摩擦片式周布螺旋面壓緊超越離合器的制作方法

本發明涉及一種超越離合器。

背景技術：

現有技術中，超越離合器具有多種結構型式，包括棘輪式、滾柱斜槽式、鍥塊式和鏈環式等，但這些結構的超越離合器皆存在著諸多不足：

棘輪式超越離合器主要由外輪、棘輪、棘爪和葉片多個彈簧組成。當外輪相對于棘輪向一個方向旋轉時，棘爪卡住棘輪，外輪與棘輪連為一體并同步旋轉，離合器處于鎖止狀態；當外輪相對于棘輪向另一個方向旋轉時，棘爪與棘輪之間產生相對滑動，外輪成為自由輪，離合器處于自由狀態。這種離合器的棘輪與棘爪的接合位置受限制(棘輪相對外輪每次至少轉動一個棘齒的角度，才能保證棘爪與棘輪相配合)、接合時產生較大沖擊和噪聲，反應不夠靈敏，只適用于低速、低頻傳動。

滾柱斜槽式超越離合器由外環、內環、滾柱、滾柱復位多個彈簧等組成。在外環內表面或內環外表面成形有容納滾柱的楔形槽，楔形槽內裝有滾柱及其復位多個彈簧，多個彈簧的彈力將各滾柱推向楔形槽較窄的一端。當外環相對于內環向一個方向轉動時，在開始轉動的一瞬間，滾柱便在摩擦力和多個彈簧力的作用下被卡死在楔形槽較窄的一端，于是內外環互相連成一體，不能相對轉動，此時超越離合器處于鎖止狀態；當外環相對于內環向另一個方向轉動時，滾柱在摩擦力的作用下，克服多個彈簧的彈力，滾向楔形槽較寬的一端，出現打滑現象，外環相對于內環可自由滑轉，此時超越離合器脫離鎖止而處于自由狀態。由于滾柱與內、外環始終處于線接觸狀態，因而這種離合器僅適用于中速、低頻的場合，最高頻率不超過150次/分；另外楔形槽加工較復雜，工藝性差，要求使用高硬度和高耐磨性的材料，另外還要求滾柱的心部具有韌性，能夠承受沖擊載荷以避免碎裂。

鍥塊式超越離合器和滾柱斜槽式超越離合器的結構相似，也由外環、內環和位于外環和內環之間滾子等組成。與滾柱斜槽式離合器不同的是：其外環和內環上皆沒有楔形槽，其滾子是特殊形狀的鍥塊。鍥塊的形狀類似于平行四邊形，平行四邊形的一條對角線方向的尺寸略大于內外環之間的距離，另一條對角線方向的尺寸略小于內外環支間的距離。當外環相當內環向一個方向轉動時，鍥塊在摩擦力的作用下豎立，因自鎖作用而被卡死在內外環之間，內外環無法相對滑轉，此時離合器處于鎖止狀態；當外環相當于內環向另一個方向轉動時，鍥塊在摩擦力的作用下傾倒，脫離鎖止狀態，內環與外環可以相對滑動，此時離合器處于自由狀態。由于鍥塊與內外環皆為點接觸，因而不僅鍥塊易于磨損，反應不靈敏，而且無法應用于高速、高頻、重載的場合，另外鍥塊加工工藝較復雜，工藝性差，生產成本高。

為了克服上述徑向點(或線)接觸式離合器的不足，出現了一種徑向面接觸式超越離合器——鏈環式超越離合器。中國國家知識產權局1999年1月27日公開的CN1206077號發明專利申請公開說明書，公開了一種“鏈環式單、雙向超越離合器”，該離合器由外套、內芯、控制鍵和鏈環組成。鏈環置于外套和內芯之間，由依次連接的鏈首、多個鏈節及鏈尾組成；控制鍵的一端同時插入鏈首與鏈尾端部的長方形通孔中，使得鏈首與鏈尾搭接，另一端插入外套的梯形槽中。鏈節之間互相鉤接處設置有調整銷。外套上固定有預緊多個彈簧，預緊多個彈簧的另一端與鏈環相固定。通過外套撥動控制鍵使得鏈環緊緊抱住內芯實現自鎖。該離合器盡管接合元件為面接觸，反向開啟力小，不易磨損；但鏈環與內芯的接合效果易受離合器旋轉速度的影響，例如離合器高速運轉時，鏈環由于離心力過大而與內芯松開，因而這種超越離合器不適合于高速傳動，無法應用到如汽車變速器等要求必須高速運轉的場合；另外鏈環式超越離合器傳遞扭矩完全依靠控制鍵承擔，控制鍵接觸部分的擠壓應力很大，影響使用壽命，對于控制鍵的材料和制造工藝要求很高。

技術實現要素：

為克服上述背景中提到的現有技術的諸多不足，本發明提供了一種依靠摩擦片傳遞扭矩、利用周布螺旋面進行壓緊鎖止的超越離合器，能夠有效地傳遞大扭矩，適用于高速、高頻、重載的場合。

本發明的第一種技術解決方案是：

一種摩擦片式周布螺旋面壓緊超越離合器，包括設置于同一旋轉軸線上的離合限位裝置1、外圈傳力裝置2、內圈傳力裝置3；

離合限位裝置1包括與離合器的輸入軸固連的支撐主體11；

外圈傳力裝置2包括外鼓22和設置在外鼓內的多個外圈摩擦片21，外圈摩擦片21沿軸向相對于外鼓能作相對滑動，沿周向與外鼓同步旋轉；

內圈傳力裝置3包括內轂32和設置在內轂外的多個內圈摩擦片31，內圈摩擦片31沿軸向相對于內轂32能作相對滑動，沿周向與內轂同步旋轉；

外圈摩擦片21和內圈摩擦片31構成摩擦元件；

多個外圈摩擦片21和多個內圈摩擦片31沿軸向交替布置；

支撐主體11和外鼓22分別作為離合器的兩個傳力端；

其特殊之處在于：

所述超越離合器還包括用于控制外圈摩擦片21和內圈摩擦片31的分與合的自鎖/超越控制裝置；

所述自鎖/超越控制裝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上設置有第一螺旋面131；第二螺旋面偶件14的配合面上設置有與第一螺旋面131相配合的第二螺旋面141；

所述第一螺旋面偶件13與支撐主體11固連，第二螺旋面偶件14與內轂32固連；第二螺旋面偶件14位于支撐主體11和第一螺旋面偶件13之間，第二螺旋面偶件14相對于第一螺旋面偶件13能作螺旋滑動。

當在扭轉力矩的作用下支撐主體11相對于外鼓22有旋轉趨勢時，扭矩通過與第二螺旋面偶件14固連的內轂32傳遞，內轂32帶動內圈摩擦片31軸向移動，使內圈摩擦片31和外圈摩擦片21接合，最后通過外鼓22向外傳遞。

基于上述基本技術方案，本發明還作出如下限定和/或優化：

上述離合限位裝置1還包括擋圈12；上述支撐主體11為帶頸圓環結構，其頸部為中空圓柱，其底部為外伸圓環111；支撐主體11的頸部外側面設置有擋圈槽114和限位臺階112；擋圈12設置在擋圈槽114內；擋圈12和限位臺階112用于固定第一螺旋面偶件13的軸向位置；支撐主體11的圓環用于限制內圈摩擦片31和外圈摩擦片21的軸向位置。

為了使超越離合器可控性更好，上述超越離合器還包括附加離合控制裝置；所述附加離合控制裝置包括設置在外鼓22上的環形控制油缸；所述環形控制油缸包括缸體7和連接主體6以及設置在缸體7和連接主體6之間的壓盤5；壓盤5的橫截面近似為U型；所述壓盤5的底部端面和連接主體6之間設置有多個彈簧4；所述壓盤5的其中一個頂部被容納于缸體7中，構成環形控制油缸的活塞，該頂部端面和缸體7之間構成密封油室；所述壓盤5的另一個頂部端面用于壓緊所述摩擦元件。

為了使本發明的超越離合器的控制更靈敏，在上述基本技術方案的基礎上，本發明增加了多個壓緊彈簧4，以消除摩擦元件之間的間隙，使得超越離合器自鎖時反應靈敏可靠，超越時不至于產生過大的拖滯力。壓緊彈簧4的布置方式主要有以下幾種：

第1種形式布置方式(參見圖6)：

多個壓緊彈簧4設置在支撐主體11和第一螺旋面偶件13之間。

第2種布置方式(參見圖9)：

在支撐主體11上設置定位導向槽；在定位導向槽和摩擦元件之間設置壓盤5；多個壓緊彈簧4設置在壓盤5和定位導向槽之間。

第3種布置方式(參見圖7)：

多個壓緊彈簧4還設置在支撐主體11和第二螺旋面偶件14之間。

第4種布置方式(參見圖11)：

在支撐主體11和摩擦元件之間設置活塞15；多個壓緊彈簧4設置在支撐主體11和活塞15之間。

既要使上述超越離合器的螺旋面偶件產生自鎖，又能保證螺旋面偶件自動解鎖，上述第一螺旋面偶件13、第二螺旋面偶件14、外圈摩擦片21和內圈摩擦片31滿足如下條件：

式中，β為兩個螺旋面偶件的螺旋面有效接觸部分的平均螺旋角；

μ為外圈摩擦片21和內圈摩擦片31摩擦副間的摩擦系數；

μ＇為兩個螺旋面偶件的螺旋面間的摩擦系數；

n為內圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片數的小值。

本發明的第二種技術解決方案是：

一種摩擦片式周布螺旋面壓緊超越離合器，包括設置于同一旋轉軸線上的離合限位裝置1、外圈傳力裝置2、內圈傳力裝置3；

離合限位裝置1包括與離合器的殼體固連的支撐主體11；

外圈傳力裝置2包括外鼓22和設置在外鼓內的多個外圈摩擦片21，外圈摩擦片21沿軸向相對于外鼓能作相對滑動，沿周向與外鼓同步旋轉；

內圈傳力裝置3包括內轂32和設置在內轂外的多個內圈摩擦片31，內圈摩擦片31沿軸向相對于內轂32能作相對滑動，沿周向與內轂同步旋轉；

外圈摩擦片21和內圈摩擦片31構成摩擦元件；

多個外圈摩擦片1和多個內圈摩擦片31沿軸向交替布置；

支撐主體11和內轂32分別作為離合器的兩個傳力端；

其特殊之處在于：

所述超越離合器還包括用于控制外圈摩擦片21和內圈摩擦片31的分與合的自鎖/超越控制裝置；

所述自鎖/超越控制裝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上設置有第一螺旋面131；

第二螺旋面偶件14上設置有與第一螺旋面131相配合的第二螺旋面141；

所述第一螺旋面偶件13與所述支撐主體11固連，第二螺旋面偶件14與所述外鼓22固連；第二螺旋面偶件14位于支撐主體11和第一螺旋面偶件13之間；第二螺旋面偶件14相對于第一螺旋面偶件13能作螺旋滑動。

當在扭轉力矩的作用下內轂32相對于支撐主體11有旋轉趨勢時，內轂32上的扭矩通過內圈摩擦31與外圈摩擦21接合向外傳遞，最后通過與第二螺旋面偶件14固連的外鼓22和第一螺旋面偶件13向支撐主體11傳遞。

基于上述基本技術方案，本發明還作出如下限定和/或優化：

上述支撐主體11為圓環結構，支撐主體11用于限制內圈摩擦片31和外圈摩擦片21的軸向位置。

考慮到傳力性能和加工工藝，上述支撐主體11的端面上設置有向摩擦片方向伸出的環形凸起111，環形凸起111的位置與外圈摩擦片和內圈摩擦片的接觸面相對應(參見圖2)。

為了使超越離合器可控性更好，上述超越離合器還包括附加離合控制裝置；附加離合控制有以下幾種結構形式：

第1種(參見圖2c)：

所述附加離合控制裝置包括設置在支撐主體11內的環形缸體、設置在環形缸體內的活塞15、設置在第二螺旋面偶件14和活塞15之間的多個彈簧4；在所述活塞15的一個端面上設置有壓緊端面，用于壓緊外圈摩擦片21和內圈摩擦片31，所述壓緊端面位于彈簧4的一側；所述活塞15的另一個端面和所述環形缸體之間構成密封油室。

第2種(參見圖2d)：

所述附加離合控制裝置包括設置在支撐主體11內的環形缸體、設置在環形缸體內的活塞15、設置在第一螺旋面偶件13和活塞15之間的壓盤16、設置在壓盤16和第一螺旋面偶件13之間的多個彈簧4；所述活塞15的一個端面和所述環形缸體之間構成密封油室；所述活塞15的另一個端面正對所述壓盤16并和壓盤16接觸；所述壓盤16和第二螺旋面偶件14上均設置有相互限位的臺階，壓盤16上的臺階可以推動第二螺旋面偶件14上的臺階向活塞15方向移動。

第3種(參見圖8)

所述附加離合控制裝置包括設置在第二螺旋面偶件14上的環形缸體、設置在環形缸體內的活塞15、設置在支撐主體11和第二螺旋面偶件14之間的多個彈簧4；所述活塞15的一個端面和所述環形缸體之間構成密封油室；所述活塞15的另一個端面和第二螺旋面偶件14接觸。

為了使本發明的超越離合器的控制更靈敏，在上述基本技術方案的基礎上，本發明增加了多個壓緊彈簧4，以消除摩擦元件之間的間隙，使得超越離合器自鎖時反應靈敏可靠，超越時不至于產生過大的拖滯力。壓緊彈簧4的布置方式主要有以下幾種：

第1種布置方式(參見圖7)：

多個壓緊彈簧4還設置在支撐主體11和第二螺旋面偶件14之間。

第2種布置方式(參見圖11)：

在支撐主體11和摩擦元件之間設置活塞15；多個壓緊彈簧4設置在支撐主體11和活塞15之間。

既要使上述超越離合器的螺旋面偶件產生自鎖，又能保證螺旋面偶件自動解鎖，上述第一螺旋面偶件13、第二螺旋面偶件14、外圈摩擦片21和內圈摩擦片31滿足如下條件：

式中，β為兩個螺旋面偶件的螺旋面有效接觸部分的平均螺旋角；

μ為外圈摩擦片21和內圈摩擦片31摩擦副間的摩擦系數；

μ＇為兩個螺旋面偶件的螺旋面間的摩擦系數；

n為內圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片數中的小值。

本發明的優點是：

1、與其他類型超越離合器相比，本發明所提供的超越離合器為面接觸式超越離合器，主動部分和從動部分的摩擦元件軸向布置，通過兩個螺旋面偶件之間的作用力壓緊摩擦元件，依靠摩擦元件間的摩擦力傳遞力矩，相比現有點接觸、線接觸和徑向面接觸式離合器，能有效傳遞大扭矩及大力矩的動力，可靠性更高，能夠滿足高速、高頻、重載等惡劣工況的需要。

2、本發明第一螺旋面偶件和第二螺旋面偶件，以及外圈摩擦片和內圈摩擦片沿軸向依次排列布置，因此超越離合器的鎖止和解鎖不受轉速影響，無極限轉速限制，且接合平穩，無沖擊、噪聲。

3、本發明的兩個螺旋面偶件可以布置在摩擦片的徑向位置，因此軸向尺寸小、制造工藝簡單。

4、本發明螺旋面偶件的布置位置靈活，可布置于摩擦元件內側或沿著軸向與摩擦元件并排排列，也可布置于摩擦元件外側，具體根據實際需要靈活設計。

5、本發明能夠方便地將普通離合器與超越離合器結合在一起，構成解鎖時傳力可控的組合式離合器，同時具有超越離合和普通離合的功能，適用范圍更廣。

6、本發明的靠面接觸傳遞力矩，因而耐磨性好，使用壽命長。

附圖說明

圖1為本發明的摩擦片式周布螺旋面內壓緊超越離合器的裝配剖視圖；(實施例1)

圖1a和圖1b分別為圖1所示離合器兩種不同視角的立體分解圖；

圖1c為圖1所示內壓緊超越離合器與普通離合器結合為一體的裝配剖視圖；(實施例2)

圖2為本發明的摩擦片式周布螺旋面外壓緊超越離合器的裝配剖視圖；(實施例3)

圖2a和圖2b分別為圖2所示離合器的兩種不同視角的立體分解圖；

圖2c為在圖2所示外壓緊超越離合器與一種普通離合器結合為一體的裝配剖視圖；(實施例4)

圖2d為圖2所示外壓緊超越離合器與另一種普通離合器結合為一體的裝配剖視圖；(實施例5)

圖2d-1和圖2d-2分別為圖2d所示離合器的兩種不同視角的立體分解圖；

圖3本發明螺旋面偶件的裝配面上的螺旋面形成示意圖；

圖4為本發明兩個螺旋面偶件的裝配關系示意圖；

圖5為圖1和圖2所示超越離合器的結構原理簡化示意圖；

圖6為圖1所示內壓緊超越離合器增加多個彈簧的簡化示意圖(實施例7)；

圖7為圖1、圖2所示超越離合器增加多個彈簧的簡化示意圖(實施例8)；

圖8為圖2所示外壓緊超越離合器增加多個彈簧的簡化示意圖(實施例6)；

圖9為圖1所示內壓緊超越離合器增加多個彈簧的簡化示意圖(實施例9)；

圖10為圖1c所示內壓緊超越離合器結構簡化示意圖；

圖11為圖1、2所示超越離合器增加多個彈簧的簡化示意圖(實施例10)；

圖12為圖2c所示超越離合器結構簡化示意圖；

圖13為圖2d所示超越離合器結構簡化示意圖；

圖14為本發明圖1和圖2所示超越離合器的受力分析示意圖。

具體實施方式

實施例1：摩擦片式周布螺旋面內壓緊超越離合器

參見圖1、圖1a、圖1b和圖5，摩擦片式周布螺旋面內壓緊超越離合器包括同中心旋轉軸線布置的離合限位裝置1、外圈傳力裝置2、內圈傳力裝置3以及用于控制離合器的摩擦片接合與分離的自鎖/超越控制裝置。

1、外圈傳力裝置

外圈傳力裝置2包括多個具有外齒211的外圈摩擦片21和一個具有內齒221的外鼓22；外鼓22套裝在外圈摩擦片21外，外鼓22的內齒221與外圈摩擦片21的外齒211相配合；外鼓22與外圈摩擦片21沿軸向可以相對移動、沿圓周方向同步旋轉。

2、內圈傳力裝置

內圈傳力裝置3包括多個具有內齒311的內圈摩擦片31和一個具有外齒321的內轂32；內圈摩擦片31套裝在內轂32外，內轂32的外齒321與內圈摩擦片31的內齒311相配合；內轂32與內圈摩擦片31沿軸向可以相對移動、沿圓周方向同步旋轉。

內轂32上靠近其一個端部的外周上還設置有限制內圈摩擦片31和外圈摩擦片21軸向位置的臺階322和擋片33；臺階322擋住擋片33，限止擋片33滑出內轂32的端部；擋片33用于限制內圈摩擦片31和外圈摩擦片21的軸向位置，防止內圈摩擦片31和外圈摩擦片21滑出內轂32。

外圈傳力裝置2套裝在內圈傳力裝置3外，外圈傳力裝置2的外圈摩擦片21和內圈傳力裝置3的內圈摩擦片31沿軸向相間布置且都位于擋片33和離合限位裝置1之間。

上述外圈摩擦片21和內圈摩擦片31構成摩擦元件。

3、離合限位裝置

離合限位裝置1主要包括與離合器的輸入軸固連的支撐主體11。

支撐主體11為帶頸圓環結構，其頸部為中空圓柱，其底部為沿徑向向外的外伸圓環111。

外伸圓環111能夠限制內圈摩擦片31和外圈摩擦片21的軸向位置，便于對摩擦片進行壓緊。

中空圓柱的外周沿軸向依次設置有限位臺階112、用于在圓周方向傳遞扭矩的第一花鍵113以及限制裝于所述中空圓柱上其他零件軸向位置的擋圈槽114，其中，限位臺階112靠近外伸圓環111；中空圓柱的內周設置有用于向外傳遞動力的第二花鍵115。

4、自鎖/超越控制裝置

自鎖/超越控制裝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的配合面上沿圓周方向均勻設置有多個第一螺旋面131；第二螺旋面偶件14的配合面上沿圓周方向均勻設置有與第一螺旋面131數量相等、形狀相適配的第二螺旋面141。

第一螺旋面131和第二螺旋面141可以右旋也可以左旋，旋向與離合器傳遞扭矩的方向相關：參見圖1、1a和1b，扭轉力矩施加在支撐主體11上，在圖示位置從左向右看，當在扭轉力矩的作用下支撐主體11相對于外鼓22有順時針方向的旋轉趨勢時，若第一螺旋面131和第二螺旋面141右旋(圖示的旋向即為右旋)，則在此力矩作用下超越離合器處于超越狀態；若第一螺旋面131和第二螺旋面141左旋，則在此力矩作用下超越離合器處于鎖止狀態，支撐主體11上的扭矩通過第一螺旋面偶件13、與第二螺旋面偶件14固連的內轂32、內圈摩擦片31、外圈摩擦片21和外鼓22向外傳遞。

第一螺旋面偶件13通過其中心花鍵132套裝在第一花鍵113上(端部螺旋面面向支撐圓環面111安裝)，并靠在限位臺階112上，通過第一花鍵113和中央花鍵132配合，使第一螺旋面偶件13相對于支撐主體11無周向轉動；擋圈12安裝在擋圈槽114中，擋圈12和限位臺階112共同固定第一螺旋面偶件13的軸向位置，使第一螺旋面偶件13相對于支撐主體11無軸向移動。

第二螺旋面偶件14安裝于內轂32內并與內轂32固連為一體件(實際實施時可在內轂32的端面上加工第二螺旋面141，或者在固連于內轂32上的擋片33遠離摩擦元件的端面上加工第二螺旋面141)，整體通過第二螺旋面偶件14的中心孔142套裝在支撐主體11上，并且第二螺旋面偶件14位于內轂32、支撐主體11和第一螺旋面偶件13所形成的空間內，且第二螺旋面偶件14相對于第一螺旋面偶件13能夠作螺旋滑動。當第二螺旋面偶件14相對于第一螺旋面偶件13螺旋上升滑動一定距離時(此時第二螺旋面偶件14與第一螺旋面偶件13之間的空間有所增大)外圈摩擦片21和內圈摩擦片31互相壓緊接合傳遞力矩。

支撐主體11和外鼓22分別作為離合器的扭矩輸入端和扭矩輸出端；或者，支撐主體11和外鼓22分別作為離合器的扭矩輸出端和扭矩輸入端。

實施例2：傳力可控的離合器一

圖1c和圖10所示離合器為傳力可控的離合器，具有超越離合器和普通離合器的功能，適用于可以控制在超越狀態下是否需要傳遞扭矩，以及適用于液壓系統無壓力狀態下需要傳遞扭矩的工況。

圖1c所示離合器是在實施例1的結構基礎上，增加了一個附加離合控制裝置，該附加離合控制裝置包括設置在外鼓22上的一個環形控制油缸，該環形控制油缸包括缸體7和連接主體6以及設置在缸體7和連接主體6之間的橫截面近似為U型的壓盤5。壓盤5的底部端面和連接主體6之間設置有多個彈簧4；壓盤5的其中一個頂部被容納于缸體7中，構成環形控制油缸的活塞，該頂部端面和缸體7之間構成密封油室；壓盤5另一個頂部端面用于壓緊內轂32端部的擋片33。

該離合器有以下兩種工況：

(1)向密封油室充油時，液壓推力克服多個彈簧4的彈簧力使壓盤5脫離擋片33；此時圖1c所示離合器是一個超越離合器：符合超越條件時該離合器將進入超越工況；符合鎖止條件時該離合器將進入鎖止工況。

(2)當密封油室泄壓時，彈簧4的彈簧力將活塞回位，同時壓盤5壓向摩擦元件，此時圖1c所示離合器根據扭矩傳遞的方向分別起到超越離合器和普通離合器的作用：

當傳遞扭矩的方向符合進入超越狀態條件時，圖1c所示離合器起普通離合器作用，其傳遞扭矩大小取決于彈簧4的整體彈簧力大小；

當傳遞扭矩的方向符合進入鎖止狀態條件時，圖1c所示離合器將進入鎖止工況，圖1c所示離合器起超越離合器作用。

實施例3：摩擦片式周布螺旋面外壓緊超越離合器

參見圖2、圖2a、圖2b和圖5，摩擦片式周布螺旋面外壓緊超越離合器包括同中心旋轉軸線布置的離合限位裝置1、外圈傳力裝置2、內圈傳力裝置3以及用于控制離合器的摩擦片接合與分離的自鎖/超越控制裝置。

1、外圈傳力裝置

外圈傳力裝置2包括多個具有外齒211的外圈摩擦片21和一個具有內齒221的外鼓22；外鼓22套裝在外圈摩擦片21外，外鼓22的內齒221與外圈摩擦片21的外齒211相配合；外鼓22與外圈摩擦片21沿軸向可以相對移動、沿圓周方向同步旋轉。

外鼓22的一個端面上還設置有限制外圈摩擦片21和內圈摩擦片31軸向位置的臺階222和擋片23；臺階222擋住擋片23，限止其滑出外鼓22的端部；擋片23用于限制外圈摩擦片21和內圈摩擦片31的軸向位置，防止外圈摩擦片21和內圈摩擦片31滑出外鼓22。

2、內圈傳力裝置

內圈傳力裝置3包括多個具有內齒311的內圈摩擦片31和具有外齒321的內轂32；內轂32套裝在內圈摩擦片31內，內轂32的外齒321與內圈摩擦片31的內齒311相配合；內轂32與內圈摩擦片31沿軸向可以相對移動、沿圓周方向同步旋轉。

外圈傳力裝置2的外圈摩擦片21和內圈傳力裝置3的內圈摩擦片31沿軸向相間布置，且都位于外圈傳力裝置2的擋片23和離合限位裝置1之間。

上述外圈摩擦片21和內圈摩擦片31構成摩擦元件。

3、離合限位裝置

離合限位裝置1主要包括與離合器的殼體固連的支撐主體11。

支撐主體11為圓環結構，用于限制外圈摩擦片21和內圈摩擦片31的軸向位置。在設計時，應保證支撐主體11壓緊摩擦片時不與第二螺旋面偶件14干涉。為了使壓緊力集中于摩擦片處以使傳力效果更好，在支撐主體11的端面上加工一正對摩擦片方向伸出的環形凸起111；另外，由于設置了環形凸起111，使得在加工支撐主體11時，僅需保證環形凸起111的平面度即可，加工難度降低，工藝性更好。

4、自鎖/超越控制裝置

自鎖/超越控制裝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的配合面上沿圓周方向均勻設置有多個第一螺旋面131；第二螺旋面偶件14的配合面上沿圓周方向均勻設置有與第一螺旋面131數量相等、形狀相適配的第二螺旋面141。

第一螺旋面131和第二螺旋面141可以右旋也可以左旋，旋向與離合器傳遞扭矩的方向相關：參見圖2、2a和2b，扭轉力矩施加在內轂32上，在圖示位置從左向右看，當在扭轉力矩的作用下內轂32相對于支撐主體11有順時針方向的旋轉趨勢時，若第一螺旋面131和第二螺旋面141右旋(圖示的旋向即為右旋)，則在此力矩作用下超越離合器處于超越狀態；若第一螺旋面131和第二螺旋面141左旋，則在此力矩作用下超越離合器處于鎖止狀態，內轂32上的扭矩通過內圈摩擦31、外圈摩擦21、與第二螺旋面偶件14固連的外鼓22和第一螺旋面偶件13向支撐主體11傳遞。

第一螺旋面偶件13和支撐主體11的中心旋轉軸線重合，通過連接螺釘12連接于一體；第一螺旋面偶件13和支撐主體11之間有足夠的空間容納第二螺旋面偶件14；第二螺旋面偶件14與外圈傳力裝置2的外鼓22固連為一體件(實際實施時可在外鼓22的端面上加工第二螺旋面141，或者在固連于外鼓22上的擋片23遠離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、支撐主體11和第一螺旋面偶件13所形成的空間內，且第二螺旋面偶件14相對于第一螺旋面偶件13能夠作螺旋滑動。當第二螺旋面偶件14相對于第一螺旋面偶件13螺旋上升滑動一定距離時(此時第二螺旋面偶件14與第一螺旋面偶件13之間的空間有所增大)外圈摩擦片21和內圈摩擦片31互相壓緊接合傳遞力矩。

支撐主體11和內轂32分別作為離合器的扭矩輸出端和扭矩輸入端；或者，支撐主體11和內轂32分別作為離合器的扭矩輸入端和扭矩輸出端。

實施例4：傳力可控的離合器二

圖2c和圖12所示離合器為傳力可控的離合器，具有超越離合器和普通離合器的功能。該離合器是在上述實施例3的外壓緊式超越離合器的結構基礎上，增加了一個附加離合控制裝置，該附加離合控制裝置包括設置在支撐主體11內的環形缸體、設置在環形缸體內的活塞15、設置在第二螺旋面偶件14和活塞15之間的多個彈簧4；活塞15設置有多個彈簧4的那個端面同時正對摩擦元件(設計時，應保證活塞15壓緊摩擦片時不與第二螺旋面偶件14發生干涉)；活塞15背對摩擦元件的端面和所述環形缸體之間構成密封油室。

該離合器有以下兩種工況：

(1)向密封油室充油時，液壓推力克服彈簧4的彈簧力將活塞15壓向摩擦元件，此時圖2c和圖10所示離合器既包含一個超越離合器又包含一個處于接合狀態的普通離合器，兩者共用一套摩擦元件：

符合超越條件時該離合器將進入超越工況，該組合式離合器即使處于超越工況也能傳遞扭矩，只是傳遞扭矩的大小與普通離合器相同，傳遞扭矩＝摩擦面上正壓力×等效摩擦系數；

符合鎖止條件時該離合器進入鎖止工況，傳遞的扭矩足夠大時，摩擦片間的摩擦力形成摩擦扭矩帶動第二螺旋面偶件14進一步向鎖緊方向轉動，甚至可以將活塞15壓回至油缸泄壓位置，此時即使密封油室泄壓，彈簧4也不能將第二螺旋面偶件14壓回，傳遞的扭矩的極限值為零件強度極限。

(2)當密封油室泄壓時，并且此時圖2c所示離合器為處于解鎖狀態的超越離合器，彈簧4的彈簧力將油缸的活塞15回位，即活塞15向遠離摩擦元件方向移動，此時圖2c所示離合器處于分離狀態，兩個旋轉方向均不傳遞扭矩。

實施例5：傳力可控的離合器三

如圖2d、圖2d-1、圖2d-2和圖13所示離合器為傳力可控的離合器，具有超越離合器和普通離合器的功能，適用于超越狀態下需要傳遞扭矩，以及適用于液壓系統無壓力狀態下需要傳遞扭矩的工況。該離合器是在上述實施例3的外壓緊式超越離合器的基礎上，增加了設置在支撐主體11內的環形缸體、設置在環形缸體內的活塞15、設置在第一螺旋面偶件13和活塞15之間的壓盤16、設置在壓盤16和第一螺旋面偶件13之間的多個彈簧4。

活塞15的一個端面和所述環形缸體之間構成密封油室；活塞15的另一個端面正對壓盤16并和壓盤16接觸；壓盤16和第二螺旋面偶件14上分別設置有相互限位的第一臺階和第二臺階。

當壓盤16在彈簧4的作用下向活塞15方向移動時，壓盤16通過設置在其上的第一臺階將彈簧4的彈簧力傳遞到第二螺旋面偶件14的第二臺階上，然后通過第二螺旋面偶件14將彈簧4的彈簧力傳遞到外圈摩擦片21和內圈摩擦片31的接觸面上，消除內、外圈摩擦片之間的間隙；

當壓盤16向反方向移動時(即朝背向活塞15的方向移動)，壓盤16將不會將彈簧力傳遞到摩擦元件上。

該離合器有以下兩種工況：

(1)向密封油室充油時，活塞15在液壓推力作用下推動壓盤16克服彈簧4的彈簧力遠離第二螺旋面偶件14上的第二臺階，彈簧4的彈簧力將不會施加到第二螺旋面偶件14上，此時如圖2d所示的離合器為超越離合器：

符合超越條件時該離合器將進入超越工況；

符合鎖止條件時該離合器將進入鎖止工況。

(2)當密封油室泄壓時，彈簧4的彈簧力將活塞回位，同時第二螺旋面偶件14向壓向摩擦元件的方向移動，此時圖2d所示離合器根據扭矩傳遞的方向分別起到超越離合器和普通離合器的作用：

當傳遞扭矩的方向符合進入超越狀態條件時，圖2d所示的離合器為普通離合器，其傳遞扭矩大小取決于彈簧4的整體彈簧力的大小；

當傳遞扭矩的方向符合進入鎖止狀態條件時，圖2d所示的離合器為超越離合器并進入鎖止工況。

實施例6：傳力可控的離合器三

圖8所示為一種可操控的超越離合器，是在上述實施例3的外壓緊超越離合器的基礎上增加了一個附加離合控制裝置，該附加離合控制裝置包括環形缸體、活塞15和多個彈簧4；環形缸體設置在支撐主體11上，活塞15設置在環形缸體內，活塞15的一個端面和所述環形缸體之間構成密封油室；活塞15的另一個端面正對并與第二螺旋面偶件14接觸。

彈簧4設置在第二螺旋面偶件14和支撐主體11之間，彈簧4的彈簧力通過第二螺旋面偶件14施加在內、外圈摩擦片的接觸面上，用于消除內、外圈摩擦片之間的間隙。

該離合器有以下兩種工況：

(1)向密封油室充油時，液壓推力克服彈簧4的彈簧力將第二螺旋面偶件14推向遠離摩擦元件的方向，此時圖8所示離合器處于分離狀態，在兩個旋轉方向均不傳遞扭矩。

(2)當密封油室泄壓時，彈簧4的彈簧力將活塞回位，同時第二螺旋面偶件14壓向摩擦元件，此時圖8所示離合器是一個超越離合器：符合超越條件時該離合器將進入超越工況；符合鎖止條件時該離合器將進入鎖止工況。

實施例7：鎖止靈敏的超越離合器一

如圖6所示，在上述實施例1(圖1和圖5)的超越離合器的基礎上增加多個彈簧4，彈簧4的一端支撐在支撐主體11上，另一端支撐在第一螺旋面偶件13上。彈簧4用于在摩擦元件上施加較小的預緊力以消除內、外圈摩擦片之間間隙，使得超越離合器自鎖時反應靈敏可靠，超越時不至于產生過大的拖滯力。

實施例8：鎖止靈敏的超越離合器二

如圖7所示，在實施例1(圖1所示)和實施例3(圖2所示)的超越離合器的基礎上增加多個彈簧4，彈簧4的一端支撐在支撐主體11上，另一端支撐在第二螺旋面偶件14上。彈簧4用于在摩擦元件上施加較小的預緊力以消除內外圈摩擦片之間間隙，使得超越離合器自鎖時反應靈敏可靠，超越時不至于產生過大的拖滯力。

實施例9：鎖止靈敏的超越離合器三

如圖9所示，在實施例1(圖1所示)的基礎上在支撐主體11上設置定位導向槽，在定位導向槽和摩擦元件之間設置壓盤5，在壓盤5和定位導向槽之間設置多個彈簧4。彈簧4用于在摩擦元件上施加較小的預緊力以消除內、外圈摩擦片之間的間隙，使得超越離合器自鎖時反應靈敏可靠，超越時不至于產生過大的拖滯力。

實施例10：鎖止靈敏的超越離合器四

如圖11所示，在實施例1(圖1和圖5)和實施例3(圖2和圖5)超越離合器的基礎上，在支撐主體11和摩擦元件之間的設置活塞15，此活塞15起彈簧座的作用；在支撐主體11和活塞15之間設置多個彈簧4。彈簧4用于在摩擦元件上施加較小的預緊力以消除內外圈摩擦片之間間隙，使得超越離合器自鎖時反應靈敏可靠，超越時不至于產生過大的拖滯力。

最后，通過對本發明所提供的超越離合器進行受力分析來說明本發明超越離合器螺旋面偶件自鎖和自動解鎖的條件。這里以外壓緊式超越離合器為例(內壓緊式超越離合器與之相同)，取一對螺旋面代表螺旋面偶件來進行說明。

如圖14(a)所示，圖中鍥塊相當于第二螺旋面偶件14，圖中斜面相當于第一螺旋面偶件13，斜面的傾斜角β為兩個螺旋面偶件螺旋面有效接觸部分的平均螺旋角，F為超越離合器傳遞扭矩換算到“平均螺旋角β”所在的圓周上的作用力，F的方向為該圓周上力的作用點處的切線方向。

圖14(b)所示為超越離合器鎖止時鍥塊的受力示意圖，圖14(c)所示為超越離合器解鎖工況時鍥塊的受力示意圖；f為相間布置的外圈傳力裝置的外圈摩擦片21和內圈傳力裝置的內圈摩擦片31間的摩擦扭矩換算到“平均螺旋角β”所在的圓周上的摩擦力；摩擦元件摩擦副間的摩擦系數為μ；f＇為螺旋面偶件間的摩擦扭矩換算到“平均螺旋角β”所在的圓周上的摩擦力；螺旋面偶件間的摩擦系數為μ＇；n為內圈摩擦片、外圈摩擦片的有效片數中的小值，N為施加到相間布置的摩擦片間的正壓力，S為螺旋面偶件配合面間的正壓力。

對于鎖止工況，用下列方程式求得臨界狀態時的“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

對于解鎖工況，用下列方程式求得臨界狀態是的“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，既要使得本發明超越離合器螺旋面偶件產生自鎖，又能保證螺旋面偶件自動解鎖，應該滿足如下條件：