專利名稱：螺旋緩沖離合器的制作方法
技術領域：
(正文內容)涉及一種新的扭力傳動方式，和采用這種扭力傳動方式的機械離合器。該離合器尺寸小，可控性良好，能傳遞很大的力矩，在高轉速差、大扭力傳遞時，能可靠、平穩(wěn)地實現(xiàn)接合、分離，并且能以半接合狀態(tài)(即緩沖過度)持續(xù)運轉。該離合器在緩沖離合過度期間，可穩(wěn)定控制輸出定量的扭力，因此，它還可以作為恒量扭力輸出控制器。
背景技術：
(正文內容)目前，公知的有摩擦片離合器，液力變扭、電磁及磁粉等型式離合器。摩擦片式離合器由于其結構簡單、價格低廉等優(yōu)點，而被廣泛應用。但摩擦片式離合器以半接合狀態(tài)持續(xù)運轉的時間有限制，且傳遞力矩大時，離合器的尺寸將很大；電磁離合器無緩沖離合過程；液力變扭、磁粉式離合器，是現(xiàn)行的最新技術離合器，基本上解決了離合器的以半接合狀態(tài)長時間持續(xù)運轉的問題，但是效率低，價格昂貴，尺寸還是很大。

發(fā)明內容
(正文內容)為了解決上述難題，本發(fā)明的核心部分采用新的扭力傳動原理即螺旋扭力傳動，是指物體沿螺旋體的螺旋軌跡運動時，兩者間存在扭力傳動關系。如將螺旋線沿軸向平面展開，其力分析簡化圖如附圖一。力分析結果得出F＝P*tagθ(F為傳動扭力、P為軸正向壓力、θ角為螺旋斜角)。即扭力傳動F與螺旋斜角θ、及物體和螺旋體間的軸正向壓力P有關，等于螺旋軸正向壓力P，與螺旋斜角θ的正切值的乘積。而輸入、輸出轉速不存在轉速相對應關系，輸出轉速與傳遞的扭力及負載大小有關。采用螺旋扭力緩沖傳動原理根據F＝P*tagθ。當各螺旋斜角一定時，控制軸正向作用力P逐漸由小變大，就可以控制螺旋傳動扭力F逐漸由小變大。反之，亦然。由于單螺旋的旋轉軌跡為連續(xù)不閉合螺旋線，即單螺旋緩沖傳動為一有限過程；因此，本裝置采用連續(xù)閉合的波形螺旋線。即在扭力傳遞裝置的輸入、輸出軸上，加工由多條左右螺旋首尾交替連接所形成連續(xù)閉合的多螺旋槽，稱閉合波形螺旋線槽，簡稱波形螺旋槽，各螺旋曲線的交點等于螺旋曲線條數(shù)。輸入、輸出軸公軸心套合在一起，其間由傳動連接桿配合連接。實現(xiàn)控制輸入和輸出軸間的傳遞扭力的大小，是通過設計在輸入或輸出軸上的閉合波形螺旋線槽，即各螺旋曲線的螺旋斜角，以確定控制力與傳遞力的比例；通過設計一對及以上閉合波形螺旋線槽以形成力偶或對稱力偶作用；通過控制施加在傳動連接桿上的軸正向力來控制傳遞力矩的大小。在本離合器中，輸入軸松套在中間軸的兩端，輸出軸松套在中間軸的中部，輸入軸、中間軸、輸出軸均由固定在機架上的推力軸承固定(均公軸心)。中間軸為一空心軸，中心空腔內設有單向止回閥(只允許高壓油進入高壓腔)、活塞。在中間軸中部開有徑向平口直線槽孔。在輸出軸內腔壁上，加工由四條相同的(幅值、螺旋斜角相等)左右螺旋首尾交替連接所形成連續(xù)閉合的波形螺旋槽，共有四個交點，將輸出軸上四條螺旋槽沿軸向平面展開如附圖二。輸出軸的波形螺旋槽、中間軸上的平口直線槽孔、活塞通過一摜穿軸心的連接桿相接合，其間通過連接桿傳遞的扭力為一力偶作用。控制連接桿的軸正向壓力，是通過控制設計在中間軸的內部，與之相連接的活塞的壓力，即活塞與兩個單向閥間的兩個高壓腔的自提供壓力來實現(xiàn)的。兩個高壓腔兩個外端設置的單向閥，控制介質只可由此進入高壓腔，高壓腔設計若干壓力釋放量孔通向腔外，介質須經此排出。壓力釋放量孔的控制，由設置在輸入軸、中間軸上的離合套控制，即控制高壓腔內壓力的大小。在此核心部件的基礎上，中間軸上的花健，可與離合套上的內花鍵相接合，離合套又與動力輸入軸通過花鍵結合，因此，通過控制離合套可以實現(xiàn)動力輸入軸與中間軸的爪式離合，兩者分離時可實現(xiàn)離合器的完全分離。輸出軸的兩個側面設計有內孔花鍵，離合套與輸出軸相靠的兩個側面也設計有花鍵，因此，通過控制離合套可以實現(xiàn)輸入軸、中間軸與輸出軸的爪式離合，其接合時將離合器完全鎖死。


(正文內容)如附圖二(螺旋緩沖離合器軸向剖面圖)裝置包括機架1、推力軸承2、輸入軸3、中間軸4、輸出軸5、離合套6、連接桿7、活塞8、撥差9、彈簧10、單向止回閥11、輸入軸花鍵12、中間軸花鍵13、輸出軸側花鍵14、離合套內花鍵15、離合套側花鍵16、輸入齒輪17、輸出齒輪18、多個壓力釋放孔19、中間軸穿心平口線槽孔20、輸出軸波形螺旋槽21、高壓腔22。輸入軸3、中間軸4、輸出軸5均由固定在機架1上的推力軸承2固定(均公軸心)。在中間軸4上，加工的穿心平口直線槽20，在輸出軸5內腔壁上，加工由四條相同的(幅值、螺旋斜角相等)左右螺旋首尾交替連接所形成連續(xù)閉合的波形螺旋槽21。輸出軸5松套在中間軸4的中部，輸入軸3松套在中間軸4的兩端，它與中間軸4相連接的兩端均有花鍵槽，可通過離合套6的內孔花鍵15，將輸入軸3和中間軸4連接在一起。即在輸入軸3與中間軸4之間設置的爪式離合器，通過控制離合套6，實現(xiàn)離合器輸入軸3與中間軸4之間的完全離合。離合套6與輸入軸3間設有復位彈簧10，可由其控制離合器常態(tài)的離、合狀態(tài)。在輸出軸5的兩個側面設有內孔花鍵14，離合套6與輸出軸5相靠的側面也設有側花鍵16，兩個花鍵的結合，如同爪式離合器。即在輸入軸3、中間軸4與輸出軸5之間設置的爪式離合器，通過控制離合套6，實現(xiàn)將離合器輸入軸3、中間軸4與輸出軸5之間的完全離合。中間軸4為一空心軸，中心空腔內設有活塞8、單向止回閥11(只允許高壓油進入高壓腔)。中心空腔與發(fā)動機油泵相連接，在活塞8排壓時，利用自提供的液壓壓力來形成活塞8的軸正向壓力。也可直接與大氣相連，利用自提供的氣壓壓力來形成活塞8的軸正向壓力。單向止回閥11與活塞8間為高壓腔22，高壓腔22與中間軸4花鍵槽間加工有多個壓力釋放孔19。中間軸4的中部開有徑向穿心平口直線槽孔20，連接桿7穿過該槽與活塞8相連接，連接桿7的兩端伸入輸出軸5的波形螺旋槽21內，將中間軸4、輸出軸5及活塞8連接在一起。為減少摩擦力，連接桿7與中間軸4與輸出軸5間的接觸，應設計為滾動接觸。可通過離合器的撥差控制離合套6位移，實現(xiàn)對離合器的控制。液壓活塞8的往復行程、中間軸4的平口直線槽20軸向長度、與輸出軸5的波形螺旋槽21各條螺旋曲線連接形成的波形的幅值相等，均為D。液壓活塞8長度約為2D，輸出軸5的長度約為3D。離合套6的長度為L，輸入軸3花鍵槽的長度適量大于L，以配合彈簧的要求，中間軸4花鍵槽的長度約為1/2L。離合套6與輸出軸5的爪式接合面，符合力矩傳遞的最大要求。
具體實施例方式
(正文內容)以汽車離合器的接合工作順序表敘一、離合器由分離狀態(tài)變?yōu)槌B(tài)時的接合狀態(tài)的過程，本螺旋緩沖離合器中，是指離合套6在復位彈簧10的作用下，將輸入軸3、中間軸4、輸出軸5由完全分離，逐漸完全接合在一起的過程，它包括三個過程1、輸入軸3與中間軸4的接合過程；2、輸入軸3、中間軸4與輸出軸5的緩沖接合過程；3、輸入軸3、中間軸4、輸出軸5的完全鎖死接合過程。
1、輸入軸3與中間軸4的接合過程開始緩松離合器踏板，由撥差帶動，離合套6在復位彈簧10的作用下，由輸入軸3移向中間軸4，輸入軸3、中間軸4、離合套6可通過三者的花鍵槽嚙合。由于中間軸4與輸出軸5間為螺旋扭力傳動關系，而此時的壓力釋放孔全部開放，即軸正向壓力P很小，由于F＝P*tagθ，中間軸4與輸出軸5間的扭力傳動也很小，可視為空載。因此，離合套6與中間軸4可直接套合，當然，也可設置為摩擦同步套合，即可采用現(xiàn)行變速器中的同步器原理。當輸入軸3通過離合套6帶動中間軸4運轉，中間軸4與輸出軸5間的螺旋扭力傳動很小，輸出軸5由于負載靜止。即輸入軸3、中間軸4與輸出軸5間總存在轉速差。中間軸4與輸出軸5間的連接桿7，沿波形螺旋槽21滑動，并在中間軸4的中部平口直線槽20內滑動。由于中間軸4開的是平口直線槽孔20，連接桿7帶動活塞8作往復平動?；钊鄬χ虚g軸4而言，活塞8是不轉動的。而相對于固定機架1，活塞8是轉動的。液壓油在活塞8往復平動作用下，不斷的被吸入、排出。設液壓活塞8反向作用時，迅速被吸入高壓腔室。當液壓活塞8正向作用時，又由于液壓單向止回閥11的作用，液壓油只可通過壓力釋放孔被泄放。因此，在活塞8排壓時，可向連接桿自提供軸正向壓力。
2、輸入軸3、中間軸4與輸出軸5的緩沖接合過程繼續(xù)緩松離合器踏板，由撥差帶動，離合套6在復位彈簧10的作用下，繼續(xù)由輸入軸3移向中間軸4，逐漸閉合所有壓力釋放孔。緩沖接合過程即為離合套6逐漸閉合所有壓力釋放孔的過程。這一過程中離合器高壓腔壓力釋放由最大值逐漸變?yōu)樽钚≈?，軸線正向力P由最小值逐漸變?yōu)樽畲笾?，根據F＝P*tagθ，輸入軸3、中間軸4與輸出軸5間的扭力傳動F由最小值逐漸變?yōu)樽畲笾?，輸入軸3、中間軸4與輸出軸5間的相對差速由最大值逐漸變?yōu)樽钚≈?。緩沖接合過程中，離合器高壓腔泄壓方向，與離合套6的移動方向相互垂直，因此，離合器的操縱作用力很小。由于緩沖接合過程，輸入軸3、中間軸4與輸出軸5間的扭力傳動為螺旋扭力傳動關系，螺旋扭力傳動，對連接桿7，及與其相接觸的中間軸4和輸出軸5螺旋接觸面，以及各推力軸承2的要求較高。特別是連接桿7，同時要承受三個作用力1、活塞8的軸正向壓力P；2、中間軸4的傳動扭力F；3、輸出軸5的反作用力，即為前兩個力P和F的合力。由力分析可知，螺旋接觸面所受的正向壓力很大。且連接桿7在緩沖接合過程中，相對于中間軸4，由滑動逐漸靜止；相對于機架1，由轉動和往復平動逐漸變?yōu)檗D動。還由于緩沖接合過程結束后，離合套6雖將所有壓力釋放孔閉合，但實際上，很難做到完全不泄漏，也就存在一定的能量損失。因此，有必要在緩沖接合過程結束后，將輸入軸3、中間軸4、輸出軸5完全鎖死。
3、輸入軸3、中間軸4、輸出軸5的完全鎖死接合過程最后完全緩松離合器踏板，由撥差帶動，離合套6在復位彈簧10的作用下，繼續(xù)由輸入軸3、中間軸4移向輸出軸5。中間軸4、輸出軸5和離合套6也可通過三者的花鍵槽嚙合，如同爪式離合器。緩沖接合過程結束后，由于輸入軸3、中間軸4與輸出軸5間的相對差速最大值逐漸為最小值。而離合器高壓腔液壓存在一定的微泄漏，相對差速最小值不為零。因此，離合套6可以順利將中間軸4、輸出軸5套合在一起，從而，完成離合器的完全鎖死接合過程。離合器的扭力傳遞，也由螺旋扭力傳遞變?yōu)辇X嚙合扭力傳遞。
二、離合器的分離是離合器接合的逆過程，同樣，也包括三個過程1、輸出軸5與輸入軸3、中間軸4鎖死分離過程；2、輸入軸3、中間軸4與輸出軸5的緩沖分離過程；3、輸入軸3與中間軸4、輸出軸5的完全分離過程。這里不再作詳細說明了。
有益效果是液壓螺旋緩沖離合器，結構簡單，尺寸小巧，使用壽命長，離合可靠，操控靈活，操縱作用力小，更有利于電控操作。具有很大的力矩傳遞，緩沖離合性能優(yōu)良，離合器的離合過度柔和，且半接合狀態(tài)可持續(xù)運轉。離合器還具有高輸入轉速、高轉速差時可靠、平穩(wěn)接合，及高速、大扭力傳遞時可靠、平穩(wěn)分離的優(yōu)良性能。特別適合高轉速差接合、大扭力分離，半離合狀態(tài)可持續(xù)運轉的離合器，如自動變速器的擋位離合器，在自動換擋時，可以不減油門進行，即發(fā)動機功率可不減，甚至可以增加發(fā)動機功率。該離合器在緩沖離合過度期間，根據F＝P*tagθ?？煞€(wěn)定控制輸出定量的扭力，適合控制輸出扭力定量的離合器或扭力控制器，如機床離合器。另外，離合器有一定的設計變化選擇，如輸入方式可選擇單端或雙端；活塞壓力可選擇單端或雙端；以及選擇有無輸入軸與中間軸的接合、分離過程，即是否在輸入軸與中間軸之間設置的爪式離合器(選無該爪式離合器時，輸入軸與中間軸即為同一軸，如權利要求2所敘)。和有無輸入軸、中間軸、輸出軸的完全鎖死接合、分離過程，即是否在輸入軸、中間軸與輸出軸之間設置的爪式離合器。即使選擇最簡單設計方式，離合器仍可正常工作。雖然離合器的性能有所降低，但結構更簡單，尺寸也更加小巧。例如只采用螺旋扭力緩沖傳動原理構成的離合器，即它只有緩沖接合、分離過程，雖然無完全接合、分離，但接合、分離仍然清晰、可靠，且緩沖離合性能優(yōu)良。特別是初接合、分離時，對轉速差、扭力傳遞大小幾乎無要求。
從屬權力要求中的引用關系指示出通過相應從屬權力要求中的特征對獨立權力要求技術方案的進一步構造。它們不應被理解為放棄獲得對于所引用的從屬權利要求特征技術方案的保護。
本發(fā)明不局限于說明書中的實施例。相反，在本發(fā)明的范圍內具有大量的變形和進一步構造，尤其是各種變形方案、元件和組合和或介質材料。例如結合說明書中和實施形式中，已及權利要求中所敘述，已及附圖中包含的特征，元件或方法步驟進行的組合或變形，構成一個新的技術方案或新的方法步驟或方法步驟順序，也包括制造、檢測和工作方法。
附圖一是螺旋扭力傳動的力分析簡化圖，附圖二是四條螺旋組成的波形螺旋槽平面展開圖，附圖三是螺旋緩沖離合器軸向剖面圖。
權利要求
1.一種新的螺旋扭力傳動方式。其傳動扭力F等于螺旋軸正向壓力P，與螺旋斜角θ的正切值的乘積。即F＝P*tagθ(θ角為螺旋斜角)。其主要特征是輸入、輸出軸公軸心套合在一起，其間通過螺旋線槽與連接桿配合連接，輸入、輸出軸及連接桿公軸心轉動。通過設計螺旋線槽的螺旋斜角，以確定控制力與傳遞力的比例；通過控制施加在傳動連接桿上的軸正向力來控制傳遞力矩的大??；螺旋線槽可設計為單螺旋線槽，其螺旋扭力傳遞不能無限連續(xù)進行。也可為左右多螺旋構成的閉合波形螺旋線槽，其螺旋扭力傳遞可以無限連續(xù)進行。
2.根據權利要求1所述的一種采用螺旋扭力傳動方式的機械緩沖過渡離合器。其主要特征是輸入、輸出軸公軸心套合在一起，輸入軸、輸出軸均由固定在機架上的推力軸承固定(均公軸心)。輸入軸為一空心軸，中心空腔內設有單向止回閥(只允許高壓油進入高壓腔)、活塞。在輸入軸上開有徑向平口直線槽孔，或加工由n左右螺旋首尾交替連接所形成連續(xù)閉合的閉合波形螺旋槽，共有n個交點。在輸出軸內腔壁上，加工由n左右螺旋首尾交替連接所形成連續(xù)閉合的閉合波形螺旋槽，共有n個交點。輸出軸的閉合波形螺旋槽與輸入軸上的線槽通過一穿軸心連接桿相接合。離合套松套在輸入軸上，可在輸入軸上作軸向平動?？刂七B接桿的軸正向壓力，是通過控制設計在輸入軸的內部，與之相連接的活塞的壓力，即活塞與兩個單向閥間的兩個高壓腔的自提供壓力來實現(xiàn)的。兩個高壓腔設計若干壓力釋放孔通向腔外。通過控制離合套在壓力釋放孔上的位移，改變壓力釋放孔的多少，以控制高壓腔內壓力的大小，實現(xiàn)控制離合器的傳遞扭力的大小。
3.根據權利要求1、2所述的一種采用螺旋扭力傳動方式的機械緩沖過渡，且可完全離合的機械離合器。其主要特征是輸入、中間軸、輸出軸公軸心套合在一起，輸入軸、中間軸、輸出軸均由固定在機架上的推力軸承固定(均公軸心)。輸入軸松套在中間軸的兩端，輸出軸松套在中間軸的中部，離合套可與輸入軸、中間軸及輸出軸，通過內外花鍵槽嚙合在一起，可通過離合器的撥差控制離合套位移，實現(xiàn)對離合器的控制。中間軸為一空心軸，中心空腔內設有活塞、單向止回閥(只允許高壓油進入高壓腔)。在中間軸中部開有徑向平口直線槽孔。在輸出軸內腔壁上，加工由四條相同的(幅值、螺旋斜角相等)左右螺旋首尾交替連接所形成連續(xù)閉合的閉合波形螺旋槽，共有四個交點。輸出軸的多螺旋槽與中間軸上的線槽通過一穿軸心連接桿相接合。控制連接桿的軸正向壓力，是通過控制設計在中間軸的內部，與之相連接的活塞的壓力，即活塞與兩個單向閥間的兩個高壓腔的自提供壓力來實現(xiàn)的。兩個高壓腔設計若干壓力釋放孔通向腔外。通過控制離合套在壓力釋放孔上的位移，改變壓力釋放孔的多少，以控制高壓腔內壓力的大小，實現(xiàn)控制離合器的傳遞扭力的大小。在輸入軸與中間軸之間設置的爪式離合器，通過控制離合套以實現(xiàn)輸入軸與中間軸的爪式離合，兩者分離時可實現(xiàn)離合器的完全分離。在輸入軸、中間軸與輸出軸之間設置的爪式離合器，通過控制離合套以實現(xiàn)輸入軸、中間軸與輸出軸的爪式離合，其接合時將離合器完全鎖死。
全文摘要
涉及一種新的扭力傳動方式，和采用這種扭力傳動方式的機械離合器。解決了目前離合器，緩沖過渡(即半空打滑)時間短、裝置尺寸較大的突出問題。裝置采用新的螺旋扭力傳動原理，在主、被動轉動器件上，加工由多條左右螺旋首尾交替連接所形成連續(xù)閉合的波形螺旋槽，其間由傳動連接件配合連接。通過設計螺旋曲線的螺旋斜角，以確定控制力與傳遞力的比例。通過控制施加在傳動連接件上的自提供軸正向壓力，來控制實現(xiàn)傳遞力矩的大小。特別適合高轉速差接合、大扭力分離，半離合狀態(tài)可持續(xù)運轉的離合器，如自動變速器中的離合器。該離合器在緩沖離合過度期間，可穩(wěn)定控制輸出定量扭力，因此，它還可以作為扭力恒量輸出控制器。如高精度機床離合器。
文檔編號F16D23/06GK1514143SQ0315271
公開日2004年7月21日 申請日期2003年8月10日 優(yōu)先權日2003年8月10日
發(fā)明者周剛, 周強, 周 剛 申請人:周剛, 周 剛