一种基于摩擦离合器和弹簧花键锁件的主动离合机构

技术领域

本申请属于高功率离合器技术领域，更具体地说，是涉及一种基于摩擦离合器和弹簧花键锁件的主动离合机构。

背景技术

摩擦离合器具有结构紧凑、接合脱开过程冲击小等特点，被广泛用于机械传动系统。但同时，摩擦离合器在高功率、高转速工况下，长时间接合消耗能量大，且易产生微动摩擦磨损、导致离合器寿命缩短。目前，机械传动系统一方面期望利用摩擦离合器接合脱开时的平顺特性，又期望其能量消耗低、使用寿命长。

因此，如何在高功率、高转速传动系统中，保证离合器的使用寿命是亟需要解决的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本申请实施例的目的在于提供一种基于摩擦离合器和弹簧花键锁件的主动离合机构，通过弹簧花键锁件和摩擦离合器并联，摩擦离合器适用于低功率、低转速下的动力传递，而弹簧花键锁件适用于高功率、高转速下的动力传递，通过切换传递路径，可以实现从低传扭到高传扭的转变，满足高功率和高转速传动要求，并保证摩擦离合器的使用寿命。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种基于摩擦离合器和弹簧花键锁件的主动离合机构，包括：输入轴、摩擦离合器、弹簧花键锁件和输出轴，所述输入轴和所述输出轴同轴线转动设置，所述摩擦离合器和所述弹簧花键锁件并联，所述摩擦离合器或所述弹簧花键锁件将所述输入轴与所述输出轴锁紧或释放。

在一个实施方式中，所述摩擦离合器包括摩擦离合器外圈、对偶钢片和摩擦片，所述摩擦离合器的外圈通过螺钉分别与输入轴和弹簧花键锁件相连，所述对偶钢片与所述摩擦离合器外圈连接，所述摩擦片与所述输出轴连接；未受外力作用时，所述对偶钢片和所述摩擦片之间具有间隙，所述输出轴和所述输入轴处于释放状态，在受外力作用时，所述对偶钢片和所述摩擦片紧密贴合，所述输出轴和所述输入轴处于锁紧状态。

在一个实施方式中，所述摩擦离合器外圈内设有限制所述对偶钢片和摩擦片移动的挡板，所述摩擦离合器远离所述挡板的一端设置第一驱动件驱使所述摩擦片和对偶钢片均靠近所述挡板的方向移动，此时所述摩擦片和所述对对偶钢片间的间隙被消除，当第一驱动件取消对所述摩擦片和所述对偶钢片的驱动力并回到初始位置时，所述摩擦片和所述对偶钢片之间的间隙自动恢复。

在一个实施方式中，所述弹簧花键锁件包括：直传轴、弹簧、锁紧滑块和外部花键套，所述直传轴设置在所述输出轴外侧且一端通过螺钉与所述摩擦离合器外圈连接，所述直传轴的外周面设有若干凹槽，所述弹簧的一端固定在所述凹槽底部，另一端与所述锁紧滑块的底部连接，所述外部花键套通过花键滑动设置在所述输出轴上，所述外部花键套与所述输出轴同步转动，所述锁紧滑块与所述直传轴同步转动，所述外部花键套的键槽可供所述锁紧滑块插入，所述外部花键套和所述锁紧滑块相互最先接触的一侧均设有楔形面；所述外部花键套的外侧设有使所述外部花键套沿所述输出轴的轴向往复滑动的第二驱动件，当所述锁紧滑块插入至所述键槽内时，所述直传轴与所述输出轴处于锁紧状态，当所述锁紧滑块与所述键槽分离时，所述直传轴与所述输出轴处于释放状态。

在一个实施方式中，所述凹槽的内壁设有限制所述锁紧滑块向外离心运动的限位凸板。

在一个实施方式中，每个所述锁紧滑块通过两个所述弹簧连接。

在一个实施方式中，所述凹槽的一端为封闭端，另一端为开口端，所述封闭端靠近所述摩擦离合器，其开口端延伸至所述直传轴的端面，所述输出轴上设有轴肩，所述轴肩和所述直传轴的端面之间设有滑块锁盖。

在一个实施方式中，所述滑块锁盖靠近所述凹槽的一侧设有卡入至所述凹槽内的凸起，所述滑块锁盖与所述直传轴同步转动。

本申请提供的基于摩擦离合器和弹簧花键锁件的主动离合机构的有益效果在于：该主动离合机构利用摩擦离合器的接合和脱开功能，实现低功率和低转速下的动力传递，同时通过弹簧花键锁件以实现接合和脱开平顺，实现高功率和高转速下的动力传递，通过切换传递路径，实现了从低传扭到高传扭的转变，并有效保证了摩擦离合器的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的主动离合机构的原理示意图；

图2为本申请实施例提供的主动离合机构的弹簧花键锁件处于释放状态且摩擦离合器处于锁紧状态时部分轴向剖视意图；

图3为本申请实施例提供的主动离合机构的部分轴向剖视意图并标识弹簧花键锁件从释放状态到锁紧状态过程中，摩擦离合器处于锁紧状态时的工作状态；

图4为本申请实施例提供的主动离合机构中弹簧花键锁件与直传轴的部分径向剖视意图；

图5为本申请实施例提供的主动离合机构中弹簧花键锁件中滑块锁盖的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的主动离合机构的部分轴向剖视意图并标识弹簧花键锁件完成锁紧状态后直传轴到输出轴的动力流径。

其中，图中各附图标记：

1、输入轴；11、凹槽；12、限位凸板；2、摩擦离合器；21、挡板；3、弹簧花键锁件；31、弹簧；32、锁紧滑块；33、滑块锁盖；34、外部花键套；35、键槽；36、楔形面；37、凸起；38、直传轴；4、输出轴；41、轴肩。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1-图6所示，现对本申请实施例提供的一种基于摩擦离合器和弹簧花键锁件的主动离合机构进行说明。该主动离合机构，包括：输入轴1、摩擦离合器2、弹簧花键锁件3和输出轴4。输入轴1的一端与机械传动系统的动力源连接，输入轴1的另一端通过螺钉将动力传递至摩擦离合器2以及弹簧花键锁件3，摩擦离合器2和弹簧花键锁件3均与输出轴4的一端连接，输出轴4的另一端与机械传动系统的执行端连接，用于动力输出。

其中，输入轴1和输出轴4同轴线转动设置，摩擦离合器2和弹簧花键锁件3并联，摩擦离合器2或弹簧花键锁件3将输入轴1与输出轴4锁紧或释放。当摩擦离合器2将输入轴1和输出轴4锁紧，弹簧花键锁件3将输入轴1与输出轴4释放，此时通过摩擦离合器2进行动力传递，适用于低功率和低转速的工况；当摩擦离合器2将输入轴1和输出轴4释放，弹簧花键锁件3将输入轴1与输出轴4锁紧，此时通过弹簧花键锁件3进行动力传递，适用于高功率和高转速的工况，以对摩擦离合器2起到保护作用，保证摩擦离合器2的使用寿命。

在本实施例中，摩擦离合器2包括摩擦离合器外圈、对偶钢片和摩擦片，其中，摩擦离合器外圈通过螺钉分别与输入轴1和弹簧花键锁件3相连，对偶钢片和摩擦离合器外圈连接，摩擦片与输出轴4连接，具体地，摩离合器外圈与对偶钢片通过摩擦离合器外圈的内花键连接，输出轴4与摩擦片通过输出轴4的外花键连接。摩擦离合器外圈内设置有限制对偶钢片和摩擦片移动的挡板21，摩擦离合器2远离挡板21的一端设置有第一驱动件，对偶钢片和摩擦片位于第一驱动件和挡板21之间，第一驱动件可以驱使摩擦片和对偶钢片向靠近挡板21的方向移动以消除对偶钢片和摩擦片之间的间隙。当第一驱动件取消对摩擦片和对偶钢片的驱动力并回到初始位置时，摩擦片和对偶钢片的间隙在自身拨片弹簧的驱动下回到初始状态，从而使得间隙恢复，从而实现摩擦离合器2的锁紧或释放。即，摩擦离合器在未受到第一驱动件的作用力时，处于初始状态(释放状态)，当摩擦离合器的摩擦片和对偶钢片受到第一驱动件的作用力时，摩擦离合器才会处于锁紧状态。

弹簧花键锁件3处于释放状态的前提下，摩擦离合器2未受外力作用时(第一驱动件未对摩擦片和对偶钢片2施加向右的抵压力)，对偶钢片和摩擦片之间具有间隙，摩擦离合器2处于释放状态，此时，输出轴4和输入轴1处于释放状态。摩擦离合器2在受外力作用时(第一驱动件对摩擦片和对偶钢片施加向右的抵压力)，使得对偶钢片和摩擦片逐渐紧密贴合，对偶钢片和摩擦片之间产生巨大的摩擦力，对偶钢片带动摩擦片作为一个整体转动，将输入轴1的动力传递给输出轴4，使输出轴4和输入轴1处于锁紧状态。

在本实施例中，弹簧花键锁件3包括：直传轴38、弹簧31、锁紧滑块32和外部花键套34。其中，直传轴38设置在输出轴4外侧且一端通过螺钉与摩擦离合器2连接，即输出轴1的动力可以通过摩擦离合器2的摩擦离合器外圈直接传递给直传轴38，直传轴38的外周面等弧距设有若干凹槽11，各凹槽11的长度方向与直传轴1的轴线方向相同，每个凹槽11内设有两个弹簧31和一个锁紧滑块32。弹簧31的一端固定在凹槽11底部，另一端与锁紧滑块32的底部连接，外部花键套34通过花键滑动套设在输出轴4上，外部花键套34与输出轴4同步转动，锁紧滑块32与直传轴38同步转动。其中，外部花键套34的键槽35可供锁紧滑块32插入，键槽35的长度方向与输出轴4的轴向方向相同。其中，外部花键套34和锁紧滑块32相互最先接触的一侧均设置楔形面36，外部花键套34与锁紧滑块32最先接触时通过两个楔形面36导向，使得外部花键套34将锁紧滑块32向凹槽11内压。外部花键套34靠近执行端的外侧设有使外部花键套34沿输出轴4的轴向往复滑动的第二驱动件。在本实施例中，第一驱动件和第二驱动件均为气缸或液压缸，其伸缩杆通过推力轴承与摩擦离合器2或外部花键套34转动抵接。

当需要弹簧花键锁件3进行锁紧时，第二驱动件驱使外部花键套34向左移动，外部花键套34通过楔形面36将锁紧滑块32下压并逐步移动至锁紧滑块32的外侧，与此同时，当键槽35与凹槽11对齐时，在弹簧31的弹力作用下，使得锁紧滑块32弹出至键槽35内，弹出后锁紧滑块32将直传轴38与外部花键套34锁紧连接，而外部花键套34与输出轴4锁紧连接(锁紧连接指能实现同步转动)，从而实现直传轴38与输出轴4处于锁紧状态。与此同时，第一驱动件逐步取消对摩擦离合器2的抵压力，对偶钢片和摩擦力逐步分离而恢复间隙，使得摩擦离合器2处于释放状态。当弹簧花键锁件3需要解锁至释放状态时，第二驱动件驱使外部花键套34向右移动，直到锁紧滑块32与键槽35分离即可，这样就能实现直传轴38与输出轴4处于释放状态。

在本实施例中，直传轴38和输出轴4均为阶梯轴，均包括直径较小端和直径较大端，直传轴38整体转动套设在输出轴4的直径较小端上，输出轴4的直径较大端设有外花键，外花键的小径与直传轴1的直径较小端的外径相同，这样保证两者的外表面齐平，从而方便外部花键套34从输出轴4上滑动至直传轴38上。

在本实施例中，凹槽11的内壁设有限制锁紧滑块32向外离心运动的限位凸板12，锁紧滑块32的底部设置有凸边，凸边与限位凸板12的作用是限制锁紧滑块32的径向位移，防止锁紧滑块32在直传轴1的转动离心作用下外凸出过多，对弹簧31具有保护作用以及方便外部花键套34向左移动下压锁紧滑块32。具体地，凹槽11的截面呈十字型，包括横槽和竖槽，竖槽为弹簧的伸缩方向，限位凸板12为横槽的侧壁，锁紧滑块32的截面类似于T型，锁紧滑块32底部的凸边装配在凹槽11的横槽内。

在本实施例中，每个锁紧滑块32通过两个弹簧31连接，这样保证锁紧滑块32能在弹簧31的作用下弹出至键槽35内。凹槽11的数量为偶数而且等弧距分布，用于保证受力的均匀性。

在本实施例中，凹槽11的一端为封闭端，另一端为开口端，封闭端靠近摩擦离合器2设置，其开口端延伸至直传轴38端面，输出轴4上设有轴肩41，轴肩41和直传轴38的端面之间设有滑块锁盖33。装配时，弹簧31和直传轴38固定连接，然后将锁紧滑块32通过凹槽11的开口端推入凹槽11内，使锁紧滑块32的凸边装配在凹槽11的横槽内；然后将滑块锁盖33套装在输出轴4上并通过轴肩41限位，然后将直传轴38与输出轴4转动装配使得滑块锁盖33封堵凹槽11的开口端，以对锁紧滑块32进行轴向限位。具体地，滑块锁盖33靠近凹槽11的一侧设有从开口端卡入至凹槽11内的凸起37，凸起37的形状与凹槽11的截面形状一致，凸起37装配至凹槽11内后，使得滑块锁盖33与直传轴38同步转动。

如图6所示，为高功率、高转速下的动力流径，输入轴1和输出轴4的动力靠弹簧花键锁件3进行传递。在图3所示时刻之后，摩擦离合器2的接合略微放松，输出轴4的转速降低，直传轴38和输出轴4开始存在转速差，因此两者间的相位差开始变化，弹簧31此时被压缩至极限位置，它对锁紧滑块32作用了一个很大的径向外推力，一旦外部花键套34与直传轴38的相位差变为零，弹簧31将锁紧滑块32迅速弹出至外部花键套34的键槽35中，此时设有锁紧滑块32的直传轴38相当于与外部花键套34配合的花键轴，通过每个锁紧滑块32与键槽35的接触传递动力。故此时的动力传递路线为：动力源与输入轴1相连，通过摩擦离合器外圈传递给直传轴38，直传轴38通过凹槽11将动力传递给每个锁紧滑块32，锁紧滑块32楔入键槽35中将动力进一步传递给外部花键套34，外部花键套34通过其内花键将动力传递给输出轴4。此条路径是单纯通过机械结构来传递动力的，其稳定性高、能够承受大的力矩和冲击，在高转速、高功率等工况下仍能够保持稳定的传扭。因此在弹簧花键锁件3达到至锁紧位置时，可以切换至高转速、高功率的工况运行，分担或直接代替摩擦离合器2来传递动力，对摩擦离合器2起到保护作用。

在从图3所示状态到图6所示状态的过程中，需要在较短的时间内完成两个主要动作：相位差变化至零和弹簧31将锁紧滑块32弹出至外部花键套34的键槽35中。摩擦离合器2接合略微放松时，直传轴38的转速会略微高于输出轴4的转速，相位差开始变化。为了保证锁紧滑块32能被顺利弹出至键槽35中，本实施例做了以下几点设计：锁紧滑块32起花键齿的作用，在摩擦离合器2略微放松后，只需要产生小于一个齿距的相对周向位移便能将锁紧滑块32顶入键槽35中。锁紧滑块32的个数越多，需要产生的相对周向位移越小，能够更快速、顺利地完成锁紧，因此需要在满足强度条件下锁紧滑块32的个数布置得尽量多。此外，在相位差刚好为零的时刻，弹簧31将锁紧滑块32弹出至花键槽35的过程需要一定的时间，因此需要给弹出过程预留行程。由于直传轴38的转速略高于输出轴4，为防止出现在锁紧滑块32还没有完全顶入花键槽35相位差就再次出现并随转动逐渐增大的情况，需要稍微增加凹槽11的宽度，使得凹槽11的宽度比锁紧滑块32的宽度宽，并且还需要选用刚度系数较大的弹簧31，使得锁紧滑块32弹出的速度能够满足在相位差再次出现前将锁紧滑块32弹出到位的条件。

若当摩擦离合器2接合完成时，在直传轴38和输出轴4的初始相位差与在接合过程中产生的相位差共同作用下，两者的相位差能够使得锁紧滑块32的位置正对于外部花键套34的键槽35内，那么在该情况下，不需要松开摩擦离合器2的接合，锁紧机构跳过图3所示的工作状态，直接进入图6所示的工作状态。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。