本发明涉及双驱动接力领域，具体涉及燃料转运装置中的一种嵌齿式离合器接力装置。
背景技术：
在压水堆核电站运行期间，反应堆停堆换料操作过程需要将新/乏燃料组件在反应堆厂房和燃料厂房之间往复运输，运输的路径中需要携带燃料组件穿过燃料转运通道，从一个厂房运输到另一个厂房。三代核电站由于双层安全壳的设计，燃料转运通道的长度与二代以及二代改进型核电站相比有了很大的增加，运输路径的加长对燃料转运装置的传动系统提出了更高的要求，需通过采用双齿轮单齿条接力驱动解决。
在实现上述运输核燃料组件的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
选择双齿轮单齿条式接力驱动，需要解决齿轮齿条进入啮合瞬间的刚性冲击问题，否则会发生撞齿使设备受损。
选择双齿轮单齿条式接力驱动，还需要解决齿轮齿条进入双驱动状态之后，由于双驱动不同步造成的追齿问题以及尾齿脱离问题。
由于燃料转运装置在厂房的终端位置(即待倾翻位置)时实现倾翻架和承载器的提升，故必须严格保证小车位置的准确性和稳定性。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种嵌齿式离合器接力装置，保证双驱动接力过程的平稳进行。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种嵌齿式离合器接力装置，包括驱动轴和设置于所述驱动轴上的齿轮；所述驱动轴上设置有轴键；所述齿轮设有与所述轴键位置对应的内齿；所述齿轮与所述驱动轴之间设置有与所述驱动轴同轴设置的蜗卷弹簧；所述蜗卷弹簧内端与所述驱动轴相对固定，外端与所述齿轮相对固定；
当且仅当齿轮的内齿紧挨驱动轴的轴键时，驱动轴与齿轮通过驱动轴上的轴键与齿轮的内齿相互配合传动；齿轮在空载状态下，蜗卷弹簧为齿轮提供与蜗卷弹簧缠绕方向相反的力，使齿轮的内齿紧挨在驱动轴的轴键的位置；所述蜗卷弹簧设置于弹簧套内部，所述弹簧套与所述齿轮相对固定；所述齿轮与弹簧套轴向连接成刚性整体；所述驱动轴穿过该刚性整体中空的内部空间并与刚性整体同轴；齿轮与弹簧套的接口为在轴向采用套筒的方式连接，在周向采用嵌齿的方式连接。
进一步地，上述的嵌齿式离合器接力装置，所述齿轮和弹簧套通过轴向设置的紧固件连接。
进一步地，上述的嵌齿式离合器接力装置，所述弹簧套内部设有内部挡板阻止蜗卷弹簧滑动。
进一步地，上述的嵌齿式离合器接力装置，所述齿轮通过至少两组轴承座于所述驱动轴上；至少所述驱动轴两端设置有所述轴承。
进一步地，上述的嵌齿式离合器接力装置，所述齿轮上内齿的两端设有套筒式凸缘，凸缘内部提供轴承的安装空间。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的一种嵌齿式离合器接力装置的驱动轴通过轴键与齿轮的内齿在一定相对位置下发生连接，利用驱动轴与齿轮相对角度的变化，达到等效的双向离合器的效果。
2、蜗卷弹簧使进入啮合瞬间的轮齿接触变为柔性冲击，并结合复位可靠地保证了进入啮合过程平稳顺畅，同时通过控制超越空间的大小和方向，解决了在接力驱动过程中由于齿轮齿条进入啮合、脱离啮合以及双驱动不同步造成的碰撞和干涉问题，保证了双驱动状态下接力过程的平稳过渡，接合状态稳定，整体结构简单，便于加工和安装。
3、通过多组轴承的设置，保证了离合器同轴度的稳定性，使离合器的回复功能更加可靠有效。
4、齿轮与弹簧套的套筒和嵌齿接口，从自重变形和传递扭矩两方面大幅减轻了紧固件的负担，防止长期使用下紧固件发生变形。。
附图说明
图1为本发明一个实施例的嵌齿式离合器接力装置的剖面结构图；
图2为本发明的嵌齿式离合器接力装置安装在燃料转运装置的下部传动机构的示意图；
图3为齿条与rx侧齿轮进入啮合前示意图；
图4为轮齿右侧棱边接触情况啮合死区极限位置示意图；
图5为轮齿左侧棱边接触情况啮合死区极限位置示意图；
图6为齿轮待啮合位置示意图；
图7为rx侧离合器超越140°时的状态图；
图8为rx侧驱动轴接力驱动瞬间的示意图；
图9为齿条脱离kx侧齿轮瞬间的示意图；
图10为kx侧齿轮复位完成后的示意图。
上述附图中，1、齿轮；2、弹簧套；3、轴键；4、驱动轴；5、轴承；6、内齿；7、蜗卷弹簧；8、紧固件。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种嵌齿式离合器接力装置，包括驱动轴4和设置于所述驱动轴4上的齿轮1；所述驱动轴4上设置有轴键3；所述齿轮1设有与所述轴键3位置对应的内齿；齿轮1内部中空以设置内齿6，带有轴键3的驱动轴4穿过该齿轮1的中空内部空间。轴键3与内齿6在轴向上位置重合，径向上对立于驱动轴4的两端。所述齿轮1与所述驱动轴4之间设置有与所述驱动轴4同轴设置的蜗卷弹簧7；所述蜗卷弹簧7内端与所述驱动轴4相对固定，外端与所述齿轮1相对固定；当且仅当齿轮1的内齿6紧挨驱动轴4的轴键3时，驱动轴4与齿轮1通过驱动轴4上的轴键3与齿轮1的内齿6相互配合传动；齿轮1在空载状态下，蜗卷弹簧7为齿轮1提供与蜗卷弹簧7缠绕方向相反的力，使齿轮1的内齿6紧挨在驱动轴4的轴键3的位置。
本实施方式中驱动轴4与齿轮1依靠驱动轴4上的轴键3与齿轮1的内齿6相互配合传动。齿轮1与运输小车上的齿条相啮合，驱动小车进退。蜗卷弹簧7在空载状态下保持有预紧力，能够使齿轮1空载时复位，到达内齿6与轴键3紧贴的位置。在工作过程中，可利用电控系统对电机传动轴位置的控制，使齿轮1空载时复位在一个设定的角度范围内，在该角度范围内齿轮1与齿条进入啮合时不会卡死。
驱动轴4通过轴键3与齿轮1的内齿6在一定相对位置下发生连接，利用驱动轴4与齿轮1相对角度的变化，达到等效的双向离合器的效果，解决了齿轮齿条进入啮合、脱离啮合以及双电机的不同步造成的碰撞和干涉问题，保证了接力过程的平稳进行。蜗卷弹簧7可以在空载后带动齿轮1复位，为下一次齿轮齿条进入啮合做好初始位置准备。若驱动轴4相对于齿轮1顺时针旋转，则弹簧提供给齿轮1的复位力将为顺时针方向；若驱动轴4相对于齿轮1逆时针旋转，则弹簧提供给齿轮1的复位力将为逆时针方向。
如图1所示，齿轮1侧面设有弹簧套2，二者相对固定，通过长螺栓(紧固件8)连接固定为一个刚性整体，所述驱动轴4穿过该刚性整体中空的内部空间并与刚性整体同轴。该刚性整体通过轴承5座于驱动轴4之上。所述蜗卷弹簧7设置于弹簧套2内部；蜗卷弹簧7内端连接驱动轴4，外端连接弹簧套2。弹簧套2内部还设有内部挡板阻止蜗卷弹簧7滑动。
齿轮1与弹簧套2的接口为在轴向采用套筒的方式连接，在周向采用嵌齿的方式连接。套筒型式结构用于防止齿轮1与弹簧套2接合的刚性整体由于自重产生纵向变形；嵌齿型式结构用于承担主要扭矩，防止紧固件8轴旋转方向变形。
所述齿轮1通过至少两组轴承5座于所述驱动轴4上；至少所述驱动轴4两端设置有所述轴承5。所述齿轮1上内齿6的两端设有套筒式凸缘，凸缘内部提供轴承5的安装空间。多组轴承5支承能够保证离合器结构的同轴度，并在轴向上以轴键3、内齿6配合的位置为中心，实施轴承支撑强度的对称布置。
下面结合实例对本发明的装置进行进一步的说明。
实例
本实例中将本发明提供的嵌齿式离合器接力装置安装于燃料转运装置的下部传动机构之上(反应堆厂房和燃料厂房两侧分别安装)，如图2所示，传动机构经联轴器、伞齿轮将电机转矩传递到驱动轴4，齿轮1与弹簧套2座于驱动轴4的滚动轴承之上，齿轮1与运输小车上的齿条相啮合，驱动小车进退。
本实施例中，假设右侧为kx厂房一侧，左侧为rx厂房一侧，以运输小车从kx侧厂房启动位置运行至rx侧厂房终止位置为例，一种嵌齿式离合器接力装置的驱动过程可以基本上分为四个过程，具体如下：
(1)齿条与rx侧齿轮啮合之前
如图3所示，kx侧离合器在初始位置时，
(2)齿条与rx侧齿轮进入啮合→rx侧驱动轴启动前
齿轮齿条接触瞬间存在一个啮合死区，当齿轮轮齿的位置停止在该区域时，齿条的接触作用力指向齿轮中心轴线，出现受力卡死现象。
啮合死区的两个极限位置如图4和图5所示。利用离合器的复位特性，通过编码器控制驱动轴的停止位置，使空载的rx侧齿轮轮齿停在非啮合死区的中间位置，以迎接齿条的啮合，如图6所示。
由于离合器的复位功能，空载状态下的rx侧齿轮在逆时针方向上拥有300°的超越空间，避免了齿条与齿轮的刚性碰撞。
当齿条与rx侧齿轮进入啮合后，rx侧齿轮在齿条的带动下转动。当rx侧齿轮在齿条的带动下相对于空载位置旋转了约
(3)rx侧驱动轴启动→齿条脱离kx侧齿轮
rx侧驱动轴启动进行逆时针旋转，转速高于kx侧驱动轴，直到rx侧离合器的逆时针超越空间
当rx侧离合器的逆时针超越空间
此后该驱动关系保持不变，由rx驱动轴驱动rx侧齿轮、rx侧齿轮驱动齿条、齿条驱动kx侧齿轮。同时，kx侧离合器的
(4)齿条脱离齿轮→下一次准备进入啮合
当齿条脱离kx侧齿轮后，kx侧驱动轴继续旋转，至设定位置后停止。在此过程中，由于蜗卷弹簧的作用力，kx侧齿轮将相对于kx侧驱动轴做逆时针旋转，直至kx侧轮齿牙逆时针方向上贴合轴齿牙，完成复位，如图10所示。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。