專利名稱：雙閉鎖超越離合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超越離合器。
背景技術(shù)：
超越離合器是一種應(yīng)用廣泛的、實現(xiàn)扭矩單向傳遞的傳動元件，超越離合 器的承載能力、進入和打開自鎖的靈敏度是衡量一個超越離合器性能好壞的標 準，如在超越離合器的一個重要應(yīng)用一脈動無級變速器中，超越離合器既要承 載能力大，又要開閉鎖靈活，不打滑，以實現(xiàn)穩(wěn)定的動力輸出。目前已商用并 標準化的各種超越離合器中，應(yīng)用在脈動無級變速器中主要有楔塊式和滾柱式 超越離合器兩種。楔塊式超越離合器是目前商用超越離合器中承載能力最強 的，由于其自身設(shè)計上的特點(如受力面是線接觸，自鎖協(xié)同受力單元眾多， 為保證所有受力單元緊配合預(yù)緊力也比較大等)，楔塊式超越離合器開、閉鎖 消耗功率較大，加工精度要求高，加工成本大，超越旋轉(zhuǎn)時預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦 力矩也比較大，傳遞效率低，在剛性或柔性沖擊工作環(huán)境下的壽命不長，因此 少量應(yīng)用在脈動無級變速器中；滾柱式超越離合器較多應(yīng)用在脈動無級變速器 中，但由于其承載能力低的特點主要應(yīng)用在一些輕載的脈動無級變速器中。目 前一些仍在研究的面接觸式的超越離合器，則在進入自鎖時需要通過預(yù)緊力排 出接觸面的潤滑劑，因此進入自鎖慢，伴隨打滑，很難保證穩(wěn)定的動態(tài)傳輸比 和承載扭矩，因此很難走出實驗室進入商用化階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種超越離合器，該超越離合器具有承載能力大，迅速開、閉 鎖，不打滑的特點。
一種超越離合器，其特征在于該超越離合器是由1、 2兩級超越自鎖機構(gòu) 及預(yù)緊機構(gòu)組成。1級超越自鎖機構(gòu)開、閉鎖迅速，但承載能力不強，2級超 越自鎖機構(gòu)開、閉鎖遲緩但承載能力強。當傳動軸自鎖方向旋轉(zhuǎn)時，開、閉鎖 靈活的1級超越自鎖機構(gòu)立即進入了自鎖，并帶動2級超越自鎖機構(gòu)進入自鎖 狀態(tài)，2級超越自鎖機構(gòu)進入自鎖后，由于和外部的傳動機構(gòu)相連，將承擔(dān)絕 大部分的承載扭矩。預(yù)緊機構(gòu)主要保證1、 2級超越自鎖機構(gòu)始終處在緊配合 中，沒有傳動間隙。
第1級或者第2級超越自鎖機構(gòu)在空間和數(shù)量上可以有靈活的搭配方式，如兩個1級超越自鎖機構(gòu)配一個2級超越自鎖機構(gòu)，或一個1級超越自鎖機構(gòu) 配兩個2級超越自鎖機構(gòu)等。
第l級或者第2級超越自鎖機構(gòu)不應(yīng)被理解為局限于是某種超越離合器，
同樣可以是某種異形超越離合器或其他具有類似功能的機構(gòu)，如逆止器、棘輪 棘爪機構(gòu)等。
第2級自鎖機構(gòu)可采用自鎖環(huán)結(jié)構(gòu)的超越離合器，自鎖環(huán)可采用鋼帶或多 節(jié)鏈環(huán)等多種形式包住動力輸入軸，同時自鎖環(huán)與動力輸出軸直接或間接連
接，并形成一個力學(xué)關(guān)系，具有如下特點當動力輸入軸沿自鎖方向旋轉(zhuǎn)時， 自鎖環(huán)抱軸力產(chǎn)生的摩擦力矩在該力學(xué)關(guān)系中始終大于等于動力輸入軸的力 矩，即自鎖環(huán)及動力輸出軸不會相對于動力輸入軸打滑，這就是該超越離合器 的自鎖狀態(tài)；當動力輸入軸逆著自鎖方向旋轉(zhuǎn)時，自鎖環(huán)的抱軸力在該力學(xué)關(guān) 系中減小到遠遠小于動力輸入軸扭矩甚至為零(自鎖環(huán)打開不抱軸)，即動力 輸出軸及自鎖環(huán)相對動力輸入軸滑動，這就是超越離合器的超越狀態(tài)。在該結(jié) 構(gòu)下，可通過將自鎖環(huán)與傳動軸的接觸面設(shè)計成V形面(類似V形傳動帶)增 大當量摩擦系數(shù)；也可以增大自鎖環(huán)的包角(如兩周)來增大摩擦力，以優(yōu)化 自鎖環(huán)的自鎖受力模型，自鎖環(huán)可以采用鋼帶或多節(jié)金屬鏈環(huán)等形式。
超越離合器及其各級超越自鎖機構(gòu)可以通過增加滑動軸承或滾動軸承等 保證動力輸入軸和輸出軸之間的同心度，并保證各個機構(gòu)正確動作。


圖1為該超越離合器一種整體實現(xiàn)方案的原理示意圖。 圖2為自鎖環(huán)結(jié)構(gòu)的超越離合器的原理示意圖。
圖3為通過V形槽來增大自鎖環(huán)與傳動軸之間摩擦力的原理示意圖。
具體實施例方式
下面對照附圖，對本發(fā)明的一種實現(xiàn)方案進行描述。
圖1為一種實現(xiàn)方案的原理圖，2級超越自鎖機構(gòu)采用了自鎖環(huán)結(jié)構(gòu)的超 越離合器，圖1中
3為動力輸入軸；l為第l級超越自鎖機構(gòu)，具有開閉鎖迅速靈活的特點， 可以是但不限于是某種超越離合器，如滾柱式超越離合器；2為第2級超越自 鎖機構(gòu)，采用了自鎖環(huán)結(jié)構(gòu)的超越離合器，具有承載能力大，進入自鎖慢的特 點，自鎖原理可參照圖2; 5為第2級超越自鎖機構(gòu)的自鎖環(huán)，第2級超越自 鎖機構(gòu)通過自鎖環(huán)5實現(xiàn)對動力輸入軸3的自鎖；4為一連接機構(gòu)，分別連接到超越自鎖機構(gòu)l的D點和自鎖環(huán)5的C點上，用來實現(xiàn)第l級超越自鎖機 構(gòu)和第2級超越自鎖機構(gòu)的聯(lián)動；超越自鎖機構(gòu)2通過A點與動力輸出軸固聯(lián)， 與動力輸入軸3自鎖時可以通過該點將動力輸出到輸出軸，圖中A點連接到固 定點的畫法表示的是當動力輸出軸固定時的情形，這種裝配情況主要發(fā)生在測 試該超越離合器靜態(tài)最大承載扭矩時，力學(xué)分析時以輸出軸為基點建立坐標系 也可以這樣畫，因為A點相對基準坐標系固定；當軸3沿圖1中"方向旋轉(zhuǎn)時， 超越自鎖機構(gòu)1進入與軸3的自鎖，同軸3—同旋轉(zhuǎn)，超越自鎖機構(gòu)l通過連 接機構(gòu)4收緊超越自鎖機構(gòu)2的自鎖環(huán)5,使超越自鎖機構(gòu)2迅速進入與軸3 的自鎖狀態(tài)，超越自鎖機構(gòu)2進入與軸3的自鎖狀態(tài)后將軸3傳入的扭矩通過 A點傳輸?shù)絼恿敵鲚S，實現(xiàn)扭矩的傳遞；這時如果軸3沿圖中"反向旋轉(zhuǎn)時， 超越自鎖機構(gòu)2由于通過A點固聯(lián)到輸出軸，自鎖打開，而超越自鎖機構(gòu)l連 接到超越自鎖機構(gòu)2的自鎖環(huán)5上，同時打開自鎖，超越自鎖機構(gòu)1、 2的自 鎖打開并無先后順序要求。圖1中7為預(yù)緊機構(gòu)，在超越自鎖機構(gòu)1、 2未進 入自鎖狀態(tài)時起作用，用來保證超越自鎖機構(gòu)1， 2之間始終處在緊配合中， 預(yù)緊機構(gòu)7 —端通過E點連接在輸出軸上(其固定點的畫法和原理與A點類 似)， 一端連接到超越自鎖機構(gòu)1上D點或D點附近，預(yù)緊機構(gòu)7給超越自鎖 機構(gòu)1 一個沿w方向的力矩，使超越自鎖機構(gòu)1和連接機構(gòu)4之間、連接機構(gòu) 4和自鎖環(huán)5之間、超越自鎖機構(gòu)2的內(nèi)部之間處于一個沿自鎖方向"壓緊的 狀態(tài)，在進入自鎖時最大程度的減小傳動間隙，迅速進入自鎖。由于使超越自 鎖機構(gòu)2進入自鎖的主要力矩來自于超越自鎖機構(gòu)1的自鎖力矩，因此預(yù)緊機 構(gòu)7的力矩并不需要給的很大。
圖2為該超越離合器第二級超越自鎖機構(gòu)的實現(xiàn)原理圖，自鎖原理說明如
下
圖2中標識如果與圖1中標識名字相同，則為同一指代。3為動力輸入軸， 5為第2級超越自鎖機構(gòu)的自鎖環(huán)，7為動力輸出軸，6為自鎖杠桿，自鎖杠桿 6分別連接到自鎖環(huán)5的兩端B點和C點，同時連接到動力輸出軸的A點，C' 表示的是圖1中連接機構(gòu)4與第2級超越自鎖機構(gòu)的連接點，C'可以如圖位于 自鎖環(huán)5上C點附近，但是同樣也可以位于自鎖杠桿6上或可起到類似作用的 其他位置。Fl是自鎖杠桿6在A點受到動力輸出軸給予的反作用力，F(xiàn)2是自 鎖環(huán)5在B點作用于自鎖杠桿6的力，F(xiàn)3是自鎖環(huán)5在C點作用于自鎖杠桿6 的力，F(xiàn)4是圖1中連接機構(gòu)4作用于自鎖環(huán)5的力。首先我們可以做一個穩(wěn)態(tài)分析，假設(shè)動力輸入軸沿"方向旋轉(zhuǎn)，排油間隙 油已經(jīng)排干凈
根據(jù)歐拉公式，考察自鎖環(huán)5的摩擦受力情況得<formula>formula see original document page 6</formula> (1)
其中e為自然數(shù)，W為自鎖環(huán)5與軸3之間的摩擦系數(shù)，"為自鎖環(huán)5 對軸3的包角，單位為弧度，圖2中約等于2ir。 根據(jù)杠桿原理，考慮自鎖杠桿6的受力情況<formula>formula see original document page 6</formula>(2)
將(2)式帶入(1)式得
<formula>formula see original document page 6</formula>(3)
因此當條件滿足下式
即<formula>formula see original document page 6</formula>
(4)
根據(jù)式(3)， F4小于等于0，自鎖環(huán)5摩擦力矩始終大于輸入力矩(輸入力 矩可近似看作F2、 F3差值引起的)，該自鎖環(huán)式超越離合器進入自鎖狀態(tài)，公 式(4)就是該超越離合器的自鎖條件。當然F4不會小于0，因為F4是由第一級 超越自鎖機構(gòu)提供的單向力矩產(chǎn)生的力。另外考慮到彈性變形，受力情況會比 較復(fù)雜，通過設(shè)計中的優(yōu)化，就會得到理想的效果。
再來分析一下進入自鎖前的瞬態(tài)過程，如圖2，當動力輸入軸3沿"方向 旋轉(zhuǎn)時，第1級自鎖機構(gòu)迅速進入自鎖，然后通過連接機構(gòu)4帶動自鎖環(huán)5收 緊圖2中的排油間隙，由于有排油間隙中油膜的存在，F(xiàn)2和F3基本相等，無 力矩輸出，當排油間隙中的油膜被擠出后，過渡到穩(wěn)態(tài)過程，F(xiàn)2和F3之間產(chǎn) 生力差，該級自鎖機構(gòu)進入自鎖狀態(tài)。
在實際設(shè)計的時候，可以在動力輸入軸3和動力輸出軸7之間加裝滑動軸 承或滾動軸承等機構(gòu)保證兩軸的同心度，并保證超越自鎖機構(gòu)可以正確動作。需要說明的是式(4)中的各個參數(shù)可以依據(jù)具體設(shè)計進行優(yōu)化，如圖3所 示，圖3中自鎖環(huán)5與動力輸入軸3之間的接觸面為V形槽，V形槽夾角如圖3所示為^，摩擦系數(shù)"應(yīng)相應(yīng)的進行折算//， 一、 (5)sin(二) 2式(5)中，//'為標準摩擦系數(shù)，如鋼對鋼為0.12左右，得到W后代入式(4) 中就可以計算出自鎖條件是否滿足，V形槽可以如圖3中為1條，也可以根據(jù) 需要有多條。式(4)中包角"可以增大為4Ji(自鎖環(huán)5繞軸3兩周包住)或其他等，同樣 也可以增大摩擦力，改善自鎖環(huán)的受力狀況。
權(quán)利要求
1.一種超越離合器，其特征在于該超越離合器是由1、2兩級超越自鎖機構(gòu)及預(yù)緊機構(gòu)組成。1級超越自鎖機構(gòu)開、閉鎖迅速，但承載能力不強，2級超越自鎖機構(gòu)開、閉鎖遲緩但承載能力強。當動力輸入軸沿自鎖方向旋轉(zhuǎn)時，開、閉鎖靈活的1級超越自鎖機構(gòu)立即進入了自鎖，并帶動2級超越自鎖機構(gòu)進入自鎖狀態(tài)，2級超越自鎖機構(gòu)進入自鎖后，由于和外部的傳動機構(gòu)相連，將承擔(dān)絕大部分的承載扭矩。預(yù)緊機構(gòu)主要保證1、2級超越自鎖機構(gòu)始終處在緊配合中，沒有傳動間隙。
2. 在權(quán)利要求1中第2級超越自鎖機構(gòu)可采用自鎖環(huán)結(jié)構(gòu)的超越離合器， 自鎖環(huán)可采用鋼帶或多節(jié)鏈環(huán)等多種形式包住動力輸入軸，同時自鎖環(huán) 與動力輸出軸直接或間接連接，并形成一個力學(xué)關(guān)系，具有如下特點 當動力輸入軸沿自鎖方向旋轉(zhuǎn)時，自鎖環(huán)抱軸力產(chǎn)生的摩擦力矩在該力 學(xué)關(guān)系中始終大于等于動力輸入軸的力矩，即自鎖環(huán)及動力輸出軸不會 相對于動力輸入軸打滑，這就是該超越離合器的自鎖狀態(tài)；當動力輸入 軸逆著自鎖方向旋轉(zhuǎn)時，自鎖環(huán)的抱軸力在該力學(xué)關(guān)系中減小到遠遠小 于動力輸入軸扭矩甚至為零(自鎖環(huán)打開不抱軸)，即動力輸出軸及自鎖 環(huán)相對動力輸入軸滑動，這就是超越離合器的超越狀態(tài)。
3. 在權(quán)利要求2中的自鎖環(huán)結(jié)構(gòu)的超越離合器，可通過將自鎖環(huán)與動力輸 入軸的接觸面設(shè)計成V形面來增大當量摩擦系數(shù)，以優(yōu)化自鎖環(huán)的自鎖 受力模型。
4. 在權(quán)利要求2中的自鎖環(huán)結(jié)構(gòu)的超越離合器，可通過增大自鎖環(huán)的包角(如兩周)來增大自鎖環(huán)抱軸摩擦力，以優(yōu)化自鎖環(huán)的自鎖受力模型。
5. 在權(quán)利要求1中的超越離合器及其各級超越自鎖機構(gòu)可以通過增加滑動 軸承或滾動軸承等保證動力輸入軸和輸出軸之間的同心度，并保證各個 機構(gòu)正確動作。
6. 在權(quán)利要求1中的第1級或者第2級超越自鎖機構(gòu)在空間和數(shù)量上可以 有靈活的搭配方式，如兩個1級超越自鎖機構(gòu)配一個2級超越自鎖機構(gòu)， 或一個1級超越自鎖機構(gòu)配兩個2級超越自鎖機構(gòu)等。
7. 在權(quán)利要求1中的第1級或者第2級超越自鎖機構(gòu)不應(yīng)被理解為局限于 是某種超越離合器，同樣可以是某種異形超越離合器或其他具有類似功 能的機構(gòu)，如逆止器、棘輪棘爪機構(gòu)等。
全文摘要
本發(fā)明提供一種超越離合器，該超越離合器具有承載能力大，迅速開閉鎖，不打滑的特點。該超越離合器的特征在于該超越離合器是由1、2兩級超越自鎖機構(gòu)及預(yù)緊機構(gòu)組成。1級超越自鎖機構(gòu)開、閉鎖迅速，但承載能力不強，2級超越自鎖機構(gòu)開、閉鎖遲緩但承載能力強。當動力輸入軸沿自鎖方向旋轉(zhuǎn)時，開、閉鎖靈活的1級超越自鎖機構(gòu)立即進入了自鎖，并帶動2級超越自鎖機構(gòu)進入自鎖狀態(tài)，2級超越自鎖機構(gòu)進入自鎖后，由于和外部的傳動機構(gòu)相連，將承擔(dān)絕大部分的承載扭矩。預(yù)緊機構(gòu)主要保證1、2級超越自鎖機構(gòu)始終處在緊配合中，沒有傳動間隙。
文檔編號F16D41/00GK101629605SQ200810116848
公開日2010年1月20日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者張濟政 申請人:張濟政