1、單向離合器的設計一、了解超越離合器的主要功能、一般特點及其分類1、超越離合器的主要功能： 超越離合器是靠主從動部分的相對速度變化或回轉方向變換能 自動結合或脫開的離合器。 超越離合器有嵌合式與摩擦式之分； 摩擦 式又分為滾柱式與楔塊式。單向超越離合器只能在一個方向傳遞轉矩， 雙向超越離合器可雙 向傳遞轉矩。超越離合器的從動件可以在不受摩擦力矩的影響下超越 主動件的速度運行。帶撥爪的超越離合器，撥爪為從動件。2、超越離合器的一般特點：（1）改變速度：在傳動鏈不脫開的情況下，可以使從動件獲得 快、慢兩種速度；（ 2）防止逆轉：單向超越離合器只在一個方向傳遞轉矩，而在 相反方向轉矩作用下則空轉；（

2、3）間歇運動：雙向超越離合器與單向超越離合器適當組合， 可實現從動件做某種規律的間歇運動。3、超越離合器的分類超越離合器可分為棘輪式超越離合器、 滾柱式超越離合器和楔塊 式超越離合器。 其中，棘輪式超越離合器又可分為內齒棘輪式超越離 合器和外齒棘輪式超越離合器； 滾柱式超越離合器又可分為單向滾柱 式、帶撥爪單向滾柱式和帶撥爪雙向滾柱式超越離合器； 楔塊式超越 離合器又可分為單向超越離合器、 雙向超越離合器和非接觸式單向超越離合器二、接下來將主要研究單向滾柱式超越離合器的設計：1、單向滾柱式超越離合器的機構簡圖為：圖12、單向滾柱式超越離合器的特點及應用：滾柱 3 受彈簧 4 的彈力，始終與外環

3、 1 和星輪 2 接觸。 滾柱在滾 道內自由轉動，磨損均勻， 磨損后仍能保持圓柱形，短時過載滾柱打 滑不會損壞離合器。星輪加工困難，裝配精度要求較高。星輪與外環 運動關系比較多元化。外環 1 主動（逆時針轉）時：當 n1=n2, 離合器接合；當 n1<n2，離合器超越。星輪 2 主動（順時針轉）時：當 -n 2=-n1, 離合器接合；當 n2 n1 ，離合器超越。 滾柱式超越離合器的結構簡單、制造容易，溜滑角小，主要用于 機床和無級變速器等的傳動裝置中。三、滾柱式單向超越離合器的設計計算圖2注： 表 1 中公式均摘自機械設計手冊第 2 卷第六篇第三章第 307頁，化學工業出版社，第五版。

4、1、設計計算表1型 式編 號計算項目計算公式說明工作儲備系數 1.4-5 ；楔緊平面Tt 需要傳遞的轉矩；1至軸心線C ( Rz r)cos r的距離Rz滾柱離合器外環內半徑，mm；Rz（4.515）r ，一般取 Rz 8r ；2計算轉矩TcTtb滾柱長度， mm， b （2.58） r ，一般取 b （3 4） r ；Ev 當量彈性模數，鋼對鋼TcN3正壓力(L r) zEv522.06 105 N/mm2；Hp2許用接觸應力， N / mm2 ，見單向表 2 ；超摩擦因數，一般取 0.1 ；越4接觸應NEv離力H0.42 vHpb vHpm滾柱質量， kg ；合n 星輪轉速， r /min

5、 ；器z 滾柱數目，見表 3；L楔塊長度， mm；D外環內徑， mm；d滾柱直徑， mm；5當量半徑vrv楔角， （。）， 小，楔合容易，脫開力大； 大，不易楔合或易打滑。為保證滾柱不打滑， 應使壓力角 /2 小于滾柱對星輪或內外環接觸面的最小摩擦角min ，即 /2 min 。當星輪工作面為平面時，取6。8。；當工作面6彈簧壓力(D d) mn2PE418 104為對數螺旋面或偏心圓弧面時，取8。10。 ； 最 大 極 限 值 取max14。17。；r 滾柱半徑， mm。表2表 3 ：滾柱數及尺寸參數參考值注：表 2 和表 3 均摘自機械設計手冊第 5 版第 2 卷（ 注：以下公式均摘自滾柱

6、式超越離合器的設計，鈕心憲，交通 部上海船舶運輸科學研究所學報）2、楔角 的各主要結構要素的關系如下：CrarccosRr其中:C 為內星輪的平面高度 , R =D/2 , r = d/2。C , R , r 的選擇應滿足設計楔角的要求。此外 , 滾柱數 Z 及 滾柱長度 b 也應選擇。這些結構參數是相互制約的 , 需經優化計算 方可確定。 Z 可取 3-12 , 特殊結構可取得更大 , 但常用為 3-5 。R/ r 可取 5-9 , 但 8 較為常用。如果將滾子直徑稍加增大 , 使 R/ r 降 至 6 .5-7 .0 ,則可提高內爪壽命 2-3 倍。3、接觸強度的計算如果不考慮彈簧壓力及滾

7、動摩擦 , 則滾子的正壓力 N 為:2TtZR接觸應力 c 可用赫茨公式計算 , 如果滾子與內爪的彈性模數 E 相同, 則對平面內星輪式可有 :NEc 0.418br如干摩擦系數取 0 .2 , 泊桑系數取 0 .3 , 則接觸處的最大剪應力max為:NETtEmax 0.34 c 0.412 NE 0.2 TtE brrbZR如 以“度”表示 , 則有 :max 1.5 Tt ErbZR應使 max Tt 不應該用平均值或額定值 , 應由下式計算 :Tt Tn(k1 k2 )k3其中:Tn 額定扭矩 ;k1 由原動機形式決定的動力系數 , 可參照表 4 決定;k2 由從動機形式決定的動力系數

8、 , 可參照表 5 決定 ;k3 由離合器精度決定的反映各滾子受力不均勻的系數 , 對平面內星輪式可取 1.1-1.5 。加工精度高時 , k3 取較小值。表 4：由原動機形式決定的動力系數表 5：由從動機形式決定的動力系數當離合器楔合次數較少時 , 許用剪應力 可由下式確定 : (8 12)Rc MPa其中 :Rc 材料的洛氏硬度。當楔合頻繁時 , 許用剪應力可用齒面的許用應力 , 楔合次數與 的關系為:其中: 107 次之許用剪應力 1 Q 次之許用剪應力 Q 總楔合次數。也可由滾柱的比壓力來估算接觸強度。比壓力 P 定義為 :PN式中 F 為滾柱的投影面積 , F =2rb許用比壓力 P

9、 可取 42-49 MPa , 如取 P =44 MPa , 則有:Tt 22 F Z R接觸應力的計算一般以內星輪為對象 , 因內星輪的接觸應力大于外 圈 , 且每次楔合接觸點的位置不變。 但內星輪的變形較均勻 , 而外圈 因其一端常有法蘭 , 會產生不均勻變形 , 使接觸應力不均勻 , 在設 計中應予注意。4、外圈強度校核外圈在工作時受有拉力及彎矩 , 通常對其合成應力進行校核 , 可 不與接觸應力疊加。（ ） 其中: 許用應力 , 可取 700 800 MPaN 滾子壓力 ,B 外圈寬度 ;S 外圈厚度 ;R1 外圈平均半徑 ;f 1 f 2 與滾子數有關的系數 , 由表 6 查得。 外

10、圈厚度的經驗取值為 :S =（0 .8 -1 .2）d ;如外圈壓入另一機件, 則S =（1 1 .6）d ; 大尺寸的離合器 S 取小值, 反之取 大值。表 6：與滾子有關的系數 f 1 、 f 2 、 f 35、外圈剛度的計算外圈變形后使楔角變化 , 但楔角變化的計算工作量很大 , 為簡 化計, 可計算滾子接觸點的變形量 r , 以此變形量作為外圈內徑 之增大量 , 推算楔角的變化 , 應小于 1°。這一推算偏于安全 , 因兩 滾子之間的外圈是向內變形的。3TtR13 r r EJ其中：J-外圈之慣性 , 對矩形為 BS/12 ;f 3 系數。見表 6 。6、公差選擇超越離合器零

11、部件公差的原則為 :（1）各零部件極限偏差的綜合作用應保證楔角偏差在 -1° +0 .5 °之間;各零部件有比較接近的公差等級 ;（ 2）在進行高精度等級加工時 , 應能更接近設計的名義楔角。 建議用表 7 的公差。表中 e 為內星輪及外圈軸承的不同心度。 如采用 GB 4661-89 標準圓柱滾子 , 公差為+0 .005/ -0 .010 公差確定后尚須校核在極限偏差下 , 當滾子處于極限位置時 , 仍與外圈有一定間隙。否則可能咬死 , 特別在同心度變差時容易發表 7 ：公差7、設計計算程序具體的設計計算程序請參考： 滾柱式超越離合器的設計，鈕 心憲，交通部上海船舶運輸

12、科學研究所學報。四、超越離合器主要零件的材料和熱處理超越離合器的材料要求具有較高的硬度和耐磨性。 對于滾柱， 還 要求心部具有韌性，能承受沖擊載荷而不碎裂。具體見表 4。表4注：表 4 摘自機械設計手冊第 5 版第 2 卷五、滾柱式超越離合器壓緊彈簧的選擇滾柱式超越離合器根據星輪型式的不同 , 又可分為內星輪型與外 星輪型兩種 , 其中除滾柱、座圈和星輪外還采用了壓緊彈簧。壓緊彈簧的作用是 :(1) 將滾柱壓向座圈與星輪之間楔形槽的狹窄部分 , 以保持滾柱 與座圈、星輪之間的接觸 ,由于彈簧壓力較小 , 因此在超越運轉時不致 于產生楔緊作用。(2) 在滾柱楔緊過程中 , 可以最大限度地縮短、 甚至完全避免空行 程( 從超越運轉過渡到接合運轉所經過的行程稱為空行程 ), 以提高動 作靈敏性 , 并減少接合時的沖擊。(3) 保證各滾柱之間受載均勻。 在壓緊彈簧裝置的設計中 , 最主 要的參