CN85107370A - 可操纵的摩擦角自锁离合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可操纵的摩擦角自锁离合器。该离合器接合是靠摩擦接合，因此没有冲击，可用于高速场合；该离合器传递转矩不是靠摩擦力，而是靠物体之间的挤压力，因此可传递大转矩。该离合器操纵容易，脱开后不存有剩余转矩。

Description

本发明涉及一种可操纵的摩擦角自锁离合器。

现有的可操纵离合器基本分以下几类：摩擦离合器，刚性离合器，物理作用离合器。摩擦离合器是靠摩擦力传递转矩的，其操纵方便，应用场合广泛，但离合器接合时主从动轴间可出现不同步，离合器脱开后还可能有剩余转矩，而且这种离合器的体积大。重量大-即离合器所传递的转矩与离合器的体积、重量的比值很低。刚性离合器接合时有冲击，不能用于高速的场合，只能传递不大的转矩。物理作用离合器结构复杂，应用场合有限。

本发明的目的是要提供一种可操纵的摩擦角自锁离合器，这种离合器接合是靠摩擦接合，因此没有冲击，可用于高速场合;这种离合器传递转矩不是靠摩擦力，而是靠物体之间的挤压力，因此传递转矩与体积重量的比值都很高。而且，这种离合器脱开容易，不存有剩余转矩。

发明是这样实现的：在离合器的主动圈与被动圈之间按装凸块和滑动圈，凸块与滑动圈之间可用滚动体结合，并用一保持架结合在被动圈上。当凸块与主动圈结合，产生摩擦力，由于其接触压力角可以自锁，所以凸块与主动圈自锁产生作用反力R;又由于其作用反力R与滚动体的摩擦圆相割，因此，主动圈与被动圈通过凸块，滚动体被锁紧。离合器即达到接合。（这一原理即是摩擦角自锁原理）离合器脱离时，转动滑动圈、滚动体在滑动圈的运动轨迹使凸块与主动圈分离，这样，离合器即被脱离。这种摩擦角自锁离合器脱离时，由于滚动体与滑动圈之间是滚动摩擦，因此，脱离操纵力不大，操纵容易。

本发明的原理及具体结构由以下的实施例及附图给出。

下面的结合图1、剖视图2和示意图3～8详细说明依据本发明提出的产品的具体结构及工作情况。

该离合器的主动圈〔1〕与被动圈〔5〕之间有凸块〔2〕，滚动体〔3〕，滑动圈〔4〕，滚动体〔3〕可在滑动圈〔4〕上滚动，滑动圈〔4〕与被动圈〔5〕是动配合，可相对被动圈〔5〕转动。凸块〔2〕在保持架〔6〕结合下，压紧在滚动体〔3〕中，并可在滚动体〔3〕中回转。保持架〔6〕在弹簧〔7〕的作用下，把滚动体〔3〕压紧在滑动圈〔4〕中。保持架〔6〕可在保持圈〔8〕的滑道〔9〕中滑动，保持圈〔8〕通过键〔10〕与被动圈〔5〕固定。弹簧〔7〕通过导杆〔11〕结合在压圈〔12〕上，压圈〔12〕通过键〔13〕固定在保持圈〔8〕中。保持圈〔8〕是两片，通过紧定螺钉〔14〕与螺栓〔15〕被夹紧，被夹在中间的滑动圈〔4〕可相对被动圈〔5〕转动。凸块〔2〕的两个耳朵〔16〕中安装了弹簧〔17〕与弹簧〔18〕，另有一导杆〔19〕在保持架〔6〕中可上、下移动。弹簧〔17〕压在保持架〔6〕的底座〔29〕上，弹簧〔18〕压在导杆〔19〕中。滑动圈〔4〕中有滑槽〔20〕，滑槽〔21〕，滚动体〔3〕可在滑槽〔20〕中滚动，导杆〔19〕可在滑槽〔21〕中滑动。滑动圈〔4〕中有导向键〔22〕，另有一推杆〔24〕，推杆上有滑轮〔25〕，它们都通过弹簧〔26〕和滚珠〔27〕结合在被动圈〔5〕中的槽〔23〕中。

示意图3清楚的给出了该离合器接合时的情况。该离合器接合时，导杆〔19〕进入了滑槽〔21〕中，松开了弹簧〔18〕，这时，弹簧〔17〕对凸块〔2〕中线所形成的力矩大于弹簧〔18〕对凸块〔2〕中线所形成的力矩，凸块〔2〕围绕滚动体〔3〕回转，使凸块〔2〕与主动圈〔1〕摩擦接触，形成反力R（图8所示），由于反力R与滚动体〔3〕的摩擦圆P相割，或相切，因此，机构将产生自锁，主动圈〔1〕通过凸块〔2〕，滚动体〔3〕与被动圈〔5〕锁紧，离合器即处于接合状态。

脱开时，滑动圈〔4〕通过推杆〔24〕、滑轮〔25〕、导向键〔22〕使滑动圈〔4〕转动，开始，如图4所示，推杆〔19〕由于滑动圈〔4〕的转动从滑槽〔21〕中被抬起，这时，弹簧〔18〕对凸块〔2〕中线所形成的力矩将大于弹簧〔17〕对凸块〔2〕中线所形成的力矩，但由于凸块〔2〕与主动圈〔1〕所形成的静摩擦力很大，弹簧〔18〕的弹簧力不能克服静摩擦力而使凸块〔2〕在滚动体〔3〕中回转与主动圈〔1〕分离，所以，此时离合器并不能脱离，滑动圈〔4〕继续转动，到图5所示情况时滚动体〔3〕在弹簧〔7〕和离心力作用下，进入滑槽〔20〕中，凸块〔2〕也即与主动圈〔1〕分离，此刻离合器即脱开了，凸块〔2〕也在弹簧〔18〕的作用下回转了一个角度。

离合器要接合时，滑动圈〔4〕向相反方向转动，到图6所示位置时，滚动体〔3〕从滑槽〔20〕中滚出，到了工作位置，但由于推杆〔19〕还没进入滑槽〔21〕中，弹簧〔18〕对凸块〔2〕中线所形成的力矩大于弹簧〔17〕对凸块〔2〕中线所形成的力矩，这时，凸块〔2〕还倾斜一定角度不能进入工作位置。这么设计是为了避免滚动体〔3〕还没进入工作位置时，凸块〔2〕即与主动圈〔1〕接触。只有当滚动体〔3〕进入了工作位置，推杆〔19〕进入滑槽〔21〕中凸块〔2〕才能在弹簧〔17〕作用下向工作位置回转，与主动圈〔1〕接触，自锁，离合器即接合了。

该离合器工作时，主要由主动圈〔1〕，凸块〔2〕，滚动体〔3〕，滑动圈〔4〕，被动圈〔5〕承受挤压力来传递转矩的，保持架〔6〕和保持圈〔8〕承受了一部分挤压分力，设计时，可校核以上所述零部件的压应力和接触应力。接触变形控制在不影响零部件工作范围内。各弹簧力的设计以达到以上所述工作行程为依据。设计中不要忽略离合器脱开时凸块〔2〕，滚动体〔3〕，保持架〔6〕的离心力，只有被动圈〔5〕静止后这离心力才消失。

凸块〔2〕的数量可以根据所传递的转矩以及主动圈〔1〕与被动圈〔5〕之间的位置决定。槽〔20〕、〔21〕是凸轮槽，其曲线可根据凸轮曲线选择。虽然滑动圈〔4〕转动速度不大，但也要保证导杆〔19〕和滚动体〔3〕运动时没有冲击。导杆〔19〕与槽〔21〕的接触点也可镶入一滚珠。

凸块〔2〕与主动圈〔1〕接触面的曲线要保证凸块〔2〕与主动圈〔1〕接触后能自锁。自锁条件与凸块〔2〕和主动圈〔1〕接触压力角〔α〕有关。压力角即凸块〔2〕与主动圈〔1〕接触点M的速度方向V_凸与其法线η-η的夹角（图7所示），推荐压力角（α）大于50°为宜。当然，自锁条件还与接触面的摩擦系数f有关。另外，还要保证滚动体〔3〕进入滑槽〔20〕后，凸块〔2〕向任意方向回转都不会与主动圈〔1〕接触，所以，凸块〔2〕与主动圈〔1〕的接触面可用两种曲线组合。

主动圈〔1〕给凸块〔2〕的作用反力R能与滚动体〔3〕的摩擦圆P相割或相切就能保证自锁（图8所示）。反力R与0-0′。连线夹角β值越小机构自锁可靠性越好，但凸块〔2〕与滚动体〔3〕所承受的压力也越大。这夹角β与接触面的摩擦系数和角α值有关，角α即0-0′连线与0′-M连线的夹角。所以，角α和摩擦系数f之值是本发明应用设计的一重要参数。

为使这种离合器更适于应用，本发明对凸块〔2〕，滚动体〔3〕保持架〔6〕，保持圈〔8〕，压圈〔12〕和弹簧〔7〕，〔17〕，〔18〕的结合及结构作了紧凑的设计，图9～33给出了以上所述零件的组合及具体结构。

图9给出了保持架〔6〕的具体结构，它是由压耳〔28〕，底座〔29〕通过螺丝〔30〕结合而成。压耳〔28〕可以卡住凸块〔2〕，底座〔29〕可以放入滚动体〔3〕，凸块〔2〕可压在滚动体〔3〕中，孔〔31〕可以穿入弹簧〔7〕的导杆〔11〕，孔〔32〕可以穿入导杆〔19〕，保持架〔6〕的N面可以在保持圈〔8〕的滑道〔9〕中滑动。图10是保持架〔6〕的侧视图，图11是保持架〔6〕俯视图。

图12是压耳〔28〕的主视图;图13是压耳〔28〕的侧视图;图14是图13的A向视图;图15是压耳〔28〕的俯视图。

图16是底座〔29〕的主视图;图17是底座〔29〕的侧视图;图18是底座〔29〕的俯视图。

图19是凸块〔2〕的主视图;图20是凸块〔2〕的侧视图;图〔21〕是凸块〔2〕的俯视图。

图22是滚动体〔3〕的主视图;图23是滚动体〔3〕的侧视图;图24是滚动体〔3〕的俯视图。

图25是保持图〔8〕的主视图;图26是图25的A-A剖视图。

图27是压圈〔12〕的主视图;图28是压圈〔12〕的侧视图;图29是压圈〔12〕的俯视图。

图30是滑动圈〔4〕的结构图;图31是图30的A-A剖视图;图32是图30的B₁向;图33是图30的B₂向。

压耳〔28〕其以R′为圆弧的凹槽可以卡住凸块〔2〕底座〔29〕其l×p的方孔可以放入滚动体〔3〕，凸块〔2〕其以R′为圆弧的凹台可以卡入压耳〔28〕的凹槽中，其以r＝ (p)/2 的弧面可以压在滚动体〔3〕中。滚动体〔3〕的l、p的尺寸与底座〔29〕的方孔是动配合。保持圈〔8〕的D₁与被动圈〔5〕过渡配合，D₂与滑动圈〔4〕动配合，D₃与压圈〔12〕过渡配合，其滑道〔9〕与保持架〔6〕的N面动配合。键槽〔33〕通过键〔10〕与被动圈〔5〕连接，键槽〔34〕通过键〔13〕与压圈〔12〕连接。压圈〔12〕的D₃与保持圈〔8〕过渡配合，孔〔35〕可以穿入弹簧〔7〕的导杆〔11〕，孔〔36〕使凸块〔2〕露出与主动圈〔1〕接触。滑动圈〔4〕的滑槽〔20〕是控制滚动体〔3〕移动的凸轮槽，滑槽〔21〕是控制导杆〔19〕移动的凸轮槽。键槽〔37〕可装入导向键〔22〕。导向键〔22〕的凸轮曲线要选用运动中无冲击的凸轮曲线。

图34是推杆〔24〕通过滑轮〔25〕与导向键〔22〕的配合图，推杆〔24〕在被动圈〔5〕的滑槽〔23〕中滑动，并通过T形螺栓〔40〕与拨圈〔38〕连接。滑轮〔25〕和导向键〔22〕通过弹簧〔26〕和滚珠〔27〕的作用固定在导杆〔24〕和滑动圈〔4〕中。推杆〔24〕运动中要产生一定的轴向力，由端盖〔39〕和被动圈〔5〕的台阶克服。

为让出滑动圈〔4〕的位置，键〔10〕由两部分组成（图2的剖析所示），这样只使保持圈〔8〕与被动圈〔5〕连接，与滑动圈〔4〕是动配合。

本发明的这种离合器其控制凸块〔2〕在接合，脱离过程中的上下移动可以不用滑动圈〔4〕而直接用平动凸轮控制，或用连杆机构控制。在传递转矩较小时，可以去掉滚动体〔3〕，凸块〔2〕直接压在凸轮槽中。

本发明的这种离合器其主动圈〔1〕相对被动圈〔5〕可以是里圈也可以是外圈。当被动圈〔5〕相对主动圈〔1〕是里圈时，设计中要注意凸块〔2〕，滚动体〔3〕，保持架〔6〕在离合器脱开瞬间的离心力，这离心力是阻碍脱离的，要克服这些离心力就要增加弹簧〔7〕和弹簧〔18〕的弹簧力。

本发明的这种离合器可以用单排凸块〔2〕单向传递转矩，也可以用相对0-0′连线倾斜方向互为反向的双排凸块〔2〕双向传递转矩。图35给出了这种结构，〔41〕是可在滑动圈〔4〕上转动的滑轮，当推杆〔24〕使滑动圈〔4〕控制的凸块〔2〕与主动圈〔1〕脱离接触后，继续推进，可使滑动圈〔4′〕控制的反向凸块〔2′〕与主动圈〔1〕接触，离合器即可传递反向转矩。

Claims (21)

1、可操纵的摩擦角自锁离合器，该离合器有主动圈[1]，被动圈[5]，主动圈[1]与被动圈[5]之间有凸块[2]，其特征在于：

a、所述凸块[2]与被动圈[5]之间有滑动圈[4]、滚动体[3]。

b、所述凸块[2]与主动圈[1]接触后，其反力R是与滚动体[3]的摩擦圆相割或相切。

c、所述滑动圈[4]有滑槽[20]。

2、根据权力要求1所述的离合器，其特征是凸块〔2〕与滚动体〔3〕通过保持架〔6〕结合，保持架〔6〕由压耳〔28〕和底座〔29〕组合而成，底座〔29〕的l×p的方孔以动配合放入滚动体〔3〕。

3、根据权力要求1、2所述的离合器，其特征是保持架〔6〕可以在保持圈〔8〕的滑道〔9〕中滑动。

4、根据权力要求1、2所述的离合器，其特征是保持架〔6〕把凸块〔2〕、滚动体〔3〕压紧在滑动圈〔4〕上是通过弹簧〔7〕的作用。

5、根据权力要求1、4所述的离合器，其特征是弹簧〔7〕结合在压圈〔12〕上，压圈〔12〕结合在保持圈〔8〕中，保持图〔8〕结合在被动圈〔5〕中。

6、根据权力要求1所述的离合器，其特征是凸块〔2〕有两个耳朵〔16〕，两个耳朵〔16〕装有弹簧〔17〕和弹簧〔18〕，弹簧〔17〕压在保持架〔6〕的底座〔29〕上，弹簧〔18〕压在导杆〔19〕上，导杆〔19〕可在底座〔29〕的孔〔32〕中移动。

7、根据权力要求1所述的离合器，其特征是滑动圈〔4〕有滑槽〔21〕，滑动圈〔4〕转到一定位置时，导杆〔19〕可以进入滑槽〔21〕中。

8、根据权力要求1、2所述的离合器，其特征是凸块〔2〕与滚动体〔3〕接触弧面的半径r等于滚动体〔3〕直径p的二分之一。

9、根据权力要求1、2所述的离合器，其特征是凸块〔2〕是以R′为圆弧的凹台卡入压耳〔28〕以R′为圆弧的凹槽中。

10、根据权力要求6、7所述的离合器，其特征是弹簧〔17〕对凸块〔2〕中线所形成的力矩大于弹簧〔18〕对凸块〔2〕中线所形成的力矩。

11、根据权力要求7所述的离合器，其特征是滑动圈〔4〕反向转到一定位置时，导杆〔19〕可以从滑槽〔21〕中被抬起。

12、根据权力要求1所述的离合器，其特征是滑动圈〔4〕转到一定位置时，滚动体〔3〕可以进入滑槽〔20〕中。

13、根据权力要求6、11、12所述的离合器，其特征是弹簧〔18〕对凸块〔2〕中线所形成的力矩大于弹簧〔17〕对凸块〔2〕中线所形成的力矩。

14、根据权力要求1所述的离合器，其特征是凸块〔2〕与主动圈〔1〕接触面的曲线是凸块〔2〕与主动圈〔1〕接触后能够自锁的曲线。

15、根据权力要求14所述的离合器，其特征是凸块〔2〕与主动圈〔1〕接触点的速度方向与其法线夹角大于50°。

16、根据权力要求1所述的离合器，其特征是控制凸块〔2〕在脱离，接合过程中的上、下移动可直接用平动凸轮控制，或连杆机构控制。

17、根据权力要求1所述的离合器，其特征是传递转矩较小时，可以去掉滚动体〔3〕，凸块〔2〕直接压在凸轮槽中。

18、根据权力要求1所述的离合器，其特征是主动圈〔1〕相对被动圈〔5〕是里圈。

19、根据权力要求1所述的离合器，其特征是主动圈〔1〕相对被动圈〔5〕是外圈。

20、根据权力要求1所述的离合器，其特征是传递转矩是单向。

21、根据权力要求1所述的离合器，其特征是用倾斜方向互为反向的双排凸块〔2〕传递双向转矩。

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