CN1378616A - 防反转超越离合器 - Google Patents

Abstract

提供了一种驱动轴组件,用于使驱动轴沿单一方向旋转。驱动轴组件包含一个壳体、一个驱动轴和一个超越离合器。超越离合器包含一个具有外环接触面的内座圈和一个具有与内座圈径向相隔的内环接触面的外座圈。内环接触面和外环接触面之间构成了一个环形空间。环形空间中设有多个楔块,这些楔块可以使内座圈沿第一方向相对于外座圈旋转,并防止内座圈沿第二方向相对于外座圈旋转。一个驱动壳固定在外座圈上,一个驱动轴固定在内座圈上,从而在旋转力沿第一方向作用在驱动轴上时,可使驱动轴旋转,而在力沿相反方向施加在驱动轴上时,可使驱动轴上的旋转力通过超越离合器传递到壳体上,从而防止驱动轴沿第二方向旋转。在优选实例中,驱动轴连接着一个活塞组件,该活塞组件用于将活塞的直线运动转换成驱动轴的旋转运动。

Description

防反转超越离合器

技术领域

本发明总体上涉及一种驱动轴组件，特别是涉及一种能够防止驱动轴反冲和反向旋转的驱动轴组件。

背景技术

在现有技术中，将活塞机械式连接以带动驱动轴旋转的方式是公知的。在典型的内燃活塞式装置中，曲轴用于将活塞的直线运动转换成曲轴的旋转运动。然而，曲轴的操作需要将多个活塞连接到单一的曲轴上，以使曲轴完全旋转。

通过添加多个活塞组件，原始成本和维护成本均会增加。此外，多个活塞中有任何一个活塞出现故障的频率比单个活塞本身出现故障的频率大得多。

因此，希望提供一种不需要使用多个活塞就能够将直线运动转换成旋转运动的装置。这样，可以通过本发明而基本上消除前面讨论的现有技术中遇到的困难。

发明内容

本发明是一种驱动轴组件，其具有一个壳体、一个驱动轴和一个超越离合器组件。超越离合器组件包含一个带有外环接触面的内座圈和一个带有内环接触面的外座圈。内环接触面和外环接触面在它们之间构成了一个环形空间。超越离合器组件还包含设在环形空间中的多个楔块，其中所述多个楔块使得内座圈能够沿第一方向相对于外座圈旋转，并阻止内座圈沿第二方向相对于外座圈旋转。超越离合器还设有用于将多个楔块保持在环形空间中的装置。在本发明的驱动轴组件中，壳体固定在外座圈上，驱动轴固定在内座圈上。

在本发明的优选实施例中，一个活塞和摆动臂组件固定在驱动轴上，以带动驱动轴沿第一方向旋转。超越离合器固定在壳体上，以防止驱动轴反向旋转，从而确保只沿单一方向驱动上述驱动轴。

附图说明

图1是本发明的阀组件和活塞组件的剖切侧视图；

图2是图1中的阀组件和活塞组件的透视图；

图3是图2中的阀组件和活塞组件的分解图；

图4是图1中的阀组件和活塞组件的剖切俯视图；

图5是本发明的超越离合器组件的局部剖开分解图。

具体实施方式

参看附图，一种变冲程马达在图1中总体上以10表示。如图3所示，变冲程马达包含一个阀壳12。在优选实施例中，阀壳12由铝制成，并且设有一个中空筒体14，用以容纳一个阀轴16。阀壳12被这样构造，即形成了一个与中空筒体14流体连通的第一流体入口18和一个也与中空筒体14流体连通的第一流体出口20。如图1所示，阀壳12中还形成了第二流体入口22和第二流体出口24。

如图3所示，阀轴16上设有第一槽26和第二槽28。阀轴上还设有第一密封圈座30、第二密封圈座32和第三密封圈座34。在第一密封圈座30、第二密封圈座32和第三密封圈座34上设有三个特氟龙密封圈36、38和40，用以防止流体从阀轴16与中空筒体14之间泄漏。

如图2所示，一个轴旋转器42固定在阀壳12上，它是以可操作的方式固定在如图3所示从阀轴16上延伸出来的键44上的。轴旋转器42可以是小型电机或本领域中公知的任何类似旋转装置。

如图3所示，阀轴16的第一槽26和第二槽28布置在阀轴16的相反侧。这样，当阀轴16如图1所示地安置在阀壳12的中空筒体14中时，第二槽28打开了第二流体入口22与第二流体出口24之间的流体通道。在第二槽28打开了第二流体入口22与第二流体出口24之间的流体通道时，如图1所示，第一槽26完全被阀壳12(图1和3)覆盖。因此，阀轴16上的位于第一槽26相反侧的部分将封闭第一流体入口18与第一流体出口20之间的流体通道。

与此类似，在轴旋转器42将阀轴16旋转了180度后，第一槽26打开了第一流体入口18与第一流体出口20之间的流体通道，而阀轴16上的位于第二槽28相反侧的部分封闭了第二流体入口22与第二流体出口24之间的流体通道。在优选实施例中，槽26和28、入口18和22以及出口20和24被这样构造尺寸，即当第一流体入口18与第一流体出口20之间的流体通道打开时，第二流体入口22与第二流体出口24之间的流体通道关闭。与此类似，当第二流体入口22与第二流体出口24之间的流体通道打开时，第一流体入口18与第一流体出口20之间的流体通道关闭。

一个驱动壳46固定在阀壳12上，用于形成图1所示的驱动筒体48。在优选实施例中，驱动壳46由无缝不锈钢管制成。优选将驱动壳46固定在一个传动箱50上，该传动箱优选由铝制成。在驱动筒体48中设有一个活塞52。活塞52优选由一个铝盖54和一个铝基座56构成。由于活塞52是摇摆式的，因此活塞52上设有一个塑料密封圈58，以使活塞52能够从垂直于驱动筒体48中心轴线的位置摆动两度，同时又能保持密封圈58与驱动筒体48之间的密封。

一个优选由硬化钢制成的活塞杆60通过一个固定螺钉61(图1)固定在活塞52上。如图3所示，活塞杆60上设有一个孔眼62，该孔眼装配在一个摆动臂66的轭64中。孔眼62中装有一个滚针轴承68或本领域中公知的类似轴承，以减少摩擦。滚针轴承68安置在孔眼62中，孔眼62安置在轭64中，而一个由热处理钢制成的定位销70穿过轭64中的第一孔眼72、滚针轴承68和轭64中的第二孔眼74。定位销优选由热处理钢制成，以承受与活塞杆60的操作相关的高压力。摆动臂66优选由硬化钢制成，并且设有一个大孔76，用于容纳一对驱动超越离合器78。驱动超越离合器78以这样的方式连接着驱动轴80，即能够在驱动冲程中将摆动臂66的旋转能量传递到驱动轴80上，并且在复位冲程中使驱动轴80相对于摆动臂66作“飞轮”运动，以使驱动轴80不会沿反向旋转。如图2所示，驱动轴80延伸穿过传动箱50，以向汽车或其他可驱动装置供应动力。

一个流体压力发生器82(图2)以可操作的方式与第一流体入口18流体连通着。在优选实施例中，压力发生器82是蒸汽发生器，但压力发生器82当然也可以是任何类似装置。流体压力发生器82通过一根输送软管84(图2和3)连接着第一流体入口18。在优选实施例中，第二流体出口24也通过一根辅助输送软管86连接着流体压力发生器82。

如图2所示，变冲程马达10还设有一个辅助阀和活塞组件88。辅助阀和活塞组件88基本上类似于前面描述的组件的结构。然而，如图3所示，阀轴16上设有第三槽90和第四槽92，它们分别在与第一槽26和第二槽28相反的位置上设在阀轴16上。槽26、28、90和92的这种定位使得，在辅助阀和活塞组件88的活塞94复位时，前面描述的活塞52作驱动运动，而在辅助阀和活塞组件88的活塞94作驱动运动时，活塞52将复位。活塞52和94的这种互补动作使得驱动轴80总能够基本上连续地被这两个活塞52和94之一驱动。

如图4所示，设有两个复位弹簧96和98，用于使前面描述的摆动臂66以及辅助阀和活塞组件88中的摆动臂100返回起始位置。随着每个摆动臂66和100交替地移至起始位置，摆动臂66和100也会将它们各自的活塞52和94移动到起始位置。复位弹簧96和98环绕着驱动轴80固定在传动箱50上。每个复位弹簧96和98上分别设有一个复位臂102和104和一个固定指106和108。在复位弹簧96和98被固定在传动箱50上后，指106和108被安置在设于摆动臂66和100中的孔110和112中。如图4所示，驱动轴80连接着一对驱动超越离合器114的内周，而驱动超越离合器又在它们的外周上连接着摆动臂100。驱动超越离合器114被如此定向，即在摆动臂100被活塞94驱动时，驱动超越离合器114将摆动臂100的旋转运动传递到驱动轴80上。在复位冲程中，驱动超越离合器114作“飞轮”运动，以使复位弹簧96带动摆动臂100返回其起始位置，而不向驱动轴80传递大量的旋转能量。

一个防反转超越离合器116在摆动臂66与100之间固定在驱动轴80上，以进一步减少摆动臂66和100与驱动轴80之间的旋转能量传递。如图4所示，防反转超越离合器116在一个驱动轴孔118中固定在传动箱50中，该驱动轴孔在摆动臂66与100之间形成在传动箱50中。

防反转超越离合器116通过焊接或其他类似的固定措施固定在传动箱50中。防反转超越离合器116的结构类似于驱动超越离合器114，但它以相对于驱动超越离合器114相反的操作方向连接着驱动轴80。这样，当摆动臂100位于其驱动冲程中时，驱动超越离合器114可将摆动臂100的旋转能量传递到驱动轴80上。在这个驱动冲程中，防反转超越离合器116处于其“飞轮”方位，以使驱动轴80自由旋转。一旦摆动臂100结束其驱动冲程，复位弹簧96就会将摆动臂100带回其起始位置。在复位弹簧96转动摆动臂100时，驱动超越离合器114处于它们的“飞轮”方位，以限制旋转能量从摆动臂100向驱动轴80的传递，并且减小施加到复位弹簧96上的阻力。

如图5所示，防反转超越离合器116中设有一个外座圈120和一个内座圈122。外座圈120和内座圈122均优选由硬化钢制成，以提高防反转超越离合器116的使用寿命。外座圈120上设有内环接触面124。外座圈120上还设有一个外表面126，该外表面通过焊接或其他方法固定在传动箱50上，如图中所示(图4和5)。如图5所示，内座圈122上可以设有一个带键的内环表面128，用以连接在驱动轴80上，以便于将扭矩从驱动轴80传递到内座圈122上，驱动轴上可以设有也可以不设有类似的带键表面(未示出)。内座圈122上还设有一个外环接触面130。

在外座圈120与内座圈122之间设有一个楔块组件132(图5)。如图5所示，楔块组件132包括一个楔块保持架134、一对卷簧136和多个楔块138。当楔块组件132被从防反转超越离合器116中取出后，卷簧136可将楔块138推入直立位置。然而，当楔块138位于它们的直立位置时，外座圈120与内座圈122之间没有足够的空间用以将楔块组件132插入它们之间。因此，楔块138必须略微倾斜，以便组装防反转超越离合器116。每个楔块138上分别优选设有一个本体140，用以接触内座圈122的外环接触面130，以及一个头部142，用以接触外座圈120的内环接触面124。优选使本体140比头部142和设在楔块保持架134中的开口144均略宽并略窄。本体140的宽度可以防止楔块138从楔块保持架134中脱出。本体140的长度提供出了足够的间隙，以将卷簧136安置在本体140与楔块保持架134的侧壁146之间。由于本体140比头部142短，因此卷簧136能够将头部142的悬出部分148向外推动，从而将楔块138推入它们的直立位置。

在防反转超越离合器116被完全组装后，楔块组件132安置在外座圈124中，内座圈122安置在楔块组件132中(图4和5)。这样，内座圈132能够沿第一方向(图中的逆时针方向)相对于外座圈120旋转，因为这种旋转可以使楔块138从它们的直立位置倾斜开。相反，防反转超越离合器116可以防止内座圈132沿相反方向(图中的顺时针方向)相对于外座圈120旋转，因为这种旋转可以使楔块138向着它们的直立位置倾斜，从而将楔块138嵌入内座圈122与外座圈120之间。这样，固定在内座圈122的驱动轴80能够相对于防反转超越离合器116自由地沿逆时针方向旋转，因为这种旋转可以使楔块138从它们的直立位置倾斜开。相反，如果试图使驱动轴沿顺时针方向旋转，卷簧136会将楔块136推向它们的直立位置，从而将内座圈122的扭转力传递到外座圈120上。由于外座圈120焊接在传动箱50上，因此驱动轴80沿顺时针方向的旋转会被防反转超越离合器116阻止。

防反转超越离合器116的设置是为了防止驱动轴80沿着摆动臂100复位的方向作任何继续旋转。如果驱动超越离合器114与驱动轴80之间的摩擦力足够大，从而能够在摆动臂100的复位冲程中将一定量的旋转能量从驱动超越离合器114传递到驱动轴80上，则防反转超越离合器116能够防止驱动轴80旋转。由于防反转超越离合器116焊接在传动箱50上，因此防反转超越离合器116能够将驱动轴80的任何“向后”的旋转能量传递到传动箱50上，从而可以防止驱动轴80沿着摆动臂100复位的方向旋转。

防反转超越离合器116可以持续地防止驱动轴80向后旋转，直至摆动臂66和100开始在驱动冲程中带动驱动轴80旋转。通过这种方式，防反转超越离合器116可以确保驱动轴80沿单一的方向旋转。

为了使本发明的变冲程马达10运转，轴旋转器42被启动，以使阀轴16在中空筒体14中旋转。之后，流体压力发生器82被启动，以将压力流体例如蒸汽供应到第一流体入口18以及辅助阀和活塞组件88中。阀轴16因此而以恒定的速度旋转。在流体开始以低压供应到第一流体入口18中时，由于第一槽26打开了第一流体入口18与第一流体出口20之间的流体通道，因此会有少量的流体进入驱动筒体48中。将流体引入驱动筒体48中会迫使活塞52离开阀壳12。随着摆动臂66的转动，活塞杆60中的孔眼62将随着摆动臂66的往复运动而略微摆动。活塞杆60的摆动将导致整个活塞52相对于驱动筒体48略微倾斜。为了减小倾斜量，活塞52被这样布置，即它在起始位置和终止位置上均略微倾斜。这样可以降低活塞52在其满冲程中央时的倾斜程度。摆动臂66和活塞杆60优选被设计得具有这样的长度，即足以将活塞52带到其起始位置，在此，活塞52相对于垂直于驱动筒体48中心轴线的位置倾斜两度。

为了检验活塞52的倾斜程度，希望在活塞52的满冲程时实施检验，也就是在流体以满载压力供应到第一流体入口18时检验。在驱动筒体48开始被充入流体时，活塞52将移向摆动臂66，以导致活塞52从阀壳12移开，从而推动摆动臂66开始转动。随着摆动臂66转动，活塞杆60将在摆动臂66的轭64中摆动。活塞52持续摆动，直至活塞52垂直于驱动筒体48的中心轴线。这种情况发生在活塞52通过其满冲程的四分之一时。

随着更多的流体进入驱动筒体48中，活塞52继续摆动着离开驱动轴80，直至活塞52如图1所示通过其满冲程的一半。在这个位置上，活塞52从垂直于驱动筒体48中心轴线的位置倾斜了两度，但倾斜方向与起始位置时的两度倾斜方向相反。随着驱动筒体48中继续充入流体，摆动臂66进一步转动，直至活塞52通过其满冲程的四分之三。在这个位置上，摆动臂66充分转动，以使活塞52再次垂直于驱动筒体48的中心轴线。随着驱动筒体48中继续充入流体，摆动臂66进一步转动，活塞52移动到从垂直于驱动筒体48中心轴线的位置倾斜两度的位置上。这个两度的倾斜与活塞52位于满冲程起始位置时相对于垂直方向的两度倾斜处在相同方向上。在满载流体压力下，这种满冲程出现在第一流体入口18和第一流体出口20(图3)之间的流体通道每次打开时。

这样，并非是将活塞52在起始位置时定向得垂直于驱动筒体48的中心轴线并且在摆动臂66转动通过其循环周期时使活塞52摆动较大的角度，而是使活塞52在起始位置时相对于垂直方向倾斜两度。通过这种方式，活塞52从相对于垂直方向倾斜两度的位置开始，循环通过垂直位置，到达在相反方向相对于垂直方向倾斜两度的位置，再次循环通过垂直位置，最后到达与起始位置方向相同的相对于垂直方向倾斜两度的位置。这样，在整个冲程中，从垂直位置偏斜的总量可以保持在最小值。

尽管变冲程马达10完全能够循环通过上述满冲程，但这个满冲程只是在全额流体压力下实现的。在只有少量压力供应到第一流体入口18中时，活塞52将移动通过短得多的冲程周期。随着流体压力发生器82供应的流体压力升高，大量的流体随着阀轴16的每次旋转而从第一流体入口18开始流过第一流体出口20并且进入驱动筒体48中。流入驱动筒体48中的更大量的流体将更快地移动活塞52，从而实现越来越长的冲程。摆动臂66将这个加长的冲程转换成驱动轴80的更大转角。由于轴旋转器42以恒定的速度旋转阀轴16，因此每个循环周期占据相同的时间，而不论供应的流体压力如何。这样，驱动轴80在相同时间内的更大转角将转换成驱动轴80的更高转速。

对于驱动轴16的每次旋转，设在阀轴16上的第二槽28将打开第二流体入口22与第二流体出口24之间的流体通道一次(图1)。在这一时段内，复位弹簧96的力导致摆动臂66将活塞杆60向着活塞52的方向推动，以将流体通过第二流体入口22和第二流体出口24而推出驱动筒体48。此后，流体通过辅助输送软管86返回流体压力发生器82，以使流体重新被压缩和再次循环通过马达10(图2)。随着活塞52被驱动，辅助阀和活塞组件88以往复的方式运转，从而在活塞52位于其复位冲程中时驱动上述驱动轴80。如前所述，防反转超越离合器116可以防止摆动臂66和100在它们的复位周期中将旋转能量传递到驱动轴80上。

由于阀轴16以恒定的速度旋转，因此通过改变进入第一流体入口18的流体压力值，可以导致活塞52通过更长距离的冲程，从而在相同的时间间隔中驱动上述驱动轴80通过更长的距离。流体压力发生器82可以设有一个加热调节控制器150，例如丙烷阀门，以改变输送到流体压力发生器82中的热量，并因此而改变流体压力。这样，变冲程马达10可以直接将更大量的热量转换成驱动轴80的更快旋转。

前面的描述和附图中只是用于对本发明作解释和显示，但本发明并不局限于此，而是只由权利要求书中限定，这是因为在不脱离本发明范围的前提下，本领域的普通技术人员在阅读了这里的公开内容后可以作出各种修改和变化。例如，可以预期，任何数量的辅助阀和活塞组件可以安装在驱动轴80上，而且阀壳的流体入口和流体出口以及阀轴上的槽的尺寸可以在大范围内变化。

Claims (8)

1.一种驱动轴组件，它包括：

(a)一个壳体；

(b)一个驱动轴；

(c)第一超越离合器组件，其包括：

(i)第一内座圈，其具有第一外环接触面；

(ii)第一外座圈，其具有与上述第一内座圈径向相隔的第一内环接触面，上述第一内环接触面和上述第一外环接触面之间构成了第一环形空间；

(iii)第一组楔块，它们设在上述第一环形空间中，上述第一组楔块具有这样的结构和移动模式，即能够使上述第一内座圈沿第一方向相对于上述第一外座圈旋转，并防止上述第一内座圈沿第二方向相对于上述第一外座圈旋转；

(iv)第一楔块保持装置，其用于将上述第一组楔块保持在上述第一环形空间中；

(d)其中上述壳体固定在上述第一外座圈上；

(e)上述驱动轴固定在上述第一内座圈上；

(f)还包括连接在上述驱动轴上的、用于驱动上述驱动轴的装置；

(g)上述驱动装置通过第二超越离合器连接着上述驱动轴，第二超越离合器包括：

(i)第二内座圈，其具有第二外环接触面；

(ii)第二外座圈，其具有与上述第二内座圈径向相隔的第二内环接触面，上述第二内环接触面和上述第二外环接触面之间构成了第二环形空间；

(iii)第二组楔块，它们设在上述第二环形空间中，上述第二组楔块具有这样的结构和移动模式，即能够使上述第二内座圈沿第一方向相对于上述第二外座圈旋转，并防止上述第二内座圈沿第二方向相对于上述第二外座圈旋转；

(iv)第二楔块保持装置，其用于将上述第二组楔块保持在上述第二环形空间中；

(v)其中上述第二超越离合器以这样的方式连接着上述驱动轴，即能够通过上述第二超越离合器将上述驱动装置的旋转运动传递到上述驱动轴上；

(h)上述第一超越离合器和上述第二超越离合器在彼此相反的超越运动方向上固定在上述驱动轴上。

2.如权利要求1所述的驱动轴组件，其特征在于，上述驱动装置包括一个摆动臂。

3.如权利要求2所述的驱动轴组件，其特征在于，上述摆动臂枢轴式连接着一个活塞。

4.如权利要求3所述的驱动轴组件，还包括用于往复移动上述活塞的装置。

5.如权利要求4所述的驱动轴组件，其特征在于，上述往复移动装置包括：

(a)一个阀壳，其上形成了：

(i)一个中空筒体；

(ii)与上述中空筒体流体连通的第一流体入口；

(iii)与上述中空筒体流体连通的第一流体出口；

(iv)与上述中空筒体流体连通的第二流体入口；

(v)与上述中空筒体流体连通的第二流体出口；

(b)一个阀轴，其安置在上述中空筒体中，上述阀轴可在基本上封闭了上述第一流体入口和上述第一流体出口之间流体通道的第一位置与基本上封闭了上述第二流体入口和上述第二流体出口之间的流体通道第二位置之间旋转；

(c)上述阀轴上设有第一槽和第二槽；

(d)上述第一槽以这样的方位设在上述阀轴上，即在上述阀轴位于上述第一位置时，第一槽会打开上述第二流体入口与上述第二流体出口之间的流体通道；

(e)上述第二槽以这样的方位设在上述阀轴上，即在上述阀轴位于上述第二位置时，第二槽会打开上述第一流体入口与上述第一流体出口之间的流体通道；

(f)连接着上述阀轴的、用于使上述阀轴在上述第一位置与上述第二位置之间旋转的装置。

6.如权利要求5所述的驱动轴组件，还包括推压上述活塞以将流体推出上述驱动筒体的装置。

7.如权利要求6所述的驱动轴组件，其特征在于，上述推压装置是一个弹簧。

8.一种驱动轴防反转驱动装置，它包括：

(a)一个变冲程马达，其具有：

(i)一个驱动筒体，其包含：

a.一个活塞；

b.一个活塞杆，其在一端连接着上述活塞；以及

c.一个摆动臂，其连接着上述活塞杆的相反端；

(ii)阀装置，其用于以预期的时间间隔向上述驱动筒体供应流体，以便在驱动冲程中沿一个方向驱动上述活塞；

(iii)推压装置，其用于在复位冲程中沿着与上述一个方向相反的方向推动上述活塞；

(b)一个驱动超越离合器组件，其连接着上述驱动轴和上述摆动臂，用于在上述活塞的驱动冲程中将旋转能量从上述驱动筒体传递到驱动轴上，并且在上述活塞的复位冲程中使驱动轴相对于摆动臂作飞轮运动；以及

(c)一个防反转超越离合器组件，其在与上述驱动超越离合器组件相反的操作方向上固定在上述驱动轴上，用于在复位冲程中防止驱动轴沿着与其在驱动冲程中被驱动的方向相反的方向旋转。

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