專利名稱：錐形面摩擦式超越離合器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機械動力傳動領域中的超越離合器裝置，具體為錐形面摩擦式超越離合器，屬機械傳動中廣泛應用的基礎功能性組件。
背景技術：
現(xiàn)有的超越離合器技術，最廣泛使用的是利用斜面楔緊原理的滾柱式超越離合器和楔塊式超越離合器兩種。這兩種的主要缺陷有1、所有接觸為離散的高副接觸，楔緊時接觸應力非常大，導致承載能力很小，接觸副磨損快，壽命短。2、由于是離散接觸副，很容易出現(xiàn)離散件不能同步工作的情形，極易造成局部損壞而出現(xiàn)不能自鎖或死鎖的失效故障。3、幾乎沒有磨損的自動補償能力。4、超越狀態(tài)的阻力大，效率不高。5、楔緊后需要較大的解楔力。6、溜滑角比較大。7、結構復雜，零部件數(shù)量多，對材料和制造的一致性要求都非常高，成本高。8、由于離散件多，帶來高轉速工作特性差，特別是高轉速超越狀態(tài)，噪聲和磨損都很大?，F(xiàn)有技術由于有以上缺陷，嚴重影響了超越離合器的應用范圍，可參見張濟政等著的《超越離合器的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢》(第三屆中日機械技術史國際學術會議文集，出版單位中國機械工程學會，出版時間20021028)—文。從該文的內容可以看出，國內學者和專家做了大量的改進探索和發(fā)明工作，取得了比較好的成就，但要達到比較理想的性能、結構、可靠性、成本和壽命等超越離合器的要求，還有很大的差距。文獻CN2175321Y公開了一種基于螺紋副和錐面摩擦副式的單向離合器，但沒有給出實現(xiàn)自鎖的條件。文獻CN2479288Y公開了一種基于斜槽軸銷和錐面摩擦副式的單向超越離合器，該離合器除與文獻CN2175321Y有類似的缺點外，還存在承載能力低的缺陷。文獻CN 201747821 U和CN 101936346 A公開了一種“空間楔合式摩擦超越離合器”，正如文獻所述“依據(jù)全新技術原理設計”，一方面沒有在文獻中闡明“全新技術原理”究竟是什么原理；另一方面，該文獻選擇了導向機構摩擦副本身自鎖的結構范圍，使超越離合器的結構設計、解鎖性能和承載能力的提升都受到很大的局限。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的上述缺陷，創(chuàng)造性地綜合應用多種現(xiàn)有的機械技術理論，設計出全新結構的錐形面摩擦式超越離合器，擬達到以下目的
(I)克服已有設計的上述缺陷，大幅度提升超越離合器的各項性能指標。(2)通過調整設計參數(shù)的方法，能夠實現(xiàn)具有過載保護功能的超越離合器。(3)使超越離合器結構更加簡單，制造更加容易，成本更加低廉。為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案一種錐形面摩擦式超越離合器，其包括兩個傳力的第一、第二中間環(huán)(或中間環(huán)組件)、一個工作摩擦副預緊彈性件(或預緊彈性組件)、一個內環(huán)(或內環(huán)組件)、一個外環(huán)(或外環(huán)組件);
所述內環(huán)、外環(huán)、第一中間環(huán)和第二中間環(huán)具有共同的旋轉軸線；
所述第一中間環(huán)和第二中間環(huán)都位于內環(huán)與外環(huán)之間；第一中間環(huán)和第二中間環(huán)與內環(huán)或外環(huán)的其中之一之間，都以錐形面相配合，分別形成至少一個可以軸向接觸和分離的第一工作摩擦副和第二工作摩擦副；第一中間環(huán)和第二中間環(huán)與其中另一之間，分別形成第一增力傳動機構和第二增力傳動機構，并以增力傳動機構相連接；
所述的預緊彈性件，其一端設置在第一中間環(huán)或第二中間環(huán)上，使所有工作摩擦副在未工作時保持有滿足工作要求的彈性壓緊力；
所述的第一、第二工作摩擦副具有共同的旋轉軸線，每個工作摩擦副相配合的兩個錐形面的錐頂角相同；對任意一個工作摩擦副的錐頂角，設該錐頂角的角度為〃，摩擦副的 摩擦系數(shù)為U。，則必須滿足條件2arctan(li。)〈 (9彡180° ,公式中的arctan ()表示反正切函數(shù)，該條件確保所述工作摩擦副自身不會自鎖；
所述增力傳動機構中的至少一個，將所述中間環(huán)和與增力傳動機構相連接的所述內環(huán)或外環(huán)之間的相對轉動角度變換成軸向相對位置移動，設相對轉動角度為0時，產生的軸向相對位置移動距離為X，該增力傳動機構的摩擦系數(shù)為U1,則必須滿足條件arctan(d A /d4>) > arctan( U 公式中的arctan()表示反正切函數(shù),d表示微分,該條件確保該所述增力傳動機構自身不會自鎖；
將所述的第一工作摩擦副和第二工作摩擦副換算為一個理論上的等效工作摩擦副，設所述內環(huán)與外環(huán)之間出現(xiàn)自鎖方向的切向外部分力為F1，通過所述增力傳動機構的作用，在所述等效工作摩擦副上產生的法向壓力為F2，等效工作摩擦副的當量摩擦系數(shù)為ii，所述的超越離合器實現(xiàn)最大承載能力的設計條件為=ClF1MF2^ u ;所述的超越離合器的超載滑轉保護的設計條件為=ClF1AlF2 > U，公式中的d表示微分。上述條件共同構成了本發(fā)明的核心之一，就是由各自都不自鎖的機械結構共同作用，實現(xiàn)了超越離合器需要的單向自鎖功能，且本發(fā)明在整個承載能力范圍內，超越離合器在解鎖過程中，不會產生現(xiàn)有技術中由于具有單獨自鎖機構所必然帶來的附加的解鎖楔緊力，不僅使得解鎖輕松，還徹底消除了現(xiàn)有技術出現(xiàn)的不能解鎖的失效模式。本發(fā)明中，所述的增力傳動機構，可以由能將相對轉動轉換為軸向相對位置移動的各種常見機械傳動機構所構成，包含但不僅限于各種標準和不標準截面的螺紋副、螺旋配合面、斜楔配合面、螺旋槽銷機構、端面凸輪傳動機構、斜撐桿傳動機構等。本發(fā)明中，所述的增力傳動機構，既能優(yōu)化地設計為將不同方向的相對旋轉運動都轉換為軸向運動的結構形式，如螺紋副結構形式，也能簡化設計為只將一個方向的相對旋轉運動轉換為軸向運動的結構形式，如端面凸輪傳動機構等結構形式。本發(fā)明中，所述的增力傳動機構，包含直接相互嚙合的螺紋副、螺旋面、斜楔面、端面凸輪傳動結構形式，且相互嚙合的面分別直接形成在所述傳力中間環(huán)組件的端面、內周面和外周面的一個表面上和所述內環(huán)或所述外環(huán)之一的軸向面、內周面和外周面的一個表面上。本發(fā)明中，所述超越離合器還包括有與所述內環(huán)和所述外環(huán)相連接的位置約束組件，用以約束所述內環(huán)和所述外環(huán)之間的徑向相對位置和軸向相對位置，如各種滾動軸承、滑動軸承、液壓軸承等。至少有一個位置約束組件與所述內環(huán)和所述外環(huán)相連接，用以約束或限制所述內環(huán)和所述外環(huán)之間的相對徑向位置和相對軸向位置；該位置約束組件既能直接設置在所述超越離合器的所述內環(huán)和所述外環(huán)之間，也能設置在與所述超越離合器的所述內環(huán)和所述外環(huán)相連接的外部機構零部件之間。更進一步地所述的同步構件，可以由分布于兩個中間環(huán)端面、內周面或外周面的相互嚙合的直齒或花鍵構成，也可以通過圓柱銷與分布于兩個中間環(huán)端面的孔相連接構成,還可以由分布于兩個中間環(huán)內周面或外周面的直齒或花鍵與一個內周面或外周面有直齒或花鍵的園環(huán)相互嚙合構成。所述每個工作摩擦副包含只由相配合的兩個錐形面形成的兩個摩擦面的結構，也包含由交錯疊放形成的兩個以上的摩擦面，按傳統(tǒng)的多片式離合器結構形式所構成的結構。所述預緊彈性件包括至少一個由金屬或橡膠等彈性材料制成扭簧、壓簧、碟簧、波 形彈簧、片狀彈簧結構形式的彈性元件。更進一步地所述工作摩擦副的摩擦面上設置有溝槽形或網(wǎng)紋形潤滑油道。本發(fā)明中，所述超越離合器的各個組件，根據(jù)應用環(huán)境、性能要求、體積大小、制造工藝等因素的需要或限制，既可以是滿足所述組件功能的單一整體零件，也可以是由多個零件按常見的機械原理組合連接而成來滿足所述功能的結構形式。本發(fā)明的內環(huán)，還包括在內環(huán)上設置其他的與內環(huán)連接在一起的組件，與內環(huán)一起轉動，形成內環(huán)組件；本發(fā)明的外環(huán)，還包括在外環(huán)設置其他的與外環(huán)連接在一起的組件，與外環(huán)一起轉動，形成外環(huán)組件。本發(fā)明的超越離合器，大幅度提升超越離合器的各項性能指標；也能簡單通過調整設計參數(shù)的方法實現(xiàn)過載保護；使超越離合器結構更加簡單，制造更加容易，成本更加低廉
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圖I是本發(fā)明錐形面摩擦式超越離合器的簡化軸向剖面 圖2是本發(fā)明錐形面摩擦式超越離合器第二種結構簡化軸向剖面 圖3是本發(fā)明錐形面摩擦式超越離合器第三種結構簡化軸向剖面 圖4是圖3以旋轉軸線X為軸線，沿A— A向旋轉剖視的展開 圖5是本發(fā)明的中間環(huán)同步旋轉機構的同步構件(件6)的一種實施例結構；
圖6是本發(fā)明的中間環(huán)同步旋轉機構的同步構件(件6)的第二種實施例結構；
圖7是本發(fā)明的中間環(huán)同步旋轉機構的無同步構件(件6)的一種實施例結構；
圖8是本發(fā)明的中間環(huán)同步旋轉機構的無同步構件(件6)的第二種實施例結構；
圖9是本發(fā)明的增力傳動機構的一種實施例結構；
圖10是本發(fā)明的增力傳動機構的第二種實施例結構。
具體實施例方式結合下面的具體實施方式
中的附圖和描述說明，本發(fā)明的內容和優(yōu)點將會更加豐富和明晰。實施例I :
圖I所示本發(fā)明的錐形面摩擦式超越離合器的一種結構，包括內環(huán)I (或稱為內環(huán)組件)、外環(huán)2 (或稱為外環(huán)組件)、第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4、中間環(huán)軸向限位件5和預緊彈性件7 ；
所述內環(huán)I、外環(huán)2、第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4具有共同的旋轉軸線，圖中的X軸；內環(huán)I，其采用的是一個整體式內環(huán)，1-1為直接加工在內環(huán)I外周面上的第一外螺紋，1-2為直接加工在內環(huán)I外周面上的第二外螺紋，還在內環(huán)外周面上布置了限位環(huán)槽1-3，在內環(huán)的內周面直接布置了直花鍵等連接件，以能與轉軸等連接。 外環(huán)2，采用的也是一個整體式外環(huán)，2-1和2-2為直接布置在外環(huán)內周面上的錐形面，在外環(huán)的外周面直接布置了做連接之用的直花鍵等連接件，以與其他部件相連接。第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4都位于內環(huán)I與外環(huán)2之間；3_1為直接布置在第一中間環(huán)3內周面上的內螺紋，3-2為直接布置在第一中間環(huán)3外周面上的錐形面。4-1為直接布置在第二中間環(huán)4內周面上的內螺紋，4-2為直接布置在第二摩中間環(huán)4外周面上的錐形面；第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4與內環(huán)I和外環(huán)2的其中之一之間，都以錐形面相配合，分別形成至少一個可以軸向接觸和分離的工作摩擦副；第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4與其中另一之間，分別形成增力傳動機構，以增力傳動機構相連接；
圖中所示的具體連接結構，是第一中間環(huán)3上的內螺紋3-1與內環(huán)I外周面上的第一外螺紋1-1相嚙合，第二中間環(huán)4上的內螺紋4-1與內環(huán)I外周面上的第二外螺紋1-2相嚙合，分別構成螺紋副傳動，該螺紋副不僅能將第一中間環(huán)3、第二中間環(huán)4與內環(huán)I之間的相對轉動轉換為軸向相對位移，還能將相對旋轉力轉換成相對軸向力，并能使相對軸向力大于相對旋轉力。該兩個螺紋副就是本發(fā)明本實施例的增力傳動機構，形成螺紋副傳動式增力傳動機構。第一中間環(huán)3外周面上的錐形面3-2，第二中間環(huán)4外周面上的錐形面4-2，分別與外環(huán)2內周面上的錐形面2-1和2-2相配合，分別形成至少一個可以軸向接觸和分離的第一工作摩擦副和第二工作摩擦副，所述的錐形面就是摩擦副的摩擦面。為了防止第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4之間產生相互轉動(相對轉動)，使其同步轉動，在第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4之間設置了同步構件6 ;同步構件6的具體結構有多種。在本實施例中，同步構件6是兩端分別插入第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4的插銷孔的銷子，或者是在第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4之中的任一個中間環(huán)上連接(設置)一個插件，插入另一個中間環(huán)上對應設置的插孔內。同步構件6相當于在周向將第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4連接，保證兩者之間不產生相對轉動，是同步轉動。第一中間環(huán)3上的內螺紋3-1，與第二中間環(huán)4上的內螺紋4-1，其螺紋的旋向(螺紋方向)是相反的，在受到內環(huán)I、外環(huán)2的作用力時，同時轉動，兩者在軸線上是相向運動，即同時靠近或同時遠離的。中間環(huán)軸向限位件5設置在內環(huán)I或外環(huán)2上，限制第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4的軸向位移范圍；中間環(huán)軸向位置限位件5，通常選用彈性卡簧等，圖中所示的安裝結構與布置在內環(huán)I上的限位環(huán)槽I一3相配合，設置在該限位環(huán)槽內。預緊彈性件7 (具體選扭簧)，布置在中間環(huán)軸向位置限位件5與第一中間環(huán)3之間，或布置在中間環(huán)軸向位置限位件5與第二中間環(huán)4之間；一端與第一中間環(huán)3或第二中間環(huán)4接觸(或相連接)，另一端與中間環(huán)軸向限位件5相連接，或者與中間環(huán)和與所述增力傳動機構相連接的內環(huán)或外環(huán)相連接，使所有工作摩擦副在未工作時保持有滿足工作要求的彈性壓緊力。本實施例的兩個中間環(huán)位于內環(huán)I與外環(huán)2之間，工作摩擦副由錐頂角相等的錐形面構成(所述錐頂角就是錐頂?shù)膬蓷l邊之間的夾角)，第一工作摩擦副由錐頂角相等的錐形面3-2和錐形面2-1構成，第二工作摩擦副由錐頂角相等的錐形面4-2和錐形面2-2構成，第一工作摩擦副的錐頂角和第二工作摩擦副的錐頂角，可以相同，也可以不同，所有錐形面的錐頂角都必須滿足權利要求中的條件，選擇這樣的參數(shù)，目的是為了達到當外力消失時，摩擦副間的附加壓力也就隨之消失的效果，也就是工作摩擦副本身不會自鎖。該實施例的第一增力傳動機構由第一中間環(huán)3上的內螺紋3-1與內環(huán)I外周面上 的第一外螺紋1-1相嚙合成的螺紋副構成，第二增力傳動機構由第二中間環(huán)4上的內螺紋4-1與內環(huán)I外周面上的第二外螺紋1-2相嚙合成的螺紋副構成，該螺紋副也必須滿足權利要求中的條件，即保證該螺紋副自身不會自鎖，該螺紋副優(yōu)選地選擇梯形螺紋或矩形螺紋，達到傳動效率高、結構強度高的目的，當然，也可根據(jù)需要或條件限制的情況，選擇所有的標準或不標準截面的螺紋結構。雖然該實施例選用了扭簧作為預緊彈性件7，由于本發(fā)明的增力傳動機構不會自鎖，這就為選用軸向加力的預緊彈性件來實現(xiàn)工作摩擦副的彈性預緊得以實現(xiàn)，如蝶形彈簧、橡膠等彈性元件。工程設計時，將所述的所有第一工作摩擦副和第二工作摩擦副等效換算為理論上的一個等效工作摩擦副，設所述內環(huán)與所述外環(huán)之間出現(xiàn)自鎖方向的切向外部分力為F1,在所述等效工作摩擦副上產生的法向壓力為F2，等效工作摩擦副的當量摩擦系數(shù)為ii，當滿足條件ClF1MF2^ u時，本發(fā)明的超越離合器就能在承載能力范圍內保持超越離合器功能；當滿足條件ClF1AlF2 > u時，本發(fā)明的超越離合器就能實現(xiàn)超載滑轉保護的功能；上述公式中的d表不微分。當本發(fā)明的超越離合器選擇上述的ClF1AlF2S U條件時，工作過程是，通過預緊彈性件7 (扭簧)和軸向置限位彈性卡簧5，使由錐形面構成的第一工作摩擦副和第二工作摩擦副同時保持接觸并具有適當?shù)某跏紡椥詨壕o力，當內環(huán)I與外環(huán)2有相對轉動或轉動趨勢時，如果該轉動方向或趨勢，通過螺紋1-1和3-1嚙合成的螺紋副和螺紋1-2和4-1嚙合成的螺紋副的共同作用，使第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4將工作摩擦副越壓越緊，工作摩擦副會保持靜止狀態(tài)，即實現(xiàn)了自鎖；反之，如果上述相對轉動或轉動趨勢相反時，通過上述螺紋副的作用，第一中間環(huán)3或第二中間環(huán)4，會將工作摩擦副的初始壓力更加減小，工作摩擦副就會產生滑轉，這就是超越狀態(tài)，可見，該超越離合器實現(xiàn)了該旋轉方向的單向傳力。為了使該本發(fā)明的超越離合器正常工作，需要有適當?shù)臐櫥詢?yōu)選地在工作摩擦副的摩擦面上設置網(wǎng)紋或8字形油槽等潤滑通道。由于本發(fā)明的超越離合器結構簡單，工作時，需要在內環(huán)I和外環(huán)2之間或與它們分別相連接的零部件間設置滾動軸承或滑動軸承進行支撐和定位，即滾動軸承或滑動軸承作為位置約束組件，還可以對潤滑劑進行密封。如果本實施例的使用條件許可，還可以取消軸向置限位彈性卡簧5，直接將預緊彈性件7 (扭簧)卡進設置在內環(huán)I上的限位孔中。如果本實施例的使用條件許可，還能將內環(huán)I和外環(huán)2上的直花鍵改成鍵槽，或者取消，內環(huán)I還包括做成實心的內環(huán)，這就可以稱之為內軸了。所述增力傳動機構，既能由直接形成在所述中間環(huán)上的結構形狀與所述增力傳動機構相連接的所述內環(huán)或所述外環(huán)上直接形成的結構形狀直接相互嚙合構成，所述結構形狀，可以是標準截面和不標準截面的螺紋、軸向螺旋面和軸向斜楔面中的任意一種結構形狀；也能由直接形成在所述中間環(huán)上的結構形狀和直接形成在與所述增力傳動機構相連接
的所述內環(huán)或所述外環(huán)上的結構形狀以及位于這兩個所述結構形狀之間的其它零件共同構成，可以是軸向螺旋槽銷結構、軸向斜撐桿結構、雙鋼球軸向楔緊結構、雙滾柱軸向楔緊結構和滾動螺紋結構之一；所述增力傳動機構，在轉換運動的同時，還將所述中間環(huán)與所述內環(huán)之間的切向力分解，產生出相互間的軸向分力。本實施例選用了螺紋副式增力傳動機構，設螺紋升角為V，該螺紋副的自鎖角為P，根據(jù)本發(fā)明的條件要求，則至少一個螺紋副必須滿足V > P，以確保該螺紋副在非自鎖范圍內工作。每個所述工作摩擦副包含只由相配合的兩個錐形面形成的兩個摩擦面構成的結構，也包含由交錯疊放形成的兩個以上的摩擦面，按傳統(tǒng)的多片式離合器結構形式所交錯疊放構成的情況。預緊彈性件7包括至少一個由金屬或橡膠等彈性材料制成扭簧、壓簧、碟簧、波形彈簧、片狀彈簧結構形式的彈性元件。至少有一個位置約束組件與所述內環(huán)和所述外環(huán)相連接，用以約束所述內環(huán)和所述外環(huán)之間的相對徑向位置和相對軸向位置；該位置約束組件為常見的滾動軸承、滑動軸承和液壓軸承的結構形式，該位置約束組件既能直接設置在所述超越離合器的所述內環(huán)和所述外環(huán)之間，也能設置在與所述超越離合器的所述內環(huán)和所述外環(huán)相連接的外部機構零部件之間。需要說明的是該單向軸承零部件少，結構簡單，顯然工藝性非常好，加工精容易保證，溜滑角小，承載能力強。即使加工精度較低，也只對溜滑角和承載能力有一些很小的影響，但對單向超越功能幾乎沒有影響。 而上述所述的超越，是上述切向外部分力方向與自鎖狀態(tài)時的方向相反時的情況，本實施例選用了螺紋副結構的增力傳動機構，將使工作摩擦副的摩擦面間的壓力主動減小。當該方向的切向外部分力大于摩擦副間的摩擦力時，內環(huán)I與外環(huán)2之間就會繞共同旋轉軸線X發(fā)生相對轉動，超越離合器處于超越狀態(tài)。當超越離合器處于所述超越狀態(tài)情況下，該方向的切向外部分力只能在內環(huán)I與外環(huán)2之間，相互傳遞小于等于摩擦副間的最大摩擦力的力。將超越狀態(tài)下摩擦副間的最大摩擦力轉換為扭矩，該扭矩就是大家平常表述的超越離合器的超越扭矩。因為我們平常將超越離合器從自鎖狀態(tài)到超越狀態(tài)的過渡過程稱作為解鎖，本發(fā)明的錐形面摩擦式超越離合器由于沒有能自鎖的單獨機構，如果采用類似螺紋副式的雙向增力傳動機構還能實現(xiàn)主動解鎖，這也是本發(fā)明的核心之一。另外，本發(fā)明的錐形面摩擦式超越離合器，工作摩擦副都是面接觸的形式，超越工作時，很容易就能在工作摩擦副的摩擦面間形成潤滑油膜，使得工作摩擦副的摩擦面的磨損接近于零，所以能長時間運行在高速超越狀態(tài)下。這也是本發(fā)明的特色之一。本發(fā)明的錐形面摩擦式超越離合器，由上述對增力傳動機構的描述，如果采用螺紋副式的增力傳動機構，能在較大范圍內自動補償工作摩擦副的磨損，使得該結構的功能特性對零部件的參數(shù)變化不敏感，這也是本發(fā)明的特色之一。本發(fā)明的錐形面摩擦式超越離合器，可達到幾乎軸向全對稱、全剛性的結構特點，所以能適應高速和超高速運轉，最高轉速僅取決于材料強度、所傳遞扭矩的大小和動平衡水平。根據(jù)本發(fā)明在技術背景中有關文獻中的描述，最大溜滑角可以理解為設內環(huán)I 與外環(huán)2之間從超越狀態(tài)過渡到相對靜止時刻的旋轉方向的相對位置為0角度，再過渡到承載能力狀態(tài)時，內環(huán)I與外環(huán)2之間所轉過的相對角度。本發(fā)明的錐形面摩擦式超越離合器的最大溜滑角主要取決于增力傳動機構的配合間隙和精度、所有工作摩擦副的摩擦面間在所述0角度時的油膜厚度以及自鎖后的結構彈性變形量和過渡到自鎖的時間等方面，通過相應的技術手段，可以容易地將影響最大溜滑角的前三個因素控制在要求范圍內。根據(jù)以上的示意圖以及所有的說明和描述，本領域的普通技術人員很容易就能理解本發(fā)明的錐形面摩擦式超越離合器實現(xiàn)自鎖和超越的技術原理，更能發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的結構特點和技術指標提升幅度，以及由此帶來的使用效果、巨大的社會效益和經濟效益，還能很容易地簡單地進行復制。當然，由以上本基本形式結構還可以衍生出很多的具有超越離合器功能的其它結構形式，后面的實施例將對部分變形結構進行描述和說明。圖2所示的本發(fā)明的的錐形面摩擦式超越離合器的第二種結構，與圖I中的結構相同的部分不做贅述；其區(qū)別點如下外環(huán)2與第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4之間，分別構成增力傳動機構，通過相互嚙合的螺紋構成螺紋副式增力傳動機構；內環(huán)I與第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4之間，分別以錐形面相配合，構成第一工作摩擦副和第二工作摩擦副。在第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4與外環(huán)2之間，分別設置有中間環(huán)軸向限位件5和預緊彈性件7，使錐形面構成的第一工作摩擦副和第二工作摩擦副同時保持接觸并具有適當?shù)某跏紡椥詨壕o力。圖2中，第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4之間，沒有設置同步構件6。圖3、4所示的本發(fā)明的錐形面摩擦式超越離合器的第三種結構，與前述兩種結構相同的部分不做贅述；其不同之處是在內環(huán)I的中部設置有凸臺11，第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4分設在凸臺11的兩側，通常是對稱設置在其兩側；內環(huán)I與第一中間環(huán)3的端面之間、內環(huán)I與第二中間環(huán)4的端面之間，都通過軸向斜楔面的增力傳遞結構相連接，在內環(huán)I轉動時，通過端面的斜楔面，推動第一中間環(huán)3和第二中間環(huán)4產生軸向運動，在凸臺11左、右兩側對稱運動。為了便于安裝，外環(huán)2是由三部分構成的外環(huán)組件，圖中的左部分為2a，右部分為2b，2c為連接件(或蓋子)將左部分2a、右部分2b連接成一體式結構，形成外環(huán)組件。圖5、6、7、8所示本發(fā)明的同步構件6，設置在第一中間環(huán)3與第二中間環(huán)4之間，保證兩者之間不產生相對轉動，是同步轉動。其具體結構有多種，除了上述圖I和圖3中采用的圓柱銷與孔配合的結構形式，圖5所示的是一種內孔有直鍵的圓環(huán)與中間環(huán)外周面直槽相嚙合的結構形式；圖6所示的是一種外周面有直鍵的圓環(huán)與中間環(huán)內周面直槽相嚙合的結構形式；圖7、8所示的同步構件6，是由直接形成在中間環(huán)上的幾何形狀構成的，圖7所示的是直接在兩個中間環(huán)上分別設置直鍵和直槽，相互插入對方上對應設置的直鍵或直槽中的結構形式；圖8所示的是在兩中間環(huán)的端面設置直齒與齒槽相配合的結構。圖9、10所示的增力傳動機構具體結構，圖9所示是一種軸向斜撐桿結構的增力傳動機構，設置在第一中間環(huán)3與內環(huán)I或外環(huán)2之間，或第二中間環(huán)4與內環(huán)I或外環(huán)2之間，代替前述的螺紋副式增力傳動機構，也能實現(xiàn)本發(fā)明目的。圖10所示是一種雙鋼球或雙滾柱結構的軸向楔緊結構的增力傳動機構，設置在第一中間環(huán)3與內環(huán)I或外環(huán)2之間，或第二中間環(huán)4與內環(huán)I或外環(huán)2之間，代替前述的螺紋副式增力傳動機構，也能實現(xiàn)本發(fā)明目的。最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較·佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種錐形面摩擦式超越離合器，其包括內環(huán)、外環(huán)、第一中間環(huán)和第二中間環(huán)、預緊彈性件；其特征在于 所述內環(huán)、外環(huán)、第一中間環(huán)和第二中間環(huán)具有共同的旋轉軸線； 所述第一中間環(huán)和第二中間環(huán)都位于內環(huán)與外環(huán)之間；第一中間環(huán)和第二中間環(huán)與內環(huán)或外環(huán)的其中之一之間，都以錐形面相配合，分別形成至少一個可以軸向接觸和分離的第一工作摩擦副和第二工作摩擦副；第一中間環(huán)和第二中間環(huán)與其中另一之間，分別形成第一增力傳動機構和第二增力傳動機構，并以增力傳動機構相連接； 所述的預緊彈性件，其一端設置在第一中間環(huán)或第二中間環(huán)上，使所有工作摩擦副在未工作時保持有滿足工作要求的彈性壓緊力； 所述的第一、第二工作摩擦副具有共同的旋轉軸線，每個工作摩擦副相配合的兩個錐形面的錐頂角相同；對任意一個工作摩擦副的錐頂角，設該錐頂角的角度為〃，摩擦副的摩擦系數(shù)為U。，則必須滿足條件2arctan(li。)〈 (9彡180° ,公式中的arctan ()表示反正切函數(shù)，該條件確保所述工作摩擦副自身不會自鎖； 所述增力傳動機構中的至少一個，將所述中間環(huán)和與增力傳動機構相連接的所述內環(huán)或外環(huán)之間的相對轉動角度變換成軸向相對位置移動，設相對轉動角度為0時，產生的軸向相對位置移動距離為X，該增力傳動機構的摩擦系數(shù)為U1,則必須滿足條件arctan(d A /d4>) > arctan( U 公式中的arctanO表示反正切函數(shù),d表示微分,該條件確保該所述增力傳動機構自身不會自鎖； 將所述的第一工作摩擦副和第二工作摩擦副換算為一個理論上的等效工作摩擦副，設所述內環(huán)與外環(huán)之間出現(xiàn)自鎖方向的切向外部分力為F1，通過所述增力傳動機構的作用，在所述等效工作摩擦副上產生的法向壓力為F2，等效工作摩擦副的當量摩擦系數(shù)為ii，所述的超越離合器實現(xiàn)最大承載能力的設計條件為=ClF1MF2^ u ;所述的超越離合器的超載滑轉保護的設計條件為=ClF1AlF2 > U，公式中的d表示微分。
2.按權利要求I所述的錐形面摩擦式超越離合器，其特征在于所述增力傳動機構，由直接形成在所述中間環(huán)上的結構形狀與所述增力傳動機構相連接的所述內環(huán)或所述外環(huán)上直接形成的結構形狀直接相互嚙合構成，所述結構形狀，可以是標準截面和不標準截面的螺紋、軸向螺旋面和軸向斜楔面中的任意一種結構形狀；或者由直接形成在所述中間環(huán)上的結構形狀和直接形成在與所述增力傳動機構相連接的所述內環(huán)或所述外環(huán)上的結構形狀以及位于這兩個所述結構形狀之間的相關機械零件共同構成，可以是軸向螺旋槽銷結構、軸向斜撐桿結構、雙鋼球軸向楔緊結構、雙滾柱軸向楔緊結構和滾動螺紋結構之一；所述增力傳動機構，在轉換運動的同時，還將所述中間環(huán)與所述內環(huán)或外環(huán)之間的切向力分解，產生出相互間的軸向分力。
3.按權利要求I 2任一項所述的錐形面摩擦式超越離合器，其特征在于所述增力傳動機構，當所述的中間環(huán)和與所述增力傳動機構相連接的所述內環(huán)或所述外環(huán)間產生相對轉動時，兩個所述的中間環(huán)在軸線上產生相向的運動，即同時靠近或同時遠離。
4.按權利要求I 2任一項所述的錐形面摩擦式超越離合器，其特征在于所述增力傳動機構，是第一中間環(huán)上的內螺紋與內環(huán)外周面上的第一外螺紋相嚙合，第二中間環(huán)的內螺紋與內環(huán)外周面上的第二外螺紋相嚙合，分別構成螺紋副傳動式增力傳動機構；第一中間環(huán)上的內螺紋與第二中間環(huán)上的內螺紋，其螺紋的旋向是相反的。
5.按權利要求I所述的錐形面摩擦式超越離合器，其特征在于在與所述中間環(huán)以增力傳動機構相連接的所述內環(huán)或外環(huán)上，設置有中間環(huán)軸向限位件，所述中間環(huán)軸向限位件與所述的內環(huán)或外環(huán)通過環(huán)槽相連接，以限制所述中間環(huán)的軸向移動范圍。
6.按權利要求1、2、5任一項所述的錐形面摩擦式超越離合器，其特征在于所述的預緊彈性件，設置在中間環(huán)軸向限位件與第一中間環(huán)之間，中間環(huán)軸向限位件與第二中間環(huán)之間，或者與所述中間環(huán)和與所述增力傳動機構相連接的內環(huán)或外環(huán)相連接，使所有工作摩擦副在未工作時保持有滿足工作要求的彈性壓緊力。
7.按權利要求1、2、5任一項所述的錐形面摩擦式超越離合器，其特征在于所述預緊彈性件包括至少一個由金屬或橡膠等彈性材料制成扭簧、壓簧、碟簧、波形彈簧、片狀彈簧結構形式的彈性元件。
8.按權利要求I所述的錐形面摩擦式超越離合器，其特征在于所述第一中間環(huán)與第二中間環(huán)之間，設置有使兩者同步旋轉的同步機構，所述同步機構可以由分布于兩個中間環(huán)端面、內周面或外周面的相互嚙合的直齒或花鍵構成，也可以通過圓柱銷與分布于兩個中間環(huán)端面的孔相連接構成，還可以由分布于兩個中間環(huán)內周面或外周面的直齒或花鍵與一個內周面或外周面有直槽或花鍵的園環(huán)相互嚙合構成。
9.按權利要求1、2、5、8任一所述的錐形面摩擦式超越離合器，其特征在于至少有一個位置約束組件與所述內環(huán)和所述外環(huán)相連接，用以約束或限制所述內環(huán)和所述外環(huán)之間的相對徑向位置和相對軸向位置。
10.按權利要求9所述的錐形面摩擦式超越離合器，其特征在于所述位置約束組件為常見的滾動軸承、滑動軸承和液壓軸承的結構形式，該位置約束組件既能直接設置在所述超越離合器的所述內環(huán)和所述外環(huán)之間，也能設置在與所述超越離合器的所述內環(huán)和所述外環(huán)相連接的外部機構零部件之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種錐形面摩擦式超越離合器，屬于機械傳動基礎件。第一、第二中間環(huán)與可繞同一軸線旋轉的內環(huán)和外環(huán)之間，以增力傳動機構和錐形面摩擦副分別相配合連接，其突出的特征是增力傳動機構和錐形面摩擦副都工作在自身不會自鎖的參數(shù)范圍內，增力傳動機構處于常嚙合狀態(tài)，錐形面摩擦副通過彈性預緊件施加初始壓力；當內環(huán)和外環(huán)之間出現(xiàn)不同方向的切向外部分力時，通過增力傳動機構的作用，使錐形面摩擦副產生滑動旋轉或保持靜止狀態(tài)，實現(xiàn)了超越離合器的超越功能和自鎖功能。本發(fā)明通過調整設計參數(shù)，還能方便地實現(xiàn)超越離合器的過載滑轉保護功能。
文檔編號F16D41/06GK102758860SQ201210263358
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權日2012年7月27日
發(fā)明者羅俊 申請人:羅俊