螺旋缓冲离合器 技术领域(正文内容)
涉及一种新的扭力传动方式，和采用这种扭力传动方式的机械离合器。该离合器尺寸小，可控性良好，能传递很大的力矩，在高转速差、大扭力传递时，能可靠、平稳地实现接合、分离，并且能以半接合状态(即缓冲过度)持续运转。该离合器在缓冲离合过度期间，可稳定控制输出定量的扭力，因此，它还可以作为恒量扭力输出控制器。
背景技术(正文内容)
目前，公知的有摩擦片离合器，液力变扭、电磁及磁粉等型式离合器。摩擦片式离合器由于其结构简单、价格低廉等优点，而被广泛应用。但摩擦片式离合器以半接合状态持续运转的时间有限制，且传递力矩大时，离合器的尺寸将很大；电磁离合器无缓冲离合过程；液力变扭、磁粉式离合器，是现行的最新技术离合器，基本上解决了离合器的以半接合状态长时间持续运转的问题，但是效率低，价格昂贵，尺寸还是很大。
发明内容(正文内容)
为了解决上述难题，本发明的核心部分采用新的扭力传动原理：即螺旋扭力传动，是指物体沿螺旋体的螺旋轨迹运动时，两者间存在扭力传动关系。如将螺旋线沿轴向平面展开，其力分析简化图如附图一。力分析结果得出：F＝P*tagθ(F为传动扭力、P为轴正向压力、θ角为螺旋斜角)。即扭力传动F与螺旋斜角θ、及物体和螺旋体间的轴正向压力P有关，等于螺旋轴正向压力P，与螺旋斜角θ的正切值的乘积。而输入、输出转速不存在转速相对应关系，输出转速与传递的扭力及负载大小有关。采用螺旋扭力缓冲传动原理：根据F＝P*tagθ。当各螺旋斜角一定时，控制轴正向作用力P逐渐由小变大，就可以控制螺旋传动扭力F逐渐由小变大。反之，亦然。由于单螺旋的旋转轨迹为连续不闭合螺旋线，即单螺旋缓冲传动为一有限过程；因此，本装置采用连续闭合地波形螺旋线。即在扭力传递装置的输入、输出轴上，加工由多条左右螺旋首尾交替连接所形成连续闭合的多螺旋槽，称闭合波形螺旋线槽，简称波形螺旋槽，各螺旋曲线的交点等于螺旋曲线条数。输入、输出轴公轴心套合在一起，其间由传动连接杆配合连接。实现控制输入和输出轴间的传递扭力的大小，是通过设计在输入或输出轴上的闭合波形螺旋线槽，即各螺旋曲线的螺旋斜角，以确定控制力与传递力的比例；通过设计一对及以上闭合波形螺旋线槽以形成力偶或对称力偶作用；通过控制施加在传动连接杆上的轴正向力来控制传递力矩的大小。在本离合器中，输入轴松套在中间轴的两端，输出轴松套在中间轴的中部，输入轴、中间轴、输出轴均由固定在机架上的推力轴承固定(均公轴心)。中间轴为一空心轴，中心空腔内设有单向止回阀(只允许高压油进入高压腔)、活塞。在中间轴中部开有径向平口直线槽孔。在输出轴内腔壁上，加工由四条相同的(幅值、螺旋斜角相等)左右螺旋首尾交替连接所形成连续闭合的波形螺旋槽，共有四个交点，将输出轴上四条螺旋槽沿轴向平面展开如附图二。输出轴的波形螺旋槽、中间轴上的平口直线槽孔、活塞通过一掼穿轴心的连接杆相接合，其间通过连接杆传递的扭力为一力偶作用。控制连接杆的轴正向压力，是通过控制设计在中间轴的内部，与之相连接的活塞的压力，即活塞与两个单向阀间的两个高压腔的自提供压力来实现的。两个高压腔两个外端设置的单向阀，控制介质只可由此进入高压腔，高压腔设计若干压力释放量孔通向腔外，介质须经此排出。压力释放量孔的控制，由设置在输入轴、中间轴上的离合套控制，即控制高压腔内压力的大小。在此核心部件的基础上，中间轴上的花健，可与离合套上的内花键相接合，离合套又与动力输入轴通过花键结合，因此，通过控制离合套可以实现动力输入轴与中间轴的爪式离合，两者分离时可实现离合器的完全分离。输出轴的两个侧面设计有内孔花键，离合套与输出轴相靠的两个侧面也设计有花键，因此，通过控制离合套可以实现输入轴、中间轴与输出轴的爪式离合，其接合时将离合器完全锁死。
附图说明(正文内容)
如附图二(螺旋缓冲离合器轴向剖面图)：装置包括：机架1、推力轴承2、输入轴3、中间轴4、输出轴5、离合套6、连接杆7、活塞8、拨差9、弹簧10、单向止回阀11、输入轴花键12、中间轴花键13、输出轴侧花键14、离合套内花键15、离合套侧花键16、输入齿轮17、输出齿轮18、多个压力释放孔19、中间轴穿心平口线槽孔20、输出轴波形螺旋槽21、高压腔22。输入轴3、中间轴4、输出轴5均由固定在机架1上的推力轴承2固定(均公轴心)。在中间轴4上，加工的穿心平口直线槽20，在输出轴5内腔壁上，加工由四条相同的(幅值、螺旋斜角相等)左右螺旋首尾交替连接所形成连续闭合的波形螺旋槽21。输出轴5松套在中间轴4的中部，输入轴3松套在中间轴4的两端，它与中间轴4相连接的两端均有花键槽，可通过离合套6的内孔花键15，将输入轴3和中间轴4连接在一起。即在输入轴3与中间轴4之间设置的爪式离合器，通过控制离合套6，实现离合器输入轴3与中间轴4之间的完全离合。离合套6与输入轴3间设有复位弹簧10，可由其控制离合器常态的离、合状态。在输出轴5的两个侧面设有内孔花键14，离合套6与输出轴5相靠的侧面也设有侧花键16，两个花键的结合，如同爪式离合器。即在输入轴3、中间轴4与输出轴5之间设置的爪式离合器，通过控制离合套6，实现将离合器输入轴3、中间轴4与输出轴5之间的完全离合。中间轴4为一空心轴，中心空腔内设有活塞8、单向止回阀11(只允许高压油进入高压腔)。中心空腔与发动机油泵相连接，在活塞8排压时，利用自提供的液压压力来形成活塞8的轴正向压力。也可直接与大气相连，利用自提供的气压压力来形成活塞8的轴正向压力。单向止回阀11与活塞8间为高压腔22，高压腔22与中间轴4花键槽间加工有多个压力释放孔19。中间轴4的中部开有径向穿心平口直线槽孔20，连接杆7穿过该槽与活塞8相连接，连接杆7的两端伸入输出轴5的波形螺旋槽21内，将中间轴4、输出轴5及活塞8连接在一起。为减少摩擦力，连接杆7与中间轴4与输出轴5间的接触，应设计为滚动接触。可通过离合器的拨差控制离合套6位移，实现对离合器的控制。液压活塞8的往复行程、中间轴4的平口直线槽20轴向长度、与输出轴5的波形螺旋槽21各条螺旋曲线连接形成的波形的幅值相等，均为D。液压活塞8长度约为2D，输出轴5的长度约为3D。离合套6的长度为L，输入轴3花键槽的长度适量大于L，以配合弹簧的要求，中间轴4花键槽的长度约为1/2L。离合套6与输出轴5的爪式接合面，符合力矩传递的最大要求。
具体实施方式(正文内容)
以汽车离合器的接合工作顺序表叙：一、离合器由分离状态变为常态时的接合状态的过程，本螺旋缓冲离合器中，是指离合套6在复位弹簧10的作用下，将输入轴3、中间轴4、输出轴5由完全分离，逐渐完全接合在一起的过程，它包括三个过程：1、输入轴3与中间轴4的接合过程；2、输入轴3、中间轴4与输出轴5的缓冲接合过程；3、输入轴3、中间轴4、输出轴5的完全锁死接合过程。
1、输入轴3与中间轴4的接合过程：开始缓松离合器踏板，由拨差带动，离合套6在复位弹簧10的作用下，由输入轴3移向中间轴4，输入轴3、中间轴4、离合套6可通过三者的花键槽啮合。由于中间轴4与输出轴5间为螺旋扭力传动关系，而此时的压力释放孔全部开放，即轴正向压力P很小，由于F＝P*tagθ，中间轴4与输出轴5间的扭力传动也很小，可视为空载。因此，离合套6与中间轴4可直接套合，当然，也可设置为摩擦同步套合，即可采用现行变速器中的同步器原理。当输入轴3通过离合套6带动中间轴4运转，中间轴4与输出轴5间的螺旋扭力传动很小，输出轴5由于负载静止。即输入轴3、中间轴4与输出轴5间总存在转速差。中间轴4与输出轴5间的连接杆7，沿波形螺旋槽21滑动，并在中间轴4的中部平口直线槽20内滑动。由于中间轴4开的是平口直线槽孔20，连接杆7带动活塞8作往复平动。活塞相对中间轴4而言，活塞8是不转动的。而相对于固定机架1，活塞8是转动的。液压油在活塞8往复平动作用下，不断的被吸入、排出。设液压活塞8反向作用时，迅速被吸入高压腔室。当液压活塞8正向作用时，又由于液压单向止回阀11的作用，液压油只可通过压力释放孔被泄放。因此，在活塞8排压时，可向连接杆自提供轴正向压力。
2、输入轴3、中间轴4与输出轴5的缓冲接合过程：继续缓松离合器踏板，由拨差带动，离合套6在复位弹簧10的作用下，继续由输入轴3移向中间轴4，逐渐闭合所有压力释放孔。缓冲接合过程即为：离合套6逐渐闭合所有压力释放孔的过程。这一过程中离合器高压腔压力释放由最大值逐渐变为最小值，轴线正向力P由最小值逐渐变为最大值，根据F＝P*tagθ，输入轴3、中间轴4与输出轴5间的扭力传动F由最小值逐渐变为最大值，输入轴3、中间轴4与输出轴5间的相对差速由最大值逐渐变为最小值。缓冲接合过程中，离合器高压腔泄压方向，与离合套6的移动方向相互垂直，因此，离合器的操纵作用力很小。由于缓冲接合过程，输入轴3、中间轴4与输出轴5间的扭力传动为螺旋扭力传动关系，螺旋扭力传动，对连接杆7，及与其相接触的中间轴4和输出轴5螺旋接触面，以及各推力轴承2的要求较高。特别是连接杆7，同时要承受三个作用力：1、活塞8的轴正向压力P；2、中间轴4的传动扭力F；3、输出轴5的反作用力，即为前两个力P和F的合力。由力分析可知，螺旋接触面所受的正向压力很大。且连接杆7在缓冲接合过程中，相对于中间轴4，由滑动逐渐静止；相对于机架1，由转动和往复平动逐渐变为转动。还由于缓冲接合过程结束后，离合套6虽将所有压力释放孔闭合，但实际上，很难做到完全不泄漏，也就存在一定的能量损失。因此，有必要在缓冲接合过程结束后，将输入轴3、中间轴4、输出轴5完全锁死。
3、输入轴3、中间轴4、输出轴5的完全锁死接合过程：最后完全缓松离合器踏板，由拨差带动，离合套6在复位弹簧10的作用下，继续由输入轴3、中间轴4移向输出轴5。中间轴4、输出轴5和离合套6也可通过三者的花键槽啮合，如同爪式离合器。缓冲接合过程结束后，由于输入轴3、中间轴4与输出轴5间的相对差速最大值逐渐为最小值。而离合器高压腔液压存在一定的微泄漏，相对差速最小值不为零。因此，离合套6可以顺利将中间轴4、输出轴5套合在一起，从而，完成离合器的完全锁死接合过程。离合器的扭力传递，也由螺旋扭力传递变为齿啮合扭力传递。
二、离合器的分离是离合器接合的逆过程，同样，也包括三个过程：1、输出轴5与输入轴3、中间轴4锁死分离过程；2、输入轴3、中间轴4与输出轴5的缓冲分离过程；3、输入轴3与中间轴4、输出轴5的完全分离过程。这里不再作详细说明了。
有益效果是：液压螺旋缓冲离合器，结构简单，尺寸小巧，使用寿命长，离合可靠，操控灵活，操纵作用力小，更有利于电控操作。具有很大的力矩传递，缓冲离合性能优良，离合器的离合过度柔和，且半接合状态可持续运转。离合器还具有高输入转速、高转速差时可靠、平稳接合，及高速、大扭力传递时可靠、平稳分离的优良性能。特别适合高转速差接合、大扭力分离，半离合状态可持续运转的离合器，如自动变速器的挡位离合器，在自动换挡时，可以不减油门进行，即发动机功率可不减，甚至可以增加发动机功率。该离合器在缓冲离合过度期间，根据F＝P*tagθ。可稳定控制输出定量的扭力，适合控制输出扭力定量的离合器或扭力控制器，如机床离合器。另外，离合器有一定的设计变化选择，如输入方式可选择单端或双端；活塞压力可选择单端或双端；以及选择有无输入轴与中间轴的接合、分离过程，即是否在输入轴与中间轴之间设置的爪式离合器(选无该爪式离合器时，输入轴与中间轴即为同一轴，如权利要求2所叙)。和有无输入轴、中间轴、输出轴的完全锁死接合、分离过程，即是否在输入轴、中间轴与输出轴之间设置的爪式离合器。即使选择最简单设计方式，离合器仍可正常工作。虽然离合器的性能有所降低，但结构更简单，尺寸也更加小巧。例如：只采用螺旋扭力缓冲传动原理构成的离合器，即它只有缓冲接合、分离过程，虽然无完全接合、分离，但接合、分离仍然清晰、可靠，且缓冲离合性能优良。特别是初接合、分离时，对转速差、扭力传递大小几乎无要求。
从属权力要求中的引用关系指示出通过相应从属权力要求中的特征对独立权力要求技术方案的进一步构造。它们不应被理解为放弃获得对于所引用的从属权利要求特征技术方案的保护。
本发明不局限于说明书中的实施例。相反，在本发明的范围内具有大量的变形和进一步构造，尤其是各种变形方案、元件和组合和或介质材料。例如结合说明书中和实施形式中，已及权利要求中所叙述，已及附图中包含的特征，元件或方法步骤进行的组合或变形，构成一个新的技术方案或新的方法步骤或方法步骤顺序，也包括制造、检测和工作方法。
附图一是螺旋扭力传动的力分析简化图，附图二是四条螺旋组成的波形螺旋槽平面展开图，附图三是螺旋缓冲离合器轴向剖面图。