專利名稱：無級齒嚙合控制型高效大功率離合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械離合器、控制式變速器，尤其是超越離合器設(shè)計(jì)及制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，機(jī)械無級離合器一般采取摩擦方式傳遞功率，工作時(shí)主從動(dòng)盤之間需要很大壓緊力，磨損發(fā)熱現(xiàn)象嚴(yán)重，體積大，傳遞功率有限。超越離合器是一種特殊的機(jī)械離合器，在機(jī)械傳動(dòng)中靠主從動(dòng)元件相對運(yùn)動(dòng)速度變化或旋轉(zhuǎn)方向的改變實(shí)現(xiàn)自動(dòng)接合或分離，將往復(fù)轉(zhuǎn)矩以單向轉(zhuǎn)矩輸出，故又稱為單向離合器或單向軸承；由于其離合狀態(tài)與內(nèi)外環(huán)相對速度有關(guān)，所以又稱為差速離合器?，F(xiàn)有超越離合器類型大致分為齒式(一般包括棘輪式、牙嵌式)、摩擦式兩大類，齒式超越離合器結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，對材料、制造精度要求低，但外形尺寸大，屬于有級接合，且接合時(shí)沖擊大，故不適用于高速、高頻工況。傳統(tǒng)摩擦式超越離合器大致分為滾柱式、楔塊式，其工作循環(huán)包括“超越——楔入——楔緊——去楔——超越——”幾大過程，在超越行程中楔緊元件與外環(huán)之間存在相對滑動(dòng)磨損，產(chǎn)生大量熱量，在楔入和去楔過程中也會(huì)消耗不少能量，這將導(dǎo)致離合器功耗、磨損增大，傳動(dòng)效率降低。此外，該類離合器溜滑角較大，在往復(fù)轉(zhuǎn)角幅度小的場合效果較差；其加工精度的高低直接影響傳動(dòng)特性，故對元件的加工精度、耐磨性、硬度提出更高要求，且高精度元件數(shù)量多，如離合器楔塊、滾柱，內(nèi)環(huán)(一般內(nèi)環(huán)為星輪)、外環(huán)的材料硬度、加工精度均很高。更主要者，其摩擦傳動(dòng)的承載能力低是目前摩擦式超越離合器的致命缺陷(例如制約現(xiàn)有脈動(dòng)無級變速器應(yīng)用范圍的主要因素就是其關(guān)鍵部件摩擦式超越離合器的承載能力低)。上述綜合因素所限，制約了目前超越離合器向高速、高頻、高效、大功率領(lǐng)域邁進(jìn)……發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有離合器缺憾進(jìn)行革新改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上提供一類新型控制式離合器及超越離合器，以滿足、適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)需求，尤其適用于現(xiàn)有脈動(dòng)無級變速器、以及專利03140569.X 03263450.1——《等角速同形位低副高變速比機(jī)械無級變速器》公開的無級變速器場合，由于此關(guān)鍵部件——超越離合器的引入，實(shí)現(xiàn)了無級變速領(lǐng)域的概念性變革。達(dá)到了近乎完美的“高效大功率非摩擦式勻速無脈動(dòng)過零超寬區(qū)間”無級變速，該發(fā)明幾乎涵蓋了目前所有超越離合器優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到了獨(dú)有的“非摩擦、無楔緊、無級齒嚙合、零反向空行程”極佳境界，屬一種全新概念的大功率非摩擦式無級齒嚙合控制離合器，該離合理論一改以往傳動(dòng)理念——具有“運(yùn)動(dòng)態(tài)不傳遞功率、靜止態(tài)傳遞功率”的神奇效果！屬機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域的一次傳動(dòng)觀念的概念性改觀！且具有加工精度、磨損狀況等因素不影響傳動(dòng)精度、性能等特點(diǎn)，可謂離合器領(lǐng)域一次革命性突破！該專利提出了一種新的“嚙合式無級離合”設(shè)計(jì)方向、指導(dǎo)思想，開辟了探索研究新領(lǐng)域，不僅具有實(shí)際運(yùn)用價(jià)值，還具有理論指導(dǎo)意義……本發(fā)明的技術(shù)方案如下基本理論(以蝸桿蝸輪為例分析；其它自鎖機(jī)構(gòu)工作原理等同)——相關(guān)解釋參見文尾20頁《名詞解釋》離合器的設(shè)計(jì)條件——具有單向自鎖特性的常嚙合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，即“無級常嚙合”與“單向自鎖”兩大技術(shù)特征；以蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)為例分析說明蝸桿蝸輪處于常嚙合態(tài)，當(dāng)蝸桿導(dǎo)程角小于當(dāng)量摩擦角具有單向自鎖特性時(shí)便具備了此條件?！皢蜗蜃枣i”與“無級常嚙合”兩大技術(shù)特征的組合應(yīng)用設(shè)計(jì)，適用于直線、曲線(旋轉(zhuǎn))場合。
另一典型機(jī)構(gòu)——具有自鎖性的2K-H型正號(hào)行星輪系機(jī)構(gòu)、3K型行星輪系等，同樣具有單向自鎖性及常嚙合特性。
凡可以單向控制另一從動(dòng)件運(yùn)行步調(diào)的機(jī)構(gòu)，如蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)、自鎖性行星輪系機(jī)構(gòu)、錐蝸桿、交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)等一切可單向自鎖的機(jī)構(gòu)均可用于此設(shè)計(jì)。
基本設(shè)計(jì)原理蝸桿齒形無級移位原理(無級常嚙合原理)通過旋轉(zhuǎn)蝸桿自身轉(zhuǎn)軸角位移，可使蝸桿齒形在軸向無級平移。如在蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)中(包括滾動(dòng)型)，對于蝸輪的任意轉(zhuǎn)角位，蝸桿均可通過無級旋轉(zhuǎn)角位移實(shí)現(xiàn)齒形無級平移嚙合。同理，在直線蝸桿蝸條機(jī)構(gòu)中，對于蝸條的任意直線位，蝸輪同樣可通過旋轉(zhuǎn)變換角位移達(dá)到齒形無級移位嚙合。
此種靠蝸桿的自身旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)“無級改變嚙合齒位”的技術(shù)原理可用到無級傳動(dòng)場合，解決以往的“一切無級牽引傳動(dòng)均需借助摩擦傳動(dòng)”制約現(xiàn)狀，可謂里程性進(jìn)步！也可通過傳感器監(jiān)測，計(jì)算機(jī)計(jì)算出蝸桿的待嚙合方位角后適時(shí)通過可控驅(qū)動(dòng)器(如控制式電機(jī))牽引蝸桿的轉(zhuǎn)角與欲嚙合體實(shí)現(xiàn)同步無級嚙合——又名齒位同步無級嚙合原理。是實(shí)現(xiàn)齒輪無級傳動(dòng)的一大關(guān)鍵核心突破口。
連續(xù)常嚙合無級鎖定控制原理(以蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)為例說明)——蝸桿蝸輪總保持常嚙合，對于蝸輪的任意角位移處，蝸桿均可以隨時(shí)對其進(jìn)行“離合”控制(即自鎖接合、解鎖超越兩個(gè)狀態(tài)的控制)。
蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)的單向自鎖性也稱單向控制性，即蝸桿可以控制蝸輪的運(yùn)動(dòng)，通過主鎖件對被鎖件運(yùn)行狀態(tài)的控制實(shí)現(xiàn)“離合”功能；換言之，即利用蝸桿蝸輪的連續(xù)常嚙合無級鎖定控制原理實(shí)現(xiàn)“離合”功能；也即通過對蝸桿的運(yùn)行狀態(tài)控制來實(shí)現(xiàn)離合變換——當(dāng)蝸桿隨蝸輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，整個(gè)機(jī)構(gòu)處于運(yùn)行狀態(tài)，即自由分離態(tài)(超越態(tài))，此時(shí)輸入軸的轉(zhuǎn)矩不能傳遞到輸出軸；一旦蝸桿停轉(zhuǎn)，整個(gè)機(jī)構(gòu)便發(fā)生自鎖，從蝸輪方向看整個(gè)機(jī)構(gòu)成為一體，即接合鎖定態(tài)(等效于普通超越離合器的楔緊態(tài))，輸入軸與輸出軸連成一體，功率流由輸入軸向輸出軸傳遞輸出，這便是蝸桿蝸輪的齒嚙合無級離合原理(示意簡圖見圖1)。利用此原理，可以設(shè)計(jì)控制式離合器、無級齒嚙合超越離合器、控制式無級變速器。當(dāng)蝸桿處于非同步旋轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)，機(jī)構(gòu)呈現(xiàn)半接合打滑狀態(tài)，此時(shí)，輸入軸、輸出軸之間存在轉(zhuǎn)速差，此功能主要為適應(yīng)離合器的打滑工況場合。
按控制功率流分類開環(huán)功率流控制、閉環(huán)功率流控制；其工作流程圖——參見附圖27具體分析1、控制式離合器(1)外動(dòng)力源控制型(開環(huán)功率流控制)具有連續(xù)常嚙合特性的單向自鎖機(jī)構(gòu)，由一控制器適時(shí)(根據(jù)需求任意時(shí)刻、任意方向、速度)驅(qū)動(dòng)主鎖件實(shí)現(xiàn)與被鎖件之間鎖定特性的控制變換，進(jìn)而完成離合狀態(tài)(分離態(tài)、打滑態(tài)、接合態(tài))的變換(解說參見圖1相關(guān)部分)；其工作流程圖——參見附圖28此類模式也可用于變速器，只要將可控驅(qū)動(dòng)源的控制指令按變速要求執(zhí)行即可！可參考對照附圖31。
(2)內(nèi)動(dòng)力流控制型(閉環(huán)功率流控制)具有連續(xù)常嚙合特性的單向自鎖機(jī)構(gòu)，由主功率流分出控制功率流引入一控制傳動(dòng)鏈(串有控制離合器、控制變速器的傳動(dòng)鏈)，通過對控制傳動(dòng)鏈(控制離合器、控制變速器)的控制適時(shí)(根據(jù)需求任意時(shí)刻、任意方向、速度)驅(qū)動(dòng)主鎖件實(shí)現(xiàn)與被鎖件之間鎖定特性的控制變換，進(jìn)而完成離合器離合狀態(tài)(分離態(tài)、打滑態(tài)、接合態(tài))的變換；(詳見下文，解說圖參見圖2——如圖2中的控制器8用一控制式離合器、控制式變速器代替即可)。
其工作流程圖——參見附圖29、附圖30此方案屬指令外控制型，可實(shí)現(xiàn)雙向離合控制，功能與現(xiàn)有普通離合器相似。
與現(xiàn)有普通離合器比較a——可控離合傳動(dòng)鏈中串有控制離合器的類型不可實(shí)現(xiàn)打滑傳動(dòng)，只能實(shí)現(xiàn)“離”與“合”兩個(gè)工況——如圖29；此類型可代替現(xiàn)有電磁離合器，具有體積小、功率大，工作態(tài)不耗能等特點(diǎn)。實(shí)施例將圖2中的控制器8用一控制式電磁離合器代替，即成為一無打滑功能的控制式離合器，通過對電磁離合器的通斷控制即可實(shí)現(xiàn)主離合器的離合狀態(tài)變換。
b——可控離合傳動(dòng)鏈中串有控制無級變速器的類型可以實(shí)現(xiàn)打滑功能，如圖30。
2、控制式變速器、控制式無級變速器
(1)蝸桿公轉(zhuǎn)型(離合器演變型)按控制功率流分類，分為開環(huán)功率流控制、閉環(huán)功率流控制；開環(huán)功率流控制類的工作流程圖可參考圖28；閉環(huán)功率流控制類工作流程圖——參見附圖31為了實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行，上述控制式離合器、控制式變速器在自鎖態(tài)向超越態(tài)變換時(shí)需“啟動(dòng)矩”或“啟動(dòng)隙”(例如當(dāng)在傳動(dòng)功率的緊嚙合時(shí)刻突然導(dǎo)通控制傳動(dòng)鏈，此時(shí)并不能立刻進(jìn)入空轉(zhuǎn)超越態(tài)，因?yàn)榇藭r(shí)的功率流流向不會(huì)因控制鏈的虛導(dǎo)通而改變流向。解決此問題的辦法——1直接使用驅(qū)動(dòng)源強(qiáng)行產(chǎn)生啟動(dòng)矩克服蝸桿蝸輪齒面的摩擦力，使蝸桿蝸輪齒面分離后再進(jìn)入同步超越態(tài)，如圖1所示，可以靠電機(jī)強(qiáng)行驅(qū)動(dòng)來產(chǎn)生啟動(dòng)矩，破壞自鎖狀態(tài)；2靠主動(dòng)軸減速使蝸桿蝸輪嚙合齒面產(chǎn)生微間隙(啟動(dòng)隙)來獲得解鎖)；在打滑半接合狀態(tài)，蝸桿蝸輪間需克服嚙合齒面摩擦阻矩，故應(yīng)盡量在保持自鎖前提下減小蝸桿導(dǎo)程角，以便在鎖定特性不變前提下減小蝸桿蝸輪嚙合齒面摩擦系數(shù)，從而減小摩擦阻矩，具體措施包括采用低摩擦系數(shù)材料、采用低摩擦潤滑方式及滾動(dòng)傳動(dòng)等方式來減小摩擦系數(shù)。
注蝸桿公轉(zhuǎn)型是指蝸桿與離合器殼體連成一體作整體旋轉(zhuǎn)類型，蝸桿既做公轉(zhuǎn)又作自轉(zhuǎn)。
(2)蝸桿自轉(zhuǎn)型(差動(dòng)運(yùn)動(dòng)合成型)利用單向自鎖機(jī)構(gòu)的單向控制性組成單向控制裝置，通過相關(guān)運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)，可以設(shè)計(jì)蝸桿自轉(zhuǎn)型控制式變速器。對于使用液壓馬達(dá)、氣動(dòng)馬達(dá)、手動(dòng)無級變速器等驅(qū)動(dòng)器類型，不宜采取蝸桿公轉(zhuǎn)型，應(yīng)采取蝸桿自轉(zhuǎn)型(參見圖23)，此時(shí)，蝸桿所在位置不變，僅作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，便于對蝸桿實(shí)現(xiàn)控制。注此處“蝸桿自轉(zhuǎn)型”僅是一定義名稱，并不代表機(jī)構(gòu)意義，即控制機(jī)構(gòu)可以是其他自鎖機(jī)構(gòu)(如圖23.5中采用自鎖型行星輪系)如圖23所示通過一控制無級變速器控制蝸桿的運(yùn)動(dòng)，經(jīng)蝸輪將此運(yùn)動(dòng)引入差動(dòng)輪系，通過差動(dòng)輪系與主功率流輸入端進(jìn)行運(yùn)動(dòng)合成后變?yōu)檩敵鲚S的轉(zhuǎn)速輸出，通過無級改變控制變速器傳動(dòng)比調(diào)節(jié)蝸桿轉(zhuǎn)速，即可在輸出軸上獲得大功率無級變速輸出。即輸入端運(yùn)動(dòng)與控制端運(yùn)動(dòng)經(jīng)過差動(dòng)輪系合成后變?yōu)檩敵鲚S的轉(zhuǎn)速輸出。根據(jù)控制功率流的來源分為——(1)“開環(huán)功率流控制”控制器的功率流來自外界可控驅(qū)動(dòng)源(如控制電機(jī)、控制用無級變速器設(shè)備等)，其控制系統(tǒng)路徑為控制器——單向控制裝置——運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)；(2)“閉環(huán)功率流控制”在主功率流輸入端引入分流機(jī)構(gòu)進(jìn)行封閉功率流控制合成；其控制系統(tǒng)路徑為主功率動(dòng)力軸——分流支路——控制無級變速器——單向控制裝置——運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)；本技術(shù)關(guān)鍵在于單向控制系統(tǒng)使功率流不回流，具有單向控制特性。具有單向自鎖性的機(jī)構(gòu)均可用于設(shè)計(jì)單向控制裝置，考慮到變速器的非同步工作時(shí)間段遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于離合器，打滑幾率大增，為減小磨損，盡可能用滾動(dòng)自鎖機(jī)構(gòu)。如采取滾動(dòng)傳動(dòng)型自鎖蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)(可參考如圖15機(jī)構(gòu)，但條件為蝸桿導(dǎo)程角小于滾動(dòng)蝸桿蝸輪當(dāng)量摩擦角)3、控制型超越離合器(閉環(huán)功率流控制)具有連續(xù)常嚙合特性的單向自鎖機(jī)構(gòu)，在一單向控制傳動(dòng)鏈的控制下適時(shí)(根據(jù)主從動(dòng)件的旋轉(zhuǎn)方向、相對速度)驅(qū)動(dòng)主鎖件實(shí)現(xiàn)與被鎖件之間鎖定特性的控制變換，進(jìn)而完成離合器超越離合狀態(tài)(自鎖態(tài)與超越態(tài))的變換；(解說詳見下文)。以蝸桿蝸輪為例分析當(dāng)控制傳動(dòng)鏈處于斷流狀態(tài)時(shí)，主鎖件蝸桿靜止，此時(shí)蝸桿蝸輪系統(tǒng)處于自鎖態(tài)，離合器處于傳遞功率狀態(tài)；當(dāng)控制傳動(dòng)鏈處于接合狀態(tài)時(shí)，蝸桿在控制鏈驅(qū)動(dòng)牽引下同步旋轉(zhuǎn)，此時(shí)蝸桿蝸輪系統(tǒng)處于同步空運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，即離合器處于超越狀態(tài)；換言之工作態(tài)運(yùn)行時(shí)控制傳動(dòng)鏈隔斷、控制鏈處于斷流狀態(tài)，蝸桿蝸輪自鎖狀態(tài)無法解除，離合器處于自鎖接合傳遞功率態(tài)；超越態(tài)運(yùn)行時(shí)控制鏈處于接合態(tài)，蝸桿被控制鏈牽引同步運(yùn)行解除自鎖處于超越空轉(zhuǎn)態(tài)。
設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想構(gòu)造兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向的鎖定特性不同即可實(shí)現(xiàn)超越離合。這與下文的“自適應(yīng)型超越離合器”指導(dǎo)思想一致。
工作流程圖——參見附圖32。
對于此類型超越離合器，蝸桿蝸輪接合工作齒面可采用摩擦系數(shù)較大材料，在滿足自鎖前提下盡可能增大蝸桿導(dǎo)程角，以獲得較小的傳動(dòng)比，從而使控制鏈傳動(dòng)比減小，降低在超越態(tài)時(shí)蝸桿的自轉(zhuǎn)角速度，提高傳動(dòng)效率！此蝸桿蝸輪超越離合機(jī)構(gòu)無楔緊現(xiàn)象，僅在鎖定時(shí)有接觸應(yīng)力，無蝸桿蝸輪間的相對滑移式傳動(dòng)，屬靜接觸傳動(dòng)，在超越態(tài)雖然有蝸桿蝸輪的相對運(yùn)動(dòng)，但無功率傳動(dòng)關(guān)系，為“隨動(dòng)附和”式非接觸運(yùn)動(dòng)，所以幾乎無滑移摩擦功耗！雙向可調(diào)控制型超越離合器——離合器超越、自鎖方向可以調(diào)節(jié)改變的超越離合器；特點(diǎn)蝸桿蝸輪的齒形設(shè)計(jì)采取雙向?qū)ΨQ設(shè)計(jì)，即工作齒面與非工作齒面相同(因?yàn)閮升X面均可能充當(dāng)工作齒面，如順時(shí)針為超越向時(shí)的非工作齒面，當(dāng)變換為逆時(shí)針為超越向時(shí)則成為工作齒面)，單向聯(lián)軸器的工作牙面、非工作牙面結(jié)構(gòu)等同，且具有傳動(dòng)鏈傳動(dòng)轉(zhuǎn)角可調(diào)性，以圖5為例分析在不改變其它所有元件的運(yùn)行位置前提下，改變蝸桿蝸輪及單向聯(lián)軸器凸牙17、凹槽18相對轉(zhuǎn)角，使非工作齒面、非工作牙面靠近，工作齒面、工作牙面遠(yuǎn)離后再接入傳動(dòng)鏈中，此時(shí)離合器的超越方向?qū)l(fā)生改變，變?yōu)槟鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)單向聯(lián)軸器接合，控制傳動(dòng)鏈導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)蝸桿同步旋轉(zhuǎn)，離合器進(jìn)入超越態(tài)，順時(shí)針為自鎖態(tài)。即通過調(diào)節(jié)聯(lián)軸器固有相對轉(zhuǎn)角既可改變離合器超越方向。
4、自適應(yīng)型超越離合器(又名單側(cè)自鎖型、兩側(cè)齒面鎖定特性互異型超越離合器)設(shè)計(jì)條件“單側(cè)自鎖性”、“無級常嚙合”。設(shè)計(jì)總旨兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向的鎖定特性不同。
設(shè)計(jì)原理蝸桿蝸輪嚙合齒面的兩側(cè)摩擦系數(shù)不同，致使正反向的鎖定特性不同，如正向運(yùn)行時(shí)，不自鎖(蝸桿蝸輪嚙合齒面摩擦系數(shù)小，為滾動(dòng)傳動(dòng)或低摩擦滑動(dòng)傳動(dòng)——即當(dāng)量摩擦角大于蝸桿導(dǎo)程角)；而反轉(zhuǎn)時(shí)則自鎖(靠軸向分力使蝸桿軸的動(dòng)、靜摩擦盤面接觸；或蝸桿蝸輪嚙合齒面間采取高摩擦傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自鎖——即當(dāng)量摩擦角小于蝸桿導(dǎo)程角)，利用此原理可以進(jìn)行超越離合設(shè)計(jì)。(詳見下文)由于超越態(tài)時(shí)嚙合齒面間不發(fā)生自鎖，無功率傳遞，所以接觸應(yīng)力很小，故可以在此接觸面采用降低摩擦系數(shù)的方法(如附著或鑲嵌低摩擦系數(shù)非金屬材料或金屬材料，自潤滑材料；或改變兩側(cè)的潤滑方式來獲得不同摩擦系數(shù)，如在保證油潤滑油不擴(kuò)散到工作齒面前提下可采取油潤滑方式來獲得低摩擦系數(shù))來達(dá)到兩側(cè)齒面的鎖定特性不同。此方式成本低，結(jié)構(gòu)簡單，不必加滾動(dòng)裝置，僅靠兩側(cè)齒面摩擦系數(shù)的不同即可達(dá)到目的(如圖14)。
自適應(yīng)型的實(shí)施方案有(1)構(gòu)造兩側(cè)齒面的摩擦系數(shù)、鎖定特性不同；(2)兩個(gè)方向的蝸桿軸端阻矩(如加動(dòng)靜摩擦盤)不同，此二者措施可同時(shí)使用或分別獨(dú)立使用，宗旨達(dá)到兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向的鎖定特性不同即可！如圖14、15、16所示靠動(dòng)靜摩擦片的觸合也可實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖目的。優(yōu)點(diǎn)超越向工作時(shí)為滾動(dòng)接觸，自鎖接合向工作時(shí)靠動(dòng)、靜摩擦盤的摩擦阻矩形成自鎖。超越向旋轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)構(gòu)不自鎖，蝸桿蝸輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，彼此間為輕載滾動(dòng)接觸傳動(dòng)；反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，蝸輪在反向轉(zhuǎn)矩下將蝸桿軸向推壓，致使動(dòng)、靜摩擦盤觸合，起到反向自鎖作用。
同理軸向平行分布式滾柱凸輪機(jī)構(gòu)(盤式滾動(dòng)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu))也可用于此設(shè)計(jì)，根據(jù)本原理設(shè)計(jì)條件，該機(jī)構(gòu)需具有單側(cè)自鎖性，可以將超越滾輪與自鎖工作齒面組合設(shè)置，蝸輪盤體作主動(dòng)件時(shí)機(jī)構(gòu)具有單側(cè)自鎖，同時(shí)也可增設(shè)動(dòng)、靜摩擦盤輔助裝置來實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖(如圖16)。
另外，對于軸向、徑向滾柱凸輪機(jī)構(gòu)(即滾動(dòng)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)、盤式滾動(dòng)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu))，也可去掉超越滾輪裝置，僅僅設(shè)置自鎖工作齒面，靠齒面兩側(cè)的潤滑方式不同實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖，如一側(cè)為潤滑油膜，一側(cè)為干摩擦或牽引油膜；或兩側(cè)的嚙合齒面材料不同、摩擦系數(shù)不同。
對于控制型，蝸桿蝸輪總與緊邊接觸，遠(yuǎn)離松邊；對于自適應(yīng)型則距兩側(cè)齒面均很近，此時(shí)靠兩側(cè)摩擦系數(shù)不同，致使兩個(gè)轉(zhuǎn)向的鎖定特性不同，一側(cè)超越、另一側(cè)自鎖。所以，自適應(yīng)型有一定的溜滑角。
自適應(yīng)型超越離合器也可設(shè)計(jì)為雙向可調(diào)型，通過調(diào)節(jié)改變自適應(yīng)裝置的當(dāng)前工作位置即可改變單側(cè)自鎖性方向，如對于蝸桿蝸輪齒面雙向均無自鎖性，自鎖完全靠動(dòng)、靜摩擦盤阻尼來實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)型離合器，可通過變換不同工作位摩擦盤來實(shí)現(xiàn)離合換向。如在蝸桿兩側(cè)均設(shè)置有動(dòng)、靜摩擦盤間隙量可調(diào)的動(dòng)、靜摩擦盤裝置，將左側(cè)的動(dòng)靜摩擦盤間隙調(diào)小、右側(cè)的動(dòng)靜摩擦盤間隙調(diào)大，則蝸桿受蝸輪力矩方向向左時(shí)機(jī)構(gòu)自鎖，相反，如果右側(cè)的動(dòng)靜摩擦盤間隙調(diào)小、左側(cè)的動(dòng)靜摩擦盤間隙調(diào)大，則蝸桿受蝸輪力矩方向向右時(shí)機(jī)構(gòu)自鎖。
注本專利給出的各類非常規(guī)蝸桿機(jī)構(gòu)可視為“變異型蝸桿機(jī)構(gòu)”，對于滾動(dòng)類型，根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為滾柱徑向輻射分布式機(jī)構(gòu)(又稱蝸桿凸輪式機(jī)構(gòu)——如圖15所示)；軸向平行分布式滾柱凸輪機(jī)構(gòu)(又稱圓柱凸輪式機(jī)構(gòu)——如圖16所示)。為了與本文概念一致，統(tǒng)一命名為滾動(dòng)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)(如圖15所示)、盤式滾動(dòng)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)(如圖16所示)注本文中指的普通蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)除特別指明外，一般指自鎖性蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)。
5、非自鎖型離合器、變速器如圖1、圖23所示，蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)不自鎖，利用蝸桿蝸輪的大傳動(dòng)比減速增扭效應(yīng)，使得通過蝸桿可用較小的力控制蝸輪的運(yùn)動(dòng)，屬功率放大式離合器、變速器。具體措施為將圖1中的控制器8由制動(dòng)器(如電磁離合器、制動(dòng)器，或制動(dòng)電動(dòng)機(jī)等)代替。當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)，機(jī)構(gòu)自鎖處于接合態(tài)，制動(dòng)器解除制動(dòng)時(shí)機(jī)構(gòu)處于分離空轉(zhuǎn)態(tài)，通過對制動(dòng)器制動(dòng)力及制動(dòng)時(shí)間段的控制還可實(shí)現(xiàn)打滑傳動(dòng)?？捎糜诟鞣N需求離合的場合，如汽車主離合器、一切可控離合器。
6、延伸設(shè)計(jì)——直線型控制離合器分為(1)控制型；(2)自適應(yīng)型。
所有具有單向自鎖特性的機(jī)構(gòu)均可用于此無級離合設(shè)計(jì)，包括旋轉(zhuǎn)型、直線型，由于此類機(jī)構(gòu)有一特殊的工作特性，即傳遞功率過程發(fā)生在自鎖態(tài)，而超越態(tài)為空載態(tài)，不傳遞功率，故此不必考慮自鎖機(jī)構(gòu)效率問題，且磨損很小。所以一切具有單向自鎖功能的機(jī)構(gòu)均可用于此設(shè)計(jì)(包括所有具有自鎖特性的行星傳動(dòng)系列，蝸桿機(jī)構(gòu)、錐蝸桿、交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)、絲桿螺母機(jī)構(gòu)、蝸桿蝸條機(jī)構(gòu)、斜面無級鎖定裝置等)。由于工作態(tài)為靜止自鎖態(tài)，齒形精度僅影響反轉(zhuǎn)空行程(溜滑角)大小及承載強(qiáng)度，應(yīng)力分布，故對齒形加工精度要求較低，如對離合器反向空行程大小無太大要求場合則可大大降低加工精度等級，磨損后僅影響溜滑角大小，且可進(jìn)行調(diào)節(jié)補(bǔ)償(如蝸桿蝸輪磨損使得間隙增大，并導(dǎo)致溜滑角增大后，只要調(diào)整單向聯(lián)軸器的主動(dòng)、從動(dòng)軸夾角轉(zhuǎn)角即可達(dá)到補(bǔ)償效果，使蝸桿蝸輪的工作齒面間隙減小或消除；更簡單的方式在單向聯(lián)軸器凸牙、凹槽間增加墊塊即可、或增加彈墊來降低加工精度、消除反向空行程，達(dá)到溜滑角等于零境界！)，故壽命很長。而現(xiàn)有超越離合器的加工精度等級要求極高，且加工精度、磨損現(xiàn)象直接影響工作特性。
本發(fā)明的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明采用可控自鎖性原理(“可控自鎖”與“無級常嚙合”)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)特的齒嚙合無級離合過程，此類離合器屬自動(dòng)離合器，遠(yuǎn)比液力耦合器及目前所有離合器效率高，全接合態(tài)屬固聯(lián)傳動(dòng)，傳動(dòng)效率接近100％，且具有零部件磨損不影響傳動(dòng)精度及傳動(dòng)扭矩特點(diǎn)。尤其是按此原理設(shè)計(jì)的單向超越離合器，具有極佳的、現(xiàn)有超越離合器所無法比擬的優(yōu)越效果。傳遞功率過程發(fā)生在內(nèi)系統(tǒng)自鎖狀態(tài)，此時(shí)，內(nèi)系統(tǒng)元件呈固連一體相對靜止?fàn)顟B(tài)，所以此類機(jī)構(gòu)內(nèi)系統(tǒng)不必考慮傳動(dòng)效率問題，即具有自鎖特性的蝸桿蝸輪的低效率不會(huì)影響到超越離合器傳動(dòng)效率。
此類控制式離合器用到汽車上僅在結(jié)合分離瞬間產(chǎn)生相對滑動(dòng)，一般時(shí)間工作狀態(tài)為徹底分離或結(jié)合態(tài)，所以磨損并不嚴(yán)重！尤其是與專利03140569.X 03263450.1——《等角速同形位低副高變速比機(jī)械無級變速器》公開的無級變速器一體裝備后效果極佳，幾乎無相對滑動(dòng)，要么接合、要么分離，工況簡單化，變速時(shí)離合器并不工作，在正常工作中只有在快速跳檔調(diào)速時(shí)才需離合器工作。這將使離合器的工作特性發(fā)揮到最佳境界！在徹底分離或結(jié)合狀態(tài)，該離合器無任何相對滑動(dòng)，分離態(tài)不接觸，結(jié)合態(tài)無摩擦，靠齒嚙合傳遞功率，所以在同樣體積前提下傳遞功率范圍大增。該控制式離合器可用于所有需求離合工況場合(如汽車離合器)，功率放大，用微功率控制大功率離合場合等。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有幾大特點(diǎn)(1)開合特性好，無楔緊現(xiàn)象、無相對滑移摩擦、幾乎不發(fā)熱(彈墊接觸補(bǔ)償式有微量磨損——指為了達(dá)到溜滑角等于零而增設(shè)的彈性壓緊裝置使蝸桿蝸輪間產(chǎn)生微壓力接觸，此時(shí)有微量磨損，但由于力度很小，所以磨損、發(fā)熱小)；(2)無級接合超越傳動(dòng)、溜滑角??；(3)零部件數(shù)量少，對精度、強(qiáng)度要求低、工作態(tài)、超越態(tài)均無相對滑動(dòng)，磨損低且有磨損自動(dòng)補(bǔ)償功能——可通過彈墊自動(dòng)補(bǔ)償磨損，磨損量較大時(shí)還可通過調(diào)節(jié)單向聯(lián)軸器墊塊厚度及控制鏈連接轉(zhuǎn)角來補(bǔ)償，且磨損后僅影響溜滑角大小，不影響傳動(dòng)精度及傳動(dòng)效率、功率，使用壽命長、維護(hù)性好、加工精度、材料要求低、制造成本低廉(尤其是單蝸桿工作型要求條件更低)；(4)傳遞功率時(shí)屬固聯(lián)靜態(tài)非摩擦嚙合傳動(dòng)，承載能力大，功率重量比、功率體積比高；(5)傳動(dòng)效率高，98～99％；(6)體積小、接合平穩(wěn)、噪音低，適應(yīng)高速、高頻場合。
正是上述綜合優(yōu)勢，該離合器可以設(shè)計(jì)的比現(xiàn)有離合器更輕質(zhì)小巧！此類離合器的附加功耗很低，內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，在超越態(tài)雖然有蝸桿蝸輪的相對運(yùn)動(dòng)，但無功率傳動(dòng)關(guān)系，為“隨動(dòng)附和”式非接觸運(yùn)動(dòng)，所以幾乎無滑移摩擦功耗！此離合器成本遠(yuǎn)比現(xiàn)有低，控制鏈元件不要求傳動(dòng)精度、效率，不承載主功率流，只要能牽引蝸桿進(jìn)行空載運(yùn)動(dòng)即可，故控制鏈元件可按輕載化設(shè)計(jì)，用沖壓件、注塑件等低成本元件制造，同時(shí)有利于減小系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、噪音、制造成本、體積、質(zhì)量，降低功耗、提高總體傳動(dòng)效率！而主承載元件(蝸桿蝸輪)在工作時(shí)與機(jī)體處于一體相對靜止態(tài)，故所有運(yùn)動(dòng)副均可用滑動(dòng)副，降低成本且縮小體積，增大承載量，靜止式工作特點(diǎn)使得對蝸桿蝸輪嚙合齒形、材料的要求大大降低，可用普通材料及粉末冶金、鍛造、鑄造等工藝制造便可直接使用，成本大降(而現(xiàn)有超越離合器的外環(huán)、星輪、滾柱、楔塊等加工精度要求極高，且磨損后明顯影響傳動(dòng)性能。)！工作過程無相對滑動(dòng)、無楔緊現(xiàn)象，屬非摩擦傳動(dòng)，傳動(dòng)效率、承載能力極高(大于同體積的齒輪傳動(dòng)，齒輪工作在旋轉(zhuǎn)態(tài)，而蝸桿蝸輪為靜止態(tài)工作)。無相對摩擦磨損，不發(fā)熱，且磨損不影響傳動(dòng)精度，致使壽命大大延長！體積、質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，可適應(yīng)高速、高頻工況，反向空行程(溜滑角)極小甚至為零(溜滑角大小與蝸桿蝸輪嚙合齒游隙、蝸桿軸承游隙有關(guān)，)，完全可適應(yīng)現(xiàn)有離合需求及開拓應(yīng)用新領(lǐng)域，例如可徹底突破現(xiàn)有脈動(dòng)無級變速器的功率障礙，使其應(yīng)用局限性獲得實(shí)質(zhì)性改觀！特別是用到專利03140569.X 03263450.1——《等角速同形位低副高變速比機(jī)械無級變速器》公開的無級變速器專利的往復(fù)類型中，將達(dá)到極佳效果，實(shí)現(xiàn)全齒嚙合式勻速無級變速！


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行具體說明圖1開環(huán)功率流控制式離合器、變速器示意簡圖 圖15動(dòng)靜摩擦盤型超越離合器圖2閉環(huán)功率流控制式離合器、變速器示意簡圖 圖16自適應(yīng)型盤式滾動(dòng)蝸輪蝸桿超越離合器圖3超越離合器示意圖 圖17自適應(yīng)型分相設(shè)計(jì)與控制型類比分析4離合器嚙合齒形狀況分析 圖18滾動(dòng)自適應(yīng)型分相設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)5環(huán)面蝸桿嚙合齒形與單向聯(lián)軸器工作示意分析 圖19自適應(yīng)型內(nèi)齒蝸輪蝸桿超越離合器圖6蝸桿一體控制型方案 圖20交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)圖7超越離合器裝配圖(一) 圖21等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu)圖8超越離合器裝配圖(二) 圖22行星輪系型超越離合器圖9單向聯(lián)軸器系列 圖23控制式變速器系列機(jī)構(gòu)簡10超越離合器控制傳動(dòng)鏈系列圖24控制型直線離合器圖11內(nèi)齒蝸輪蝸桿超越離合器示意25自適應(yīng)型直線離合器圖12滾動(dòng)自適應(yīng)型超越離合器(一) 圖26短行程直線離合器圖13滾動(dòng)自適應(yīng)型超越離合器(二) 圖27、28、29、30、31、32工作流程方框14滑動(dòng)自適應(yīng)型超越離合器
其中1、蝸桿 30、中心齒輪輪轂(含鍵槽) 61、自鎖性蝸輪齒牙2、蝸輪 31、蝸輪轉(zhuǎn)軸 62、非自鎖性蝸輪齒牙3、輸出軸 (含間隙式單向牽引鍵槽)63、非自鎖性蝸桿齒牙4、輸入軸 32、彈墊 64、非自鎖性鼓面蝸桿5、機(jī)體(殼體) 33、左半聯(lián)軸器65、被鎖件齒輪6、蝸桿支撐 34、右半聯(lián)軸器66、主鎖件齒輪7、軸承(轉(zhuǎn)動(dòng)副) 35、扇形半聯(lián)軸器 67、等速螺線齒盤8、控制器(或控制式離合器、 36、單向配速聯(lián)軸器68、弧面齒輪變速器) 37、傳動(dòng)軟軸 69、等速螺線齒牙9、單向聯(lián)軸器 38、大錐齒輪 70、弧面齒牙10、中心齒輪39、小錐齒輪 71、主控軸11、齒輪40、錐齒輪、同步帶輪固連總成 72、受控軸12、錐齒輪m 41、同步帶73、錐齒輪傳動(dòng)組13、錐齒輪n 42、小同步帶輪74、齒輪傳動(dòng)組14、推力徑向組合軸承(包括 43、非自鎖性蝸輪 75、控制無級變速器滑動(dòng)、滾動(dòng)式) 44、非自鎖性蝸桿 76、螺母15、徑向軸承45、內(nèi)齒蝸輪 77、絲桿16、環(huán)面蝸桿46、鼓面蝸桿 78、齒條17、單向聯(lián)軸器凸牙 47、蝸桿總成基體盤79、調(diào)位臺(tái)18、單向聯(lián)軸器凹槽 48、蝸輪自鎖工作齒面 80、復(fù)位簧19、空間齒輪傳動(dòng)組 49、全向軸承 81、非自鎖性絲桿20、蝸桿轉(zhuǎn)軸50、蝸輪基體 82、非自鎖性螺母21、鋼絲軟軸51、超越滾輪 83、蝸條22、離合器后蓋 52、角接觸軸承84、環(huán)面蝸條23、傳動(dòng)銷 53、循環(huán)球道式滾動(dòng)接觸體(或 85、單側(cè)型滾珠螺母24、單向牽引銷孔滾輪) 86、支架25、加強(qiáng)型蝸桿支撐 54、普通球軸承87、靜夾盤(內(nèi)含推力徑向組合軸承14)55、動(dòng)摩擦盤 88、動(dòng)夾盤26、單向牽引槽 56、靜摩擦盤 89、被鎖移位塊27、蝸輪轉(zhuǎn)軸(含鍵槽)57、滾動(dòng)式蝸輪滾柱90、主鎖移位塊28、傳動(dòng)鍵 58、盤式蝸輪自鎖工作齒面 91、移動(dòng)副29、中心齒輪輪轂59、蝸輪盤體 92、補(bǔ)償壓緊簧(含間隙式單向牽引鍵槽) 60、自鎖性蝸桿齒牙具體實(shí)施方式
圖1開環(huán)功率流控制式離合器、變速器示意簡圖如圖所示輸入軸與被鎖件蝸輪相連，輸出軸與離合器殼體相連，蝸桿通過軸承7安裝于離合器殼體5上，控制器8裝在殼體內(nèi)隨殼體一起運(yùn)動(dòng)，其控制動(dòng)力傳輸于蝸桿轉(zhuǎn)軸，用以控制蝸桿的旋轉(zhuǎn)角位移。該控制器可以是控制電機(jī)(一般選步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等)、液壓馬達(dá)、氣動(dòng)馬達(dá)，以及機(jī)械控制裝置等。(本圖為示意簡圖，為清晰表述，蝸桿蝸輪嚙合齒面采取不重疊繪制，實(shí)際中處于常嚙合狀態(tài))對于此處控制電機(jī)式控制器以及圖2中提到的控制離合器(如電磁離合器)、控制式變速器(如電控變速器)等，其外界控制信號(hào)可由電刷、滑環(huán)等動(dòng)靜銜接裝置引入離合器轉(zhuǎn)動(dòng)體內(nèi)部；而對于液壓馬達(dá)、氣動(dòng)馬達(dá)、手動(dòng)無級變速器等驅(qū)動(dòng)器，則不宜采取蝸桿公轉(zhuǎn)型，應(yīng)采取蝸桿自轉(zhuǎn)型(參見圖23)，此時(shí)，蝸桿所在位置不變，僅作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，便于對蝸桿實(shí)現(xiàn)控制。注圖23裝置也可用于離合器設(shè)計(jì)，但蝸桿自轉(zhuǎn)型離合器用場受限。
此結(jié)構(gòu)可用于汽車主離合器，實(shí)現(xiàn)高效非摩擦式離合傳動(dòng)，具有嚙合式接合、分離、打滑特性！由于自鎖式結(jié)構(gòu)不反饋主動(dòng)力，所以主功率流的大小幾乎不影響控制力的變化(但主功率流負(fù)荷量太大時(shí)，蝸桿蝸輪間的齒面接觸壓力很大，將導(dǎo)致蝸桿的阻矩增大，所需控制力增大)，故具有全穩(wěn)態(tài)控制效應(yīng)特性；通過控制蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)量可以實(shí)現(xiàn)分離、打滑、接合過程，尤其適用于只有“接合”、“分離”工況場合，如現(xiàn)有自動(dòng)離合器中使用的大量離合器、以及電磁離合器均可用此類離合器代替，具有經(jīng)濟(jì)高效、體積小巧等優(yōu)勢！特點(diǎn)靠外界驅(qū)動(dòng)源提供的功率流控制蝸桿運(yùn)動(dòng)類型易實(shí)現(xiàn)打滑功能，如圖所示可以時(shí)間、速度大小等參數(shù)為控制指令對主鎖件蝸桿1進(jìn)行控制以滿足多種工況需求，例如用作機(jī)動(dòng)車輛中主離合器，靠計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多元化控制，監(jiān)測并計(jì)算車輛當(dāng)前工況的轉(zhuǎn)差率/打滑率數(shù)據(jù)后通過控制器對主鎖件進(jìn)行多元控制，模擬實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有離合器所有功能。
在打滑工況比較頻繁的場合，可采取滾動(dòng)自鎖機(jī)構(gòu)(參見圖15)，或?qū)ξ仐U蝸輪機(jī)構(gòu)采取良好潤滑傳動(dòng)，這樣可大大減小自鎖態(tài)的打滑磨損，實(shí)現(xiàn)打滑狀態(tài)輕松控制，使其更好適應(yīng)于汽車主離合器工況。
根據(jù)工況場合需求決定蝸桿裝配數(shù)量，但在為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)平衡及改善受力，一般至少對稱裝置兩個(gè)蝸桿(在低速場合也可裝置一個(gè)，但最好加配重進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡)，在蝸桿不參與公轉(zhuǎn)場合，可以裝置一個(gè)蝸桿。
在控制式離合器中，需對蝸桿同時(shí)具有徑向軸向約束定位，可采取全向軸承實(shí)現(xiàn)，也可采取徑向軸承與推力軸承組合方式設(shè)計(jì)，但體積較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜；在小功率場合也可采取滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承(如深溝球軸承可承受一定軸向載荷)。
但對于超越離合器中(如圖5所示)，傳遞主功率發(fā)生在自鎖態(tài)，此時(shí)整個(gè)離合器自鎖連成一體，而在超越態(tài)則不傳遞功率，屬空載運(yùn)動(dòng)，故不必裝置高效軸承，采取滑動(dòng)軸承即可，自鎖工作受力方向一端由于工作在自鎖態(tài)，為進(jìn)一步增大可靠性，可采取推力摩擦盤(如圖14)代替推力軸承，簡化設(shè)計(jì)，縮小體積，降低成本。
動(dòng)態(tài)分析蝸桿蝸輪同步旋轉(zhuǎn)則等效于處于空轉(zhuǎn)分離狀態(tài)，降低蝸桿轉(zhuǎn)速則開始逐步傳遞功率(等效于半結(jié)合狀態(tài))，直至蝸桿自轉(zhuǎn)角速度等于零時(shí)則達(dá)到最大傳遞功率態(tài)，即完全結(jié)合態(tài)。注半結(jié)合狀態(tài)時(shí)蝸桿蝸輪間有相對滑動(dòng)，存在摩擦現(xiàn)象，為減小磨損，可采取減摩材料、潤滑方式或滾動(dòng)代替滑動(dòng)方式優(yōu)化設(shè)計(jì)，但要注意蝸桿蝸輪鎖定特性的改變問題，通過改變蝸桿導(dǎo)程角可彌補(bǔ)這一點(diǎn)。
圖2閉環(huán)功率流控制式離合器、變速器示意簡圖輸入軸4與蝸輪2相連，并通過一控制傳動(dòng)鏈與蝸桿1相連構(gòu)成閉環(huán)功率流控制模式。該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)理是——將主功率流分流引入控制傳輸鏈中，通過控制器8的中間銜接，控制蝸桿運(yùn)動(dòng)完成對輸入轉(zhuǎn)矩的控制輸出。本圖中控制傳動(dòng)鏈由中心齒輪10、齒輪11、錐齒輪12、13、控制器8組成，控制器可以是控制式離合器、控制式變速器。其控制器8可以安裝在傳動(dòng)鏈中的任意位置，如可以裝在中心齒輪10前，以及錐齒輪12與蝸桿1之間，也可以裝在錐齒輪13與齒輪11之間。
按控制功率流分為開環(huán)功率流控制、閉環(huán)功率流控制；可參見前文——工作流程圖。
圖3超越離合器示意4離合器嚙合齒形狀況分析圖5大功率環(huán)面蝸桿嚙合齒形與單向聯(lián)軸器工作示意分析超越離合器結(jié)構(gòu)組成與圖2相似，不同之處在于將控制器8用單向聯(lián)軸器9代替(同理單向聯(lián)軸器可以加在控制傳動(dòng)鏈的任意處)，對于超越離合器，只需濾掉反方向及相對低速轉(zhuǎn)矩，其控制動(dòng)力流無需專門控制源引入，屬閉環(huán)功率流控制型，該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)機(jī)理是——將主功率流分流引入控制傳輸鏈中，通過單向聯(lián)軸器9(嚴(yán)格講，應(yīng)叫短程單向聯(lián)軸器，或間隙式聯(lián)軸器，只在一定轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)具有單向傳動(dòng)性；可參見如圖9所示)的中間銜接，過濾單向動(dòng)力流控制蝸桿的單向旋轉(zhuǎn)，構(gòu)造出超越、自鎖單向閉合動(dòng)力鏈，完成對輸入轉(zhuǎn)矩的“超越、離合”傳輸。
整個(gè)機(jī)構(gòu)鏈的傳動(dòng)過程為超越狀態(tài)時(shí)，蝸桿蝸輪同步運(yùn)行，齒面間無功率流的傳輸；接合自鎖態(tài)時(shí)，整個(gè)機(jī)構(gòu)的元件均處于相對靜止一體態(tài)，輸入軸、輸出軸接合一起傳遞功率。
在由自鎖接合態(tài)向超越態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)，控制傳動(dòng)鏈牽動(dòng)蝸桿開始同步旋轉(zhuǎn)，使得在此超越旋轉(zhuǎn)狀態(tài)蝸桿蝸輪非工作齒面(如圖4、圖5中b位置齒面)始終不能接觸，從而達(dá)到超越態(tài)自由旋轉(zhuǎn)，而向工作態(tài)過渡時(shí)控制傳動(dòng)鏈斷流，蝸桿靜止機(jī)構(gòu)進(jìn)入自鎖態(tài)傳遞功率?？刂奇湹膯蜗驙恳康氖菍⑽仐U進(jìn)行單向驅(qū)動(dòng)，超越狀態(tài)時(shí)蝸桿隨蝸輪旋轉(zhuǎn)步調(diào)方向同步自轉(zhuǎn)，致使蝸輪齒面始終追不上蝸桿齒面，即蝸桿蝸輪不能相互嚙合傳動(dòng)功率，二者處于同步空轉(zhuǎn)狀態(tài)。
注決定超越離合器的離合條件是主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間的旋轉(zhuǎn)方向或相對轉(zhuǎn)速。
單向聯(lián)軸器設(shè)在蝸輪就近端，控制鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，在由超越態(tài)向工作態(tài)運(yùn)行過渡時(shí)靠控制鏈的慣性有利于減小蝸桿蝸輪溜滑角，在由工作態(tài)向超越態(tài)過渡時(shí)靠控制鏈的慣性則有利于使蝸桿蝸輪嚙合齒面分離，消除相對滑動(dòng)摩擦；但裝在靠近蝸桿端響應(yīng)性強(qiáng)，控制精度較高。
輸入軸、輸出軸可以互用，一般選轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的一端作為往復(fù)運(yùn)動(dòng)聯(lián)接端。
如圖5所示單向聯(lián)軸器主動(dòng)端凸牙傳動(dòng)軸(中心部分)與蝸輪軸(輸入軸4)固連，凹槽從動(dòng)端(剖面部分)與中心齒輪10(雙點(diǎn)劃線所在位置)相固連。如圖所示順時(shí)針為超越態(tài)，逆時(shí)針為自鎖工作態(tài)。
蝸桿蝸輪齒形旋向決定蝸桿蝸輪的相互傳動(dòng)方向，其控制傳動(dòng)鏈的最終傳動(dòng)旋轉(zhuǎn)方向要與之相協(xié)調(diào)一致，即控制傳動(dòng)鏈的起始端、終末端運(yùn)動(dòng)方向與之相協(xié)調(diào)一致，使蝸桿蝸輪嚙合齒能實(shí)現(xiàn)“隨動(dòng)附和、隨波逐流”式虛接觸運(yùn)動(dòng)；所以當(dāng)由于空間設(shè)置因素致使控制傳動(dòng)鏈最終傳動(dòng)旋向與蝸桿蝸輪傳動(dòng)方向不協(xié)調(diào)時(shí)只要改變蝸桿蝸輪齒形設(shè)計(jì)旋向即可解決問題，如圖2、3、4、所示為右旋方式，圖5、5.1、5.2為左旋(圖5.2為圖5的右視原理圖——縮小圖)。單向聯(lián)軸器決定控制鏈傳遞運(yùn)動(dòng)的通斷方向，決定著離合器的離合方向。當(dāng)輸入軸向著單向聯(lián)軸器的傳動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，控制鏈導(dǎo)通，離合器處于超越狀態(tài)；輸入軸向著單向聯(lián)軸器的隔斷方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，控制鏈斷開，離合器處于自鎖接合狀態(tài)。設(shè)計(jì)中可根據(jù)實(shí)際工況所需確定離合方向，至于控制傳動(dòng)鏈的具體設(shè)計(jì)可以靈活多變，可參見下文相關(guān)部分(圖10)。
單向聯(lián)軸器嚙合牙面以及蝸桿蝸輪嚙合齒面的配合關(guān)系決定著功率流的流向，蝸桿蝸輪的工作齒面(如圖4、圖5中a位置齒面)處于?？拷鼱顟B(tài)，非工作齒面(如圖4、圖5中b位置齒面)處于常遠(yuǎn)離狀態(tài)；同樣，單向聯(lián)軸器的工作牙面(如圖5中c位置牙面)處于?？拷鼱顟B(tài)，非工作牙面(如圖5中d位置牙面)處于常遠(yuǎn)離狀態(tài)(參見圖4、圖5)。其運(yùn)行情況是超越向旋轉(zhuǎn)時(shí)蝸輪未與蝸桿嚙合前就先牽動(dòng)單向聯(lián)軸器工作，優(yōu)先驅(qū)動(dòng)蝸桿齒面旋轉(zhuǎn)，所以，在超越態(tài)蝸輪非工作齒面始終追不上蝸桿非工作齒面，處于“隨波逐流”式空轉(zhuǎn)狀態(tài)。此特點(diǎn)是構(gòu)造超越離合器功率流流向的決定因素！依照此理論的指導(dǎo)可以設(shè)計(jì)更多的單向離合器以及其他功率流導(dǎo)向引導(dǎo)裝置。即接觸應(yīng)力決定功率流流向。離合器自鎖態(tài)工作時(shí)，功率流沿蝸桿蝸輪嚙合齒面間流動(dòng)，而超越態(tài)時(shí)功率流則是沿著控制傳動(dòng)鏈傳動(dòng)到蝸桿時(shí)便被隔斷，由于蝸桿的同步旋轉(zhuǎn)，蝸輪一直不能與蝸桿嚙合進(jìn)行功率傳遞，于是處于超越空轉(zhuǎn)態(tài)。
當(dāng)處于工作態(tài)時(shí)，此離合器內(nèi)部的一切部件均處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，彼此間無任何滑動(dòng)，此時(shí)可視為輸入軸與離合器整體呈固聯(lián)狀態(tài)，所以離合器各運(yùn)動(dòng)副可使用滑動(dòng)軸承(包括控制傳動(dòng)鏈軸承也可用滑動(dòng)軸承)以提高承載能力、簡化結(jié)構(gòu)、縮小體積、降低成本；而在超越態(tài)，各部件為空載狀態(tài)，不承載主功率，其空轉(zhuǎn)阻矩(超越態(tài)阻矩)很小，且無相對滑動(dòng)。顯見主功率流承載零件只有蝸桿蝸輪，其余零件均為控制件，只在超越態(tài)工作，作為控制運(yùn)動(dòng)鏈的傳遞件，僅傳遞空轉(zhuǎn)阻矩，屬空載運(yùn)動(dòng)，且磨損很小，所以可用輕薄料等沖壓件制造，也可用非金屬件制造。
對于超越離合器，為改善運(yùn)行性能，應(yīng)盡可能降低蝸桿蝸輪間的傳動(dòng)比，以減小蝸桿蝸輪間的轉(zhuǎn)速差，方案有(1)盡可能增大蝸桿蝸輪嚙合齒面間的摩擦系數(shù)，以在不改變自鎖特性基礎(chǔ)上增大蝸桿導(dǎo)程角，減小蝸桿蝸輪的傳動(dòng)比，進(jìn)而減小控制鏈的傳動(dòng)比；(2)增大蝸桿直徑、減小蝸輪直徑，在不改變蝸桿導(dǎo)程角基礎(chǔ)上減小蝸桿蝸輪傳動(dòng)比(如圖5.1)，但需適當(dāng)，當(dāng)蝸桿直徑太大時(shí)將增大控制鏈的負(fù)荷量，降低響應(yīng)性。
對于存在打滑半接合工況的控制式離合器、變速器，為了減小蝸桿蝸輪齒面的摩擦，應(yīng)盡量減小蝸桿蝸輪齒面的摩擦系數(shù)(包括采用低摩擦系數(shù)材料、采用低摩擦潤滑方式及滾動(dòng)摩擦等方式來減小摩擦系數(shù))，但為了確保自鎖特性不發(fā)生改變，則需減小蝸桿導(dǎo)程角。如圖15所示的滾動(dòng)蝸桿蝸輪結(jié)構(gòu)中，當(dāng)蝸桿導(dǎo)程角小到具有單向自鎖性時(shí)即可用于此設(shè)計(jì)。
進(jìn)行機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，其整體結(jié)構(gòu)緊湊，質(zhì)心均勻，無偏心慣量，對于小功率場合，為降低成本，可以僅在單邊設(shè)置蝸桿，但對于蝸桿部件參與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)型，為了運(yùn)行平穩(wěn)，可加配重進(jìn)行動(dòng)平衡處理。為增大承載能力，蝸桿數(shù)量可以達(dá)四個(gè)或更多(如圖5所示)，一來增大承載能力；二來增大接觸面，減小磨損量；再者改善質(zhì)量分布，使得整個(gè)離合器的質(zhì)量均勻分布，具有更好的平穩(wěn)性，不僅具有極好的動(dòng)平衡性，也具有極好的靜平衡特性！采用環(huán)面蝸桿結(jié)構(gòu)可大大提高承載能力。
注圖5中的單向聯(lián)軸器、中心齒輪僅為表現(xiàn)空間位置及局部結(jié)構(gòu)而繪制；其機(jī)構(gòu)相互銜接關(guān)系可參見縮小的右視圖5.2。
注控制鏈結(jié)構(gòu)形式可不拘一格，采取多種方式(參見圖10相關(guān)部分)，只要達(dá)到將控制轉(zhuǎn)矩同步傳遞到蝸桿，使蝸桿實(shí)現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)即可。
傳動(dòng)錐齒輪12可以設(shè)置在蝸桿的任一側(cè)，如圖5所示為錐齒輪設(shè)在自鎖態(tài)蝸桿軸向承載端(即安裝推力徑向組合軸承14一端)的異側(cè)情況，這樣在自鎖態(tài)傳遞主功率時(shí)，蝸桿在蝸輪驅(qū)動(dòng)下使控制鏈錐齒輪12、13產(chǎn)生遠(yuǎn)離趨向，避免了載荷傳遞到錐齒輪上的可能因素，從而保護(hù)控制傳動(dòng)鏈；由于此控制傳動(dòng)系統(tǒng)的載荷很小，僅僅能將蝸桿本身驅(qū)動(dòng)起來即可，所以可用微尺寸縮微化設(shè)計(jì)，且可用滑動(dòng)軸承(甚至非金屬等材料，可減小質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量)，縮小空間體積，簡化設(shè)計(jì)，降低成本。自鎖態(tài)時(shí)蝸桿軸向承載端一側(cè)的承載載荷很大，所以此處必考慮強(qiáng)度設(shè)計(jì)，如圖采取徑向推力組合軸承14來增大承載強(qiáng)度(也可用下文的全向軸承)。錐齒輪12也可設(shè)在自鎖態(tài)蝸桿軸向承載端，這樣有利于在由自鎖態(tài)向超越態(tài)過渡時(shí)利用錐齒輪12、13間的傳動(dòng)力產(chǎn)生微量軸向運(yùn)動(dòng)來消除蝸桿在自鎖承載態(tài)的軸向壓緊現(xiàn)象(即產(chǎn)生的微量軸向分力正好解除蝸桿的軸向阻尼！)，使控制鏈驅(qū)動(dòng)蝸桿的啟動(dòng)載荷更小，開合特性、響應(yīng)性加強(qiáng)！上述因素只是小因素，不影響大局，實(shí)際情況中，可視空間條件等具體結(jié)構(gòu)確定傳動(dòng)錐齒輪12的設(shè)置方位，使得空間布局更合理、緊湊！蝸桿蝸輪工作齒面間隙、單向聯(lián)軸器工作牙面間隙越小，溜滑角越小，響應(yīng)性越強(qiáng)；另外蝸輪直徑越大，在同樣加工精度的前提下溜滑角越小。
由于蝸桿蝸輪是在靜止?fàn)顟B(tài)下傳遞主功率，而運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下則不傳遞主功率，處于“超越狀態(tài)”，所以蝸桿蝸輪嚙合齒的齒形無需向蝸桿蝸輪減速器那樣設(shè)計(jì)，可采取簡化變異方式設(shè)計(jì)，為了增大承載量，也可采取環(huán)面蝸桿方式設(shè)計(jì)，或增加蝸桿數(shù)量。對于單向超越離合器，蝸桿蝸輪的齒形只有一面為工作齒面，另一面為常分離狀態(tài)，即非工作齒面，所以，此側(cè)的齒面對加工精度無要求，可以不按標(biāo)準(zhǔn)齒形設(shè)計(jì)，只要達(dá)到在不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉前提下盡可能增大齒形強(qiáng)度即可！如圖5所示，而工作齒面也為靜接觸傳動(dòng)，工作中無相對滑動(dòng)，故可盡可能設(shè)計(jì)為面接觸傳動(dòng)，，以增大承載能力！延長壽命！單向聯(lián)軸器工作機(jī)理工作牙面一側(cè)緊緊貼合，而相背的另一側(cè)非工作牙面則間隙較大(解析圖見圖5)，此間隙量設(shè)計(jì)原則為在自鎖態(tài)時(shí)，單向聯(lián)軸器反向旋轉(zhuǎn)，工作牙面間隙增大，非工作牙面間隙減小，此非工作牙面間隙量在減小到接觸之前蝸桿蝸輪工作齒面已優(yōu)先嚙合，致使非工作牙面不能嚙合而使控制鏈斷流，蝸桿不能同步自轉(zhuǎn)而是蝸桿蝸輪系統(tǒng)進(jìn)入自鎖狀態(tài)。相反超越態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，蝸桿蝸輪非工作齒面未嚙合前則單向聯(lián)軸器工作牙面優(yōu)先嚙合驅(qū)動(dòng)蝸桿進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)，致使蝸桿蝸輪不能進(jìn)入嚙合，換句話說蝸輪的非工作齒面始終追不上蝸桿齒面，于是蝸輪處于超越空轉(zhuǎn)態(tài)。
此單向聯(lián)軸器可用現(xiàn)有多種聯(lián)軸器、離合器改裝，(典型例可參見圖5、圖9)，設(shè)計(jì)原則只要達(dá)到從一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)時(shí)驅(qū)動(dòng)從動(dòng)軸，另一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)有較大間隙，此間隙量按照上一段的“單向聯(lián)軸器牙面間隙量設(shè)計(jì)原則”設(shè)計(jì)。
為降低蝸桿同步旋轉(zhuǎn)角速度，也即為減小蝸桿蝸輪傳動(dòng)比，減小控制鏈傳動(dòng)比，降低蝸桿超越轉(zhuǎn)速，提高效率，可以在不改變蝸桿導(dǎo)程角的前提下增大蝸桿直徑，減小蝸輪直徑，同時(shí)這將有利于增大蝸桿蝸輪的接觸面，提高承載量！注只要蝸桿蝸輪的導(dǎo)程角不變，蝸桿直徑即使大于蝸輪，其自鎖方向仍不會(huì)改變，此時(shí)將大大降低蝸桿蝸輪的轉(zhuǎn)速差，但是此時(shí)的蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，將增大控制鏈的載荷、功耗，增大超越空行程阻矩，降低響應(yīng)性，所以應(yīng)盡可能減小蝸桿的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。為增大承載能力，也可加大蝸桿直徑，加厚蝸輪軸向尺寸，獲得大面接接觸。(見圖5.1)
一般場合用圓柱蝸桿傳動(dòng)；重載場合用環(huán)面蝸桿傳動(dòng)(由于工作時(shí)不相對滑動(dòng)，故無散熱問題)；特種場合可用錐蝸桿傳動(dòng)及特種自鎖機(jī)構(gòu)(參見下文)。
在某些高精密場合，為了進(jìn)一步減小反向空行程(溜滑角)，可采取將輸入轉(zhuǎn)矩經(jīng)增速裝置放大旋轉(zhuǎn)角位移后再輸入此超越離合器，，等效于采用“精度放大”原理，可達(dá)到極高的超越離合功效！另采取在單向聯(lián)軸器工作牙面間墊加彈性壓緊補(bǔ)償裝置方式也可達(dá)到消除反向空行程效果(參見下文——圖9)。
圖6蝸桿一體控制型方案為了簡化設(shè)計(jì)，減小零部件數(shù)量，對于多蝸桿設(shè)計(jì)方案，也可采取蝸桿一體控制型方案，將所有蝸桿轉(zhuǎn)軸通過空間齒輪傳動(dòng)組19或鋼絲軟軸21等方式連接起來，使所有蝸桿具有同步旋轉(zhuǎn)特性，這樣，只需將控制傳動(dòng)鏈與其中一個(gè)蝸桿軸連接即可！此外要注意殼體的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)。
單向超越離合器的設(shè)計(jì)指導(dǎo)準(zhǔn)則一般情況下，只要達(dá)到，蝸桿蝸輪的工作齒面與單向聯(lián)軸器的工作牙面同步“吃緊”即可，即單向聯(lián)軸器的工作牙面接觸傳動(dòng)態(tài)正好是蝸桿蝸輪的工作齒面的虛嚙合態(tài)(虛嚙合態(tài)——即將接觸狀態(tài)或微壓力虛接觸狀態(tài)、微間隙配合狀態(tài)、臨界虛接觸狀態(tài))。此微間隙配合量由加工、裝配精度決定，精度越高，間隙量越小，即溜滑角越小。
一般設(shè)計(jì)原則為常狀態(tài)下，蝸桿蝸輪工作齒面、單向聯(lián)軸器的工作牙面均應(yīng)處于即將接觸或零壓力虛接觸狀態(tài)，在高精密場合，為達(dá)到嚴(yán)格消除離合器反向空行程(或者說使溜滑角等于零)，可在單向聯(lián)軸器主動(dòng)牙與從動(dòng)牙之間加裝預(yù)壓彈簧(或彈墊)，彈簧預(yù)壓量的存在使得蝸桿蝸輪工作齒面常接觸，也即彈簧使得蝸桿蝸輪工作齒面總處于嚙合壓緊狀態(tài)，以達(dá)到消除反轉(zhuǎn)空行程目的。但彈簧預(yù)壓力不必很大，只要起到使蝸桿蝸輪工作齒面常處于接觸嚙合狀態(tài)即可！彈簧預(yù)壓力太大時(shí)將導(dǎo)致蝸桿蝸輪的工作齒面壓緊力較大，特別是在超越狀態(tài)時(shí)，蝸桿蝸輪齒面有相對滑動(dòng)，太大的預(yù)壓力將導(dǎo)致蝸桿緊緊跟隨蝸輪運(yùn)行，并緊緊磨合，有較大磨損，此摩擦阻力較大時(shí)還會(huì)造成超越空轉(zhuǎn)阻矩增加，即超越空轉(zhuǎn)必克服此摩擦才行，所以為減小此磨損及空轉(zhuǎn)阻矩，應(yīng)在能使蝸桿蝸輪保持常接觸壓緊狀態(tài)前提下，盡可能減小彈簧預(yù)壓力。在一般場合，增加預(yù)壓簧可在不增大溜滑角的前提下使蝸桿蝸輪的加工精度降低，即通過彈性浮動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)償效應(yīng)來適應(yīng)各齒面的加工波動(dòng)量，降低精度條件。另外，此彈性浮動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)償效應(yīng)還可自動(dòng)消除齒面的磨損量，延長使用壽命。此外，增加彈墊也可減小聯(lián)軸器的傳動(dòng)牙面接觸應(yīng)力，減小沖擊噪音！彈簧的彈性系數(shù)、固有頻率應(yīng)選擇適當(dāng)，以增大響應(yīng)性！注意單向聯(lián)軸器處的自由行程量(游隙量——工作牙面由松弛態(tài)向嚙合態(tài)變化的自由行程量)要小于蝸桿蝸輪工作齒面到相鄰非工作齒面間隙量，以防止產(chǎn)生超越態(tài)自鎖現(xiàn)象(超越態(tài)自鎖現(xiàn)象——在向超越方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，蝸桿蝸輪非工作齒面已嚙合，但單向聯(lián)軸器的工作牙面還未嚙合進(jìn)入傳動(dòng)，此時(shí)蝸桿不能被驅(qū)動(dòng)同步旋轉(zhuǎn)，于是發(fā)生自鎖，這將導(dǎo)致機(jī)構(gòu)失效，設(shè)計(jì)中要絕對避免此現(xiàn)象發(fā)生。
圖7超越離合器裝配圖(一)圖8超越離合器裝配圖(二)圖7、圖8為超越離合器的兩種結(jié)構(gòu)裝配圖，其基本結(jié)構(gòu)與前文(可參見圖3、圖5)大致相同，不同之處在于控制傳動(dòng)鏈單向聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)，此結(jié)構(gòu)簡單輕巧，在蝸輪與中心齒輪之間依靠單向傳動(dòng)銷裝置實(shí)現(xiàn)單向傳動(dòng)。
圖7中傳動(dòng)銷23與蝸輪固連，在中心齒輪10上對應(yīng)位置開單向牽引銷孔24，如圖所示，當(dāng)輸入軸沿箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)銷不能牽引中心齒輪旋轉(zhuǎn)，控制傳動(dòng)鏈處于隔斷狀態(tài)，離合器自鎖傳遞功率；當(dāng)輸入軸沿箭頭反方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)銷牽引中心齒輪旋轉(zhuǎn)，控制傳動(dòng)鏈處于導(dǎo)通狀態(tài)，離合器進(jìn)入超越狀態(tài)。
注A-A向剖視僅針對箱體而言，以明確表示各零件安裝情況。
圖中所示為環(huán)面蝸桿類型，也可用直齒蝸桿類型代替?？刂奇溤捎脹_壓工藝制造的沖壓件。
此傳動(dòng)銷23的徑向位置尺寸越大，對工藝、配合、安裝精度要求越低，傳動(dòng)精度越高。
此結(jié)構(gòu)類型成本低，傳遞主功率流部件蝸輪、殼體可采取單邊軸承配合關(guān)系裝配(如圖所示采取在蝸輪單側(cè)設(shè)置輸入軸，并與殼體通過單邊軸承裝配)，降低成本；而控制鏈元件更是可以采取輕薄料沖壓成型；主功率流傳動(dòng)件、控制傳動(dòng)鏈元件均可單邊設(shè)置軸承配合關(guān)系，裝配調(diào)試方便簡單；當(dāng)然，蝸輪與殼體之間、控制傳動(dòng)鏈元件也可采取雙邊軸承裝配(如圖8.2中蝸輪為雙邊軸)；輸入軸也可采取孔裝配連接方式，如在蝸輪中心處開裝配孔，此時(shí)的輸入軸4為—帶鍵槽的中心裝配孔；同理，也可采取在殼體上設(shè)置輸出軸3(如圖7.1)。
如將蝸輪上的傳動(dòng)銷23表面包覆彈性材料(如套一橡膠管或干脆用橡膠棒代替)，則可達(dá)到彈性補(bǔ)償壓緊效果，使反向空行程(溜滑角)等于零。
圖8與圖7區(qū)別僅在于蝸輪2與中心齒輪10之間單向傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)不同，圖8.1中傳動(dòng)銷23與中心齒輪固連，在蝸輪2對應(yīng)位置開單向牽引槽26，工作特性與圖7相同。圖8.2中，蝸輪與中心齒輪之間單向傳動(dòng)鍵方式實(shí)現(xiàn)單向傳動(dòng)，圖8.2.1為中心齒輪輪轂、蝸輪轉(zhuǎn)軸與傳動(dòng)鍵的局部剖視圖，A、B、C圖分別代表三種單向傳動(dòng)方式A圖中傳動(dòng)鍵28與中心齒輪輪轂(含鍵槽)30固連，蝸輪轉(zhuǎn)軸31上開有含間隙式單向牽引鍵槽，以實(shí)現(xiàn)單向傳動(dòng)；B圖中傳動(dòng)鍵28與蝸輪轉(zhuǎn)軸(含鍵槽)27固連，中心齒輪輪轂29上開有含間隙式單向牽引鍵槽，以實(shí)現(xiàn)單向傳動(dòng)； C圖與B圖結(jié)構(gòu)類似，不同之處在于C圖采取雙鍵對稱方式設(shè)計(jì)，傳動(dòng)受力效果好。注傳動(dòng)鍵、傳動(dòng)銷數(shù)量至少為一個(gè)，也可為多個(gè)。
圖9單向聯(lián)軸器系列——間隙花鍵型單向聯(lián)軸器、鍵傳動(dòng)單向聯(lián)軸器、牙嵌式單向聯(lián)軸器、卡盤單向聯(lián)軸器圖9.1為單向聯(lián)軸器幾種結(jié)構(gòu)(可參見圖5、圖8.2.1)間隙花鍵型單向聯(lián)軸器由凸牙傳動(dòng)端、凹槽傳動(dòng)端組合而成，類似花鍵結(jié)構(gòu)大間隙配合型，如圖9.1中A、B圖；鍵傳動(dòng)單向聯(lián)軸器如圖9.1中C、D圖，圖8.2.1；圖9.2為增加彈墊的單向聯(lián)軸器示意圖。
圖9.3所示為牙嵌式單向聯(lián)軸器由兩個(gè)端面都有凸牙和凹槽的半聯(lián)軸器組成，且其中一個(gè)半聯(lián)軸器工作牙面附有彈墊(如圖中的右半聯(lián)軸器34牙面有彈墊)，圖9.3.1中A圖為該牙嵌式單向聯(lián)軸器主視圖，B圖為兩半聯(lián)軸器牙面相互鑲嵌接合相位圖，如圖所示，兩個(gè)半聯(lián)軸器的凸牙兩側(cè)并不緊配合，而是在非工作牙面一側(cè)有著大間隙，工作牙面(C處)接觸(或靠近)，非工作牙面(d處)遠(yuǎn)離，以實(shí)現(xiàn)短程單向傳動(dòng)。圖9.3.2為左、右兩半聯(lián)軸器部件圖。
圖9.4卡盤單向聯(lián)軸器，與圖9.3不同之處在于右半聯(lián)軸器為扇形結(jié)構(gòu)，與左半聯(lián)軸器配合后結(jié)構(gòu)更緊湊，軸向尺寸減小。
注彈墊可以是橡膠墊等非剛性材料彈性墊，或彈簧等彈性浮動(dòng)裝置。彈簧(或彈墊)加在單向聯(lián)軸器的主動(dòng)工作牙面與從動(dòng)桿工作牙面之間。單向聯(lián)軸器可設(shè)置在蝸桿至輸入軸之間的任一處。
由于單向聯(lián)軸器僅僅傳遞空轉(zhuǎn)扭矩，功率很小，故可以為質(zhì)量很輕巧的結(jié)構(gòu)，以減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，牙數(shù)量也可以為1~2個(gè)，另，如圖9.1中C、D圖，圖8.2.1所示可以為鍵與鍵槽方式連接，降低成本。在輕型場合可用沖壓件或注塑件制造單向聯(lián)軸器及控制傳動(dòng)鏈相關(guān)元件。
在單向聯(lián)軸器內(nèi)加彈性墊的作用是彌補(bǔ)制造精度的不足，減小或消除反向空行程，但其負(fù)面影響是使蝸桿蝸輪齒面產(chǎn)生一定摩擦，使蝸桿蝸輪工作齒面常接觸(包括超越態(tài))，所以欲使超越態(tài)時(shí)齒面不接觸前提下使反向空行程最小，則宜采取剛性傳動(dòng)，因?yàn)閯傂詡鲃?dòng)精度高，響應(yīng)性強(qiáng)，而采取彈墊傳動(dòng)則響應(yīng)型稍差，在往復(fù)頻率較高時(shí)會(huì)出現(xiàn)由于慣性力壓縮彈簧而使傳動(dòng)滯后(所以在高速場合需用較大剛度彈簧或剛性傳動(dòng))，當(dāng)然，如果在剛性傳動(dòng)的接觸間隙基礎(chǔ)上再加彈簧則可達(dá)到響應(yīng)性強(qiáng)及空行程等于零的雙境界。所以，在制造加工精度很高時(shí)，宜采取剛性單向聯(lián)軸器；這樣在空轉(zhuǎn)時(shí)蝸桿蝸輪不接觸，阻力小，磨損??！但為了減小制造加工精度、降低裝配精度要求及磨損影響，并使空行程等于零，可采取加彈性墊結(jié)構(gòu)，這樣在超越空轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)蝸桿蝸輪有接觸摩擦力，會(huì)有微量磨損及空轉(zhuǎn)阻矩。
圖10超越離合器控制傳動(dòng)鏈系列超越離合器的控制傳動(dòng)鏈可以隨意設(shè)計(jì)，主旨目的達(dá)到將控制功率流同步引入到蝸桿轉(zhuǎn)軸牽引蝸桿實(shí)現(xiàn)同步旋轉(zhuǎn)即可，其中的單向聯(lián)軸器可設(shè)置在蝸桿至輸入軸之間的任一處，使控制傳動(dòng)鏈具有單向傳動(dòng)特性即可(如輸入軸后、蝸桿前范圍內(nèi)的任意處，也可直接從外界引入——屬開環(huán)功率流控制型)。本圖所示為超越離合器控制傳動(dòng)鏈系列舉例。
由于控制鏈的功率很小，僅用于傳遞運(yùn)動(dòng)，對傳動(dòng)效率無關(guān)緊要，故可用軟軸傳動(dòng)，帶傳動(dòng)等剛性、撓性傳動(dòng)(如圖10.3中采取了撓性同步帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu))。
圖10.1、10.2采用了軟軸(如鋼絲軟軸)及單向配速聯(lián)軸器36(其實(shí)就是一緊湊化的單向配速傳動(dòng)鏈)組成單向控制傳動(dòng)鏈，使結(jié)構(gòu)大為簡化，圖10.2中增加錐齒輪傳動(dòng)組，縮短了軟軸的傳動(dòng)距離，提高傳動(dòng)效率。
注其余類型的自鎖方式機(jī)構(gòu)也均可采取此軟軸來封閉動(dòng)力鏈，可大大簡化機(jī)構(gòu)。
圖10.3、圖10.4、10.5中采用基本的機(jī)械傳動(dòng)方式進(jìn)行控制運(yùn)動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)銜接，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的空間轉(zhuǎn)換、傳動(dòng)比變換，并通過單向聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)單向傳動(dòng)功能，完成的正是單向配速聯(lián)軸器及傳動(dòng)軟軸的等效綜合功能。
圖10.6中采用了非自鎖型蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)作為控制傳動(dòng)鏈，此時(shí)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)屬傳遞運(yùn)動(dòng)類型，可以不考慮傳動(dòng)效率問題，此結(jié)構(gòu)簡化了控制傳動(dòng)鏈，取消了錐齒輪傳動(dòng)，減少了元件數(shù)量，為了提高傳動(dòng)效率，也可采取圖15的滾動(dòng)接觸方式。
圖11內(nèi)齒蝸桿蝸輪超越離合器示意圖本圖公開了一種內(nèi)齒式蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)，不僅可以用于此超越離合器(此時(shí)內(nèi)齒式蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)具有自鎖性)設(shè)計(jì)，也可用于減速器設(shè)計(jì)，具有傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。
該離合器的工作原理與前文外齒式蝸桿蝸輪超越離合器類型相似，不同之處在于蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)，由內(nèi)齒蝸輪45、鼓面蝸桿46、蝸桿總成基體盤47等組成。
圖11.1為內(nèi)齒蝸桿蝸輪超越離合器機(jī)構(gòu)簡圖；圖11.2為內(nèi)齒蝸桿蝸輪嚙合齒形示意圖注輸入軸、輸出軸可以互用，對于輸入為非勻速運(yùn)動(dòng)的輸入場合(如往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng))，一般取轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的一端為輸入軸。
超越離合器的工作特性使得其對齒形加工精度幾乎無要求，尤其是在小功率場合對齒形加工精度要求更低。
圖12滾動(dòng)自適應(yīng)型超越離合器(一)圖13滾動(dòng)自適應(yīng)型超越離合器(二)圖14滑動(dòng)自適應(yīng)型超越離合器圖15動(dòng)靜摩擦盤型超越離合器圖16自適應(yīng)型盤式滾動(dòng)蝸桿蝸輪超越離合器圖17自適應(yīng)型分相設(shè)計(jì)與控制型類比分析18滾動(dòng)自適應(yīng)型分相設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)19自適應(yīng)型內(nèi)齒蝸桿蝸輪超越離合器自適應(yīng)型超越離合器(又名單側(cè)自鎖型、兩側(cè)齒面鎖定特性互異型超越離合器)，其工作原理參見前文理論部分。
實(shí)現(xiàn)兩側(cè)傳動(dòng)特性不同的技術(shù)措施(1)靠兩側(cè)齒面的摩擦系數(shù)不同——可通過材料不同或加工粗糙度不同來實(shí)現(xiàn)；(2)設(shè)置單側(cè)滾動(dòng)傳動(dòng)方式(如加超越滾輪51)；(3)分相進(jìn)行不同潤滑效果處理及不同導(dǎo)程角設(shè)計(jì)(4)對非自鎖型蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)在蝸桿軸間增設(shè)輔助裝置(如動(dòng)、靜摩擦盤55、56)等技術(shù)，上述措施可同時(shí)采取其中一種或多種均可，只要達(dá)到正反旋轉(zhuǎn)方向鎖定特性不同實(shí)現(xiàn)單向超越離合功能即可。
圖12所示為典型的單側(cè)設(shè)置滾動(dòng)傳動(dòng)方案，為了在超越態(tài)具有極其輕松的自解鎖效果，蝸桿轉(zhuǎn)軸處的約束軸承最好用滾動(dòng)軸承，而又需滿足在自鎖態(tài)時(shí)的可靠自鎖，以及承載大的軸向負(fù)荷，所以最好用全向軸承(如圖12.1)，或者用推力徑向組合軸承14(最好用滾動(dòng)式)。也可用角接觸軸承(如圖12.2)。
由于傳遞功率發(fā)生在自鎖態(tài)，超越態(tài)不傳遞功率，故僅需對蝸輪自鎖工作齒面48進(jìn)行強(qiáng)化設(shè)計(jì)，而蝸輪上超越滾輪51設(shè)計(jì)強(qiáng)度則不必很大，超越滾輪及滾輪軸徑可以小巧化設(shè)計(jì)(如圖12.1)。此超越滾輪軸承也可用滑動(dòng)軸承。
同理自適應(yīng)型也可采取在蝸桿一側(cè)齒面設(shè)置滾動(dòng)裝置，如加循環(huán)球道式滾動(dòng)裝置，靠循環(huán)球道式滾動(dòng)接觸體或固定滾輪與蝸輪的其一齒面接觸實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)接觸傳動(dòng)，達(dá)到兩側(cè)齒面鎖定特性互異特性，實(shí)現(xiàn)超越離合(如圖13)。
圖14為普通蝸桿蝸輪自適應(yīng)型，在功率較小時(shí)可采取普通滑動(dòng)齒面蝸桿蝸輪結(jié)構(gòu)型，此時(shí)靠兩側(cè)齒面摩擦系數(shù)不同來實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖，一側(cè)自鎖傳遞功率、另一側(cè)打滑超越空轉(zhuǎn)。
具體措施為(1)蝸桿蝸輪兩者或二者其一的齒面兩側(cè)材料或材料附著層不同，造就兩側(cè)嚙合齒面滑動(dòng)摩擦系數(shù)不同，來實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖；(2)通過對兩側(cè)齒面加工粗糙度不同來實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)摩擦系數(shù)不同；(3)借助潤滑效果的不同來實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖(一側(cè)加潤滑油系統(tǒng)，一側(cè)加牽引油系統(tǒng)或不作處理，為干摩擦傳動(dòng))。
此方式可靠性較差，可增加動(dòng)、靜摩擦盤55、56輔助裝置來提高可靠性。
此類裝置也可采取將導(dǎo)程角加大或降低摩擦系數(shù)方式，使蝸桿蝸輪兩側(cè)齒面均進(jìn)入非自鎖狀態(tài)，然后在要求自鎖旋向的對應(yīng)蝸桿端加動(dòng)、靜摩擦盤裝置來實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖。
圖15動(dòng)靜摩擦盤型超越離合器此方案中滾動(dòng)式蝸桿蝸輪本身雙向均不自鎖，單側(cè)自鎖效應(yīng)通過裝在蝸桿軸位置處的動(dòng)、靜摩擦盤實(shí)現(xiàn)。
靠動(dòng)、靜摩擦盤實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖的工作方式需要一定軸向游隙，所以不宜用全向軸承，由于自鎖工作態(tài)的軸向載荷由動(dòng)靜摩擦盤承擔(dān)，而超越態(tài)不傳遞主功率，故對軸承的軸向承載能力無大的要求，如圖所示采取普通滾動(dòng)軸承。此動(dòng)、靜摩擦盤間隙游動(dòng)量/游隙應(yīng)小于滾珠軸向游隙，以達(dá)到在自鎖態(tài)時(shí)摩擦盤先接觸優(yōu)先壓緊觸合，充分鎖定，將全部壓緊力均作用到摩擦盤上。動(dòng)、靜摩擦盤處摩擦力必足夠大(摩擦力隨壓力增大而增大，且成正比關(guān)系)，此處決定傳遞功率大小(或決定打滑限值)自適應(yīng)型的兩側(cè)游動(dòng)空間越小(包括蝸桿蝸輪嚙合齒游隙及各運(yùn)動(dòng)副間隙余量、動(dòng)靜摩擦盤的離合間隙行程)，反向空行程(溜滑角)越小，離合器精度越高！圖16自適應(yīng)型盤式滾動(dòng)蝸桿蝸輪超越離合器，此機(jī)構(gòu)與圖12中的工作原理相同，超越態(tài)運(yùn)行時(shí)靠超越滾輪51與蝸桿接觸傳動(dòng)；反向運(yùn)行時(shí)，自鎖工作齒面58與蝸桿嚙合，機(jī)構(gòu)自鎖傳遞功率。至于動(dòng)、靜摩擦盤裝置則屬附加裝置，只為進(jìn)一步增進(jìn)可靠性。
圖17自適應(yīng)型分相設(shè)計(jì)與控制型類比分析18滾動(dòng)自適應(yīng)型分相設(shè)計(jì)與控制型類比分析17.1機(jī)構(gòu)簡圖；圖17.2齒形嚙合分析圖(剖面部分為蝸輪齒形所在位置)由圖14類型分析，為了實(shí)現(xiàn)兩側(cè)齒面的鎖定特性不同，可對兩側(cè)齒面采取不同技術(shù)處理，以實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖，，在對單側(cè)齒面采取潤滑技術(shù)處理時(shí)，為了避免潤滑油的相互擴(kuò)散影響，可將兩側(cè)齒面分離設(shè)計(jì)，即將一個(gè)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)分為兩相，而每相蝸桿機(jī)構(gòu)中只用一側(cè)齒面工作，這樣可以很好的對每一蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行不同潤滑處理，此方案還有利于使不同蝸桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為不同導(dǎo)程角，更便于改變兩個(gè)方向上的鎖定特性關(guān)系。
如圖17所示采用了自鎖性蝸桿蝸輪與非自鎖性蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)，自鎖性蝸桿齒牙60與自鎖性蝸輪齒牙61的工作齒面處于靠近狀態(tài)，對應(yīng)的非工作齒面處于遠(yuǎn)離狀態(tài)；非自鎖性蝸輪齒牙62與非自鎖性蝸桿齒牙63的工作齒面處于靠近狀態(tài)，非工作齒面處于遠(yuǎn)離狀態(tài)；當(dāng)輸入軸沿箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，自鎖性蝸桿齒牙60與自鎖性蝸輪齒牙61的工作齒面進(jìn)入嚙合，于是機(jī)構(gòu)自鎖；當(dāng)輸入軸沿箭頭反方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，自鎖性蝸桿齒牙60與自鎖性蝸輪齒牙61的工作齒面產(chǎn)生分離趨勢，此時(shí)，非自鎖性蝸輪齒牙62與非自鎖性蝸桿齒牙63的工作齒面進(jìn)入嚙合，由于此相蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)不具自鎖性，于是驅(qū)動(dòng)蝸桿44旋轉(zhuǎn)輸出控制動(dòng)力流，并經(jīng)齒輪傳動(dòng)組74牽引蝸桿1同步轉(zhuǎn)動(dòng)完成解鎖，機(jī)構(gòu)處于超越運(yùn)行態(tài)。
圖18與圖17區(qū)別在于用滾動(dòng)式非自鎖蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)代替了滑動(dòng)式非自鎖蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)，其功能等效于將圖12中滾動(dòng)蝸輪中的超越滾輪51、蝸輪自鎖工作面48分離設(shè)置。其工作齒面布置關(guān)系與圖17.2等效，即滾動(dòng)式蝸輪滾柱57與非自鎖性蝸桿工作齒面接觸，遠(yuǎn)離非工作齒面，以構(gòu)造出單向聯(lián)軸器單向傳動(dòng)功效及單側(cè)自鎖效應(yīng)。
顯見將此自適應(yīng)型機(jī)構(gòu)分相處理后，該裝置就演化為控制型，此時(shí)的非自鎖性蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)充當(dāng)了粒制鏈功能，圖中的齒輪傳動(dòng)組74與非自鎖型蝸桿機(jī)構(gòu)一起組成控制傳動(dòng)鏈，分開兩相彼此間的工作齒面與非工作齒面的嚙合齒形布置特點(diǎn)構(gòu)造了單向傳動(dòng)鏈功能，兼具了單向聯(lián)軸器職能(其實(shí)，如圖17.2中的嚙合齒形布局設(shè)計(jì)其實(shí)就是充當(dāng)了單向聯(lián)軸器的功能。)，與圖10.6相比，取消了單向聯(lián)軸器，簡化設(shè)計(jì)。
通過對自適應(yīng)型與控制型的相似性分析比較得——自適應(yīng)型經(jīng)分相設(shè)計(jì)則演化為控制型，所以二者統(tǒng)一，自適應(yīng)型可視為特殊的控制型，或者說超短變異型控制鏈控制型。
圖19自適應(yīng)型內(nèi)齒蝸桿蝸輪超越離合器本圖公開一內(nèi)齒型滾動(dòng)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)(可與前文圖11滑動(dòng)型內(nèi)齒蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)對照)由滾動(dòng)式蝸輪滾柱57內(nèi)向輻射狀分布形成內(nèi)齒型滾動(dòng)蝸輪，與非自鎖性鼓面蝸桿64嚙合傳動(dòng)，形成非自鎖型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。超越向旋轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)構(gòu)不自鎖，蝸桿蝸輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，彼此間為輕載滾動(dòng)接觸傳動(dòng)；反轉(zhuǎn)時(shí)，蝸輪在反向轉(zhuǎn)矩下將蝸桿向左推壓，致使動(dòng)、靜摩擦片觸合，起到反向自鎖作用。該內(nèi)齒型滾動(dòng)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)也可通過減小導(dǎo)程角實(shí)現(xiàn)單向滾動(dòng)型自鎖功能。
本圖為內(nèi)齒嚙合型蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)在自適應(yīng)型超越離合器中的應(yīng)用舉例，圖12-18中的所有自適應(yīng)型超越離合器類型均可通過此內(nèi)齒型滾動(dòng)蝸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為內(nèi)齒傳動(dòng)型?？蓞⒁娗拔南嚓P(guān)內(nèi)容。
注蝸桿齒面為示意圖例，并不代表具體實(shí)際形狀。
其它自鎖型機(jī)構(gòu)在控制式離合器中的應(yīng)用所有具有自鎖特性的機(jī)構(gòu)均可用依據(jù)前文的所有蝸桿蝸輪設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)相關(guān)類型離合器。如(1)具有單向自鎖性的機(jī)構(gòu)可按“控制模式”指導(dǎo)原則設(shè)計(jì)控制式離合器；(2)還可按照“自適應(yīng)性”原理構(gòu)造“單側(cè)自鎖”來設(shè)計(jì)自適應(yīng)型離合器；(3)具有非自鎖性的機(jī)構(gòu)則可通過增加動(dòng)、靜摩擦盤來實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖進(jìn)行設(shè)計(jì)。
如圖20、21、22給出幾類具有自鎖特性的機(jī)構(gòu)，均可參照前文蝸桿蝸輪設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)各種類型離合器。用下列圖中對應(yīng)的主鎖件代替蝸桿，被鎖件代替蝸輪即可設(shè)計(jì)對應(yīng)的各種離合器。
圖20交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu) 圖21等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu)如圖20所示為交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)，一般情況下使用十字交叉斜齒輪類型如圖20.1、20.2分別為兩十字交叉斜齒輪的主視、左視圖，由圖可見主鎖件齒輪66螺旋角大、被鎖件齒輪65的螺旋角小，且主鎖件齒輪66的導(dǎo)程角小于兩齒面間當(dāng)量摩擦角，所以當(dāng)主鎖件齒輪66作為主動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)不自鎖；被鎖件齒輪65作為主動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)自鎖。
該機(jī)構(gòu)與蝸桿蝸輪原理一樣，只不過等效于加大了蝸桿直徑，使傳動(dòng)比減小，這將有利于在設(shè)計(jì)控制式離合器時(shí)減小控制傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比，提高傳動(dòng)效率，但是，這將使體積增大，結(jié)構(gòu)緊湊性降低，由于控制鏈的功率很小，僅僅牽動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)即可，所以無所謂效率高低，故可采取圖20.2類型；其實(shí)當(dāng)主鎖件齒輪66半徑減小時(shí)，此機(jī)構(gòu)便演化為典型的蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)，所以此類離合器機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與蝸桿蝸輪很類似。可直接照搬設(shè)計(jì)。
圖21等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu) 圖21.1單向自鎖型等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu)圖21.2單側(cè)自鎖型等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu) 圖21.3滾動(dòng)式等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu)圖21中公開一種新型“等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu)”，由“等速螺線齒盤67”與“弧面齒輪68”組成；等速螺線齒盤67盤表面設(shè)有“等速螺線齒牙69”，顧名思義，齒牙齒形曲線為以盤軸線為中心的等速螺線，而弧面齒輪68的圓周柱面上為對應(yīng)曲率的弧面齒牙70，其齒形嚙合情況如俯視圖所示(雙點(diǎn)劃線部分為等速螺線齒盤、等速螺線齒牙所在位置)，當(dāng)?shù)人俾菥€齒盤67沿軸線勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，弧面齒輪68將輸出勻速運(yùn)動(dòng)。根據(jù)需要設(shè)計(jì)等速螺線曲率分布，可得到不同傳動(dòng)比、以及不同鎖定特性的結(jié)構(gòu)類型。
顯見，對于具有自鎖性的結(jié)構(gòu)類型，將對應(yīng)的主鎖件弧面齒輪68代替蝸桿，被鎖件等速螺線齒盤67代替蝸輪即可設(shè)計(jì)各種離合器。
圖21.2為單側(cè)自鎖型等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu)，弧面齒牙70的一側(cè)齒面上設(shè)置超越滾輪51，以達(dá)到單側(cè)滾動(dòng)傳動(dòng)效果，實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖功能。此類機(jī)構(gòu)可參照前文圖12等相關(guān)圖設(shè)計(jì)自活應(yīng)型離合器。
圖21.3中被鎖件弧面齒輪用圖15中的滾動(dòng)蝸輪代替，構(gòu)成滾動(dòng)式等速螺線齒盤機(jī)構(gòu)，靠在圓周上徑向分布的蝸輪滾柱57與主鎖件上等速螺線齒牙70進(jìn)行嚙合傳動(dòng)，具有齒面雙側(cè)非自鎖特性?？赏ㄟ^增加動(dòng)、靜摩擦盤來實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖(參見前文相關(guān)內(nèi)容)注等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu)屬一新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可用于其他傳動(dòng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用場合。
另外具有自鎖特性的“錐蝸桿”傳動(dòng)機(jī)構(gòu)同樣適用于設(shè)計(jì)本專利中各類離合器，如用錐蝸桿代替普通蝸桿即可設(shè)計(jì)對應(yīng)的各種離合器，用于特殊場合。
注“變異型蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)”與“普通蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)”只要具備相同特性(特指自鎖特性、非自鎖特性)時(shí)即可互換使用。
變異型蝸桿機(jī)構(gòu)——一般指滾動(dòng)式蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)，如滾柱徑向輻射分布式——滾動(dòng)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)(圖15所示)、滾柱軸向平行分布式——盤式滾動(dòng)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)(圖16所示)圖22行星輪系型超越離合器本圖公開另一類典型單向自鎖常嚙合機(jī)構(gòu)——具有自鎖性的2K-H型正號(hào)行星輪系機(jī)構(gòu)、3K型行星輪系等。
同樣，此類具有自鎖性的行星輪系傳動(dòng)效率很低，但由于其工作在超越狀態(tài)，不用于傳遞功率，傳遞功率時(shí)機(jī)構(gòu)內(nèi)部處于自鎖態(tài)，相對靜止，等效于固連狀態(tài)，所以不會(huì)影響系統(tǒng)對外工作效率。
圖22為一行星輪系型超越離合器機(jī)構(gòu)簡圖，為了運(yùn)行平穩(wěn)，采取兩組行星輪m2、m3、m2’、m3’對稱設(shè)置(2K-H型正號(hào)行星輪系的自鎖特性分析見圖22.1)。通過單向配速聯(lián)軸器36將行星架H、齒輪m1連接起來，齒輪m1、m2的齒牙嚙合特點(diǎn)參見圖22.2，總是工作齒面(如圖22.2中a位置齒面)接近，非工作齒面(如圖22.2中b位置齒面)遠(yuǎn)離；同樣，單向配速聯(lián)軸器36中的單向聯(lián)軸器工作牙面(如圖5中c位置牙面)處于常靠近狀態(tài)，非工作牙面(如圖5中d位置牙面)處于常遠(yuǎn)離狀態(tài)。
其運(yùn)行情況為輸入軸4沿自鎖向旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒輪m1、m2的工作齒面優(yōu)先嚙合，而使單向配速聯(lián)軸器36中的單向聯(lián)軸器非工作牙面不能嚙合，配速聯(lián)軸器處于隔斷狀態(tài)，機(jī)構(gòu)自鎖，輸入軸、輸出軸連成一體處于傳遞功率狀態(tài)；輸入軸4沿超越向旋轉(zhuǎn)時(shí)，在非工作齒面未嚙合前單向配速聯(lián)軸器36就優(yōu)先工作驅(qū)動(dòng)行星架H旋轉(zhuǎn)了，此時(shí)機(jī)構(gòu)不自鎖，進(jìn)入超越態(tài)，也即在超越態(tài)時(shí)齒輪m1的非工作齒面始終追不上齒輪m2的非工作齒面，無法進(jìn)入嚙合，處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。
圖22.1為具有自鎖特性的2K-H型正號(hào)行星輪系機(jī)構(gòu)，當(dāng)行星架H作為主動(dòng)件時(shí)機(jī)構(gòu)不自鎖，齒輪m1作為主動(dòng)件時(shí)機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖。
顯見此機(jī)構(gòu)中同樣具有齒輪的非工作齒面不接觸，工作齒面靜態(tài)接觸傳遞功率的特點(diǎn)，所以其齒輪的齒形可按非標(biāo)齒形設(shè)計(jì)。但是，注意雖然嚙合點(diǎn)在工作時(shí)為靜接觸，但在不同往復(fù)周期中此嚙合點(diǎn)位置是隨機(jī)不定的，即靜態(tài)傳動(dòng)時(shí)工作齒面的嚙合點(diǎn)可能是有效工作齒廓的任一處，所以，為了保證極小的溜滑角及傳動(dòng)精度，工作齒面的齒形最好按標(biāo)準(zhǔn)齒形設(shè)計(jì)，當(dāng)然材料、精度、工藝處理要求可以降低，不必嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)齒輪工藝處理，以盡可能降低成本！如圖22.3中所示，齒輪的工作齒面(a位置齒面)與非工作齒面齒形不同(b位置齒面)。
同理此機(jī)構(gòu)也可用于設(shè)計(jì)(1)控制式變速器(如圖23)；(2)閉環(huán)功率流控制式離合器、變速器，只要用控制式離合器、變速器代替單向配速聯(lián)軸器36即可(參見前文相關(guān)內(nèi)容)；(3)開環(huán)功率流控制式離合器、變速器，將行星架H、齒輪m1的連接斷開，用一控制器8代替單向配速聯(lián)軸器36即可(參見前文相關(guān)內(nèi)容)；圖23控制式變速器系列機(jī)構(gòu)簡圖如圖23所示通過一控制無級變速器控制蝸桿的運(yùn)動(dòng)，經(jīng)蝸輪將此運(yùn)動(dòng)引入差動(dòng)輪系，通過差動(dòng)輪系與主功率流輸入端進(jìn)行運(yùn)動(dòng)合成后變?yōu)檩敵鲚S的轉(zhuǎn)速輸出，通過無級改變控制變速器傳動(dòng)比調(diào)節(jié)蝸桿轉(zhuǎn)速，即可在輸出軸上獲得大功率無級變速輸出。即輸入軸運(yùn)動(dòng)與控制端運(yùn)動(dòng)經(jīng)過差動(dòng)輪系合成后變?yōu)檩敵鲚S的轉(zhuǎn)速輸出。根據(jù)控制功率流的來源分為開環(huán)功率流控制(如圖23.1、23.2、23.4)、閉環(huán)功率流控制(如圖23.5)。
圖23.1、圖23.2的運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)采用差動(dòng)輪系機(jī)構(gòu)，圖23.2與圖23.1區(qū)別在于圖23.2采取錐齒輪傳動(dòng)組輸出功率，改變了輸入輸出軸的傳動(dòng)方向。
圖23.4中的運(yùn)動(dòng)合成裝置采用行星輪系的另一結(jié)構(gòu)布局類型，為了運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，圖中采用對稱設(shè)置兩行星輪組及兩蝸桿。
圖23.5為閉環(huán)功率流控制類型，在主功率流輸入端引入分流機(jī)構(gòu)進(jìn)行封閉功率流控制合成。此時(shí)的單向自鎖機(jī)構(gòu)為具有自鎖性的2K-H型正號(hào)行星輪系機(jī)構(gòu)。
本技術(shù)關(guān)鍵在于單向控制系統(tǒng)使功率流不回流，具有單向控制特性。具有單向自鎖性的機(jī)構(gòu)均可用于設(shè)計(jì)單向控制裝置，考慮到變速器的非同步工作時(shí)間段遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于離合器，打滑幾率大增，為減小磨損，盡可能用滾動(dòng)自鎖機(jī)構(gòu)。如采取滾動(dòng)傳動(dòng)型自鎖蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)(可參考如圖15機(jī)構(gòu)，但條件為蝸桿導(dǎo)程角小于滾動(dòng)蝸桿蝸輪當(dāng)量摩擦角)。
對于滑動(dòng)自鎖類型，當(dāng)傳遞功率很大時(shí)，蝸桿處的控制力需較大功率，且存在較大的相對滑動(dòng)磨損功耗，因?yàn)榇藭r(shí)蝸桿蝸輪處有較大的嚙合力，故此有一定功率損失，不過此損失與蝸桿蝸輪減速器等效，所以能接受！注輸入輸出軸可互相轉(zhuǎn)換使用，即輸入軸也可作輸出軸，輸出軸也可作輸入軸。
注該機(jī)構(gòu)自由度為2，存在三個(gè)運(yùn)動(dòng)連接端口，分別對應(yīng)；功率輸入端(輸入軸)、功率流輸出端(輸出軸)、控制裝置連接端口(控制裝置運(yùn)動(dòng)輸出軸)，此三者連接位置均可互換設(shè)置，獲取不同功效。凡具有兩個(gè)自由度的任意機(jī)構(gòu)均可用于此運(yùn)動(dòng)合成設(shè)計(jì)，如差動(dòng)輪系等行星輪系列。
注除特別說明外，一般行星輪系指非自鎖型。
圖23.3為控制約束式傳動(dòng)裝置如圖所示主控軸71與單向自鎖機(jī)構(gòu)(圖中為蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)，也可是其它自鎖機(jī)構(gòu))主鎖件(蝸桿)相連，受控軸72與單向自鎖機(jī)構(gòu)被鎖件(蝸輪)相連。其特點(diǎn)是主控軸71順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，受控軸72隨主控軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)主控軸停轉(zhuǎn)時(shí)受控軸雙向鎖止，不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。即扭矩只能由主控軸向受控軸輸出，而不能由受控軸向主控軸輸出。本圖中左圖為輸入、輸出軸轉(zhuǎn)速相同型，主控軸、受控軸旋轉(zhuǎn)角速度相等，傳動(dòng)比等于1；右圖為普通蝸桿蝸輪型；最好為單向滾動(dòng)自鎖機(jī)構(gòu)，以減小摩擦。
綜述蝸桿機(jī)構(gòu)、錐蝸桿機(jī)構(gòu)、變異型蝸桿機(jī)構(gòu)、交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)、等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu)、行星輪系機(jī)構(gòu)等，均可用于設(shè)計(jì)變速器、離合器、超越離合器。
對于超越離合器，當(dāng)處于工作態(tài)時(shí)，離合器內(nèi)部的一切部件均處于相對靜止?fàn)顟B(tài)，彼此間無任何滑動(dòng)，此時(shí)可視為輸入軸與離合器整體呈固聯(lián)狀態(tài)；而在超越態(tài)，各部件為空載狀態(tài)，不承載主功率，其空轉(zhuǎn)阻矩(超越態(tài)阻矩)很小，且無相對滑動(dòng)。所以離合器各運(yùn)動(dòng)副可使用滑動(dòng)軸承。包括圖5中推力徑向組合軸承14采用滑動(dòng)式即可。而對于存在打滑半接合工況的控制式離合器、變速器，蝸桿軸承可采用全向軸承，也可用角接觸軸承(如圖12.2)。
(關(guān)于全向軸承技術(shù)，參見相關(guān)專利！)直線型控制離合器分為(1)控制型；(2)自適應(yīng)型通過構(gòu)造單側(cè)自鎖性即可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)性離合，原理與合全文旋轉(zhuǎn)型類似。
具有單向自鎖性的機(jī)構(gòu)均可用于此設(shè)計(jì)，如絲桿螺母機(jī)構(gòu)、蝸桿蝸條機(jī)構(gòu)、斜面無級鎖定裝置等。
絲桿螺母機(jī)構(gòu)具有自鎖性的絲桿螺母裝置，與蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)不同，此機(jī)構(gòu)中絲桿、螺母互為主鎖件、被鎖件，即絲桿、螺母二者誰作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，誰就是主鎖件，對應(yīng)作直線運(yùn)動(dòng)件則為被鎖件。
蝸桿蝸條機(jī)構(gòu)根據(jù)“蝸桿齒形無級移位原理”，可以設(shè)計(jì)直線無級離合裝置。蝸條齒形與蝸桿嚙合的直線型元件，可視為是蝸輪的展開結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)思路類似齒輪齒條裝置，但特點(diǎn)為具有單向自鎖性，蝸桿為主鎖件，蝸條為被鎖件。如圖24.4所示。
斜面無級鎖定裝置詳見圖26，一般為短行程工況工作。
圖24控制型直線離合器圖24.1如圖所示絲桿螺母機(jī)構(gòu)為直線主功率流路徑，螺母76與齒條78相連，齒條78通過齒輪11、錐齒輪傳動(dòng)組73、控制式離合器8、齒輪傳動(dòng)組74與絲桿77相連，構(gòu)成控制傳動(dòng)鏈(齒輪11與錐齒輪a同軸固連)。其工作原理與前文旋轉(zhuǎn)型類似，當(dāng)控制式離合器8接合時(shí)，控制鏈導(dǎo)通，絲桿螺母機(jī)構(gòu)進(jìn)入非自鎖狀態(tài)，此時(shí)，絲桿的直線位移量通過控制傳動(dòng)鏈同步牽引螺母旋轉(zhuǎn)，機(jī)構(gòu)不自鎖；當(dāng)離合器8分離時(shí)，控制鏈隔斷，絲桿螺母機(jī)構(gòu)進(jìn)入自鎖態(tài)(關(guān)于啟動(dòng)隙的設(shè)計(jì)問題參見前文)。
此技術(shù)可用于快速夾緊、定位、調(diào)速裝置/夾具、臺(tái)鉗等手動(dòng)機(jī)構(gòu)中，以便實(shí)現(xiàn)快速調(diào)節(jié)，提升效率。也可用于變速器快捷調(diào)速裝置。在機(jī)動(dòng)、自動(dòng)調(diào)節(jié)中可用控制電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)即可，此時(shí)的雙向自鎖性時(shí)刻存在，更加可靠安全！此結(jié)構(gòu)屬開環(huán)控制，即螺母直接由一外界動(dòng)力源根據(jù)需求適時(shí)驅(qū)動(dòng)，滿足絲桿的直線運(yùn)動(dòng)。
與圖24.1不同，圖24.2中的旋轉(zhuǎn)主鎖件為螺母(螺母76外表面固連齒輪c)，絲桿為直動(dòng)被鎖件，與齒條相連，(特點(diǎn)絲桿螺母可互換位置)，當(dāng)離合器8處于導(dǎo)通態(tài)時(shí)，調(diào)位臺(tái)79可以自由上下移動(dòng)位置，當(dāng)離合器8處于隔斷態(tài)時(shí)，調(diào)位臺(tái)79位置被鎖定。
應(yīng)用例用于自行車調(diào)位，將圖24.2中的調(diào)位態(tài)79由車座代替并與絲桿77相連，通過一易操縱的控制器對控制離合器8進(jìn)行離合調(diào)控，調(diào)位時(shí)使離合器8接合導(dǎo)通，車座可上下調(diào)節(jié)，平時(shí)離合器8隔斷，機(jī)構(gòu)自鎖，車座處于固定態(tài)。(注為了產(chǎn)生調(diào)節(jié)啟動(dòng)隙進(jìn)行解鎖，實(shí)現(xiàn)可靠調(diào)節(jié)，在向下調(diào)座前先讓座位在復(fù)位簧80作用下向上復(fù)位，然后操縱控制鈕將控制離合器接合后便可向下調(diào)位，向上調(diào)位時(shí)，則是先將座位向下壓使螺紋壓緊，然后操縱控制鈕將控制離合器接合后便可向上調(diào)位，這樣做的目的就是為了構(gòu)造螺紋的雙向啟動(dòng)隙)。
圖24.3與前方案相比，此方案中的控制傳動(dòng)鏈通過非自鎖性絲桿螺母機(jī)構(gòu)連接，減少零部件數(shù)量。注此時(shí)的非自鎖性絲桿螺母機(jī)構(gòu)指的是與具有自鎖性的絲桿螺母自鎖方向不同的機(jī)構(gòu)，同樣，此機(jī)構(gòu)中絲桿、螺母互為主鎖件、被鎖件，但是與自鎖性不同點(diǎn)在于絲桿、螺母二者誰作直線運(yùn)動(dòng)，誰就是主鎖件，對應(yīng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)件則為被鎖件。正是這一特性，才使得此非自鎖性絲桿螺母機(jī)構(gòu)可作控制鏈部件，它可以將直線主功率流路徑中的螺母76直線運(yùn)動(dòng)直接轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并經(jīng)控制離合器8，齒輪傳動(dòng)組74形成閉合控制傳動(dòng)鏈。
上述幾種方案中如果控制式離合器8用單向聯(lián)軸器代替，則成為直線超越離合器。其螺紋工作面、非工作面，與單向聯(lián)軸器的工作牙面、非工作牙面配合性質(zhì)與前文相似，即單向聯(lián)軸器的工作牙面相互靠近，非工作牙面遠(yuǎn)離，螺紋工作面靠近，螺紋非工作面遠(yuǎn)離。
圖24.4蝸桿蝸條直線自鎖機(jī)構(gòu)蝸桿蝸條直線自鎖機(jī)構(gòu)屬蝸條與蝸桿嚙合的直線型元件，可視為是蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)將蝸輪展開后的演變結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)為蝸桿為主動(dòng)件旋轉(zhuǎn)時(shí)，蝸條輸出直線運(yùn)動(dòng)，蝸條為主動(dòng)件時(shí)機(jī)構(gòu)自鎖。即該機(jī)構(gòu)具有單向自鎖性，蝸桿為主鎖件，蝸條為被鎖件。利用此特性可以設(shè)計(jì)直線離合器。
工況分析蝸桿同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，蝸桿蝸條處于分離態(tài)；蝸桿非同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，蝸桿蝸條處于半接合打滑態(tài)；蝸桿停止自轉(zhuǎn)時(shí)，蝸桿蝸條處于接合鎖定態(tài)。
與絲桿螺母機(jī)構(gòu)相比，此機(jī)構(gòu)具有更為靈活的設(shè)計(jì)特點(diǎn)?？梢詫?shí)現(xiàn)蝸桿蝸條同步引導(dǎo)式分離與接合。例在連續(xù)旋轉(zhuǎn)型無級變速器中，設(shè)蝸桿為運(yùn)動(dòng)輸入件，蝸條為運(yùn)動(dòng)輸出件，當(dāng)蝸桿當(dāng)前平動(dòng)量需輸出時(shí)，則停止自轉(zhuǎn)，與蝸條固連自鎖嚙合，傳遞運(yùn)動(dòng)當(dāng)蝸桿當(dāng)前平動(dòng)量不需輸出時(shí)，則在控制下同步自轉(zhuǎn)，與蝸條處于等效分離態(tài)，不輸出運(yùn)動(dòng)。
為增大接觸面，提高承載能力，可設(shè)計(jì)為環(huán)面蝸條蝸桿機(jī)構(gòu)，參見圖24.5。
圖25自適應(yīng)型直線離合器依據(jù)單側(cè)自鎖性原理，直線型離合器也可設(shè)計(jì)自適應(yīng)類型，此方式比控制傳動(dòng)型更簡單經(jīng)濟(jì)，可實(shí)施性強(qiáng)。
圖25.1單向自適應(yīng)型絲桿螺母裝置，即等效于“單側(cè)滾珠絲桿”裝置，在螺母單側(cè)螺紋面上設(shè)計(jì)滾動(dòng)裝置(如循環(huán)球道式滾珠)，如圖25.1中單側(cè)型滾珠螺母85，使機(jī)構(gòu)具有了單側(cè)自鎖性，即兩側(cè)的鎖定特性不同。如圖所示，螺母向右運(yùn)動(dòng)時(shí)處于超越態(tài)，向左運(yùn)行時(shí)機(jī)構(gòu)自鎖。
圖25.2單向自適應(yīng)型蝸桿蝸條裝置(一) 圖25.3單向自適應(yīng)型蝸桿蝸條裝置(二)圖25.2、25.3為單向自適應(yīng)型蝸桿蝸條裝置，圖25.2中采取在蝸條的齒面一側(cè)裝置超越滾輪51方法實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖。對于蝸條較長直線類型，一般在蝸桿上設(shè)置滾動(dòng)裝置，如圖25.3所示在蝸桿一側(cè)齒面設(shè)置滾動(dòng)裝置，如加循環(huán)球道式滾動(dòng)裝置，靠循環(huán)球道式滾動(dòng)接觸體或固定滾輪與蝸條的其一齒面接觸實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)接觸傳動(dòng)，達(dá)到兩側(cè)齒面鎖定特性互異特性，實(shí)現(xiàn)超越離合。也可通過改變兩側(cè)齒面摩擦系數(shù)來實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖。
直線蝸桿蝸條機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)性無級超越離合功能很適應(yīng)某些場合需求，實(shí)現(xiàn)靠二者相對速度變化來自動(dòng)實(shí)現(xiàn)適時(shí)離合。
在特定場合，需要在蝸桿的一側(cè)安裝機(jī)構(gòu)，為保證受力對稱及空間需求，可采取雙蝸桿組合方式設(shè)計(jì)(參見圖25.4)。
圖26短行程直線離合器(斜面無級鎖定裝置)根據(jù)斜面升角小于當(dāng)量摩擦角時(shí)發(fā)生自鎖的特性，可設(shè)計(jì)單向自鎖機(jī)構(gòu)——短行程直線離合器(斜面無級鎖定裝置)，如圖26.1所示為自適應(yīng)型單向離合裝置(單向無級鎖定裝置)，被鎖移位塊89的一側(cè)面上安置超越滾輪89，另一側(cè)面則為滑動(dòng)摩擦接觸，具有單側(cè)自鎖性，當(dāng)被鎖移位塊89向左移動(dòng)時(shí)機(jī)構(gòu)不自鎖，此時(shí)主鎖移位塊90可隨被鎖移位塊89運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。當(dāng)被鎖移位塊89向右移動(dòng)時(shí)機(jī)構(gòu)自鎖，移位塊靜止。利用此特性，可設(shè)計(jì)無級鎖定裝置，如圖所示被鎖移位塊89與一動(dòng)夾盤88固連，并與一靜夾盤87相對安置，此時(shí)，動(dòng)靜夾盤之間便具有單向鎖緊功能，即兩夾盤只能向夾緊方向運(yùn)動(dòng)，而不能向分離方向運(yùn)動(dòng)。如在動(dòng)夾盤88外側(cè)加一補(bǔ)償壓緊簧92則此機(jī)構(gòu)便成為自動(dòng)補(bǔ)償鎖緊裝置。
如圖26.1所示為控制型短程離合裝置，，被鎖移位塊89、主鎖移位塊90的直線運(yùn)動(dòng)量均通過齒輪齒條裝置轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過相關(guān)傳動(dòng)件與控制式離合器8連接形成封閉的控制傳動(dòng)鏈。與前文裝置一樣，此裝置具有雙向無級離合功能。通過控制離合器8的通斷實(shí)現(xiàn)雙向無級離合鎖定。即離合器8接合時(shí)，動(dòng)靜夾盤距離可以隨意變化，離合器斷開時(shí)，動(dòng)靜夾盤距離鎖定。
另如果此控制離合器8用以單向聯(lián)軸器代替，則成為單向直線超越離合器，其功能與自適應(yīng)型相似，具有單向無級鎖定功能。
其實(shí)在進(jìn)行動(dòng)靜夾盤的無級鎖定時(shí)，只要無級推移主鎖件主鎖移位塊90即可實(shí)現(xiàn)雙向移位及無級鎖定。這便是斜面楔塊楔合原理。如在主鎖移位塊90外側(cè)加一補(bǔ)償壓緊簧92則此機(jī)構(gòu)便具有自動(dòng)補(bǔ)償鎖緊功能。(如圖26.3)此機(jī)構(gòu)可用于設(shè)計(jì)短行程定位夾具，如機(jī)床夾具、臺(tái)鉗夾具、短程快速鎖定裝置、自動(dòng)補(bǔ)償鎖緊裝置等。
指導(dǎo)思想(1)應(yīng)盡可能減少傳動(dòng)鏈長度，減小參與往復(fù)運(yùn)行的部件數(shù)量；并應(yīng)盡量減小往復(fù)系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
(2)放大輸入端角位移，增大精度、靈敏度，減小反向空行程(滑溜角)。
(3)減小蝸桿蝸輪等單向自鎖性機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，即增大蝸桿導(dǎo)程角，以減小控制鏈傳動(dòng)比，降低蝸桿同步運(yùn)行角速度。
(4)只要在單向聯(lián)軸器到蝸桿所在控制傳動(dòng)鏈區(qū)間之外的任意處，均可作為與外界功率流銜接端口。
(5)為允許承受過載負(fù)荷，可與此離合器串接摩擦傳動(dòng)銜接區(qū)，起到摩擦傳動(dòng)過載保護(hù)功能。
(6)為減小摩擦，所有滑動(dòng)副均可用滾動(dòng)副代替；為簡化結(jié)構(gòu)，所有的滾動(dòng)副可用滑動(dòng)副代替(滑動(dòng)副包括滑動(dòng)移動(dòng)副、滑動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)副；滾動(dòng)副包括滾動(dòng)移動(dòng)副、滾動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)副)。
(7)對于離合器及非閉環(huán)變速器，輸入軸、輸出軸可以互換使用，如輸出軸可作為輸入軸與外界功率銜接；輸入軸可作為輸出軸與外界功率銜接。
(為便于直觀了解，與現(xiàn)有技術(shù)概念統(tǒng)一，根據(jù)現(xiàn)有超越離合器的相關(guān)概念狀態(tài)命名，所有名詞解釋在此一并介紹，下文不再解釋，請相互參考對照)控制器(可控驅(qū)動(dòng)源)用來控制主鎖件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的設(shè)備，一般為控制電機(jī)、液壓缸、氣缸、電磁牽引、機(jī)械牽引設(shè)備等，對于閉環(huán)功率流控制類型一般為控制式離合器、控制式變速器、單向聯(lián)軸器。
控制傳動(dòng)鏈裝有控制器的傳動(dòng)鏈，由控制器+傳動(dòng)鏈組成，一般通過在傳動(dòng)鏈中加裝可控驅(qū)動(dòng)源、或控制式離合器、變速器、聯(lián)軸器來實(shí)現(xiàn)。
單向控制傳動(dòng)鏈具有單方向傳動(dòng)扭矩特性的傳動(dòng)鏈，一般通過在其中加裝單向聯(lián)軸器(控制器)來實(shí)現(xiàn)。
單向聯(lián)軸器只能傳遞單一方向扭矩的聯(lián)軸器。
同步主鎖件、被鎖件運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以蝸桿蝸輪為例說明，指蝸桿旋轉(zhuǎn)角速度與蝸輪旋轉(zhuǎn)角速度同步對應(yīng)，不產(chǎn)生干涉，等效于蝸桿蝸輪間的嚙合同步運(yùn)動(dòng)(同步參數(shù)包括運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速度)，對于閉環(huán)類型，達(dá)到此效果的措施是控制鏈傳動(dòng)比(以圖例2說明從蝸桿連接端到蝸輪連接端方向上的控制鏈傳動(dòng)比——也即錐齒輪12到中心齒輪10傳動(dòng)鏈間的傳動(dòng)比)與蝸桿蝸輪傳動(dòng)比(與蝸桿減速器定義一樣，指的是蝸桿到蝸輪間的傳動(dòng)比，即蝸輪齒數(shù)與蝸桿頭數(shù)之比)相同；配速傳動(dòng)鏈——使主鎖件、被鎖件實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈單向配速傳動(dòng)鏈具有單向傳動(dòng)特性的配速傳動(dòng)鏈。
單向配速聯(lián)軸器具有配速傳動(dòng)功能的單向聯(lián)軸器，其實(shí)就是緊湊化的單向配速傳動(dòng)鏈。
*閉環(huán)動(dòng)率流控制型中屬非打滑傳動(dòng)類型的傳動(dòng)鏈均具有配速傳動(dòng)特點(diǎn)，一般用于控制型超越離合器中。
開環(huán)功率流控制驅(qū)動(dòng)主鎖件運(yùn)動(dòng)的功率流來自外界動(dòng)力源的控制方式。對應(yīng)控制鏈為開環(huán)控制鏈。
閉環(huán)功率流控制驅(qū)動(dòng)主鎖件運(yùn)動(dòng)的功率流來自主功率流分流支路的控制方式。對應(yīng)控制鏈為閉環(huán)控制鏈。
注按控制論講，本專利中只有控制型超越離合器屬閉環(huán)控制，其余均屬開環(huán)控制，例如圖2中的控制器用控制離合器、或控制變速器取代后，僅僅是控制用功率流屬閉環(huán)類，但控制指令來自外界，仍屬開環(huán)控制！但是，即使是本專利的開環(huán)控制類型，如果其控制信號(hào)采集于離合器處的傳感器則又成為閉環(huán)控制，所以本文暫不討論控制理論，本文著重機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，本文的開環(huán)閉環(huán)僅針對控制功率流而言，是為區(qū)分本專利機(jī)構(gòu)類型而設(shè)的專用概念。
超越態(tài)(空轉(zhuǎn)態(tài)、分離態(tài))——離合器不傳遞轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，控制鏈處于導(dǎo)通狀態(tài)，由控制鏈牽動(dòng)蝸桿同步轉(zhuǎn)動(dòng)解除自鎖效應(yīng)；自鎖態(tài)(接合態(tài))——離合器傳遞轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，控制鏈處于斷開狀態(tài)，蝸桿停轉(zhuǎn)，蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)處于自鎖狀態(tài)，依靠蝸桿蝸輪嚙合齒面間的壓力傳遞轉(zhuǎn)矩，等效于普通超越離合器的楔緊態(tài)。超越態(tài)、自鎖態(tài)統(tǒng)稱為離合狀態(tài)、離合過程。
鎖定特性——本文中包括自鎖性、非自鎖性，例如下文中自適應(yīng)型離合器同一齒牙兩側(cè)的齒面具有不同的鎖定特性，即指一側(cè)齒面具有自鎖性、另一側(cè)齒面則具有非自鎖性(或不具有自鎖性)。
單向自鎖——以蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)為例說明，指蝸輪為主動(dòng)件時(shí)自鎖，蝸桿為主動(dòng)件時(shí)不自鎖。
單側(cè)自鎖——以蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)為例說明，指蝸輪為主動(dòng)件，當(dāng)向一側(cè)旋轉(zhuǎn)時(shí)自鎖，向相反方向一側(cè)旋轉(zhuǎn)時(shí)不自鎖。即蝸桿蝸輪嚙合齒面的兩側(cè)摩擦系數(shù)不同、鎖定特性不同。此功能一般用于自適應(yīng)型超越離合器中。
正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)——即正向旋轉(zhuǎn)、反向旋轉(zhuǎn)，針對單向聯(lián)軸器而言，正轉(zhuǎn)聯(lián)軸器傳遞運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，反轉(zhuǎn)聯(lián)軸器隔斷運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，即正轉(zhuǎn)傳動(dòng)、反轉(zhuǎn)隔斷。
實(shí)嚙合用于傳遞功率的嚙合；虛嚙合、名義嚙合不傳遞功率的嚙合，又叫空嚙合，一般狀態(tài)下，嚙合齒面之間壓力很小或無壓力甚至不接觸，即使有一定壓力但不用于傳遞功率(如在超越態(tài)雖然有蝸桿蝸輪的相對運(yùn)動(dòng)，但無功率傳動(dòng)關(guān)系，蝸桿蝸輪的嚙合齒面為“隨動(dòng)附和、隨波逐流”式虛接觸運(yùn)動(dòng)；加彈墊后的蝸桿蝸輪在處于超越態(tài)時(shí)兩接觸齒面有一定壓力但不是用于傳遞功率，只為消除反向空行程)。工作齒面處于虛嚙合態(tài)時(shí)也可稱為“名義嚙合齒面、虛嚙合齒面、空嚙合齒面”。
工作齒面——傳遞功率(或傳遞運(yùn)動(dòng))時(shí)的嚙合受力齒面(如圖4、圖5、圖17中a位置齒面；對于“自適應(yīng)型”，一般情況齒牙兩側(cè)齒面均為工作齒面，一側(cè)用于自鎖態(tài)傳遞功率、如圖12中a1齒面，一側(cè)用于超越態(tài)傳遞空轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、如圖12中a2齒面)。
非工作齒面——同一齒形齒牙中工作齒面的背面齒面(如圖4、圖5、圖17中b位置齒面)。
工作牙面、非工作牙面——為便于區(qū)別，本專利規(guī)定對于單向聯(lián)軸器，其用于傳動(dòng)功率的工作面稱為工作牙面(如圖5中c位置牙面)，非工作面稱為非工作牙面(如圖5中d位置牙面)；常嚙合(包括實(shí)嚙合、虛嚙合)，例舉不論離合器處于分離、接合、打滑狀態(tài)，蝸桿蝸輪均保持嚙合態(tài)，其中結(jié)合、打滑態(tài)屬實(shí)嚙合、分離態(tài)屬虛嚙合。
主鎖件(主控件)決定機(jī)構(gòu)是否自鎖的元件，即此元件作為主動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)不自鎖，如蝸桿、圖22中H件；主鎖件的運(yùn)動(dòng)狀況包括零——非同步——同步，對應(yīng)的離合器離合特性表現(xiàn)為結(jié)合——打滑——分離。
被鎖件(受控件)機(jī)構(gòu)發(fā)生自鎖的被鎖元件，即此元件作為主動(dòng)件時(shí)，機(jī)構(gòu)自鎖，如蝸輪、圖22中m1齒輪解鎖解除自鎖狀態(tài)反向空行程(溜滑角)——以蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)為例說明，離合器由超越態(tài)向接合態(tài)過渡時(shí)蝸輪相對殼體的空轉(zhuǎn)角度。
啟動(dòng)隙——以圖5為例分析說明離合器由自鎖態(tài)向超越態(tài)過渡時(shí)，蝸桿蝸輪的工作齒面由實(shí)嚙合向虛嚙合過渡，此時(shí)蝸桿蝸輪的相鄰非工作齒面間存在一定的間隙余量，此間隙量使得蝸桿蝸輪可以有一定角度的轉(zhuǎn)動(dòng)自由量，即允許蝸輪向超越方向自由旋轉(zhuǎn)，這一微量轉(zhuǎn)動(dòng)量便使得控制傳動(dòng)鏈中單向聯(lián)軸器工作牙面由虛嚙合進(jìn)入實(shí)嚙合，于是控制傳動(dòng)鏈進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，牽引主鎖件蝸桿同步旋轉(zhuǎn)，致使蝸桿蝸輪非工作齒面間隙量得到保持，換句話說，使蝸輪的非工作齒面始終追不上蝸桿非工作齒面。此間隙量就叫啟動(dòng)隙。
啟動(dòng)矩控制式離合器、變速器在不改變運(yùn)動(dòng)方向(或相對運(yùn)動(dòng)方向)前提下，由自鎖態(tài)向超越態(tài)(或半接合打滑態(tài))變換時(shí)(即在不改變旋轉(zhuǎn)方向前提下由接合態(tài)向分離態(tài)、半接合打滑態(tài)變換)需要一較大的驅(qū)動(dòng)力來克服蝸桿蝸輪齒面間摩擦力，驅(qū)動(dòng)蝸桿作短暫非同步快速旋轉(zhuǎn)，使蝸桿蝸輪嚙合齒面分離產(chǎn)生一間隙量(啟動(dòng)隙)后再進(jìn)入同步空轉(zhuǎn)分離態(tài)。此時(shí)克服蝸桿蝸輪齒面間摩擦的力矩就叫啟動(dòng)矩；顯見啟動(dòng)矩的目的就是為產(chǎn)生啟動(dòng)隙。
對于單向超越離合器，此啟動(dòng)隙可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來解決(如蝸桿蝸輪工作齒面靠近、單向聯(lián)軸器工作牙面靠近，非工作齒面、牙面遠(yuǎn)離的設(shè)計(jì)正是為構(gòu)造此啟動(dòng)隙而設(shè)計(jì))；但對于雙向工作型，此啟動(dòng)隙需通過運(yùn)動(dòng)工作過程來解決(如通過大啟動(dòng)矩讓蝸桿克服蝸桿蝸輪嚙合齒面間摩擦進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，使嚙合齒面分離形成啟動(dòng)隙后，再接合離合器導(dǎo)通控制鏈方可順利進(jìn)入同步運(yùn)動(dòng)(開環(huán)控制型常采取的方法)；或通過短程反轉(zhuǎn)產(chǎn)生啟動(dòng)隙后再接合離合器進(jìn)入正轉(zhuǎn)(閉環(huán)控制型常采取的方法)；又如圖24.2.1中自行車調(diào)位過程的操作步驟就是為構(gòu)造啟動(dòng)隙)。
動(dòng)靜摩擦盤單側(cè)自鎖原理——靠蝸輪自鎖向轉(zhuǎn)矩的圓周切向推力推動(dòng)蝸桿致使動(dòng)靜摩擦盤觸合實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖。即超越向旋轉(zhuǎn)時(shí)蝸桿在蝸輪齒面的推動(dòng)下使動(dòng)靜摩擦盤遠(yuǎn)離，機(jī)構(gòu)不自鎖，自鎖向旋轉(zhuǎn)時(shí)，蝸桿在蝸輪齒面的推動(dòng)下使動(dòng)靜摩擦盤壓合，起到摩擦制動(dòng)作用。此方式不依靠蝸桿蝸輪嚙合齒面間的單向傳動(dòng)自鎖效應(yīng)，屬制動(dòng)阻尼鎖定技術(shù)措施。
蝸條齒形與蝸桿嚙合的直線型元件，可視為是蝸輪的展開結(jié)構(gòu)。
注1本文給出的無級齒嚙合式離合、變速理論可用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)理論、實(shí)施模型、結(jié)構(gòu)、示意簡圖、機(jī)構(gòu)簡圖、具體實(shí)施例等表達(dá)形式公開的技術(shù)內(nèi)容均可用于具體設(shè)計(jì)制造各種類型不同的離合、變速裝置，該專利列舉的實(shí)施機(jī)構(gòu)均屬典型示范例，具體設(shè)施機(jī)構(gòu)類型在此并未全部列舉，凡采取本文公開的任一模型、機(jī)構(gòu)、部件的技術(shù)范疇交叉重組、相互借鑒設(shè)計(jì)、搭配組合機(jī)構(gòu)方案及此技術(shù)范疇的各種不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嵗鶎僭摦a(chǎn)權(quán)保護(hù)范圍。凡擅自采取此原理用于設(shè)計(jì)、應(yīng)用的一切行為均屬侵權(quán)行為。例如所有旋轉(zhuǎn)型設(shè)計(jì)理論、方法均適用于直線型設(shè)計(jì)。
注2本專利附圖目的僅為簡明扼要說明本專利的設(shè)施構(gòu)思、原理結(jié)構(gòu)，旨在用最少附圖清楚表現(xiàn)專利公開內(nèi)容，明確表達(dá)重點(diǎn)結(jié)構(gòu)，采取了“詳簡并茂”表述方式，即簡圖詳圖組合方式繪制；同時(shí)，為減小圖幅量，相似結(jié)構(gòu)的圖示不再畫其它方向視圖及剖視、放大等詳圖；且文中的標(biāo)準(zhǔn)件、通用件，無特定意義、無專用功能的零部件，在不同圖中均采取了統(tǒng)一名稱及件號(hào)，以便更簡潔明了，如輸入軸、輸出軸等，看圖時(shí)請相互前后參考對照。
注3本專利附圖中齒面齒形為示意圖例，只為說明傳動(dòng)裝配工作情況，并不代表具體實(shí)際齒形加工形狀。
權(quán)利要求
1.無級齒嚙合控制型高效大功率離合器，由輸入軸、輸出軸、離合裝置等組成，其特征是<A>離合裝置是由具有“單向自鎖性”及“無級常嚙合”特性的機(jī)構(gòu)組成，該機(jī)構(gòu)由主鎖件、被鎖件、控制器組成，主鎖件由控制器驅(qū)動(dòng)形成開環(huán)功率流控制，控制主鎖件與被鎖件的離合狀態(tài)；<B>離合裝置是由具有“單向自鎖性”及“無級常嚙合”特性的機(jī)構(gòu)組成，該機(jī)構(gòu)由主鎖件、被鎖件、控制傳動(dòng)鏈組成，主鎖件與被鎖件之間通過控制傳動(dòng)鏈銜接形成閉環(huán)功率流控制，控制主鎖件與被鎖件的離合狀態(tài)；<C>控制型超越離合裝置是由具有“單向自鎖性”及“無級常嚙合”特性的機(jī)構(gòu)組成，該機(jī)構(gòu)由主鎖件、被鎖件、單向控制傳動(dòng)鏈組成，主鎖件與被鎖件之間通過單向控制傳動(dòng)鏈銜接形成閉環(huán)功率流控制，控制主鎖件與被鎖件的離合狀態(tài)；<D>自適應(yīng)型超越離合裝置是由具有“單向自鎖性”及“無級常嚙合”特性的機(jī)構(gòu)組成，該機(jī)構(gòu)由主鎖件、被鎖件組成，主鎖件與被鎖件之間具有單側(cè)自鎖性，主鎖件與被鎖件之間運(yùn)動(dòng)方向不同時(shí)具有不同鎖定特性，一個(gè)方向自鎖，另一個(gè)方向超越。
2.單向自鎖性控制式變速器由輸入軸、輸出軸、變速控制裝置等組成，其特征是<A>變速控制裝置是由具有“單向自鎖性(單向控制性)”及“無級常嚙合”特性的機(jī)構(gòu)組成，該機(jī)構(gòu)由主鎖件、被鎖件、控制器組成，主鎖件由控制器驅(qū)動(dòng)形成開環(huán)功率流控制，實(shí)現(xiàn)主鎖件與被鎖件之間的轉(zhuǎn)速差關(guān)系變換；<B>變速控制裝置是由具有“單向自鎖性”及“無級常嚙合”特性的自鎖機(jī)構(gòu)組成，該機(jī)構(gòu)由主鎖件、被鎖件、控制傳動(dòng)鏈組成，主鎖件與被鎖件之間通過控制傳動(dòng)鏈銜接形成閉環(huán)功率流控制，實(shí)現(xiàn)主鎖件與被鎖件之間的轉(zhuǎn)速差關(guān)系變換；<C>蝸桿自轉(zhuǎn)型(差動(dòng)運(yùn)動(dòng)合成型)變速控制裝置是由單向自鎖機(jī)構(gòu)及相關(guān)運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)組成。
3.直線型離合器，其特征是由具有“單向自鎖性”的自鎖性離合機(jī)構(gòu)組成；(1)該機(jī)構(gòu)由主鎖件、被鎖件、控制器組成，主鎖件由控制器驅(qū)動(dòng)形成開環(huán)功率流控制，控制主鎖件與被鎖件的離合狀態(tài)；(2)該機(jī)構(gòu)由主鎖件、被鎖件、控制傳動(dòng)鏈組成，主鎖件與被鎖件之間通過控制傳動(dòng)鏈銜接形成閉環(huán)功率流控制，控制主鎖件與被鎖件的離合狀態(tài)；(3)該機(jī)構(gòu)由主鎖件、被鎖件、單向控制傳動(dòng)鏈組成，主鎖件與被鎖件之間通過單向控制傳動(dòng)鏈銜接形成閉環(huán)功率流控制，控制主鎖件與被鎖件的離合狀態(tài)；(4)該機(jī)構(gòu)由主鎖件、被鎖件組成，主鎖件與被鎖件之間具有單側(cè)自鎖性，主鎖件與被鎖件之間相對運(yùn)動(dòng)方向不同時(shí)具有不同鎖定特性。
4.控制約束式傳動(dòng)裝置其特征是主控軸71與單向自鎖機(jī)構(gòu)的主鎖件相連，受控軸72與單向自鎖機(jī)構(gòu)被鎖件相連；其主控軸、受控軸旋轉(zhuǎn)角速度可相等，也可不等；單向自鎖機(jī)構(gòu)可以是單向滾動(dòng)自鎖機(jī)構(gòu)，也可是其它自鎖機(jī)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的變速裝置，其特征是輸入軸與被鎖件相連，輸出軸與離合器殼體相連，主鎖件通過軸承7安裝于離合器殼體5上；對于變速控制裝置<A>，控制器裝在殼體內(nèi)，其控制動(dòng)力傳輸于主鎖件轉(zhuǎn)軸，用以控制主鎖件的旋轉(zhuǎn)角位移進(jìn)行主動(dòng)軸、從軸之間轉(zhuǎn)速變化，實(shí)現(xiàn)變速輸出；對于變速控制裝置<B>，其特征是輸入軸與被鎖件相連，輸出軸與離合器殼體相連，主鎖件通過軸承7安裝于離合器殼體5上，并通過一控制傳動(dòng)鏈將被鎖件與主鎖件相連；對于變速控制裝置<C>，其特征是由控制無級變速器控制主鎖件運(yùn)動(dòng)，經(jīng)被鎖件將此運(yùn)動(dòng)引入運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)，通過運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)與主功率流輸入端進(jìn)行運(yùn)動(dòng)合成后變?yōu)檩敵鲚S的轉(zhuǎn)速輸出；根據(jù)控制功率流的來源分為——(1)“開環(huán)功率流控制”控制用變速器的功率流來自外界動(dòng)力源(如控制電機(jī)等)，其控制系統(tǒng)路徑為外界動(dòng)力源——控制無級變速器——單向控制裝置——運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)；(2)“閉環(huán)功率流控制”在主功率流輸入端引入分流機(jī)構(gòu)進(jìn)行封閉功率流控制合成；其控制系統(tǒng)路徑為主功率動(dòng)力軸——分流支路——控制無級變速器——單向控制裝置——運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)；其單向自鎖控制機(jī)構(gòu)可以為滾動(dòng)自鎖機(jī)構(gòu)；如采取滾動(dòng)傳動(dòng)型自鎖蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)；運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)可以是差動(dòng)輪系、行星輪系等2自由度機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的離合裝置，其特征是對于離合裝置<A>，其特征是輸入軸與被鎖件相連，輸出軸與離合器殼體相連，主鎖件通過軸承7安裝于離合器殼體5上；控制器裝在殼體內(nèi)，其控制動(dòng)力傳輸于主鎖件轉(zhuǎn)軸，用以控制主鎖件的旋轉(zhuǎn)角位移實(shí)現(xiàn)主動(dòng)軸、從動(dòng)軸之間離合狀態(tài)變換；對于離合裝置<B>，其特征是輸入軸與被鎖件相連，輸出軸與離合器殼體相連，主鎖件通過軸承7安裝于離合器殼體5上，并通過一控制傳動(dòng)鏈將被鎖件與主鎖件相連，其控制傳動(dòng)鏈?zhǔn)怯稍谄渲写涌刂剖诫x合器或控制式變速器的傳動(dòng)鏈組成；對于控制型超越離合裝置<C>，其特征是輸入軸與被鎖件相連，輸出軸與離合器殼體相連，主鎖件通過軸承7安裝于離合器殼體5上，并通過一單向控制傳動(dòng)鏈將被鎖件與主鎖件相連；對于自適應(yīng)型超越離合裝置<D>，其特征是輸入軸與被鎖件相連，輸出軸與離合器殼體相連，主鎖件通過軸承7安裝于離合器殼體5上，其超越離合裝置的單側(cè)自鎖性自鎖機(jī)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)兩側(cè)鎖定特性不同的技術(shù)措施為(1)靠兩側(cè)齒面的摩擦系數(shù)不同——可通過材料不同或加工粗糙度不同、潤滑方式不同來實(shí)現(xiàn)； (2)設(shè)置單側(cè)滾動(dòng)傳動(dòng)方式(如加超越滾輪、循環(huán)球道式滾動(dòng)裝置)；(3)分相進(jìn)行不同潤滑效果處理及不同導(dǎo)程角設(shè)計(jì)；如采用自鎖性蝸桿蝸輪與非自鎖性蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)組合設(shè)計(jì)，自鎖性蝸桿齒牙60與自鎖性蝸輪齒牙61的工作齒面處于靠近狀態(tài)，對應(yīng)的非工作齒面處于遠(yuǎn)離狀態(tài)；非自鎖性蝸輪齒牙62與非自鎖性蝸桿齒牙63的工作齒面處于靠近狀態(tài)，非工作齒面處于遠(yuǎn)離狀態(tài)；其滑動(dòng)式非自鎖蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)可用滾動(dòng)式非自鎖蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)代替；(4)對自鎖性、非自鎖性蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)在蝸桿軸間增設(shè)輔助裝置(如動(dòng)、靜摩擦盤55、56)等技術(shù)，上述措施可同時(shí)采取其中一種或多種；對于自適應(yīng)型直線型離合器，其特征是單向自適應(yīng)型絲桿螺母裝置，即等效于“單側(cè)滾珠絲桿”裝置，在螺母單側(cè)螺紋面上設(shè)計(jì)滾動(dòng)裝置(如循環(huán)球道式滾珠)；單向自適應(yīng)型蝸桿蝸條裝置，可以在蝸條的齒面一側(cè)裝置超越滾輪51方法實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖；也可以在蝸桿一側(cè)齒面設(shè)置滾動(dòng)裝置，如加循環(huán)球道式滾動(dòng)裝置；也可通過改變兩側(cè)齒面摩擦系數(shù)來實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖；在特定場合，可采取雙蝸桿組合方式設(shè)計(jì)；對于短行程直線離合器，其特征是，自適應(yīng)型被鎖移位塊89或主鎖移位塊90的一側(cè)面上安置超越滾輪89，另一側(cè)面則為滑動(dòng)摩擦接觸，具有單側(cè)自鎖性，被鎖移位塊89可與一動(dòng)夾盤88固連，并與一靜夾盤87相對安置，在動(dòng)夾盤88外側(cè)可加一補(bǔ)償壓緊簧92；控制型被鎖移位塊89、主鎖移位塊90的直線運(yùn)動(dòng)量均通過齒輪齒條裝置轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過相關(guān)傳動(dòng)件與控制式離合器8連接形成封閉的控制傳動(dòng)鏈；如果此控制離合器8用以單向聯(lián)軸器代替，則成為單向直線超越離合器；主鎖移位塊90外側(cè)可加一補(bǔ)償壓緊簧92。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6所述的自鎖機(jī)構(gòu)及控制傳動(dòng)鏈，其特征是自鎖機(jī)構(gòu)是由具有自鎖特性的蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)、環(huán)面蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)(均包括滾動(dòng)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)、盤式滾動(dòng)蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu))、差動(dòng)輪系、2K-H型正號(hào)行星輪系機(jī)構(gòu)、3K型行星輪系、行星輪系、錐蝸桿、交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)、十字交叉斜齒輪機(jī)構(gòu)、等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu)、絲桿螺母機(jī)構(gòu)、蝸桿蝸條機(jī)構(gòu)、斜面無級鎖定裝置等機(jī)構(gòu)中的至少一種機(jī)構(gòu)組成；其單側(cè)性自鎖機(jī)構(gòu)是由單側(cè)自鎖型絲桿螺母機(jī)構(gòu)、蝸桿蝸條機(jī)構(gòu)、環(huán)面蝸條蝸桿機(jī)構(gòu)、斜面無級鎖定裝置等機(jī)構(gòu)中的至少一種機(jī)構(gòu)組成；其自鎖機(jī)構(gòu)可采用低摩擦系數(shù)材料、采用低摩擦潤滑方式及滾動(dòng)傳動(dòng)等方式來減小摩擦系數(shù)；其等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu)可以是單向自鎖型等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu)、單側(cè)自鎖型等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu)、滾動(dòng)式等速螺線齒盤齒輪機(jī)構(gòu)；由單向配速聯(lián)軸器36將行星架H、齒輪m1連接，齒輪m1、m2的齒牙嚙合特點(diǎn)為工作齒面接近，非工作齒面遠(yuǎn)離；單向配速聯(lián)軸器36中的單向聯(lián)軸器工作牙面處于?？拷鼱顟B(tài)，非工作牙面處于常遠(yuǎn)離狀態(tài)；傳動(dòng)鏈可以是由中心齒輪10、齒輪11、錐齒輪12、13等組成，也可是由齒輪、錐齒輪、軟軸(如鋼絲軟軸)傳動(dòng)，帶傳動(dòng)等剛性、撓性傳動(dòng)、配速聯(lián)軸器等組成；也可以采用非自鎖型蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)作為控制傳動(dòng)鏈；也可以是螺母76與齒條78相連，齒條78通過齒輪11、錐齒輪傳動(dòng)組73、控制式離合器8、齒輪傳動(dòng)組74與絲桿77相連，構(gòu)成控制傳動(dòng)鏈(齒輪11與錐齒輪a同軸固連，且絲桿螺母可互換位置，調(diào)位臺(tái)79或車座與絲桿螺母機(jī)構(gòu)的直線運(yùn)動(dòng)被鎖件相連)；也可以是通過非自鎖性絲桿螺母機(jī)構(gòu)連接，將直線主功率流路徑中的螺母76直線運(yùn)動(dòng)直接轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并經(jīng)控制離合器8，齒輪傳動(dòng)組74形成閉合控制傳動(dòng)鏈；——其控制器可以是控制電機(jī)(如步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等)、液壓馬達(dá)、氣動(dòng)馬達(dá)、電磁牽引、機(jī)械牽引設(shè)備等；可控驅(qū)動(dòng)源、控制式離合器、變速器、單向聯(lián)軸器等；單向聯(lián)軸器工作牙面間可墊加彈性壓緊補(bǔ)償裝置；控制傳動(dòng)鏈中的單向聯(lián)軸器可以是間隙花鍵型單向聯(lián)軸器、鍵傳動(dòng)單向聯(lián)軸器、牙嵌式單向聯(lián)軸器、卡盤單向聯(lián)軸器；也可是在蝸輪與中心齒輪之間依靠單向傳動(dòng)銷裝置實(shí)現(xiàn)單向傳動(dòng)；傳動(dòng)銷23表面包覆彈性材料，或使用橡膠棒傳動(dòng)銷；單向聯(lián)軸器設(shè)計(jì)原則是只要達(dá)到從一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)時(shí)傳遞扭矩，另一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)空轉(zhuǎn)，一般為大間隙配合式聯(lián)軸器，此間隙量按照單向聯(lián)軸器工作機(jī)理、單向聯(lián)軸器牙面間隙量設(shè)計(jì)原則”設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)原則為工作牙面一側(cè)緊緊貼合，而相背的另一側(cè)非工作牙面則間隙較大，此間隙量設(shè)計(jì)原則為在由超越態(tài)向自鎖態(tài)變化時(shí)，單向聯(lián)軸器反向旋轉(zhuǎn)，工作牙面間隙增大，非工作牙面間隙減小，此非工作牙面間隙量在減小到接觸之前蝸桿蝸輪工作齒面已優(yōu)先嚙合，致使非工作牙面不能嚙合而使控制鏈斷流，蝸桿不能同步自轉(zhuǎn)而使蝸桿蝸輪系統(tǒng)進(jìn)入自鎖狀態(tài)；相反超越態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，蝸桿蝸輪非工作齒面未嚙合前則單向聯(lián)軸器工作牙面優(yōu)先嚙合驅(qū)動(dòng)蝸桿進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)；也即單向聯(lián)軸器的工作牙面接觸傳動(dòng)態(tài)正好是蝸桿蝸輪的工作齒面的虛嚙合態(tài)；單向聯(lián)軸器處的自由行程量(游隙量——工作牙面由松弛態(tài)向嚙合態(tài)變化的自由行程量)要小于蝸桿蝸輪工作齒面到相鄰非工作齒面間隙量；單向聯(lián)軸器中嚙合牙、槽、傳動(dòng)鍵、傳動(dòng)銷數(shù)量至少為一個(gè)，也可為多個(gè)；傳動(dòng)錐齒輪12可以設(shè)置在蝸桿的任一側(cè)；傳遞主功率流部件蝸輪、殼體可采取單邊、雙邊軸承配合關(guān)系裝配；主功率流傳動(dòng)件、控制傳動(dòng)鏈元件均可單邊、雙邊設(shè)置軸承配合關(guān)系；輸入軸也可采取孔裝配連接方式，如在蝸輪中心處開裝配孔；也可在殼體上設(shè)置輸出軸；自鎖機(jī)構(gòu)中蝸桿數(shù)量至少一個(gè)，對于多蝸桿設(shè)計(jì)方案，也可采取蝸桿一體控制型方案，可將所有蝸桿轉(zhuǎn)軸通過空間齒輪傳動(dòng)組19或鋼絲軟軸21等方式連接起來，并將控制傳動(dòng)鏈與其中一個(gè)蝸桿軸連接；對于單向超越離合器，蝸輪蝸桿的工作齒面可設(shè)計(jì)為面接觸傳動(dòng)以增大承載能力；非工作齒面對加工精度無要求，可以不按標(biāo)準(zhǔn)齒形設(shè)計(jì)，可在不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉前提下盡可能增大齒形強(qiáng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超越離合裝置，其特征是(1)控制型超越離合裝置是超越、自鎖方向可以調(diào)節(jié)改變的雙向可調(diào)控制型超越離合器；單向聯(lián)軸器的工作牙面、非工作牙面結(jié)構(gòu)等同，單向聯(lián)軸器與傳動(dòng)鏈之間聯(lián)接固有傳動(dòng)轉(zhuǎn)角具有可調(diào)性，如可改變蝸桿蝸輪嚙合齒面間隙量與單向聯(lián)軸器凸牙17、凹槽18間隙量相對差；(2)自適應(yīng)型超越離合裝置也可是雙向可調(diào)型，蝸桿蝸輪齒面雙向均無自鎖性，在蝸桿兩側(cè)均設(shè)置有動(dòng)、靜摩擦盤靜態(tài)間隙量可調(diào)的動(dòng)、靜摩擦盤裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的離合裝置與變速控制裝置，其特征是其中的單向控制機(jī)構(gòu)不自鎖，利用主鎖件、被鎖件之間的大傳動(dòng)比減速增扭效應(yīng)，使得通過主鎖件可用較小的力控制被鎖件的運(yùn)動(dòng)，其中的控制器可以是可調(diào)制動(dòng)器(如電磁離合器、制動(dòng)器，或制動(dòng)電動(dòng)機(jī)等)；具有此非自鎖性的機(jī)構(gòu)也可通過增加動(dòng)、靜摩擦盤來實(shí)現(xiàn)單側(cè)自鎖。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、4、9所述的自鎖、非自鎖機(jī)構(gòu)，其特征是自鎖機(jī)構(gòu)可以是由內(nèi)齒蝸輪45、鼓面蝸桿46、蝸桿總成基體盤47等組成的內(nèi)齒式蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)；也可以是由滾動(dòng)式蝸輪滾柱57內(nèi)向輻射狀分布形成內(nèi)齒型滾動(dòng)蝸輪，與非自鎖性鼓面蝸桿64嚙合傳動(dòng)；二者均可以是自鎖型或非自鎖型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
全文摘要
無級齒嚙合控制型高效大功率離合器，是依據(jù)“齒形無級移位原理”、“連續(xù)常嚙合無級鎖定控制原理”設(shè)計(jì)的“嚙合式無級離合”高效大功率離合器、超越離合器、控制式變速器、直線型離合器、控制約束式傳動(dòng)裝置，適用于車輛、變速器、脈動(dòng)變速器、自動(dòng)變速器、機(jī)床及一切需求離合的大功率工況場合，具有“非摩擦、無楔緊、無級齒嚙合、零反向空行程”特點(diǎn)，屬一種全新概念的大功率非摩擦式無級齒嚙合控制離合器，該離合理論一改以往傳動(dòng)理念——具有“運(yùn)動(dòng)態(tài)不傳遞功率、靜止態(tài)傳遞功率”的神奇效果！屬機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域的一次傳動(dòng)觀念的概念性改觀！且具有加工精度、磨損狀況等因素不影響傳動(dòng)精度、性能等特點(diǎn)，可謂離合器領(lǐng)域一次革命性突破！
文檔編號(hào)F16D41/00GK1629508SQ0315675
公開日2005年6月22日 申請日期2003年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月9日
發(fā)明者王國斌 申請人:王國斌