螺旋式离合机构 本发明涉及机械离合机构和机械离合器。
目前通用的种类繁多的机械离合器按机械工业出版社91年版《机械设计手册》第4卷第29篇分类为自控离合器和操纵离合器两大类。按离合的机械原理又分为摩擦式和嵌入式两种形式。摩擦式有片式、块式、带式、滚柱式、圆锥式、扭簧式等等。嵌入式有牙嵌式、键式、齿式、棘轮式、滑销式等等。摩擦式离合器的优点是转速高时离合迅速可靠，且无明显结合冲击力。缺点是摩擦打滑传递效率低，摩擦件如摩擦片或滚柱容易磨损失效，制造成本高。嵌入式离合器的优点是传递效率高和制造成本低，缺点是转速高时离合差，且有明显结合冲击力。本发明试图吸取两者的优点而克服两者的缺点，采用螺旋离合的机械原理来达到本发明的目的。
本发明的机械原理如图1所示。
螺旋式离合机构是由内螺套(1)、浮动螺套(2)和外螺套(3)以及分别与内螺套(1)和外螺套(3)相连接的主从动件构成。其特征是：内螺套(1)的内螺纹与浮动螺套(2)的外螺纹组成螺纹副；外螺套(3)的外螺纹与浮动螺套(2)的内螺纹组成与前者螺距相同并且旋转方向相反的螺纹副；浮动螺套(2)位于内螺套(1)和外螺套(3)之间并且可沿轴向作旋转滑动，可分别或者同时与内螺套(1)和外螺套(3)啮合而内螺套(1)和外螺套(3)在轴向B和A处相对限位；从而实现与内螺套(1)和外螺套(3)相连接的主从动件在旋转过程中的离开或者接合。
螺纹的形状构造可以是标准地普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和非标准螺纹。根据实际需要可以采用单线(头)数或者多线(头)数分度螺纹。并且根据实际需要一组螺纹副的内螺纹和外螺纹的线(头)数不一定相等。
假设内螺套(1)为右旋螺纹，则外螺套(3)为左旋螺纹，且两者在图一中的轴向位置不变。又假设内螺套(1)代表主动件而外螺套(3)代表从动件。当从左向右看主动件内螺套(1)逆时针(左旋)转动时，它引起浮动螺套(2)向左旋转，同时受到主动件内螺套(1)的轴向推力而引起浮动螺套(2)向左旋转的同时又向右轴向滑动，最后与左旋螺纹的从动件外螺套(3)接合。此时，浮动螺套(2)和从动件外螺套(3)在轴向A处不能向右移动，则被带动同步转动。当主动件内螺套(1)减速时，从动件外螺套(3)的惯性转速大于浮动螺套(2)的转速，结果以相同原理引起浮动螺套(2)向左旋转滑动并且与从动件外螺套(3)离开，又回到初始位置B处。
图2为外螺套(3)为主动件、内螺套(1)为从动件的结构原理图。以上就是螺旋式离合机构的机械离合原理。
浮动螺套(2)与从动件外螺套(3)的相隔距离不宜太大，只要考虑各种因素都能可靠离开就可以了。相隔距离太大结合不力且噪声大。对于螺纹外径小于200mm小型的离合器，其浮动螺套(2)与从动件外螺套(3)的相隔间隙取小于2mm合理。当浮动螺套(2)与从动件外螺套(3)结合时旋转嵌入，冲击力小，克服了普通嵌入式离合器的缺点。浮动螺套(2)与从动件外螺套(3)结合后是嵌入式转动，不摩擦打滑磨损失效，又克服了摩擦式离合器的缺点。为了便于离合，浮动螺套(2)与从动件外螺套(3)的螺纹间隙较大，如果是多线螺纹，浮动螺套(2)的线数要大于或等于从动件外螺套(3)的线数。为了同轴度定位，浮动螺套(2)与主动件内螺套(1)要确定定心方式，并且主动件内螺套(1)的螺纹长度要保证浮动螺套(2)在离合过程中不能离开主动件内螺套(1)。由于螺纹制造容易，成本较低，只要合理选材和合理处理工作件表面就行了，利于推广运用。
现在以二轮摩托车滑行器为例进一步说明本发明的具体结构原理。根据本发明的技术特征设计的二轮摩托车滑行器如图3所示。现行的二轮摩托车滑行器如图4所示。
在图3中，位于摩托车后轮的从动链轮(或者从动圆锥齿轮)(4)与内螺套(1)构成主动件。与后轮相连接的带动销(6)和外螺套(3)构成从动件。浮动螺套(2)的外螺纹中径为94mm，从动件外螺套(3)的螺纹中径为78mm。其螺纹长度为主动件内螺套(1)13mm，浮动螺套(2)8mm和从动件外螺套(3)5mm。螺纹均采用非标多线矩形螺纹：浮动螺套(2)的外螺纹螺旋角10°，内螺纹螺旋角11.96°，内外螺纹的螺距均为51.9mm，齿宽6±0.05mm，齿深4mm。螺纹线数：主动件内螺套(1)8线；从动件外螺套(3)2线或者4线或者8线；浮动螺套(2)内外螺纹均8线。螺纹旋向：主动件内螺套(1)右旋，从动件外螺套(3)左旋。主动件内螺套(1)与浮动螺套(2)为外径定心H7/g6，浮动螺套(2)与从动件外螺套(3)的公差为C10/c12。浮动螺套(2)的滑动行程为6mm，即浮动螺套(2)与从动件外螺套(3)的离开间隙为1mm。工作件可采用GCr15或60Si2Mn，热处理淬火硬度58～63HRC，表面粗造度可取6.3μm、3.2μm和1.6μm。为了便于浮动螺套(2)准确旋转嵌入从动件外螺套(3)，除了螺纹线数为整数比外，并且在两者的接触端面口部倒导向螺旋角。浮动螺套(2)的矩形齿顶部倒角1×45°。对于FM156型发动机，考虑到摩擦损失，1档时浮动螺套(2)的驱动扭力为98kg，轴向力为98×tg11.96°＝20.7kg，5档时分别为27kg和4.7kg。5档时浮动螺套(2)的转速为750r/min，0.01秒钟能嵌入从动件外螺套(3)。
当摩托车手把加油即加速行驶时，主动件内螺套(1)左旋使浮动螺套(2)与从动件外螺套(3)结合驱动后轮前进。当摩托车手把回油即减速行驶时，从动件外螺套(3)的转速大于浮动螺套(2)的转速而使浮动螺套(2)离开从动件外螺套(3)引起后轮滑行前进。
这是一种超越离合过程。
由于发动机仍在怠速驱动主动件内螺套(1)转动，但转速低于从动件外螺套(3)，不能使浮动螺套(2)旋转嵌入从动件外螺套(3)，只能与从动件外螺套(3)的接触端面摩擦滑动，并且发动机的怠速驱动力很小，也不会加快接触端面的摩擦磨损。
如果道路不好，如下坡，弯道，雨滑路或烂路以及能见度低的情况下，可用左脚或左手把拉线或拉杆操纵挂档机构(5)，使其限位销抵住浮动螺套(2)，使浮动螺套(2)始终与从动件外螺套(3)结合，使摩托车挂档安全行驶。若限位销行程不到位，可加油提点速。在挂档行驶状态下，浮动螺套(2)失去了离合的功能。需要滑行时再次操纵挂档机构(5)，使其限位销回位。在设计上取限位销行程5mm，使浮动螺套(2)在滑行和挂档的时候都有1mm的间隙以避免限位销、浮动螺套(2)和从动件外螺套(3)的接触端面不必要的摩擦磨损。
图4的摩托车滑行器采用滚柱摩擦式离合原理。位于摩托车后轮的从动链轮(或者从动圆锥齿轮)(4)与轨道环(7)构成主动件。与后轮相连接的带动销(6)和正六面体(9)构成从动件。滚柱(8)位于主动件轨道环(7)和从动件正六面体(9)之间。当摩托车手把加油即加速行驶时，主动件轨道环(7)左旋使滚柱(8) (6件)摩擦滚动到从动件正六面体(9)的平面左侧引起从动件正六面体(9)同步转动。当摩托车手把回油即减速行驶时，从动件正六面体(9)的转速大于滚柱(8)的转速而使滚柱(8)离开正六面体(9)的平面左侧，且由保持架(11)使滚柱(8)处于正六面体(9)的平面中部而与主动件轨道环(7)离开，引起后轮滑行前进。
这也是一种超越离合过程。
如果道路不好，可用左手把拉线或者拉杆操纵挂档机构(5)，使其限位销抵住摩擦盘(10)，使滚柱(8)摩擦滚动到从动件正六面体(9)的平面右侧引起主动件轨道环(7)与从动件正六面体(9)同步转动，获得摩托车挂档安全行驶。但这种操纵是瞬间完成。如果继续抵住摩擦盘(10)，会重新超越滑行。在挂档行驶的可靠性方面不及螺旋式滑行器。并且这种结构原理对轨道环(7)、滚柱(8)和正六面体(9)的材料、制造精度和热处理都要求很高。
图3和图4这两种滑行器的结构、性能、成本和可靠性比较如表1所示。从表1可知，采用螺旋式离合原理设计的摩托车滑行器具有嵌入式离合器传动效率高和摩擦式离合器高速离合的优点，又克服了嵌入式离合器高速离合差和摩擦式离合器磨损失效的缺点。显然，螺旋式离合机构优于嵌入式离合机构和摩擦式离合机构。
表1螺旋式滑行器和滚柱式滑行器 螺旋式滑行器 滚柱式滑行器离合方式 超越式 超越式结合方式 嵌入式 摩擦式 浮动体 螺套 滚柱结构形式 简单 复杂制造精度 低 高制造成本 低 高润滑方式 油脂 油脂润滑效果 好 差 可靠性 好 差 维修性 简便 复杂
本发明的螺旋离合机构不仅仅用于主从动件超越离合达到变速的目的，还可运用于机床设备和工程机械的同步离合和间隙运动即自动控制系统中。目前大型机械多采用电磁式或液压式或气动式的操纵方式去控制大型的摩擦式离合器，体积庞大，结构复杂，制造费用高。采用本发明的螺旋离合原理，只需配置少量的行程开关就可实现数百吨机械力的控制，如大型压力机、自控机床等。本发明的螺旋离合原理还有无数种变换。图5表示将图2中的外螺套(3)去掉并且将内螺套(1)和浮动螺套(2)竖直排列，配上可调的行程开关和倒档离合器驱动内螺套(1)正转和反转，从而很简单地设计出螺纹自动攻丝机。
综上所述，本发明螺旋式离合机构在机械领域内有着广泛的运用前景。