滾柱式單向超越離合器的受力和運(yùn)動分析

【摘要】本文對滾柱式單向超越離合器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理作了介紹，并對其受力和運(yùn)動情況進(jìn)行了基礎(chǔ)性分析，同時分析了滾柱式單向超越離合器的自鎖條件，并列出了其基本幾何尺寸計算公式，以便學(xué)生能更好、更全面地理解滾柱式單向超越離合器的工作原理等相關(guān)知識。

【關(guān)鍵詞】滾柱式 超越離合器 工作原理 受力分析 運(yùn)動分析

【中圖分類號】TH11 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）10-0253-02

我們在對學(xué)生講授機(jī)械設(shè)計和機(jī)械基礎(chǔ)課程中的滾柱式單向超越離合器的工作原理時，發(fā)現(xiàn)有不少學(xué)生對滾柱式單向超越離合器工作原理中的不同運(yùn)動情況的原因不能較好地理解，特別是在以星輪為主動件時，覺得更難理解。為此，我們在這里對滾柱式單向超越離合器的運(yùn)動和受力情況作一基礎(chǔ)性分析。

1.滾柱式單向超越離合器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理

首先介紹一下滾柱式單向超越離合器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，如圖1所示，滾柱式單向超越離合器主要由星輪4，帶外圈m的齒輪2，滾柱3及彈簧銷7組成。其工作原理是當(dāng)外圈m為主動以慢速逆時針方向回轉(zhuǎn)時，滾柱在摩擦力的作用下，被楔緊在外圈與星輪之間，這時外圈通過滾柱帶動星輪（軸）以慢速逆時針方向同步回轉(zhuǎn)；在外圈以慢速逆時針方向回轉(zhuǎn)的同時，若軸由另外一個運(yùn)動源（如電動機(jī)）帶動快速作同方向回轉(zhuǎn)，此時由于星輪的回轉(zhuǎn)速度高于外圈，滾柱從楔縫中松回，使外圈與星輪脫開，按各自的速度回轉(zhuǎn)而互不干擾（即此時星輪超越外圈快速運(yùn)動）；當(dāng)電動機(jī)不帶動軸快速回轉(zhuǎn)時，滾柱又被楔緊在外圈與星輪之間，使軸隨外圈作慢速回轉(zhuǎn)。反之，當(dāng)星輪4為主動以慢速順時針方向回轉(zhuǎn)時，滾柱被楔緊在外圈與星輪之間，這時星輪（軸）通過滾柱帶動外圈作順時針方向同步回轉(zhuǎn)；若外圈回轉(zhuǎn)速度高于星輪作快速同方向回轉(zhuǎn)，則外圈超越星輪，按各自的速度同方向回轉(zhuǎn)而互不干擾；而當(dāng)星輪逆時針方向回轉(zhuǎn)時，則不能帶動外圈作同方向回轉(zhuǎn)。

2.滾柱式單向超越離合器的受力和運(yùn)動分析

下面對滾柱式單向超越離合器的上述運(yùn)動原理進(jìn)行受力方面的基本分析。

當(dāng)外圈為主動作逆時針方向回轉(zhuǎn)時，如圖2所示，滾柱在摩擦力FTA的作用下，被楔緊在外圈與星輪之間，這時外圈通過滾柱帶動星輪一起作逆時針方向同步回轉(zhuǎn)。（圖中受力分析研究對象為滾柱，下同。）

當(dāng)外圈為主動而作順時針方向回轉(zhuǎn)時，如圖3所示，滾柱在摩擦力FTA的作用下，滾柱從楔縫中松回，使外圈與星輪脫開，這時外圈不能帶動星輪一起作同步回轉(zhuǎn)。

當(dāng)星輪為主動作順時針方向回轉(zhuǎn)時，如圖4所示，由于結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的原因，圖中涂黑部分起到楔緊塊作用；滾柱在摩擦力FTA的作用下，被楔緊在外圈與星輪之間，這時外圈在摩擦力F’TA（F’TA為滾柱對外圈的作用力）的帶動下與星輪一起作順時針方向同步回轉(zhuǎn)。

當(dāng)星輪為主動而作逆時針方向回轉(zhuǎn)時，如圖5所示，滾柱在摩擦力FTA的作用下，滾柱從楔縫中松回，使外圈與星輪脫開，這時星輪不能帶動外圈一起作同步回轉(zhuǎn)。

3.滾柱式單向超越離合器的自鎖條件和基本幾何計算

下面對滾柱式單向超越離合器的自鎖條件進(jìn)行簡要分析。

滾柱式超越離合器結(jié)構(gòu)簡圖如圖6所示，假設(shè)滾柱、外圈、星輪均為剛體，其自鎖條件是外圈滾道與滾柱在接觸點(diǎn)B不打滑，故必須滿足：

μFn>Ft （1）

取滾柱為隔離體，并對A點(diǎn)取力矩，有：

Ft×r（1+cos？準(zhǔn)）=Fn×rsin？準(zhǔn) （2）

解式（1） 和式（2） 可得：

tan■=1+■<μ （3）

即？準(zhǔn)<2arctanμ=2α，？準(zhǔn)<2α（其中μ為摩擦系數(shù)，α為摩擦角），這就是滾柱式超越離合器自鎖的條件。取鋼的摩擦系數(shù)μ=0.1，則若？準(zhǔn)<12o，離合器就能自鎖。而在實(shí)際工作中，由于有彈、塑性變形和磨損，實(shí)際工作楔角要大于設(shè)計楔角，為了保證有一定的壽命和工作的可靠性，在工程上常取？準(zhǔn)=6o～8o。

滾柱式單向超越離合器的基本幾何計算：

如圖6所示，工作平面與星輪中心的距離

h=（R-r）cos？準(zhǔn)-r

滾柱楔緊時的中心與星輪中心的距離

b=（R-r）sin？準(zhǔn)

彈簧銷至星輪中心的距離

a=（R-r）sinβ

由前述式（3）可知，這種超越離合器的設(shè)計尺寸應(yīng)滿足：arccos（■）≤2α（α為摩擦角）的要求。

4.結(jié)論

通過對滾柱式單向超越離合器的受力和運(yùn)動分析，以及對滾柱式單向超越離合器的自鎖條件的分析，結(jié)合滾柱式單向超越離合器的基本幾何計算，使學(xué)生能更好地理解滾柱式單向超越離合器的工作原理等相關(guān)知識。

參考文獻(xiàn)：

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