CN102966680B - 一种工程机械、其传动系统及其离合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离合器，该离合器包括以其外端与输出轴传动连接的油缸体，和与变速箱传动连接的主动齿轮，油缸体的朝向所述主动齿轮的一端设置有内花键，主动齿轮朝向油缸体的一端设置有与内花键啮合的外花键，油缸体与主动齿轮在第一组件的作用下连接，且在第二组件的作用下分离。这样，通过花键的啮合和分离实现动力的传递和断开，加工精度要求不高，从而降低了加工难度，同时，该离合器结构摆脱了摩擦片、垫板的使用，克服了摩擦片烧结的问题，节约了生产成本，同时提高了变速箱换挡操纵的灵活性，延长了传动设备的使用寿命。本发明还公开了一种包括上述离合器的传动系统，及包括该传动系统的工程机械。

Description

一种工程机械、其传动系统及其离合器

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别涉及一种用于传动系统的离合器。本发明还涉及一种包括上述离合器的传动系统，及包括上述传动系统的工程机械。

背景技术

离合器是汽车动力系统的重要部件，它担负着将动力与发动机之间进行切断与连接的工作，在车辆起步和换挡时发挥着重要的作用，

一种典型的离合器包括形成密闭空间的油缸体(即主动齿轮部)和与油缸体传动连接或者断开的被动齿轮，油缸体的活塞外端通过定位销连接有垫板，被动齿轮靠近垫板的一侧安装有间隔分布的数对摩擦片，在活塞与油缸体之间还设置有复位弹簧，以使活塞在只受弹簧力的作用时缩回油缸体内，带动垫板与摩擦片相分离。当压力油进行油缸体内时，活塞在压力油的作用下克服复位弹簧的弹力向外运动，并将摩擦片和垫板压紧，在摩擦力的作用下原来具有相对运动的摩擦片、垫板、被动齿轮被压紧在一起，从而实现主动齿轮与被动齿轮之间的扭矩和运动的传递。

但是，上述离合器结构主要存在以下缺陷：首先，油缸体、活塞及密封形成的空间密闭性要求高，且油缸体内孔、活塞的外圆要求加工精度高、表面粗糙度精度要求高，加工难度较大，成本高在工程机械工作时频繁换档，活塞与油缸体之间的相对运动增加了密封环的磨损，从而出现整机工作无力的现象；其次，摩擦片、垫板等使用数量多，热处理要求高，生产成本高，并且在使用过过程中，由于温度过高，容易造成摩擦片烧结症状，影响整机的使用寿命。

因此，如何降低离合器中相关零部件的加工精度，降低加工难度，同时克服摩擦片烧结，节约生产成本，就成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于传动系统的离合器，其相关零部件的加工精度要求较低，从而降低了加工难度，同时其克服了摩擦片烧结的问题，节约了生产成本。本发明的另一目的是提供一种包括上述离合器的传动系统，及包括该传动系统的工程机械。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于传动系统的离合器，包括以其外端与所述传动系统的输出轴传动连接的油缸体，和与所述传动系统的变速箱传动连接的主动齿轮；所述油缸体与所述主动齿轮之间设置有第一组件和第二组件，且两者在所述第一组件的作用下连接，在所述第二组件的作用下分离；所述油缸体的朝向所述主动齿轮的一端设置有内花键，所述主动齿轮朝向所述油缸体的一端设置有与所述内花键啮合的外花键；所述第一组件包括固定在所述输出轴的挡板，和以其一端固定于所述挡板的第一弹簧，所述第一弹簧的另一端固定于所述油缸体，所述油缸体与所述主动齿轮分离时，所述第一弹簧处于压缩状态；所述第二组件包括柱塞，所述柱塞的一端密封于阀套内，其另一端所在的腔体与动力油源连通；所述阀套固定安装于所述输出轴的内孔中，且其内壁开设有台阶，所述柱塞位于所述阀套内的一端套设有第二弹簧，所述第二弹簧的端面抵靠于所述台阶。

优选地，所述第一组件的数目为八个，各所述第一组件沿所述油缸体的周向均匀分布。

优选地，所述油缸体朝向所述主动齿轮的端面开设有安装孔，所述第一弹簧设置于所述安装孔中。

优选地，所述安装孔为平底沉头孔。

优选地，所述输出轴上设置有弹性挡圈，所述挡板通过所述弹性挡圈固定于所述输出轴。

优选地，所述油缸体与所述主动齿轮的接合面为锥形面。

优选地，所述内花键和所述外花键均为矩形花键。

本发明还提供一种传动系统，包括变速箱，和与所述变速箱传动连接的离合器，所述离合器为如上所述的离合器。

本发明还提供一种工程机械，包括动力系统、工作系统，以及与所述动力系统和所述工作系统传动连接的传动系统，所述传动系统为如上所述的传动系统。

本发明所提供的用于传动系统的离合器包括油缸体和主动齿轮，其中油缸体的外端与该传动系统的输出轴传动连接，主动齿轮与该传动系统的变速箱传动连接；油缸体的朝向所述主动齿轮的一端设置有内花键，主动齿轮朝向油缸体的一端设置有与内花键啮合的外花键，油缸体与主动齿轮在第一组件的作用下相互靠近，并通过内花键与外花键的啮合实现传动连接，油缸体与主动齿轮在第二组件的作用相互远离，并通过内花键与外花键的断开啮合实现分离。

在传动系统处于正常工作状态下，第二组件不工作，没有外界的压力油进入离合器，此时，油缸体和主动齿轮在第一组件的作用下相互靠近，并通过内、外花键的啮合实现油缸体和主动齿轮的传动连接，以实现运动的传递；当传动系统需要进行换挡等操作时，第二组件与外界压力油源相连通，在第二组件的作用下油缸体与主动齿轮克服第一组件的作用力，油缸体与主动齿轮相分离，以实现传动的断开。

这样，上述离合器通过花键的啮合和分离实现动力的传递和断开，油缸体上的外花键和主动齿轮上的内花键只要能够实现啮合即可，不具有轴孔配合，加工精度要求不高，从而降低了加工难度，同时，该离合器结构摆脱了摩擦片、垫板的使用，克服了摩擦片烧结的问题，节约了生产成本，同时提高了变速箱换挡操纵的灵活性，延长了传动设备的使用寿命。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的离合器的油缸体与主动齿轮的接合面为锥形面；当需要断开传动时，油缸体与主动齿轮在该锥形面的导向作用下沿轴向分开，以使花键脱开的过程平缓，从而提高了传动系统换挡时的转换平稳性。

在另一种具体实施方式中，本发明所提供离合器，其油缸体和主动齿轮上的花键均为矩形花键，矩形花键传递扭矩较大，且工作平稳，制造成本较低，从而进一步保证了档位变换的平稳性，且进一步降低了设备的加工成本。

附图说明

图1为本发明所提供的离合器一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于传动系统的离合器，其相关零部件的加工精度要求较低，从而降低了加工难度，同时其克服了摩擦片烧结的问题，节约了生产成本。本发明的另一核心是提供一种包括上述离合器的传动系统，及包括该传动系统的工程机械。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供的离合器一种具体实施方式的结构示意图。

本发明所提供的用于传动系统的离合器包括油缸体9和主动齿轮6，其中油缸体9的外端与该传动系统的输出轴17传动连接，主动齿轮6与该传动系统的变速箱传动连接；油缸体9的朝向所述主动齿轮的一端设置有内花键，主动齿轮6朝向油缸体9的一端设置有与内花键啮合的外花键，油缸体9与主动齿轮6在第一组件的作用下相互靠近，并通过内花键与外花键的啮合实现传动连接，油缸体9与主动齿轮6在第二组件的作用相互远离，并通过内花键与外花键的断开啮合实现分离。

油缸体9与主动齿轮6的接合面为锥形面；当需要断开传动时，油缸体9与主动齿轮6在该锥形面的导向作用下沿轴向分开，以使花键脱开的过程平缓，从而提高了传动系统换挡时的转换平稳性。

显然地，上述锥形面的作用为导向，其应该向着便于令油缸体9和主动齿轮6分离的方向倾斜。

油缸体9与主动齿轮6的接合面也不局限于为锥形面，只要能够实现油缸体9和主动齿轮6的顺利接合和分离即可，例如，该接合面也可以为圆柱面。

油缸体9和主动齿轮6上的花键均为矩形花键，矩形花键传递扭矩较大，且工作平稳，制造成本较低，从而进一步保证了档位变换的平稳性，且进一步降低了设备的加工成本。

从理论上来讲，油缸体9和主动齿轮6上的花键也不局限于为矩形花键，只要能够实现内花键和外花键的啮合和分离，上述花键连接也可以采用本领域中常规使用的其他形式的花键。

上述油缸体9可以通过渐开线花键与输出轴17相联，由于渐开线花键的齿数教多，承载能力强，易自动定心，安装精度高，因此，相同外形尺寸下花键小径大，有利于增加轴的刚度；同时，渐开线花键便于采用冷搓、冷打、冷挤等无切屑加工工艺方法，生产效率高，精度高，有利于节约生产成本。

油缸体9和主动齿轮6的齿数应根据用户对变速箱的传动比的需求进行适当的调整，以适应不同的使用场合，在此不做限定。

在传动系统处于正常工作状态下，第二组件不工作，没有外界的压力油进入离合器，此时，油缸体9和主动齿轮6在第一组件的作用下相互靠近，并通过内、外花键的啮合实现油缸体9和主动齿轮6的传动连接，以实现运动的传递；当传动系统需要进行换挡等操作时，第二组件与外界压力油源相连通，在第二组件的作用下油缸体9与主动齿轮6克服第一组件的作用力，油缸体9与主动齿轮6相分离，以实现传动的断开。

这样，上述离合器通过花键的啮合和分离实现动力的传递和断开，油缸体9上的外花键和主动齿轮6上的内花键只要能够实现啮合即可，加工精度要求不高，从而降低了加工难度，同时，该离合器结构摆脱了摩擦片、垫板的使用，克服了摩擦片烧结的问题，节约了生产成本，同时提高了变速箱换挡操纵的灵活性，延长了传动设备的使用寿命。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的第一组件的数目可以为多个，以便为油缸体9提供足够的回复力，保证油缸体9与主动齿轮6的接合强度。具体地，第一组件的数目可以为八个，各第一组件沿所述油缸体9的周向均匀分布；设置八个沿圆周方向均匀分布的第一组件能够保证足够的回复力，且使得油缸体9受力较为均匀，便于在切换工作状态时油缸体9自由的往复运动。

显然地，上述第一组件也不局限于八个，只要能够保证足够的回复力，并尽量提高受力均匀性即可，例如，该第一组件也可以为六个或四个；同时，周向空间位置足够，且不影响离合器的其他工作部件的正常工作的前提下，第一组件的数目也可以多于八个。

具体地，上述第一组件包括挡板12和第一弹簧11，其中，挡板12固定在输出轴17的径向，第一弹簧11的一端固定于挡板12，另一端固定于油缸体9，油缸体9与主动齿轮6分离时，第一弹簧11处于压缩状态；这样，当传动系统需要传递运动时，第二组件不工作，此时，油缸体9只受到第一弹簧11的弹性力的作用，而该弹性力的方向是朝向主动齿轮6的，油缸体9在该弹性力的作用下靠近主动齿轮6，并通过其上的内花键与主动齿轮6上的外花键啮合，实现传动连接。

上述油缸体9朝向主动齿轮6的端面可以开设有安装孔，第一弹簧11设置于该安装孔中，以便使该离合器的结构更加紧凑。

上述安装孔为优选为平底沉头孔，由于安装孔的底部需要与第一弹簧11的端面接触，安装孔的底部设计成平底使得弹簧受力均匀，不倾斜；显然地，从理论上来讲，该安装孔并不局限于为平底沉头孔，只要能够容纳第一弹簧11，并不妨碍第一弹簧11的复位功能的实现即可，例如，该安装孔也可以为通孔，此时，需要在适当的位置增加固定第一弹簧11端部的安装板。

上述输出轴17上可以设置有弹性挡圈13，挡板12固定于弹性挡圈13，以提高挡板12的安装性能；显然地，挡板12也可以直接安装在输出轴17上。

在上述具体实施方式中，本发明所提供的第二组件包括柱塞8，柱塞8的一端密封于阀套4内，其另一端所在的腔体与动力油源连通；阀套4固定安装于所述输出轴17的内孔中，且其内壁开设有台阶，所述柱塞8位于所述阀套4内的一端套设有第二弹簧5，所述第二弹簧5的端面抵靠于所述台阶；当传动系统需要断开传动时，动力油源中的动力油进入腔体，并推动柱塞8向靠近主动齿轮6的一侧运动，从而推动主动齿轮6向远离油缸体9的一侧运动，以将主动齿轮6与油缸体9分离，从而实现断开传动的目的。

下面以上述具体实施方式为例，简单介绍本发明所提供的离合器的工作过程：油缸体9通过渐开线花键与输出轴17相连接，在油缸体9的右端面(指图1中所示的右端)均布八个平底沉头孔，并且在每个平底沉头孔内安装一个第一弹簧11，挡板12通过固定在输出轴17上的弹性挡圈13限位，在第一弹簧11的弹性压力作用下，油缸体9与主动齿轮6通过端面的矩形花键相联；当变速箱液压系统通过变速阀控制作用下，油缸体9内液压油无压力时，油缸体9在弹性力的作用下与主动齿轮6端面的矩形花键相啮合，变速箱内部动力输入齿轮通过与主动齿轮6啮合，将动力传递给主动齿轮6，然后通过端面的矩形花键传递给油缸体9，再通过渐开线花键将动力传递给输出轴17，输出轴17通过端部的外花键传递给输出法兰，最终实现变速箱的动力及运动的输出。

在输出轴17的右端设置有环形的油槽，该油槽与变速箱箱体上的油道相连通，在油道的两侧密封槽内分别安装密封环，当变速箱通过变速箱操纵阀换档时，液压油通过输出轴17上环形的油槽进入中间油道内，在压力作用下，柱塞8克服第二弹簧5的弹力，沿阀套4向左(指图1中的左侧)运动；同时，在柱塞8向左移动的过程中，阀套4上的孔和柱塞8上的径向孔逐渐接通，并且开口面积逐渐曾大直至完全打开，液压油通过柱塞8上的油道，经阀套4上的油道进行入输出轴17、油缸体9及密封环7组成的腔体内，油缸体9内的压力在瞬间迅速上升，在压力的作用下推动油缸体9克服第一弹簧11的弹力向右移动；这样，油缸体9与主动齿轮6在锥形面的导向作用下沿轴向分开，端面的矩形花键脱开，从而实现离合器的两齿轮的传动运动的分离；此时，外部动力通过油缸体9的渐开线外齿，经油缸体9与输出轴17间的渐开线花键直接传递给输出轴17，当在变速操纵阀控制作用下，档位切换时，油缸体9内的液压油压力下降，在第一弹簧11的弹力作用下，油缸体9向左移动，油缸体9内的液压油通过阀套4、柱塞8上的油道返回到输出轴17的内腔中，实现油缸体9与主动齿轮6端面的矩形花键相啮合；在输出轴17内部，液体压力下降，柱塞8在第二弹簧5的回复力的作用下，向右移动，随着内腔空间的减小，残留在缸体内的液压油通过活塞上的小孔泄油，从而实现了变速箱不同传动比之间的切换。

除了上述离合器，本发明还提供一种传动系统和包括该传动系统的工程机械，该传动系统及工程机械的其他各部分结构请参考现有技术，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种工程机械、其传动系统及其离合器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于传动系统的离合器，包括以其外端与所述传动系统的输出轴(17)传动连接的油缸体(9)，和与所述传动系统的变速箱传动连接的主动齿轮(6)，所述油缸体(9)与所述主动齿轮(6)之间设置有第一组件和第二组件，且两者在所述第一组件的作用下连接，在所述第二组件的作用下分离；其特征在于，所述油缸体(9)的朝向所述主动齿轮(6)的一端设置有内花键，所述主动齿轮(6)朝向所述油缸体(9)的一端设置有与所述内花键啮合的外花键；所述第一组件包括固定在所述输出轴(17)的挡板(12)，和以其一端固定于所述挡板(12)的第一弹簧(11)，所述第一弹簧(11)的另一端固定于所述油缸体(9)，所述油缸体(9)与所述主动齿轮(6)分离时，所述第一弹簧(11)处于压缩状态；所述第二组件包括柱塞(8)，所述柱塞(8)的一端密封于阀套(4)内，其另一端所在的腔体与动力油源连通；所述阀套(4)固定安装于所述输出轴(17)的内孔中，且其内壁开设有台阶，所述柱塞(8)位于所述阀套(4)内的一端套设有第二弹簧(5)，所述第二弹簧(5)的端面抵靠于所述台阶。

2.根据权利要求1所述的用于传动系统的离合器，其特征在于，所述第一组件的数目为八个，各所述第一组件沿所述油缸体(9)的周向均匀分布。

3.根据权利要求1所述的用于传动系统的离合器，其特征在于，所述油缸体(9)朝向所述主动齿轮(6)的端面开设有安装孔，所述第一弹簧(11)设置于所述安装孔中。

4.根据权利要求3所述的用于传动系统的离合器，其特征在于，所述安装孔为平底沉头孔。

5.根据权利要求1所述的用于传动系统的离合器，其特征在于，所述输出轴(17)上设置有弹性挡圈(13)，所述挡板(12)通过所述弹性挡圈(13)固定于所述输出轴(17)。

6.根据权利要求1至5任一项所述的用于传动系统的离合器，其特征在于，所述油缸体(9)与所述主动齿轮(6)的接合面为锥形面。

7.根据权利要求1至5任一项所述的用于传动系统的离合器，其特征在于，所述内花键和所述外花键均为矩形花键。

8.一种传动系统，包括变速箱，和与所述变速箱传动连接的离合器，其特征在于，所述离合器为如权利要求1至7任一项所述的离合器。

9.一种工程机械，包括动力系统、工作系统，以及与所述动力系统和所述工作系统传动连接的传动系统，其特征在于，所述传动系统为如权利要求8所述的传动系统。