CN112178072B - 一种超越离合器 - Google Patents

Abstract

公开了一种超越离合器，其包括内圈、外圈以及设置于内圈和外圈之间的多个异形滚动体，异形滚动体表面至少有两段圆弧面，且两段圆弧面具有不同的圆心，以使得多个异形滚动体在滚动时能够相互抵接且异形滚动体表面分别抵接内圈的外壁和外圈的内壁。利用内圈旋转带动异形滚动体自转时不同心的圆弧面分别实现与其他异形滚动体和内外圈之间的抵接，进而可以实现超越离合的效果。

Description

一种超越离合器

技术领域

本发明涉及离合器技术领域，并且特别涉及一种超越离合器。

背景技术

超越离合器是随着机电一体化产品的发展而出现的基础件，它是用于原动机和工作机之间或机器内部主动轴与从动轴之间动力传递与分离功能的重要部件。它是利用主、从动部分的速度变化或旋转方向的变换具有自行离合功能的装置。

超越离合器一般分为楔块式超越离合器、滚柱式超越离合器和棘轮式超越离合器。楔块超越离合器用异形楔块代替滚柱作为楔紧件，是用楔块和内、外滚道组成摩擦副的一种离合器。当内环、外环与楔块间无相对运动，转向相同，转速相等，才能传递转矩，否则均为相对滑动，这种不传递转矩的滑动状态称为超越。楔块式超越离合器主要有基本型、无内环型和带轴承型。其连接方式分为键连接、齿轮连接、带轮连接、链轮连接、螺栓连接等。滚柱式超越离合器分为内星轮式和外星轮式两种。为了便于加工和保证加工精度，内星轮式被广泛采用。其中平面型加工简单，应用广泛，但由于平面型和滚柱接触时，根据赫兹理论可知其接触强度小，难于承受较大扭矩，而楔块式的优势是楔块数量可以排列较多，但必须要有保持架来定位楔块，由于保持架容易受偏心影响，导致保持架容易受力变形而出现不同步，直至承载能力下降而出现早期损坏。

现有的超越离合器结构比较复杂，一般需要利用弹簧或者保持架结构的配合实现超越离合的功能，其寿命容易受弹簧或保持架的影响。

发明内容

为解决现有技术中超越离合器的结构复杂、寿命易受到弹簧或保持架的影响的技术问题，本发明提出了一种超越离合器，用以解决上述问题。

一种超越离合器，包括内圈、外圈以及设置于内圈和外圈之间的多个异形滚动体，异形滚动体表面至少有两段圆弧面，且两段圆弧面具有不同的圆心，以使得多个异形滚动体在滚动时能够相互抵接且两段圆弧面分别抵接内圈的外壁和外圈的内壁。利用异形滚动体的不同圆弧面实现内外圈之间的相互抵接或者脱离进而实现啮合或者超越的状态。

优选的，异形滚动体包括滚柱。滚柱可采用冷拔的工艺加工获得，加工工艺相对简单。

优选的，异形滚动体表面包括两段圆弧面，且两段圆弧面具有不同的圆心。该设置使得异形滚动体表面的圆弧面形状为向外凸出的状态，一方面便于实现与内外圈相抵接；另一方面不同圆心的设置也形成段差凸起结构起到滚动体之间的限位作用，防止滚动体脱开时发生自转导致离合器失效。

优选的，异形滚动体的表面设置有凹陷结构，以使得异形滚动体的重心偏向异形滚动体的一侧。凭借该设置可以使得异形滚动体在外圈旋转时受离心力的作用朝向啮合方向旋转，以实现异形滚动体与内外圈之间的抵接配合。

进一步优选的，异形滚动体的表面还设置有凸起结构，凸起结构的高度至少大于两异形滚动体之间的间隙。凭借凸起结构的设置可以防止异形滚动体脱开时受内外圈反作用力发生反方向的自转的现象，导致离合器失效。

进一步优选的，凹陷结构和凸起结构设置于异形滚动体朝向外圈的一侧的表面上。凭借该设置可以控制异形滚动体的重心位置，使其在工作时异形滚动体在离心力的作用下紧贴内圈和外圈。

进一步优选的，异形滚动体的表面设置有第一圆弧面、第二圆弧面、第三圆弧面和第四圆弧面，第二圆弧面、第三圆弧面和第四圆弧面具有相同的圆心。四段圆弧面具有两个圆心，可以避免异形滚动体自转的时候无法相互抵接。

进一步优选的，第一圆弧面、第二圆弧面、第三圆弧面和第四圆弧面具有相同的半径。

进一步优选的，第一圆弧面用于与内圈的外壁抵接，第三圆弧面用于与外圈的内壁抵接，第二圆弧面和第四圆弧面用于与相邻的异形滚动体上的圆弧面抵接。利用四段圆弧面的设置实现不同异形滚动体之间以及其与内外圈之间的相互抵接。

进一步优选的，凹陷结构位于第二圆弧面和第三圆弧面之间，凸起结构位于第三圆弧面和第四圆弧面之间。将凹陷结构和凸起结构设置于不同的圆弧面段之间可以将圆弧面分割为不同的抵接区间。

本发明的超越离合器在内外圈之间设置多个异形滚动体，利用异形滚动体上的多段不同心的圆弧面设置使其在自转时能够同步实现异形滚动体之间的抵接咬合以及异形滚动体和内外圈之间抵接咬合进而实现超越离合的效果，进一步利用异形滚动体上的凹陷或凸起结构防止异形滚动体空转的现象，该超越离合器结构简单，无需利用保持架和弹簧即可实现超越离合的效果，使用寿命较一般的具有保持架和弹簧的滚柱或楔块式超越离合器更长，并且异形滚动体可以通过冷拔的工艺加工，加工工艺也较为简单。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1是根据本发明的一个实施例的超越离合器的内部结构图；

图2是根据本发明的一个具体的实施例的超越离合器的异形滚动体的截面示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的超越离合器的自锁状态示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的超越离合器的超越状态示意图。

具体实施方式

在以下详细描述中，参考附图，该附图形成详细描述的一部分，并且通过其中可实践本发明的说明性具体实施例来示出。对此，参考描述的图的取向来使用方向术语，例如“顶”、“底”、“左”、“右”、“上”、“下”等。因为实施例的部件可被定位于若干不同取向中，为了图示的目的使用方向术语并且方向术语绝非限制。应当理解的是，可以利用其他实施例或可以做出逻辑改变，而不背离本发明的范围。因此以下详细描述不应当在限制的意义上被采用，并且本发明的范围由所附权利要求来限定。

图1示出了根据本发明的实施例的超越离合器的内部结构图。如图1所示，该超越离合器包括内圈1、外圈2和异形滚动体3。内圈1用于与驱动轴连接，其上设置有与驱动轴连接的通孔和键槽，内圈1与外圈2之间沿圆周的方向上均匀布设有多个异形滚动体3，多个异形滚动体3可自转地排布于内圈1和外圈2之间，该超越离合器的内圈1、外圈2和异形滚动体3的结构，简化了超越离合器的整体结构，去除了保持架和弹簧的设置，可实现超越离合器的轻量化。

继续参考图2，图2示出了根据本发明的一个具体的实施例的超越离合器的异形滚动体的截面示意图，如图2所示，该异形滚动体3为滚柱结构，其横截面包括第一圆弧面31、第二圆弧面32、第三圆弧面33和第四圆弧面34，优选的，第一圆弧面31、第二圆弧面32、第三圆弧面33和第四圆弧面34具有相同的半径，且其圆心都位于异形滚动体3的内部，以使得所有圆弧面均为外凸的结构，便于互相抵接或者与内圈1或外圈2进行抵接，相同的半径设置也可以便于进行加工和自锁角的控制。第二圆弧面32、第三圆弧面33和第四圆弧面34具有相同的圆心，第一圆弧面31的圆心与第二圆弧面32、第三圆弧面33和第四圆弧面34的圆心不相同，两个圆心的设置使得该异形滚动体3在自转时至少有两段圆弧面能够分别抵接内圈1和外圈2，以获得内外圈咬合传动的状态。同样应该认识到，圆弧面段除了设置为上述四段式结构之外，还可以根据不同的结构和自锁角等的设计要求，设置为至少两段的不同心圆弧面段，且半径也可以根据不同的要求进行相应的调整，同样能够实现本发明的技术效果。

在优选的实施例中，第二圆弧面32和第三圆弧面33之间设置有凹陷结构35，第三圆弧面33和第四圆弧面34之间设置有凸起结构36，凸起结构36的凸起高度大于两异形滚动体3之间的间隙。凹陷结构35和凸起结构36能够进一步使得异形滚动体3的重心偏向凸起一侧，使其在自转或随内外圈旋转时能够根据离心力的作用发生自转，且在离心力的作用下该方向始终朝向与内外圈啮合的方向。另外凸起结构36还可以限制异形滚动体3的自转，离合器在锁止状态时异形滚动体3与内外圈啮合，当解除锁止状态时，异形滚动体3在脱开的瞬间受到内外圈的反向作用力而被反向弹开，令其反向自转，此时凸起结构36、第一圆弧面31和第二圆弧面32之间因不同圆心所形成的凸起对该异形滚动体3起到限位作用，使其无法大角度反向自转，同时根据异形滚动体3的重心在离心力的作用下使其复位并保持始终与内外圈接触，避免导致离合器失效，后续使用时异形滚动体3可以在离心力的作用下再次实现自锁。

在具体的实施例中，超越离合器还包括有上下端盖，用于将异形滚动体3封闭于内圈1和外圈2之间，以防止超越离合器在运转的过程中异形滚动体3从内外圈中脱离，造成超越离合器的损坏。

在具体的实施例中，该超越离合器的工作原理为：外圈2旋转，外圈2在旋转时通过与其中任意一个与外圈2接触的异形滚动体3的相对运动，使得异形滚动体3发生朝向其重心一侧的自转，异形滚动体3上设置的不同圆心的至少两段圆弧面中的一段与内圈1的外壁相抵接，另一段圆弧面与外圈2的内壁相抵接，同时相邻的异形滚动体3之间也相互抵接，此时，异形滚动体3分别与外圈2和内圈1形成的自锁角α₁和α₂同时满足自锁要求：无论异形滚动体3在此方向上受到多大的作用力，其自锁角α始终保持在一定的范围内(例如小于5°)，离合器形成自锁，内圈1和外圈2同时转动。当内外圈的转速存在差异时(内圈转速高于外圈转速时)，异形滚动体3在内外圈不同转速的相对作用的瞬间，发生反向自转，使得不同圆心的至少两段圆弧面中的一段于内圈1的外壁脱离，异形滚动体3在离心力作用下复位后，其与内外圈之间相对滑动，无法形成上述自锁角，因此内圈1和外圈2之间相对独立，此时离合器处于超越状态。在上述过程中，利用凸起结构36以及第一圆弧面31和第二圆弧面32之间因不同圆心所形成的凸起限制异形滚动体3的自转角度，防止异形滚动体3发生空转导致无法抵接内圈1和外圈2，导致离合器的失效。

图3示出了根据本发明的一个实施例的超越离合器的自锁状态示意图，如图3所示，在外圈2逆时针旋转的相对作用下，其中一个与外圈2接触的异形滚动体3在离心力的作用下发生逆时针的自转，此时第一圆弧面31抵接内圈1的外壁，第三圆弧面33抵接外圈2的内壁，同时两相邻的异形滚动体3之间通过第二圆弧面32和第四圆弧面24相互同步抵接，此时，内圈1和外圈2在异形滚动体3分别形成的自锁角α₂和α₁同时满足自锁要求，离合器处于自锁状态，该状态下内外圈同步旋转。

图4示出了根据本发明的一个实施例的超越离合器的超越状态示意图，如图4所示，当外圈2的转速小于内圈1的转速的瞬间，内外圈的转速差使得异性滚动体3由啮合状态变更为脱开状态，随后异形滚动体3在离心力的作用下复位并继续保持与内外圈的接触，此时内圈1与异形滚动体3之间为滑动摩擦关系，异形滚动体3与内外圈之间无法成自锁角，内圈1的转动无法传递至外圈2，外圈2还可以保持较高的转速旋转，此时离合器处于超越状态。在该过程中，第三圆弧面33和第四圆弧面34之间的凸起结构36在顺时针自转的时候，会与其相邻的异形滚动体上的第二圆弧面32抵触，第一圆弧面31和第二圆弧面32之间因不同圆心所形成的凸起会与其相邻的异形滚动体上的第四圆弧面抵触，使该异形滚动体3无法发生空转，避免超越离合器无法再切换至自锁状态导致离合器失效。第二圆弧面32和第三圆弧面33之间的凹陷结构35使得异形滚动体3的重心偏向凸起结构36的一侧，在超越离合器需要再次锁止时，离心力的作用可以提供异形滚动体3逆时针旋转的作用力，使得至少有一个异形滚动体3能够再次与内圈1和外圈2形成满足前述自锁要求的自锁角，进而形成锁止状态。

本发明的超越离合器对比于现有技术中传统离合器更为简单，无需利用保持架和弹簧即可实现超越离合器的功能，依靠多个异形滚动体的联动受载，实现超越离合器的自锁和超越功能，结构更加简单，稳定性能更高，承载性更强，使用寿命不受保持架以及弹簧的影响，并且异形滚动体可以采用冷拔的工艺制作，加工工艺也较为简单。

显然，本领域技术人员在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以作出对本发明的实施例的各种修改和改变。以该方式，如果这些修改和改变处于本发明的权利要求及其等同形式的范围内，则本发明还旨在涵盖这些修改和改变。词语“包括”不排除未在权利要求中列出的其它元件或步骤的存在。某些措施记载在相互不同的从属权利要求中的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于获利。权利要求中的任何附图标记不应当被认为限制范围。

Claims (10)

1.一种超越离合器，其特征在于，包括内圈、外圈以及设置于所述内圈和所述外圈之间的多个异形滚动体，所述异形滚动体表面至少有两段圆弧面，且所述两段圆弧面具有不同的圆心，以使得多个所述异形滚动体在滚动时能够相互抵接且所述异形滚动体表面分别抵接所述内圈的外壁和所述外圈的内壁，其中，所述外圈在旋转时通过与其中任意一个与所述外圈接触的所述异形滚动体的相对运动，使得所述异形滚动体发生朝向其重心一侧的自转，所述异形滚动体上设置的不同圆心的至少两段圆弧面中的一段与所述内圈的外壁相抵接，另一段圆弧面与所述外圈的内壁相抵接，同时相邻的所述异形滚动体之间也相互抵接，此时，所述异形滚动体分别与所述外圈和所述内圈形成的自锁角α₁和α₂同时满足自锁要求；内外圈的转速存在差异时，所述异形滚动体在内外圈不同转速的相对作用的瞬间，发生反向自转，使得不同圆心的至少两段圆弧面中的一段与所述内圈的外壁脱离，所述异形滚动体在离心力作用下复位后，与内外圈之间相对滑动，无法形成所述自锁角。

2.根据权利要求1所述的一种超越离合器，其特征在于，所述异形滚动体包括滚柱。

3.根据权利要求1所述的一种超越离合器，其特征在于，所述异形滚动体表面包括两段圆弧面，且所述两段圆弧面具有不同的圆心。

4.根据权利要求1所述的一种超越离合器，其特征在于，所述异形滚动体的表面设置有凹陷结构，以使得所述异形滚动体的重心偏向所述异形滚动体的一侧。

5.根据权利要求4所述的一种超越离合器，其特征在于，所述异形滚动体的表面还设置有凸起结构，所述凸起结构的高度至少大于两所述异形滚动体之间的间隙。

6.根据权利要求5所述的一种超越离合器，其特征在于，所述凹陷结构和所述凸起结构设置于所述异形滚动体朝向所述外圈的一侧的表面上。

7.根据权利要求5所述的一种超越离合器，其特征在于，所述异形滚动体的表面设置有第一圆弧面、第二圆弧面、第三圆弧面和第四圆弧面，所述第二圆弧面、所述第三圆弧面和所述第四圆弧面具有相同的圆心。

8.根据权利要求7所述的一种超越离合器，其特征在于，所述第一圆弧面、所述第二圆弧面、所述第三圆弧面和所述第四圆弧面具有相同的半径。

9.根据权利要求7所述的一种超越离合器，其特征在于，所述第一圆弧面用于与所述内圈的外壁抵接，所述第三圆弧面用于与所述外圈的内壁抵接，所述第二圆弧面和所述第四圆弧面用于与相邻的所述异形滚动体上的圆弧面抵接。

10.根据权利要求7所述的一种超越离合器，其特征在于，所述凹陷结构位于所述第二圆弧面和所述第三圆弧面之间，所述凸起结构位于所述第三圆弧面和所述第四圆弧面之间。

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