軸向自控離合器的分離保持機構的製作方法
2023-06-12 02:19:06
專利名稱：軸向自控離合器的分離保持機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械傳動領域中的軸向壓合式自控離合器，特別涉及一種彈簧壓合式自控離合器軸向分離後用於維持其分離狀態的保持機構，屬機械傳動領域。
背景技術：
現有技術的軸向彈簧壓合式自控離合器，除了牙嵌式自鎖差速器外，牙嵌式超越離合器和安全離合器，以及彈簧鋼球式安全離合器均不具備軸向分離後的狀態保持功能。主、從動接合元件軸向分離後，二者的相對轉動會帶來衝擊、碰撞、噪音和端面齒的過度磨損，對軸向彈性接合力較大的牙嵌式安全離合器甚至會嚴重到折斷端面齒的程度。因此，無論是理論界還是工程界，傳動領域內長期普遍的觀點是，軸向彈簧壓合式自控離合器不適用於分離後主、從動接合元件相對轉速較大或者負荷慣量較大的軸系傳動部位。比如，牙嵌離合器的工作轉速一般不超過315轉/分鐘，負荷不大於400N·m，對彈簧鋼球式安全離合器，在1,000N·m的負荷水平上，其最高工作轉速一般不超過400轉/分鐘。所以，它們的應用受到了很大的限制，致使其可傳遞轉矩巨大、結構簡單以及接合後沒有滑轉和生熱等優點難以得到應有的利用。儘管擁有牙嵌式自鎖差速器中的分離保持機構的技術，但由於該機構特殊的藉助其主動環的布局形式，對壓合彈簧剛度、彈簧長度、裝配提出的過於嚴苛的要求，以及受到不能調節彈簧壓力，不能補償磨損等限制因數的影響，該技術至今都沒有擴展到其它相關離合器中。
發明內容
本發明的目的，就是提供一種結構簡單、工作可靠且不受壓合彈簧參數穩定性影響、適應不同的軸向接合力、裝配簡單的可用於所有軸向彈簧壓合式自控離合器的分離狀態保持機構，即阻擋嵌合機構，以消除該類離合器分離後的有害衝擊，消除或基本消除其中的碰撞現象。
記述技術方案之前先對相關名詞或概念說明如下 屬主環被附屬阻擋環或附屬限位環所依附的迴轉構件。
基準環嵌合工作狀態下，作為阻擋環相對靜止的參照對象的迴轉構件；其軸向上直接面對阻擋環的端面被稱為基準端面，徑向上直接面對阻擋環的圓柱面被稱為基準圓柱面，二者統稱為基準面。
阻擋工作面阻擋嵌合機構軸向分離後，組成該機構的齒環雙方的徑向齒之間用來進行對頂接觸的齒頂面部分，其升角用λ表示。
阻擋工況阻擋嵌合機構的組成雙方的阻擋齒相互對頂接觸，阻止軸向上位於其之外的其它軸向接合或嵌合機構重新接合或嵌合的工作狀況。
δ角和ρ角阻擋工況中，阻擋環一方面由其滑動端面或圓柱面與基準環的基準端面或基準圓柱面接觸形成滑動摩擦副(對雙聯式離合器，則不存在端面滑動摩擦情況)，另一方面由其阻擋齒的阻擋工作面與附屬阻擋齒的阻擋工作面軸向接觸形成靜摩擦副，在僅靠該靜摩擦副來限定阻擋環相對附屬阻擋環的周向位置時，該靜摩擦副必需是自鎖的，其中，能夠確保該靜摩擦副自鎖的阻擋工作面的最小升角就定義為δ，而最大升角就定義為ρ。
限位工作面對阻擋環的周向相對位置給與限制的表面。對控制嵌合機構，當λ<δ時，因雙方阻擋齒之間的對頂接觸不能自鎖，所以，只有阻擋齒的側面和阻擋齒齒頂中部限位凸起的側面是限位工作面；當δ≤λ≤ρ時，因雙方阻擋齒之間的對頂接觸能可靠自鎖，所以，阻擋齒的所有側面及阻擋工作面都是限位工作面。
最小阻擋高度由非阻擋工況(即，穩定的嵌合狀態)過渡到阻擋工況，阻擋嵌合機構所必需分開的最小軸向距離。
最大限位嵌合深度保證限位嵌合機構的周向約束作用得以存在的，阻擋嵌合機構軸向上可以分離的最大距離。當限位嵌合機構的組成雙方軸向上跟隨阻擋嵌合機構一起運動時，該深度為完全嵌合狀態下，嵌合雙方的限位工作面的上邊界中的最高點之間的軸向距離；當限位嵌合機構的組成雙方軸向上不跟隨阻擋嵌合機構一起運動時，該深度為無窮大。
起始分離高度在軸向嵌合力的作用下，軸向嵌合機構的組成雙方可以實現軸向分離和相對轉動所必需具備的最小初始軸向分離距離。在設計許可的相對方向上轉動，該距離必須為零，反之，該距離可以不為零。
全齒接合深度在保證軸向接觸且不考慮起始分離高度的前提下，軸向接合或嵌合機構的組成雙方相對轉動一周時，其第一接合元件與第二接合元件之間的軸向距離的變化幅度。也可稱作全齒嵌合深度。
阻擋嵌合機構的入口裕度K在不考慮其它嵌合機構的影響以及阻擋環周向自由時，從最小阻擋高度上，組成阻擋嵌合機構的齒環雙方在不影響該機構軸向嵌合的前提下相互間可以連續錯開的最大圓周角度。
齒頂阻擋角Θ在壓合彈簧作用下，在不考慮阻擋嵌合機構的影響時，軸向分離狀態中的自控離合器為避開其內部相關齒頂面的阻擋、達到軸向接合的目的，其接合雙方相互間必需連續錯開的最大圓周角度。
θc第一接合元件上接合齒齒頂面所對應的圓周夾角， θf第二接合元件上接合齒齒頂面所對應的圓周夾角， η由於導角、工作接合機構的周向間隙所帶來的修正量。
分離角γ工作接合機構由接合狀態過渡到接合狀態與穩定分離狀態二者之間的臨界狀態，其所屬兩接合元件之間必需相對轉動的最小圓周角； 本發明中，當一嵌合機構的組成雙方分別以另一嵌合機構的組成雙方為軸向支撐根基時，就稱前一嵌合機構軸向上位於後一嵌合機構之內，反之為之外。另外，要特別指出的一點是，本發明所稱的「接合」與「嵌合」，僅在軸向自控離合器具體為彈簧鋼球安全離合器時具有明確的區別，而在軸向自控離合器具體為其它的具有徑向型端面齒的離合器時，則沒有實質區別。
為達成上述目的，本發明的一種軸向自控離合器的分離保持機構，包括第一接合元件、第二接合元件、彈簧以及彈簧支座，且均基於同一迴轉軸心線布置；在所述彈簧的作用下，第一接合元件與第二接合元件軸向相對組成工作接合機構，兩者同步轉動時，其間軸向距離達到最小，並處於穩定接合狀態，兩者異步轉動時，其間軸向距離可達到最大，並處於分離狀態；其特徵在於(a)包括有阻止分離狀態下的所述工作接合機構軸向接合的阻擋嵌合機構，由阻擋環和附屬阻擋環軸向嵌合而成，該兩個環上都布置有一圈具有軸向阻擋作用的徑向型阻擋齒；所述阻擋嵌合機構的最小阻擋高度，大於工作接合機構在兩個轉動方向上的起始分離高度，小於工作接合機構的全齒接合深度；(b)包括有對阻擋嵌合機構中阻擋環的周向相對位置實施限制的限位嵌合機構，由阻擋環和附屬限位環組成；所述附屬限位環與其屬主環形成為一體，且附屬限位環與附屬阻擋環周向固定；所述阻擋嵌合機構的軸向分離距離大於最小阻擋高度時，限位嵌合機構的周向自由度，大於阻擋嵌合機構的入口裕度。
上述阻擋嵌合機構軸向上位於工作接合機構之內；附屬阻擋環與其屬主環形成為一體，該屬主環是組成工作接合機構的任一一方接合元件，所述阻擋環受基準環基準端面的單向支撐，其滑動端面與該基準端面構成周向自由滑動摩擦副；該基準環是與所述附屬阻擋環的屬主環相對的一方接合元件。
另外，本發明的一種雙聯式軸向自控離合器的分離保持機構，其特徵在於具有兩個接合端面朝向互反且均與第一轉軸周向固定的第一接合元件，具有兩個均與第二轉軸周向固定軸向滑動的第二接合元件，該兩個元件分別各與一個第一接合元件軸向接合，在同一軸線上組成兩個具有傳遞轉矩和過載分離雙重功能且穩定工作狀況完全一致的工作接合機構，所述穩定工作狀況為軸向接合傳力狀態或軸向分離過載狀態；第一轉軸與第二轉軸同步轉動時，兩工作接合機構均處於接合狀態，各自組成雙方的軸向間距達到最小，第一轉軸與第二轉軸異步轉動時，兩工作接合機構均處於分離狀態，各自組成雙方的軸向間距達到最大；至少具有一個彈簧，分別作用在兩個第二接合元件的非接合端面上，為兩個工作接合機構提供軸向接合力；至少具有一個彈簧支座，以最終形成對所述彈簧的直接或間接的軸向限制和支撐；布置有阻止軸向分離過載狀態下的兩個工作接合機構軸向接合的兩個阻擋嵌合機構，由阻擋環與兩個附屬阻擋環軸向分別嵌合而成，該兩個阻擋嵌合機構的所有組成構件上都布置有一圈具有軸向阻擋作用的徑向型阻擋齒；所述兩個阻擋嵌合機構的最小阻擋高度，分別大於各自對應的工作接合機構的在兩個轉動方向上的起始分離高度，分別小於各自對應的工作接合機構的全齒嵌合深度；布置有對阻擋嵌合機構中阻擋環的周向相對位置實施限制的限位嵌合機構，由阻擋環和至少一個附屬限位環組成；附屬限位環與其屬主環形成為一體，且附屬限位環和與其軸向對應的附屬阻擋環周向固定；所述阻擋嵌合機構的軸向分離距離大於最小阻擋高度時，限位嵌合機構的周向自由度，大於阻擋嵌合機構的入口裕度。
上述兩個阻擋環可以軸向上形成為一體，各自的阻擋齒以齒頂朝向互反的方式分別形成在同一環形基體上，所述兩個附屬阻擋環分別各與一個第二接合元件形成為一體。
或者，兩個阻擋環的阻擋齒以齒頂朝向相互背離的方式分別形成在各自獨立的環形基體上；兩個阻擋環之間的周向相對位置則受到周向聯動機構的約束，該機構是一個始終處於嵌合狀態的位於二者之間的軸向嵌合機構；所述兩個附屬阻擋環分別各與一個第二接合元件形成為一體。
優化地，可以將兩個雙聯的第一接合元件以非接合端面相連的形式形成為一體。
為具備雙向功能，工作接合機構在兩個相對轉動方向上的起始分離高度均應為零，阻擋齒和附屬阻擋齒二者齒頂面的兩側均分別對應地形成有兩個阻擋工作面，且阻擋嵌合機構的入口裕度大於自控離合器的齒頂阻擋角。
作為一種周向固定的徑向限位方案，可將附屬阻擋環附屬在第二接合元件上，將附屬限位環附屬在與第二接合元件周向固定的第二轉軸上，以直接面對所述阻擋環的一個表面；再將銷槽式徑向或軸向嵌合機構布置在該兩環之間。
為使阻擋嵌合機構工作得完美和可靠，最好對阻擋環施以約束，以迫使其在嵌合狀態中相對靜止在基準環的基準端面或基準圓柱面上。
最優化地，阻擋齒和附屬阻擋齒二者齒頂的阻擋工作面是升角不大於ρ的螺旋面，且至少在其中一個齒頂面的中部形成有限位凸起，客觀上起到令阻擋齒充當限位齒、附屬阻擋齒充當附屬限位齒的作用。同時，令附屬限位環與附屬阻擋環為同一個環，令限位嵌合機構與阻擋嵌合機構重合成一個控制嵌合機構，實現阻擋嵌合機構自限位以及軸向阻擋高度可無級變化和自適應的目的，同時，限位嵌合機構的最大限位嵌合深度，大於所述工作接合機構的全齒接合深度。
為求更好，還可將控制嵌合機構中的限位凸起的與阻擋工作面同側的側面做成升角為β的螺旋面，|δ|≤β<180°。而在|δ|≤β<90°-φ時，如果在基準環與阻擋環之間設置一個可以將阻擋環強制限制在相對基準環的特定周向位置上的嵌合類限位機構，即阻擋環止轉機構，該機構嵌合時，阻擋環失去軸向阻擋能力，那麼，就可輕鬆實現離合器的強制嵌合。這裡，φ是組成控制嵌合機構的雙方在限位凸起的側面上摩擦接觸所形成的摩擦副的摩擦角。而阻擋環止轉機構，可以是由基準環基準端面或基準圓柱面上的軸向或徑向通孔、阻擋環相應摩擦面上的相應凹槽或開口環缺口、以及止轉柱銷組成的銷槽式嵌合機構。
為優化設計提供更多選擇，阻擋環上的端面徑向齒可以形成在阻擋環環狀基體的兩端或內、外圓柱面上。
可選擇地，附屬阻擋環可以單獨製作，再通過焊接、直接過盈配合或軸向銷孔過盈配合等方式與其屬主環構成剛性一體的組合構件。
在本發明中，以阻擋環和附屬在第一或第二接合元件上的附屬阻擋環組成一個具有軸向阻擋功能的阻擋嵌合機構，該機構軸向上位於工作接合機構之內，以阻擋環和附屬限位環組成一個可以控制阻擋嵌合機構的阻擋關係之有或無的限位嵌合機構，兩機構以形成為一體或周向固定的形式共同組成分離保持機構的核心，很好地實現了本發明所提出的發明目的。即，在附屬限位環與附屬阻擋環形成為一體時，利用阻擋齒頂中部的限位凸起或可自鎖的阻擋工作面，在附屬限位環與附屬阻擋環僅僅周向固定時，利用阻擋上單獨形成的限位工作面，也就是分別利用控制嵌合機構和單獨的徑向或軸向銷槽式限位嵌合機構，或予以綜合利用，均很好地維持住了阻擋工況下阻擋嵌合機構內部的周向相對位置，從而很好地達成了維持住阻擋關係，阻止分離狀態中的工作接合機構接合復位以及徹底消除或基本消除離合器分離衝擊或碰撞的目的。該機構具有結構簡單、工作可靠且不受工作接合機構彈簧參數穩定性影響、適應不同的軸向接合力、裝配簡單的特點。
在分離阻擋和嵌合復位的工作機理和可靠性、機構裝配的工藝要求、機構對嵌合彈簧的適應能力、機構工作壽命以及適用領域和範圍方面，本發明相對於現有技術的分離保持機構具有非常顯著或無可比擬的優勢。
圖1是本發明實施例一的雙向安全離合器的軸向剖面圖。
圖2是圖1中第二接合元件的示意圖，(a)是(b)的右視圖的軸向半剖圖，(b)是主視圖，(c)是放大的(b)中T方向局部齒廓徑向投影的展開示意圖。
圖3是圖1中阻擋環的示意圖，(a)是主視圖，(b)是左視圖，(c)是放大的(a)中T方向局部徑向投影的展開示意圖。
圖4是圖1中的各個嵌合機構的齒廓間的相對關係於不同工況下，在同一外圓柱面上的徑向投影的局部展開圖，(a)是嵌合狀態下工作接合機構的齒形關係示意圖，(b)是與(a)對應的控制嵌合機構的齒形關係示意圖，(c)是阻擋工況下工作接合機構的齒形關係示意圖，(d)是與(c)對應的控制嵌合機構的齒形關係示意圖，(e)是對應於(c)的單向控制嵌合機構的齒形關係示意圖，(f)是(a)的局部放大示意圖，箭頭代表相對過載轉動方向。
圖5是用徑向投影展開圖形式表示的、具有各種齒形的阻擋嵌合機構在阻擋工況中所有可能的對頂接觸關係示意圖，所有圖中的左側輪廓線都屬於阻擋環，所有右側輪廓線都屬於附屬阻擋環；(a)～(i)表示的是控制嵌合機構的各種情形，其中(a)～(c)表示的是三種特殊齒形，(d)～(i)表示的是|δ|<λ≤ρ時的全部齒形，而(e)～(i)則是其中β＝λ且共面的特殊齒形；(j)表示的是適用於徑向型限位嵌合機構的齒形。
圖6是本發明實施例二的雙向安全離合器的軸向剖面圖。
圖7是本發明最簡結構實施例的安全離合器的軸向剖面圖。
圖8是本發明實施例四的牙嵌式自鎖差速器的軸向剖面圖。
圖9是圖8中第二接合元件的示意圖，(a)是右視圖的軸向剖面圖，(b)是主視圖，(c)是放大的(b)中T方向局部齒廓徑向投影的展開示意圖。
圖10是圖8中的差速器左半側處於嵌合傳力、右半側處於分離阻擋工況時各組齒廓的相對關係在同一外圓柱面上的徑向投影的局部展開圖，(a)是對應控制嵌合機構的齒形關係示意圖，(b)是對應傳力嵌合機構的齒形關係示意圖，(c)是對應工作接合機構的齒形關係示意圖，(d)是嵌合狀態下傳力齒的參數示意圖，(e)是嵌合狀態下分離齒的參數示意圖。
圖11是本發明實施例五的彈簧鋼球安全離合器的軸向剖面圖。
圖12是圖11中第二接合元件的示意圖，(a)是右視圖的軸向半剖圖，(b)是簡畫的主視圖。
圖13是本發明實施例六的徑向限位型的單向超越離合器的軸向剖面圖。
圖14是圖13中第二接合元件的示意圖，(a)是(b)的右視圖的軸向半剖圖，(b)是主視圖。
圖15是圖13中阻擋環的示意圖，(a)是主視圖，(b)是左視圖的軸向半剖圖。
圖16是圖13中的各個嵌合機構的齒廓間的相對關係於不同工況下，在同一外圓柱面上的徑向投影的局部展開圖，(a)是嵌合狀態下工作接合機構的齒形關係示意圖，(b)是與(a)對應的阻擋嵌合機構的齒形關係示意圖，(c)是阻擋工況下工作接合機構的齒形關係示意圖，(d)是與(c)對應的阻擋嵌合機構的齒形關係示意圖，(e)是(a)的局部放大示意圖，箭頭代表相對超越轉動方向。
圖17(a)是本發明實施例七的雙聯安全離合器的軸向剖面圖，(b)是(a)中阻擋環的軸向剖面圖，(c)是(b)中軸向對稱面T—T的簡畫剖面圖。
圖18是本發明實施例八的雙聯彈簧鋼球安全離合器的軸向剖面圖。
具體實施例方式 必要說明本說明書的正文及所有附圖中，相同或相似的構件及其特徵部位均採用相同的標記符號，並只在它們第一次出現時給予詳細說明，其後再次出現時將不再給予重複的詳細闡述。
圖1～圖4示出了本發明的第一個實施例，該例中，軸向自控離合器具體為雙向牙嵌式安全離合器。如圖1所示，第一接合元件50是阻擋環100的基準環，第二接合元件80是附屬阻擋環的屬主環。第一接合元件50與第二接合元件80接合端面相對組成工作接合機構，具備雙向傳遞轉矩和軸向分離的功能。第一轉軸和第二轉軸通過平鍵分別與第一接合元件50及第二軸套206固定(未示出)。第二接合元件80套在第二軸套206上，二者間由花鍵齒周向固定。接合彈簧160安裝在第二接合元件80的非嵌合端面與彈簧座162之間，調節螺母164以螺紋形式聯接在第二軸套206的外端側，與第一接合元件50軸向上間接相聯，並通過彈簧座162實施對接合彈簧160的軸向支撐和調節。阻擋環100徑向上位於工作接合機構之內，與附屬阻擋環組成阻擋嵌合機構，其滑動端面124緊貼第一接合元件50的基準端面70。約束彈簧120置於阻擋環100與第二軸套206外花鍵齒的端面之間。止轉柱銷聯動環180套裝在第一接合元件50的非嵌合端面外的圓柱面上，二者軸向間隔以復位彈簧186，並由卡環210給予軸向限位。止轉柱銷聯動環180的一端周向均布有三個軸向止轉柱銷182，該三個止轉柱銷182分別嵌於第一接合元件50上的三個止轉柱銷安裝通孔188中，其柱銷頂面接近但不接觸到阻擋環100。
第二接合元件80的具體結構如圖2所示。其第二接合齒82為橫截面呈梯形的徑向齒，該齒均布在其嵌合端面的外環側，附屬阻擋齒142均布在其嵌合端面的內環側。附屬阻擋齒142與第二接合齒82徑向上連成一體，其齒頂面144高於第二接合齒齒頂面84，其阻擋工作面148是升角為λ的螺旋面，|δ|<λ≤ρ。為簡化結構和方便一體製造，附屬阻擋齒齒側面150和齒根面146分別與第二接合齒齒側面88和齒根面86完全共面，附屬阻擋齒142因此被分成兩部分，對應於第二接合齒齒槽的齒頂面144及部分中間齒體不復存在。除了沒有附屬阻擋齒，以及第一接合齒52的齒頂面具有一定弧度以外，第一接合元件50的嵌合端面的布局和齒形完全等同於第二接合元件80。
如圖3所示，環狀基體112內形成有承受彈簧力的軸肩128。阻擋環100的阻擋齒102一體均布在環狀基體112的外環側，其齒頂中部形成有限位凸起114。每個阻擋齒102上均對稱地形成有兩個升角為λ的螺旋面型的阻擋工作面108，兩個齒側面110，兩個升角為β的限位凸起螺旋側面118，|δ|≤β<180°，以及一個限位凸起頂面116。具有阻擋工作面108的一端為阻擋環的嵌合端面，另一端是阻擋環的周向滑動端面124。為簡化結構，阻擋環止轉凹槽126由阻擋齒齒槽擔當。以這樣的效果來確定止轉柱銷安裝通孔188的周向位置、周向寬度以及止轉柱銷182的周向寬度，即，止轉柱銷182嵌入止轉凹槽126時，阻擋環100停留的位置必須導致阻擋嵌合機構不能成功阻擋工作接合機構的軸向接合。
如圖4(a)、(b)和(f)所示，第一接合元件50與第二接合元件80組成雙向工作接合機構，阻擋環100與附屬阻擋環組成既是阻擋嵌合機構又是限位嵌合機構的控制嵌合機構。控制嵌合機構的入口裕度K為(相關符號表示對應點間的圓周角)
且K>Θ，這裡，自控離合器的齒頂阻擋角Θ為Θ＝θc+θf+η；軸向分離距離大於AG後，由阻擋工作面108所限定的限位嵌合機構的周向自由度天然地大於入口裕度K。嵌合狀態下，Dt<AG<Dc<BE，其中，Dt代表工作接合機構在非設計的過載方向上的起始分離高度，本例中為雙向過載，兩個方向上的Dt均恆為零；Dc代表工作接合機構的全齒嵌合深度，AG代表阻擋嵌合機構的最小阻擋高度(橫線符號表示軸向距離，下同)，BE代表限位嵌合機構的最大限位嵌合深度。圖4(c)、(d)給出了過載工況下各嵌合機構的齒形關係，圖4(e)給出了與圖4(c)對應的單向控制嵌合機構的齒形關係圖。
不難理解，本實施例中止轉柱銷182及其安裝通孔188周向均布三個，阻擋環100和附屬阻擋環各有三個均布的完全一致的徑向齒，附屬阻擋齒142周向上正好跨越兩個第二接合齒82，以及以阻擋齒齒槽充當止轉凹槽126的安排都不是必需的，而純粹是出於簡化結構和工藝等的需要。對於附屬阻擋環無法與其屬主環一體形成的特殊情況，可以採用事先將它單獨製作出來，再事後把它與屬主環以或焊接或過盈配合等的方式加以剛性組合的方法來處理。同樣道理，約束彈簧120和復位彈簧186雖然均為波形彈簧，但也可以是其它任何形式的彈性體。
下面結合工作過程並參照圖1和圖4對本實施例作進一步的說明。
在接合狀態下，工作轉矩經第一接合元件50傳遞給第二接合元件80，再經花鍵傳遞給第二軸套206，完成轉矩在離合器內部的傳遞，當然，上述傳遞路線也可以是反向的。在任意方向上過載時，也就是所傳遞的轉矩在第一接合齒52與第二接合齒82齒側接觸面上所產生的軸向反力大於彈簧160所提供的接合壓力時，參見圖4(a)或4(f)，第二接合齒82必然克服彈性壓力而軸向分離，退出接合位置。於是，整個工作接合機構的接合關係不復存在，兩接合元件間的轉矩傳遞路線被斷開，該機構進入過載分離工作狀態。
過載分離開始後，由於有參數AG<Dc的限制，因此，當第二接合元件80相對第一接合元件50的軸向分離距離達到Dc時，其上附屬阻擋齒阻擋工作面148的最低點A早已軸向越過阻擋齒阻擋工作面108的最低點G，如圖4所示。又由於阻擋環100被約束彈簧120靜止在第一接合元件50上，因此，只要阻擋嵌合機構的入口裕度K不遠離其下限值，轉動中分離的過程就足以確保在控制嵌合機構的軸向分離距離第一次同步達到Dc時，附屬阻擋齒阻擋工作面148就已經可靠地躍上阻擋齒阻擋工作面108，相互牴觸並建立起穩定的自鎖靜摩擦關係，進而帶動阻擋環100在第一接合元件50的基準端面70上圓周滑轉，從而將上述兩接合元件之間的軸向分離過程停止在最大分離距離上。因此，第二接合元件80與第一接合元件50之間的軸向間距恆定為零，兩者處於無任何衝擊和碰撞的零接觸超越滑動摩擦工況，尤其是分離瞬間。這將顯著降低兩者的磨損速度，消除噪音，延長壽命。另外，可將第一接合齒或第二接合齒齒頂面做成內端高的臺階狀，以顯著降低過載工況下的平均滑動摩擦半徑及殘餘轉矩。其殘餘轉矩係數將遠小於滑動摩擦係數。
由於使用了雙向阻擋嵌合機構，所以，本實施例的安全離合器在兩個方向上的過載分離都具有無任何衝擊和碰撞的特性。應該強調的是，控制嵌合機構中阻擋工作面的螺旋升面特點是保證阻擋工況中接合齒零碰撞的前提條件，即，必需要求λ>0。而|δ|0且0<λ<δ時，附屬阻擋齒142將因對頂接觸的兩阻擋工作面不能自鎖而相對滑轉爬升，令阻擋嵌合機構的軸向分離距離大於Dc，直至遇到限位凸起114。也就是說，經過適當的設計，我們可以得到令兩接合齒間無接觸的過載轉動工況。另外，阻擋工作面之間的自鎖關係只存在於對應的過載轉動中，即，存在於令對頂接觸中的阻擋工作面的升角為正的相對轉動中，而絕不存在於令其為負的相對轉動中，因為後一轉動中的升角λ』＝-λ<-|δ|，λ』完全落在了自鎖必要條件λ』≥δ的下限之外。因此，改變阻擋工況中兩接合元件的相對轉動方向，阻擋工作面之間原有的自鎖關係將立即消失，阻擋環100將不再跟隨附屬阻擋齒142一體轉動，而是靜止在基準環基準端面70上。
所以，對於安全離合器的嵌合復位，本實施例的一種方法就是反轉法，實施的前提條件就是必需K>θc+θf+η。此時，無論出現何種極端情況，最多只要令安全離合器的主動元件反向轉過一個齒，即，令第一接合元件50相對第二接合元件80作出相反於過載相對轉動的相對轉動並轉過一個齒，附屬阻擋齒142都能滑離阻擋齒102的阻擋工作面108，與第二接合齒82一起同步嵌合復位，而不會出現反向分離阻擋的情況，尤其是在使用了單向阻擋嵌合機構的時候，阻擋齒齒槽口更是隨同附屬阻擋齒142同步轉動，參見圖4(e)。本實施例中嵌合復位的另一種方法是止轉法。即，在維持過載轉動狀況的同時，軸向壓迫止轉柱銷聯動環180，令其克服彈簧186的軸向反力後將止轉柱銷182軸向壓入阻擋環滑動端面124上的止轉凹槽126中，將阻擋環100周向停止在令其喪失軸向阻擋能力的特定相對位置上，於是，附屬阻擋齒142被迫相對阻擋齒102滑轉和爬升，並在越過其中部的限位凸起114之後嵌入阻擋環100的下一個齒槽中，從而實現離合器可控嵌合復位目的。
顯而易見，本發明之安全離合器的嵌合復位，機理簡單，過程可靠，通過反轉或電、液、機械易於實現自動化和遠程控制，令牙嵌式安全離合器的性能得到跨越式提升，大幅增加其工作轉速、轉矩和可適應的過載頻率，以及可安裝部位。顯著地拓展其應用領域和範圍，成為通用安全離合器。
應說明的是，阻擋環止轉機構和可控嵌合復位的止轉法都是非必需的可選結構或方法。而如果使用該結構和方法，那麼阻擋齒齒頂中部限位凸起的齒側面118的升角β就必須滿足不等式|δ|≤β<90°-φ，且以該側面118與阻擋工作面108共面為最佳，即，β＝λ。
如果本實施例為純粹的單向安全離合器，那麼可以採用僅具有單向阻擋功能的阻擋嵌合機構，如圖4(e)所示，此時，該嵌合機構的周向自由度可以為零。另外，本實施例中對阻擋環100的約束不是必需的，這樣做的目的只是為了絕對確保阻擋嵌合機構能在第一時間內建立起軸向阻擋關係。而約束的方式也不限於彈簧壓縮一種，還可以是用磁性材料製作第一接合元件50或阻擋環100的全部或局部以造成二者磁性吸合的方式，或者將阻擋環100製成帶軸肩的彈性開口環的方式，或者製成帶錐形迴轉面的彈性開口環，或者是徑向彈性力作用在阻擋環100的局部錐形迴轉面上，比如彈簧滾珠以及彈性卡環等的徑向壓迫方式。關於阻擋環100及其約束方法、阻擋嵌合機構、限位嵌合機構、阻擋環止轉機構、它們與其它構件的關係，包括阻擋環100以第二接合元件80為基準環並跟隨其軸向移動的方案，以及有關δ和ρ的說明，在本專利申請人提出的申請號為200720146912.5、200720146908.9、200720146910.6、200720146911.0以及200720146909.3的中國專利及其同名發明專利中有更詳盡細緻的描述，上述九項專利整體上被本申請所參引，在此不再予以詳述。
圖5示出了具有各種齒形的阻擋嵌合機構在阻擋工況中所有可能的對頂接觸情形。圖5(d)～(i)中|δ|<λ≤ρ，表示的是可以實現分離齒齒頂零接觸摩擦，並具有磨損補償功能的控制嵌合機構的所有齒形關係。圖5(d)表示的是β≠λ的情況；圖5(e)～(i)表示的全是β＝λ且阻擋齒齒頂中部限位凸起的齒側面118與阻擋工作面108共面的特殊情形，該情形有利於加工製造。圖5(a)、圖5(b)和圖5(j)對應於過載分離後有碰撞式磨損的各種齒形關係。
需要說明的是，由於阻擋嵌合機構以及限位嵌合機構的基本結構、基本關係、基本參數要求以及基本工作原理和過程完全相同或類似，所以以下實施例中將不再給於重複說明，而只對不同過程或具體結構進行必要解釋。
圖6示出了阻擋嵌合機構徑向上位於軸向自控離合器的工作接合機構之外的一個實施例。該離合器仍具體為牙嵌式安全離合器。其中阻擋環100套裝在第一接合元件50的外圓柱面上，並被約束彈簧120和約束卡環122約束在基準端面70上。相對圖1所示的實施例一，本實施例殘餘轉矩較大。
本發明的最簡結構的實施例參見圖7，是一個具有獨立裝配形式的安全離合器。其中工作接合機構和阻擋嵌合機構的布局方式完全如圖1所示。阻擋環100是具有開口斷面130的開口彈性環，具有錐形外迴轉面，藉助其與基準圓柱面72間的彈性反力靜止並貼緊在基準端面70上。第一接合元件50與第一軸套204剛性一體，調節螺母164將第一接合元件50和彈簧160直接相聯。第二接合元件80的所有結構幾乎完全如圖2所示，唯一區別在於，其上傳遞轉矩的特徵曲面由內圓柱面改到了外圓柱面上，即輪齒214的齒面。
圖8～圖10示出了本發明的實施例四，即牙嵌式自鎖差速器。如圖8所示，第一接合元件50嵌於主動環230內孔中並被卡環210軸向固定，兩個第二接合元件80安裝在主動環230的兩端，四環的嵌合端面兩兩相對組成兩個傳力嵌合機構和兩個工作接合機構。兩個接合彈簧160從兩端分別壓住第二接合元件80以保證接合壓力的持續存在，該兩個彈簧160的外端受到兩個彈簧座162的支撐。而兩個彈簧座162則分別受到套裝在其內孔中的兩個第二轉軸206的外軸肩的軸向限位。該兩個第二轉軸206分別以花鍵聯接的方式與兩個第二接合元件80內孔周向固定，第二轉軸206內孔中加工有傳遞轉矩到輸出半軸(未示出)用的花鍵齒。兩個阻擋環100分別以嵌合端面朝向第二接合元件80的形式安裝在第一接合元件50的端面圓形凹槽內，以該凹槽內壁為基準端面70，以第一接合元件50為基準環。兩個約束彈簧120分別安裝在阻擋環100與第二轉軸206的外花鍵齒的內端面之間，將阻擋環100壓緊在基準端面70上。主動環230的四個徑向凸耳內呈徑向地加工有第一接合元件拆卸孔234。整個差速器軸向上具有完全對稱的布局和結構，所有構件上的矩形齒、接合齒數量完全同一，並且周向均布，同時，主動環230及第一接合元件50兩端的端面齒周向上嚴格同位。
第二接合元件80的結構如圖9所示，其嵌合端面上的三個環形區域內，由外到內依次均布有橫截面為倒梯形的從動傳力齒92、橫截面為梯形的第二接合齒82及附屬阻擋齒142。徑向上，上述三齒連成完整的一體，圖9(a)和圖9(b)給出了三者的徑向關係，圖9(c)給出了三者之間的齒面關係。從動傳力齒齒頂面94，第二接合齒齒頂面84很容易一次準確成型；為結構簡單和利於加工，從動傳力齒齒根面96，第二接合齒齒根面86，附屬阻擋齒齒根面146三者共面；在以從動傳力齒齒側面98的徑向延伸面為界切削掉第二接合齒82及附屬阻擋齒142的部分齒體後，第二接合齒齒側面88得以部分保留，附屬阻擋齒142一分為二，各保有一個阻擋工作面148，其齒頂面144不復存在，其齒側面150與從動傳力齒齒側面98共面。這裡，所有附屬阻擋齒142的阻擋工作面148均為升角為λ的螺旋面，|δ|<λ≤ρ。對應地，主動傳力齒232的齒形完全同一於從動傳力齒92，第二接合齒82為鼓腰梯形，參見圖10(d)和圖10(e)。
阻擋環100的基本結構如圖3所示，不再重複說明。
由上述說明可見，本實施例中分離保持機構的布局完全同於圖1所示實施例。本實施例實際上是兩個對稱布置的牙嵌式安全離合器與兩個對稱布置的帶有倒梯形傳力齒的牙嵌離合器的綜合，所以，其單側的分離保持機構，也就是阻擋嵌合機構與限位嵌合機構的結構特徵和工作過程，均完全同於圖1所示實施例，唯一區別在於，本實施例中的整個自控離合器的齒頂阻擋角Θ為Θ＝θc+θf+γ+η。因此，這裡不再重複說明。關於主動環230與第二接合元件80外圈的從動傳力齒圈所組成的傳力嵌合機構，以及整個牙嵌式差速器的工作過程，均為公知技術，且本專利申請人提出的申請號為200720146912.5的中國專利及其同名發明專利中也有更詳盡細緻的描述，該二專利整體上被本申請所參引，在此也不再予以詳述。相關過程可參看圖10。
圖11～圖12示出了本發明的實施例五，該例中，軸向自控離合器具體為最典型的彈簧鋼球安全離合器。如圖11所示，第一接合元件50由鋼球轂90的一端套裝在第二軸套206無螺紋端的外圓柱面上，並被卡環210軸向固定。第二軸套206與鋼球轂90製成剛性一體。阻擋環100置於第一接合元件50嵌合端的圓形凹槽內。約束彈簧120安裝在阻擋環100與鋼球轂90之間，迫使阻擋環100貼緊圓形凹槽的端壁，即基準端面70，令後者靜止於其上。鋼球60放置在鋼球轂90上周向均布的軸向通孔中，在其部分球體於一個方向上嵌入第一接合元件50相應端面上的凹槽的同時，仍有部分球體於另一個方向上頂在第二接合元件80的端面上。第二接合元件80由鋼球轂90的另一端套在第二軸套206螺紋端的外圓柱面上。附屬於其上的附屬阻擋齒142穿過鋼球轂90上的軸向避讓通孔，與阻擋環100組成阻擋嵌合機構。彈簧160安裝在第二接合元件80與調節螺母164之間。調節螺母164以螺紋形式聯結在第二軸套206的外螺紋上。錐形襯套208用於固定聯接第二軸套206與第二轉軸，由螺栓220和螺紋孔222對其軸向施力。止轉柱銷聯動環180上周向均布有三個止轉柱銷182，由第一接合元件50外端分別嵌入其上的三個止轉柱銷安裝通孔188中，止轉柱銷182的銷頂面接近但不接觸到阻擋環100，由安置在止轉柱銷聯動環180與第一接合元件50之間的復位彈簧186保證。
第二接合元件80以其整體作為附屬阻擋齒142的環狀基體的形式充當附屬阻擋環的屬主環，如圖12所示。三個附屬阻擋齒142均布在第二接合元件80的內孔處的同一端面上，每個齒頂都對稱地形成有兩個升角為λ的螺旋面型的阻擋工作面148，|δ|<λ≤ρ。
本實施例中，雙向分離保持機構，也就是阻擋嵌合機構與限位嵌合機構剛性一體的控制嵌合機構，徑向上位於第一接合元件50、鋼球60、鋼球轂90以及第二接合元件80組成的工作接合機構之內。形式上完全同於圖1所示實施例。分離保持機構的結構特徵及工作過程，以及阻擋環止轉機構的結構特徵、周向相對關係、工作過程以及實施條件等，均完全同於圖1所示實施例，唯一區別在於，本實施例中的整個自控離合器的齒頂阻擋角Θ為。因此，這裡不再重複說明。相關參數和名詞如下 鋼球當量齒頂面離合器中，鋼球60與第一接合元件50端面上的鋼球凹槽表面之間所形成一個摩擦副，該摩擦副的摩擦係數必對應一個固定的摩擦角，如果以該摩擦角的二倍角為圓錐角，以鋼球球心為圓錐頂點，則軸線平行於離合器迴轉軸線的該圓錐面所包含的鋼球表面即定義為鋼球當量齒頂面。只有在第一接合元件50與所述鋼球之間的軸向對頂接觸的發生位置落在該當量齒頂面內時，二者間的摩擦副方可確保處於自鎖狀態。
在安全離合器迴轉圓周內，鋼球60球心所在迴轉圓柱面與第一接合元件50的接合端面上兩相鄰鋼球凹槽上邊沿之間的交點所對應的圓周夾角。
在安全離合器迴轉圓周內，鋼球60球心所在迴轉圓柱面與鋼球當量齒頂面邊界之間的交點所對應的圓周夾角； 採用當量齒頂面的概念後，本實施例中的Θ實質上與上述實施例是一致同一的。
圖13～圖16所示出的是本發明的實施例六。該例中，軸向自控離合器具體為一個輪—軸傳動形式的單向超越離合器，其分離保持機構中的限位嵌合機構與阻擋嵌合機構周向固定，是一個銷槽式徑向嵌合機構。其中，第一接合元件50是阻擋環100的基準環，第二接合元件80是附屬阻擋環的屬主環，第二軸套206是附屬限位環的屬主環。第一接合元件50套裝在第二軸套206的光滑段上，二者間的軸承216單向限制住第一接合元件50，該軸承又被卡環210a單向限制在第二軸套206上。第二接合元件80套裝在第二軸套206的花鍵齒段上，二者間由花鍵齒周向固定。第一接合元件50與第二接合元件80組成工作接合機構。接合彈簧160安裝在第二接合元件80的非嵌合端面與彈簧座162之間。彈簧座162則被卡環210b軸向限定在第二軸套206的外端側。阻擋環100徑向上位於工作接合機構之內，其滑動端面124緊貼第一接合元件50的基準端面70，與附屬阻擋環組成阻擋嵌合機構，與鑲嵌在第二軸套206上的限位銷134組成限位嵌合機構。波形約束彈簧120置於阻擋環100與第二軸套206外花鍵齒的端面之間。
第二接合元件80如圖14所示，除了第二接合齒82為橫截面呈鋸齒形的徑向齒，附屬阻擋齒142周向上正好成與一個第二接合齒82徑向上連成一體，以及其齒頂面就是阻擋工作面148，就是升角λ＝0的第二接合齒齒頂面84以外，其餘結構特點或特徵，包括對第一接合元件50的說明，均完全同於圖2所示，這裡不再重複。
在圖15所示的阻擋環100中，阻擋齒102一體均布在環狀基體112的外環面上，限位凹槽136一體均布在環狀基體112的內環面上。軸向上，阻擋齒102明顯高於環狀基體112。阻擋齒齒頂面104就是阻擋工作面108，阻擋齒齒側面110a、110b所形成的齒槽能容納附屬阻擋齒142，其間周向自由度大於零。阻擋齒102的頂端為阻擋環的嵌合端，其底端面即為阻擋環100的周向滑動端面124。
如圖16(a)、(b)和(e)所示，第一接合元件50與第二接合元件80組成既是傳力嵌合機構又是工作接合機構的單向工作接合機構，阻擋環100與附屬阻擋環組成單向阻擋嵌合機構，該二嵌合機構的周向自由度可以為零。第二軸套206上的限位銷134與阻擋環100的限位凹槽136組成限位嵌合機構(圖中虛線部分)，該機構的周向自由度X大於阻擋嵌合機構的入口裕度K，即，X>K，其中
(相關符號表示對應點間的圓周角)。以這樣的效果來確定限位嵌合機構與阻擋嵌合機構周向相對位置及各自構件的周向尺寸，即，在阻擋嵌合機構的嵌合狀態下，限位銷134必須能夠接觸到限位凹槽136的限位工作面138b。另外，軸向嵌合狀態下，Dt<AG<Dc(橫線符號表示軸向距離，下同)，其中，Dt代表工作接合機構在非設計的分離超越方向上的起始分離高度，其在設計的分離超越方向上的起始分離高度恆為零，Dc代表工作接合機構的全齒接合深度，AG代表阻擋嵌合機構的最小阻擋高度。阻擋工況下各機構的相互關係如圖16(c)、(d)所示。
下面參照圖13和圖16對本實施例的分離阻擋和嵌合復位作簡單說明。
在嵌合狀態下，當兩接合元件在設計的相互分離方向上的相對轉速大於零時，即，出現圖16(c)、(d)中箭頭所示的相對轉動時，超越離合器便開始分離超越，第二接合齒82和第一接合齒52之間將克服壓合彈簧160的接合彈力而沿二者的分離齒面58a和88a相互滑轉爬升，直至二者的軸向分離距離達到Dc。由於有參數AG<Dc的制約，以及阻擋環100被約束彈簧120相對靜止在第一接合元件50上，因此，只要阻擋嵌合機構的入口裕度K不遠離其下限值，超越分離的過程就足以確保在阻擋嵌合機構的軸向分離距離第一次同步達到Dc時，附屬阻擋齒阻擋工作面148就已經躍上阻擋齒阻擋工作面108並建立起軸向阻擋關係。在該阻擋工況中，第二接合元件80相對第一接合元件50和阻擋環100的轉動為跳躍式滑轉，其跳躍或碰撞的幅度為Dc與AG之間的差值。如圖16(c)、(d)所示，當與第二接合元件80周向固定的限位銷134牴觸到限位凹槽136的限位工作面138a時，阻擋環100便被限位銷134驅動著相對第一接合元件50同步滑轉，阻擋環100與附屬阻擋齒142也隨即處於相對靜止狀態，阻擋嵌合機構的阻擋工況得以穩定。
相對於現有技術，以上分離阻擋過程簡單可靠，阻擋環100被動地靜止在其基準環第一接合元件50上，建立起阻擋關係之前，不需要該環在周向或軸向上做任何的事情，不存在任何的運動響應、空行程以及驅動摩擦力等問題，一切分離動作，均由與附屬阻擋環剛性一體的第二接合元件80這個導致分離阻擋動作的原動件自己來執行，這將特別有利於阻擋關係的建立，更明顯優於現有技術。而且，將阻擋環100布置在工作接合機構徑向之內，也降低了殘餘轉矩和磨損消耗。另外，由於參數λ＝0以及AG<Dc的限制，阻擋嵌合機構中雙方阻擋齒齒頂間的相對轉動只能是跳躍式滑轉，齒頂間不可能自鎖，因此，無論正向還是反向超越，沒有限位嵌合機構的作用，阻擋環100絕不可能自動跟隨第二接合元件80一體轉動，而只能是靜止在第一接合元件50的基準端面70上。
因此，完全同於圖1所示實施例，本實施例的嵌合復位非常簡單和自然，反向超越轉動即可。即，只要令第二接合元件80相對於第一接合元件50作與圖16(c)和16(d)中箭頭反向的相對轉動，附屬阻擋齒142就能滑離阻擋齒阻擋工作面108，與第二接合齒82一起同步嵌合復位。而在附屬阻擋齒阻擋工作面148的前點A點還未滑離阻擋齒阻擋工作面108的前點G點之前，第二接合齒82已經周向錯過了第一接合齒齒槽口的情況下，嵌合復位就需要轉過一個齒方可完成，但絕不會出現卡死或崩齒現象。因為有Dt<AG，也就是起始分離高度的限制，所以，兩接合齒52和82必然反向超越分離。同時，限位銷134牴觸到限位凹槽136的限位工作面138b時，附屬阻擋齒齒頂面148的後點B並沒有錯過阻擋齒齒槽入口的H點，整個齒頂面148仍處於阻擋齒齒槽入口的上方。由上述說明可見，相對現有技術，本實施例之嵌合復位過程，機理簡單，過程可靠，除了需要彈簧160提供接合壓力之外，與該彈簧的尺寸、具體性能參數以及穩定與否沒有任何關係。徹底消除了接合彈簧160對阻擋嵌合機構嵌合復位過程的影響，令變換接合壓力以及調節彈簧尺寸成為可能。自然地，彈簧160的製造精度、成本及離合器裝配要求將大為降低，使用壽命明顯提高。
本實施例也可變形為如圖1所示的雙向安全離合器。其中，具有雙向阻擋功能的阻擋嵌合機構與本實施例的阻擋嵌合機構的工作原理、基本結構和參數要求幾乎完全一樣。區別僅在於，雙向阻擋嵌合機構中的入口裕度K必須大於自控離合器的齒頂阻擋角Θ，即Θ＝θc+θf+η。以及，以這樣的效果來確定限位嵌合機構與阻擋嵌合機構周向相對位置及各自構件的周向尺寸，即，限位嵌合機構不得妨礙阻擋嵌合機構在兩個方向上建立阻擋關係，而以兩機構可同時居中嵌合的定位為最佳。在雙向阻擋機構的嵌合復位過程中，K>Θ參數限制足以保證反向超越時嵌合復位的成功，而不會進入反向分離阻擋工況。雙向阻擋嵌合機構中，附屬阻擋齒142周向上最好由兩個第二接合齒82的徑向延伸部分分體組成，齒體中部呈不連續狀，參見圖2。
實質上就是兩個圖1所示實施例的軸向對稱聯合，即兩個第一接合元件50以非嵌合端面為對稱面的剛性一體，並製作成如圖17所示的形式。相比於圖2，第二接合元件80的變化僅在於其花鍵齒移向了嵌合端。
圖17給出的是本發明的實施例七，其中，軸向自控離合器具體為一個輪—軸傳動形式的雙聯安全離合器。其中，第一接合元件50是阻擋環100的基準環，其內孔面即為基準圓柱面72，第二接合元件80是附屬阻擋環的屬主環。第一接合元件50和阻擋環100各自兩端的端面徑向齒分別以各自的軸對稱面嚴格對稱。兩第二接合元件80均通過花鍵齒與第二軸套206周向固定，並分別與第一接合元件50組成工作接合機構。兩組碟形彈簧160分別由兩端壓住第二接合元件80，並被第二軸套206一端的軸肩以及另一端的調節螺母164支撐和調節。阻擋環100徑向上位於工作接合機構之內，軸向上位於兩第二接合元件80之間，與附屬阻擋環分別組成一阻擋嵌合機構。兩工作接合機構以及兩阻擋嵌合機構同步地處於嵌合狀態或過載分離狀態。第一接合元件50上形成有若干螺栓孔74。阻擋環100的內孔軸肩128用於確保過載時第一接合元件50的同軸度，其作用也可通過加高阻擋環100上的凸起114，令其始終嵌於第二接合元件80環狀槽中的方式實現。棘爪杆136和棘爪復位彈簧138布置在基準圓柱面72上的軸向對稱面上的徑向孔中。阻擋環100外圓柱面的正中凹槽中形成有一周棘齒134，嵌於其間的棘爪杆136將阻擋環100約束在基準圓柱面72上。該棘輪棘爪機構僅允許阻擋環100在基準圓柱面72上沿過載方向繼續轉動，反向則被截止。以這樣的效果來確定棘齒134的齒數及周向位置，即，阻擋環100被棘爪杆136止轉時，其停留的位置應保證工作接合機構可以嵌合復位。而以能導致嵌合後附屬阻擋齒周向居於阻擋齒齒槽正中的定位為最佳。與接合齒齒數相同並同樣均布就是一個好的選擇。
除了花鍵齒部分軸向上偏向嵌合端以外，第二接合元件80完全如圖2所示。阻擋環100如圖17(b)、(c)所示，相比圖3，除了形成有棘齒，阻擋齒102形成在環狀機體的兩端面上以外，兩者具有完全相同的結構特點和特徵尺寸。雖然阻擋環100沒有了基準端面的支撐，但由於兩端工作接合機構動作的同步性，作用於其上的軸向力必然是成對出現的，所以阻擋環100仍然具有穩定的軸向位置。因此，本實施例中，兩端工作接合機構、阻擋和限位嵌合機構各自和之間的軸向和周向幾何形位關係，完全同於圖1所示實施例，這裡不再重複說明。但必須強調的是，由於沒有來自基準端面的摩擦阻力，本實施例中的δ和ρ在數值上小於圖1實施例中的δ和ρ。
本實施例中的工作和過載分離過程完全同於圖1實施例，這裡不再重複說明。需要指出的是，在過載後的反轉法嵌合復位過程中，不再是利用相對轉動過程中阻擋工作面升角的變換，而是利用棘輪機構的單向性來強制破壞工作面的自鎖關係的。自然地，本實施例中也可以如圖1實施例那樣使用止轉法人為地控制離合器的嵌合復位過程。即，將止轉柱銷182徑向外端的軸肩上套以彈簧，可滑動地嵌在第一接合元件50的螺栓孔74之間的徑向通孔中，其銷頂面接近但不牴觸到阻擋環100。在阻擋環100外圓柱面的對應位置設置止轉凹槽126，在第一接合元件50的對應外圓柱面上安置止轉柱銷聯動環180，該環的內圓柱面為一凹槽型凸輪面，該凸輪面與止轉柱銷182的徑向外端配合併被該柱銷軸向限位，當周向制動止轉柱銷聯動環180，也就是該凸輪相對第一接合元件50轉動時，可將止轉柱銷182徑向壓入阻擋環100的止轉凹槽126中，從而將阻擋環100周向停止在令其喪失軸向阻擋能力的相對位置上。而撤除上述周向制動，離心力和徑向彈簧力將迫使止轉柱銷182再次回到凸輪面的最大外徑處，從而令其銷頂脫出止轉凹槽126。為提高可靠性，還可將阻擋環100製成彈性開口環形式以形成自約束。明顯地，採用止轉法後，本實施例的阻擋嵌合機構可具有雙向阻擋能力。
關於止轉法的工作機理，相關的徑向通孔及止轉凹槽126的周向位置關係，以及阻擋齒齒頂中部限位凸起的齒側面118的升角β的取值範圍，完全同於圖1實施例中的說明，這裡不再重複。
非常明顯，相比圖1所示單聯雙向安全離合器，本實施例的分離保持機構由於沒有端面滑動摩擦阻力矩，僅有棘輪機構的摩擦阻力矩，其過載後的殘餘轉矩將非常小。如果阻擋環100呈開口彈性環的自約束形式，並且嵌合復位又採用止轉法，那麼殘餘轉矩係數將更近似為零，過載後可不必停機，這一特性對不許停機又需傳遞高轉速大轉矩的傳動軸系非常重要，比如風力發電中。另外，由於接合齒截面呈梯形的緣故，因此，即便個體之間存在周向上的形位誤差，也只是造成傳力狀態下某一工作接合機構軸向上存在輕微分離，兩工作接合機構所承受的轉矩不再嚴格對等而已，比如49.9％對50.1％，而對整體工作性能、效果和可靠性幾乎不會產生任何的影響。
圖18示出的是本發明的實施例八，即，軸向自控離合器具體為一個輪—軸傳動形式的雙聯的彈簧鋼球安全離合器。其實質上就是按照圖17實施例的雙聯原理，將兩個圖11所示實施例的彈簧鋼球安全離合器的核心結構雙聯的結果。轉矩傳遞、過載後的分離阻擋同於圖11所示實施例，嵌合復位同於圖17所示實施例，不再重複說明。結構上，第二軸套206a和206b之間按凸緣聯軸器的模式軸向對中接合和固定，緊固螺釘228同時還將第一接合元件50和阻擋環100等一起固定住。第一接合元件50和阻擋環100各自兩端的端面鋼球凹槽或徑向齒分別以各自的軸對稱面嚴格對稱，傳遞轉矩的輪齒214直接形成在第一接合元件50的外圓柱面上。緊固錐形襯套208的螺栓220同時貫穿在軸向貫通的光孔中，以同時壓迫兩端的錐形襯套208，並令工作軸與緊固螺釘228共同成為接合彈簧160軸向支撐的最終根基。其它構件與圖11或圖17所示實施例完全相同，不再重複說明。
容易理解，彈簧160和彈簧座162不是向工作接合機構提供嵌合力的唯一選擇，取消上述二者而以磁性材料製成第一接合元件或第二接合元件的方案就是一種替代選擇，當然，還可採用電磁離合器的電磁力方案。
以上僅僅是本發明針對其有限實施例給予的描述和圖示，具有一定程度的特殊性，但應該理解的是，所提及的實施例都是用來進行說明的，其各種變化、等同、互換以及更動結構或各構件的布置，都將被認為未脫離開本發明構思的精神和範圍。
權利要求
1.一種軸向自控離合器的分離保持機構，包括第一接合元件、第二接合元件、彈簧以及彈簧支座，且均基於同一迴轉軸心線布置；在所述彈簧的作用下，第一接合元件與第二接合元件軸向相對組成工作接合機構，兩者同步轉動時，其間軸向距離達到最小，並處於穩定接合狀態，兩者異步轉動時，其間軸向距離可達到最大，並處於分離狀態；其特徵在於
(a)包括有阻止分離狀態下的所述工作接合機構軸向接合的阻擋嵌合機構，由阻擋環和附屬阻擋環軸向嵌合而成，該兩個環上都布置有具有軸向阻擋作用的徑向型阻擋齒；所述阻擋嵌合機構的最小阻擋高度，大於所述工作接合機構在兩個轉動方向上的起始分離高度，小於所述工作接合機構的全齒接合深度；
(b)包括有對所述阻擋嵌合機構中阻擋環的周向相對位置實施限制的限位嵌合機構，由阻擋環和附屬限位環組成；所述附屬限位環與其屬主環形成為一體，且所述附屬限位環與所述附屬阻擋環周向固定；所述阻擋嵌合機構的軸向分離距離大於所述最小阻擋高度時，所述限位嵌合機構的周向自由度，大於所述阻擋嵌合機構的入口裕度。
2.按權利要求1所述的軸向自控離合器的分離保持機構，其特徵在於所述阻擋嵌合機構軸向上位於所述工作接合機構之內；所述附屬阻擋環與其屬主環形成為一體，該屬主環是組成所述工作接合機構的任一一方接合元件；所述阻擋環受基準環基準端面的單向支撐，其滑動端面與該基準端面構成周向自由滑動摩擦副；所述基準環是所述工作接合機構中與所述附屬阻擋環的屬主環軸向相對的一方接合元件。
3.按權利要求1或2所述的軸向自控離合器的分離保持機構，其特徵在於
(a)所述工作接合機構在兩個相對轉動方向上的起始分離高度均為零，該機構在兩個相對轉動方向上的轉動都將導致自身軸向分離；
(b)所述阻擋齒和附屬阻擋齒二者齒頂的阻擋工作面均為兩個，該兩個阻擋工作面分別對應地形成於每個齒頂面的兩側；
(c)所述阻擋嵌合機構的入口裕度大於自控離合器的齒頂阻擋角。
4.按權利要求1或2所述的軸向自控離合器的分離保持機構，其特徵在於
(a)所述附屬限位環與所述附屬阻擋環為同一個環，所述限位嵌合機構與所述阻擋嵌合機構重合後構成一控制嵌合機構，該控制嵌合機構中，阻擋齒同時也是限位齒，附屬阻擋齒同時也是附屬限位齒；
(b)所述控制嵌合機構中，阻擋齒和附屬阻擋齒二者齒頂的阻擋工作面是升角不大於ρ的螺旋面，且至少在其中一個齒頂面的中部形成有限位凸起，這裡，ρ是能夠令阻擋工況中由雙方阻擋工作面軸向接觸所形成的靜摩擦副成功自鎖的阻擋工作面的最大升角；
(c)所述限位嵌合機構的最大限位嵌合深度，大於所述工作接合機構的全齒接合深度。
5.按權利要求4所述的軸向自控離合器的分離保持機構，其特徵在於所述控制嵌合機構中的限位凸起的與阻擋工作面同側的側面，是升角為β的螺旋面，|δ|≤β<180°，其中，|δ|是能夠令阻擋工況中由阻擋齒阻擋工作面和附屬阻擋齒阻擋工作面軸向接觸所形成的靜摩擦副成功自鎖的阻擋工作面的最小升角的絕對值。
6.一種雙聯式軸向自控離合器的分離保持機構，其特徵在於
具有兩個第一接合元件，兩者以接合端面朝向互反的形式與第一轉軸周向固定；
具有兩個第二接合元件，該兩個元件均與第二轉軸周向固定軸向滑動，並分別各與一個所述第一接合元件軸向接合，在同一軸線上組成兩個具有傳遞轉矩和過載分離雙重功能的工作接合機構，該兩工作接合機構具有完全相同的穩定工作狀況；第一轉軸與第二轉軸同步轉動時，所述兩接合機構均處於接合狀態，各自的組成雙方的軸向間距達到最小，第一轉軸與第二轉軸異步轉動時，所述兩接合機構均處於分離狀態，各自的組成雙方的軸向間距達到最大；
至少具有一個彈簧，分別作用在所述兩個第二接合元件的非接合端面上，為所述兩個工作接合機構提供軸向接合力；
至少具有一個彈簧支座，以最終形成對所述彈簧的軸向限制和支撐；
布置有阻止軸向分離過載狀態下的兩個所述工作接合機構軸向接合的兩個阻擋嵌合機構，由兩個阻擋環與兩個附屬阻擋環軸向分別嵌合而成，該兩個阻擋嵌合機構的所有組成構件上都布置有具有軸向阻擋作用的徑向型阻擋齒；所述兩個阻擋嵌合機構的最小阻擋高度，分別大於各自對應的工作接合機構的在兩個轉動方向上的起始分離高度，分別小於各自對應的工作接合機構的全齒嵌合深度；以及
布置有對所述阻擋嵌合機構中阻擋環的周向相對位置實施限制的限位嵌合機構，由阻擋環和至少一個附屬限位環組成；所述附屬限位環與其屬主環形成為一體，且所述附屬限位環和與其軸向對應的所述附屬阻擋環周向固定；所述阻擋嵌合機構的軸向分離距離大於所述最小阻擋高度時，所述限位嵌合機構的周向自由度，大於所述阻擋嵌合機構的入口裕度。
7.按權利要求6所述的雙聯式軸向自控離合器的分離保持機構，其特徵在於所述的兩個阻擋環軸向上形成為一體，二者各自的阻擋齒以齒頂朝向互反的形式分別形成在同一環形基體上，所述兩個附屬阻擋環分別各與一個第二接合元件形成一體。
8.按權利要求6所述的雙聯式軸向自控離合器的分離保持機構，其特徵在於所述兩個阻擋環的阻擋齒以齒頂朝向相互背離的方式分別形成在各自獨立的環形基體上；所述兩個阻擋環之間的周向相對位置受到周向聯動機構的約束，該機構是一個始終處於嵌合狀態的位於二者之間的軸向嵌合機構；所述的兩個附屬阻擋環分別各與一個第二接合元件形成為一體。
9.按權利要求6～8任一項所述的雙聯式軸向自控離合器的分離保持機構，其特徵在於
(a)所述附屬限位環與所述附屬阻擋環為同一個環，所述限位嵌合機構與所述阻擋嵌合機構重合後構成一控制嵌合機構，該控制嵌合機構中，阻擋齒同時也是限位齒，附屬阻擋齒同時也是附屬限位齒；
(b)所述控制嵌合機構中，阻擋齒和附屬阻擋齒二者齒頂的阻擋工作面是升角不大於ρ的螺旋面，且至少在其中一個齒頂面的中部形成有限位凸起，這裡，ρ是能夠令阻擋工況中由雙方阻擋工作面軸向接觸所形成的靜摩擦副成功自鎖的阻擋工作面的最大升角；
(c)所述限位嵌合機構的最大限位嵌合深度，大於其軸向對應的所述工作接合機構的全齒接合深度。
10.按權利要求9所述的雙聯式軸向自控離合器的分離保持機構，其特徵在於所述控制嵌合機構中的限位凸起的與阻擋工作面同側的側面，是升角為β的螺旋面，|δ|≤β<180°，其中，|δ|是能夠令阻擋工況中由阻擋齒阻擋工作面和附屬阻擋齒阻擋工作面軸向接觸所形成的靜摩擦副成功自鎖的阻擋工作面的最小升角的絕對值。
全文摘要
一種適用於所有彈簧壓合式軸向自控離合器的分離保持機構，由阻擋環、附屬阻擋環以及附屬限位環組成，阻擋環與附屬阻擋環組成軸向阻擋嵌合機構，以維持所服務的工作接合機構的分離狀態，阻擋環與附屬限位環組成限位嵌合機構，以維持阻擋嵌合機構阻擋關係的穩定。其特徵在於，限位嵌合機構與阻擋嵌合機構剛性一體或周向固定，阻擋嵌合機構軸向上位於工作接合機構之內，徑向上位於工作接合機構之內或之外，其組成雙方的阻擋工作面的升角足以確保雙方牴觸時的摩擦自鎖及阻擋工況的穩定，令其具備自適應分離軸距變化和自動補償磨損的能力，長久地保持阻擋工況中所有構件零碰撞的滑轉模式，以及分離保持機構的分離阻擋和嵌合復位過程的絕對可靠。
文檔編號F16D43/20GK101392804SQ20071015215
公開日2009年3月25日 申請日期2007年9月18日 優先權日2007年9月18日
發明者濤 洪 申請人:濤 洪