电磁离合器与超越离合器介绍

一、超越离合器原理介绍

1.超越离合器原理介绍：

利用牙的啮合、棘轮-棘爪的啮合或滚柱、楔块的楔紧作用单向传递运动或扭矩的离合器。常用的是滚柱式超越

离合器（见图[滚柱式超越离合器]），它由内圈、滚柱、外圈、弹簧和顶销等组成。一般内圈为主动件，外圈为从动件。当内圈逆时针转动时，滚柱被楔紧而带动外圈转动，离合器接合；当内圈顺时针转动时，滚柱退入宽槽部位，外圈则不动，离合器分离。如外圈由另一系统带动与内圈同向转动,当外圈转速低于内圈时,离合器即自动接合；若外圈转速高于内圈，离合器则自动分离。滚柱式超越离合器的滚柱数目较少，元件接触应力大，故承载能力低。滚柱能在滚道内自由滚转，与内、外圈接触点经常变化，磨损比较均匀，但内圈制造工艺较复杂，安装精度要求较高。楔块式超越离合器和滑块式超越离合器因楔块和滑块较多，承载能力较高，其工作原理与滚柱式离合器相似。

2.超越离合器

双向楔块超越离合器，它一端轴孔接主动轴，另一端轴孔接从动轴，当外环不动，主动轴顺时针或逆时针转动时，从动轴也同步转动，而当从动轴受外力矩的作用时，顺时针和逆时针都不能转动。常与滚珠丝杠副或其它部件配套，作为防止逆转机构，也可以单独使用作为精确定位，传递力矩或切断力矩的传递。

北京机械工业学院朱春梅

北京新兴超越科技开发公司孔庆堂孔炜朱自成

[摘要]本文介绍了楔块超越离合器国内外发展的概况，阐述楔块超越离合器的特点、结构形式及其适用范围。

关键词楔块超越离合器特点

1、楔块超越离合器的发展及其应

超越离合器是机械传动的基础件之一。它是用主、从动部件的速度变化或旋转方向的变换，具有自行离合功能的一种离合器，用途广泛。滚柱式超越离合器历史悠久，据文献报道于1878年以“换向电动机”为题载入德国DRP2804.47h5专利中，用在换向机构上。随后的近百年，滚柱超越离合器不断的发展和完善，结构型式增多，应用也较普遍。

楔块超越离合器是继滚柱超越离合器之后开发的一种新型离合器。自问世以来，以承载能力大，自锁可靠，反向解脱轻便，结构紧凑，操作方便，在机械传动中得到广泛的应用。首先美国在汽车和飞机上得到发展和推广应用。例如美国在波音707飞机和F4-C轰炸机及M102-105轻型榴弹炮上采用。在日本、德国也已广泛应用。

近年来，随着新产品开发和引进产品配套国产化的需要，楔块超越离合器得以迅速的发展，从结构、性能和可靠性等日趋完善，而且离合器的型式、规格更加齐全，产品质量逐渐提高。北京新兴超越科技开发公司生产的CK系列楔块超越离合器不但能满足国内科研和生产的需求。而且替代了引进日本、美国、意大利等国家瓦楞纸生产线和无氧铜生产线上的超越离合器，使用效果良好。目前还有出口，具有很好的发展潜力和开发前景。

楔块超越离合器常与滚珠丝杆副或其他部件配套，作为防止逆转机构，也可以单独使用，作为主动轴和从动轴之间的精确定位，传递转矩或切断转矩，具有自行离合功能的一种离合器。因此，有称谓逆止器或单向轴承。在包装机械、印刷机械、食品机械、轻工机械、农业机械、冶金矿山、石油化工、机床、汽车、兵器、航空、电站等机械设备中广泛的应用。

2、楔块超越离合器的特点

楔块超越离合器是在内环和外环间（滚道）放置楔紧元件（楔块），使其回转时在一个可以传递转矩，而在另一个具有相对空转性能。只有当内、外环转向相同，转速相等时，才能传递转矩，否则均为相对滑动，这种不传递转矩的滑动状态称之超越。

1）滚道的形状

楔块超越离合器的滚道形式有两种形式：内外环滚道均为圆形和将内环加工出若干凹圆槽。

（1）内环为整圆形（见图1a）。离合器的内外环均为光滑柱面，为了保证工作时不打滑，楔块的楔角不得超过楔块与内外环之间的最小摩擦角。设计时，一般可取3o-4o，在实用中楔合角开始时，楔角大约为2o-2.5o，当内、外环受力产生弹变形后，楔角相应增大。

（2）内环带凹圆槽形（见图1b）。楔块具有与内环圆弧槽相同的半径，使两者为面接触，改善了受力状态，提高了楔块的承载能力和使用寿命。但楔块的数量受结构的影响而有所减少。

2）楔块的形状

楔块超越离合器所用的楔块形状大都为特殊的异形，如拳形、鞋形等，设计离合器时，可根据作用要求选用不同形状的楔块。

3）楔块与滚柱式超越离合器由于内外环之间放置的楔紧元件不同，使其都具有各自的特点（如表1）。

3、楔块超越离合器选用计算

为保证离合器工作可靠，通常在设计和选用离合器时，明确离合器在传动系统中的综合功能，从传动系统总体设计考虑选择离合器的品种、型式。而规格的选定主要是根据计算转矩。

1）离合器各转矩间的关系

离合器的主参数是公称转矩，选用离合器时，各转达矩间应符合以下的关系：

T

式中 T—理论转矩，N2m;

Tc—计算转矩，N2m;

Tn—公称转矩，N2m;

[T]—许用转矩，N2m;

[Tmax]—最大许用转矩，N2m;

Tmax—最大转矩，N2m。

2）离合器计算转矩

离合器计算转矩是根据传动系统的功率，工作转速、储备系数及其有关因素计算的。

Tc=?T

式中 Tc—计算转矩，N2m;

?—储备系数（一般取1.2-3.2）；

T—理论转矩，N2m。

储备系数?值的大小与原动机和工作机性能、离合器的结构型式等因素有关。一般工作条件较好，负载较轻，?值取小值；工作条件恶劣，负载较大，?值取大值。

4、楔块超越离合器结构形式及其适用范围

楔块超越离合器按GB10043-1988《离合器分类》标准可分为接触型、非接触型和双向型，前两类型实为单向型。表2列出各种类型楔块超越离合器结构形式和适用范围。

图1 楔块超越离合器内环形状

表1 楔块式与滚柱式超越离合器的比较

表2 楔块超越离合器结构形式及适用范围

参考文献

1 孔庆堂，楔块式超越离合器的结构及其应用，离合器技术（第3集），1993

2 实用机械设计手册编写组编，实用机械设计手册（第2版）下册，北京：机械工业出版社，1995

3 成大先主编，机械设计手册（第三版）第2卷，北京：化学工业出版社，1994

诸暨市特种离合器厂

本厂是超越离合器专业生产厂家，专业生产和***各种楔块式超越离合器、逆止器和滚柱式超越离合器、逆止器。我们是通过对进口产品的吸收、消化，而成功开发出的二种新型结构的超越离合器即异型滚柱类超越离合器（日本式结构）和楔块式超越离合器（德国式结构），二种产品较之传统离合器具有如下突出的特点：

1、传递力矩大相同尺寸传递扭结提高100%以上。

2、灵敏度高主、从动轴超越时相对转角小于1.5/。

3、寿命长结合次数6*10000000次。

4、适应范围广超越时，极限转速3000转/分。

5、工作环境优越在油脂润滑下工作

超越离合器是利用主、从动部分的速度变化或旋转方向的变换，具有自行离合功能的离合器。是机电一体化机械传动中的基础件。其联接形式分为：键联接、螺栓联接、齿轮联接、带轮联接、链轮联接等。。其主要功能作为防止逆转、精确定位、传递转矩或切断转矩。因此，有的行业称逆止器或单向轴承。广泛用于机床、包装机械、印刷机械、轻工机械、纺织机械、石化机械、水泥机械、治金机械、起重运输机械、减速机、发电设备及试验台等机械传动中。产品已销往全国，经众多厂家上机使用，其各项性能指标均高于国内同类产品，达到或接近同类进口产品，可以替代进口产品。我们可根据用户要求，研制和生产标准和非标准超越离合器。

二、电磁离合器与制动器

1、概数

DLD系列电磁离合器、DZD电磁制动器及其组合离合器，均为无滑环、干式单

片，具有结构紧凑、响应迅速、寿命长久、使用可靠等优点，由于操作简便，易

于实现远距离集中控制和自动控制，故除应用在机床上外，已广泛地应用于纺织、

印染、食品、印刷、轻工、办公、医疗、建筑、起重、运输、计算机、精密机械、

工业机器人、电机等机电产品装置上。

正常工作条件：

1、周围空气温度为-5℃～-40℃；

2、周围介质中无爆炸危险且无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电尘埃；

3、线圈的供电电压波动不超过+5%和-15%的额定电压值；

4、海拨不超2000M；在干式条件下工作。

DLD、DZD系列电磁离合器、制动器主要有磁轭、线圈、动盘（制动器无动盘）、

摩擦片、衔铁、法兰（见结构示意图）。

线圈通电时产生磁通吸合衔铁，从而产生摩擦扭矩，使从动部分结合或制动。

电磁离合器、制动器的基本参数

4、安装要点及实例简介

单片电磁离合器与制动器属于干式工作，安装位置应勿靠近带有油污和润滑油飞溅的地方，离合器与制动器可安装在同轴或对接轴上，当安装在对接轴上时，必须保证两轴的同轴度，离合器安装后，磁轭与动盘间不得发生摩擦，但间隙不要超过0.3～1.5。动盘与衔铁的间隙δ应保证表中规定尺寸。

单片电磁离合器与制动器自六十年代初问世以来，经过三十多年的研究开发和实践其结构已日趋完善，规格品种更加齐全、性能和可靠性更加提高。但在正确选择和合理使用方面至今仍存在不少问题，特别在使用过程中的合理安装是充分发挥其性能的矛盾焦点。为此，为了使用户能正确掌握安装设计，选择部分典型安装实例供各机械用户参考

20、非标类产品简介

随着全球经济一体化进程的发展，国外越来越多的产品被应用到国内生产之中，离合器、制动器的品种也越来越多。由于受到整机结构的限制，对某种离合（制动）器的国产化也提出专门要求，因此我厂也陆续开发出许多规格型号的离合（制动）器，如大型切纸机、压痕机上专用的外径达420毫米离合制动器，各种各样的车床、纺机制动器、离合器，特别是随着国内冶金行业的大规模技术改造，越来越多的全连铸生产线被引进，无论在质量还是数量上使整个行业得到了提升。但生产线上的许多关键部件如拉矫机上的大型安全制动器存在进口到位周期长、价格昂贵的缺点，成为制约生产的因素之一。我厂早在1998年就率先开发出德马克产NAB16，意大利产FM206Nm等品种，赢得用户好评。我厂热忱为客户设计制造各类离合器、制动器！！

19、电磁离合(制动)器控制电路

电磁离合(制动)器线圈供电均为直流电源,其容量应大于相应规格离合(制动)器线圈消耗的功率(PH),并保证离合(制动)器线圈两端的工作电压为相应规格的额定电压UH。当无法从电网获取电能时，可用蓄电池组作为离合（制动）器的供电电源。

<一> 基本控制电路

1、离合（制动）器控制电路（图

1）及离合制动器总成控制电

路（图2）

B-变压器

Z-整流器

K、K1、K2-转换开关、按钮或

接触器触点

D L-离合器线圈

D Z-制动器线圈

R O-电阻

D0-二极管

电阻Ro与二极管Do是用来保护励磁线圈的，即在断电时感应过电压不致击穿线圈绝缘而设置的。电阻Ro的取值一般为离合（制动）器线圈电阻值（R=U H2/P H）的（4～10）倍，二极管Do为离合（制动）器线圈励磁电流（I=P H/U H）的（0.5～1）倍，反向电压在200V 以上。

（图3）

Rf-分压电阻

C-电容

J.J1～J5-接触器触点

D1～D5整流二极管

R X-限流电阻

B-变压器

Do-二极管

Ro-电阻

电阻Ro值一般取制动器线圈电阻（R=UH2/PH）的（4～10）倍，二极管Do为制动器线圈励磁电流（I=PH/UH）的（0.5～1）倍，反向电压在300V以上。如果制动器线圈额定电压不等于99V（或170V），可以采用变压器通过整流达到所需的电压值。也可参照图1的控制方式。

<二> 特殊控制电路

1、电磁离合（制动）器在使用时，要求接通时间短，就必须对电磁离合（制动）器励磁线圈采用快速励磁电路（图4），以提高电流的上升速度。

Rf-分压电阻

C-电容

J.J1～J5-接触器触点

D1～D5整流二极管

R X-限流电阻

B-变压器

Do-二极管

Ro-电阻

图4（a）、（b）、（c）三种控制方式，在回路中均串入了电阻Rf，减小了回路时间常数τ值。从而缩短了离合（制动）器的接通时间。电源电压U一般取（2～4）倍的离合（制动）器额定电压UH值或更高，视接通时间的要求来决定。电阻Rf=UH/IH，其功率P ＞IH(U-UH）,电容C取值为(200-2000)uF，耐压取10倍以上的UH值。为避免电阻Rf上消耗功率，对功率较大的离合（制动）器，可采用图4（d）控制方式，图中Rx为限流电阻以保护半波整流二极管D5。

2、电磁离合（制动）器在使用时，要求断开时间短和消磁剩磁，就必须采用消磁电路。同时，起到了对励磁线圈和开关触点的保

护作用（图5）。

J1～J5-接触面触点

S J-时间继电器触点

R d.R C-电阻

C-电容

图5（a）的控制方式，在消磁回路中串入电阻Rd，其值一般为（8-10）倍的离合（制动）器励磁线圈电阻值。利用时间继电SJ常闭触点的闭合得电延时断开，来控制反向消磁时间。图5（b）当离合（制动）器通电的同时，电源通过RC对电容C充电，最终达到稳定值UH，当离合（制动）器断电时，电容储存的电能对离合（制动）器反向放电。阻值RC一般为（8-10）倍的离合（制动）器励磁线圈电阻。

3、当离合（制动）器在使用时，要求接通时间快，又要求断开时间短，可采用图4与图5合理组合的控制电路。一般适用于离合

（制动）器动作频率较高或定位准确的场合。

总之，要想达到理想的效果，可根据接通时间和断开时间的具体要求，选取适当电路参数和控制方式来达到目的。

8、DZD3系列干式单片电磁制动器

外型及安装尺寸

9、DZD5系列干式单片电磁制动器

外型及安装尺寸

15、DHD系列电磁失电制动动器

<一> 用途

DHD系列制动器为电磁脱离(释放)断电时弹簧施压的摩擦片式制动器（以下简称制动器）。它能与电动配套成一种新型的制动电机，也能用于机械传动系统，实现快速停车和准确定位，能用在断

电时安全（防险）制动等场合。这种制动器具有结构简单、适应性广、噪音低、制动可靠等优点，被广泛应用于各种机械的传动装置中，它是工业现代化中的一种理想执行元件。生产技术的自动化，需要超薄型的失电制动器（安全制动器）以其优良的特性满足不同用途的机器人、电机等各种不同机械的需要。

结构特点：

1、结构紧凑失电制动器轴向尺寸虽小，但制动扭矩足够大。

2、响应迅速失电制动器是采用弹簧装置形成制动扭矩，弹簧复位时间即为制动响应时间

3、寿命长久失电制动采用新型摩擦材料，决定高寿命的性能。

制动器能在下列条件下可靠地工作：

1、周围空气相对湿度不大于85%（20±5℃）

2、周围介质中，无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体及尘埃。

3、制动器周围采用B级绝缘，电压波动不超过+5%和-15%的额定电压，其工作方式为连续工作制

4、安装时应保证传动轴部位与制动器的配合精度。

5、制动器的制动盘必须在无油污的情况下使用。 <二>

结构和工作原理：

制动器由磁轭、励磁线圈、弹簧、制动盘、衔铁、花键套、安装镙钉等组成，制动器安装在设备的法兰盘（或电动机）的后端伸；传动轴与花键套与制动盘联结。

制动器的励磁线圈接通额定电压（DC）时，电磁力吸合衔铁，使衔铁与制动盘脱离（释放），这时传动轴带着制动盘正常运转或启动，当传动系统分离或断电时，制动器也同时断电，此时弹簧施压于衔铁，迫使制动盘与衔铁及法兰盘之间产生摩擦力矩，使传动轴快速停转。在制动器散热环境较差，传动轴又是长时间连续工作时，如果条件允许，则可在制动器工作后，保持电压转换为70%-80%的额定电压，以减少发热。

DHD系列（正装）

DHD系列（反装）

规格参数

结构型号

16、WBFK系列失电制动器

本系列参照伦茨系列BFK458系列电磁失电制动器开发，可完全替代伦茨BFK458系列电磁失电制动器，可以选择有/无手动释放组件，也可以选择有/无安装板安装，其用途及工作原理可参看”十四、DHD 系列电磁失电制动器“的说明。

17、DZS2系列失电制动器

寸

18、DZS3系列失电制动器

1、YEJ电机用

DZS3系列失电制动器（无安装板）

DZS3系列失电制动器（有安装板）

DZS3

系列

失电

制动

器

（无

安装

板）

外型及安装尺寸

19、电磁离合(制动)器控制电路

电磁离合(制动)器线圈供电均为直流电源,其容量应大于相应规格离合(制动)器线圈消耗的功率(PH),并保证离合(制动)器线圈两端的工作电压为相应规格的额定电压UH。

当无法从电网获取电能时，可用蓄电池组作为离合（制动）器的供电电源。

<一> 基本控制电路

1、离合（制动）器控制电路（图

1）及离合制动器总成控制电路

（图2）

B-变压器

Z-整流器

K、K1、K2-转换开关、按钮或接

触器触点

D L-离合器线圈

D Z-制动器线圈

R O-电阻

D0-二极管

电阻Ro与二极管Do是用来保护励磁线圈的，即在断电时感应过电压

不致击穿线圈绝缘而设置的。电阻Ro的取值一般为离合（制动）器线

圈电阻值（R=U H2/P H）的（4～10）倍，二极管Do为离合（制动）器

线圈励磁电流（I=P H/U H）的（0.5～1）倍，反向电压在200V以上。

2、失电制动器基本控制电路（图

3）

Rf-分压电阻

C-电容

J.J1～J5-接触器触点

D1～D5整流二极管

R X-限流电阻

B-变压器

Do-二极管

Ro-电阻

电阻Ro值一般取制动器线圈电阻（R=UH2/PH）的（4～10）倍，二极管Do为制动器线圈励磁电流（I=PH/UH）的（0.5～1）倍，反向电压在300V以上。如果制动器线圈额定电压不等于99V（或170V），可以采用变压器通过整流达到所需的电压值。也可参照图1的控制方式。

<二> 特殊控制电路

1、电磁离合（制动）器在使用时，要求接通时间短，就必须对电磁离合（制动）器励磁线圈采用快速励磁电路（图4），以提高电

流的上升速度。

Rf-分压电阻

C-电容

J.J1～J5-接触器触点

D1～D5整流二极管

R X-限流电阻

B-变压器

Do-二极管

Ro-电阻

图4（a）、（b）、（c）三种控制方式，在回路中均串入了电阻Rf，减小了回路时间常数τ值。从而缩短了离合（制动）器的接通

时间。电源电压U一般取（2～4）倍的离合（制动）器额定电压UH值或更高，视接通时间的要求来决定。电阻Rf=UH/IH，其功率P

＞IH(U-UH）,电容C取值为(200-2000)uF，耐压取10倍以上的UH值。为避免电阻Rf上消耗功率，对功率较大的离合（制动）器，可

采用图4（d）控制方式，图中Rx为限流电阻以保护半波整流二极管D5。

2、电磁离合（制动）器在使用时，要求断开时间短和消磁剩磁，就必须采用消磁电路。同时，起到了对励磁线圈和开关触点的保

护作用（图5）。