单向离合器的设计Word文件下载.docx
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2、单向滚柱式超越离合器的特点及应用：
滚柱3受弹簧4的弹力，始终与外环1和星轮2接触。
滚柱在滚道内自由转动，磨损均匀，磨损后仍能保持圆柱形，短时过载滚柱打滑不会损坏离合器。
星轮加工困难，装配精度要求较高。
星轮与外环运动关系比较多元化。
外环1主动（逆时针转）时：
当n1=n2,离合器接合；
当n1<
n2，离合器超越。
星轮2主动（顺时针转）时：
当-n2=-n1,离合器接合；
当n2n1，离合器超越。
滚柱式超越离合器的结构简单、制造容易，溜滑角小，主要用于机床和无级变速器等的传动装置中。
三、滚柱式单向超越离合器的设计计算
图2
注：
表1中公式均摘自《机械设计手册》第2卷第六篇第三章第307页，化学工业出版社，第五版。
1、设计计算
表1
型式
编号
计算项目
计算公式
说明
—
—工作储备系数1.4-5；
楔紧平面
Tt—
—需要传递的转矩；
1
至轴心线
C（Rzr）cosr
的距离
Rz—
—滚柱离合器外环内半径，mm；
Rz
（4.5～15）r，一般取Rz8r；
2
计算转矩
TcTt
b——
滚柱长度，mm，b（2.5～8）r，
一般取b（3～4）r；
Ev—
—当量弹性模数，钢对钢
Tc
N
3
正压力
（Lr）z
Ev
52
2.06105N/mm2；
Hp
——许用接触应力，N/mm2，见
单
向
表2；
超
—摩擦因数，一般取0.1；
越
4
接触应
NEv
离
力
H
0.42vHp
bvHp
m—
—滚柱质量，kg；
合
n——
星轮转速，r/min；
器
z——
滚柱数目，见表3；
L—
—楔块长度，mm；
D—
—外环内径，mm；
d——
滚柱直径，mm；
5
当量半径
vr
v
—楔角，（。
），小，楔合容易，
脱开力大；
大，不易楔合或易打滑。
为保证滚柱不打滑，应使压力角/2小
于滚柱对星轮或内外环接触面的最小摩
擦角
min，即/2min。
当星轮工作
面为平面时，取6。
～8。
；
当工作面
6
弹簧压力
（Dd）mn2
PE
18104
为对数螺旋面或偏心圆弧面时，取
8。
～10。
；
最大极限值取
max
14。
～17。
r——
滚柱半径，mm。
表2
表3：
滚柱数及尺寸参数参考值
表2和表3均摘自《机械设计手册》第5版第2卷
（注：
以下公式均摘自《滚柱式超越离合器的设计》，钮心宪，交通部上海船舶运输科学研究所学报）
2、楔角α的各主要结构要素的关系如下：
Cr
arccos
Rr
其中:
C为内星轮的平面高度,R=D/2,r=d/2。
C,R,r的选择应满足设计楔角的要求。
此外,滚柱数Z及滚柱长度b也应选择。
这些结构参数是相互制约的,需经优化计算方可确定。
Z可取3-12,特殊结构可取得更大,但常用为3-5。
R/r可取5-9,但8较为常用。
如果将滚子直径稍加增大,使R/r降至6.5-7.0,则可提高内爪寿命2-3倍。
3、接触强度的计算
如果不考虑弹簧压力及滚动摩擦,则滚子的正压力N为:
2Tt
ZR
接触应力σc可用赫茨公式计算,如果滚子与内爪的弹性模数E相
同,则对平面内星轮式可有:
NE
c0.418
br
如干摩擦系数取0.2,泊桑系数取0.3,则接触处的最大剪应力
τmax为:
NETtE
max0.34c0.412NE0.2TtEbrrbZR
如以“度”表示,则有:
max1.5TtE
rbZR
应使max[]
Tt不应该用平均值或额定值,应由下式计算:
TtTn（k1k2）k3
Tn———额定扭矩;
k1———由原动机形式决定的动力系数,可参照表4决定;
k2———由从动机形式决定的动力系数,可参照表5决定;
k3———由离合器精度决定的反映各滚子受力不均匀的系数,对平
面内星轮式可取1.1-1.5。
加工精度高时,k3取较小值。
表4：
由原动机形式决定的动力系数
表5：
由从动机形式决定的动力系数
当离合器楔合次数较少时,许用剪应力[τ]可由下式确定:
[]（8—12）RcMPa
其中:
Rc———材料的洛氏硬度。
当楔合频繁时,许用剪应力可用齿面的许用应力,楔合次数与[τ]的关系为:
[τ]———107次之许用剪应力[1]———Q次之许用剪应力Q———总楔合次数。
也可由滚柱的比压力来估算接触强度。
比压力P定义为:
PN
式中F为滚柱的投影面积,F=2rb许用比压力[P]可取42-49MPa,如取[P]=44MPa,则有:
Tt22FZR
接触应力的计算一般以内星轮为对象,因内星轮的接触应力大于外圈,且每次楔合接触点的位置不变。
但内星轮的变形较均匀,而外圈因其一端常有法兰,会产生不均匀变形,使接触应力不均匀,在设计中应予注意。
4、外圈强度校核
外圈在工作时受有拉力及弯矩,通常对其合成应力σ进行校核,可不与接触应力叠加。
（ｆ１＋ｆ２１）[]
ＢＳ１２Ｓ
[σ]———许用应力,可取700～800MPa
N———滚子压力,
B———外圈宽度;
S———外圈厚度;
R1———外圈平均半径;
f1f2———与滚子数有关的系数,由表6查得。
外圈厚度的经验取值为:
S=（0.8-1.2）d;
如外圈压入另
一机件,则S=（1～1.6）d;
大尺寸的离合器S取小值,反之取大值。
表6：
与滚子有关的系数f1、f2、f3
5、外圈刚度的计算
外圈变形后使楔角变化,但楔角变化的计算工作量很大,为简化计,可计算滚子接触点的变形量Δr,以此变形量作为外圈内径之增大量,推算楔角的变化,应小于1°
。
这一推算偏于安全,因两滚子之间的外圈是向内变形的。
TtR13rrEJ
其中：
J-外圈之惯性,对矩形为BS/12;
f3———系数。
见表6。
6、公差
选择超越离合器零部件公差的原则为:
（1）各零部件极限偏差的综合作用应保证楔角偏差Δε在-1°
～+0.5°
之间;
各零部件有比较接近的公差等级;
（2）在进行高精度等级加工时,应能更接近设计的名义楔角。
建议用表7的公差。
表中e为内星轮及外圈轴承的不同心度。
如采用GB4661-89标准圆柱滚子,公差为+0.005/-0.010公差确定后尚须校核在极限偏差下,当滚子处于极限位置时,仍与外圈有一定间隙。
否则可能咬死,特别在同心度变差时容易发
表7：
公差
7、设计计算程序
具体的设计计算程序请参考：
《滚柱式超越离合器的设计》，钮心宪，交通部上海船舶运输科学研究所学报。
四、超越离合器主要零件的材料和热处理
超越离合器的材料要求具有较高的硬度和耐磨性。
对于滚柱，还要求心部具有韧性，能承受冲击载荷而不碎裂。
具体见表4。
表4
表4摘自《机械设计手册》第5版第2卷
五、滚柱式超越离合器压紧弹簧的选择
滚柱式超越离合器根据星轮型式的不同,又可分为内星轮型与外星轮型两种,其中除滚柱、座圈和星轮外还采用了压紧弹簧。
压紧弹簧的作用是:
（1）将滚柱压向座圈与星轮之间楔形槽的狭窄部分,以保持滚柱与座圈、星轮之间的接触,由于弹簧压力较小,因此在超越运转时不致于产生楔紧作用。
（2）在滚柱楔紧过程中,可以最大限度地缩短、甚至完全避免空行程（从超越运转过渡到接合运转所经过的行程称为空行程）,以提高动作灵敏性,并减少接合时的冲击。
（3）保证各滚柱之间受载均匀。
在压紧弹簧装置的设计中,最主要的参数是压紧弹簧的压力PS与它的安装角e。
这两个参数的选择是否正确合理,往往会直接影响到滚柱式超越离合器的工作性能与使用寿命。
滚柱式超越离合器压紧弹簧压力的具体计算参考《江苏工学院学报》1987年第8卷第3期林世裕的《滚柱式超越离合器压紧弹簧压力的计算》。
弹簧的具体选择与计算参考《机械设计手册》第3卷第11篇第2章第15页到第34页，化工出版社，第五版。
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