CN117167413A - 一种高转速可脱开锁定的同步自动离合器 - Google Patents

Abstract

一种高转速可脱开锁定的同步自动离合器，它涉及一种同步自动离合器。本发明为了解决现有技术中同步自动离合器不能满足联合驱动系统中新的功能要求，且轴向尺寸大的问题。本发明的体积小、结构紧凑，利用1组棘轮棘爪机构实现了离合器全转速范围接合、脱开的功能，使离合器的轴向尺寸更短；当拨叉移动至第二位置时，棘轮与棘爪发生轴向错位，不能棘合，如此设置，即切断轴系的动力传递，同时避免棘轮和棘爪长时间接触，导致棘爪弹簧发生疲劳损坏，有利于提升装置的可靠性，提高了高速离合器的工作寿命。本发明属于离合器技术领域。

Description

一种高转速可脱开锁定的同步自动离合器

技术领域

本发明涉及一种同步自动离合器，具体涉及一种高转速可脱开锁定的同步自动离合器，属于离合器技术领域。

背景技术

同步自动离合器已经广泛地应用于船舶的联合驱动机组、钢铁行业的能量回收机组、化工的汽电双驱机组等多个领域的联合驱动系统中，该离合器是一种包含棘轮棘爪机构的单向超越离合器，根据主、从动轴两端的转速差来自动地实现接合、脱开。

随着各领域相应技术的不断发展，对同步自动离合器提出以下新的功能要求：

(1)联合驱动系统中某主机可以反向驱动负载工作，典型工况如图1所示：船用推进机组，需要船全速前进时，离合器接合，主机1与主机2同时工作；需要船低速前进时，主机2单独工作，且低速时存在正、倒车工况(即主机2存在正、反转工况)，这就要求主机2正反转时，离合器均不能接合。

按传统同步自动离合器的工作原理，主机2反转时离合器就要接合，导致与离合器相连的主机1被带转。因此要求这时，离合器的超越功能可控，即主机2反向驱动负载时，使与其他主机(例如图1中的主机1)相连的离合器超越功能失效。

(2)联合驱动系统中离合器两侧主机均处于高速运行状态，但离合器输入端转速长期低于输出端转速，离合器可长期处于高转速、大转速差的状态下运行而不发生损坏。典型工况如图2所示：

主机2单独带动负载(例如发电机)工作，需要主机1并入与主机2共同带动负载工作，当主机1为汽轮机等需要启动暖机的主机类型时，主机1无法直接快速地升速至工作转速，需要在多个转速点暖机稳定运行一段之间，当主机2带动负载工作，主机1处于暖机运行工况，此时离合器处于高转速、大转速差的运行状态。

(3)现有高速同步自动离合器采用两组棘轮棘爪分别在高速、低速时起作用，轴向尺寸较大，部分机组受限于安装空间，要求离合器具备更短的轴向尺寸。

综上所述，传统的同步自动离合器不能满足联合驱动系统中的新要求，因此如何针对上述技术问题，提出一种新型的同步自动离合器，这也就成为了目前本领域内技术人员所亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种高转速可脱开锁定的同步自动离合器。

本发明的技术方案是：一种高转速可脱开锁定的同步自动离合器，包括输入单元、滑移单元、输出单元和两个油缸。

滑移单元同轴套设在输入单元上；

输入单元为台阶轴结构，输入单元沿轴线方向依次设置有第二轴肩、外螺旋齿和第一轴肩；

滑移单元的内圆周面加工有与外螺旋齿配合的内螺旋齿，滑移单元的外圆周面上沿轴线方向依次设置有轴环、驱动齿外齿和棘爪安装槽，棘爪安装槽内通过圆周阵列的方式安装有若干个棘爪；

两个油缸对称布置在滑移单元轴线的两侧，每个油缸上安装有用于拨动轴环的拨叉，拨叉可推动滑移单元轴向移动；当拨叉靠近输入单元时为拨叉的第一位置，当拨叉移动至靠近输出单元时为拨叉的第二位置；

输入单元的一端面通过圆周阵列的方式安装有若干个弹性支撑单元，弹性支撑单元包括依次布置的堵盖、弹簧和伸缩杆；堵盖旋拧在输入单元的端面上，当拨叉位于第一位置时，伸缩杆的一端面穿出第一轴肩后与滑移单元相抵；

输出单元同轴套设在滑移单元上，输出单元的内圆周面沿轴线方向依次设置有棘轮和用于与驱动齿外齿啮合的驱动齿内齿，且驱动齿内齿与驱动齿外齿的齿数相同；

当拨叉位于第一位置时，滑移单元存在棘轮与棘爪配合的棘合位置或存在驱动齿外齿与驱动齿内齿啮合的接合位置，当滑移单元位于棘合位置且输入单元的转速大于输出单元的转速时，滑移单元在内螺旋齿和外螺旋齿的作用下移动至接合位置；

当拨叉移动至第二位置时，滑移单元被拨叉从棘合位置推动至脱开位置。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明控制简单，可根据联合驱动系统不同转向的工况下对离合器的工作位置进行人为控制，即当拨叉310移动至第二位置时，滑移单元200被拨叉310推动至脱开位置，切断轴系的动力传递，满足联合驱动系统的动力切换的功能需求，同时轴系动力切断后，可对被切断的主机进行单独检修或调试等工作。

2、本发明的滑移单元200具有三个工作位置：棘合位置、接合位置和脱开位置，且三个工作位置可根据输入单元100和输出单元500的转速进行切换，即：

拨叉310处于第一位置，当滑移单元200位于棘合位置且输入单元100的转速大于输出单元500的转速时，滑移单元200在内螺旋齿201和外螺旋齿101的作用下移动至接合位置；同理，当滑移单元200位于接合位置且输入单元100的转速小于输出单元500的转速时，滑移单元200在内螺旋齿201和外螺旋齿101的作用下移动至棘合位置。如此设置，满足离合器能够在高转速、大转速差的工况下稳定运行的需求。

特别地，当滑移单元200位于棘合位置且输入单元100的转速小于输出单元500的转速时，可控制拨叉310从第一位置向第二位置移动，当拨叉310移动至第二位置时，滑移单元200被拨叉310从棘合位置推动至脱开位置。如此设置，满足离合器能够切断轴系的动力传递，使输入单元100和输出单元500可互不影响地独立运转。

3、本发明的体积小、结构紧凑，利用1组棘轮棘爪机构实现了离合器全转速范围的接合、脱开功能，使离合器的轴向尺寸更短；当拨叉310移动至第二位置时，棘轮501与棘爪220发生轴向错位，不能棘合，如此设置，即切断轴系的动力传递，同时避免棘轮501和棘爪220长时间接触，导致棘爪弹簧240发生疲劳损坏，有利于提升装置的可靠性，提高了高速离合器的工作寿命。

附图说明

图1是联合驱动系统中离合器处于主机反向驱动负载工况的示意图；

图2是联合驱动系统中离合器处于高转速、大转速差工况的示意图；

图3是本发明拨叉310位于第一位置、滑移组件200位于棘合位置的剖视图；

图4是本发明拨叉310位于第一位置、滑移组件200位于接合位置的剖视图；

图5是本发明拨叉310位于第二位置、滑移组件200位于脱开位置的剖视图；

图6是图3中A方向的剖视图。

图中：100、输入单元；101、外螺旋齿；110、堵盖；120、弹簧；130、伸缩杆；140、第一轴肩；150、第二轴肩；200、滑移单元；201、内螺旋齿；202、驱动齿外齿；203、棘爪安装槽；210、轴环；220、棘爪；221、质心；230、棘爪销；240、棘爪弹簧；300、油缸；310、拨叉；500、输出单元；501、棘轮；502、驱动齿内齿。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。

具体实施方式一：结合图3至图6说明本实施方式，本实施方式的一种高转速可脱开锁定的同步自动离合器包括输入单元100、滑移单元200、输出单元500和两个油缸300；

滑移单元200同轴套设在输入单元100上；

输入单元100为台阶轴结构，输入单元100沿轴线方向依次设置有第二轴肩150、外螺旋齿101和第一轴肩140，其中第一轴肩140和第二轴肩150分别设置在输入单元100的两端面，如此设置，便于限制滑移单元200在输入单元100上的轴向运动范围。

滑移单元200的内圆周面加工有与外螺旋齿101配合的内螺旋齿201，滑移单元200在输入单元100上轴向运动的同时还相对输入单元100的回转轴线产生螺旋运动；

滑移单元200的外圆周面上沿轴线方向依次设置有轴环210、驱动齿外齿202和棘爪安装槽203，棘爪安装槽203内通过圆周阵列的方式安装有若干个棘爪220；

两个油缸300对称布置在滑移单元200轴线的两侧，每个油缸300上安装有用于拨动轴环210的拨叉310，拨叉310可推动滑移单元200轴向移动；当拨叉310靠近输入单元100时为拨叉310的第一位置，当拨叉310移动至靠近输出单元500时为拨叉310的第二位置；

输入单元100的一端面通过圆周阵列的方式安装有若干个弹性支撑单元，弹性支撑单元包括依次布置的堵盖110、弹簧120和伸缩杆130；堵盖110旋拧在输入单元100的端面上，当拨叉310位于第一位置时，伸缩杆130的一端面穿出第一轴肩140后与滑移单元200相抵；

输出单元500同轴套设在滑移单元200上，输出单元500的内圆周面沿轴线方向依次设置有棘轮501和用于与驱动齿外齿202啮合的驱动齿内齿502，且驱动齿内齿502与驱动齿外齿202的齿数相同；

当拨叉310位于第一位置时，滑移单元200存在棘轮501与棘爪220配合的棘合位置(如图3所示)和驱动齿外齿202与驱动齿内齿502啮合的接合位置(如图4所示)。

当滑移单元200位于棘合位置且输入单元100的转速大于输出单元500的转速时，根据图6所示的棘轮棘爪机构，离合器在该状态下具备超越功能，即滑移单元200在内螺旋齿201和外螺旋齿101的作用下移动至接合位置，此时滑移单元200与第二轴肩150相抵，且伸缩杆130完全缩入第一轴肩140内。

同理，当滑移单元200位于接合位置且输入单元100的转速小于输出单元500的转速时，滑移单元200在内螺旋齿201和外螺旋齿101的作用下移动至棘合位置。

特别地，当滑移单元200位于棘合位置且输入单元100的转速小于输出单元500的转速时，可控制拨叉310从第一位置向第二位置移动，如图5所示，当拨叉310移动至第二位置时，滑移单元200被拨叉310从棘合位置推动至脱开位置，此时滑移单元200与第一轴肩140相抵，同时棘轮501与棘爪220发生轴向错位，不能棘合、驱动齿外齿202与驱动齿内齿502也发生轴向错位，不能啮合，切断轴系的动力传递，离合器超越功能失效，离合器的输入单元100和输出单元500可互不影响地独立运转。

如图3和图4所示，滑移单元200从棘合位置运动至接合位置的位移等于M；如图3和图5所示，滑移单元200从棘合位置运动至脱开位置的位移为S。

本实施方式中拨叉310移动至第二位置时，棘轮501与棘爪220发生轴向错位，不能棘合，如此设置，即切断轴系的动力传递，同时避免棘轮501和棘爪220长时间接触，导致棘爪弹簧240发生疲劳损坏，有利于提升装置的可靠性。

本实施方式中拨叉310从第一位置运动至第二位置时的行程为N，且

N＝L+S；

式中：

L为拨叉310的两个叉脚的间距；

S为滑移单元200从棘合位置运动至脱开位置的位移。

如此设置，保证拨叉310能够推动滑移组件200运动至指定位置。

具体实施方式二：结合图3至图6说明本实施方式，本实施方式中拨叉310的两个叉脚的间距为L，且

L＞B+M；

式中：

B为轴环210在滑移单元200轴线方向的厚度；

M为滑移单元200从棘合位置运动至接合位置的位移。

如此设置，避免拨叉310的两叉脚间距过小而对驱动齿外齿202与驱动齿内齿502的啮合造成影响，保证离合器接合时运行更加稳定。

其他组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图3至图6说明本实施方式，本实施方式中棘爪220通过棘爪销230和棘爪弹簧240安装在棘爪安装槽203内。

进一步地，棘爪弹簧240为扭转弹簧。且其中一只扭臂支撑在棘爪头部，另一只扭臂支撑在棘爪安装槽203的槽底。如此设置，利用弹簧产生的扭力使棘爪220的头部抬起，保证棘爪220在低转速时也能够可靠的抬起。

进一步地，棘爪220的质心221位于棘爪头部。如此设置，当输入单元100的转速上升到一定值时，棘爪头部在离心作用下抬起，保证离合器的超越功能在高转速时有效。

其他组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

工作原理

结合图3至图6说明本发明的工作原理：

滑移单元200同轴套设在输入单元100上，两个油缸300对称布置在滑移单元200轴线的两侧，每个油缸300上安装有用于拨动轴环210的拨叉310，拨叉310可推动滑移单元200轴向移动；当拨叉310靠近输入单元100时为拨叉310的第一位置，此时滑移单元200存在棘合位置或存在接合位置；当拨叉310移动至靠近输出单元500时为拨叉310的第二位置，此时滑移单元200被拨叉310从棘合位置推动至脱开位置。

如图3所示，当拨叉310位于第一位置且输入单元100的转速小于输出单元500的转速，此时由于伸缩杆130穿出第一轴肩140后与滑移单元200相抵，伸缩杆130给滑移单元200施加一定轴向推力，因此滑移单元200可稳定在棘合位置。

如图3和图4所示，当拨叉310位于第一位置且滑移单元200位于棘合位置且输入单元100的转速大于输出单元500的转速时，根据图6所示的棘轮棘爪机构，离合器在该状态下具备超越功能，即滑移单元200在内螺旋齿201和外螺旋齿101的作用下移动至接合位置；同理，当滑移单元200位于接合位置且输入单元100的转速小于输出单元500的转速时，滑移单元200在内螺旋齿201和外螺旋齿101的作用下移动至棘合位置。

如图3和图5所示，当拨叉310移动至第二位置时，滑移单元200被拨叉310从棘合位置推动至脱开位置，切断轴系的动力传递，离合器超越功能失效，离合器的输入单元100和输出单元500可互不影响地独立运转。

本发明已以较佳实施方式揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业技术人员，未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (5)

1.一种高转速可脱开锁定的同步自动离合器，其特征在于：

包括输入单元(100)、滑移单元(200)、输出单元(500)和两个油缸(300)；

滑移单元(200)同轴套设在输入单元(100)上；

所述输入单元(100)为台阶轴结构，输入单元(100)沿轴线方向依次设置有第二轴肩(150)、外螺旋齿(101)和第一轴肩(140)；

所述滑移单元(200)的内圆周面加工有与外螺旋齿(101)配合的内螺旋齿(201)，滑移单元(200)的外圆周面上沿轴线方向依次设置有轴环(210)、驱动齿外齿(202)和棘爪安装槽(203)，棘爪安装槽(203)内通过圆周阵列的方式安装有若干个棘爪(220)；

两个油缸(300)对称布置在滑移单元(200)轴线的两侧，每个油缸(300)上安装有用于拨动轴环(210)的拨叉(310)，拨叉(310)可推动滑移单元(200)轴向移动；当拨叉(310)靠近输入单元(100)时为拨叉(310)的第一位置，当拨叉(310)移动至靠近输出单元(500)时为拨叉(310)的第二位置；

输入单元(100)的一端面通过圆周阵列的方式安装有若干个弹性支撑单元，所述弹性支撑单元包括依次布置的堵盖(110)、弹簧(120)和伸缩杆(130)；堵盖(110)旋拧在输入单元(100)的端面上，当拨叉(310)位于第一位置时，伸缩杆(130)的一端面穿出第一轴肩(140)后与滑移单元(200)相抵；

所述输出单元(500)同轴套设在滑移单元(200)上，输出单元(500)的内圆周面沿轴线方向依次设置有用于与棘爪(220)配合的棘轮(501)和用于与驱动齿外齿(202)啮合的驱动齿内齿(502)，且驱动齿内齿(502)与驱动齿外齿(202)的齿数相同；

当拨叉(310)位于第一位置时，滑移单元(200)存在棘轮(501)与棘爪(220)配合的棘合位置或存在驱动齿外齿(202)与驱动齿内齿(502)啮合的接合位置，当滑移单元(200)位于棘合位置且输入单元(100)的转速大于输出单元(500)的转速时，滑移单元(200)在内螺旋齿(201)和外螺旋齿(101)的作用下移动至接合位置；

当拨叉(310)移动至第二位置时，滑移单元(200)被拨叉(310)从棘合位置推动至脱开位置。

2.根据权利要求1所述的一种高转速可脱开锁定的同步自动离合器，其特征在于：所述拨叉(310)的两个叉脚的间距为L，且

L＞B+M；

式中：

B为轴环(210)的厚度；

M为滑移单元(200)从棘合位置运动至接合位置的位移。

3.根据权利要求2所述的一种高转速可脱开锁定的同步自动离合器，其特征在于：所述棘爪(220)通过棘爪销(230)和棘爪弹簧(240)安装在棘爪安装槽(203)内。

4.根据权利要求3所述的一种高转速可脱开锁定的同步自动离合器，其特征在于：所述棘爪弹簧(240)为扭转弹簧。

5.根据权利要求4所述的一种高转速可脱开锁定的同步自动离合器，其特征在于：所述棘爪(220)的质心(221)位于棘爪头部。