心轴3的连杆滑槽33的下限位36。

二、接合状态

1、外圈1主动，顺时针；中心轴3从动，固定或外圈转速大于等于中心轴的转速；

外圈1作用于第一单向星轮21上的滚子5，使滚子向楔形通道狭窄方向微量移动，滚子5将被楔紧；同时，第二单向星轮22上的滚子5向楔形通道宽松方向微量移动，滚子5处于松弛状态。此时，由于第一单向星轮21与双向让位键4之间的第一让位间隙槽41，外圈1将带动第一单向星轮21同向转动；第二单向星轮22与双向让位键4的非让位侧无间隙，因此第二单向星轮22与中心轴3保持相同的运动状态。

在第一单向星轮21、第二单向星轮22、第一连杆241、第二连杆242和中心轴3及第三键槽33所构成的六杆机构运动关系中，中心轴3相对固定，第二单向星轮22受双向让位键4的作用，也相对固定，因此第一单向星轮21能够通过下列的力传递路径将外圈1的转矩传递至中心轴3：外圈1→滚子5→第一单向星轮21→第一连杆241→第二连杆242→第二单向星轮22→中心轴3。

从而实现了中心轴3与外圈1自动接合，并同速同向转动。

2、外圈1主动，逆时针旋转；中心轴3从动，固定或外圈转速大于等于中心轴的转速；

外圈3作用于第二单向星轮22上的滚子5，使滚子5向楔形通道狭窄方向微量移动，滚子5将被楔紧；同时，第一单向星轮21上的滚子5向楔形通道宽松方向微量移动，滚子5处于松弛状态。此时，由于第二单向星轮22与双向让位键4之间的第二让位间隙槽42，外圈1将带动第二单向星轮22同向转动；第一单向星轮21与双向让位键4的非让位侧无间隙，因此第一单向星21与中心轴3保持相同的运动状态。

在第一单向星轮21、第二单向星轮22、第一连杆241、第二连杆242和中心轴3及第三键槽33所构成的六杆机构运动关系中，中心轴3相对固定，第二单向星轮22受双向让位键4的作用，也相对固定，因此第二单向星轮22能够通过下列的力传递路径将外圈1的转矩传递至中心轴3：外圈1→滚子5→第二单向星轮22→第二连杆242→第一连杆241→第一单向星轮21→中心轴3。

从而，实现了中心轴3与外圈1自动接合，并同速同向转动。

三、分离状态

1、中心轴3主动，顺时针；外圈1从动，中心轴3转速大于等于外圈1的转速；

由于第一单向星轮21与双向让位键4的非让位侧无间隙，第一单向星轮21将随中心轴3同向转动，并带动其上的滚子5向楔形通道宽松方向微量移动，第一单向星轮21将与外圈1脱开。

由于第二单向星轮22与双向让位键4之间的第二让位间隙槽42，中心轴3无法带动第二单向星轮22同向运动，第二单向星轮22上的滚子5将处于松弛状态。

当第一单向星轮21上的第一拨爪211与第二单向星轮22上的滚子5接触后，将滚子5推向楔形通道的宽松空间，第二单向星轮22与外圈1脱开。

2、中心轴3主动，逆时针；外圈1从动，中心轴3转速大于等于外圈1的转速；

由于第二单向星轮22与双向让位键4的非让位侧无间隙，第二单向星轮22将随中心轴3同向转动，并带动其上的滚子5向楔形通道宽松方向微量移动，第二单向星轮22将与外圈1脱开。

由于第一单向星轮21与双向让位键4之间的第一让位间隙槽41，中心轴3无法带动第一单向星轮21同向运动，第一单向星轮21上的滚子5将处于松弛状态。

当第二单向星轮22上的第二拨爪221与第一单向星轮21上的滚子5接触后，将滚子5推向楔形通道的宽松空间，第一单向星轮21与外圈1脱开。

由此，实现了中心轴3与外圈1双向自动分离。

综上，本发明的自适应滚子式双向超越离合器，无须任何附加任何操纵机构，可以根据主、从动部件的速度变化或旋转方向的变换，完成自动接合或脱开：

当外圈1主动时，外圈1转速大于等于中心轴3的转速，中心轴3与外圈1双向自动接合。

当中心轴3主动时，中心轴3转速大于等于外圈1的转速，中心轴3与外圈1双向自动分离。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种自适应滚子式双向超越离合器，其特征在于，该超越离合器包括同心设置的外圈(1)、双星轮(2)、中心轴(3)，以及双向让位键(4)和滚子(5)；

所述的双星轮(2)包括楔口相对、交错嵌合的第一单向星轮(21)和第二单向星轮(22)；所述的第一单向星轮(21)和第二单向星轮(22)之间设有用于连接第一单向星轮(21)和第二单向星轮(22)的多个复位弹簧(23)和多个连杆组(24)；

所述的第一单向星轮(21)、第二单向星轮(22)与外圈(1)构成环向均匀布置的八字型楔形通道，所述的滚子(5)位于楔形通道内；

所述的双向让位键(4)布置在双星轮(2)和中心轴(3)之间。

2.根据权利要求1所述的一种自适应滚子式双向超越离合器，其特征在于，所述的双向让位键(4)一侧与第一单向星轮(21)和第二单向星轮(22)的键侧壁刚性接触，另一侧与第一单向星轮(21)和第二单向星轮(22)保持有相对转动的空间。

3.根据权利要求1所述的一种自适应滚子式双向超越离合器，其特征在于，所述的连杆组(24)包括第一连杆(241)和第二连杆(242)；所述的第一连杆(241)和第二连杆(242)之间设有用于铰接第一连杆(241)和第二连杆(242)之间的连杆销轴(243)；

所述的第一单向星轮(21)环向均匀设置多个与第一连杆(241)相连的第一连杆孔(212)；所述的第二单向星轮(22)环向均匀设置多个与第二连杆(242)相连的第二连杆孔(222)。

4.根据权利要求3所述的一种自适应滚子式双向超越离合器，其特征在于，所述的中心轴(3)周边设有与中心轴(3)固连的中心盘(31)；

所述的中心盘(31)环向均匀设置多个连杆滑槽(33)；所述的连杆滑槽(33)包括径向设置的上限位(35)和下限位(36)；所述的上限位(35)和下限位(36)之间的距离为连杆销轴(243)的行程。

5.根据权利要求1所述的一种自适应滚子式双向超越离合器，其特征在于，所述的第一单向星轮(21)环向均匀设置第一键槽(214)；所述的第二单向星轮(22)环向均匀设置第二键槽(224)；

所述的双向让位键(4)设有第一让位间隙槽(41)的一侧嵌入第一键槽(214)；所述的双向让位键(4)设有第二让位间隙槽(42)的一侧嵌入第二键槽(224)；所述的第一让位间隙槽(41)、第二让位间隙槽(42)在双向让位键(4)上错位相对布置。

6.根据权利要求5所述的一种自适应滚子式双向超越离合器，其特征在于，所述的第一单向星轮(21)和/或第二单向星轮(22)的退楔方向为顺时针，第一让位间隙槽(41)和/或第二让位间隙槽(42)的槽口位于双向让位键(4)键的左侧；所述的第一单向星轮(21)和/或第二单向星轮(22)退楔方向为逆时针，第一让位间隙槽(41)和/或第二让位间隙槽(42)的槽口位于双向让位键(4)键的右侧。

7.根据权利要求5所述的一种自适应滚子式双向超越离合器，其特征在于，所述的第一让位间隙槽(41)、第二让位间隙槽(42)的宽度尺寸大于第一单向星轮(21)、第二单向星轮(22)之间相互解楔的活动空间。

8.根据权利要求1所述的一种自适应滚子式双向超越离合器，其特征在于，所述的第一单向星轮(21)环向均匀设置了第一拨爪(211)；所述的第二单向星轮(22)环向均匀设置了第二拨爪(221)；

所述的第一拨爪(211)插入第二单向星轮(22)的楔形通道内，与楔形通道内的滚子(5)存在间隙；所述的第二拨爪(221)插入第一单向星轮(21)的楔形通道内，与楔形通道内的滚子(5)存在间隙。

9.根据权利要求1所述的一种自适应滚子式双向超越离合器，其特征在于，所述的第一单向星轮(21)环向均匀设置多个复位弹簧槽(213)；所述的第二单向星轮(22)环向均匀设置插入复位弹簧槽(213)内的止挡(223)；

所述的复位弹簧(23)安装在复位弹簧槽(213)内，一端紧靠复位弹簧槽(213)的端面，另一端与止挡(223)抵接。

10.根据权利要求1所述的一种自适应滚子式双向超越离合器，其特征在于，所述的外圈(1)为主动部件，外圈(1)转速大于等于中心轴(3)的转速，中心轴(3)与外圈(1)自动双向接合；

所述的中心轴(3)为主动部件，中心轴(3)转速大于等于外圈(1)的转速，中心轴(3)与外圈(1)自动双向分离。