具有超越分离传动功能的摩擦式离合器装置的制作方法

本发明属于机械动力传动领域，具体涉及一种具有超越分离传动功能的摩擦式离合器装置。

背景技术：

重型柴油机、燃气轮机等皆是高功率密度的重装动力机械，广泛应用于超重型运输车辆、超大型工程机械、电力生产、天然气长距离管道输送、民用航空器等民用装备领域及舰船、军用车辆、军用飞机等军事装备领域。燃气轮机、大功率重型柴油机等重装动力机械功率达到千瓦级甚至高达数万千瓦，例如，用于超大型工程机械、坦克等重型装备的柴油机功率一般都超过1000千瓦，而我国自行研制的世界上最大的舰船用燃气轮机功率高达40000千瓦，这些重装动力机械无法自行启动，而是必须由专门的启动系统驱动启动，因此，启动系统是重装动力机械不可或缺的重要组成部分。重装动力机械的启动系统一般包括启动动力装置和启动动力传输控制模块两大部分，其中，启动动力装置提供启动动力，多采用功率相对较小的内燃机或电动机，启动动力传输控制模块的作用是稳定、可靠地传递启动动力，并在重装动力机械完成启动、进入稳态工况后及时分离动力传递路径，避免启动动力装置停机后影响重装动力机械正常工作，同时可以有效防止启动系统在重装动力机械的反拖下可能带来的损害。

目前，在重装动力机械启动系统中，普遍采用摩擦式离合器或超越离合器作为动力传输控制模块。摩擦式离合器通过摩擦副的接合与分离传递或中断动力传动，其主要特点是具有双向传动功能，并可以在任何转速下接合或分离传动，但在重装动力机械完成启动后如不能及时分离传动，会导致启动系统成为负载，影响重装动力机械的稳态运行。超越离合器也称为单向离合器，其主要特点是只实现单向传动，而且动力接合或分离皆由其自主完成，超越离合器的工作性能由其结构型式和机械特性所决定，如将超越离合器输入转速记为ni、输出转速记为no，在传动的转速方向上，当ni＞no时，超越离合器接合并传递动力，当ni≤no时，即输出转速对输入转速形成超越或处于超越临界状态时，超越离合器分离并中断传动；超越离合器可分为接触式和非接触式两大类，接触式超越离合器结构相对简单、易于实现动平衡，超越分离转速范围相对较宽，转速适应性好，但工作中在分离传动时，主、从动件之间始终接触并形成滑磨，导致零部件磨损，影响其性能稳定性和使用寿命；非接触式超越离合器的特点是，工作中在分离传动时，主、从动件不接触，可以有效避免零部件磨损，性能稳定、使用寿命长，但由于其结构相对复杂，动平衡要求高，超越分离转速范围相对较窄，转速适应性较差，针对不同应用对象，需要根据接合和分离转速进行专门设计，通用性差，对零部件制造工艺要求也相对较高。

技术实现要素：

本发明提供一种具有超越分离传动功能的摩擦式离合器装置,其目的是使传动控制装置兼具摩擦式离合器和超越离合器的特点，同时有效规避二者的固有缺点，以更好地满足重装动力机械启动系统的作动性能要求。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有超越分离传动功能的摩擦式离合器装置，其创新在于：该装置由第一端组件、第二端组件和机座组成。

所述第一端组件包括第一轴、固定盘套筒轴、固定盘、超越离合器。

所述第一轴的一端作为向内输入动力的输入端，第一轴通过轴承旋转支承在机座上。

所述固定盘套筒轴为轴向设有通孔的空心轴；所述固定盘为一侧断面上固设有环形摩擦材料的圆盘，固定盘同轴固设于固定盘套筒轴上；固定盘套筒轴连同固设其上的固定盘同轴套设于第一轴上，固定盘套筒轴通过轴承旋转支承在第一轴上。

所述超越离合器设置在固定盘套筒轴与第一轴之间，超越离合器具有第一连接端和第二连接端，其第一连接端与第一轴传动连接，其第二连接端与固定盘套筒轴传动连接，超越离合器是具有自动实现单向传动接合与分离特性的机械传动控制装置，其单向传动接合与分离特性采用下列两种方案之一：

第一种是在传动转速方向上，将超越离合器第一连接端作为主动端、第二连接端作为从动端，当超越离合器第一连接端转速大于其第二连接端转速时超越离合器接合并传递动力，当超越离合器第二连接端转速大于或等于其第一连接端转速时超越离合器分离并中断传动；在此状态下，所述第一轴作为输入轴接收输入动力，第二轴作为输出轴向外输出动力；

第二种是在传动转速方向上，将超越离合器第二连接端作为主动端、第一连接端作为从动端，当超越离合器第二连接端转速大于其第一连接端转速时超越离合器接合并传递动力，当超越离合器第一连接端转速大于或等于其第二连接端转速时超越离合器分离并中断传动；在此状态下，所述第二轴作为输入轴接收输入动力，第一轴作为输出轴向外输出动力。

所述第二端组件包括滑动盘套筒轴、滑动盘、离合器分离轴承、第二轴、挡圈和复位弹簧。

所述滑动盘套筒轴为设有内花键通孔的空心轴；所述滑动盘为对应于固定盘设置的圆盘，滑动盘同轴固设于滑动盘套筒轴上。

所述离合器分离轴承具有外圈和内圈，其外圈同轴固设于滑动盘套筒轴的一端，其内圈同轴套设于第二轴上。

所述第二轴与第一轴同轴布置，第二轴的一端设有外花键，挡圈定位设置在第二轴的一端上，第二轴的另一端作为向外输出动力的输出端；滑动盘套筒轴连同固设于其上的滑动盘和离合器分离轴承同轴套设于第二轴上，其中：设于滑动盘套筒轴上的内花键与设于第二轴上的外花键形成花键配合，使滑动盘套筒轴与第二轴同步转动并可相对于第二轴轴向移动；同轴套设于第二轴上的离合器分离轴承内圈能够同时相对于第二轴转动和轴向移动；所述复位弹簧安装在挡圈与滑动盘套筒轴之间并作用在滑动盘套筒轴的轴向上。

在装配状态下，固定盘与滑动盘配合形成一种可离合的摩擦式传动副，当对离合器分离轴承内圈轴向施加作动力时，可使离合器分离轴承、滑动盘套筒轴以及滑动盘沿轴向同步移向固定盘并压缩复位弹簧，当滑动盘压紧在固定盘上时滑动盘与固定盘接合；在滑动盘与固定盘接合状态下，当第一轴的输入转速大于第二轴的输出转速时，超越离合器接合，第一轴通过超越离合器、固定盘及滑动盘向第二轴传递动力；在滑动盘与固定盘接合状态下，当第一轴的输入转速小于或等于第二轴的输出转速时，超越离合器分离，第一轴中断向第二轴传递动力；当对离合器分离轴承内圈轴向施加的作动力消除后，离合器分离轴承、滑动盘套筒轴以及滑动盘在复位弹簧回弹力作用下同步向远离固定盘的方向轴向移动，使滑动盘与固定盘分离，且滑动盘与固定盘二者之间失去摩擦传动能力。

上述技术方案中的有关内容说明如下：

1.上述方案中，所述摩擦式传动副可以由单片摩擦片构成单片摩擦式传动副，也可以由多片摩擦片构成多片摩擦式传动副。

2.上述方案中，所述超越离合器可以采用楔块式单向合器，也可以采用滚柱式单向离合器，还可以采用棘轮棘爪式单向离合器。

3.上述方案中，所述离合器分离轴承可以采用轴向推力轴承，也可以采用角接触轴承，还可以采用平面轴承。

本发明的设计原理和技术构思是：为了兼具摩擦式离合器和超越离合器的特点，同时有效规避二者的固有缺点，以更好地满足重装动力机械启动系统的作动性能要求，本发明将摩擦式离合器中的盘式摩擦传动副与超越离合器巧妙的串联构成一种动力传动链，当盘式摩擦传动副与超越离合器二者同时接合时形成从本发明装置输入端到输出端的动力传动，当二者中任何一者分离时皆可中断动力传动。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：

1.本发明工作过程中，在重装动力机械完成启动并达到超越转速后，超越离合器首先自主分离并中断传动，然后分离摩擦式离合器来中断启动系统输出端与超越离合器从动端的传动，如此即降低了对摩擦传动副分离时刻的要求，同时也有效避免了重装动力机械完成启动后反拖超越离合器从动端继续旋转形成的摩擦磨损，降低了对超越离合器工作转速适应性的要求。

2.本发明单片摩擦式传动副适用于所需启动功率相对较小，或者启动转速相对较低的重装动力机械的启动系统，多片摩擦式传动副适用于所需启动功率相对较大，或者启动转速相对较高的重装动力机械的启动系统。

附图说明

图1为本发明传动原理与结构示意图；

图2为本发明采用单片摩擦式传动副时的实施例结构示意图；

图3为本发明采用多片摩擦式传动副时的实施例结构示意图；

图4为本发明转换传动方向时的传动原理与结构示意图。

附图标记：b1.第一轴承；b2.第二轴承；b3.第三轴承；b4.第四轴承；b5.第五轴承；b6.第六轴承；b6a.第六轴承外圈；b6b.第六轴承内圈；cy.超越离合器；d.挡圈；f.作动力；gp.环形钢片；ht.外花键套；hg.内花键毂；jz.机座；mp.环形摩擦片；ni.输入转速；no.输出转速；p1.固定盘；p2.滑动盘；pi.输入动力；po.输出动力；s.复位弹簧；t1.固定盘套筒轴；t2.滑动盘套筒轴；z1.第一轴；z2.第二轴。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：一种应用于重装动力机械启动系统的具有超越分离传动功能的摩擦式离合器装置（采用单片摩擦式传动副）

参见图1、图2所示，该装置由第一端组件、第二端组件和机座jz组成。

所述第一端组件包括第一轴z1、固定盘套筒轴t1、固定盘p1、超越离合器cy、第三轴承b3和第四轴承b4。

所述第一轴z1的一端作为向内输入动力pi的输入端与启动系统动力源传动连接，第一轴z1通过第一轴承b1和第二轴承b2旋转支承在机座jz上。

所述固定盘套筒轴t1为轴向设有通孔的空心轴。所述固定盘p1为中心部位设有通孔，一侧断面上固设有环形摩擦材料的圆盘。固定盘p1同轴固设于固定盘套筒轴t1上。固定盘套筒轴t1连同固设其上的固定盘p1同轴套设于第一轴z1上，固定盘套筒轴t1通过所述第三轴承b3、所述第四轴承b4旋转支承在第一轴z1上。

所述超越离合器cy设置在固定盘套筒轴t1与第一轴z1之间，超越离合器cy采用楔块式单向合器，其具有主动端和从动端，其主动端与第一轴z1传动连接，其从动端与固定盘套筒轴t1传动连接，超越离合器cy是具有自动实现单向传动接合与分离特性的机械传动控制装置，在传动转速方向上，当超越离合器cy主动端转速大于其从动端转速时超越离合器cy接合并传递动力，当超越离合器cy从动端转速大于或等于其主动端转速时超越离合器cy分离并中断传动。

所述第二端组件包括滑动盘套筒轴t2、滑动盘p2、离合器分离轴承、第二轴z2、挡圈d、第五轴承b5和复位弹簧s。其中，离合器分离轴承为第六轴承b6，第六轴承b6采用轴向推力轴承（见图2）。

所述滑动盘套筒轴t2为设有内花键通孔的空心轴；所述滑动盘p2为对应于固定盘p1设置且中心部位设有通孔的圆盘，滑动盘p2同轴固设于滑动盘套筒轴t2上。

所述第六轴承b6具有第六轴承外圈b6a和第六轴承内圈b6b，第六轴承外圈b6a同轴固设于滑动盘套筒轴t2的一端，第六轴承内圈b6b同轴套设于第二轴z2上。

所述第二轴z2与第一轴z1同轴布置，第二轴z2的一端设有外花键，挡圈d定位设置在第二轴z2的一端上，第二轴z2的一端通过所述第五轴承b5旋转支承于第一轴z1的另一端，第二轴z2的另一端作为向外输出动力po的输出端，该输出端与启动对象传动连接。滑动盘套筒轴t2连同固设于其上的滑动盘p2和第六轴承b6同轴套设于第二轴z2上，其中：设于滑动盘套筒轴t2上的内花键与设于第二轴z2上的外花键形成花键配合，使滑动盘套筒轴t2与第二轴z2同步转动并可相对于第二轴z2轴向移动。同轴套设于第二轴z2上的第六轴承内圈b6b能够同时相对于第二轴z2转动和轴向移动。所述复位弹簧s安装在挡圈d与滑动盘套筒轴t2之间并作用在滑动盘套筒轴t2的轴向上。

在装配状态下，固定盘p1与滑动盘p2配合形成一种可离合的单片摩擦式传动副，当对第六轴承内圈b6b轴向施加作动力f时，可使第六轴承b6、滑动盘套筒轴t2以及滑动盘p2沿轴向同步移向固定盘p1并压缩复位弹簧s，当滑动盘p2压紧在固定盘p1上时滑动盘p2与固定盘p1接合。在滑动盘p2与固定盘p1接合状态下，当第一轴z1的输入转速ni大于第二轴z2的输出转速no时，超越离合器cy接合，第一轴z1通过超越离合器cy、固定盘p1及滑动盘p2向第二轴z2传递动力。在滑动盘p2与固定盘p1接合状态下，当第一轴z1的输入转速ni小于或等于第二轴z2的输出转速no时，超越离合器cy分离，第一轴z1中断向第二轴z2传递动力。当对第六轴承内圈b6b轴向施加的作动力f消除后，第六轴承b6、滑动盘套筒轴t2以及滑动盘p2在复位弹簧s回弹力作用下同步向远离固定盘p1的方向轴向移动，使滑动盘p2与固定盘p1分离，且滑动盘p2与固定盘p1二者之间失去摩擦传动能力。

本实施例应用于重装动力机械启动系统时的工作过程如下：

应用本装置的启动系统在启动重装动力机械时，在停机状态下，首先对第六轴承内圈b6b轴向施加作动力f，使第六轴承b6、滑动盘套筒轴t2以及滑动盘p2轴向移动，直至滑动盘p2压紧在固定盘p1上形成摩擦传动能力。在此过程中，复位弹簧s因受到压缩而产生回弹力，随后，启动系统的动力源开始工作并以输入转速ni对本发明具有超越分离传动功能的摩擦式离合器装置输入启动动力，该启动动力经第一轴z1传递给超越离合器cy的主动端并带动其以输入转速ni同步转动。被启动的重装动力机械最初处于静止状态，此时由超越离合器cy从动端、固定盘套筒轴t1、固定盘p1、滑动盘p2、滑动盘套筒轴t2和第二轴z2构成的传动链上所有零部件转速皆为0，即输出转速no＝0，因此输入转速ni＞输出转速no，超越离合器cy接合，启动系统动力源提供的动力，经超越离合器cy从动端到第二轴z2的传动链，以输入转速ni输出并驱动重装动力机械开始转动。随着重装动力机械转速的提高，当达到重装动力机械启动转速时，重装动力机械启动，此后，维持输入转速ni不变，同时使重装动力机械逐步加速，直至其达到稳定工况转速。在重装动力机械由启动转速开始加速时，在其反拖下，第二轴z2、滑动盘套筒轴t2、滑动盘p2、固定盘p1、固定盘套筒轴t1和超越离合器cy从动端皆以输出转速no转动，因此时输入转速ni稳定在重装动力机械启动转速，由此输出转速no≥输入转速ni，超越离合器分离cy，启动动力在超越离合器cy处中断。之后，消除作动力f，使滑动盘p2与固定盘p1分离，启动系统动力源停止工作，启动系统中仅有第二轴z2、滑动盘套筒轴t2和滑动盘p2随同重装动力机械同步转动，至此即完成了重装动力机械的启动。

实施例2：一种应用于重装动力机械启动系统的具有超越分离传动功能的摩擦式离合器装置（采用多片摩擦式传动副）

参见图3所示，该装置的结构特点，是在实施例1的基础上，将固定盘p1与滑动盘p2之间所设的单片摩擦式传动副改为多片摩擦式传动副。其余结构与实施例1基本相同。本实施例摩擦式离合器装置适用于功率相对更大、工作转速相对更高的重装动力机械的启动系统。

下面结合图3对本实施例的结构特点作进一步描述：本实施例针对多片摩擦式传动副，在所述固定盘p1上设有内花键毂hg和一组环形摩擦片mp。

所述内花键毂hg为圆筒形，内花键毂hg的内圆柱面上设有内花键，内花键毂hg同轴固设于固定盘p1一侧端面上。所述一组环形摩擦片mp的数量在两个或两个以上，每个环形摩擦片mp由第一环形钢片与固结在其两侧的环形摩擦片构成，所述第一环形钢片的外圆上设有外花键，该外花键与内花键毂hg内圆柱面上所设的内花键形成花键配合，在装配状态下每个环形摩擦片mp皆可与内花键毂hg同步转动并可相对于内花键毂hg轴向移动。

本实施例针对多片摩擦式传动副，在所述滑动盘p2上设有外花键套ht和一组第二环形钢片gp。

所述外花键套ht为圆筒形，外花键套ht的外圆柱面上设有外花键，外花键套ht同轴固设于滑动盘p2一侧端面上。所述一组第二环形钢片gp的数量比所述一组环形摩擦片mp的数量少一个，每个第二环形钢片gp为环形薄板，第二环形钢片gp的内圆上设有内花键，该内花键与外花键套ht外圆柱面上所设的外花键形成花键配合，在装配状态下每个第二环形钢片gp皆可与外花键套ht同步转动并可相对于外花键套ht轴向移动。

在装配状态下，一组环形摩擦片mp和一组第二环形钢片gp以第二环形钢片gp相对于环形摩擦片mp一隔一方式沿轴向在固定盘p1与滑动盘p2之间间隔布置，且固定盘p1、滑动盘p2环形摩擦片mp以及第二环形钢片gp相互之间皆留有间隙，其中每个环形摩擦片mp侧的环形摩擦面与相邻第二环形钢片gp对应的环形面之间皆构成一对摩擦副，以此一组环形摩擦片mp和一组第二环形钢片gp构成具有多对摩擦副的多片摩擦式传动副。

本实施例固定盘p1与滑动盘p2配合形成一种可离合的多片摩擦式传动副，当对第六轴承内圈b6b轴向施加作动力f时，可使第六轴承b6、滑动盘套筒轴t2以及滑动盘p2沿轴向同步移向固定盘p1并压缩复位弹簧s，当滑动盘p2压紧在固定盘p1上时滑动盘p2与固定盘p1接合。在滑动盘p2与固定盘p1接合状态下，当第一轴z1的输入转速ni大于第二轴z2的输出转速no时，超越离合器cy接合，第一轴z1通过超越离合器cy、固定盘p1及滑动盘p2向第二轴z2传递动力。在滑动盘p2与固定盘p1接合状态下，当第一轴z1的输入转速ni小于或等于第二轴z2的输出转速no时，超越离合器cy分离，第一轴z1中断向第二轴z2传递动力。当对第六轴承内圈b6b轴向施加的作动力f消除后，第六轴承b6、滑动盘套筒轴t2以及滑动盘p2在复位弹簧s回弹力作用下同步向远离固定盘p1的方向轴向移动，使滑动盘p2与固定盘p1分离，且滑动盘p2与固定盘p1二者之间失去摩擦传动能力。

本实施例应用于重装动力机械启动系统时的工作过程与实施例1类似，为了节约篇幅这里不再重复描述。

下面针对本发明的其他实施情况以及结构变化作如下说明：

1．以上两个实施例中，所述超越离合器cy采用的是楔块式单向合器。但本发明不局限于此，还可以采用滚柱式单向离合器，或者棘轮棘爪式单向离合器等其它结构形式的超越离合器。这是本领域技术人员能够理解和认知的变化。

2．以上两个实施例中，所述离合器分离轴承采用的是轴向推力轴承。但本发明不局限于此，还可以采用角接触轴承，或者平面轴承等可以带有轴向推力的轴承均可以应用于本发明中并获得相同的技术效果。这是本领域技术人员能够理解和认知的变化。

3.以上两个实施例中，针对所述超越离合器cy的单向传动接合与分离特性设置是：在传动转速方向上，将超越离合器cy第一连接端作为主动端、第二连接端作为从动端，当超越离合器cy第一连接端转速大于其第二连接端转速时超越离合器cy接合并传递动力，当超越离合器cy第二连接端转速大于或等于其第一连接端转速时超越离合器cy分离并中断传动。在此状态下，所述第一轴z1作为输入轴接收输入动力pi，第二轴z2作为输出轴向外输出动力po。但本发明不局限于此，也可以通过改变超越离合器cy的单向传动接合与分离特性设置来改变传动方向。参见图4所示，在传动转速方向上，将超越离合器cy第二连接端作为主动端、第一连接端作为从动端，当超越离合器cy第二连接端转速大于其第一连接端转速时超越离合器cy接合并传递动力，当超越离合器cy第一连接端转速大于或等于其第二连接端转速时超越离合器cy分离并中断传动；在此状态下，所述第二轴z2作为输入轴接收输入动力pi，第一轴z1作为输出轴向外输出动力po。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。