專利名稱：軸向斷開式安全離合器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械傳動領域中的離合裝置，特別涉及一種對所傳遞的 轉矩上限具有限制作用的軸向嵌合式安全離合器。
背景技術：
現有技術中破壞式安全離合器有剪切銷式和液壓式兩種。其中，剪切銷 式安全離合器的剪切銷既是傳力元件又是控制/破壞元件，由此產生的金屬疲 勞現象不可避免地降低了離合器的可靠性和動作精度，過載后還存在因斷面 不平而對傳動軸系產生轉矩沖擊的缺點。而液壓安全離合器又存在摩擦強度 過高、摩擦面易受損、對環境溫度敏感、過載后污染工作環境的缺點。發明內容本發明的目的，就是提供一種無金屬疲勞問題，過載后無轉矩沖擊，對 環境溫度不敏感的純機械的軸向斷開式安全離合器。為達成上述目的，本發明提供了一種軸向斷開式安全離合器，包括兩個 具備傳遞轉矩和過載分離雙重功能的軸向嵌合類工作嵌合機構，該兩個工作 嵌合機構沿同 一軸線串聯布置，以并聯方式傳遞轉矩并同步地處于嵌合狀態 或過載分離狀態，該兩個嵌合機構均各包括兩個接合元件，軸向上，所述四元件；還包括一個為所述兩個工作嵌合機構提供軸向嵌合力的嵌合維持機構， 該機構至少包括一個可被軸向力破壞的限力構件，該限力構件以軸向上同時:單向約束，并在過載分離;被所述兩個嵌合機構的軸向^離力破壞，從^ 解除所述單向約束。本發明的更多的優良改進方案由從屬權利要求給出。需要指出的是，本發明的所有文件中，"全齒嵌合深度" 一詞的含義均是 指，在保證軸向接觸的前提下，軸向嵌合機構的兩個接合元件相對轉動一周 時，該兩個接合元件之間的軸向距離的變化幅度。另外，"連接" 一詞則泛指 兩構件之間的所有相連形式，既包括軸向單向限定性質的普通接觸，也包括 軸向雙向限定性質的固定f^接等。在本發明中，通過以可破壞斷開的軸向型限力構件向嵌合機構提供軸向 嵌合力的方式，令該構件僅具有控制作用而無傳遞轉矩作用，實現了本發明 所提出的發明目的。即，利用機械材料的強度極限，實現了提供并限定安全離合器所需的軸向嵌合力的目的。而且，不存在金屬疲勞問題，對環境溫度 不敏感，過載后更無轉矩沖擊。同時，還具有動作準確，結構筒單，易加工 裝配，幾乎無須維護和長壽命的優點。通過更換不同規格的限力構件，還可 調整所傳遞的轉矩上限。相對于現有技術的安全離合器具有明顯的優勢。


圖l是本發明實施例一的軸向半剖示意圖。圖2是本發明實施例二的簡畫的軸向剖面圖。 圖3是本發明實施例三的簡畫的軸向剖面圖。 圖4是本發明實施例四的簡畫的軸向剖面圖。 圖5是本發明實施例五的筒畫的軸向剖面圖。 圖6是本發明實施例六的簡畫的軸向剖面圖。 圖7是本發明實施例七的筒畫的軸向剖面圖。 其中，序列表如下 50—內端接合元件 52—端面齒 54—通孔58—傳力花鍵齒80—第一轉軸 84—第一軸套 86—第二軸套 88—同步花鍵齒具體實施方式
必要說明本說明書的正文及所有附圖中，相同或相似的零部件及其特 征部位均采用相同的標記符號，并只在它們第一次出現時給予必要說明。同 樣，也不重復說明相同或類似機構的工作機理。另外，為區別布置在對稱或 對應位置上的兩個相同的零部件，本說明書在相關零部件編號后面附加了字 母a或b，而在泛指說明或無需區分時，將不作區分也不附加字母a或b。圖1示出了本發明的實施例一， 一個以輪一軸傳動形式出現的雙向安全 離合器，由兩個軸向上完全對稱一致的牙嵌式安全離合器并聯組成。其中的 兩個內端接合元件以背靠背的形式剛性地形成為一個內端接合元件50，兩端 的徑向端面齒52與兩個完全同一的外端接合元件60上的徑向端面齒62嵌合，60—外端接合元件 62—端面齒 64—軸向孔 68—花鍵齒IOO—支撐端蓋 102—密封圏70—限力構件 72—頸縮段 74—鎖緊構件卯一密封端蓋 92—螺栓 94—螺釘 96—拆卸孔 98—探針構成工作嵌合機構，以雙向傳遞轉矩和軸向分離。端面齒52與端面齒62對 稱地周向均勻分布，兩者截面均均呈梯形，該梯形的兩側邊于外圓柱面上的 原始傾斜角均為oc。兩個外端接合元件60的內孔面上均形成有花鍵齒68,該 花鍵齒68的環狀基體與端面齒62徑向之間的環形端面上，周向均勻對稱地 形成有若干個軸向孔64，限力構件70就貫穿于其中。限力構件70具體為類 似雙頭螺柱形狀的拉伸棒，其中部為頸縮段72。以螺母形式出現的鎖緊構件 74從兩端與限力構件70固定聯接，限力構件70以兩端與螺母形式的鎖緊構 件74固定聯接的方式組成嵌合維持機構，通過同時與兩個外端接合元件60 的間接的接觸式連接，對該兩個外端接合元件60實施單向約束，并同時將它 們拉緊，直至頸縮段72達到或接近其彈性變形的極限。制有同步花鍵齒88 的第二軸套86同時貫穿在兩個外端^元件60的花鍵孔中，令二者周向固 定。內端接合元件50外圓柱面的軸肩上形成有通孔54。顯然，正常工況下本實施例的雙向安全離合器被聯接成一個剛性體，結 構簡單緊湊，制造容易，質量、軸向徑向尺寸和轉動慣量都較小。其傳力構 件和轉矩控制構件分別是端面嵌合齒對以及限力構件70，不存在相對位移或 變形的構件，限力構件上的軸向力幾乎是恒定不變的，因此，不存在金屬的 拉伸或彎曲疲勞問題。所以，本實施例不僅具備高轉速地傳遞大和巨大轉矩 的能力，很容易達到傳遞百萬或千萬牛米級轉矩的水平，而且更顯著提升了 可靠性、動作精度和一致性，做到與過載次數無關，另外，使用壽命長，幾 何尺寸還可小于液壓式的。如圖1所示，為保證過載時的軸向分離，應該有 (J)<a<90° 。其中，(J)是端面齒52與端面齒62軸向嵌合時雙方齒側面間 形成的摩擦副所對應的摩擦角。本實施例中，ot=60。。另外，由于嵌合齒截面呈梯形的緣故，因此，即便接合元件個體之間存 在些許的周向形位誤差，也只是造成傳力狀態下某一端工作嵌合機構軸向上 不完全嵌合，兩工作嵌合機構所承受的轉矩不嚴格對等而已，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。所以， 本發明之離合器具有高準確性。參見圖1，本發明的工作過程很簡單以內端接合元件50驅動兩個外端 接合元件60為例，前者通過端面齒52直接驅動端面齒62，從而驅動后兩者 轉動；過載發生時，也就是負荷轉矩大于所有端面齒62齒側面法向壓力N的 周向分力T的轉矩的總和時，限力構件70將因其中部頸縮段72的強度極限， 小于任一外端^元件例如60a上所有端面齒62a齒側面法向壓力N的軸向 分力P的總和，即小于外端接合元件60a的軸向分離力而凈皮拉斷，嵌合關系 不復存在，負載與動力源之間的轉矩傳遞路線被斷開。因此，保證了整個傳 動軸系及設備的安全。而且，由于端面齒52與端面齒62的軸向重合長度的兩倍，也就是兩工作嵌合機構的全齒嵌合深度的兩倍，大于頸縮段72拉斷時 所增加的長度，因此，過栽后不會有沖擊或碰撞發生，更不會有殘余轉矩， 限力構件70的殘體或斷口處也不會產生任何的徑向變形。另外，因不存在周 向相對轉動，所以，軸向孔64不會受到任何損壞，不會給拆卸和換裝限力構 件70帶來任何困難。而且，限力構件70本身也沒有對軸向孔64提出特別的 精度要求。另外，不受軸向孔64的制約，只需更換具有不同恥格頸縮段72 的限力構件70,便可相對快捷地調整安全離合器的工作轉矩上限。
本實施例中，固定聯接形式可以是螺紋、螺栓、過盈配合、焊接、鉚 接、卡環以及柱銷等等中的任何一種或多種。
顯然地，限力構件70也可以具體為一根具有六角頭的螺栓形狀的拉伸棒， 通過將鎖緊構件74的內螺紋直接形成在軸向孔64中，從而形式上省去鎖緊 構件74,得到如獨立權利要求所述的最簡形式的嵌合維持機構及軸向斷開式 安全離合器。而且，限力構件70 ^與兩外端掩^元件60直接連接的方式對 該兩個元件實施單向約束，而非像本實施例中的那樣，要通過鎖緊構件74來 間接實施對該兩個元件的單向約束。
更進一步地，第二軸套86也不是必需的構件，其上同步花鍵齒88可以 直接形成在相應傳動軸上。另外，內端接合元件50可以通過軸向孔54外接 傳力齒圈，也可以外接其它傳力構件，更可以將傳力齒圈等直接形成在其外 圓面上。例如，與如圖2所示的第一軸套84組成雙向安全聯軸器。該第一軸 套84通過螺栓92與內端接合元件50固定聯接，其上還開有方便拆卸和安裝 限力構件70的拆卸孔96。或者組成如圖3所示的雙向安全聯軸器。該第一軸 套84上安裝有探針98,以感知和傳遞過載的信息。另外，加裝密封端蓋卯 和密封團102以構成封裝離合器。或者，還可在內端接合元件50的外圓柱面 上直接形成傳力花鍵齒58,以組成如圖4所示的齒式雙向安全聯軸器。當然， 還可以把帶有傳力鍵槽56的環狀基體與內端接合元件50制成剛性一體，再 在該環狀基體的兩端以螺釘94固定聯接上兩個支撐端蓋100的方式，組成一 個封裝形式的雙向安全離合器，以利于嵌合機構的潤滑，如圖5所示。
不難想到，還可以徑向上翻轉圖1所示實施例一的各構件的位置關系， 以得到圖6所示的本發明的實施例六。本實施例與實施例一的最大不同在于， 徑向上限力構件70位于兩工作嵌合機構之外。而除了將外端接合元件60內 孔中的同步花鍵齒換成了外圓面上的同步花鍵齒68,第一軸套84與內端M 元件50剛性一體外，其結構特征和工作過程完全類似于實施例一，不再重復 說明。自然，本實施例也可以作出類似實施例一的各種變形.
再參見圖7，本發明的實施例七的破壞形式屬壓斷式，其中兩工作嵌合機 構的軸向串聯方式與圖6中的正好相反，并采用了類似圖5所示的封裝形式。為了與鎖緊構件74相配合，外端#^元件60a比60b多出了 一個環形凸臺， 支撐端蓋100a與100b有了如圖7所示的差異。同時，內端接合元件50a比 50b多出一個非嵌合端的環形凸起或凹槽，用以徑向固定限力構件70。本實 施例中，限力構件70具體為一個直徑突變的臺階形管狀構件，以與內端接合 元件50a和50b同時抵觸/接觸的連接方式對該兩個元件實施單向約束，并承 受二者的軸向壓力。其頸縮部位就是該構件軸向上的薄弱環節，即預備的軸 向上被壓斷破壞的部位。限力構件70斷開后的軸向可重疊量/深度，大于兩工 作嵌合機構的全齒嵌合深度的和，唯有如此，嵌合機構的分離移動才不被妨 礙，離合器才能有效工作。本實施例中，嵌合維持機構由螺母形式的鎖緊構 件74，限力構件70，以及第一轉軸80組成。
對比上述實施例不難推知，除了柱狀和完整管狀形式外，限力構件70的 結構形式還可以表現為用于拉伸或壓縮破壞的半圓管狀，或者只用于壓縮時 軸向剪切的純平面圓環狀等。而且，限力構件70可以由脆性(如鑄鐵)或塑 性材料制成。為求得優良的性能，限力構件70軸向上均應安排有力學上的薄 弱部位，也就是要預備用于拉斷^者壓斷的軸向破壞部位，頸縮形式只是其 中的一種，不是全部，只要該部位能被拉伸、壓縮、彎曲、剪切或者它們的 綜合作用所首先破壞即可。另外，鎖緊構件74還可以呈卡環或卡銷等形式。
顯然地，參照上述實施例，很容易得到基于現有技術的各種軸向彈簧鋼 球嵌合機構的各種實施方案，在此不再予以專門介紹。
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 明構思的精神和范圍。
權利要求
1.一種軸向斷開式安全離合器，包括兩個具備傳遞轉矩和過載分離雙重功能的軸向嵌合類工作嵌合機構，該兩個工作嵌合機構沿同一軸線串聯布置，以并聯方式傳遞轉矩并同步地處于嵌合狀態或過載分離狀態，該兩個嵌合機構各包括兩個接合元件，軸向上，所述四個接合元件分別是位于中間的兩個內端接合元件和位于外端的兩個外端接合元件；以及一個嵌合維持機構，通過該機構的約束，所述兩個工作嵌合機構的嵌合狀態得以維持，該機構至少包括一個可被軸向力破壞的限力構件，該限力構件以軸向上同時與所述兩個內端接合元件或同時與所述兩個外端接合元件相連接的方式對該兩個元件實施單向約束，并在過載分離時被所述兩個嵌合機構的軸向分離力破壞，從而解除所述單向約束。
2. 按權利要求1所述的安全離合器，其特征在于所述兩個工作嵌合機 構中的至少 一個是牙嵌式嵌合機構，該嵌合機構的工作端面齒分別形成在相 應的接合元件的嵌合端面上。
3. 按權利要求1所述的安全離合器，其特征在于所述兩個工作嵌合機 構中的至少一個是鋼球式嵌合機構，其中，鋼球作為活動的端面齒發揮嵌合 作用，該鋼球可以由滾柱或異形塊代替。
4. 按權利要求1~3任一項所述的安全離合器，其特征在于所述兩個工 作嵌合機構在兩個圓周方向上均可傳遞轉矩和過載分離。
5. 按權利要求1~3任一項所述的安全離合器，其特征在于所述兩個內 端接合元件軸向上相對固定；所述兩個外端接合元件上都形成有軸向孔，該 軸向孔徑向上位于所述兩個工作嵌合機構的嵌合區域之外；所述限力構件的其;的一端的連接形式是固定聯^， ^將所述兩個外端#^元件聯接成一體， 最終保證所述兩個工作嵌合機構的緊密嵌合.
6.按權利要求1 3任一項所述的安全離合器，其特征在于 所述限力構件軸向上位于所述兩個內端接合元件之間，并分別抵觸在該兩個元件上；以及所述嵌合維持機構還包括至少一個鎖緊構件，該鎖緊構件聯接在與所述兩個外端接合元件周向固定的轉動構件上，從軸向外端壓緊并限定住所述外端接合元件，以保證所述兩個工作嵌合機構的緊密嵌合。
7. 按權利要求5所述的安全離合器，其特征在于所述兩個內端接合元 件形成為一個構件。
8. 按權利要求1~3任一項所述的安全離合器，其特征在于所述限力構 件具有柱狀、管狀、半圃管狀或平面環形的結構形式。
9. 按權利要求8所述的安全離合器，其特征在于所述限力構件的軸向 中段的某一局部的橫截面面積，小于該橫截面軸向兩端其它受力部位的橫截 面面積、。
10. 按權利要求5所述的安全離合器，其特征在于所述兩個工作嵌合機 構的全齒嵌合深度之和，大于所述限力構件軸向斷開時其長度的增加量。
全文摘要
一種安全離合器，其特征在于，包括兩個沿同一軸線串聯布置的具備傳遞轉矩和過載分離雙重功能的工作嵌合機構，以并聯方式傳遞轉矩并同步地處于嵌合狀態或過載分離狀態，該兩個嵌合機構各包括兩個接合元件，分別是兩個內端接合元件和兩個外端接合元件；以及至少包括一個限力構件的嵌合維持機構，該機構以限力構件軸向上與兩個內端接合元件或兩個外端接合元件同時連接的方式為兩個工作嵌合機構提供軸向嵌合力，并在過載分離時被兩個嵌合機構的軸向分離力破壞，令轉矩傳遞中斷。本發明具有高轉速、荷載能力巨大、精度高、無疲勞，無沖擊、無殘余轉矩、結構簡單、成本低、易維護和長壽命的優點。
文檔編號F16D9/04GK101255895SQ20081008050
公開日2008年9月3日 申請日期2008年2月5日 優先權日2008年2月5日
發明者濤 洪, 鄭新偉 申請人:洪 濤;鄭新偉