一种双向机械自动同步离合器的结构设计

钱浩桂馨

（南京农业大学，江苏南京210031）

摘要：介绍了一种能实现双向自动同步的机械离合器的结构及原理，该结构利用斜齿轮实现滑动套的轴向滑动，将齿式联轴器和棘轮棘爪机构相结合，从而将齿式联轴器能传递大转矩的特点和棘轮棘爪单向自锁的特点合二为一，来完成大扭矩传动时的自动同步离合功能。同时将棘轮棘爪设计成对称结构，通过外部的调整环可以调整棘爪的啮合方向，进而实现自动同步离合的换向功能，即可选择顺时针同步啮合或逆时针同步啮合。

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关键词 ：自动同步；离合器；结构；应用前景

1主要组成结构

1.1整体结构

如图1所示，该双向机械自动同步离合器主要结构包括输入组件、输出组件、滑动组件、换向组件和润滑缓冲结构、密封结构。

1.2输入组件

离合器输入组件通过螺栓螺母与外部动力输入端相连接，是双向机械自动同步离合器的动力输入端，主要由输入法兰、输入轴、缓冲套、缓冲套挡圈和输入轴挡盘等零件组成，其中输入轴是该部分的核心构件，输入法兰直接带动输入轴进行旋转运动，输入轴上有外斜齿轮结构。缓冲套和缓冲套挡圈也与输入法兰相连，二者构成缓冲油腔结构，对滑动构件的移动起缓冲作用。

1.3滑动组件

滑动组件由滑动套、可活动棘轮、棘轮挡圈等构成，滑动套是整个双向机械自动同步离合器的核心构件，其内部为与输入轴上的外斜齿轮相配合的内斜齿轮，外侧中部有外直齿结构，通过该外直齿与离合器输出套内齿槽相配合组成齿式联轴器结构，用来传递转矩。同时外侧右端还安装有若干可活动棘轮块，在弹簧的作用下能够缩回滑动套内部，在离心力的作用下又可以弹出，这样可减小棘爪的磨损。

1.4输出组件

离合器输出组件通过螺栓螺母与动力输出侧相连，是双向机械自动同步离合器的动力输出端，主要由输出套、输出法兰等零件组成。

1.5换向组件

一般的超越离合器只能实现单方向超越，但本离合器可以实现双向超越，只需要手动调节位于离合器输出套外部的换向机构（图2）即可。

通过以一定角度转动调整环，可以让调整环带动固定其上的弹簧也产生转动，从而推动棘爪实现啮合方向的改变。即顺时针转动调整环能实现棘爪的顺时针啮合，逆时针转动调整环能实现棘爪的逆时针啮合，如图3所示。

1.6润滑缓冲结构

缓冲结构由输入法兰、缓冲套和缓冲套挡圈所构成的缓冲油腔和滑动套左侧的凸起部分组成，为双向机械自动同步离合器接合和脱开过程提供安全保护。

润滑油由不需要专门外部辅助的液压系统提供，只需要装配时注入输出套内，给离合器内各齿轮副、棘轮和棘爪等组件提供润滑作用。

2双向机械自动同步离合器工作过程

双向机械自动同步离合器的核心部件是轴向滑动零件即滑动套，其工作原理与旋在螺栓上的螺母相似，输入组件的输入轴与螺栓相似，即当螺栓转动的同时限制螺栓上的螺母轴向转动，螺母就会沿螺栓的轴向平动，滑动套相对输入轴和输出套的滑动就是利用这个原理实现的。

首先拟定需要顺时针啮合、逆时针脱开，拟定输入轴的斜齿轮为右旋斜齿轮。如图4所示，将接合方向调整装置调整到顺时针啮合一侧，当输入侧开始顺时针旋转、输出侧静止时，棘轮棘爪啮合，由于输出侧有负载，故通过棘轮棘爪的啮合限定了滑动套的顺时针方向转动，在内外斜齿轮的轴向分力作用下，滑动套向右平移。平移的过程中棘轮棘爪逐渐脱开，但在完全脱开之前，滑动套上的外直齿将刚好卡在输出套右侧一组齿槽中，随着棘轮棘爪的脱开，滑动套上的外齿也完全啮合在齿槽内，最终滑动套在限位挡圈的作用下停止平移。平移停止，离合器也具有了传递转矩的能力。输入侧的转矩依次通过输入轴、滑动套和输出套传递到输出侧。

而当输入侧的转速比输出侧转速低时，输入轴会对滑动套产生向左的轴向力，让滑动套向左运动。滑动套外侧的直齿和

输出套内侧的齿槽逐渐脱开，棘轮和棘爪又逐渐会到同一平面

上。但是由于此时输出侧的转速比输入侧转速高，故棘轮棘爪的相对转向与结合时是相反的，棘轮棘爪此时不啮合，不能限

制滑动套的转动，滑动套就会跟随输入轴一同转动，不再轴向向左运动，动力的传递也随之停止。当输入侧停止转动时，可活动的棘轮结构在弹簧作用下缩回滑动套内部，不再与棘爪接触，避免了长时间超越过程中棘轮棘爪之间的无谓磨损。

若需要逆时针啮合、顺时针脱开，转动换向机构即可。

3应用前景预测

根据从齿轮箱制造厂家获得的信息，我国共有齿轮箱企业1000余家，年销售额超过1亿元的企业有150多家，目前的齿

轮箱市场巨大，包括能源、交通等领域都需要与高转矩齿轮箱相配套的盘车装置。双向机械自动同步离合器是该装置中的重要组件，能替代原有手动离合装置，具有良好的市场前景。

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收稿日期：2015?07?21

作者简介：钱浩（1993—），男，江苏滨海人，本科在读，研究方向：机械制造及其自动化。