一種離合器接力裝置

《一種離合器接力裝置》是中國核電工程有限公司於2013年1月14日申請的專利，該專利的申請號為201310012150X，公布號為CN103089952A，授權公布日為2013年5月8日，發明人是李建奇、楊仲元、吳明、金青、謝亮、唐興貴、張鑫、李鈞、王燕、劉慧芳、孫福江、繆嶺。

《一種離合器接力裝置》公開了一種離合器接力裝置，該裝置包括驅動軸，驅動軸上設有齒輪，齒輪的側向設有彈簧盒，驅動軸與彈簧盒之間設有平面蝸卷彈簧，平面蝸卷彈簧的內端纏繞於驅動軸上，外端與彈簧盒連線。該裝置通過驅動軸與齒輪相對角度的變化，實現了雙向離合器的效果，解決了齒輪齒條進入嚙合、脫離嚙合及雙電機不同步造成的碰撞及干涉問題，保證了接力過程的平穩運行。平面蝸卷彈簧可以在一定範圍內實現超越，提供一定範圍的超越空間，並在空載狀態下保持有預緊力，能夠使齒輪恢復原位。

2018年12月20日，《一種離合器接力裝置》獲得第二十屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種離合器接力裝置》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種離合器接力裝置
• 公告號：CN103089952A
• 授權日：2013年5月8日
• 申請號：201310012150X
• 申請日：2013年1月14日
• 申請人：中國核電工程有限公司
• 地址：北京市海淀區西三環北路117號
• 發明人：李建奇、楊仲元、吳明、金青、謝亮、唐興貴、張鑫、李鈞、王燕、劉慧芳、孫福江、繆嶺
• Int.Cl.：F16H35/00(2006.01)I
• 代理機構：北京天悅專利代理事務所（普通合夥）
• 代理人：田明、任曉航
• 類別：發明專利

專利背景

在壓水堆核電站運行期間，反應堆停堆換料操作過程需要將新/乏燃料組件在反應堆廠房和燃料廠房之間往復運輸，運輸的路徑中需要攜帶燃料組件穿過燃料轉運通道，從一個廠房運輸到另一個廠房。三代核電站由於雙層安全殼的設計，燃料轉運通道的長度與二代以及二代改進型核電站相比有了很大的增加，運輸路徑的加長對燃料轉運裝置的傳動系統提出了更高的要求。

在實現上述運輸核燃料組件的過程中，發明人發現截至2013年1月技術中至少存在如下問題：

選擇雙齒輪單齒條式接力驅動，需要解決齒輪齒條進入嚙合瞬間的剛性衝擊問題，否則會發生撞齒使設備受損。

選擇雙齒輪單齒條式接力驅動，還需要解決齒輪齒條進入雙驅動狀態之後，由於雙驅動不同步造成的追齒問題以及尾齒脫離問題。

由於燃料轉運裝置在廠房的終端位置（即待傾翻位置）時實現傾翻架和承載器的提升，故必須嚴格保證小車位置的準確性和穩定性。

發明內容

專利目的

《一種離合器接力裝置》的目的在於提供一種離合器接力裝置，保證雙驅動接力過程的平穩進行。

技術方案

《一種離合器接力裝置》採用的技術方案如下：

一種離合器接力裝置，該裝置包括驅動軸，驅動軸上設有齒輪，齒輪的側向設有彈簧盒，驅動軸與彈簧盒之間設有平面蝸卷彈簧，平面蝸卷彈簧的內端纏繞於驅動軸上，外端與彈簧盒連線。

進一步，如上所述的一種離合器接力裝置，齒輪通過連線套筒座於驅動軸的滾動軸承上。

進一步，如上所述的一種離合器接力裝置，驅動軸與齒輪通過驅動軸上的軸鍵與齒輪的內齒相互配合傳動。

再進一步，如上所述的一種離合器接力裝置，齒輪的外齒與運輸小車的齒條相嚙合。

更進一步，如上所述的一種離合器接力裝置，通過銷釘將平面蝸卷彈簧鉸接在驅動軸中。

有益效果

《一種離合器接力裝置》的有益效果在於：《一種離合器接力裝置》的離合器接力裝置的驅動軸通過軸鍵與齒輪的內齒在一定相對位置下發生連線，利用驅動軸與齒輪相對角度的變化，達到等效的雙向離合器的效果，平面蝸卷彈簧使進入嚙合瞬間的輪齒接觸變為柔性衝擊，並結合復位可靠地保證了進入嚙合過程平穩順暢，同時通過控制超越空間的大小和方向，解決了在接力驅動過程中由於齒輪齒條進入嚙合、脫離嚙合以及雙驅動不同步造成的碰撞和干涉問題，保證了雙驅動狀態下接力過程的平穩過渡，接合狀態穩定，整體結構簡單，便於加工和安裝。

附圖說明

圖1為《一種離合器接力裝置》一種離合器接力裝置的結構正視圖；

圖2為《一種離合器接力裝置》一種離合器接力裝置的結構側視圖；

圖3為平面蝸卷彈簧順時針旋轉時軸鍵與齒輪內齒的位置示意圖；

圖4為平面蝸卷彈簧逆時針旋轉時軸鍵與齒輪內齒的位置示意圖；

圖5為實施例中離合器接力裝置安裝在燃料轉運裝置的下部傳動機構的主視圖；

圖6為圖5的俯視圖；

圖7為圖5的剖面圖；

圖8為實施例中利用《一種離合器接力裝置》離合器接力裝置進行雙驅動接力過程中齒條與另一側齒輪接觸前的示意圖；

圖9和圖10為實施例中齒條與齒輪接觸瞬間受力卡死的兩個極限位置示意圖；

圖11為實施例中要避開嚙合死區時的位置示意圖。

技術領域

《一種離合器接力裝置》涉及雙驅動接力領域，具體涉及燃料轉運裝置中的一種特種離合器接力裝置。

權利要求

1.一種離合器接力裝置，其特徵在於：該裝置包括驅動軸（3），驅動軸（3）上設有齒輪（1），齒輪（1）的側向設有彈簧盒（2），驅動軸（3）與彈簧盒（2）之間設有平面蝸卷彈簧（4），平面蝸卷彈簧（4）的內端纏繞於驅動軸（3）上，外端與彈簧盒（2）連線；若且唯若齒輪（1）的內齒緊挨驅動軸（3）的軸鍵（5）時，驅動軸（3）與齒輪（1）通過驅動軸上的軸鍵（5）與齒輪（1）的內齒相互配合傳動；齒輪（1）在空載狀態下，平面蝸卷彈簧（4）為齒輪（1）提供與平面蝸卷彈簧（4）纏繞方向相反的力，使齒輪（1）的內齒緊挨在驅動軸（3）的軸鍵（5）的位置。

2.如權利要求1所述的一種離合器接力裝置，其特徵在於：齒輪（1）通過連線套筒座於驅動軸（3）的滾動軸承上。

3.如權利要求1或2所述的一種離合器接力裝置，其特徵在於：齒輪（1）的外齒與運輸小車的齒條相嚙合。

4.如權利要求1所述的一種離合器接力裝置，其特徵在於：通過銷釘將平面蝸卷彈簧（4）鉸接在驅動軸（3）中。

實施方式

操作內容

圖1與圖2分別示出了《一種離合器接力裝置》一種離合器接力裝置的結構正視圖和側視圖，該離合器接力裝置主要包括齒輪1、彈簧盒2、驅動軸3、平面蝸卷彈簧4和軸鍵5，齒輪1設定在驅動軸3上，齒輪1的側向設有彈簧盒2，驅動軸3與彈簧盒2之間設有平面蝸卷彈簧4，平面蝸卷彈簧4的內端纏繞於驅動軸3上，外端與彈簧盒2連線。該實施方式中驅動軸3與齒輪1依靠驅動軸上的軸鍵5與齒輪1的內齒6相互配合傳動，齒輪1通過連線套筒座於滾動軸承之上，滾動軸承安裝於驅動軸3之上，齒輪1與運輸小車上的齒條相嚙合，驅動小車進退。平面蝸卷彈簧4在空載狀態下保持有預緊力，利用彈簧盒與齒輪的安裝角度的控制，來調整蝸卷彈簧的預緊力與極限位置的彈性力，能夠使齒輪恢復原位，並保證復位的可靠性。在工作過程中，可利用電控系統對電機傳動軸位置的控制，使齒輪空載時復位在一個目標角度範圍內，在該角度範圍內齒輪與齒條的嚙合不會產生死點。此外利用銷釘將平面蝸卷彈簧4鉸接在驅動軸中，固定方式簡單可靠。

驅動軸3通過軸鍵5與齒輪1的內齒在一定相對位置下發生連線，利用驅動軸3與齒輪1相對角度的變化，達到等效的雙向離合器的效果，解決了齒輪齒條進入嚙合、脫離嚙合以及雙電機的不同步造成的碰撞和干涉問題，保證了接力過程的平穩進行。平面蝸卷彈簧4可以在空載後帶動齒輪1復位，為下一次齒輪齒條進入嚙合做好初始位置準備。若平面蝸卷彈簧4為順時針旋轉，則彈簧提供給齒輪內齒的力將為逆時針方向，空載狀態下，內齒6將緊挨在軸鍵5的順時針方向，如圖3所示。若平面蝸卷彈簧4為逆時針旋轉，則彈簧將提供給齒輪內齒的力將為順時針方向，空載狀態下，內齒6將緊挨在軸鍵5的逆時針方向，如圖4所示。因此，離合器提供順時針、逆時針兩個方向上的超越空間，離合器在兩側具備的超越空間大小，由軸鍵5（軸齒牙）與內齒6（輪齒牙）的相對位置決定。

實施案例

下面結合實施例對《一種離合器接力裝置》的裝置進行進一步的說明。

該實施例中將離合器接力裝置安裝於燃料轉運裝置的下部傳動機構之上（反應堆廠房和燃料廠房兩側分別安裝），如圖5、圖6和圖7所示，傳動機構經聯軸器、傘齒輪、驅動軸3將電機轉矩傳遞下來，齒輪1通過連線套筒座於驅動軸3的滾動軸承之上，齒輪1與運輸小車上的齒條相嚙合，驅動小車進退。在接力驅動過程中，絕大部分情況下齒條是在一個齒輪的驅動下運動，只有在運輸小車即將通過燃料轉運通道（雙向）時，才存在一根齒條同時與兩個齒輪接觸的情況。

該實施例中，離合器接力裝置的驅動轉運裝置工作的過程可以基本上分為四個狀態，具體如下：

（1）齒輪齒條接觸瞬間

一側驅動軸轉動，通過該側齒輪驅動齒條前進，至接觸另一側齒輪輪齒的瞬間，如圖8所示，在運輸小車通過燃料轉運通道時，右側驅動軸轉動，通過該側齒輪驅動齒條前進，至接觸左側齒輪輪齒，齒條需要同時與兩側的齒輪接觸。齒輪齒條接觸瞬間，當接觸作用力指向齒輪中心軸線時，即出現受力卡死現象，該實施例中受力卡死的兩個極限位置如圖9和圖10所示：圖9中輪齒右側棱邊接觸情況，圖10輪齒左側棱邊接觸情況，在齒條與左側齒輪接觸時，可通過控制驅動軸的停止角度來控制空載齒輪（該實施例為左齒輪）的停止角度，使空載齒輪保持在圖4所示的設定位置，即可使輪齒與齒條的接觸避開嚙合死區。該實施例中圖9和圖10中齒輪每24°具備21.13°的非嚙合死角，2.87°的嚙合死角，齒輪停止位置與設定位置的偏差只要不超過±10.565°，均可成功避開嚙合死區。

（2）進入完全嚙合過程

當齒條和左側齒輪的初始接觸避開了嚙合死區之後，為了讓二者進入良好的嚙合狀態，需要有一個自適應過程，即齒條推動齒輪轉動，在此自適應過程中，要求僅左側齒輪被驅動，左側齒輪內部的驅動軸靜止。齒條在右側齒輪的驅動下向左側齒輪前進，在接觸後左側齒輪將在齒條的帶動下做逆時針旋轉，左側離合器的平面蝸卷彈簧的超越空間保證了嚙合過程的順利進行。該實施例中離合器接力裝置提供順時針、逆時針方向上總計290°的超越空間：以軸齒牙（軸鍵）作為基準點，在逆時針方向上從軸齒牙到輪齒牙的夾角為即為離合器在逆時針方向上的超越空間，如圖11所示。在順時針方向上從軸齒牙到輪齒牙的夾角為即為離合器在順時針方向上的超越空間。

根據離合器的方向特性，結合齒條的前進方向，選擇合適的離合器設定，提供相應方向的超越空間。選擇左側離合器的設定為：蝸卷彈簧逆時針旋轉，空載的輪齒牙將緊貼在驅動軸的逆時針方向側（左側），此時，當齒輪在齒條的帶動下相對於空載時的位置旋轉了140°時，可視為進入完全嚙合狀態，此時左側齒輪的驅動軸啟動，右側的驅動軸依舊維持原有轉速，進入雙驅動狀態。

（3）雙驅動過程

進入雙驅動過程後，左側驅動軸開始啟動進行逆時針旋轉，轉速高於右側驅動軸，離合器的逆時針超越空間減小，直至變為0。在一個短暫的過渡時間後，由於左側驅動軸轉速高於右側驅動軸轉速，完成驅動狀態的切換，即：

右側驅動軸驅動右側齒輪、右側齒輪驅動齒條、齒條驅動左側齒輪→

左側驅動軸驅動左側齒輪，左側齒輪驅動齒條，齒條驅動右側齒輪；

當左側離合器的逆時針超越空間變為0時，左側齒輪由齒條驅動轉變為左側齒輪驅動。之後過程中，保持左側驅動軸驅動左側齒輪、左側齒輪驅動齒條、齒條驅動右側齒輪的狀態。同時，右側離合器的由0°不斷增大，由290°不斷減小，直至齒條脫離右側齒輪。

（4）齒條脫離齒輪→下一次準備進入嚙合

當齒條脫離右側齒輪後，右側驅動軸繼續旋轉，至設定位置後停止。在此過程中，由於蝸卷彈簧的作用力，齒輪將相對於驅動軸做逆時針旋轉，完成復位。當驅動軸靜止後，復位後的離合器為齒條從左向右的再次嚙合做好準備。

榮譽表彰

2018年12月20日，《一種離合器接力裝置》獲得第二十屆中國專利優秀獎。