轴向自控离合器的自支撑式分离保持机构的制作方法

专利名称：轴向自控离合器的自支撑式分离保持机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械传动领域中的一种轴向自控离合器，以及诸如包含此 种自控离合器的牙嵌自锁差速器等其它传动装置，特别涉及一种弹簧压合式自 控离合器轴向分离后用于维持其分离状态的保持机构。
背景技术：
现有技术的轴向弹性压合式自控离合器，包括牙嵌超越离合器，牙嵌安全 离合器，以及弹簧钢球安全离合器，均不具备轴向分离后的状态保持功能。其 轴向嵌合的固定、移动分离环轴向分离后的相对转动必然带有沖击、碰撞、噪 音和端面齿过度磨损的缺点，对轴向弹性压合力较大的牙嵌安全离合器甚至会 严重到折断端面齿的程度。而由两个双向牙嵌超越离合器轴向背靠背双联而成 的牙嵌式自锁差速器，其固定、移动分离环虽具备轴向分离保持功能，但仍存 在分离齿齿顶间的碰撞式磨损，对提供压合力的弹簧刚度、弹簧长度、装配的 要求过于严苛，以及不能补偿磨损等缺点。
本申请人提出的申请号为200710152151.9的名为轴向自控离合器的分离保 持机构的在审中国专利，消除了上述缺点。但在阻挡工况中，移动分离环的最 终支撑构件(如机架、基座、分离环或壳体等)，仍是通过与该环具有相对转动 关系的嵌合对象环来对该环提供轴向支撑，其与中间支撑构件之间存在必然的 相对转动。即，采用的仍然是其申请前现有技术的"它支撑"模式。阻挡环与 阻挡环的轴向支撑环之间，分离齿齿顶之间或传力齿齿顶之间无可避免地存在 着正比于轴向弹性压合力的滑动式机械磨损，以及相应的空载摩擦阻力转矩和 发热，不利于其性能的提升、相关构件寿命的延长，以及应用在阻挡工况较多 或为常态的传动部位/场合。
另外，依据该发明的轴向自控离合器嵌合复位时，其阻挡环相对阻挡环的 轴向支撑环的止转位置具有随机性和任意性，这必然导致其两嵌合环开始嵌合 时的圓周起始位置的随机性和任意性，不能保证嵌合双方从最佳的嵌合起始区 间内开始嵌合。同时，其嵌合双方在嵌合复位过程中的相对运动轨迹线又是一 条螺旋线(升角不固定，非静止状态中)。因此，该类离合器存在轴向上不完全 嵌合的情况，无谓地增加了齿侧面上的有害磨损。而这种在两嵌合环相互间还 未达到轴向嵌合深度，双方传力齿的齿侧面就已经相互接触甚至开始传递转矩 的情况，特别有害于其中的超越离合器和以其为基础的牙嵌式自锁差速器，因 为这很可能导致传力齿因接触强度超限而崩损。此种不足对于两传力齿从齿顶 边缘零接触位置开始嵌合的极端情况尤其严重。因此，为适应嵌合复位过程中嵌合双方的这种相对螺旋转动的特点，提高 嵌合复位过程的可靠性，保证轴向完全嵌合和防止崩齿，超越离合器的两嵌合 环上传力齿的齿侧面必需呈内缩状(齿根内缩)。倒梯形的横/圆周向截面形状就 是适应该需要的最简单的选择。但这不仅加大了加工难度和成本，而且更直接 降低了传力齿的承载能力。虽然增大轴向弹性压合力可降低传力齿齿根内缩的 程度，但却不可能消除内缩的需要(内缩程度还与移动分离环的质量、反超越 转动速度等有关，并且，弹性压合力更不可能无穷大)，而且还要因此付出增大 空载阻力转矩和磨损速度的代价。
例如，现有技术中的3 PI JI-164型牙嵌式自锁差速器(《汽车车桥设计》刘 惟信，清华大学出版社2004年4月，p273 277 ),就是依据上述思想将其弹性 压合力设计在470.4牛的水平上，同时以约6.4度的倾斜角内缩传力齿齿根，以 求嵌合复位时，能令其轴向移动分离环上传力齿的螺旋型运动轨迹尽可能地平 行于其回转轴线(6.4度以内)，消除崩损传力齿的可能。但过大的弹性压合力 加大了其控制阻挡环的难度，反过来该控制难度又加大了其对弹簧参数稳定性 和精度的要求，从而增加了成本，降低了工作可靠性。

实用新型内容
本实用新型致力于解决上述问题。
本实用新型的目的，在于提供一种具有固定的嵌合复位圆周起始位置和运 动轨迹，轴向上无不完全嵌合的可能，阻挡工况中，移动分离环与其所有轴向 支撑构件间周向相对静止的轴向自控离合器的自支撑式分离保持机构。
为达成上述发明目的，本实用新型提供了一种轴向自控离合器的自支撑式 分离保持机构，包括转动导向式分离嵌合机构，其具有绕同一回转轴线转动 的可轴向嵌合的分离环和移动分离环，与移动分离环以既可轴向移动又可传递 转矩的形式相联接的第二转动构件，以及弹簧和弹簧座；该机构利用移动分离 环与分离环之间的超越转动，致使移动分离环轴向远离分离环，以解除该机构 自身的轴向嵌合；以及，具有轴向嵌合的阻挡环和移动阻挡环的阻挡嵌合机构， 该二环上都形成有阻挡齿，以在超越工况中阻止分离嵌合机构的轴向嵌合，维 持住该机构的轴向分离状态；其特征在于阻挡工况中，由周向相对移动分离 环、弹簧以及所有中间支撑构件均静止的同 一个构件最终轴向支撑移动分离环 和弹簧；还包括具有止转基准环和止转环的止转机构，其用于自超越转动开始 至阻挡嵌合机构建立起轴向阻挡关系之前，致使阻挡环不能跟随移动阻挡环一 体转动；还包括释放机构，用于解除止转机构对阻挡环的周向约束，以在阻挡 嵌合机构建立起轴向阻挡关系后，恢复阻挡环跟随移动阻挡环一体转动的自由； 以及，还包括至少一个棘轮式定点致动机构，其利用移动分离环与止转基准环
6之间的反超越转动，在阻挡环相对止转基准环转动至特定的圆周位置时，致动阻挡嵌合机构，以结束阻挡工况并恢复该机构自身以及整个离合器的嵌合。本实用新型的更多的优良改进方案由从属权利要求给出。
需要特别说明的是，本实用新型文件所用相关概念或名词的含义如下
共体共存一体的简称，指多个构件合并成一个单一构件。
失效指机构或零件由于人为或客观原因不能正常工作，丧失其基本功能
错位:或者，以破坏构^基i运动的方式i其棘爪强;约束在;离位置丄，该棘轮机构都将因二者不可能实现啮合而失效。
阻挡工况即超越工况，阻挡嵌合^L构中双方的阻挡齿轴向上相互对顶4妄触，阻止分离嵌合机构嵌合的工作状况，与非阻挡工况即嵌合工况相对。
轴向嵌合嵌合机构中嵌合双方的嵌合或分离均伴随有双方轴向相对移动的一种嵌合模式；其嵌合齿可以形成在双方的端面、锥面或圓柱面上。
超越转动即轴向自控离合器中处于转矩传递上下游的任意两构件间的一种相对转动，特指能导致轴向自控离合器轴向分离的相对转动。而双方在阻挡
转动导向机构由圆周相对转动为致动原动力以产生/得到轴向相对移动的机构。既包括螺旋升角严格一致的螺旋机构等，也包括螺旋升角不严格一致的径向销槽机构、端面棘轮机构、端面嵌合机构及圆柱凸轮机构等。本实用新型中的分离嵌合机构，即为转动导向机构。
相对现有技术，根据本实用新型的轴向自控离合器的自支撑式分离保持机构，可确保(阻挡工况中)轴向自控离合器中与弹性压合力相关的机械磨损以及空载阻力转矩被基本消除或彻底消除，致使离合器的适用范围得以扩大，相关构件乃至整个离合器的使用寿命都得以显著延长。而对于其中的超越离合器更有特别的好处，即，其传力嵌合机构不存在不完全嵌合的可能，无需内缩传力齿齿根，工艺难度和制作成本降低，性能和可靠性得到提升。


图1是根据本实用新型的最简结构的单向超越离合器的轴向剖面图。图2是图1中移动环的结构示意图。
图3是图1中共体的阻挡环、止转环和释放环的示意图，(a)是其轴向半剖图，(b)是(a)中H方向局部结构展开后的放大示意图。
图4是图1中的传力嵌合机构(l)、分离嵌合机构(l)、止转机构(2)、释》文机构(3)以及阻挡嵌合机构(4)五机构的齿廓，在同 一外圓柱面上的径向投影的局部的系列展开示意图，以及对应的定点致动机构(3)在棘爪所处轴截面的fi想轴向投影轮廓的局部的系列展开示意图，其中，(a)对应于嵌合工况，(b)对应于分离机构轴向分离结束以及释放机构开始工作的瞬间，(c)对应于止转机构结束止转的瞬间，(d)对应于定点致动机构开始致动阻挡嵌合机构的瞬间；图中箭头表示移动环相对固定环的转动方向，并以等效齿形表示共体的止转环和释放环。
图5是根据本实用新型的封装形式一的单向超越离合器的简化的轴向剖面图。
图6是图5中共体的阻挡环、释放环的轴向半剖示意图。图7是根据本实用新型的轴一轴传动式的单向超越离合器的轴向剖面图。图8是图7中阻挡环的示意图，(a)是右视图的轴向半剖图，(b)是主视图。图9是图7中止转环的示意图，(a)是右视图的轴向半剖图，(b)是主视图。图IO是图7中棘爪的示意图，(a)是仰视图，(b)是主视图，(c)是俯视图。图11是图7中第二转动构件的示意图，(a)是主一见图，(b)是(a)中H方向局部结构展开后的放大示意图。
图12是根据本实用新型的封装形式二的单向超越离合器的轴向剖面图。图13是图12中共体的移动环、移动分离环、移动阻挡环的示意图，(a)是右视图，(b)是主视图的轴向剖面图。
图14是图12中阻挡环的示意图，(a)是右视图的轴向半剖图，(b)是主视图。图15是图12中止转环的示意图，(a)是右视图的轴向半剖图，(b)是主视图。图16是图12中释放环的示意图，(a)是右视图的轴向剖面图，(b)是主视图。图17是图12中棘爪的示意图，(a)是仰视图，(b)是主—见图，(c)是俯视图。图18是图12中的传力嵌合机构(l)、分离嵌合机构(l)、阻挡嵌合机构(l)、释放机构(l)、止转机构(2)的齿廓在同一外圆柱面上的径向投影的局部的系列展开示意图，以及对应的定点致动机构(2)的假想轴向投影轮廓的局部的系列展开示意图，其中，(a)对应于嵌合工况，(b)对应于阻挡机构建立起阻挡关系的瞬间，(c)对应于止转机构结束止转的瞬间，(d)对应于定点致动机构开始致动阻挡嵌合机构的瞬间；图中箭头表示移动环相对固定环的转动方向，虚线表示周向固定的关系。
其中，序列表如下
Ml—传力嵌合机构
M2—分离嵌合才几构
M3 —阻挡嵌合机构
M4—止转机构
M5—释放机构
M6—定点i丈动才几构
70—移动环 100—移动分离环
72—移动传力齿 102—移动分离齿
74—传力齿侧面 104—移动分离导向面78_花键齿
80—嵌合运动4九迹线 IIO—I朿爪
86—压合弹簧 112—座槽
88—弹簧座 114一复位弹簧50—固定环
52—固定传力齿54—传力齿侧面
130—阻挡环
ni—定位通孔
132—阻挡齿]33 —导向面134—限位凸齿135 —限位端面
136— 阻挡齿槽
137— 定位齿槽
138— 定位凸齿
139— 周向槽
200—回转轴线
202—轮齿
206—第一转动构件
208—定^立销
210—支撑壳
212—弹簧
214—-^环槽
216_轴承
218—螺钉
220—^^环
90—分离环92—分离齿94—分离导向面
140—止转环142—止转齿143 —环形基体外表面144一径向孔145 —端面146—缺口148—定位凸齿149一挡肩
160—移动阻挡环162—移动阻挡齿164—移动阻挡齿导向面166—齿槽168—齿槽入口
240—第二转动构件242—花键齿244—緩沖弹簣246—支撑座
266—入口段
115 —弹簧孔116—基体
118—半圓柱形回转面
119一限4立面
120—限制构件
122— 棘齿
123— 啮合面
124— 爪体
150— 释放环
151— 径向孔
152— 移动导向齿
153— 端面
154— 导向面156—缺口158—定位凹槽
230—止转基准环232—基准止转齿234—止转齿槽
252—导向齿254—导向面256—齿槽260—预压缩槽道262—压缩4殳
具体实施方式
必要说明本说明书的正文及所有附图中，相同或相似的构件及特征部位均采用相同的标记符号，并只在它们第一次出现时给予必要说明。同样，也不重复说明相同或类似机构的工作机理。另外，为区别布置在对称或对应位置上的两个相同的构件或特征部位，本说明书在其编号后面附加了字母a或b，而在泛指说明或无需区分时，将不作区分也不附加字母a或b。实施例一最简结构的轴一轴传动式单向超越离合器C1参见图1 4，超越离合器C1包括一个由传力嵌合机构M1及分离嵌合机构
9M2组成的常规的压合式牙嵌超越离合器，其主要包括与第一、第二转轴(未示
出)分别固定的分离环90及第二转动构件240，与后者周向固定的移动分离环100以及弹簧86和弹簧座88。此外，为确保嵌合的准确一致，显著降低空载转矩，超越离合器Cl还布置有包括阻挡环130和移动阻挡环160的阻挡嵌合机构M3,包括释放环150与第二转动构件240的释放机构M5,包括阻挡环130与分离环90的止转4几构M4和定点致动才几构M6。
其中，分离嵌合机构M2包括轴向相对嵌合的分离环90和移动分离环100，为该机构提供弹性压合力的压合弹簧86,弹簧座88及将其限定在第二转动构件240上的卡环220。移动分离环100套装在第二转动构件240上，其内孔的花键齿78与后者外圓柱面上的花键齿242形成花键副以传递转矩。最佳地，移动环70与移动分离环IOO共体，固定环50与分离环90共体。因此，移动分离齿102和移动传力齿72以共体的形式周向均布在移动分离环IOO的端面上，其横截面呈锯齿形，具有移动分离导向面104和传力齿侧面74,参看图2。完全对应地，分离齿92和传力齿52以共体的形式周向均布在分离环90的端面上，具有分离导向面94和传力齿侧面54,参看图4。显然，传力嵌合机构Ml与分离嵌合机构M2共存一体，两机构分别对应于不同的圆周转动方向，但周向联动，并且，分离齿92、 102与传力齿52、 72四者的形状和齿数完全相等，且周向均布(本实施例中齿数均为18个)。
阻挡嵌合机构M3包括轴向相对嵌合的阻挡环130和移动阻挡环160。阻挡环130的右端面上均布三个阻挡齿132和齿槽136,其内孔面的同一轴截面上周向均布三个径向型的限位凸齿134,该三个凸齿分别嵌合在位于第二转动构件240外圆柱面相应位置上的三个环形的阻挡环支撑座246与花键齿242之间(安装时凸齿134与支撑座246周向错开，轴向到位后再周向转动即可)，参见图3、4。移动阻挡环160共体在移动分离环100的环内一侧，三个周向均布的移动阻挡齿162由三个对应的移动分离齿102的径向延伸体充当，参见图2。这里，三个、均布、以及利用径向延伸体的安排都不是必需的，仅仅为了制作的方便。
止转机构M4由止转环140与止转基准环230轴向嵌合而成，参见图1、 3。止转基准环230共体在分离环90的环内一侧，其上周向均布与分离齿92齿数相等的基准止转齿232/止转齿槽234。止转环140与阻挡环130共体，其左侧端面上周向均布六个止转齿142。显然，止转机构M4中只要求一方的止转齿的齿数最佳地与分离齿92的齿数相等，另一方的齿数可取一至该齿数之间的任意整数，只要其止转齿形成在以该齿数所等分的圆周等分点上即可。显然，止转机构M4还可以是诸如销槽式嵌合机构，或电动、液动等才几构。
参见图1、 3、 4,释放机构M5是一个以第二转动构件240和分离环90之间的圓周相对转动为致动原动力的转动导向机构，包括均布在第二转动构件240上与三个阻挡环支撑座246分别共存一体的三个导向齿252,其具有导向面254,以及均布在释放环150上的三个移动导向齿152,其具有相应的导向面154。而且，导向面154与254的升角均不大于其间摩擦副的摩擦角。这里，释放环150与阻挡环130共体。三个移动导向齿152与三个限位凸齿134分别共体。
定点致动^/L构M6包括，以周向固定和轴向固定方式嵌装在分离环90内孔面上的棘爪座槽112中的柱销形棘爪110和弹簧114,以及由均布在止转环140外圓柱面上的单向棘齿122组成的棘轮。其中，座槽112同时也是径向型弹簧孔115，参见图1、 3、 4。棘齿122与移动分离齿102的齿数相等，其啮合面123与传力齿侧面74具有/面对相同的圓周朝向。同样容易理解，定点致动机构M6也可以是诸如销槽式嵌合机构，或电动、液动等机构。
由于本实施例工作的基本过程与现有技术的压合式牙嵌超越离合器完全相同，而关于后者结构及工作过程的详尽说明，可参阅本申请人提出的申请号为200710152152.3的中国在审同名发明专利，该专利申请的全部内容以参引方式包含在本专利申请中。所以，本说明书对其基本工作过程仅作简要叙述，对其与自支撑有关的结构和工作原理则作详细叙述。
参照图1、 4，以固定环50向移动环70传递转矩为例进行说明(反之一样)。非阻挡工况中，来自固定环50的转矩经传力嵌合机构Ml到移动环70 (图1中左视时的逆时针方向，对应于图4(a)中的由下向上)，再经花键副传递至第二转动构件240。此时，分离嵌合机构M2、阻挡嵌合机构M3以及止转机构M4均同步处于嵌合状态中，阻挡环130不能相对分离环90自由转动。移动分离环100受到分离环90或阻挡环130的轴向支撑，参见图4(a)。
超越转动开始后，移动分离环100相对分离环90沿图4(b)中箭头所示方向转动，转动导向式分离嵌合机构M2迫使移动分离环100克服弹簧86的压合力相对分离环90轴向分离。在分离嵌合机构M2轴向分离完毕的临界时刻(分离导向面94与移动分离导向面104脱离接触)，阻挡嵌合机构M3正好到达建立阻挡关系的临界点(阻挡环130的限位端面135a压在支撑座246上，移动阻挡齿162与阻挡齿132开始对顶接触)，释放机构M5正好到达开始解除止转机构M4的嵌合关系的起始点(导向齿252的导向面254与移动导向齿152的导向面154开始接触)。此时，止转关系未被解除，阻挡环130相对分离环90然周向静止，仍不能跟随移动阻挡环160 —体转动。因此，随着超越转动的继续，齿顶间对顶的阻挡关系得以建立，释放机构M5通过导向面254与154间的导向关系得以轴向同步提升阻挡环130,进而轴向上继续提升移动分离环100,致使其与分离环90间脱离接触(分离齿92与102的齿顶之间出现间隙)，直至止转齿142轴向移出止转齿槽234解除止转机构M4的嵌合关系为止，参见图4(c)。
上述说明等效于，分离环卯相对移动分离环IOO转动(图4(a)、 (b)中的由上向下)，在轴向驱离后者的同时， 一边借助止转机构M4驱使阻挡环130顺势周向楔入移动分离环100腾出的轴向空间，实现移动分离环100的自支撑，一边借助转动导向式释放机构M5轴向驱离止转环140，解除一体转动关系，以恢复阻挡环130跟随移动阻挡环160 —体转动的自由。
其后，轴向对顶接触的导向面154与254使释放机构M5处于摩擦自锁状态，离合器Cl进入阻挡/超越工况，阻挡环130随同移动阻挡环160 —体地相对分离环卯转动，止转齿142相对基准止转齿232作零接触式的摩擦滑转，棘爪110在棘齿122的齿背上超越滑转或无接触空转。
显然，释放机构M5轴向提升阻挡环130的距离，或者说，止转机构M4的轴向嵌合深度，就是分离齿92与102之间最终的齿顶间隙A。
反超越转动开始后，弹簧114迫使棘爪110与其遇到第一个棘齿122啮合，以阻止阻挡环130相对分离环90的转动，即，定点致动机构M6开始致动阻挡嵌合机构M3，阻挡齿132开始相对移动阻挡齿162转动。此时，止转齿142的边缘周向上正好对准止转齿槽234的边界点R，处于即将失去轴向嵌入其中的机会的临界点上，而移动传力齿侧面74的最高缘则正好处于其嵌合运动轨迹线80的始点A,参见图4(d)。接下来，随着释放机构M5撤除其对阻挡环130以及止转齿142的轴向提升，止转机构M4再次嵌合。在移动阻挡齿162的齿顶滑离阻挡齿132的齿顶之际，移动传力齿侧面74的最高缘到达其嵌合运动轨迹线80的折点B，随后在压合弹簧86作用下迅速到达终点C以完成传力嵌合机构Ml以及分离嵌合机构M2的完全嵌合，超越离合器Cl恢复到起始的非阻挡工况。
这里，嵌合运动轨迹线80的B点至C点的周向距离/角度，与反超越转动的速度、压合弹簧86的弹性压合力、移动分离环IOO的质量以及移动摩擦阻力等因素有关，通过设计计算很容易得到其极值。而根据该极值，确定的终点C,以及安全裕度，便可直接确定折点B的周向位置，并进一步得到A点和R点的位置，从而实现消除不完全嵌合，确保嵌合的准确性、 一致性和可靠性的发明目的。显然，以极值来确定折点B的周向位置的目的，就是为了最大限度地用尽分离齿92间齿槽槽口的宽度，也就是最大限度地用尽入口裕度，达成理论上的完全嵌合概率。另外，还可单侧平移入口边界点R,以扩大止转齿槽234宽度FR的方式提高止转嵌合的可靠性。而令移动阻挡齿导向面164平行于回转轴线200，显然有利于提高阻挡嵌合机构M3乃至整个超越离合器Cl嵌合复位的速度。
必须指出的是，阻挡工况中，轴向支撑移动分离环100的承力根基，与压迫移动分离环100的弹簧86的施力根基，均由诸如第二转动构件240 (实施例四则为阻挡环130)的单一构件充当，并且，包括阻挡环130、弹簧座88及卡环220在内的所有中间支撑构件，均与弹簧86以及作为最终支撑构件的第二转动构件240周向相对静止。即，整个弹性压合力的封闭的传递路径全部位于以
该单一构件为载体的互相间周向静止的移动分离环组件内，自己发力自己承受， 而不经过该组件之外的任何构件，此即为本实用新型中"自支撑"的含义所在。
这与现有技术中依赖于与该组件存在相对转动关系的诸如分离环90这样的嵌合 对象环的它支撑模式有着质的区别，令彻底消除空载磨损和摩擦阻力矩变得非 常简单和容易。特别地，当嵌合状态/非阻挡工况中亦由支撑座246支撑阻挡环 130以刚性支撑移动分离环100时，更因与分离环90没有丁点关系，而成为全 工况或恒久的自支撑，参见图1、 4。
可见，本实施例的嵌合路经准确、 一致、固定且可靠，彻底消除了轴向部 分嵌合的可能，无需内缩传力齿52、 72的齿根，既降低其工艺难度和制作成本， 又提升其承载能力和可靠性。另外，基本消除了与弹性压合力相关的机械磨损 和空载阻力转矩，延长了相关构件乃至整个离合器Cl的使用寿命，使离合器 Cl的在传递能力和工作转速上不仅通用于现有技术的所有应用领域，包括SSS 离合器的应用领域，而且更扩大了其应用领域和范围。
应指出的是，本实用新型并没有对有关齿的圓周分布和数量给予特别限定， 相互间完全可以存在整数倍关系。但必须强调的是，传力齿52、 72，分离齿92、 102，止转齿142、 232,及棘齿122、棘爪110四组中的至少一方，其数量应最 佳地分别等于同一自然数，并布置在按该自然数所等分的圆周等分点上，而各 自的另一方只要布置在按该自然数所等分的圓周等分点上即可，并不要求足数 布置。比如，本实施例中该自然数是18,而止转齿142和棘爪110的数量均不 足18。
应该说明的是，虽然移动分离齿102和基准止转齿232实质上是分别形成 在移动分离环100和止转基准环230上的，但由于在单向超越离合器或者单向 安全离合器中，止转基准环230与分离环卯或者固定环50共体，移动分离环 100与移动环70以径向位置相同的方式共体，所以，该本质显得不直观。但在 双向超越离合器或者双向安全离合器中，就显得非常直观。届时，移动分离环 100至少不再与移动环70径向同位，止转基准环230、分离环90及固定环50 最佳地各自独立存在。另外，在安全离合器中，止转基准环230是与分离环90 共体或一体转动；在单向超越离合器中，止转基准环230最佳地与用于传递转 矩的固定环50共体或一体转动；而在双向超越离合器中，止转基准环230虽可 以与固定环50共体，^旦最佳地仍应以独立存在的形式相对固定环50周向固定 在多个圓周位置上的方式，并与后者一体转动。同时，在超越离合器中，分离 环90除了可与固定环50或止转基准环230共存一体外，还可与阻挡环130共 存一体。关于上述说明，本申请人的中国专利申请200820119500.7给出了详细 示例和-说明，该专利申i青的全文4皮引用在此，不再详细i兌明。
13尽管根据本实用新型的上述实施例是超越离合器，但本实用新型适用范围 并不限于此。例如，令超越离合器C1在其工作方向相反的方向上转动，本实施
例就是一个单向牙嵌式安全离合器Cl。特别是在去掉卡环220,在卡环槽214 部位形成外螺紋，以调节螺母取代弹簧座88来轴向支撑弹簧86之后，本实施 例将变成一个标准的单向牙嵌式安全离合器。调节弹簧86弹性压合力的大小， 便可调节其所传递转矩的上限值。而且，当传力齿侧面54、 74被制作得分別与 分离导向面94或移动分离导向面104具有类似或相同的倾斜角时，更可得到传 力嵌合机构M1事实上不复存在的本实用新型的最简结构形式(该齿侧面可在双 向牙嵌式安全离合器中作为另一圓周方向上的分离导向面使用)。
实施例二具有封装形式一的轮一轴传动式单向超越离合器C2
本实施例是对实施例 一的改进，将超越转动中的止转机构M4内的转动形式 由零接触滑转改进成无接触转动，以彻底消除与弹性压合力相关的机械磨损和 空载阻力转矩；同时，更方便于增大和控制止转机构M4的嵌合深度(以适应诸 如安全离合器等需要加大弹性压合力的应用场合)，释放机构M5还可无需自锁， 有利于设计、制造、以及工作性能、可靠性和寿命的提高。
参见图5，外观上，本实施例的形成有轮齿202的分离环卯与支撑壳210 通过螺钉218紧固成一体，二者借助两个轴承216固定在第二转动构件240上， 以构成轮一轴传动式的封装形式一。本质上，本实施例的真正变化在于，实施 例一中共体的阻挡环130和止转环140被拆分成周向固定但轴向弹性相连的两 个独立构件，即，轴向拉伸型弹性组合体，以使止转环140轴向移动的开始时 刻滞后于释放机构M5致使阻挡环130轴向移动的开始时刻。
参见图5、 6,阻挡环130仍以实施例一中的形式与释放环150共体，其左 端面的内环侧均布有三个端面型环形定位凸齿138,该凸齿138与止转环140内 孔圓柱面上三个相应的径向性定位凸齿分别嵌合，以周向固定阻挡环130与止 转环140。止转齿142和棘齿122均形成在止转环140的外圆柱面上。另外，周 向槽139贯穿性地形成在双方定位凸齿的内圓柱面上，置入其中的开口圆环状 緩沖弹簧244将该两个环连接成一个轴向拉伸型弹性组合体。为使两环可以弹 性分离一定的距离，位于定位凸齿138内环面的周向槽139的两端均形成偏向 其齿顶的单侧喇叭口状。这样，在外力作用下，阻挡环130和止转环140可弯 曲緩沖弹簧244而轴向上相互分离一定距离5 ,外力一敬除后，再弹性复原。
除上述不同之外，本实施例的结构和基本工作过程或机理完全同于实施例 一，不再重复说明，仅仅说明由上述唯一的实质改进带来的微小差异。
再次参见图4~ 5，超越转动初始，在止转齿142与基准止转齿232齿侧间 因止转而生的摩擦阻力足以弯曲緩冲弹簧244的特意安排下，释放机构M5轴向 上提升阻挡环130的初期，不会同步提升止转环140,而是弯曲弹簧244并轴向
14拉伸二环。只有在緩沖弹簧244充分弯曲至用尽周向槽139的喇叭口，开始受 到上述二环刚性剪切之后，也就是二环轴向上被拉伸分离5距离后，阻挡环130 才会借助緩冲弹簧244带动止转环140轴向同步移动。止转结束瞬间，止转齿 142与基准止转齿232齿顶间距为零，而随着二者齿侧之间摩擦阻力的消失，緩 冲弹簧244的复原力会立即消除两环间的分离间隙5 ，但鉴于阻挡环130受其 支撑座246的制约不能移动，因此，緩冲弹簧244的复原力必然致使止转环140 继续移动一段距离5。即，超越转动中，止转齿142与232的齿顶间距为大于 零的5,止转机构M4内部不再处于零接触滑转状态。于是，与弹性压合力相关 的机械磨损和空载阻力转矩得以彻底消除。
实施例三无封装的轴一轴传动式单向超越离合器C3
本实施例也是对实施例一的改进，与实施例二相比，其改进思想和效果相 同但改进结构不尽相同。本实施例中，独立的阻挡环130与共体的止转环 及释放环150,形成周向固定但轴向弹性连接的关系。此外，还将柱销状棘爪 110改成了常规的摆动状棘爪110,只是其自转/摆动的轴线不是由定位销而是由 定位槽决定。
参见图7~9、 11,止转机构M4和释放机构M5实质上仍具有完全等同于 实施例一的组成部分和基本形式，只是为了得到实施例二的效果，单独独立出 来的构件是阻挡环130而不再是实施例二中的止转环140。其中，单向棘轮的棘 齿122仍周向均布在阻挡环130左端的外圆柱面上，阻挡齿132的相应一侧形 成有导向面133。止转环140左端面上均布有止转齿142,其右端面上的三个定 位凸齿148与阻挡环130内孔中的三个径向型定位凸齿138分别嵌合，致使两 环周向固定。三个导向齿252仍分别由三个形成在第二转动构件240上的阻挡 环支撑座246充当，而对应的径向型移动导向齿152则形成在止转环140的定 位凸齿148的内圓面上，二齿分别具有相对的导向面154、 254。这里，定位凸 齿148的内径大于阻挡环支撑座246的外径。
另外，释放环150内圆柱面上的径向孔151中嵌装有直线型的緩冲弹簧244， 该弹簧的内径端可滑动地嵌入第二转动构件240外圆柱面上的预压缩槽道260 中(安装时，先以前述方式将阻挡环130轴向入位，再将止转环140上的定位 凸齿148和弹簧244分别对准阻挡环130的定位齿槽137和槽道260的入口段 266，轴向推入到位后再一体周向转动即可)。第二转动构件240相对释放环150 转动时，槽道260的压缩段262弯曲/压缩緩冲弹簧244的轴向距离达到5后， 其导向齿252的导向面254才开始刚性接触释放环150上的导向面154。而且最 佳地，导向面154、 254与压缩段262具有完全相同的升角。如实施例四所述， 该升角可以不再被特别要求。这样，如实施例二所述，在分离转矩和摩擦阻力 作用下，第二转动构件240和止转环140可轴向上弯曲/压缩缓冲弹簧244达到一定距离5，而分离转矩^:除后，该弹性变形将自动消失。
可见，释放机构M5的工作初期，緩沖弹簧244也有一个如前所述的关键的 轴向弹性预压缩量5。因此，本实施例同样具有完全同于实施例二的止转效果 实现止转机构M4内部的间隙式分离，彻底消除与压合弹簧86相关的机械磨损 和空载阻力转矩。其工作过程或机理与实施例二中的完全类似，不再重复说明 于此。
此外，本实施例定点致动机构M6中的棘爪110与实施例一中的稍有不同。 对比图7、 10,本实施例将柱销状棘爪110改成了常规的摆动式棘爪110。其中， 棘爪110嵌装在位于分离环90内孔圆柱面上的座槽112中，分离环90内孔圓 柱面上的周向槽贯穿座槽112的半圆柱形凹槽部分，嵌装在其中的开口弹性环 状的限制构件120通过限位面119a、 119b将棘爪110可摆动地限制在座槽112 中。
可绕自转轴线摆动的棘爪110,包括爪体124和形成有半圓柱形回转面118 的基体116两部分。半圆柱形回转面118用于确定自转轴线和承受周向力，基 体116的正面的限位面119a、 119b分别在棘爪110自转的两个极限位置上与环 状的限制构件120贴合。与实施例四相同，座槽112具有对应于棘爪110的背 部的凹槽形状(包括半圆柱形的回转面)，槽中容纳爪体124的凹槽底部形成有 大致为径向的弹簧孔115，其中布置有棘爪复位弹簣114。
除上述说明之外，本实施例的结构和基本工作过程或机理几乎完全同于实 施例一，不再给予重复说明。不同之处在于，分离嵌合机构M2中分离齿92与 102之间的轴向间隙△，是依靠阻挡嵌合机构M3通过移动阻挡齿162对移动分 离环100的接力式分离抬升实现的(同于实施例四)。即，在分离齿92与102 分离结束后，阻挡齿132、 162通过二者相应导向面133、 164的转动导向作用 接力抬升移动分离环100，直至达到对顶阻挡关系建立时的轴向间隙A。此后， 解除止转机构M4的进程才刚开始。
实施例四具有封装形式二的轮一轴传动式单向超越离合器C4 参照图5和图12,超越离合器C4是对超越离合器C2的变形，它径向上外 翻了后者的移动分离环100和第二转动构件240,增加了与分离环90刚性一体 的第一转动构件206,总体上仍包括上述六个机构，但结构上有些许差异。 其中，传力嵌合机构M1、分离嵌合机构M2的结构完全同于实施例一。 阻挡嵌合机构M3中的三个移动阻挡齿162均布在移动分离环100的内孔面 上，其具有导向面164、齿槽166和齿槽入口 168;该才几构中的三个阻挡齿132 均布在阻挡环130的外圓柱面上，轴向上始终位于齿槽入口 168以内，其相应 地具有导向面133,参见图12~14。压合弹簧86安装在移动分离环IOO与阻挡 环130—端的径向型限位凸齿134a之间。阻挡工况中，移动分离环IOO、阻挡
16环130和弹簧86三构件构成一个相互间完全静止的独立整体，后两者相互充当 对方的支撑座。为轴向固定该整体以避免碰撞，最佳地，固定联d妻在支撑壳210 相应径向孔中的定位销208，与阻挡环130上相应的周向狭长的定位通孔131组 成一个销孔式嵌合机构，在致使阻挡环130始终最佳地贴合在支撑壳210上的 同时，还允许两者之间相对转动一定的角度，以不妨碍阻挡关系的建立。实际 上，本实施例中的移动阻挡环160也可以单独成形，然后以焊接、铆接、螺紋 联接、过盈配合或普通轴肩阻挡等方式固定到移动分离环IOO的内孔中。
比实施例二、三更进一步，本实施例中的阻挡环130、止转环140和释放环 150相互间完全独立存在，但棘齿122却形成在阻挡环130的内孔面上，参见图 12、 14~15。止转机构M4中的止转基准环230通过与第一转动构件206共体的 形式和分离环卯周向固定，与分离齿92齿数相等的基准止转齿232周向均布 在该环外圆柱面上的轴肩处。止转环140内孔面上均布有六个内径向的止转齿 142，以及与阻挡环130的环形基体外径相同的三个外径向的定位凸齿148,其 与形成在阻挡环130端面的三个定位凸齿138分别嵌合，周向固定住止转环140 与阻挡环130,并由前者的环形基体外表面143与后者的内孔面配合以实现两环 的径向固定。开口的波形弹簧212,由棘齿一端套装到阻挡环130的限位凸齿 134b与止转环140之间，以为止转机构M4提供压合力。
参见图12、 14 ~ 16,释放机构M5是一个以移动分离环100和分离环90之 间的圆周相对转动为致动原动力的转动导向机构，包括均布在移动分离环100 内孔端面上的三个导向齿252,其具有导向面254和齿槽256，以及均布在释放 环150端面上的三个移动导向齿152,其具有导向面154。释;^文环150以其内孔 面上缺口 156避让过阻挡齿132的方式，由棘齿端套装并径向定位在阻挡环130 及止转环140的定位凸齿148外，其内孔面上的定位凹槽158与定位凸齿148 上等宽的挡肩149嵌合，致使三环相互间周向固定的同时，也自然导致移动导 向齿152与止转齿142的周向固定。直线型的三个缓沖弹簧244从外径侧同时 嵌装在径向孔151、 144中，将释放环150与止转环140轴向上连成一个压缩型 弹性组合体。此时，两环的右侧端面153与145平齐，释放环150左端面的导 向齿152的内径向凸出部分与挡肩149之间，有一个大于零的轴向间距5 。最 优地，挡肩149上对应径向孔151的位置处形成有缺口 146,以加大径向孔151、 144的径向间距，确保緩冲弹簧244的轴向变形量达到5 。这样，便可得到完全 同于实施例二、三的止转效果，彻底消除与弹性压合力相关的机械磨损和空载 阻力转矩。
定点致动;^L构M6与前述实施例实质相同，参见图12、 17。可绕自转轴摆 动的棘爪110，包括爪体124和形成有半圆柱形回转面118的基体116两部分。 半圓柱形回转面118用于确定自转轴线和承受周向力，基体116的正面是限位面119a、 119b,分别在棘爪110自转的两个极限位置上与环状的限制构件120 的内圓柱面贴合。限制构件120将棘爪110径向限制在其座槽112中，该座槽 112形成在与分离环90刚性一体的第一转动构件206的外圓柱面上，具有对应 于棘爪110的背部的凹槽形状，槽中容纳爪体124的凹槽底部形成有大致为径 向的弹簧孔115,孔中布置有复位弹簧114。实际上，限位面119可以是形成在 基体116上的圓柱孔面，限制构件120可以是圓柱销，以具有常见的摆动棘爪 的销孔式定位形式。
本实施例的工作过程几乎完全同于前述实施例。不同之处在于，分离嵌合 机构M2中分离齿92与102的轴向间隙△，是依靠阻挡嵌合机构M3通过移动 阻挡齿162对移动分离环100的接力式分离抬升实现的。即，在分离齿92与102 分离结束后，阻挡齿132、 162通过二者相应导向面133、 164的转动导向作用 接力抬升移动分离环100，直至达到对顶阻挡关系建立时的轴向间隙A。参见图 12、 18。
继续参见图12、 18,超越分离过程中，移动分离环100相对分离环90、阻 挡环130以及释放环150转动，并轴向移向后者。相应地，释放机构M5中的移 动导向齿152进入齿槽256中，在阻挡关系建立后，随着超越转动的继续，移 动导向齿152与导向齿252接触，二者导向面154、 254间的导向作用致使释放 环150右移。在止转齿142与基准止转齿232齿侧间因止转而生的摩擦阻力足 以弯曲緩冲弹簧244的特意安排下，移动分离环100先推动释放环150克服弹 簧212的阻力单独右移，止转环140则轴向静止，直至緩沖弹簧244的轴向变 形量达到5 ，释放环150上的导向齿152与止转环140的挡肩149刚性接触为 止。其后，借助该刚性接触，止转环140被迫开始轴向移动，并致止转齿142 移出止转齿槽234,止转嵌合关系结束，阻挡环130与移动分离环IOO—体自由 转动。同时，在緩冲弹簧244弹性复原力的作用下，止转环140继续右移一个 距离5,同样实现了止转机构M4内部的间隙式分离，也同样彻底消除了与压合 弹簧86相关的机械磨损和空载阻力转矩。
应该指出的是，止转机构M4由弹簧212单独提供压合力。整个工作过程中， 阻挡环130应最佳地轴向固定，以适应非阻挡工况中支撑壳210充当弹簧座88, 其被弹簧86压紧在后者之上，而阻挡工况中其亲自充当弹簧座88及作为弹簧 86和移动分离环IOO二构件的最终支撑构件，并承载着该二构件一体轴向浮动 的工作特点。另外，弹簧86的弹力一般较弹簧212的显著为大，因此，释放机 构M5中导向面154、 254之间的摩擦接触不再必需自锁，即，两者的升角可不 再被特别要求。
明显地，释放环150与止转环140之间的緩冲弹簧244还可按诸如周向或 轴向方式布置，只要双方的轴向间距能有一个弹性变化量5即可。自然，轴向布置的弹簧244应具有诸如圆柱螺旋的相应的形式，或者，其本身就是一个弹 性橡胶、弹性塑料等。当然，释放环150还可与止转环140刚性一体成一个简 单的环，代价是止转机构M4中再次出现零接触式的摩擦滑转。
还应说明的是，为提高根据本实用新型的轴向自控离合器的工作寿命及可 靠性，减小其机械磨损和空载阻力矩，可以在定点致动机构M6中布置棘爪保持 机构，或者以磁性力替代弹性力作棘爪复位力等。相关说明可参见本申请人提 出的名为导向式牙嵌超越离合器的中国在审专利申请200810161306.X、 200820119499.8。该两项专利申请的全文被引用在此，不再详细说明。
另外，本实用新型的思想也可应用于牙嵌双向超越离合器、滑行器、可控 联轴器，以及由两个牙嵌双向超越离合器轴向双联而成的定点嵌合的牙嵌自锁 差速器中，具体说明可参阅本申请人提出的名为自支撑压合式牙嵌超越离合器 的中国专利申请200820119500.7,该申请的全文被引用在此，不再详细说明。
本实用新型的上述实施例均为牙嵌超越离合器，但是不难理解的是，依照 本实用新型的思想精神，再参考本申请人的名为零碰撞牙嵌式通用安全离合器 的中国专利申请200710152153.8、名为零碰撞弹簧钢球安全离合器的中国专利 申请200710152154.2、名为基本型牙嵌式自锁差速器的中国专利申请 200710152155.7、名为轴向自控离合器的分离保持机构的中国专利申请 200710152151.9的构思，以及其它公知技术，本领域内的技术人士无需经过创 造性的劳动，便可设计出单向或双向的相应安全离合器的，以及其它轴向自控 离合器的自支撑式分离保持机构的各种实施方案。因此，本说明书不再具体举 例和详细说明，仅将上述四份在审专利申请的全文引用在此。
工业适用性
本实用新型可直接应用于几乎所有机械传动领域中的轴向自控离合器中， 包括牙嵌式超越离合器，牙嵌式安全离合器，弹簧钢球安全离合器，牙嵌式 自锁差速器等等，并且，与工作转速几乎没有关系。
以上仅仅是本实用新型针对其有限实施例给予的描述和图示，具有 一定程 度的特殊性，但应该理解的是，所提及的实施例都是用来进行说明的，其各种 变化、等同、互换以及更动结构或各构件的布置，都将被认为未脱离开本实用 新型构思的精神和范围。
权利要求1. 一种轴向自控离合器的自支撑式分离保持机构，包括分离嵌合机构，其具有绕同一回转轴线转动的可轴向嵌合的分离环和移动分离环，与所述移动分离环以既可轴向移动又可传递转矩的形式相联接的第二转动构件，以及弹簧和弹簧座；所述分离嵌合机构是转动导向机构，其利用所述移动分离环与所述分离环之间的超越转动，致使所述移动分离环轴向远离所述分离环，以解除该机构自身的轴向嵌合；阻挡嵌合机构，其具有轴向嵌合的阻挡环和移动阻挡环，该二环上都形成有具备轴向阻挡功能的阻挡齿，以在超越工况中阻止所述分离嵌合机构的轴向嵌合，维持该机构的轴向分离状态；其特征在于(a)阻挡工况中，轴向支撑所述移动分离环的最终支撑构件，与轴向支撑所述弹簧的最终支撑构件，是与所述移动分离环、所述弹簧以及所有中间支撑构件周向相对静止的同一个构件；(b)还包括止转机构，其具有止转基准环和止转环，以在自所述超越转动开始至所述阻挡嵌合机构建立起轴向阻挡关系之前，致使所述阻挡环不能跟随所述移动阻挡环一体转动；(c)还包括释放机构，其用于解除所述止转机构对所述阻挡环的周向约束，以在所述阻挡嵌合机构建立起轴向阻挡关系后，恢复所述阻挡环跟随所述移动阻挡环一体转动的自由；(d)还包括至少一个棘轮式定点致动机构，其利用所述移动分离环与所述止转基准环之间的反超越转动，在所述阻挡环相对所述止转基准环转动至特定的圆周位置时致动所述阻挡嵌合机构，以结束阻挡工况，恢复所述阻挡嵌合机构及整个所述轴向自控离合器的嵌合。
2. 按权利要求1所述的分离保持机构，其特征在于(a) 所述移动阻挡环与所述移动分离环形成为一体；(b) 所述分离环和所述移动分离环二环的分离回转面上都形成有分离齿；(c) 所述止转机构是嵌合机构，其所述止转基准环和所述止转环上均形成有止转齿；(d) 所述止转环与所述阻挡环至少周向固定；(e) 所述棘轮式定点致动机构，其棘齿和棘爪分别与所述分离环和所述 阻挡环二者中的一个至少周向固定。
3. 按权利要求2所述的分离保持机构，其特征在于所述止转基准环可相对所述分离环周向固定在至少一个圆周位置上。
4. 按权利要求1所述的分离保持机构，其特征在于(a) 还包括专门用于传递转矩的传力嵌合机构，其具有可轴向嵌合且分 别形成有传力齿的固定环和移动环；(b) 所述移动环、所述移动阻挡环及所述移动分离环三者形成为一体；(c )所述分离环和所述移动分离环二环的分离回转面上都形成有分离齿；(d) 所述止转机构是嵌合机构，其所述止转基准环和所述止转环上均形 成有止转齿；(e) 所述止转环与所述阻挡环至少周向固定，所述止转基准环可相对所 述固定环周向固定在至少一个圓周位置上；(f) 所述棘轮式定点致动机构，其棘齿和棘爪分别与所述固定环和所述 阻挡环二者中的 一 个至少周向固定。
5. 按权利要求4所述的分离保持机构，其特征在于所述分离嵌合机构 与所述传力嵌合机构合并成一个工作嵌合机构，所述固定环沿一个圆周方向 的转动致使所述移动环一体转动，而沿相反圆周方向的转动则致使双方相对 转动，并驱离所述移动环以解除轴向嵌合关系，即，所述分离环与所述固定 环合并成一个环，所述工作嵌合机构中的同 一嵌合齿的两个齿侧面分别是所 述分离齿和所述传力齿二者的齿侧面。
6. 按权利要求2、 4、 5任一项所述的分离保持机构，其特征在于所述 分离环与所述阻挡环形成为一个环，所述移动分离环与所述移动阻挡环形成 为一个环，即，所述分离嵌合机构与所述阻挡嵌合机构合并成一个工作嵌合 机构，所述分离齿就是所述阻挡环，所述移动分离齿就是所述移动阻挡齿。
7. 按权利要求2 5任一项所述的分离保持机构，其特征在于所述分离 环与所述止转基准环形成为一个环。
8. 按权利要求1 5任一项所述的分离保持机构，其特征在于(a) 所述同一个构件是所述第二转动构件；(b) 所述阻挡环受到阻挡环支撑座的轴向限制和支撑，该支撑座和所述 弹簧座二构件至少受到所述第二转动构件的单向限制和支撑；(c) 所述释放机构是转动导向机构，其包括所述第二转动构件，以及与所述止转环周向固定且轴向上至少弹性相连的释放环。
9.按权利要求1 ~ 5任一项所述的分离保持机构，其特征在于(a) 所述同一个构件是所述阻挡环；(b) 所述阻挡环的非阻挡端形成有径向凸起，该径向凸起嵌装在所述弹 簧与所述弹簧座之间；(c) 所述释放机构是转动导向机构，其包括所述移动分离环，以及与所
10.按权利要求8 9任一项所述的分离保持机构，其特征在于所述释 放环与所述止转环形成为一个环。
专利摘要本自支撑式分离保持机构的特征在于，除具有分离和阻挡嵌合机构外，还具有止转、释放和定点致动三控制机构。阻挡工况中，由周向相对移动分离环、弹簧以及所有中间支撑构件均静止的同一个构件最终轴向支撑该环和弹簧。超越转动开始至阻挡嵌合机构建立起轴向阻挡关系之前，止转机构可确保该机构内部的相对转动，之后，释放机构恢复该机构内部的一体转动关系，弹簧压合力不产生任何的摩擦阻力矩。嵌合复位过程中，由定点致动机构致动阻挡嵌合机构，以确保离合器准确可靠地再次嵌合。其优点是在确保轴向自控离合器轴向彻底分离和相对转动无碰撞的基础上，更确保嵌合复位的绝对准确和可靠，以及空载转矩与轴向压合力彻底无关。
文档编号F16D43/20GK201314345SQ20082018962
公开日2009年9月23日 申请日期2008年12月21日 优先权日2008年12月21日
发明者涛 洪, 郭桂梅 申请人:洪 涛;郭桂梅