转矩激励的转动导向式牙嵌超越离合器、自锁差速器

摘要

本超越离合器的特征在于，设置有两个相互联动的转动导向机构M1、M2，可超越分离的机构M2中设置有阻挡该机构嵌合的阻挡嵌合机构，常嵌合的机构M1中设置有再分离保证机构，其用于阻止阻挡工况中的机构M1的再次啮合，以确保机构M2嵌合复位的顺利完成。所以，由上述超越离合器双联而成的午餐盒式锁式差速器，不仅彻底消除了现有技术中的高频碰撞和噪音，降低了机械磨损，提升了承载能力和寿命，而且最为关键地是因此而不再需要使用昂贵的钛合金，从而极大地降低了该类锁式差速器的制作成本。

说明书

技术领域

本发明涉及机械传动领域中的一种超越离合装置，以及包含此种离合装置的诸如联轴器、滑行器或自锁式差速器之类的其它传动装置，特别涉及但不仅仅涉及一种具有端面嵌合齿的超越离合器。

背景技术

根据本申请人提出的中国专利申请200710152151.9和200710152152.3的超越离合器，虽然在性能和性价比上相对现有技术拥有显著的优越性，很容易具备双向工作的功能，并得到优于现有技术的牙嵌式自锁差速器，但其仍然存在可改进的地方。例如，为降低嵌合时的冲击和崩齿的可能，保证嵌合复位，其传力齿应最佳地具有朝齿根内缩的啮合面，这既降低了传力齿的承载能力，也不利于制作；而同样原因导致的增大弹簧嵌合力的要求，又直接导致空载阻力转矩和机械磨损的增加。再如，根据其的双向超越离合器以及包括该离合器的牙嵌式自锁差速器，均必需具有包括在独立的分离嵌合机构之内的独立的分离/定向环，以及在不同的径向位置上具有两周端面齿的移动环。而且，为实现双向分离，由传力齿轴向嵌合而成的传力嵌合机构的周向间隙都比较大，从而致使二者结构较较复杂，制作难度加大，承载能力更显著低于同样根据上述专利的单向超越离合器。

另外，现有技术中的一种可直接装入机动车辆上原有差速器壳的所谓午餐盒式锁式差速器(Lunchbox Locker Differential)，其与上述专利中的自锁差速器具有基本相同的工作原理，都是利用超越转动致使快转输出轴一侧的传力嵌合机构轴向分离，只是其具有两个轴向联动的同时具有传递转矩和双周向轴向分离功能的嵌合机构，相当于上述专利申请中的传力与分离两个嵌合机构径向上完全同一的情况，不存在独力的分离环。因此，其结构显得相对简单。同时，传力齿啮合面无需朝齿根内缩，而是应该外凸成易于分离的形状。另外，其对只在嵌合阶段而无需在保持嵌合阶段发挥作用的弹簧的精度和力度的要求，均大为降低。尽管如此，该类差速器仍存在下述缺点。一是差速/超越转动时，其传力齿之间周向上存在必然的机械撞击，而且是高频率的刚性撞击；差速/超越转速越大，载荷越大，齿数越多，该机械撞击就越大越频繁。这十分有害于传动系统，更加速了嵌合齿的机械磨损，降低了该类差速器的可靠性和使用寿命。二是为了降低上述有害撞击造成的危害，降低对材料强度和表面强度的要求，发生冲击的嵌合齿的齿高都被设置得很小(基本维持在2毫米左右)，从而直接限制了其承载能力和应用范围。三是为了应对上述有害撞击，提高使用寿命，该类差速器的至少部分构件均由高强度的钛合金制作而成。这直接倍增了成本，致其价格过于昂贵。比如，仅具有普通承载能力且应用于普通越野车的该类差速器(即，不含壳的齿轮散件)，其国外销售单价大致为200～500美元，国内则高达约6,500元人民币。

发明内容

本发明致力于解决上述问题。

本发明的目的是提供一种其双向传动实施方案和单向传动实施方案具有大致相同的传递能力，超越转动时没有碰撞，空载阻力和磨损相对较小，无需独立分离嵌合机构的转矩激励的转动导向式牙嵌超越离合器，以及差速/超越转动时没有冲击/碰撞，成本较低的转矩激励的转动导向式牙嵌自锁差速器。

为达成上述发明目的，本发明之转矩激励的转动导向式牙嵌超越离合器，包括，第一转动导向机构，绕同一轴线回转的由弹性元件提供轴向嵌合压力，并在超越工况中被阻挡嵌合机构阻止轴向嵌合的第二转动导向机构，以及在第二转动导向机构的反超越转动过程中，在阻挡嵌合机构未解除阻挡关系之前，阻止第一转动导向机构啮合的再分离保证机构；其中，属于第一转动导向机构的第一导向构件和中介构件的轴向相对的表面上都设置有可相互啮合和滑移的导向面，属于第二转动导向机构的前述中介构件和第二导向构件双方的轴向相对的嵌合端面上都形成有具备导向作用的嵌合齿，在弹性元件的作用下，中介构件始终具有移向第二导向构件的趋势，属于阻挡嵌合机构的阻挡环和附属阻挡环的轴向嵌合端面上都形成有具备轴向阻挡功能的阻挡齿，该附属阻挡环与第二导向构件或中介构件形成为一体；另外，中介构件具有既可确保第二转动导向机构实现超越转动，又可确保第一转动导向机构始终处于轴向嵌合状态的轴向自由度，传力工况中，第一转动导向机构的转动导向升角，小于等于第二转动导向机构的转动导向升角。

最简单地也是最佳地，所述再分离保证机构具体为销槽式嵌合机构。且更具体地是轴向接合的销槽式嵌合机构，其至少一个凹槽与至少一个凸起分别设置在中介构件上和第一导向构件或与该构件周向固定的转动构件上。

上述超越离合器可最佳地包括至少一个用于限制第一导向构件和第二导向构件之间最大轴向距离的限力元件，以形成一个轴向力的封闭系统。

改进的，在两个圆周方向上，将上述第一转动导向机构和第二转动导向机构设置成均具有传力和导向功能，将阻挡嵌合机构设置成均具备阻挡功能，再配置一个可选择地控制第一转动导向机构在两个圆周方向上可以或不可以啮合的定向机构，即可得到本发明的方向可控的超越离合器。

同样地，该定向机构最佳地包括有销槽式嵌合机构，其凹槽与凸起分别设置在中介构件上和第一导向构件或与该导向构件周向固定的转动构件上。

特别地，再分离保证机构可以与定向机构对应地合并成一个混合机构。

另外，为达成上述发明目的，本发明之转矩激励的转动导向式牙嵌自锁差速器，其通过将上述方向可控的超越离合器按下述方式轴向双联而成，即，两个第一导向构件以无导向面的端面相对的方式连接成至少周向固定的一体；两个定向机构合并成一个联动的定向机构，通过该联动的定向机构周向联动的两个中介构件，可以在相同的圆周方向上与两个第一导向构件同时啮合上，但不能在两个互反的圆周方向上与两个第一导向构件同时啮合上；两个限力元件透过两个第一导向构件轴向固定连接，以向两个第二导向构件提供轴向支撑的方式，将自锁差速器封装成一个整体。

再将第一导向构件具体为一根具有曲面型导向面的轴，并将该轴固定在具体为单一差速器壳的限力元件的两个径向孔中，即可得到对应于所谓午餐盒式锁式差速器的改进方案。

本发明的更多的优良改进方案由其它从属权利要求给出。

需要特别说明的是，本申请文件所用的相关概念或名词的含义如下：

转动导向机构：用于将本机构的圆周相对转动转换为轴向相对移动或移动趋势的机构。包括螺旋升角严格一致和不严格一致的同轴螺旋或部分螺旋机构、径向销槽机构、端面楔形机构、端面嵌合机构、端面棘轮机构及圆柱凸轮机构等。

阻挡工况：即超越工况，阻挡嵌合机构中双方的阻挡齿轴向上相互对顶抵触，阻止其它嵌合机构嵌合的工作状况，与非阻挡工况即嵌合工况相对。

超越转动和反超越转动：都是转矩传递路径下游一方的转动构件相对转矩传递路径上游一方的转动构件的转动，只是前者的相对转动方向与所传递的圆周力方向一致，而后者的相对转动方向却与之正好相反。

全齿嵌合深度：轴向嵌合机构完全嵌合时，由一方构件的所有嵌合齿的最高齿顶点到另一方构件的所有嵌合齿的最高齿顶点之间的轴向距离。

最小阻挡高度：由非阻挡工况(即，稳定的嵌合状态)过渡到阻挡工况，阻挡嵌合机构所必需分开的最小轴向距离。

相对于现有牙嵌式超越离合器，本发明省去了单独的分离/定向环以及单独的分离/定向齿，传力和分离均由同一个嵌合机构完成，不仅简化了结构，方便了加工制作，降低了磨损，而且还使根据本发明的超越离合器具备了单双向传动方案具有大致相同转矩承载能力的优点.同时，由于设置了阻挡嵌合机构和再分离保证机构，更使依据本发明的超越离合器和自锁差速器具备了无冲击，无碰撞，无噪音，嵌合可靠，成本较低的优点。

附图说明

图1是本发明的单向超越离合器最简实施例的轴向剖面图。

图2是图1中阻挡环的结构示意图，(a)是右视图，(b)是主视图。

图3是图1中中介构件的结构示意图，(a)是右视图，(b)是主视图的轴向剖面图，(c)是左视图。

图4是图1中的各个机构的齿廓间的相对关系于不同工况中，在同一假想外圆柱面上的径向投影的局部展开示意图，(a)是处于传力工况中的超越离合器的第一、第二转动导向机构以及再分离保证机构的齿形关系示意图，(b)是对应于(a)的阻挡嵌合机构的齿形关系示意图，(c)是处于超越/阻挡工况中的超越离合器的第一、第二转动导向机构以及再分离保证机构的齿形关系示意图，(d)是对应于(c)的阻挡嵌合机构的齿形关系示意图，箭头代表相应构件的转动速度和方向。

图5是对图1简单变形后的单向超越离合器的轴向剖面图。

图6是本发明的具有封装形式一的单向超越离合器的轴向剖面图。

图7是本发明的具有封装形式二的单向超越离合器的轴向剖面图。

图8是图7中半圆壳式限力元件的结构示意图，(a)是半剖的右视图，(b)是半剖的主视图。

图9是本发明的双向超越离合器的轴向剖面图。

图10是图9中圆柱凸轮式致动环的结构示意图。

图11是图9中环形钢片式弹簧的结构示意图。

图12是图9中的各个机构的齿廓间的相对关系于不同工况中，在同一假想外圆柱面上的径向投影的局部展开示意图，(a)是处于传力工况中的超越离合器的第一、第二转动导向机构以及再分离保证机构和定向机构的齿形关系示意图，(b)是对应于(a)的阻挡嵌合机构的齿形关系示意图，(c)是处于超越/阻挡工况中的超越离合器的第一、第二转动导向机构以及再分离保证机构和定向机构的齿形关系示意图，(d)是对应于(c)的阻挡嵌合机构的齿形关系示意图，箭头代表相应构件的转动速度和方向。

图13是本发明的牙嵌自锁差速器的轴向剖面图。

图14是图13中的第一、第二转动导向机构以及再分离保证机构和定向机构的齿形关系于不同工况中，在同一假想外圆柱面上的径向投影的局部展开示意图，(a)是对应于(b)的左半边的阻挡嵌合机构的齿形关系示意图，(b)是车辆处于左转向驱动状态中时，其牙嵌自锁差速器的相关机构的齿形关系示意图，其中，左半边处于传力工况，右半边处于超越/阻挡工况，(c)是对应于(b)的右半边的阻挡嵌合机构的齿形关系示意图，箭头代表相应构件的转动速度和方向。

图15是本发明的改进的午餐盒式锁式差速器的轴向剖面图。

图16是图15中中介构件的结构示意图，(a)是右视图，(b)是主视图的轴向半剖图，(c)是左视图。

图17是图15中保证构件的结构示意图，(a)是仰视图，(b)是主视图的剖面图。

图18是图15中的第一、第二转动导向机构以及再分离保证机构和定向机构的齿形关系于不同工况中，在同一假想外圆柱面上的径向投影的局部展开示意图，(a)是对应于(b)的左半边的阻挡嵌合机构的齿形关系示意图，(b)是车辆处于左转向驱动状态中时，其差速器的相关机构的齿形关系示意图，其中，左半边处于传力工况，右半边处于超越/阻挡工况，(c)是对应于(b)的右半边的阻挡嵌合机构的齿形关系示意图，(d)是车辆处于右转向行驶状态中时，其差速器的相关机构的齿形关系示意图，其中，左半边处于超越/阻挡工况，右半边处于传力工况，(e)是车辆处于左转向滑行状态中时，其差速器的相关机构的齿形关系示意图，其中，左半边处于反拖发动机的传力工况，右半边处于超越/阻挡工况；箭头代表相应构件的转动速度和方向。

具体实施方式

必要说明：本说明书的正文及所有附图中，相同或相似的构件及特征部位均采用相同的标记符号，并只在它们第一次出现时给予必要说明。同样，也不重复说明相同或类似机构的工作机理或过程。另外，为区别布置在对称或对应位置上的相同的构件或特征部位，本说明书在其编号后面附加了字母，而在泛指说明或无需区分时，将不作区分也不附加任何字母。

实施例一：单向超越离合器C1

参见图1、3、4，轴-轴传动形式的离合器C1是根据本发明的最简单的实施例。其包括第一转动导向机构M1，该机构是一个包括第一导向构件50与中介构件70的轴向嵌合机构。其中，通过平键固定在绕轴线X旋转的第一转轴(未示出)上的环状的第一导向构件50，其径向内侧形成有向右端延伸的圆管状基体58，径向外侧右端面上周向均布有锯齿形的第一导向齿52，该齿具有螺旋齿型导向面54和平行于轴线X的非导向面56，参见图4(a)。相应地，空套在圆管状基体58上的中介构件70的左端面上，周向均布有同等数量的锯齿形的高导向齿72，该齿具有与导向面54互补的螺旋齿型导向面74以及平行于轴线X的非导向面76，参见图3(b)～(c)。这里，导向面54和74具有相同的升角α，因此，导向齿52和72之间的迫使二导向面紧密啮合的相对转动，不仅可以传递转矩，还可致使中介构件70相对第一导向构件50轴向右移/分离，参见图4。

离合器C1的第二转动导向机构M2，是包括中介构件70和第二导向构件60的端面嵌合机构。如图3(a)～(b)所示，中介构件70的右端面上，周向均布有横截面为梯形的矮导向齿82，其具有齿顶面86和两个升角均为β的螺旋型导向面84，最佳地，α＜β。对应地，通过平键固定在绕轴线X旋转的第二转轴上(未示出)的第二导向构件60，其左端面上周向均布有同等数量的第二导向齿62，该齿具有与导向面84互补的两个螺旋型导向面。因此，导向齿62和82的相对转动，具有传递转矩和致使中介构件70轴向左移/分离的双重作用，参见图4。为提高导向机构M2嵌合复位的及时性，在圆管状基体58外周面上，专门套装有具体为螺旋弹簧的弹性元件120，其一端抵触在第一导向构件50的内径部位，一端抵触在形成于中介构件70内周面上的四个径向凸起92上。

另外，参见图1～4，离合器C1还包括阻挡嵌合机构M3，该机构由阻挡环100与附属阻挡环组成。阻挡环100是一个膨胀型弹性开口环，借助径向弹性所产生的摩擦力，其外周面114可摩擦滑转地贴紧在第二导向齿62的内端面上，以确保其滑动端面112贴紧在第二导向齿62内端部位的第二导向构件60的相应支撑端面上，其内周面116则空套在圆管状基体58外。显然，外周面114与第二导向齿62的内端面可以是互补的倒锥形回转面，以使阻挡环100更可靠地贴紧上述支撑端面。理所当然地，在没有大于上述摩擦力的其它力作用时，阻挡环100将跟随第二导向构件60一体转动。

再参见图2，在阻挡环环状基体110的径向外侧设置有三个朝向中介构件70的阻挡齿102以及齿槽108，阻挡齿102具有升角为λ的螺旋式阻挡工作面104和齿顶面106。附属阻挡环与中介构件70形成为一体，其附属阻挡齿122正好设置在对应的四个矮导向齿82的内径向延伸体上，并具有与阻挡工作面104互补的螺旋式阻挡工作面124。这里，|ζ|＜λ≤ξ，ζ和ξ分别是能够令超越/阻挡工况中由双方阻挡工作面轴向对顶接触所形成的静摩擦副成功自锁的上述阻挡工作面的最小和最大升角。

参见图1～3，四个径向凸起92与四个附属阻挡齿122轴向正好连成一体，其台阶面93与阻挡齿齿顶面106之间不接触。显然地，这是出于简化结构的考虑，并不是本发明的必要特征，包括径向凸起92和阻挡齿102、122的数量。同样地，为了具有更好的径向定位效果，可以增加径向凸起92和附属阻挡齿122的数量，或者将二者的单周向宽度加大到诸如正好完整跨越三个矮导向齿82的程度。另外，关于阻挡嵌合机构M3、阻挡环100及其轴向约束方法、它们与其它构件的关系，以及有关ζ和ξ的说明，在本申请人的中国专利申请200710152155.7、200710152152.3以及200710152151.9中有更详尽细致的描述，上述三项专利申请整体上被本申请参引与此，不再予以详述。

为使设置了阻挡嵌合机构M3的离合器C1正常工作，本发明还专门设置了关键的再分离保证机构M4。该机构M4是包括设置在第一导向构件50齿槽底面的保证槽134，以及设置在中介构件70的高导向齿72齿顶面相应位置的保证凸起132的轴向接合的销槽式嵌合机构，参见图1、3、4。容易理解，保证凸起132可以一体形成，也可以事先形成，再以诸如过盈配合、焊接、螺纹式固定联接等任何一种方式与中介构件70形成为一体。

下面再结合工作过程对离合器C1作进一步说明。

对照图4和图1，第一导向构件50被第一转轴驱动旋转(由图1左端观察的逆时针方向，对应于图4中的箭头方向)，于是，第一导向齿52借助导向面54与74的摩擦接触，通过高导向齿72推动中介构件70同向旋转并轴向压向第二导向构件60，从而迫使矮导向齿82与第二导向齿62紧密嵌合，以将转矩传递至第二导向构件60并最终驱动第二转轴旋转。由于α＜β，以及中介构件70上的转矩没有第三个输入输出路径，因此，作用在该构件左端转矩的轴向分力，将始终大于作用在该构件右端转矩的轴向分力，并致使中介构件70始终具有轴向右移的趋势(轴向稳定的原因在于，第二导向齿62的两齿侧向该构件提供了附加转矩之和为零而附加轴向分力之和不为零的额外的法向支撑力)，从而确保其与第二导向构件60组成的第二转动导向机构M2处于绝对可靠的嵌合状态，而不论转矩大小和有无弹性元件120。即，离合器C1处于绝对又稳定的传力工况，除非相关构件遭到破坏。

此时，第一和第二转动导向机构M1、M2虽然都处于嵌合传力状态，但前者处于轴向嵌合深度最小的不完全嵌合状态，后者则处于等于全齿嵌合深度D的完全嵌合状态。第一导向齿52的齿底面与保证凸起132以及高导向齿72的齿顶面78的轴向间距/自由度Q，分别大于零以及全齿嵌合深度D，即，Q＞D，也就是预留了第二转动导向机构M2完全分离时，中介构件70轴向左移所需的轴向和周向的自由空间，参见图4(a)、(c)。同时，嵌合状态中，＜D，即，最小阻挡高度也就是阻挡齿102的阻挡工作面104的最低缘T点/线，与附属阻挡齿122的阻挡工作面124的最低缘H点/线间的轴向距离，小于第二转动导向机构M2的全齿嵌合深度D。

因此，当第二导向构件60较第一导向构件50转动得较快时，其先是带动中介构件70一起相对后者转动，在后两构件的非导向面76和56间非摩擦自锁性地相互抵触后，再借助双方导向齿62和82的相互啮合的导向面之间的相对摩擦滑动而螺旋式地转动导出中介构件70，直至二者间的轴向分离距离等于全齿嵌合深度D，参见图4(a)、(c)。而在非导向面76和56相抵触后，保证凸起132将正好对准保证槽134。于是，随着中介构件70的轴向左移，保证凸起132将同步嵌入保证槽134中，直至嵌合深度d，以完成再分离保证机构M4的嵌合过程。这里，显然存在下述不等关系：d＜D。

再参见图4(b)～(d)，在上述轴向分离距离还未达到D但已经大于之际，阻挡工作面124的最低缘H点/线，必已轴向相对越过阻挡工作面104的最低缘T点/线。因此，在上述分离过程结束之际，也就是中介构件70相对第二导向构件60的轴向分离距离第一次达到全齿嵌合深度D之际，阻挡工作面124必然已经于螺旋转动过程中跃上阻挡工作面104，与之建立起稳定自锁的静摩擦关系。该自锁的静摩擦面上的力，令阻挡环100可以克服各种摩擦阻力而跟随附属阻挡环一体地相对第二导向构件60摩擦滑转。也就是说，阻挡嵌合机构M3的阻挡齿102与122在轴向分离距离等于D的高度上建立了稳定的对顶阻挡关系。于是相应地，第二导向构件60相对中介构件70的超越转动，也就正好维持在二者轴向零距离接触的零碰撞纯摩擦滑转状态。

在上述超越/阻挡工况中，再分离保证机构M4的嵌合深度d，大于等于全齿嵌合深度D与最小阻挡高度的差值。即，其中，代表阻挡工况中的H点/线与T点/线间的轴向距离。因此，只要阻挡关系存在，也就是只要阻挡工作面124不与阻挡工作面104脱离对顶接触，保证凸起132就不可能移出保证槽134。而由于δ＜Δ，即，阻挡工况中，再分离保证机构M4在导向面54和74相互接近方向上的周向自由度/间隙δ，小于导向面54和74之间的周向间隙Δ。因此，不解除分离保证机构M4的嵌合关系，导向面54和74就不可能相互抵触或啮合，第一转动导向机构M1当然也就不可能再次发挥转动导向作用。

另外，阻挡工作面124与104之间的摩擦自锁关系只存在于能够令二阻挡工作面的升角为正的超越转动中，而绝不存在于令其为负的反超越转动中，因为后一转动中的升角λ′＝-λ＜-|ζ|，完全落在了自锁必要条件λ′≥ζ的下限之外。因此，反超越转动一开始，阻挡工作面之间原有的摩擦自锁关系将即刻消失，阻挡环100将不再跟随附属阻挡环一体转动，而是静止在其支撑端面上，也就是相对第二导向构件60静止。

所以，当第二导向构件60较第一导向构件50转动得较慢的瞬间，反超越转动开始，参见图4(c)和4(d)。第二导向构件60带动阻挡环100相对中介构件70向纸面下方运动，中介构件70则被再分离保证机构M4周向停止在第一导向构件50上。在阻挡工作面124与104相互滑离对方，阻挡齿102与122脱离轴向对顶抵触的解除阻挡关系的临界状态点上，会有两种情况出现。第一种情况是，在到达该临界状态点之前，导向齿62和82的双方的导向面没有发生抵触或啮合，于是，受到弹性元件120持续压迫的中介构件70将在第一嵌合点上恢复与第二导向构件60的嵌合关系，在致使阻挡嵌合机构M3嵌合复位的同时，也致使再分离保证机构M4同时解除嵌合关系，从而停止后者的反超越转动，并开始传递转矩，离合器C1再次进入传力工况。

第二种情况是，在到达该临界状态点之前或之际，导向齿62和82的双方的导向面已经发生抵触或啮合。此时，该抵触或啮合所产生的反超越转动的导向作用，将推动已经沿着倾斜的阻挡工作面104轴向上下降/右移了一定高度的中介构件70，克服弹性元件120的压力再次分离/左移至对应于全齿嵌合深度D的高度上。而由于再分离保证机构M4阻止了导向面54和74间的相互抵触或啮合，因此，这种再分离运动得以实现。由于附属阻挡齿122上阻挡工作面124的最高缘轴向上始终低于阻挡齿102的齿顶面106，所以，在反超越转动中，阻挡环100的齿槽槽口不可能错过附属阻挡齿122，而只能被后者停止住。于是，当中介构件70再次分离并相对转过一个导向齿62之后，具有几乎同等圆周角的阻挡齿102与122必然早已解除阻挡关系，并处于随时可以嵌合复位的几何位置上。即，第二种情况此时已经转换为第一种情况，此后过程如上所述，不再重复。可见，第二种情况中，中介构件70与第二导向构件60的嵌合复位只不过被推迟了一个对应于导向齿62的周角而已。

必须特别指出的是，推动上述第二种情况中中介构件70再次上升/左移运动的动力，来自于第二转向导向机构M2中导向齿62和82的对应于反超越转动方向的齿侧面之间的法向力，该法向力具有推动中介构件70向图4中的纸面下方运动的趋势。如果没有设置再分离保证机构M4，那么，该法向力必然致使第一转向导向机构M1中的导向面54和74抵触或啮合，而由于α＜β，因此，该法向力必然再借助第一转向导向机构M1的转动导向作用产生轴向分离中介构件70，也就是驱使该构件反而向图4中的右方移动的矛盾趋势。而这种矛盾趋势要么最终被第二导向构件60阻止，要么被导向面54和74之间的摩擦副的自锁关系阻止(当|β-α|小于摩擦角时).其结果是反超越转动非正常地停止，不仅不可能达到为实现嵌合复位所必需的中介构件70再次分离的目的，而且还将直接导致导向齿62或82的崩损，或者整体结构的损坏。可见，没有再分离保证机构M4的存在，离合器C1将不可能恢复嵌合和正常工作，更将导致必然的损坏。

由上述说明可见，离合器C1的工作，无论是传递转矩还是超越转动，均由转动导向机构完成，不存在单独的传力机构和分离机构。而且，超越转动中，导向齿62和82间不存在任何冲击或碰撞，二者的相对转动处于纯滑动摩擦的零碰撞状态。同时，由于α＜β，为保证第二转向导向机构M2没有崩齿危险地顺利嵌合，弹性元件120不再如现有技术的牙嵌式超越离合器那样需要较大的弹性力，更无需导向齿62和82内缩齿根。因此，相对于现有技术，离合器C1的空载阻力和磨损相对较小，而且，传力嵌合机构更嵌合得绝对牢靠。

显然地，本发明没有限定弹性元件120的具体形式。它可以具有任何一种形式，只要具有相应的功能即可。同样地，中介构件70，第一和第二导向构件50、60具体为环状构件只是最佳形式，而非出于必需。

同样明显地，再分离保证机构M4也可以是其它具备同等功能的任何机械、电磁、液压等机构。只要能够在阻挡工况中阻止导向面54与74的抵触或啮合即可。而即便是销槽式嵌合机构，其保证凸起132和保证槽134也可以轴向上调换位置，或者分别设置在与第一导向构件50周向一体的转动构件(例如图6中的限力元件188)，和与中介构件70周向一体的转动构件上，甚至可以具有由轴向移动决定嵌合与否的径向型布局。

分析图1不难发现，简单地追加两个卡环196和198，离合器C1就可以简单变形为图5所示的具有轮-轴传动形式的单向超越离合器C2。其中，空套在传动轴200上的第二导向构件60的外周面上形成有轮齿182，以通过其啮合关系与外界传递转矩。第一导向构件50与传动轴200通过花键齿相连。保证凸起132设置在第一导向齿52的齿顶面上，保证槽134则设置在中介构件的高导向齿72齿底面的相应位置上。

更进一步地，离合器C1还可最佳地改进为如图6所示的具有封装形式一的单向超越离合器C3。其中，具有中心圆孔的杯形壳式限力元件188通过螺拴204紧固于第一导向构件50的径向外侧，以组成一个组合壳。该组合壳再借助两个轴承206分别可旋转地径向固定在第二导向构件60的向两端延伸的圆管状基体68上，从而围成一个管形腔，以将离合器的其它构件封装起来，使其成为一个可独立存在的完整的单向超越离合器。显然，其内部的一切轴向力都被封闭于该组合壳。

图7示出了具有封装形式二的轴-轴传动式单向超越离合器C4。其中，如图8所示的轴向两端设置有内径向凸缘的两个半圆壳式限力元件184a和184b径向对接组合成一个完整的环形封闭壳，将离合器的其余所有构件可转动地封闭于其管形腔中。而由其两外端的两个半环形端面凸缘186a和186b分别组合成的完整的环形端面凸缘的外周面上，则以过盈配合的方式套装有两个环形箍180，两个限力元件184a和184b因此被紧固成一个组合构件。

观察离合器C4，本领域普通技术人员可以想到，半圆壳式限力元件184的外周面上可以形成有诸如键槽、轮齿之类的传力特征曲面，而且还可以用齿环直接紧套在两个限力元件184a和184b的径向外侧的方式，将该两构件连接成一个完整固定的封闭壳，从而取消环形箍180。而且，采用诸如焊接、铆接或螺拴连接等方式，也可以将该两个限力元件184紧固成一个组合构件/固定整体。甚至，可以将第二导向齿62等一体形成在两个限力元件184的相应内端面上，以取消独立的第二导向构件60。

实施例二：双向超越离合器C5

对比图9与图6可知，本实施例是对离合器C3进行了如下主要改进的结果，即，增加了一个定向机构M5和致动机构，并为对应于两个不同的圆周工作方向，第一转动导向机构M1中的非导向面56和76被改成为对称于导向面54a和74a的54b和74b；每个阻挡齿102均周向对称地具有两个阻挡工作面104a和104b；每个附属阻挡齿122均周向对称地具有两个阻挡工作面124a和124b，且周向上正好跨越两个矮导向齿82，参见图12。

其中，致动机构的圆柱凸轮式致动环160通过卡环196可转动地轴向固定在第一导向构件50的向外延伸的圆管状基体58上，参见图9、10，其具有两个升角朝向互反的轴向变化高度为P的圆柱凸轮凸起162a和162b，以及沿该两个凸起的周向中线形成的跨越凸轮面最高和最低面的通孔164。该通孔164的中心线以轴线X为曲率中心，该中心线两端间隔圆周角大于ε。

定向机构M5的两个定向销140a和140b的杆状主体穿过通孔164a和164b，分别可滑动地嵌装在第一导向构件50外端面对应于第一导向齿齿槽底面的两个轴向通孔中，如图9、12(a)、(c)所示。夹装在卡环196与致动环160之间的致动机构的弹簧170的弹性凸耳172，对两个定向销140的尾端持续施加弹性压力，使后者尾段的止动轴肩始终抵触在凸轮162的相应凸轮面上。参见图11，钢片式弹簧170的两个弹性凸耳172a和172b形成在环形基体176的径向外侧，并预制有从其根部偏向致动环160的折弯角。该弹簧通过其嵌合在轴向凹槽178中的内径向凸起174相对圆管状基体58周向固定。

为简化结构，两个定向销140同时还是两个保证凸起132。对应地，机构M5的两个定向槽146则分别设置在中介构件70的高导向齿72的两个齿顶面上，其槽底面的周向一侧则对应地形成有再分离保证机构M4的保证槽134。

在本实施例中，定向机构M5具有这样的设置效果，即，致动环160顺时针或逆时针转动ε角，定向销140a和140b二者中必有一个，例如图9、12中的定向销140b，被凸轮162抬升/左移一个轴向距离P而整体低于第一导向齿52的齿底面，同时，另一个定向销140，例如图9、12中的定向销140a，由于凸轮162撤除轴向支撑而被相应的弹性凸耳172压低/右移一个轴向距离P，以致该定向销140嵌入相应的定向槽146。即，定向销140与定向槽146组成的两个销槽式嵌合机构的嵌合状态是完全互反的，致动环160在ε圆周角之间的每一次摆动式转动，都必致使其中的一个解除嵌合状态，并致使另一个进入嵌合状态。或者说，致动环160在ε圆周角之间的往复转动一次，即可完成一次定向动作，将离合器C5的工作方向(传递转矩和超越转动所对应的圆周方向)固定在一个确定的圆周方向上。

另外，参见图12，相关构件或特征部位之间的几何尺寸，还具有这样的数字关系，即，D＜Q＜P＜Q+R，其中，R表示定向槽146的轴向深度，其它符号的含义同前。还应顺便指出的是，为方便说明，两个大致上径向相对设置的定向销140a和140b，在图12中被画在了两个相邻的齿槽中。

继续参见图9、12，该两个图表现的是离合器C5被定向在第一工作方向时的位置关系，其定向销140a与定向槽146a处于嵌合状态。在图12(a)所示示的传递转矩的嵌合工况中，导向面54a与74a抵触/啮合以传递转矩，定向销140a不与定向槽146a发生任何抵触。而在图12(c)所示的超越/阻挡工况中，定向销140a与定向槽146a的槽壁面148a相互抵触，阻止导向面54b与74b抵触/啮合的同时，还顺着槽壁面148a直接滑入保证槽134a，实现再分离保证机构M4a的嵌合。即，具体为销槽式嵌合机构的定向机构M5的周向自由度F_a和F_b，仅仅唯一地允许第一转动导向机构M1在第一工作方向上具备导向作用，而无论其轴向间距几何。此时，槽壁面148a相当于图1、4中的非导向面76，定向销140a的相应侧面相当于非导向面56，双向超越离合器C5完全等同于单向超越离合器C1。由于对称关系，很容易理解，解除定向销140a与定向槽146a的嵌合状态，而令定向销140b与定向槽146b进入嵌合状态，双向超越离合器C5将被设置成一个按第二工作方向转动的单向超越离合器，该第二工作方向与单向超越离合器C1的工作方向正好相反。

可见，只要工作方向一定，离合器C5便完全等同于按该方向工作的单向超越离合器，所以，在说明定向过程后，已无必要重复说明其传递转矩、超越转动以及嵌合复位的工作过程，相关说明请参见实施例一。

对比图12与图4可发现，两个第二转动导向机构M2完全一致，因此不难得出结论，双向超越离合器C5与单向超越离合器C1具有大致相当的转矩传递能力，尤其是在两者的第一转动导向机构M1中单一方向上的导向面数大致相等的情况下。另外明显地，离合器C5中不存在现有技术中的独立的分离嵌合机构，该机构与传力嵌合机构混合成第二转动导向机构M2了。

必需补充说明的是，反超越转动过程中，由于阻挡工作面124的最高缘不能周向上直接抵触阻挡齿102的齿侧面，因此，无法如离合器C1中那样利用该方法来确保阻挡嵌合机构M3的嵌合复位。而只能利用公知技术中的加大该机构的入口裕度K的方法，即，K＞θ_c+θf+γ，(相关符号表示对应点间的圆周角，参见图12)。这里，θ_c代表矮导向齿82齿顶面所对应的圆周夹角，θ_f代表第二导向齿62齿顶面所对应的圆周夹角，γ代表第二转动导向机构M2实现轴向分离所必需相对转动的最小圆周角。有关详细说明可参阅本申请人的中国专利申请200710152155.7、200710152152.3以及200710152151.9，该三项申请整体上被本申请参引与此。

还应顺便说明的是，定向机构M5改变工作方向的操作，在超越/阻挡工况或者嵌合/非阻挡工况中均可进行，而不会影响离合器C5的正常工作，但只有在离合器C5真正按照定向机构M5设定的工作方向转动时，相互间到达正确周向位置的定向销140和定向槽146才能真正进入嵌合状态。不难想到，定向机构M5除了可以将离合器C5的工作方向规定在正向或反向上，而且还可追加规定在绝对传递或不传递转矩的双向上或零方向上。比如，对致动环160稍加改进，便可实现两个定向销140同时轴向缩回的状态，此时，离合器C5相当于一个被规定在双向上传递转矩零个方向上超越的牙嵌式联轴器，或者，可实现两个定向销140同时轴向伸出的状态，此时，离合器C5相当于一个被规定在零个方向上传递转矩和两个方向上超越的绝对分离的普通离合器。显然地，离合器C5很容易当作双向或单向滑行器应用于各种机动车辆。而且，稍加分析便知，离合器C5定向在在第一和第二工作方向上，其中介构件70相对第一导向构件50的活动区域的周向中点的圆周间隔角就是ε，而定向机构M5工作的实质就是在该两个中点与对应活动区域之间建立起联系。设置两个定向销140是最便于说明的方案，实际上，轴向型或径向型销槽式嵌合机构中，使用可自转的偏心销或偏心槽的常嵌合式便是一个很好的选择。关于这方面，以及双向超越离合器的各种变形或应用，公知技术中还有很多介绍。例如，上述被引用的专利申请中就公布了众多的实施例，可参阅，这里不再重复，而是将上述专利申请一并参引于此。

容易理解，本发明没有对定向机构M5作过多限定，包括结构、所处位置和数量等。实际上，与再分离保证机构M4一样，两机构的只要存在即可，其可以是轴向型和径向型的销槽式嵌合机构，或者其它具备同等功能的任何机械、电磁、液压等机构。即便是销槽式嵌合机构，其销和槽也可以互相调换位置，或者分别设置在与第一导向构件50周向一体的诸如限力元件188的转动构件上，和/或与中介构件70周向一体的转动构件上。

实施例三：牙嵌自锁差速器D1

参见图13、14，差速器D1实质上就是将两个双向超越离合器C5轴向双联，并将两个中介构件70周向联动的一种改进应用。

其主要改进在于，第一导向齿52对称地布置在第一导向构件50的两个端面上，差速器壳190取代杯形壳式限力元件188将两个转动导向机构一体封装起来，弹性元件120最佳地直接作用在中介构件70a与70b之间，两个销槽式定向机构M5独立于两个再分离保证机构M4，并合并成一个联动的定向机构M5。参看图13、14，定向机构M5的设置在右端高导向齿72b齿顶面中点上的定向销140，轴向穿过第一导向构件50的避让通孔59，恒久地嵌合在形成于左端高导向齿72a齿顶面中点上的定向槽146中。显然，在非差速的嵌合传力工况中，该机构M5的轴向间隙大于全齿嵌合深度D即可，而且，其定向销140可以通过刚性一体，也可以通过过盈配合或者铆接和焊接等方式设置到所述齿顶面上。

定向机构M5的周向自由度F，也就是定向销140在定向槽146中的周向间隙F，被设置得具有这样的效果，即，不论轴向上处于何种位置，两个中介构件70均只能在相同的圆周方向上与第一导向构件50同时抵触/啮合上，却不能在两个相反的圆周方向上与第一导向构件50同时抵触/啮合上。相应地，避让通孔59的周向跨度，则被设置得不妨碍定向销140的上述周向运动。

如上所述，差速器D1是两个双向超越离合器的轴向刚性双联，变化仅在于其中的定向机构M5具有了自适应功能而无需特意致动或操纵。但由于该机构M5的技术原理早已应用在现有技术的牙嵌自锁差速器中，特别是在午餐盒式锁式差速器中有完全相同的结构和应用，其结构和工作机理，包括整个差速器的工作机理，早已是公知的技术。所以，本实施例将仅对该机构M5的工作过程给予简单说明，不再详述，也不对差速器D1传递转矩、差速/超越转动以及嵌合复位等的工作过程给予重复说明，相关说明可参见实施例二。

参见图14，该图示出了差速器D1在车辆左转向驱动行驶状态中的位置关系，或者车辆按相同转向角度倒车行驶时的滑行状态。其中，左半边处于传力工况，右半边处于超越/阻挡工况。显然，这对应于差速器D1安装于轮间的假定，而如果差速器D1安装于轴间，则该图示出的位置关系就对应于车辆在任意转向中的驱动行驶状态，或者车辆按相同转向角度倒车行驶时的滑行状态。其中，左半边对应于较后的驱动轴，右半边对应于较前的驱动轴。

如图14所示，通过导向面54c与74c的啮合，第一导向构件50驱动中介构件70a克服阻力向纸面上方运动，两者周向关系稳定固定。因此，定向机构M5相对第一导向构件50固定，从而将差速器的右半边，也就是右端的双向超越离合器的工作方向定向在指向纸面上方的方向上，也就是与左半边具有相同的工作方向，只能向纸面上方传递转矩和超越转动。在左转向的差速/超越转动结束后，中介构件70b将恢复与第二导向构件60b的嵌合，右移距离D后再受到第一导向构件50的驱动而与中介构件70a一起同向同步转动，即，进入直线行驶状态。此时，定向销140将正好位于定向槽146的周向正中点。显然，如果此时第一导向构件50反向转动，便可同时驱动两个中介构件70向纸面下方运动，或者说，车辆进入直线倒行状态。

再参照图14，如果车辆在图示状态中停止动力驱动，或者改为反向行驶，也就是第一导向构件50按相反于箭头所指方向运动，中介构件70a都将相对第一导向构件50向纸面上方超越转动，其导向面74d将在槽壁面148d抵触上定向销140之际，与54d啮合，从而推动第一导向构件50转动，或者被后者驱动向纸面下方运动。此后，定向机构M5将再次相对第一导向构件50固定，从而将差速器的右半边，也就是右端的双向超越离合器的工作方向定向在指向纸面下方的方向上，也就是与左半边具有相同的工作方向，只能向纸面下方传递转矩和超越转动。

应顺便指出的是，由于δ＜Δ，槽壁面148d与定向销140的相互抵触，不会承受任何转矩，也不会影响导向面74d与54d的啮合和传力。这里，δ与Δ的含义同前。另外，与实施例四中的现有技术部分一样，本差速器D1同样不存在两端的第二转动导向机构M2同时分离的任何可能。

容易理解，由于组成差速器D1的左右两个双向超越离合器具有完全对称的结构和工作机理，且受同一个定向机构M5的周向联动作用，所以，当右端的中介构件70b与第一导向构件50分别在两个圆周方向上啮合以传递转矩时，同样可以通过定向机构M5，将左端双向超越离合器的工作方向，定向在相同于右端双向超越离合器的工作方向上。

依据上述说明，差速器D1的差速/超越转动显然地不存在冲击和碰撞，其只有纯粹的滑动摩擦，自然地，也就不存在相应的材料性能上的高储备和高成本的必需和问题，以及不存在相应地限制导向齿高度从而限制承载能力的问题。因而，差速器D1显著地优于现有技术。

本实施例中联动的定向机构M5之所以具体为现有技术的非最佳结构形式，主要是为了便于理解和说明。实际上，更好的结构形式应该是，在第一导向构件50内周面上可滑转地套装一个联动环，通过形成于该环两端部的轴向凸起与两端的中介构件70的对应的内径向凸起92的分别嵌合，以致使两端的中介构件70周向联动。

实施例四：牙嵌自锁差速器D2

如图15～18所示，差速器D2是对差速器D1改进的结果。其最主要的改进在于由一根直轴替代了后者中的第一导向构件50。

具体地，由借助锁定销相对差速器壳190固定的该直轴，也就是直轴形式的第一导向构件50的圆柱面充当了导向面54。相应地，在每个圆周方向上，中介构件70上只周向均布两个导向面74，也就是只设置了两个高导向齿72，且具有圆弧形槽底部。为方便装入差速器壳190，中介构件70的外周面上对称地设置有两个相互平行的避让割面88，并且出于同样原因，定向槽146的径向外侧具有平行于避让割面88的开口。弹性元件120具体为两根螺旋弹簧，分别嵌装在两个中介构件70的两个弹簧座槽94中。

为方便制作和工作可靠，调换了销槽式再分离保证机构M4中销与槽的轴向位置，两个保证槽134对称地设置在中介构件70上，其径向外侧成开口状，两个保证凸起132则对称地设置在圆弧形保证构件130的内弧面上，参见图17。通过定位圆孔136与直轴形式的第一导向构件50的圆柱面的相互嵌套，该两构件周向上形成为一体。径向上，保证构件130介于中介构件70与差速器壳190之间。其圆弧形基体138具有贴合于中介构件70外周面96的曲率。

实际上，为保证再分离保证机构M4工作的准确性，提升其工作可靠性，可采取诸如以下的措施来确保保证构件130径向上紧贴在中介构件70外周面上，以及其两个保证凸起132始终处于同一轴平面上。即，在保证构件130与壳190之间，加装一个套在直轴式第一导向构件50上的波形弹簧；或者，用事先套在中介构件70外周面上的类似卡环的1～2圈的钢丝弹簧，于径向外侧箍紧该两个保证构件130；或者，安装就位后再用两根或四根细钢丝拉簧分别于周向两端将两个保证构件130径向/周向上直接拉紧。

由上述介绍可知，差速器D2与差速器D1仅具有结构上的小差异，不具有原理上的变化，因此，两者具有完全相同或类似的工作过程。无需再次说明。另外，除了阻挡嵌合机构M3与再分离保证机构M4以外，差速器D2的结构完全等同于现有技术中公知的午餐盒式锁式差速器。而该两个机构的结构和工作过程已为前述实施例所说明。所以，关于差速器D2的安装过程和工作过程，已无重复说明的必要，请参见前述说明和公知技术。至于保证构件130的安装，只需在安装直轴式第一导向构件50之前，直接于差速器壳的装配窗口192中，以其两个保证凸起132周向上分别对准两个保证槽134的方式，嵌入到两个中介构件70的轴向间隙之间即可安装到位。之后，再相对差速器壳整体周向转动至轴孔位置，插装所述直轴便可结束整个安装过程，

但有必要指出的是，在差速器D1中，中介构件70可借助差速器壳190的内周面以及阻挡环100的外周面114径向定位。而在差速器D2中，除阻挡环100的外周面114之外，中介构件70还可借助阻挡环100的凸出于齿顶的环形基体110的外周面径向定位，类似实施例一中的情况。

还应指出的是，差速器D2与差速器D1一样，如果采用双向超越离合器C5中的方案，将其中的再分离保证机构M4与定向机构M5合并，都会导致保证凸起132在弯道滑行状态中因承受反拖发动机的转矩而损坏。除非合并后的再分离保证机构M4与定向机构M5的轴向间隙以及Δ大到允许两侧的中介构件70同时分离的程度。但代价是失去了利用发动机辅助制动的可能，以及增大荷载时的接合冲击。

以上仅仅是本发明针对其有限实施例给予的描述和图示，具有一定程度的特殊性，但应该理解的是，所提及的实施例和附图都是用于说明的目的，而不用于限制本发明，其各种变化、等同、互换以及更动结构或各构件的布置，都将被认为未脱离开本发明构思的精神和范围。