CN104776169A - 一种可快速换向的离合器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可快速换向的离合器装置，包括单排双级行星轮系、接合器和制动器和用于控制接合器和制动器工作的控制***；所述单排双级行星轮系由太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、内齿圈和行星架组成，所述太阳轮与第一行星轮啮合，第一行星轮与第二行星轮啮合，第二行星轮与内齿圈啮合，第一行星轮与第二行星轮通过销铰接于行星架上，行星架连有动力输出轴；所述太阳轮连接于接合器的主动部分，所述内齿圈连接于接合器的从动部分，所述制动器设置于内齿圈外用于制动或释放内齿圈周向转动。本离合器装置结构简单、运行可靠、使用寿命长且可在动力输出轴转向不变的情况下动力输出轴转向的快速切换。

Description

一种可快速换向的离合器装置

技术领域

本发明涉及机械传动领域，特别是涉及一种可快速换向的离合器装置。

背景技术

离合器作为机械传动***的一种重要部件，担负着动力切断或连接的工作。离合器器种类繁多，按其工作原理主要有摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种，但现有的离合器都只能实现输入轴和输出轴同向旋转功能。此外，对于某些机器设备，其动力***在传递中需要有换向功能。比如车床采用中间轮来调整丝杆旋向，以实现刀具变向功能，常用的三星轮换向机构如图1所示。控制手柄不同位置，可实现从动轮转向的切换。为了避免打齿，切换时往往需要等机构停止转动，这无形当中降低了机器的使用效率。

目前，同时具有“离合”传动系和输出轴“快速换向”功能的离合器装置暂时没有出现。在已有技术中，中国发明专利CN203335742公开了一种双排单级行星齿轮自动离合器实现常规离合器功能。但由于采用双排行星齿轮结构，其所需零件数较多，导致制造成本相对较高，故障隐患增大、造价较贵。另外，该离合器无法实现输出轴快速换向功能，其功能和作用只局限于常规离合器。

可见，现有的离合器存在着以下不足：

1、常规离合器不能实现换向功能，导致在一些机械传动***中必须增设一套换向机构，从而使***更加复杂，并且连接元件的匹配设计、加工和装配增加了工作量，使得传动***的成本进一步提高。

2、目前常用的三星轮换向机构结构换向过程需要啮合齿轮之间先分离再啮合，这导致在机构运行时换向会存在冲击现象，只能等机构降速之后完成换向。这不仅降低了使用效率，也在一定程度上降低了使用寿命。三星轮换向机构结构在每个工作状态相当于定轴轮系设计，相对于行星齿轮式周转轮系而言，其结构尺寸较大，传动动态性能较差，较少应用于重载传动领域。

3、现有的双排单级行星齿轮离合器，其零件数较多导致装配困难、故障隐患大、造价贵，并且没有采取相应措施使离合器结合速度可调，无法实现现有车载离合器的滑磨功能。此外，该离合器无法实现输出轴的换向功能，限定了其使用范围，其功能和作用仅限于常规离合器。同时，该离合器结合工作时，利用第一排行星轮系的减速原理和第二排行星轮系的增速原理进行变速叠加达到传动比1：1的工作状态，与常规离合器的结合状态相比，其传动效率较低。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、性能可靠并且可快速换向的离合器装置。

本发明是这样实现的，一种可快速换向的离合器装置，包括单排双级行星轮系、接合器和用于控制接合器和制动器工作的控制***；所述单排双级行星轮系由太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、内齿圈和行星架组成，所述太阳轮与第一行星轮啮合，第一行星轮与第二行星轮啮合，第二行星轮与内齿圈啮合，第一行星轮与第二行星轮通过销铰接于行星架上，行星架连有动力输出轴；所述太阳轮连接于接合器的主动部分，所述内齿圈连接于接合器本体的从动部分，所述制动器设置于内齿圈外用于制动或释放内齿圈周向转动。

进一步的，所述制动器为鼓式制动器。

为了提高行星架的旋转动态稳定性，可将所述太阳轮套接于行星架上，即将太阳轮的轴心套接于行星架上，因无论行星架是正向旋转还是反向旋转，行星架均是以太阳轮的轴心为中心轴旋转，因此，通过将太阳轮套接于行星架上，使行星架绕该铰接点旋转，从而提高了行星架的旋转动态稳定性。

本发明可快速换向的离合器装置中，所述控制***包括一个的齿轮泵、两个电液比例换向阀、两个单向节流阀和两个液压缸，所述齿轮泵分别与所述两个电液比例换向阀连接，每个电液比例换向阀与一个单向节流阀连接，每个单向节流阀连接一个液压缸，其中一个液压缸的推杆作用于接合器，另一个液压缸的推杆作用于鼓式制动器。其中，单向节流阀实现液压缸压力油流量的手动粗调，而电液比例换向阀起到液压缸压力油流量的电控自动调节，从而实现接合器结合的速度可调或者鼓式制动器的速度可调。

进一步的，所述齿轮泵为带溢流阀和二级过滤的一体泵，其具有无困油现象、输送平稳、效率高、噪音小，使用寿命长的优点。

为使该离合器装置实现1:1旋转传动，所述太阳轮与内齿圈的齿数比为1：2。内齿圈的齿数Z3与太阳轮的齿数Z1比与传动比存在一定的关系，行星架的当量齿数ZH＝Z3-Z1，当Z3＝2Z1时，ZH刚好与Z1相同，从而实现离合器装置1：1传动。

具体的，本发明可快速换向的离合器装置中，所述太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、内齿圈的齿数依次为40、17、17、80。

本发明的有益效果为：区别于现有技术中常规的离合器无换向功能，三星轮换向机构换向效率低且平衡性差，双排单级行星齿轮离合器结构复杂、故障隐患大、造价昂贵、传动效率低等问题，本发明可快速换向的离合器装置采用单排双级行星齿轮系、接合器和制动器构成的主体部分，大大简化了离合器装置的结构，并且可以快速、平顺的切换离合器装置输出的转向，本发明可较地应用于工程机械、车辆传动系、机床设备、轻纺等领域。

附图说明

图1为现有技术中三星轮换向机构示意图；

图2为本发明可快速换向的离合器装置的结构简图；

图3为本发明中控制***的示意图。

标号说明：

1、太阳轮；  2、第一行星轮；  3、第二行星轮；  4、内齿圈；

5、行星架；  6、制动器；  7、接合器；  8、动力输入轴；

10、单排双级行星轮系；  21、齿轮泵；  22、电液比例换向阀一；

23、电液比例换向阀二；  24、单向节流阀一；  25、单向节流阀二；

26、液压缸一；  27、液压缸二。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图2，本发明一种可快速换向的离合器装置，包括接合器7、单排双级行星轮系10和制动器6；所述结合器分为主动部分和从动部分，结合器通过控制主动部分与从动部分的结合或分离，实现机械动力的传动连接或分别，其基本结构和原理与常规的离合器相同。

所述单排双级行星轮系10由太阳轮1、第一行星轮2、第二行星轮3、内齿圈4和行星架5组成，所述太阳轮1与第一行星轮2啮合，第一行星轮2与第二行星轮3啮合，第二行星轮3与内齿圈4啮合，第一行星轮2与第二行星轮3通过销铰接于行星架5上(行星架即动力输出轴)，所述行星架5固连动力输出轴，即行星架5为离合器装置的动力输出，其中，太阳轮的齿数Z1＝40、第一行星轮的齿数Z2＝17、第二行星轮的齿数Z2′＝17、内齿圈的齿数Z3＝80，此时，Z3＝2Z1时，行星架的当量齿数ZH＝Z3-Z1刚好与Z1相同，离合器实现1:1传动，其中，所述制动器优选为鼓式制动器。

所述太阳轮1连接于接合器7的主动部分，即太阳轮1连接离合器装置的动力输入轴8，所述内齿圈4连接于接合器本体7的从动部分，因此，所述接合器7可实现太阳轮与内齿圈的传动结合或分离，所述制动器6设置于内齿圈4外用于制动内齿圈4周向转动或释放内齿圈让其自由旋转。

本离合器装置的工作原理为：当接合器7分离且鼓式制动器分离时(太阳轮与内齿圈分离)，内齿圈4和行星架5空转而无动力输出，实现离合器分离功能；

当离合器本体7结合且鼓式制动器分离时，太阳轮1和内齿圈4同向同转速，此时行星架5被太阳轮1和内齿圈4挟持着同速同向旋转动，实现离合器装置正转功能；

当接合器7分离且鼓式制动器结合时，内齿圈4固定不动，太阳轮1与行星架5反向同转速输出。本离合器装置在转向切换过程中，各齿轮都是正常啮合运转，因此，无法等其停转后再切换，可以实现输出轴旋转方向快速、平稳地切换。

在上述实施方式中，为进一步提高行星架的旋转稳定性，所述太阳轮1还可套接于行星架5上，从而使行星架旋转时均是以太阳轮套接点为圆心。

当然本发明离合器装置的各齿轮的齿数比，并不仅限于上述实施方式中所提到的范围，所述各齿轮的齿数比可以根据实际的传动比和装置的体积大小选定。

本实施方式中离合器装置实现离合器正转功能时，采用离合器本体结合使行星轮系的内齿圈、太阳轮和行星架同向同转速旋转，根据行星轮系的工作原理，也可将离合器本体可以布置在内齿圈和行星架之间或太阳轮与行星架之间，本发明离合器装置同样涵盖各种离合器本体的结构变型。

如图3所示，为实现接合器的“合或分”和制动器的“制动或释放”的功能实现以及速度可调，所述控制***包括齿轮泵21、电液比例换向阀一22和电液比例换向阀二23、单向节流阀一24和单向节流阀二25，液压缸一26和液压缸二27，其中，26和27优选为单作用液压缸，所述液压缸二27的推杆作用于接合器7，液压缸一26作用于制动器6，其中，齿轮泵21优选为带溢流阀和2个单向阀的一体泵。本控制***采用带有电液比例换向阀和单向节流阀的液压***，来实现接合器分离或结合速度的可调。本控制***的工作原理为：如图3所示位置，齿轮泵21为液压缸提供油压可调的工作压力油，液压缸一26和液压缸二27自带回位弹簧，电液比例换向阀二23处于泄压位置，液压缸二27的推杆在弹簧作用下向左移动，接合器7分离，对应的，此时电液比例换向阀一22同样处于泄压位置，液压缸一26的推杆在弹簧作用下向左移动，制动器6释放，这种情况下实现离合器装置的分离工作状态；当电液比例换向阀二23处于加压位置时，液压缸二27在压力油作用下向右移动，接合器7结合，对应的，此时控制电液比例换向阀一22处于泄压位置，液压缸一26的推杆在弹簧作用下向左移动，制动器6处于释放状态，这种情况下实现离合器装置正向传动工作状态；当电液比例换向阀二23处于泄压位置时，液压缸二27在弹簧力作用下向左移动，接合器7分离，对应的，此时控制电液比例换向阀一22处于加压位置，液压缸一26的推杆在压力油作用下向右移动，制动器6处于制动状态，这种情况下实现离合器装置反向传动工作状态；此外，单向节流阀和电磁换向阀的配合可起到***压力油的流量调节，从而实现离合器装置分离或结合的速度可调。

控制***实现接合器的“分离或结合”速度可调以及鼓式制动器的“制动或释放”速度可调、并利用行星轮系的动力耦合作用，使离合器本体工作冲击小，使用寿命长，并且采用二级过滤的齿轮泵，可实现液压***5年左右的使用寿命；而固定式单作用液压杆内置回位弹簧，实现接合器和制动器的磨损间隙的自动调节，离合器装置的执行机构可以在使用寿命内无需维护。

在其他实施方式中，所述离合器本体和制动器的控制还可以采用电磁离合器或气缸等多种方案。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种可快速换向的离合器装置，其特征在于，包括单排双级行星轮系、接合器、制动器和用于控制接合器和制动器工作的控制***；

所述单排双级行星轮系由太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、内齿圈和行星架组成，所述太阳轮与第一行星轮啮合，第一行星轮与第二行星轮啮合，第二行星轮与内齿圈啮合，第一行星轮与第二行星轮通过销铰接于行星架上，行星架与动力输出轴固结；

所述太阳轮连接于接合器的主动部分，所述内齿圈连接于接合器的从动部分，所述制动器设置于内齿圈外用于制动或释放内齿圈周向转动。

2.根据权利要求1所述的可快速换向的离合器装置，其特征在于，所述太阳轮套接于行星架上。

3.根据权利要求1所述的可快速换向的离合器装置，其特征在于，所述控制***包括一个的齿轮泵、两个电液比例换向阀、两个单向节流阀和两个液压缸，所述齿轮泵分别与所述两个电液比例换向阀连接，每个电液比例换向阀与一个单向节流阀连接，每个单向节流阀连接一个液压缸，其中一个液压缸的推杆作用于接合器，另一个液压缸的推杆作用于鼓式制动器。

4.根据权利要求3所述的可快速换向的离合器装置，其特征在于，所述齿轮泵为带溢流阀和二级过滤的一体泵。

5.根据权利要求1至4任一所述的可快速换向的离合器装置，其特征在于，所述太阳轮与内齿圈的齿数比为1：2。

6.根据权利要求5所述的可快速换向的离合器装置，其特征在于，所述太阳轮、第一行星轮、第二行星轮、内齿圈的齿数依次为40、17、17、80。

7.根据权利要求1所述的可快速换向的离合器装置，其特征在于，所述制动器为鼓式制动器。