一种超越离合器 【技术领域】
本发明涉及一种超越离合器，更具体地说，涉及一种利用液体进行传动的超越离合器。
背景技术
超越离合器通常用于在主动轴和从动轴之间实现动力的传递，并根据主动轴和从动轴之间相对速度的不同以实现接合或分离。
传统的超越离合器有滚柱超越离合器、楔块超越离合器以及棘轮超越离合器等类型。其中，滚柱超越离合器具有设置在主动件和从动件之间的滚柱，滚柱超越离合器利用该滚柱并根据主动件和从动件之间的相对运动状态而处于接合和分离状态。楔块超越离合器具有设置在主动件和从动件之间的楔块，楔块超越离合器利用该楔块并根据主动件和从动件之间的相对运动状态而处于接合和分离状态。棘轮超越离合器与棘轮机构类似，依靠棘轮和棘爪的配合来实现接合和分离。
由此可知，对于传统的超越离合器来说，超越离合器的接合和分离都是通过机械部件的刚性接触和松开而实现的。因而，当传统的超越离合器进行工作时，零部件的表面接触应力相当大，接触表面的摩擦力也较大，一方面会产生较多的热量，使传动效率下降，另一方面还很容易使零部件出现疲劳，而导致失效，在极大程度上降低了超越离合器的使用寿命。
为此，有研究者提出了基于液体粘性传动的液体超越离合器。《现代机械》2001年第2期第52至54页登载了《液体粘性超越离合器承载机理研究》一文，其中，该文提出了一种液体超越离合器的简单模型。如图1所示，该模型主要包括转子100、套环200、叶片300、弹簧400、端面配油盘和输入输出轴等，在转子外表面和套环内表面之间形成楔形内腔。端面配油盘开有两个环形油槽，每个油槽具有由单向球阀控制的进油孔500和出油孔600。
在工作时，当转子100相对于套环200沿某一方向旋转，单向球阀允许油液流动，从而转子100与套环200之间不会发生运动的联系，即转子100会自由地相对于套环200继续沿该方向旋转，此时该超越离合器处于分离状态；而当转子100相对于套环200沿相反方向旋转时，单向球阀不允许油液流动，在该情况下，楔形内腔中的油液在叶片300的作用下会形成高压油楔，从而使转子100与套环200近乎形成为一体，二者一起进行旋转运动，此时该超越离合器处于结合状态。
然而，在上述文献中，仅仅基于理论基础而提出了一种液体超越离合器的简单模型，并没有公开具体的技术细节，例如没有公开对该超越离合器的工作进行控制的控制阀(即单向球阀)的设置情形，因而，上述液体超越离合器不适于工业应用。而且，当前也没有真正的能够用于工业应用的液体超越离合器可供人选择。
【发明内容】
本发明的目的在于克服当前的液体超越离合器不具有工业应用可行性的缺陷，而提供一种能够实现工业应用的液体超越离合器。
本发明提供了一种超越离合器，该超越离合器包括：内转子，该内转子上沿轴向设置有多个可径向伸缩的叶片；外转子，所述内转子位于所述外转子中且该内转子的外表面与所述外转子的内表面之间限定有彼此隔闭的第一腔和第二腔，所述叶片的外端与所述外转子的内表面保持接触并将所述第一腔和第二腔分别隔闭为多个单元腔室，在所述第一腔与第二腔交界处的两侧穿过所述外转子设置有与所述第一腔连通的第一通孔和第二通孔，以及与所述第二腔连通的第三通孔和第四通孔。
利用本发明所提供的具有上述结构的超越离合器，在使用时，通过第一通孔和第二通孔以及第三通孔和第四通孔使油液仅能够在内转子和外转子的相对运动的带动下经由第一腔和第二腔单向流动。因而，所述内转子仅能够沿一个方向相对于外转子旋转(超越状态)，而当内转子相对于外转子沿相反方向旋转时，由于第一腔和第二腔中的油液不能流动，从而形成内转子和外转子之间的锁合，此时内转子和外转子一同旋转(接合状态)。而且，通过控制油液在第一腔和第二腔中的单向流动方向，能够改变该超越离合器的超越方向和接合方向。
由此可知，与现有的液体超越离合器仅为一种理论模型不同，本发明提供了一种具有具体可行的结构且完全能够实现工作目的的液体超越离合器。
【附图说明】
图1为现有的液体超越离合器的理论示意图；
图2为根据本发明的超越离合器的结构示意图；
图3为沿图2的直线A-A的截面示意图；
图4为根据本发明的超越离合器中的内转子的放大截面示意图；
图5为图4中内转子的俯视示意图；
图6为根据本发明的叶片的平面示意图；
图7为图4地内转子与图6的叶片的配合示意图；
图8为根据本发明的一种实施方式的超越离合器的保持盘的示意图；
图9为图2中超越离合器的外转子的示意图；
图10为根据本发明一种实施方式的超越离合器的示意图；
图11为图9中超越离合器的油环的剖面图；
图12为根据本发明另一种实施方式的第一通路的示意图。
【具体实施方式】
下面参考附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。
如图2和图3所示，根据本发明的一种实施方式，提供了一种超越离合器，该超越离合器包括：内转子3，该内转子3上沿轴向设置有多个可径向伸缩的叶片5；外转子4，内转子3位于外转子4中且该内转子3的外表面与外转子4的内表面之间限定有彼此隔闭的第一腔6和第二腔7，叶片5的外端与外转子4的内表面保持接触并将第一腔6和第二腔7分别隔闭为多个单元腔室，在第一腔6与第二腔7交界处的两侧穿过外转子4设置有与第一腔6连通的第一通孔10和第二通孔11，以及与第二腔7连通的第三通孔12和第四通孔13。
图2和图3表示了根据本发明一种实施方式的超越离合器的主要结构。
内转子3与第一传动轴1固定连接，以从该第一传动轴1接收动力或者向该第一传动轴1输出动力。内转子3可以通过多种方式实现与第一传动轴1的连接，例如平键联接、花键联接等。
类似地，外转子4与第二传动轴2固定连接，用于传输动力。考虑到装配的方便，外转子4可以由多个部件组装而形成。而且，为了确保内转子3与外转子4以及第一传动轴1之间具有相对准确的位置关系，在第一传动轴1的适合位置(如端部)上设置有多个轴承，以确保在相对运动的同时具有准确的位置关系。
内转子3上沿轴向设置有多个叶片5，如图3所示。也就是说，叶片5在内转子3上的设置方向与该内转子3的轴向方向平行，而且在内转子3的轴向方向上，叶片5的长度基本与内转子3的长度相等。
内转子3设置在外转子4内，并通过内转子3的外表面和外转子4的内表面限定形成隔闭的第一腔6和第二腔7。内转子3的外表面为圆周表面，而外转子4的内表面为非圆周表面，因而，当将内转子3设置在外转子4中后，内转子3在两个彼此相对的位置与外转子4的内表面相接触，从而在二者之间形成第一腔6和第二腔7，而且由于内转子3和外转子4在上述位置的接触，使第一腔6和第二腔7彼此隔闭，而没有在外转子4内部形成直接连通，如图3所示。
安装在内转子3的外圆周表面上的叶片5能够在弹性作用力的作用下沿径向方向伸缩，因而，当将内转子3安装至外转子4中后，叶片5在弹性作用力的作用下伸出于内转子3的外表面，从而使叶片5的外端与外转子4的内表面接触，进而将第一腔6和第二腔7分别分割为多个单元腔室。由于叶片5的外端与外转子4的内表面的紧密接触，而且叶片5沿轴向延伸并具有与内转子3基本相同的长度，因而，上述各个单元腔室之间为隔闭状态，也就是说，单元腔室之间由叶片隔开，并彼此之间处于不连通的状态。此外，由于外转子4的内表面与内转子3的外表面之间的距离的变化，使上述单元腔室的体积也各有不同。
参考图3，在第一腔6与第二腔7交界处的两侧穿过外转子4设置有与第一腔6连通的第一通孔10和第二通孔11，以及与第二腔7连通的第三通孔12和第四通孔13。在内转子3与外转子4的相接触的位置，第一腔6和第二腔7彼此隔开，形成交界处，如图3所述。在第一腔6和第二腔7的交界处的两侧分别设置有穿过外转子4并与外转子4的内部连通的所述通孔，其中，第一通孔10穿过外转子4并与第一腔6连通，第二通孔11穿过外转子4并与第一腔6连通，第三通孔12穿过外转子4并与第二腔7连通，第四通孔13穿过外转子4并与第二腔7连通。
在使用时，外转子4将内转子3封闭在内部，然后通过上述四个通孔向具有上述结构的超越离合器中充满油液，且油液仅能够在内转子3和外转子4的相对运动的带动下通过上述通孔经由第一腔6和第二腔7单向流动。因而，当内转子3沿允许油液流动的方向相对于外转子4旋转时，油液在内转子3和外转子4的相对运动的驱动下自由流动，此时内转子3和外转子4不会彼此影响(超越离合器处于超越状态)；而当内转子3相对于外转子沿相反方向(不允许油液流动的方向)旋转时，由于第一腔6和第二腔7中的油液不能流动，从而形成内转子3和外转子4之间的锁合，此时内转子3和外转子4一同旋转(超越离合器处于接合状态)。
这里，第一通孔10、第二通孔11、第三通孔12和第四通孔13的编号不应视为对上述通孔设置的限制，而是仅为了将上述通孔区分开来，便于对根据本发明的超越离合器进行描述。根据实际的应用需求，上述通孔的设置可以有所变化，以能够实现本发明的目的为限。而且，虽然图3中表示的第一通孔10、第二通孔11、第三通孔12和第四通孔13位于同一截面中，但是本发明并不限于此，根据不同的应用需要，上述通孔也可以位于与图3所示的位置不同的位置上，只要能够实现这些通孔的功能即可。
根据本发明的一种实施方式，如图3所示，所述第一腔6和第二腔7的截面形状为弯月形(或楔形)。在该情况下，外转子4的内表面的截面形状为近椭圆形，可以为椭圆形或者由多段圆弧连接而形成，还可以为两半圆弧通过两段平行的直线连接而成。由图3可知，第一腔6和第二腔7相互对称，且在多个单元腔室中，靠近第一腔6和第二腔7交界处的单元腔室的体积较小。
根据本发明的一种优选实施方式，为了实现油液的循环，以有利于本发明的超越离合器的运行，第一通孔10和第二通孔11通过第一通路14连通，第三通孔12和第四通孔13通过第二通路15连通。根据本发明的另一种优选实施方式，第一通孔10和第四通孔13通过第一通路14连通，第二通孔11和第三通孔12通过第二通路15连通。
如图3所示，第一通孔10连通的单元腔室的体积较小，当内转子3相对于外转子4旋转时，例如在图3中沿逆时针旋转时，随着旋转的进行，叶片5也一同旋转，则该单元腔室也沿逆时针方向旋转且其体积有逐渐增大的趋势，因而其内部的压力有减小的趋势；与此同时，与第二通孔11连通的单元腔室随着内转子3的旋转，而具有体积减小的趋势，因而其内部压力有增大的趋势；与第三通孔12连通的单元腔室的内部压力具有减小的趋势；与第四通孔13连通的单元腔室的内部压力具有增大的趋势。因此，在第一通孔10与第二通孔11(或第四通孔13)通过第一通路14连通且该第一通路14允许油液通过的情况下，油液能从第二通孔11(或第四通孔13)中流到第一通孔10；同时，在第三通孔12与第四通孔13(或第二通孔11)连通且该第二通路15允许油液通过的情况下，油液能够从第四通孔13(或第二通孔11)流到第三通孔12中。此时，内转子3与外转子4互不影响，超越离合器处于超越状态。
如果内转子3相对于外转子4反向旋转，即沿顺时针方向旋转，则油液具有从第一通孔10流向第二通孔11(或第四通孔13)的趋势，且从第三通孔12流向第四通孔13(或第二通孔11)的趋势。此时，可以使第一通路14和第二通路15不允许油液的通过，从而通过单元腔室中的油液的压力变化而将内转子3和外转子4锁合在一起，此时超越离合器处于接合状态。
由此可知，通过控制第一通路14和第二通路15的连通方向(即控制第一通路14和第二通路15沿某一方向为连通的或不连通的)，可以控制根据本发明的超越离合器的超越方向和接合方向。
为了便于控制第一通路14和第二通路15的连通方向，优选地，在第一通路14中设置有第一控制装置8，用于控制第一通路14中的油液单向流动；在第二通路15中设置有第二控制装置9，用于控制第二通路15中的油液单向流动。而且，第一通路14和第二通路15的连通方向具有如上举例所述的对应关系。
所述第一控制装置8和第二控制装置9可以为单向阀或方向控制阀，其中，方向控制阀为可以对管路的连通方向进行控制装置的阀部件，如可以用于控制管路方向的各种电磁阀、手动阀等。这些阀件及其控制方法为本领域普通技术人员所熟知，在此不再详细描述。
以上结合图2和图3描述了根据本发明的超越离合器的主要结构，及其运行原理。下面结合其余附图对本发明的组成部分进行描述。
如图4至图7所示，在内转子3的外圆周表面中设置有多个凹槽16，该凹槽16沿内转子3的轴向延伸，叶片5安装在凹槽16中并受设置在该凹槽16底部的弹性装置19的径向弹力的作用。上述凹槽16用于安装叶片5，因而具有与叶片5相对应的位置关系。
叶片5之所以能够沿径向方向伸缩，是因为在安装叶片5的凹槽16的底部设置有弹性装置19。因而，当内转子3相对于外转子4旋转时，随着旋转的进行，外转子4的内表面使叶片5在凹槽16中移动。当到达内转子3和外转子4相互接触的位置时，叶片5基本完全缩入凹槽16中，而不伸出于内转子3的外圆周表面之外。
弹性装置19安装在叶片5的凹槽16底部，并位于叶片5和内转子3之间。根据本发明的一种优选实施方式，如图6所示，为了便于设置弹性装置19，在叶片5底部上可以设置有多个凹部18，用于容纳弹性装置19。
该弹性装置19可以为能够产生足够弹性力的元件，如弹簧或橡胶体。
优选地，为了便于叶片5的对称设置，凹槽16相对于内转子3的中心轴线对称设置。因而，叶片5也相对于内转子3的中心轴线对称分布，还能够便于内转子3的加工制造，从而降低加工成本。
根据不同的应用场合，凹槽16可以具有不同的数量，例如，所述凹槽16可以为6至18个，优选为6至12个，更优选为8个。
如图2所示，根据本发明的优选实施方式，为了在轴向方向上防止封闭在外转子4中的内转子3的端部与外转子4的内表面干涉，以影响在超越状态中的自由相对旋转，在内转子3的两端分别设置有保持盘20，该保持盘20将内转子3的端面与外转子4的内表面隔开。
保持盘20可固定安装到外转子4的内表面上，或者固定安装在第一传动轴1上，或者活动安装在第一传动轴1上。当固定安装在第一传动轴1上时，保持盘20与内转子3具有相同的运动状态。
在一种优选实施方式中，如图8所示，在保持盘20朝向内转子3的端面上形成有油槽21，该油槽21与凹槽16连通。由于该油槽21的存在，能够将第一腔6和第二腔7内的油液引入凹槽16中，从而对叶片5与凹槽16的接触表面起到润滑作用。同时，当内转子3高速旋转时，将在离心力的作用下产生的高压油液压入凹槽16中，从而增强了对叶片5的作用力，使叶片5更紧地作用于外转子4的内表面。
对于第一通路14和第二通路15而言，可以通过多种方式实现。
根据本发明的一种实施方式，第一通路14和第二通路15通过管道(如软管)形成，例如，可以用软管将第一通孔10和第四通孔13直接连接起来而形成第一通路14，同时用软管将第二通孔11和第三通孔12直接连接起来而形成第二通路15。当外转子4也旋转时，则形成第一通路14和第二通路15的软管可以随着外转子4一同旋转。
根据本发明的另一种实施方式，所述超越离合器还包括固定不动的密封环22，该密封环22的内圆周表面与外转子4的外圆周表面相互配合，外转子4的外圆周表面与密封环22的内圆周表面之间设置有分别形成第一通路14和第二通路15的第一环形槽23和第二环形槽24，如图9、10和图11所示。
在该实施方式中，分别利用第一环形槽23和第二环形槽24将两个通孔连通起来。在图9和图11所示的实施方式中，第一通孔10和第二通孔11(未显示)通过第二环形槽24而连通起来，第三通孔12(未显示)和第四通孔13通过第一环形槽24而连通起来，从而分别形成第一通路14和第二通路15。
但是，本发明并不限于此，通过改变上述四个通孔的设置位置，第一通孔10和第四通孔13也可以通过类似方式而实现连通。
在软管形成第一通道和第二通道的情形中，当外转子4旋转时，该第一通道和第二通道随外转子4一同旋转。但是，在图9至图11所示的实施方式中，当外转子4旋转时，密封环22并不旋转，而是通过固定不动的密封环22实现固定不动的第一通道14和第二通道15，从而便于对该超越离合器的维护和操作，也增加了该超越离合器的稳定性。
第一环形槽23可以形成在密封环22的内表面上，也可以由形成在密封环22的内表面和外转子4的外表面上的一对配合的槽而形成；第二环形槽24也可以通过类似的方法而形成，只要能够实现将第一通道14和第二通道15隔开即可。
如图12所示，根据本发明的另一种实施方式，所述超越离合器还包括固定不动的密封环22，该密封环22的内圆周表面与外转子4的外圆周表面相互配合，在外转子4的外圆周表面上设置有分别形成第一通路14和第二通路15的第一通槽25和第二通槽(未显示)。
在该实施方式中，第一通路14和第二通路15形成在外转子4的外表面上，并通过固定不动的密封环22的内圆周表面而封闭起来，与用管道形成第一通路14和第二通路15的实施方式类似，该第一通路14和第二通路15也是随外转子4的旋转而沿密封环22的内表面移动。
为了向所述液体超越离合器中供应油液，根据本发明的优选实施方式，所述超越离合器还包括供油系统，该供油系统包括用于储存油液的储油装置，分别连接所述第一通路14和第二通路15的导管，以及用于向第一通路14和第二通路15驱动油液的驱动装置。
储油装置通过导管向第一通路14和第二通路15在驱动装置(如油泵)的驱动下供应油液，从而构成供油系统。另外，还可以在该供油系统中设置阀装置，以对油液的供给进行控制，例如当将该超越离合器中的油液全部抽出时，则无论内转子3相对于外转子4朝向哪个方向旋转，该离合器也不会处于接合状态。当根据本发明的超越离合器处于超越状态时，内转子3和外转子4的相对运动实际上起到了叶片泵的作用，此时可以不需要额外的驱动装置的作用，只要满足油路的顺畅即可。但是当需要向该超越离合器供油(如补充油液)时，需要外部的驱动装置的工作，以使超越离合器中充有足够的油液，以便于该超越离合器工作。
该供油系统可以应用于上述各个实施方式，例如，当用于由管道形成第一通路14和第二通路15的实施方式时，该供油系统可以设置在外转子4上，并能够随外转子4旋转的同时向第一通路14和第二通路15供油；当用于图9所示的实施方式时，该供油系统可以为固定的，从而能够稳定地向外转子4内供应油液。
在本发明的实施方式中，油液可以为多种液压油，如高粘度指数液压油(YD)、抗磨液压油(YB)、水包油乳化液(YRA)以及ATF润滑油等液体传动液等。
通过以上描述可知，本发明提供了一种具有具体可行的结构的液体超越离合器，其中，当内转子3沿超越方向相对于外转子4旋转时，该超越离合器中的油液自由流动，内转子3相对于外转子4自由旋转；当内转子3沿接合方向相对于外转子4旋转时，该超越离合器中的油液不能流动，从而通过该超越离合器中的油液的压力变化，使内转子3和外转子4一同旋转。
虽然上述文字对本发明的具体实施方式进行了描述，但本领域的普通技术人员应该明白，本发明所包含的内容并不限于此，在不脱离本发明实质范围的前提下，可以做出各种修改、替换和变化。