CN206368928U - 摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器 - Google Patents

Abstract

一种摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器特殊之处在于：超越离合器包括用于控制摩擦片的分与合的自锁/超越控制装置；自锁/超越控制装置包括第一螺旋面偶件和第二螺旋面偶件；第一螺旋面偶件上设置有第一螺旋面；第二螺旋面偶件上设置有与第一螺旋面相配合的第二螺旋面；第一螺旋面偶件与支撑主体固连，第二螺旋面偶件与内毂/外鼓固连；第二螺旋面偶件位于支撑主体和第一螺旋面偶件之间；第二螺旋面偶件相对于第一螺旋面偶件能作螺旋滑动。本实用新型为面接触式超越离合器，相比现有点接触、线接触和径向面接触式离合器，能有效传递大扭矩及大力矩的动力，可靠性更高，能够满足高速、高频、重载等恶劣工况的需要。

Description

摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器

技术领域

本实用新型涉及一种超越离合器。

背景技术

现有技术中，超越离合器具有多种结构型式，包括棘轮式、滚柱斜槽式、锲块式和链环式等，但这些结构的超越离合器皆存在着诸多不足：

棘轮式超越离合器主要由外轮、棘轮、棘爪和叶片多个弹簧组成。当外轮相对于棘轮向一个方向旋转时，棘爪卡住棘轮，外轮与棘轮连为一体并同步旋转，离合器处于锁止状态；当外轮相对于棘轮向另一个方向旋转时，棘爪与棘轮之间产生相对滑动，外轮成为自由轮，离合器处于自由状态。这种离合器的棘轮与棘爪的接合位置受限制(棘轮相对外轮每次至少转动一个棘齿的角度，才能保证棘爪与棘轮相配合)、接合时产生较大冲击和噪声，反应不够灵敏，只适用于低速、低频传动。

滚柱斜槽式超越离合器由外环、内环、滚柱、滚柱复位多个弹簧等组成。在外环内表面或内环外表面成形有容纳滚柱的楔形槽，楔形槽内装有滚柱及其复位多个弹簧，多个弹簧的弹力将各滚柱推向楔形槽较窄的一端。当外环相对于内环向一个方向转动时，在开始转动的一瞬间，滚柱便在摩擦力和多个弹簧力的作用下被卡死在楔形槽较窄的一端，于是内外环互相连成一体，不能相对转动，此时超越离合器处于锁止状态；当外环相对于内环向另一个方向转动时，滚柱在摩擦力的作用下，克服多个弹簧的弹力，滚向楔形槽较宽的一端，出现打滑现象，外环相对于内环可自由滑转，此时超越离合器脱离锁止而处于自由状态。由于滚柱与内、外环始终处于线接触状态，因而这种离合器仅适用于中速、低频的场合，最高频率不超过150次/分；另外楔形槽加工较复杂，工艺性差，要求使用高硬度和高耐磨性的材料，另外还要求滚柱的心部具有韧性，能够承受冲击载荷以避免碎裂。

锲块式超越离合器和滚柱斜槽式超越离合器的结构相似，也由外环、内环和位于外环和内环之间滚子等组成。与滚柱斜槽式离合器不同的是：其外环和内环上皆没有楔形槽，其滚子是特殊形状的锲块。锲块的形状类似于平行四边形，平行四边形的一条对角线方向的尺寸略大于内外环之间的距离，另一条对角线方向的尺寸略小于内外环支间的距离。当外环相当内环向一个方向转动时，锲块在摩擦力的作用下竖立，因自锁作用而被卡死在内外环之间，内外环无法相对滑转，此时离合器处于锁止状态；当外环相当于内环向另一个方向转动时，锲块在摩擦力的作用下倾倒，脱离锁止状态，内环与外环可以相对滑动，此时离合器处于自由状态。由于锲块与内外环皆为点接触，因而不仅锲块易于磨损，反应不灵敏，而且无法应用于高速、高频、重载的场合，另外锲块加工工艺较复杂，工艺性差，生产成本高。

为了克服上述径向点(或线)接触式离合器的不足，出现了一种径向面接触式超越离合器——链环式超越离合器。中国国家知识产权局1999年1月27日公开的CN1206077号实用新型专利申请公开说明书，公开了一种“链环式单、双向超越离合器”，该离合器由外套、内芯、控制键和链环组成。链环置于外套和内芯之间，由依次连接的链首、多个链节及链尾组成；控制键的一端同时插入链首与链尾端部的长方形通孔中，使得链首与链尾搭接，另一端插入外套的梯形槽中。链节之间互相钩接处设置有调整销。外套上固定有预紧多个弹簧，预紧多个弹簧的另一端与链环相固定。通过外套拨动控制键使得链环紧紧抱住内芯实现自锁。该离合器尽管接合元件为面接触，反向开启力小，不易磨损；但链环与内芯的接合效果易受离合器旋转速度的影响，例如离合器高速运转时，链环由于离心力过大而与内芯松开，因而这种超越离合器不适合于高速传动，无法应用到如汽车变速器等要求必须高速运转的场合；另外链环式超越离合器传递扭矩完全依靠控制键承担，控制键接触部分的挤压应力很大，影响使用寿命，对于控制键的材料和制造工艺要求很高。

实用新型内容

为克服上述背景中提到的现有技术的诸多不足，本实用新型提供了一种依靠摩擦片传递扭矩、利用周布螺旋面进行压紧锁止的超越离合器，能够有效地传递大扭矩，适用于高速、高频、重载的场合。

本实用新型的第一种技术解决方案是：

一种摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，包括设置于同一旋转轴线上的离合限位装置1、外圈传力装置2、内圈传力装置3；

离合限位装置1包括与离合器的输入轴固连的支撑主体11；

外圈传力装置2包括外鼓22和设置在外鼓内的多个外圈摩擦片21，外圈摩擦片21沿轴向相对于外鼓能作相对滑动，沿周向与外鼓同步旋转；

内圈传力装置3包括内毂32和设置在内毂外的多个内圈摩擦片31，内圈摩擦片31沿轴向相对于内毂32能作相对滑动，沿周向与内毂同步旋转；

外圈摩擦片21和内圈摩擦片31构成摩擦元件；

多个外圈摩擦片21和多个内圈摩擦片31沿轴向交替布置；

支撑主体11和外鼓22分别作为离合器的两个传力端；

其特殊之处在于：

所述超越离合器还包括用于控制外圈摩擦片21和内圈摩擦片31的分与合的自锁/超越控制装置；

所述自锁/超越控制装置包括第一螺旋面偶件13和第二螺旋面偶件14；

第一螺旋面偶件13上设置有第一螺旋面131；第二螺旋面偶件14的配合面上设置有与第一螺旋面131相配合的第二螺旋面141；

所述第一螺旋面偶件13与支撑主体11固连，第二螺旋面偶件14与内毂32固连；第二螺旋面偶件14位于支撑主体11和第一螺旋面偶件13之间，第二螺旋面偶件14相对于第一螺旋面偶件13能作螺旋滑动。

当在扭转力矩的作用下支撑主体11相对于外鼓22有旋转趋势时，扭矩通过与第二螺旋面偶件14固连的内毂32传递，内毂32带动内圈摩擦片31轴向移动，使内圈摩擦片31和外圈摩擦片21接合，最后通过外鼓22向外传递。

基于上述基本技术方案，本实用新型还作出如下限定和/或优化：

上述离合限位装置1还包括挡圈12；上述支撑主体11为带颈圆环结构，其颈部为中空圆柱，其底部为外伸圆环111；支撑主体11的颈部外侧面设置有挡圈槽114和限位台阶112；挡圈12设置在挡圈槽114内；挡圈12和限位台阶112用于固定第一螺旋面偶件13的轴向位置；支撑主体11的圆环用于限制内圈摩擦片31和外圈摩擦片21的轴向位置。

为了使超越离合器可控性更好，上述超越离合器还包括附加离合控制装置；所述附加离合控制装置包括设置在外鼓22上的环形控制油缸；所述环形控制油缸包括缸体7和连接主体6以及设置在缸体7和连接主体6之间的压盘5；压盘5的横截面近似为U型；所述压盘5的底部端面和连接主体6之间设置有多个弹簧4；所述压盘5的其中一个顶部被容纳于缸体7中，构成环形控制油缸的活塞，该顶部端面和缸体7之间构成密封油室；所述压盘5的另一个顶部端面用于压紧所述摩擦元件。

为了使本实用新型的超越离合器的控制更灵敏，在上述基本技术方案的基础上，本实用新型增加了多个压紧弹簧4，以消除摩擦元件之间的间隙，使得超越离合器自锁时反应灵敏可靠，超越时不至于产生过大的拖滞力。压紧弹簧4的布置方式主要有以下几种：

第1种形式布置方式(参见图6)：

多个压紧弹簧4设置在支撑主体11和第一螺旋面偶件13之间。

第2种布置方式(参见图9)：

在支撑主体11上设置定位导向槽；在定位导向槽和摩擦元件之间设置压盘5；多个压紧弹簧4设置在压盘5和定位导向槽之间。

第3种布置方式(参见图7)：

多个压紧弹簧4还设置在支撑主体11和第二螺旋面偶件14之间。

第4种布置方式(参见图11)：

在支撑主体11和摩擦元件之间设置活塞15；多个压紧弹簧4设置在支撑主体11和活塞15之间。

既要使上述超越离合器的螺旋面偶件产生自锁，又能保证螺旋面偶件自动解锁，上述第一螺旋面偶件13、第二螺旋面偶件14、外圈摩擦片21和内圈摩擦片31满足如下条件：

式中，β为两个螺旋面偶件的螺旋面有效接触部分的平均螺旋角；

μ为外圈摩擦片21和内圈摩擦片31摩擦副间的摩擦系数；

μ＇为两个螺旋面偶件的螺旋面间的摩擦系数；

n为内圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片数的小值。

本实用新型的第二种技术解决方案是：

一种摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，包括设置于同一旋转轴线上的离合限位装置1、外圈传力装置2、内圈传力装置3；

离合限位装置1包括与离合器的壳体固连的支撑主体11；

外圈传力装置2包括外鼓22和设置在外鼓内的多个外圈摩擦片21，外圈摩擦片21沿轴向相对于外鼓能作相对滑动，沿周向与外鼓同步旋转；

内圈传力装置3包括内毂32和设置在内毂外的多个内圈摩擦片31，内圈摩擦片31沿轴向相对于内毂32能作相对滑动，沿周向与内毂同步旋转；

外圈摩擦片21和内圈摩擦片31构成摩擦元件；

多个外圈摩擦片1和多个内圈摩擦片31沿轴向交替布置；

支撑主体11和内毂32分别作为离合器的两个传力端；

其特殊之处在于：

所述超越离合器还包括用于控制外圈摩擦片21和内圈摩擦片31的分与合的自锁/超越控制装置；

所述自锁/超越控制装置包括第一螺旋面偶件13和第二螺旋面偶件14；

第一螺旋面偶件13上设置有第一螺旋面131；

第二螺旋面偶件14上设置有与第一螺旋面131相配合的第二螺旋面141；

所述第一螺旋面偶件13与所述支撑主体11固连，第二螺旋面偶件14与所述外鼓22固连；第二螺旋面偶件14位于支撑主体11和第一螺旋面偶件13之间；第二螺旋面偶件14相对于第一螺旋面偶件13能作螺旋滑动。

当在扭转力矩的作用下内毂32相对于支撑主体11有旋转趋势时，内毂32上的扭矩通过内圈摩擦31与外圈摩擦21接合向外传递，最后通过与第二螺旋面偶件14固连的外鼓22和第一螺旋面偶件13向支撑主体11传递。

基于上述基本技术方案，本实用新型还作出如下限定和/或优化：

上述支撑主体11为圆环结构，支撑主体11用于限制内圈摩擦片31和外圈摩擦片21的轴向位置。

考虑到传力性能和加工工艺，上述支撑主体11的端面上设置有向摩擦片方向伸出的环形凸起111，环形凸起111的位置与外圈摩擦片和内圈摩擦片的接触面相对应(参见图2)。

为了使超越离合器可控性更好，上述超越离合器还包括附加离合控制装置；附加离合控制有以下几种结构形式：

第1种(参见图2c)：

所述附加离合控制装置包括设置在支撑主体11内的环形缸体、设置在环形缸体内的活塞15、设置在第二螺旋面偶件14和活塞15之间的多个弹簧4；在所述活塞15的一个端面上设置有压紧端面，用于压紧外圈摩擦片21和内圈摩擦片31，所述压紧端面位于弹簧4的一侧；所述活塞15的另一个端面和所述环形缸体之间构成密封油室。

第2种(参见图2d)：

所述附加离合控制装置包括设置在支撑主体11内的环形缸体、设置在环形缸体内的活塞15、设置在第一螺旋面偶件13和活塞15之间的压盘16、设置在压盘16和第一螺旋面偶件13之间的多个弹簧4；所述活塞15的一个端面和所述环形缸体之间构成密封油室；所述活塞15的另一个端面正对所述压盘16并和压盘16接触；所述压盘16和第二螺旋面偶件14上均设置有相互限位的台阶，压盘16上的台阶可以推动第二螺旋面偶件14上的台阶向活塞15方向移动。

第3种(参见图8)

所述附加离合控制装置包括设置在第二螺旋面偶件14上的环形缸体、设置在环形缸体内的活塞15、设置在支撑主体11和第二螺旋面偶件14之间的多个弹簧4；所述活塞15的一个端面和所述环形缸体之间构成密封油室；所述活塞15的另一个端面和第二螺旋面偶件14接触。

为了使本实用新型的超越离合器的控制更灵敏，在上述基本技术方案的基础上，本实用新型增加了多个压紧弹簧4，以消除摩擦元件之间的间隙，使得超越离合器自锁时反应灵敏可靠，超越时不至于产生过大的拖滞力。压紧弹簧4的布置方式主要有以下几种：

第1种布置方式(参见图7)：

多个压紧弹簧4还设置在支撑主体11和第二螺旋面偶件14之间。

第2种布置方式(参见图11)：

在支撑主体11和摩擦元件之间设置活塞15；多个压紧弹簧4设置在支撑主体11和活塞15之间。

既要使上述超越离合器的螺旋面偶件产生自锁，又能保证螺旋面偶件自动解锁，上述第一螺旋面偶件13、第二螺旋面偶件14、外圈摩擦片21和内圈摩擦片31满足如下条件：

式中，β为两个螺旋面偶件的螺旋面有效接触部分的平均螺旋角；

μ为外圈摩擦片21和内圈摩擦片31摩擦副间的摩擦系数；

μ＇为两个螺旋面偶件的螺旋面间的摩擦系数；

n为内圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片数中的小值。

本实用新型的优点是：

1、与其他类型超越离合器相比，本实用新型所提供的超越离合器为面接触式超越离合器，主动部分和从动部分的摩擦元件轴向布置，通过两个螺旋面偶件之间的作用力压紧摩擦元件，依靠摩擦元件间的摩擦力传递力矩，相比现有点接触、线接触和径向面接触式离合器，能有效传递大扭矩及大力矩的动力，可靠性更高，能够满足高速、高频、重载等恶劣工况的需要。

2、本实用新型第一螺旋面偶件和第二螺旋面偶件，以及外圈摩擦片和内圈摩擦片沿轴向依次排列布置，因此超越离合器的锁止和解锁不受转速影响，无极限转速限制，且接合平稳，无冲击、噪声。

3、本实用新型的两个螺旋面偶件可以布置在摩擦片的径向位置，因此轴向尺寸小、制造工艺简单。

4、本实用新型螺旋面偶件的布置位置灵活，可布置于摩擦元件内侧或沿着轴向与摩擦元件并排排列，也可布置于摩擦元件外侧，具体根据实际需要灵活设计。

5、本实用新型能够方便地将普通离合器与超越离合器结合在一起，构成解锁时传力可控的组合式离合器，同时具有超越离合和普通离合的功能，适用范围更广。

6、本实用新型的靠面接触传递力矩，因而耐磨性好，使用寿命长。

附图说明

图1为本实用新型的摩擦片式周布螺旋面内压紧超越离合器的装配剖视图；(实施例1)

图1a和图1b分别为图1所示离合器两种不同视角的立体分解图；

图1c为图1所示内压紧超越离合器与普通离合器结合为一体的装配剖视图；(实施例2)

图2为本实用新型的摩擦片式周布螺旋面外压紧超越离合器的装配剖视图；(实施例3)

图2a和图2b分别为图2所示离合器的两种不同视角的立体分解图；

图2c为在图2所示外压紧超越离合器与一种普通离合器结合为一体的装配剖视图；(实施例4)

图2d为图2所示外压紧超越离合器与另一种普通离合器结合为一体的装配剖视图；(实施例5)

图2d-1和图2d-2分别为图2d所示离合器的两种不同视角的立体分解图；

图3本实用新型螺旋面偶件的装配面上的螺旋面形成示意图；

图4为本实用新型两个螺旋面偶件的装配关系示意图；

图5为图1和图2所示超越离合器的结构原理简化示意图；

图6为图1所示内压紧超越离合器增加多个弹簧的简化示意图(实施例7)；

图7为图1、图2所示超越离合器增加多个弹簧的简化示意图(实施例8)；

图8为图2所示外压紧超越离合器增加多个弹簧的简化示意图(实施例6)；

图9为图1所示内压紧超越离合器增加多个弹簧的简化示意图(实施例9)；

图10为图1c所示内压紧超越离合器结构简化示意图；

图11为图1、2所示超越离合器增加多个弹簧的简化示意图(实施例10)；

图12为图2c所示超越离合器结构简化示意图；

图13为图2d所示超越离合器结构简化示意图；

图14为本实用新型图1和图2所示超越离合器的受力分析示意图。

具体实施方式

实施例1：摩擦片式周布螺旋面内压紧超越离合器

参见图1、图1a、图1b和图5，摩擦片式周布螺旋面内压紧超越离合器包括同中心旋转轴线布置的离合限位装置1、外圈传力装置2、内圈传力装置3以及用于控制离合器的摩擦片接合与分离的自锁/超越控制装置。

1、外圈传力装置

外圈传力装置2包括多个具有外齿211的外圈摩擦片21和一个具有内齿221的外鼓22；外鼓22套装在外圈摩擦片21外，外鼓22的内齿221与外圈摩擦片21的外齿211相配合；外鼓22与外圈摩擦片21沿轴向可以相对移动、沿圆周方向同步旋转。

2、内圈传力装置

内圈传力装置3包括多个具有内齿311的内圈摩擦片31和一个具有外齿321的内毂32；内圈摩擦片31套装在内毂32外，内毂32的外齿321与内圈摩擦片31的内齿311相配合；内毂32与内圈摩擦片31沿轴向可以相对移动、沿圆周方向同步旋转。

内毂32上靠近其一个端部的外周上还设置有限制内圈摩擦片31和外圈摩擦片21轴向位置的台阶322和挡片33；台阶322挡住挡片33，限止挡片33滑出内毂32的端部；挡片33用于限制内圈摩擦片31和外圈摩擦片21的轴向位置，防止内圈摩擦片31和外圈摩擦片21滑出内毂32。

外圈传力装置2套装在内圈传力装置3外，外圈传力装置2的外圈摩擦片21和内圈传力装置3的内圈摩擦片31沿轴向相间布置且都位于挡片33和离合限位装置1之间。

上述外圈摩擦片21和内圈摩擦片31构成摩擦元件。

3、离合限位装置

离合限位装置1主要包括与离合器的输入轴固连的支撑主体11。

支撑主体11为带颈圆环结构，其颈部为中空圆柱，其底部为沿径向向外的外伸圆环111。

外伸圆环111能够限制内圈摩擦片31和外圈摩擦片21的轴向位置，便于对摩擦片进行压紧。

中空圆柱的外周沿轴向依次设置有限位台阶112、用于在圆周方向传递扭矩的第一花键113以及限制装于所述中空圆柱上其他零件轴向位置的挡圈槽114，其中，限位台阶112靠近外伸圆环111；中空圆柱的内周设置有用于向外传递动力的第二花键115。

4、自锁/超越控制装置

自锁/超越控制装置包括第一螺旋面偶件13和第二螺旋面偶件14。

第一螺旋面偶件13的配合面上沿圆周方向均匀设置有多个第一螺旋面131；第二螺旋面偶件14的配合面上沿圆周方向均匀设置有与第一螺旋面131数量相等、形状相适配的第二螺旋面141。

第一螺旋面131和第二螺旋面141可以右旋也可以左旋，旋向与离合器传递扭矩的方向相关：参见图1、1a和1b，扭转力矩施加在支撑主体11上，在图示位置从左向右看，当在扭转力矩的作用下支撑主体11相对于外鼓22有顺时针方向的旋转趋势时，若第一螺旋面131和第二螺旋面141右旋(图示的旋向即为右旋)，则在此力矩作用下超越离合器处于超越状态；若第一螺旋面131和第二螺旋面141左旋，则在此力矩作用下超越离合器处于锁止状态，支撑主体11上的扭矩通过第一螺旋面偶件13、与第二螺旋面偶件14固连的内毂32、内圈摩擦片31、外圈摩擦片21和外鼓22向外传递。

第一螺旋面偶件13通过其中心花键132套装在第一花键113上(端部螺旋面面向支撑圆环面111安装)，并靠在限位台阶112上，通过第一花键113和中央花键132配合，使第一螺旋面偶件13相对于支撑主体11无周向转动；挡圈12安装在挡圈槽114中，挡圈12和限位台阶112共同固定第一螺旋面偶件13的轴向位置，使第一螺旋面偶件13相对于支撑主体11无轴向移动。

第二螺旋面偶件14安装于内毂32内并与内毂32固连为一体件(实际实施时可在内毂32的端面上加工第二螺旋面141，或者在固连于内毂32上的挡片33远离摩擦元件的端面上加工第二螺旋面141)，整体通过第二螺旋面偶件14的中心孔142套装在支撑主体11上，并且第二螺旋面偶件14位于内毂32、支撑主体11和第一螺旋面偶件13所形成的空间内，且第二螺旋面偶件14相对于第一螺旋面偶件13能够作螺旋滑动。当第二螺旋面偶件14相对于第一螺旋面偶件13螺旋上升滑动一定距离时(此时第二螺旋面偶件14与第一螺旋面偶件13之间的空间有所增大)外圈摩擦片21和内圈摩擦片31互相压紧接合传递力矩。

支撑主体11和外鼓22分别作为离合器的扭矩输入端和扭矩输出端；或者，支撑主体11和外鼓22分别作为离合器的扭矩输出端和扭矩输入端。

实施例2：传力可控的离合器一

图1c和图10所示离合器为传力可控的离合器，具有超越离合器和普通离合器的功能，适用于可以控制在超越状态下是否需要传递扭矩，以及适用于液压系统无压力状态下需要传递扭矩的工况。

图1c所示离合器是在实施例1的结构基础上，增加了一个附加离合控制装置，该附加离合控制装置包括设置在外鼓22上的一个环形控制油缸，该环形控制油缸包括缸体7和连接主体6以及设置在缸体7和连接主体6之间的横截面近似为U型的压盘5。压盘5的底部端面和连接主体6之间设置有多个弹簧4；压盘5的其中一个顶部被容纳于缸体7中，构成环形控制油缸的活塞，该顶部端面和缸体7之间构成密封油室；压盘5另一个顶部端面用于压紧内毂32端部的挡片33。

该离合器有以下两种工况：

(1)向密封油室充油时，液压推力克服多个弹簧4的弹簧力使压盘5脱离挡片33；此时图1c所示离合器是一个超越离合器：符合超越条件时该离合器将进入超越工况；符合锁止条件时该离合器将进入锁止工况。

(2)当密封油室泄压时，弹簧4的弹簧力将活塞回位，同时压盘5压向摩擦元件，此时图1c所示离合器根据扭矩传递的方向分别起到超越离合器和普通离合器的作用：

当传递扭矩的方向符合进入超越状态条件时，图1c所示离合器起普通离合器作用，其传递扭矩大小取决于弹簧4的整体弹簧力大小；

当传递扭矩的方向符合进入锁止状态条件时，图1c所示离合器将进入锁止工况，图1c所示离合器起超越离合器作用。

实施例3：摩擦片式周布螺旋面外压紧超越离合器

参见图2、图2a、图2b和图5，摩擦片式周布螺旋面外压紧超越离合器包括同中心旋转轴线布置的离合限位装置1、外圈传力装置2、内圈传力装置3以及用于控制离合器的摩擦片接合与分离的自锁/超越控制装置。

1、外圈传力装置

外圈传力装置2包括多个具有外齿211的外圈摩擦片21和一个具有内齿221的外鼓22；外鼓22套装在外圈摩擦片21外，外鼓22的内齿221与外圈摩擦片21的外齿211相配合；外鼓22与外圈摩擦片21沿轴向可以相对移动、沿圆周方向同步旋转。

外鼓22的一个端面上还设置有限制外圈摩擦片21和内圈摩擦片31轴向位置的台阶222和挡片23；台阶222挡住挡片23，限止其滑出外鼓22的端部；挡片23用于限制外圈摩擦片21和内圈摩擦片31的轴向位置，防止外圈摩擦片21和内圈摩擦片31滑出外鼓22。

2、内圈传力装置

内圈传力装置3包括多个具有内齿311的内圈摩擦片31和具有外齿321的内毂32；内毂32套装在内圈摩擦片31内，内毂32的外齿321与内圈摩擦片31的内齿311相配合；内毂32与内圈摩擦片31沿轴向可以相对移动、沿圆周方向同步旋转。

外圈传力装置2的外圈摩擦片21和内圈传力装置3的内圈摩擦片31沿轴向相间布置，且都位于外圈传力装置2的挡片23和离合限位装置1之间。

上述外圈摩擦片21和内圈摩擦片31构成摩擦元件。

3、离合限位装置

离合限位装置1主要包括与离合器的壳体固连的支撑主体11。

支撑主体11为圆环结构，用于限制外圈摩擦片21和内圈摩擦片31的轴向位置。在设计时，应保证支撑主体11压紧摩擦片时不与第二螺旋面偶件14干涉。为了使压紧力集中于摩擦片处以使传力效果更好，在支撑主体11的端面上加工一正对摩擦片方向伸出的环形凸起111；另外，由于设置了环形凸起111，使得在加工支撑主体11时，仅需保证环形凸起111的平面度即可，加工难度降低，工艺性更好。

4、自锁/超越控制装置

自锁/超越控制装置包括第一螺旋面偶件13和第二螺旋面偶件14。

第一螺旋面偶件13的配合面上沿圆周方向均匀设置有多个第一螺旋面131；第二螺旋面偶件14的配合面上沿圆周方向均匀设置有与第一螺旋面131数量相等、形状相适配的第二螺旋面141。

第一螺旋面131和第二螺旋面141可以右旋也可以左旋，旋向与离合器传递扭矩的方向相关：参见图2、2a和2b，扭转力矩施加在内毂32上，在图示位置从左向右看，当在扭转力矩的作用下内毂32相对于支撑主体11有顺时针方向的旋转趋势时，若第一螺旋面131和第二螺旋面141右旋(图示的旋向即为右旋)，则在此力矩作用下超越离合器处于超越状态；若第一螺旋面131和第二螺旋面141左旋，则在此力矩作用下超越离合器处于锁止状态，内毂32上的扭矩通过内圈摩擦31、外圈摩擦21、与第二螺旋面偶件14固连的外鼓22和第一螺旋面偶件13向支撑主体11传递。

第一螺旋面偶件13和支撑主体11的中心旋转轴线重合，通过连接螺钉12连接于一体；第一螺旋面偶件13和支撑主体11之间有足够的空间容纳第二螺旋面偶件14；第二螺旋面偶件14与外圈传力装置2的外鼓22固连为一体件(实际实施时可在外鼓22的端面上加工第二螺旋面141，或者在固连于外鼓22上的挡片23远离摩擦元件的端面上加工第二螺旋面141)，第二螺旋面偶件14位于外鼓22、支撑主体11和第一螺旋面偶件13所形成的空间内，且第二螺旋面偶件14相对于第一螺旋面偶件13能够作螺旋滑动。当第二螺旋面偶件14相对于第一螺旋面偶件13螺旋上升滑动一定距离时(此时第二螺旋面偶件14与第一螺旋面偶件13之间的空间有所增大)外圈摩擦片21和内圈摩擦片31互相压紧接合传递力矩。

支撑主体11和内毂32分别作为离合器的扭矩输出端和扭矩输入端；或者，支撑主体11和内毂32分别作为离合器的扭矩输入端和扭矩输出端。

实施例4：传力可控的离合器二

图2c和图12所示离合器为传力可控的离合器，具有超越离合器和普通离合器的功能。该离合器是在上述实施例3的外压紧式超越离合器的结构基础上，增加了一个附加离合控制装置，该附加离合控制装置包括设置在支撑主体11内的环形缸体、设置在环形缸体内的活塞15、设置在第二螺旋面偶件14和活塞15之间的多个弹簧4；活塞15设置有多个弹簧4的那个端面同时正对摩擦元件(设计时，应保证活塞15压紧摩擦片时不与第二螺旋面偶件14发生干涉)；活塞15背对摩擦元件的端面和所述环形缸体之间构成密封油室。

该离合器有以下两种工况：

(1)向密封油室充油时，液压推力克服弹簧4的弹簧力将活塞15压向摩擦元件，此时图2c和图10所示离合器既包含一个超越离合器又包含一个处于接合状态的普通离合器，两者共用一套摩擦元件：

符合超越条件时该离合器将进入超越工况，该组合式离合器即使处于超越工况也能传递扭矩，只是传递扭矩的大小与普通离合器相同，传递扭矩＝摩擦面上正压力×等效摩擦系数；

符合锁止条件时该离合器进入锁止工况，传递的扭矩足够大时，摩擦片间的摩擦力形成摩擦扭矩带动第二螺旋面偶件14进一步向锁紧方向转动，甚至可以将活塞15压回至油缸泄压位置，此时即使密封油室泄压，弹簧4也不能将第二螺旋面偶件14压回，传递的扭矩的极限值为零件强度极限。

(2)当密封油室泄压时，并且此时图2c所示离合器为处于解锁状态的超越离合器，弹簧4的弹簧力将油缸的活塞15回位，即活塞15向远离摩擦元件方向移动，此时图2c所示离合器处于分离状态，两个旋转方向均不传递扭矩。

实施例5：传力可控的离合器三

如图2d、图2d-1、图2d-2和图13所示离合器为传力可控的离合器，具有超越离合器和普通离合器的功能，适用于超越状态下需要传递扭矩，以及适用于液压系统无压力状态下需要传递扭矩的工况。该离合器是在上述实施例3的外压紧式超越离合器的基础上，增加了设置在支撑主体11内的环形缸体、设置在环形缸体内的活塞15、设置在第一螺旋面偶件13和活塞15之间的压盘16、设置在压盘16和第一螺旋面偶件13之间的多个弹簧4。

活塞15的一个端面和所述环形缸体之间构成密封油室；活塞15的另一个端面正对压盘16并和压盘16接触；压盘16和第二螺旋面偶件14上分别设置有相互限位的第一台阶和第二台阶。

当压盘16在弹簧4的作用下向活塞15方向移动时，压盘16通过设置在其上的第一台阶将弹簧4的弹簧力传递到第二螺旋面偶件14的第二台阶上，然后通过第二螺旋面偶件14将弹簧4的弹簧力传递到外圈摩擦片21和内圈摩擦片31的接触面上，消除内、外圈摩擦片之间的间隙；

当压盘16向反方向移动时(即朝背向活塞15的方向移动)，压盘16将不会将弹簧力传递到摩擦元件上。

该离合器有以下两种工况：

(1)向密封油室充油时，活塞15在液压推力作用下推动压盘16克服弹簧4的弹簧力远离第二螺旋面偶件14上的第二台阶，弹簧4的弹簧力将不会施加到第二螺旋面偶件14上，此时如图2d所示的离合器为超越离合器：

符合超越条件时该离合器将进入超越工况；

符合锁止条件时该离合器将进入锁止工况。

(2)当密封油室泄压时，弹簧4的弹簧力将活塞回位，同时第二螺旋面偶件14向压向摩擦元件的方向移动，此时图2d所示离合器根据扭矩传递的方向分别起到超越离合器和普通离合器的作用：

当传递扭矩的方向符合进入超越状态条件时，图2d所示的离合器为普通离合器，其传递扭矩大小取决于弹簧4的整体弹簧力的大小；

当传递扭矩的方向符合进入锁止状态条件时，图2d所示的离合器为超越离合器并进入锁止工况。

实施例6：传力可控的离合器三

图8所示为一种可操控的超越离合器，是在上述实施例3的外压紧超越离合器的基础上增加了一个附加离合控制装置，该附加离合控制装置包括环形缸体、活塞15和多个弹簧4；环形缸体设置在支撑主体11上，活塞15设置在环形缸体内，活塞15的一个端面和所述环形缸体之间构成密封油室；活塞15的另一个端面正对并与第二螺旋面偶件14接触。

弹簧4设置在第二螺旋面偶件14和支撑主体11之间，弹簧4的弹簧力通过第二螺旋面偶件14施加在内、外圈摩擦片的接触面上，用于消除内、外圈摩擦片之间的间隙。

该离合器有以下两种工况：

(1)向密封油室充油时，液压推力克服弹簧4的弹簧力将第二螺旋面偶件14推向远离摩擦元件的方向，此时图8所示离合器处于分离状态，在两个旋转方向均不传递扭矩。

(2)当密封油室泄压时，弹簧4的弹簧力将活塞回位，同时第二螺旋面偶件14压向摩擦元件，此时图8所示离合器是一个超越离合器：符合超越条件时该离合器将进入超越工况；符合锁止条件时该离合器将进入锁止工况。

实施例7：锁止灵敏的超越离合器一

如图6所示，在上述实施例1(图1和图5)的超越离合器的基础上增加多个弹簧4，弹簧4的一端支撑在支撑主体11上，另一端支撑在第一螺旋面偶件13上。弹簧4用于在摩擦元件上施加较小的预紧力以消除内、外圈摩擦片之间间隙，使得超越离合器自锁时反应灵敏可靠，超越时不至于产生过大的拖滞力。

实施例8：锁止灵敏的超越离合器二

如图7所示，在实施例1(图1所示)和实施例3(图2所示)的超越离合器的基础上增加多个弹簧4，弹簧4的一端支撑在支撑主体11上，另一端支撑在第二螺旋面偶件14上。弹簧4用于在摩擦元件上施加较小的预紧力以消除内外圈摩擦片之间间隙，使得超越离合器自锁时反应灵敏可靠，超越时不至于产生过大的拖滞力。

实施例9：锁止灵敏的超越离合器三

如图9所示，在实施例1(图1所示)的基础上在支撑主体11上设置定位导向槽，在定位导向槽和摩擦元件之间设置压盘5，在压盘5和定位导向槽之间设置多个弹簧4。弹簧4用于在摩擦元件上施加较小的预紧力以消除内、外圈摩擦片之间的间隙，使得超越离合器自锁时反应灵敏可靠，超越时不至于产生过大的拖滞力。

实施例10：锁止灵敏的超越离合器四

如图11所示，在实施例1(图1和图5)和实施例3(图2和图5)超越离合器的基础上，在支撑主体11和摩擦元件之间的设置活塞15，此活塞15起弹簧座的作用；在支撑主体11和活塞15之间设置多个弹簧4。弹簧4用于在摩擦元件上施加较小的预紧力以消除内外圈摩擦片之间间隙，使得超越离合器自锁时反应灵敏可靠，超越时不至于产生过大的拖滞力。

最后，通过对本实用新型所提供的超越离合器进行受力分析来说明本实用新型超越离合器螺旋面偶件自锁和自动解锁的条件。这里以外压紧式超越离合器为例(内压紧式超越离合器与之相同)，取一对螺旋面代表螺旋面偶件来进行说明。

如图14(a)所示，图中锲块相当于第二螺旋面偶件14，图中斜面相当于第一螺旋面偶件13，斜面的倾斜角β为两个螺旋面偶件螺旋面有效接触部分的平均螺旋角，F为超越离合器传递扭矩换算到“平均螺旋角β”所在的圆周上的作用力，F的方向为该圆周上力的作用点处的切线方向。

图14(b)所示为超越离合器锁止时锲块的受力示意图，图14(c)所示为超越离合器解锁工况时锲块的受力示意图；f为相间布置的外圈传力装置的外圈摩擦片21和内圈传力装置的内圈摩擦片31间的摩擦扭矩换算到“平均螺旋角β”所在的圆周上的摩擦力；摩擦元件摩擦副间的摩擦系数为μ；f＇为螺旋面偶件间的摩擦扭矩换算到“平均螺旋角β”所在的圆周上的摩擦力；螺旋面偶件间的摩擦系数为μ＇；n为内圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片数中的小值，N为施加到相间布置的摩擦片间的正压力，S为螺旋面偶件配合面间的正压力。

对于锁止工况，用下列方程式求得临界状态时的“平均螺旋角β”：

f＝μ×N

f'＝μ'×S

2(n-1)f+f-f'cosβ-S sinβ＝0

N-f'sinβ-S cosβ＝0

对于解锁工况，用下列方程式求得临界状态是的“平均螺旋角β”：

f＝μ×N

f'＝μ'×S

f+f'cosβ-S sinβ＝0

N-f'sinβ-S cosβ＝0

因此，既要使得本实用新型超越离合器螺旋面偶件产生自锁，又能保证螺旋面偶件自动解锁，应该满足如下条件：

Claims (15)

1.一种摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，包括设置于同一旋转轴线上的离合限位装置(1)、外圈传力装置(2)、内圈传力装置(3)；离合限位装置(1)包括与离合器的输入轴固连的支撑主体(11)；外圈传力装置(2)包括外鼓(22)和设置在外鼓内的多个外圈摩擦片(21)，外圈摩擦片(21)沿轴向相对于外鼓能作相对滑动，沿周向与外鼓同步旋转；内圈传力装置(3)包括内毂(32)和设置在内毂外的多个内圈摩擦片(31)，内圈摩擦片(31)沿轴向相对于内毂(32)能作相对滑动，沿周向与外鼓同步旋转；外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)构成摩擦元件；多个外圈摩擦片(21)和多个内圈摩擦片(31)沿轴向交替布置；支撑主体(11)和外鼓(22)分别作为离合器的两个传力端；

其特征在于：

所述超越离合器还包括用于控制外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)的分与合的自锁/超越控制装置；所述自锁/超越控制装置包括第一螺旋面偶件(13)和第二螺旋面偶件(14)；第一螺旋面偶件(13)上设置有多个第一螺旋面(131)；第二螺旋面偶件(14)上设置有与第一螺旋面(131)相配合的多个第二螺旋面(141)；所述第一螺旋面偶件(13)与支撑主体(11)固连，第二螺旋面偶件(14)与内毂(32)固连；第二螺旋面偶件(14)位于支撑主体(11)和第一螺旋面偶件(13)之间；第二螺旋面偶件(14)相对于第一螺旋面偶件(13)能作螺旋滑动。

2.根据权利要求1所述的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，其特征在于：所述离合限位装置(1)还包括挡圈(12)；所述支撑主体(11)为带颈圆环结构，其颈部为中空圆柱，其底部为外伸圆环(111)；支撑主体(11)的颈部外侧面设置有挡圈槽(114)和限位台阶(112)；挡圈(12)设置在挡圈槽(114)内；挡圈(12)和限位台阶(112)用于固定第一螺旋面偶件(13)的轴向位置；支撑主体(11)的圆环用于限制内圈摩擦片(31)和外圈摩擦片(21)的轴向位置。

3.根据权利要求1或2所述的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，其特征在于：所述超越离合器还包括附加离合控制装置；所述附加离合控制装置包括设置在外鼓(22)上的环形控制油缸；所述环形控制油缸包括缸体(7)和连接主体(6)以及设置在缸体(7)和连接主体(6)之间的压盘(5)；压盘(5)的横截面近似为U型；所述压盘(5)的底部端面和连接主体(6)之间设置有多个弹簧(4)；所述压盘(5)的其中一个顶部被容纳于缸体(7)中，构成环形控制油缸的活塞，该顶部端面和缸体(7)之间构成密封油室；所述压盘(5)的另一个顶部端面用于压紧所述摩擦元件。

4.根据权利要求1或2所述的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，其特征在于：还包括设置在支撑主体(11)和第一螺旋面偶件(13)之间的多个弹簧(4)。

5.根据权利要求1或2所述的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，其特征在于：还包括设置在支撑主体(11)上的定位导向槽；定位导向槽和摩擦元件之间设置有压盘(5)；压盘(5)和定位导向槽之间设置有多个弹簧(4)。

6.根据权利要求1所述的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，其特征在于：所述第一螺旋面偶件(13)、第二螺旋面偶件(14)、外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)满足如下条件：

式中，β为两个螺旋面偶件的螺旋面有效接触部分的平均螺旋角；

μ为外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)摩擦副间的摩擦系数；

μ＇为两个螺旋面偶件间的摩擦系数；

n为内圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片数的小值。

7.一种摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，包括设置于同一旋转轴线上的离合限位装置(1)、外圈传力装置(2)、内圈传力装置(3)；离合限位装置(1)包括与离合器壳体固连的支撑主体(11)；外圈传力装置(2)包括外鼓(22)和设置在外鼓内的多个外圈摩擦片(21)，外圈摩擦片(21)沿轴向相对于外鼓能作相对滑动，沿周向与外鼓同步旋转；内圈传力装置(3)包括内毂(32)和设置在内毂外的多个内圈摩擦片(31)，内圈摩擦片(31)沿轴向相对于内毂(32)能作相对滑动，沿周向与内毂同步旋转；外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)构成摩擦元件；多个外圈摩擦片(21)和多个内圈摩擦片(31)沿轴向交替布置；支撑主体(11)和内毂(32)分别作为离合器的两个传力端；

其特征在于：

所述超越离合器还包括用于控制外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31) 的分与合的自锁/超越控制装置；所述自锁/超越控制装置包括第一螺旋面偶件(13)和第二螺旋面偶件(14)；第一螺旋面偶件(13)上设置有第一螺旋面(131)；第二螺旋面偶件(14)上设置有与第一螺旋面(131)相配合的第二螺旋面(141)；所述第一螺旋面偶件(13)与所述支撑主体(11)固连，第二螺旋面偶件(14)与所述外鼓(22)固连；第二螺旋面偶件(14)位于支撑主体(11)和第一螺旋面偶件(13)之间；第二螺旋面偶件(14)相对于第一螺旋面偶件(13)能作螺旋滑动。

8.根据权利要求7所述的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，其特征在于：所述支撑主体(11)为圆环结构，支撑主体(11)用于限制内圈摩擦片(31)和外圈摩擦片(21)的轴向位置。

9.根据权利要求8所述的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，其特征在于：所述支撑主体(11)的端面上设置有向摩擦片方向伸出的环形凸起(111)，环形凸起(111)的位置与外圈摩擦片和内圈摩擦片的接触面相对应。

10.根据权利要求7、8或9所述的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，其特征在于：所述超越离合器还包括附加离合控制装置；所述附加离合控制装置包括设置在支撑主体(11)内的环形缸体、设置在环形缸体内的活塞(15)、设置在第二螺旋面偶件(14)和活塞(15)之间的多个弹簧(4)；在所述活塞(15)的一个端面上设置有压紧端面，用于压紧外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)，所述压紧端面位于弹簧(4)的一侧；所述活塞(15)的另一个端面和所述环形缸体之间构成密封油室。

11.根据权利要求7、8或9所述的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，其特征在于：所述超越离合器还包括附加离合控制装置；所述附加离合控制装置包括设置在支撑主体(11)内的环形缸体、设置在环形缸体内的活塞(15)、设置在第一螺旋面偶件(13)和活塞(15)之间的压盘(16)、设置在压盘(16)和第一螺旋面偶件(13)之间的多个弹簧(4)；所述活塞(15)的一个端面和所述环形缸体之间构成密封油室；所述活塞(15)的另一个端面正对所述压盘(16)并和压盘(16)接触；所述压盘(16)和第二螺旋面偶件(14)上均设置有相互限位的台阶，压盘(16)上的台阶可以推动第二螺旋面偶件(14)上的台阶向活塞(15)方向移动。

12.根据权利要求7、8或9所述的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，其特征在于：所述超越离合器还包括附加离合控制装置；所述附加离合控制装置包括设置在第二螺旋面偶件(14)上的环形缸体、设置在环形缸体内的活塞(15)、设置在支撑主体(11)和第二螺旋面偶件(14)之间的多个弹簧(4)；所述活塞(15)的一个端面和所述环形缸体之间构成密封油室；所述活塞(15)的另一个端面和第二螺旋面偶件(14)接触。

13.根据权利要求1、2、7、8或9所述的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，其特征在于：还包括设置在支撑主体(11)和第二螺旋面偶件(14)之间的多个弹簧(4)。

14.根据权利要求1、2、7、8或9所述的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，其特征在于：还包括设置在支撑主体(11)和摩擦元件之间的活塞(15)；支撑主体(11)和活塞(15)之间设置有多个弹簧(4)。

15.根据权利要求7、8或9所述的摩擦片式周布螺旋面压紧超越离合器，其特征在于：所述第一螺旋面偶件(13)、第二螺旋面偶件(14)、外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)满足如下条件：

式中，β为两个螺旋面偶件的螺旋面有效接触部分的平均螺旋角；

μ为外圈摩擦片(21)和内圈摩擦片(31)摩擦副间的摩擦系数；

μ＇为两个螺旋面偶件间的摩擦系数；

n为内圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片数中的小值。