一种自适应棘爪式双向超越离合器

1.本发明涉及机械传动系统技术领域，具体涉及一种自适应棘爪式双向超越离合器。


背景技术：

2.超越离合器是机械传动系统中基础元件之一，是一种随主、从动部件的速度变化或旋转方向的变换，自动接合或脱开的离合器，在包装机械、食品机械、轻工机械、农业机械、冶金矿山、石油化工、机床、汽车、兵器、航空和电站等领域中广泛应用。
3.根据工作原理，超越离合器可分为嵌合式和摩擦式，其中嵌合式也称棘爪式。棘爪式超越离合器的结构简单、制造容易且可靠性高，但在接合时会出现冲击和噪声，通常适用于转速差较小的应用场合。摩擦式超越离合器接合平稳无冲击、空行程较短，可在任何转速下进行接合，应用范围更广泛，其传递转矩范围从1-100000nm。
4.超越离合器的应用领域包括如下三种：
5.(1)变换速度：在运动链不脱开的情况下，可以使从动件获得快慢两种速度。
6.(2)防止逆转：单向超越离合器在一个转动方向传递转矩，而在相反方向转矩作用下则空转。
7.(3)间歇运动：通过双向超越离合器和单向超越离合器的适当组合，可以实现从动部件作某种规律的间歇运动。
8.但是，目前现有技术的双向超越离合器均为可控型，可控型超越离合器由离合器和机械或电磁切换装置组成，即只能通过外界以手动或自动的方式，切换滚子在楔形通道内的停留位置，才可以选择正向或反向单向超越、双向超越以及双向楔合等工作模式。


技术实现要素：

9.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种自适应棘爪式双向超越离合器，该超越离合器无须附加任何操纵机构，可以根据主、从动部件的速度变化或旋转方向的变换，自动接合或脱开：当双向棘轮为主动部件时，中心轴与双向棘轮自动双向接合；当中心轴为主动部件时，中心轴与双向棘轮自动双向分离。
10.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
11.一种自适应棘爪式双向超越离合器，该超越离合器包括双向棘轮、双向棘爪轮、中心轴和双向让位键；
12.双向棘爪轮包括相对、嵌合的第一单向棘爪轮、第二单向棘爪轮；第一单向棘爪轮和第二单向棘爪轮之间设有用于连接第一单向棘爪轮和第二单向棘爪轮的多个复位弹簧和多个连杆组；使其在一定范围内可以单向相对转动。第一单向棘爪轮、第二单向棘爪轮均环向设有棘爪；双向让位键布置在双向棘爪轮和中心轴之间。
13.进一步地，双向让位键一侧与第一单向棘爪轮和第二单向棘爪轮的键侧壁刚性接触，另一侧与第一单向棘爪轮和第二单向棘爪轮保持有相对转动的空间。
是解锁销的圆周直径，d2是中心轴的直径。
28.更进一步地，所述的第一让位间隙槽、第二让位间隙槽的宽度尺寸与中心轴的连杆滑槽的上限位和下限位的位置是关联的，不能相互干涉。
29.更进一步地，所述的双向让位键可以用功能与原理相近的其他结构替代。
30.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
31.(1)本发明的自适应棘爪式双向超越离合器中第一单向棘爪轮、第一单向棘爪轮、连杆组、中心轴及其连杆滑槽连接形成了六杆机构的工作关系，在双向让位键的配合下，自适应棘爪式双向超越离合器的各部件成为运动协调的整体；当双向棘轮主动且双向棘轮转速大于等于中心轴转速时，第一单向棘爪轮、第二单向棘爪轮可以相互支撑，传递载荷，从而实现双向棘轮与中心轴双向自动接合；当中心轴主动时，连杆组可以协调第一单向棘爪轮、第二单向棘爪轮与中心轴的运动关系，使三者不会发生运动干涉，中心轴的解锁销解除第一单向棘爪轮、第二单向棘爪轮与双向棘轮之间的啮合关系，从而实现双向棘轮与中心轴的运动双向自动分离。
32.(2)本发明的自适应棘爪式双向超越离合器无须附加任何操纵机构，可以根据主、从动部件的速度变化或旋转方向的变换，自动接合或脱开：当双向棘轮为主动部件时，中心轴与双向棘轮自动双向接合；当中心轴为主动部件时，中心轴与双向棘轮自动双向分离。
33.(3)本发明的自适应棘爪式双向超越离合器具有结构简单，运行可靠，适用范围广等技术特点。
附图说明
34.图1为实施例中自适应棘爪式双向超越离合器的局部解剖简图；
35.图2为实施例中双向棘爪轮的装配分解简图；
36.图3为实施例中第一单向棘爪轮的结构示意图；
37.图4为实施例中第二单向棘爪轮的结构示意图；
38.图5为实施例中棘爪的结构示意图；
39.图6为实施例中中心轴的结构示意图；
40.图7为实施例中双向让位键的结构示意图；
41.图8为实施例中连杆组的连接关系与让位间隙的示意图；
42.图中标号所示：1-双向棘轮；2-双向棘爪轮；3-中心轴；4-双向让位键；21-第一单向棘爪轮；22-第二单向棘爪轮；23-复位弹簧；24-连杆组；25-棘爪；26-棘爪弹簧；211-第一连杆孔；212-复位弹簧槽；213-第一键槽；214-第一棘爪槽；221-第二连杆孔；222-止挡；223-第二键槽；224-第二棘爪槽；251-棘爪卡；252-解锁槽；253-解锁斜面；35-上限位；36-下限位；31-解锁盘；32-第三键槽；33-连杆滑槽；34-解锁销；41-第一让位间隙槽；42-第二让位间隙槽；241-第一连杆；242-第二连杆；243-连杆销轴。
具体实施方式
43.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
44.实施例
45.一种自适应棘爪式双向超越离合器，由双向棘轮1、双向棘爪轮2、中心轴3和双向让位键4等组成，如图1所示。
46.双向棘爪轮2由第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22、复位弹簧23、连杆组24、棘爪25及棘爪弹簧26组成，如图2所示。第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22相对安装在中心轴3的解锁盘31两侧，通过复位弹簧23和连杆组24相互连接，使其在一定范围内可以单向相对转动。
47.第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22，每个单向棘爪轮均可实现一个方向的接合和相反方向的分离。
48.第一单向棘爪轮21环向均匀布置了第一连杆孔211、复位弹簧槽212、第一键槽213和第一棘爪槽214等，如图3所示。
49.第二单向棘爪轮22环向均匀布置了第二连杆孔221、止挡222、第二键槽223和第二棘爪槽224等，如图4所示。
50.棘爪25分别安装在第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22环向均匀布置的第一棘爪槽214、第二棘爪槽224内，其上的棘爪卡251的工作面朝向相反。
51.第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22上的第一棘爪槽214、第二棘爪槽215为径向设置，棘爪25能在第一棘爪槽214、第二棘爪槽215内径向滑动；第一棘爪槽214、第二棘爪槽215的槽底与棘爪25的底面在复位状态下保持有一定间隙，使棘爪25在被解锁时能脱出双向棘轮1的齿槽。
52.第二单向棘爪轮22的止挡222插入到第一棘爪轮21的复位弹簧槽212内。
53.双向棘爪轮2的复位弹簧23安装在第一单向棘爪轮21环向均匀布置的复位弹簧槽212内，复位弹簧23的一端紧靠复位弹簧槽212的端面，另一端作用在第二棘爪轮22的止挡222上，使自适应滚子式双向超越离合器的各部件在外力撤消的情况下能自动恢复到初始状态。
54.双向棘爪轮2的连杆组24位于第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22之间，和中心轴3的解锁盘31两侧，如图8所示。在本实施例中，一个连杆组包括两个连杆：第一连杆241和第二连杆242，第一连杆241和第二连杆242与连杆销轴243共铰，连杆销轴243可在中心轴3的解锁盘31的滑槽33内径向滑动。连杆241与第一单向棘爪轮21的第一连杆孔211连接，连杆242与第二单向棘爪轮22的第二连杆孔221连接。
55.中心轴3包括解锁盘31、第三键槽32、连杆滑槽33、解锁销34等，如图6所示。解锁盘31与中心轴3固连，其上设置有径向的连杆滑槽33，连杆滑槽33分上限位35和下限位36。连杆滑槽33的上限位35和下限位36的距离即连杆销轴243的行程，其行程须保证中心轴3解锁的要求，同时防止机构出现死点。。
56.中心轴3上的解锁销34环向均匀布置，分别插入到第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22上的棘爪25的解锁槽252内，与棘爪25的解锁斜面253保持接触，棘爪25的结构如图5所示。
57.双向让位键4的结构如图7所示，布置在第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22和中心轴3之间，一侧与第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22的键侧壁刚性接触，另一侧与第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22保持有相对转动的空间。也就是，棘爪轮一侧方向运
动自由，另一侧方向运动受限制。
58.双向让位键4上半部的第一让位间隙槽41、第二让位间隙槽42错位相对布置，其中第一让位间隙槽41对应第一单向棘爪轮21，第二让位间隙槽42对应第二单向棘爪轮22；下半部嵌入到中心轴3的第三键槽33内，工作面与键壁紧贴。
59.双向让位键4的第一让位间隙槽41、第二让位间隙槽42的槽口位置与对应棘爪轮的棘爪卡251的工作面朝向一致，工作面向左则让位槽居左，工作面向右则让位槽居右。在实施例中，第一单向棘爪轮21上的棘爪卡251的工作面向左，因此，与第一单向棘爪轮21的第一键槽213所对应的双向让位键4的第一让位间隙槽41设置在键的左侧；同理，第二单向棘爪轮22的上的棘爪卡251的工作面向右，因此，与第二单向棘爪轮22的第二键槽223所对应的双向让位键4的第二让位间隙槽42设置在键的右侧。
60.双向让位键4的第一让位间隙槽41、第二让位间隙槽42的宽度尺寸必须满足中心轴3与第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22之间有足够的相对转动空间，使中心轴3的解锁销34能推动棘爪25脱离双向棘轮1的齿槽。
61.双向让位键4的第一让位间隙槽41、第二让位间隙槽42与其他各件的位置关系如图8所示，宽度尺寸与双向棘轮1的棘齿的高度尺寸h的关系：
[0062][0063]
式中：δ是第一让位间隙槽41、第二让位间隙槽42的宽度尺寸，h是双向棘轮1的齿高，d1是解锁销304的圆周直径，d2是中心轴3的直径。
[0064]
双向让位键4的第一让位间隙槽41、第二让位间隙槽42的宽度尺寸与中心轴3的连杆滑槽33的上限位35和下限位36的位置是关联的，不能相互干涉。
[0065]
本实施例中自适应棘爪式双向超越离合器通过连杆组24将第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22、中心轴3等连接构成了六杆机构的运动关系，使之成为运动协调的整体。
[0066]
本实施例中自适应棘爪式双向超越离合器的详细工作过程：
[0067]
一、复位状态
[0068]
自适应棘爪式双向超越离合器是通过环向均匀布置的复位弹簧23使各零件保持正确的相对位置关系：
[0069]
(1)第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22上的棘爪25分别插入到双向棘轮1的对应齿槽内；
[0070]
(2)中心轴3的解锁销34处于第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22上的棘爪25的解锁槽252的中位；
[0071]
(3)第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22的第一键槽213、第二键槽223与双向让位键4的非让位侧紧贴无间隙；
[0072]
(4)连杆组24的连杆销轴243处于中心轴3的连杆滑槽33的下极限位。
[0073]
二、接合状态
[0074]
1、双向棘轮1为主动部件，顺时针旋转；中心轴3为从动部件，固定或双向棘轮1转速大于等于中心轴3的转速；
[0075]
双向棘轮1作用于第一单向棘爪轮21上的棘爪卡251，由于棘爪轮21与双向让位键4之间的第一让位间隙槽41，使双向棘轮1能带动棘爪轮21同向转动；第二单向棘爪轮22与
双向让位键4的非让位侧无间隙，因此第二单向棘爪轮22与中心轴3保持相同的运动状态。
[0076]
在第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22、第一连杆241、第二连杆242和中心轴3及滑槽33所构成的六杆机构的协同作用下，中心轴3相对固定，第二单向棘爪轮22受双向让位键4的限制，也相对固定，因此棘爪轮21能够通过下列的力传递路径将双向棘轮1的转矩传递至中心轴3：双向棘轮1
→
棘爪卡251
→
第一单向棘爪轮21
→
第一连杆241
→
第二连杆242
→
第二单向棘爪轮22
→
中心轴3。
[0077]
从而实现了中心轴3与双向棘轮1自动接合。
[0078]
2、双向棘轮1主动，逆时针旋转；中心轴3从动，固定或双向棘轮1转速大于等于中心轴3的转速；
[0079]
双向棘轮3作用于第二单向棘爪轮22上的棘爪卡251，由于第二单向棘爪轮22与双向让位键4之间的第二让位间隙槽42，使双向棘轮1能带动第二单向棘爪轮22同向转动；第一单向棘爪轮21与双向让位键4的非让位侧无间隙，因此第一单向棘爪轮21与中心轴3保持相同的运动状态。
[0080]
在第一单向棘爪轮21、第二单向棘爪轮22、第一连杆241、第二连杆242和中心轴3及滑槽33所构成的六杆机构协同作用下，中心轴3相对固定，第二单向棘爪轮22受双向让位键4的限制，也相对固定，因此第二单向棘爪轮22能够通过下列的力传递路径将双向棘轮1的转矩传递至中心轴3：双向棘轮1
→
棘爪卡251
→
第二单向棘爪轮22
→
第二连杆242
→
第一连杆241
→
第一单向棘爪轮21
→
中心轴3。
[0081]
从而，实现了中心轴3与双向棘轮1自动接合。
[0082]
三、分离状态
[0083]
1、中心轴3为主动部件，顺时针旋转；双向棘轮1为从动部件，固定或中心轴3的转速大于等于双向棘轮1转速；
[0084]
由于第一单向棘爪轮21与双向让位键4的非让位侧无间隙，第一单向棘爪轮21将随中心轴3同向转动，第一单向棘爪轮21与双向棘轮1脱开。
[0085]
由于第二单向棘爪轮22与双向让位键4之间的第二让位间隙242，中心轴3无法带动棘爪轮22同向运动，棘爪卡251不受力。
[0086]
中心轴3上的解锁销34作用于第二单向棘爪轮22上的棘爪25的解锁斜面253，推动棘爪25向轴心径向移动，使其脱离双向棘轮1的齿槽，解除了第二单向棘爪轮22与双向棘轮1的啮合关系，第二单向棘爪轮22与双向棘轮1脱开。
[0087]
2、中心轴3主动，逆时针；双向棘轮1从动，固定或中心轴3的转速大于等于双向棘轮1转速；
[0088]
由于第二单向棘爪轮22与双向让位键4的非让位侧无间隙，第二单向棘爪轮22将随中心轴3同向转动，第二单向棘爪轮22将与双向棘轮1脱开。
[0089]
由于第一单向棘爪轮21与双向让位键4之间的第一让位间隙槽241，中心轴3无法带动第一单向棘爪轮21同向运动，棘爪卡251不受力。
[0090]
中心轴3上的解锁销34作用于第二单向棘爪轮22上的棘爪25的解锁斜面253，推动棘爪25向轴心径向移动，使其脱离双向棘轮1的齿槽，解除了棘爪轮22与双向棘轮1的啮合关系，棘爪轮22与双向棘轮1脱开。
[0091]
由此，实现了中心轴3与双向棘轮1双向自动分离。
[0092]
综上，本发明的自适应棘爪式双向超越离合器，无须任何附加任何操纵机构，可以根据主、从动部件的速度变化或旋转方向的变换，完成自动接合或脱开：
[0093]
当双向棘轮1主动时，双向棘轮1转速大于等于中心轴3的转速，中心轴3与双向棘轮1双向自动接合。
[0094]
当中心轴3主动时，中心轴3的转速大于等于双向棘轮1转速，中心轴3与双向棘轮1双向自动分离。
[0095]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种自适应棘爪式双向超越离合器，其特征在于，该超越离合器包括双向棘轮(1)、双向棘爪轮(2)、中心轴(3)和双向让位键(4)；所述的双向棘爪轮(2)包括相对、嵌合的第一单向棘爪轮(21)、第二单向棘爪轮(22)；所述的第一单向棘爪轮(21)和第二单向棘爪轮(22)之间设有用于连接第一单向棘爪轮(21)和第二单向棘爪轮(22)的多个复位弹簧(23)和多个连杆组(24)；所述的第一单向棘爪轮(21)、第二单向棘爪轮(22)均环向设有棘爪(25)；所述的双向让位键(4)布置在双向棘爪轮(2)和中心轴(3)之间。2.根据权利要求1所述的一种自适应棘爪式双向超越离合器，其特征在于，所述的双向让位键(4)一侧与第一单向棘爪轮(21)和第二单向棘爪轮(22)的键侧壁刚性接触，另一侧与第一单向棘爪轮(21)和第二单向棘爪轮(22)保持有相对转动的空间。3.根据权利要求1所述的一种自适应棘爪式双向超越离合器，其特征在于，所述的棘爪槽(214)内设有棘爪弹簧(25)；所述的棘爪弹簧(25)一端与棘爪槽(214)相连，另一端与棘爪(25)相连。4.根据权利要求1所述的一种自适应棘爪式双向超越离合器，其特征在于，所述的连杆组(24)包括第一连杆(241)和第二连杆(242)；所述的第一连杆(241)和第二连杆(242)之间设有用于铰接第一连杆(241)和第二连杆(242)之间的连杆销轴(243)；所述的第一单向棘爪轮(21)环向均匀设置多个与第一连杆(241)相连的第一连杆孔(212)；所述的第二单向棘爪轮(22)环向均匀设置多个与第二连杆(242)相连的第二连杆孔(222)。5.根据权利要求4所述的一种自适应棘爪式双向超越离合器，其特征在于，所述的中心轴(3)周边设有与中心轴(3)固连的解锁盘(31)；所述的解锁盘(31)环向均匀设置多个连杆滑槽(33)；所述的连杆滑槽(33)包括径向设置的上限位(35)和下限位(36)；所述的上限位(35)和下限位(36)之间的距离为连杆销轴(243)的行程。6.根据权利要求4所述的一种自适应棘爪式双向超越离合器，其特征在于，所述的棘爪(25)端部设有棘爪卡(251)；所述的棘爪(25)中部设解锁槽(252)；所述的解锁槽(252)的槽面为斜面结构；分别位于第一单向棘爪轮(21)和第二单向棘爪轮(22)上所述的棘爪(25)的棘爪卡(251)工作面朝向相反；所述的解锁盘(31)环向均匀设有插在解锁槽(252)的解锁销(34)，与斜面结构接触。7.根据权利要求6所述的一种自适应棘爪式双向超越离合器，其特征在于，所述的第一单向棘爪轮(21)环向均匀设置第一键槽(214)；所述的第二单向棘爪轮(22)环向均匀设置第二键槽(224)；所述的双向让位键(4)设有第一让位间隙槽(41)的一侧嵌入第一键槽(214)；所述的双向让位键(4)设有第二让位间隙槽(42)的一侧嵌入第二键槽(224)；所述的第一让位间隙槽(41)、第二让位间隙槽(42)在双向让位键(4)上错位相对布置；所述的第一让位间隙槽(41)的槽口位置和第一单向棘爪轮(21)中棘爪卡(251)的工作面朝向一致；所述的第二让位间隙槽(42)的槽口位置和第二单向棘爪轮(22)中棘爪卡(251)的工作面朝向一致。
8.根据权利要求1所述的一种自适应棘爪式双向超越离合器，其特征在于，所述的第一单向棘爪轮(21)环向均匀设有用于放置棘爪(25)的第一棘爪槽(214)；所述的第一单向棘爪轮(22)环向均匀设有用于放置棘爪(25)的第二棘爪槽(215)；所述的第一棘爪槽(214)和第二棘爪槽(215)径向设置；所述的棘爪(25)在第一棘爪槽(214)和第二棘爪槽(215)内径向滑动。9.根据权利要求1所述的一种自适应棘爪式双向超越离合器，其特征在于，所述的第一单向棘爪轮(21)环向均匀设置多个复位弹簧槽(213)；所述的第二单向棘爪轮(22)环向均匀设置插入复位弹簧槽(213)内的止挡(223)；所述的复位弹簧(23)安装在复位弹簧槽(213)内，一端紧靠复位弹簧槽(213)的端面，另一端与止挡(223)抵接。10.根据权利要求1所述的一种自适应棘爪式双向超越离合器，其特征在于，所述的双向棘轮(1)为主动部件，双向棘轮(1)转速大于等于中心轴(3)的转速，中心轴(3)与双向棘轮(1)自动双向接合；所述的中心轴(3)为主动部件，中心轴(3)转速大于等于双向棘轮(1)的转速，中心轴(3)与双向棘轮(1)自动双向分离。

技术总结
本发明涉及一种自适应棘爪式双向超越离合器，该超越离合器包括双向棘轮、双向棘爪轮、中心轴和双向让位键；双向棘爪轮包括相对、嵌合的第一单向棘爪轮、第二单向棘爪轮；第一单向棘爪轮和第二单向棘爪轮之间设有用于连接第一单向棘爪轮和第二单向棘爪轮的多个复位弹簧和多个连杆组；第一单向棘爪轮、第二单向棘爪轮均环向设有棘爪；双向让位键布置在双向棘爪轮和中心轴之间。与现有技术相比，本发明无须附加任何操纵机构，可以根据主、从动部件的速度变化或旋转方向的变换，自动接合或脱开：当双向棘轮为主动部件时，中心轴与双向棘轮自动双向接合；当中心轴为主动部件时，中心轴与双向棘轮自动双向分离。轴与双向棘轮自动双向分离。轴与双向棘轮自动双向分离。


技术研发人员：任敬东 高定刚 胡杰
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/7/21