斜撑式超越离合器楔角的计算分析
超越离合器及其工作原理
超越离合器及其工作原理标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
超越离合器及其工作原理 超越离合器是利用主动件和从动件的转速变化或回转方向变换而自动接合和脱开的一种离合器。当主动件带动从动件一起转动时，称为结合状态；当主动件和从动件脱开以各自的速度回转时，称为超越状态。 常用的超越离合器有棘轮超越离合器、滚柱超越离合器和楔块超越离合器三种。楔块超越离合器通常又分为接触型楔块超越离合器、非接触型楔块超越离合器和双向楔块超越离合器。回转窑传动装置采用的超越离合器属于非接触型楔块超越离合器。图l所示的非接触型楔块超越离合器由外环、内环、楔块、固定挡圈、挡环、端盖、轴承和挡圈等组成。在低速运行时，楔块在弹簧作用下与内环保持接触，当超越转速达到某一极限时，偏心楔块的离心力矩克服弹簧和其他阻力矩，使楔块径向与内环工作面脱开，形成一个微小间隙，从而避免了摩擦与磨损，离合器实现非接触工作。使用时将内环安装在高速轴，外环套装在内环的两个轴承上，并由螺钉与两个端盖紧固在一起；内环工作面与外环之间的滚道由楔块、固定挡圈、轴承和挡圈组成，复位扭簧分别在楔块两端圆柱上，扭簧的一端插入楔块断面的小口中，另一端靠在挡销上，固定挡环将内环和楔块装置连在一起，外环通过螺钉与法兰连接。 当主电机启动后，驱动主减速高速轴伸带动内环和楔块装置一起旋转产生离心力，对楔块支撑点形成一个转矩，其方向与扭簧施加给楔块的转矩相反，有使楔块与外环脱离接触的趋势；当楔块离心力产生的转矩不足以克服扭簧施加给楔块的转矩，楔块与内环工作面相互接触，与外环产生相对滑动摩擦。随着转速的提高，楔块离心力增加，当内环转速达到或超过离合器的最小非接触转速时，楔块离心力产生的转矩增加到大于扭簧施加给楔块的转矩，迫使楔块偏转而与外环脱离接触，实现离合器无摩擦的非接触旋转，这时不再带动从动件旋转. 超越离合器是一种特殊的机械离合器，在机械传动中由主从动部分相对运动速度变化或旋转方向的改变使其自动结合或脱开。 驱动元件只能从单一方向使从动元件转动，如果驱动元件改变方向，从动元件就自动脱离不传递动力，故又称单向离合器或单向轴承。一般按超运转速度选择，故统称为超越离合器。 超越离合器具有以下功能: a.在快速进给机械中实现快慢速转换、超越功能。 b.实现步进间隙运动和精确定位的分度功能。 c.当它与滚珠丝杠或其它部件配套使用，防止逆转，实现自锁和逆止功能。 超越离合器是机械传动中的重要通用基础件，历史悠久。其分类为:嵌入型、摩擦型、非接触型。嵌入型分转动滑销式，棘轮式等。摩擦型分滚柱式、楔块
超越离合器及其工作原理
超越离合器及其工作原理 超越离合器是利用主动件和从动件的转速变化或回转方向变换而自动接合和脱开的一种离合器。当主动件带动从动件一起转动时，称为结合状态；当主动件和从动件脱开以各自的速度回转时，称为超越状态。 常用的超越离合器有棘轮超越离合器、滚柱超越离合器和楔块超越离合器三种。楔块超越离合器通常又分为接触型楔块超越离合器、非接触型楔块超越离合器和双向楔块超越离合器。回转窑传动装置采用的超越离合器属于非接触型楔块超越离合器。图l所示的非接触型楔块超越离合器由外环、内环、楔块、固定挡圈、挡环、端盖、轴承和挡圈等组成。在低速运行时，楔块在弹簧作用下与内环保持接触，当超越转速达到某一极限时，偏心楔块的离心力矩克服弹簧和其他阻力矩，使楔块径向与内环工作面脱开，形成一个微小间隙，从而避免了摩擦与磨损，离合器实现非接触工作。使用时将内环安装在高速轴，外环套装在内环的两个轴承上，并由螺钉与两个端盖紧固在一起；内环工作面与外环之间的滚道由楔块、固定挡圈、轴承和挡圈组成，复位扭簧分别在楔块两端圆柱上，扭簧的一端插入楔块断面的小口中，另一端靠在挡销上，固定挡环将内环和楔块装置连在一起，外环通过螺钉与法兰连接。 当主电机启动后，驱动主减速高速轴伸带动内环和楔块装置一起旋转产生离心力，对楔块支撑点形成一个转矩，其方向与扭簧施加给楔块的转矩相反，有使楔块与外环脱离接触的趋势；当楔块离心力产生的转矩不足以克服扭簧施加给楔块的转矩，楔块与内环工作面相互接触，与外环产生相对滑动摩擦。随着转速的提高，楔块离心力增加，当内环转速达到或超过离合器的最小非接触转速时，楔块离心力产生的转矩增加到大于扭簧施加给楔块的转矩，迫使楔块偏转而与外环脱离接触，实现离合器无摩擦的非接触旋转，这时不再带动从动件旋转. 超越离合器是一种特殊的机械离合器，在机械传动中由主从动部分相对运动速度变化或旋转方向的改变使其自动结合或脱开。 驱动元件只能从单一方向使从动元件转动，如果驱动元件改变方向，从动元件就自动脱离不传递动力，故又称单向离合器或单向轴承。一般按超运转速度选择，故统称为超越离合器。 超越离合器具有以下功能: a.在快速进给机械中实现快慢速转换、超越功能。 b.实现步进间隙运动和精确定位的分度功能。 c.当它与滚珠丝杠或其它部件配套使用，防止逆转，实现自锁和逆止功能。 超越离合器是机械传动中的重要通用基础件，历史悠久。其分类为:嵌入型、摩擦型、非接触型。嵌入型分转动滑销式，棘轮式等。摩擦型分滚柱式、楔块式等。非接触型为楔块不接触式。随着技术进步，产品结构不断更新，功能日趋完善，应用领域逐步扩大。
WFK型楔块式单向离合器
1、WFK型号为楔块式单向离合器，与GFK结构形式相同，外型尺寸与59系列轴承相同。 2、此型设计特点为在最小外径尺寸获得最大扭力。 3、内含黄油润滑及轴承支撑。 4、若要得到较好润滑效果而使用浸入油中的润滑方式，可以使用适当的方法，去除内含黄油，再安装入油池中使用。 5、不论何种油脂润滑方式，安装时均需外加油封以得较佳的效果，请参考下页安装范例。 6、以确保扭力之传输问题，必须以紧配方式安装，外圈与机壁为R6公差，内圈工作轴心为P5公差。 7、此重负荷紧配所产生的内缩小尺寸，设计时已考虑在内。 8、工作温度范围-40℃～+100℃，瞬间高温可达+120℃。 1、Type WFK is a sprag type freewheel, it’s construction is same as GFK, integrated into a 59 series ball bearing. 2、This design provides high toque capacity for minimal outside diameter. 3、It is bearing supported type, delivered grease lubricated. 4、Oil bath lubrication is also possible if the original grease is first removed by flushing the freewheel with a suitable solvent. 5、Whatever the lubrication type, seals should be provided, as illustrated on the next page. 6、Torque transmission must be ensured by a press fit assembly into a rigid outer housing with R6 tolerance and onto a shaft with P5 tolerance. 7、Initial radial clearance has been provided to take into account this heavy press fit. 8、Operating temperature range:-40℃to +100℃. Peaks up to +120℃ are acceptable for short periods. Please contact us for higher temperatures. 安装范例(Mounting example) 特性 Type WFK 使用维护保养说明(Using notice) 使用轴承油脂注入滚道，注入量按轴承标准加注，所用轴承油脂温度要求-40 ℃ ～ + 130 ℃。Use bearing grease injected into the raceway ,and grease level according to bearing Standard (GB/T 271-1997). The grease required temperature range -40 ℃～+ 130 ℃
单向超越离合器选用及使用须知
单向超越离合器选用及使用须知 1、概述 超越离合器是利用主、从动部分的相对运动速度变化或回转方向的变换能自动接合或脱开的离合器；是机电一体化机械传动中的基础元件，其主要功能是防止逆转、精确定位、传递转矩、切断转矩。因此，有的行业称逆止器或单向轴承。 2、使用范围 我公司生产的单向超越离合器主要是用于通用机械、包装机械、印刷机械、纺织机械、传动机械、食品机械、塑料机械、石化机械、起重运输机械、高压开关、风机、减速机、压缩机、机床等。并可根据用户需要制作各种非标离合器，详情请联系我们。 3、选用原则 1)、离合器类型的选择 用户可根据传动要求、工况条件、安装条件参考我公司产品结构特点进行选择，也可提供详细技术参数，交由我司为您设计定制。 2)、离合器规格的选定 类型选定后，离合器规格主要根据公称转矩Tn，原动机的功率和额定转速及连接尺寸选定，一般超越离合器计算转矩Tc应使之满足下列公式： Tc=β·T β取大值。 4、离合器安装使用须知 1)、离合器的安装应在电机（或其他原动机）的转向确定后，即在确认离合器实际转向与主机要求转向一致之后方可进行。如果安装方向相反，会导致严重事故。 2)、离合器外环与机体、内环与轴、键与键槽的配合均为动配合，不得过紧。装配要注意清除毛刺，清洗、擦干并均匀涂上润滑用机油，并用光洁平整的金属厚垫在离合器端面用锤轻击垫板，严禁硬敲和强行装配。同时还应保证离合器外环的半体与内环要有良好的同轴度（小于0.05mm）。如果同轴度超差会影响离合器正常转动。 3)、离合器应采用合适的、适量的润滑油或2号锂基润滑脂进行润滑，出厂时已注入足够的润滑油和润滑脂。 4)、超越离合器使用过程中，离合器工作转速应小于离合器极限转速值，如果长期运转，而且转速过高，应要有相应的润滑冷却措施。 5)、离合器在使用过程中发现异常，应及时停机检查，视具体情况解决。 6)、本须知为一般安装使用须知。对于各类或有特殊要求的离合器安装使用，请详见该类型离合器的使用须知。 5、润滑与保养 各类型号的离合器，在出厂时已加够耐高温、品质稳定的油脂。所以，根据环境和使用条件的不同可在三个月到半年之内不再重新添加油脂。在此期限之后，应定期检查、清洗、更换油脂。建议，每半 单向离合器的设计 一、了解超越离合器的主要功能、一般特点及其分类 1、超越离合器的主要功能： 超越离合器是靠主从动部分的相对速度变化或回转方向变换能自动结合或脱开的离合器。超越离合器有嵌合式与摩擦式之分；摩擦式又分为滚柱式与楔块式。 单向超越离合器只能在一个方向传递转矩，双向超越离合器可双向传递转矩。超越离合器的从动件可以在不受摩擦力矩的影响下超越主动件的速度运行。带拨爪的超越离合器，拨爪为从动件。 2、超越离合器的一般特点： （1）改变速度：在传动链不脱开的情况下，可以使从动件获得快、慢两种速度； （2）防止逆转：单向超越离合器只在一个方向传递转矩，而在相反方向转矩作用下则空转； （3）间歇运动：双向超越离合器与单向超越离合器适当组合，可实现从动件做某种规律的间歇运动。 3、超越离合器的分类 超越离合器可分为棘轮式超越离合器、滚柱式超越离合器和楔块式超越离合器。其中，棘轮式超越离合器又可分为内齿棘轮式超越离合器和外齿棘轮式超越离合器；滚柱式超越离合器又可分为单向滚柱式、带拨爪单向滚柱式和带拨爪双向滚柱式超越离合器；楔块式超越离合器又可分为单向超越离合器、双向超越离合器和非接触式单向超 越离合器。 二、接下来将主要研究单向滚柱式超越离合器的设计： 1、单向滚柱式超越离合器的机构简图为： 图1 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 关于超越离合器的原理介绍 超越离合器分为单向和双向两种 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 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 超越离合器原理介绍 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： 2009年第28卷8月第8期机械科学与技术 M echanical Science and Technol ogy f or Aer os pace Engineering August Vol .282009No .8 收稿日期:2007210209 作者简介:黄华星(1977-),博士研究生,研究方向为链环式超越离 合器的稳健性设计, huanghx00@mails .tsinghua .edu .cn;黄靖远(联系人),教授,huangjy@mail .tsinghua .edu .cn 黄华星 稳健性设计思想在超越离合器设计中的应用 黄华星,黄靖远 (清华大学精密仪器与机械学系,北京 100084) 摘 要:介绍了现代稳健性设计思想,并将稳健性设计的思想理论应用于超越离合器的稳健性设计 中,目的是改变传统超越离合器对磨损的稳健性不良的问题,寻求得到一种高稳健性的设计结果。着重讨论了磨损对超越离合器的自锁性能的影响,提出了磨损自锁特性曲线的趋势分析,作为稳健性敏感度分析的准则,同时也对制造误差等其它噪声进行稳健性敏感度分析,最后得到了链环式超越离合器具有高度稳健性的结论,体现了稳健性设计哲理关于“质量是能够设计到产品中去的”思想。关 键 词:稳健性设计;超越离合器;敏感度分析;链环式中图分类号:TH13314 文献标识码:A 文章编号:100328728(2009)0821083204 Appli cati on of Robust Desi gn Philosophy to Overrunn i n g Clutch Desi gn Huang Huaxing,Huang J ingyuan (Depart m ent of Precisi on I nstru ment and M echanol ogy,Tsinghua University,Beijing 100084) Abstract:W e intr oduce the modern r obust design method t o the designing of an overrunning clutch for overcom ing the p r oble m of poor r obustness existing in a traditi onal overrunning clutch .Thr ough discussi on of the self 2l ocking effects of an overrunning clutch by wear,a trend analysis about wear self 2l ocking p r operty curves was done and the r obust sensitivity caused by other kinds of noise such as manufacturing err ors was als o analyzed .Finally,the good r obustness of a chain 2ring overrunning clutch validated the r obust design phil os ophy .Key words:r obust design;overrunning clutch;sensitivity analysis;chain 2ring 现代稳健性设计的思想是建立在对产品“高质量”认识的基础之上的。所谓产品的高质量,是指一个产品保持其性能(质量)指标不变,而不受制造、环境影响和使用时间影响的能力[1] 。 从目前发表的研究文献看,人们更多地从容差设计[2] 角度来研究和认识稳健性设计,而几乎没有 人从“系统设计”[3] 的角度来研究和认识它,以至于停留在狭义的容差设计上面,大大影响了它的发展和推广,因此人们往往误以为稳健性设计是一种固定的方法,有成熟的数学模型可以借鉴。其实这种情况只是对某一些具体问题而言,实际上不同的问 题应该有不同的方法和措施。笔者所讨论的稳健性 设计问题就是针对超越离合器这一具体对象,如何采用合理的方法和措施来进行稳健性的敏感度分析。 现有的滚柱式和楔块式超越离合器都存在磨损引起打滑失效的问题,这是典型的稳健性问题,即对第3种噪声(使用时间引起的噪声因素)的敏感度问题。解决这个问题,人们一方面可以从材料和热处理的角度,使零件耐磨来提高稳健性,或者从容差设计来提高稳健性,实践证明,这个途径得到的稳健性效果是有限的;另一方面可以设计出一种对磨损不敏感的新结构原理,使其能在长时间的使用中保持稳定自锁性能,显然这是更为理想的,更符合稳健性设计思想的超越离合器设计思想。笔者将从稳健性设计的原理出发,对超越离合器的稳健性设计问题进行分析及探讨。 常州澳德龙离合器有限公司：CKL-C超越离合器(逆止器)单向离合器 CKL-C系列为带半联轴器(弹性柱销齿式联轴器)的楔块式单向离合器，内含轴承支撑。出厂时已加注润滑油。 用于有偏移的两轴之间脱开或传递动力，与CKL-C同系列对比，可传递较大扭矩。 该系列广泛用于包装、矿山、冶金、水泥、电力等机械上。常用作超越离合器。 型号 额定扭矩 〔N·m〕 超越极限转速 〔r/min〕 外形尺寸〔mm〕重量 〔kg〕 外环内环d〔H7〕D k (H7) D D1L L1L2b n×t n CKL-C30110 580 740 2500 30 28~45 110 66 146 53 86 8×3.3 12.5 CKL-C40125 800 700 2500 40 36~55 125 78 168 62 98 10×3.3 14.5 CKL-C45130 815 710 2500 45 42 ~58 130 80 168 62 98 12×3.3 16 CKL-C50150 1400 610 2000 50 48~65 150 94 207 82 117 14×3.8 24 CKL-C55165 1700 600 2000 55 54~68 165 100 233.5 95 130 14×3.8 35.6 CKL-C60170 2200 490 2000 60 58 ~70 170 108 244 97 138 16×4.3 37 CKL-C70190 4420 480 2000 70 68 ~78 190 115 312.5 130 172.5 16×4.3 67.5 CKL-C80210 6800 450 1500 80 78 ~85 210 125 340 153 177 18×4.4 80 超越离合器原理介绍 超越离合器原理介绍 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： 超越离合器工作原理 超越离合器是利用主动件和从动件的转速变化或回转方向变换而自动接合和脱开的一种离合器。当主动件带动从动件一起转动时，称为结合状态；当主动件和从动件脱开以各自的速度回转时，称为超越状态。 超越离合器是一种特殊的机械离合器，在机械传动中由主从动部分相对运动速度变化或旋转方向的改变使其自动结合或脱开。驱动元件只能从单一方向使从动元件转动，如果驱动元件改变方向，从动元件就自动脱离不传递动力，故又称单向离合器或单向轴承。一般按超运转速度选择，故统称为超越离合器。 超越离合器具有以下功能: a.在快速进给机械中实现快慢速转换、超越功能。 b.实现步进间隙运动和精确定位的分度功能。 c.当它与滚珠丝杠或其它部件配套使用，防止逆转，实现自锁和逆止功能。 常用的超越离合器有棘轮超越离合器、滚柱超越离合器和楔块超越离合器三种。楔块超越离合器通常又分为接触型楔块超越离合器、非接触型楔块超越离合器和双向楔块超越离合器。回转窑传动装置采用的超越离合器属于非接触型楔块超越离合器。 1.楔块超越离合器 图l所示的非接触型楔块超越离合器由外环、内环、楔块、固定挡圈、挡环、端盖、轴承和挡圈等组成。在低速运行时，楔块在弹簧作用下与内环保持接触，当超越转速达到某一极限时，偏心楔块的离心力矩克服弹簧和其他阻力矩，使楔块径向与内环工作面脱开，形成一个微小间隙，从而避免了摩擦与磨损，离合器实现非接触工作。使用时将内环安装在高速轴，外环套装在内环的两个轴承上，并由螺钉与两个端盖紧固在一起；内环工作面与外环之间的滚道由楔块、固定挡圈、轴承和挡圈组成，复位扭簧分别在楔块两端圆柱上，扭簧的一端插入楔块断面的小口中，另一端靠在挡销上，固定挡环将内环和楔块装置连在一起，外环通过螺钉与法兰连接。 当主电机启动后，驱动主减速高速轴伸带动内环和楔块装置一起旋转产生离心力，对楔块支撑点形成一个转矩，其方向与扭簧施加给楔块的转矩相反，有使楔块与外环脱离接触的趋势；当楔块离心力产生的转矩不足以克服扭簧施加给楔 常州澳德龙离合器有限公司：CKA超越离合器，CKB超越离合器，CKD 超越离合器,CGD超越离合器、CKZ超越离合器 一、CKA 型为基本型楔块超越离合器，使用时可根据需要安装轴承以承受轴向与径向负载。单向自锁可靠，反向解脱轻便。适用于极限转速为：800-2500r/min ，公称转矩为：31.5-4500N·m。常用于包装机械、印刷机械、食品机械、医疗机械、纺织机械、各种机床和减速机等机械传动。 二、CKB型超越离合器主要用于较高超越极限转速(800～2500r/min)、传递中 等转矩（30N.m～4000N.m），其特点单向自锁可靠，反向解脱轻便。多用于包装机械、印刷机械、食品机械、农业机械、医疗机械和各种斗式提升机、皮带运输机、纺织机的机械传动中。 三、CKD型超越离合器为无轴承支撑外环两端面带键槽的契块式超越离合器。使用时需配备轴承安装，以承受轴向和径向负载，径向尺寸与标准轴承尺寸形同。内环与轴用键连接，外环两端面有止动槽用于固定外环与机架以传递转矩。适用于极限转速为500-1500r/min，常用于包装，印刷，食品，纺织，轻工等机械上。 四、CGD 型超越离合器为无轴承支撑，外环两端面带键槽的滚柱式超越离合器。使用 时需配轴承以防止轴向与径向负载。内环与轴用键连接，外环两侧的端面有止动槽用于固定外环与机架以传递转矩。常用于包装、印刷、食品、纺织、轻工等机械上。 五、CKZ 型为有轴承支撑的楔块式超越离合器。适用于极限转速为600 ～1500r/min ，常 用公称转矩为：180 ～8000N · m 。常用于包装机、起重运输机械、冶金机械、矿山机械、石油机械、化工机械、水泥机械、电站等，亦称逆止器。此型号主要用于防止逆转及双动力源的慢速启动装置。因为CKZ超越离合器优异的性能，已经广泛替代进口MG600逆止器等MG系列和MI系列超越离合器，并向国外出口。 单向超越离合器选用及使用须知 单向超越离合器选用及使用须知 1、概述 超越离合器是利用主、从动部分的相对运动速度变化或回转方向的变换能自动接合或脱开的离合器；是机电一体化机械传动中的基础元件，其主要功能是防止逆转、精确定位、传递转矩、切断转矩。因此，有的行业称逆止器或单向轴承。 2、使用范围 我公司生产的单向超越离合器主要是用于通用机械、包装机械、印刷机械、纺织机械、传动机械、食品机械、塑料机械、石化机械、起重运输机械、高压开关、风机、减速机、压缩机、机床等。并可根据用户需要制作各种非标离合器，详情请联系我们。 3、选用原则 1)、离合器类型的选择 用户可根据传动要求、工况条件、安装条件参考我公司产品结构特点进行选择，也可提供详细技术参数，交由我司为您设计定制。 2)、离合器规格的选定 类型选定后，离合器规格主要根据公称转矩Tn，原动机的功率和额定转速及连接尺寸选定，一般超越离合器计算转矩Tc应使之满足下列公式： Tc=β·T β—工作储备系数（一般为1.2-3.2）负荷小，β取小值；负荷大，β取大值。 4、离合器安装使用须知 1)、离合器的安装应在电机（或其他原动机）的转向确定后，即在确认离合器实际转向与主机要求转向一致之后方可进行。如果安装方向相反，会导致严重事故。 2)、离合器外环与机体、内环与轴、键与键槽的配合均为动配合，不得过紧。装配要注意清除毛刺，清洗、擦干并均匀涂上润滑用机油，并用光洁平整的金属厚垫在离合器端面用锤轻击垫板，严禁硬敲和强行装配。同时还应保证离合器外环的半体与内环要有良好的同轴度（小于0.05mm）。如果同轴度超差会影响离合器正常转动。 3)、离合器应采用合适的、适量的润滑油或2号锂基润滑脂进行润滑，出厂时已注入足够的润滑油和润滑脂。 4)、超越离合器使用过程中，离合器工作转速应小于离合器极限转速值，如果长期运转，而且转速过高，应要有相应的润滑冷却措施。 5)、离合器在使用过程中发现异常，应及时停机检查，视具体情况解决。 6)、本须知为一般安装使用须知。对于各类或有特殊要求的离合器安装使用，请详见该类型离合器的使用须知。 5、润滑与保养 A.超越 A-1.双驱动和双速驱动应用例(见图A-1) 双驱动是一种其中安装两套驱动装置以代替单驱动装置的驱动系统。而从动装置被其中一套或者两套驱动设备所驱动。有了双驱动系统，则在拥有两套驱动装置的的驱动系统中就有不同的旋转速度，称之为“双速驱动”，从动装置可在高速或者低速下被驱动。 通常，每一个驱动装置用一个超越离合器作为驱动装置的正反向自动转换开关。当驱动装置A按图示箭头方向旋转时超越离合器A结合，带动从动装置按同一方向旋转。此时，超越离合器B解脱，驱动装置B不连动。反之，当驱动装置B按图示箭头方向旋转时，离合器B结合。带动从动装置旋转，离合器A处于解脱状态驱动装置A不速动。 A-2.鼓风机或者泵的驱动应用范例(见图A-2) 这个范例是超越离合器在鼓风机或泵由电机和涡轮机双驱动中的应用例，其应用例有一个由马达和涡轮机组成的双驱动系统驱动的从动装置。超越离合器用作驱动装置间的自动转换。鼓风机通常由涡轮机旁边的超越离合器所驱动。当启动时或者当蒸汽压力降低时，马达接替涡轮机来驱动鼓风机。当涡轮机驱动鼓风机时，超越离合器A结合，当马达开始驱动鼓风机时它就自动解脱。相反，超越离合器B在涡轮机驱动鼓风机时自动解脱，而当马达开始驱动鼓风机时它就结合。在这套装置中驱动设备无需转换而通过超越离合器就能够被自动改换。这是因为马达和涡轮机之间的旋转速度的差别使得超越离合器自动锲合或者解脱。 A.超越 A-3 鼓风机驱动系统应用例(见图A-3) 烟尘通风和气体混合鼓风机常运行于高温环境中。为了防止过度热传递使鼓风机主轴变形，当主马达关停时用一套辅助驱动系统使鼓风机转轴保持低速旋转。可用一个超越离合器装在；辅助马达上，从而免除手工离合操作。鼓风机主轴的热膨胀必须通过一个胀缩联轴节所吸收。在主马达运行期间，超越离合器作为一个轴承正常旋转，因此，其使用寿命得到极大的提高。 A-4.涡轮机辅助驱动系统(见图A-4) 这个例子显示了一个装在汽轮机辅助驱动系统上的超越离合器。辅助驱动系统通过超越离合器的结合给涡轮机提供低速旋转的动力，直到蒸汽压力将涡轮机加速到超越离合器的解脱速度为止。此时，由于离合器内部没有接触摩擦，偏心轮自动脱离结合状态像一个球轴承一样高速旋转。 航空传动系统超越离合器设计 【摘要】航空超越离合器是传动系统的关键部件，本文对滚柱式超越离合器的工作原理进行了分析，阐述了滚柱式超越离合器设计的两个阶段，以多年以来滚柱式超越离合器使用经验为基础，建立了较完整的离合器设计计算方法。 【关键词】航空传动系统；离合器；设计 1、引言 超越离合器是一种靠主、从动部分的相对运动速度变化或旋转方向的变换能自动接合或脱开的离合器。超越离合器仅在一个方向上输入传递扭矩，当输入方向相反或者在传动方向上输出端转速超过输入端转速时就自动脱开。 超越离合器按其工作原理可分为棘爪式和摩擦式两类，摩擦式超越离合器又分为三种：滚柱式超越离合器、斜撑式超越离合器和弹簧式超越离合器，其中滚柱式超越离合器和斜撑式超越离合器在直升机传动系统中得到广泛应用，弹簧式超越离合器应用较少。本文主要针对滚柱式超越离合器的设计及应用展开研究。 2、滚柱式超越离合器的工作原理 滚柱式超越离合器靠楔紧作用传递扭矩。基本的滚柱式超越离合器包括：凸轮轴、一套滚子、保持架、弹簧和外套圈。 凸轮轴截面是等边的多边形，边的个数与滚子数相等。滚子在保持架的作用下限位在凸轮上，保持架靠一弹簧/销机构限位，以使滚子与凸轮和外套圈都接触。凸轮轴为主动轮，当其转速高于外套圈时，滚子被楔紧在小平面与外套圈之间，从而带动外套圈一同旋转，离合器处于接合状态；当外套圈转速高于离合器轴时，滚子从楔紧位置脱开，离合器处于脱开状态。 3、滚柱式超越离合器的设计方法 3.1滚柱式超越离合器设计的两个阶段 滚柱式超越离合器设计包括结构设计阶段和试验验证阶段。 超越离合器应该设计成尽可能小的单元件，符合结构要求。这样做的主要目的是能够降低重量和成本，同时通过减小尺寸进而减小离心的影响和节圆线速度的影响。工作中，发动机运转时凸轮轴是锁定的。锁定位置的应力实际上是稳定的，只随着功率和转速的变化而变化。因此，在设计时不需要考虑高周疲劳，但需考虑低周疲劳。 离合器的研制试验包括性能试验、静扭试验和疲劳试验。性能试验考核离合单向离合器的设计
超越离合器
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