单向离合器的设计
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课程设计(单片离合器) 1.
汽车单片摩擦片离合器设计班级：B110209学号：B11011308姓名：王慧峰目录目录 (1)摘要 (3)一、汽车离合器简介 (4)1.1汽车离合器的工作原理 (4)1.2汽车离合器的功用 (4)1.3汽车离合器设计的基本要求 (5)二、汽车离合器主要参数的选择 (5)2.1后备系数β (6)2.2摩擦片的外径D、内径d和厚度b的确定。
(6)（1）摩擦片参数选择 (6)（2）摩擦片参数的校核 (8)2.3摩擦片摩擦因数f及单位压力p0的确定 (8)（1）摩擦因数的确定 (8)（2）单位压力p0的确定 (9)2.4汽车离合器滑磨功的校验 (10)2.5离合器间隙△t的确定 (12)三、离合器从动盘总成的设计 (12)3.1轴向弹性从动盘的结构形式的选用 (12)3.2从动盘毂的设计 (12)3.3离合器摩擦片材料及摩擦片与从动片的连接方式的选择 (14)（1）摩擦材料的选择 (14)（2）摩擦片的连接方式 (14)3.4从动片 (15)3.5波形片和减震弹簧 (15)四、离合器压紧弹簧的设计 (15)4.1压紧弹簧的选择 (15)4.2拉式膜片弹簧的支承形式的选择 (16)4.3 膜片弹簧基本参数的选择 (17)4.4膜片弹簧的校核 (20)(2)为了保证摩擦片磨损后离合器仍能可靠地传递转矩，并考虑到摩擦因数的下降，摩擦片磨损后弹簧工作压紧力F1A应大于或等于新摩擦片时的压紧力F1B。
(23)五、扭转减振器的设计 (23)5.1极限转矩 (24)5.2扭转角刚度 (24)5.3阻尼摩擦转矩μT (24)T (24)5.4预紧转矩n5.5弹簧的位置半径R0 (25)F (25)5.6减振弹簧总压力∑ (26)5.7极限转角j六、离合器盖的设计 (26)6.1压盘的设计 (26)对压盘结构设计的要求: (26)6.2压盘的校核 (27)6.3压盘驱动方式的选择 (27)七、分离装置的设计 (28)7.1分离杠杆装置 (28)7.2分离轴承总成 (28)九、设计总结 (29)参考文献 (30)摘要：离合器是汽车传动系中的重要部件，主要功用是是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车平稳起步，保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系统所承受的最大转矩，防止传动系统过载。
单向离合器弹簧结构设计
％ 为佳 ； 压 缩 量 应 该控制 在 其 自南长 度 的 2 0 ％ 3 0
～
I
。
2 ，
．
滚 柱 式 离合 器
(2 )弹簧 的材料 尽 量 选 用 琴钢 丝 碳 素钢 丝 也 可 选
、
，
使 用 的 压 簧 的 刚 度 根 据 离合 器 的使 用 要 求 不 同 而 定
，
用不锈 钢丝
；
一
其 作用 是 给滚 柱
2
。
本 文重 点分析
以 利于读者更
中的应用 非 常
广泛 压 簧 的设
。
，
计 必 须 从 以下
几点考虑
：
常用设计 形 式
单 向 离合 器 根 据 其 设 计 原 理 分 为 滚 柱 式 离 合 器 和 楔
块 式 离合 器 使 用 的 弹簧 形式 也 多种 多样 以 下 介 绍 几 利
，
，
( 1 )弹簧的
，
看 是 否 存 在 制 动 杠 杆 高低 不 在 同
。
一
水平 的
情 况 以 及 其 它 部 位 是 否 有 卡 滞 现 象存 在
( 4 ) 对 于 带 有 附 加 杠 杆 支 点 座 的 乎 车或平 集 两 用 车
，
，
，
当 出现 推 杆 复位 困 难 时 应 全 面 加 强 检 查 重 点 查 看 杠 杆
在 离 合 器 工 作 时 弹 簧不 应 被 压 并 ( 5 ) 压 簧 的 刚 度 计算 公 式
：
。 T4
的 刚度 较 小
， 儿
，
，’
舟
黑 6 上
适用 于 工 况
简单 无 冲击
、
其 中 ：P 为 刚 度
～
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本 文重 点分析
以 利于读者更
中的应用 非 常
广泛 压 簧 的设
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几点考虑
：
常用设计 形 式
单 向 离合 器 根 据 其 设 计 原 理 分 为 滚 柱 式 离 合 器 和 楔
块 式 离合 器 使 用 的 弹簧 形式 也 多种 多样 以 下 介 绍 几 利
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汽车单向离合器的工作原理_概述说明以及解释
汽车单向离合器的工作原理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述引言部分主要介绍了本篇长文的背景和主题，即汽车单向离合器的工作原理。
单向离合器是一种关键的汽车传动装置，其作用是实现驱动力的传递和控制，以保证汽车在不同驾驶条件下的顺利运行。
了解和掌握单向离合器的工作原理对于汽车工程技术人员和爱好者来说非常重要。
1.2 文章结构本文将首先介绍离合器的基本概念，包括它在汽车传动系统中的作用和意义。
接着详细解释了单向离合器的定义和作用，以及它在汽车中所起到的关键作用。
然后我们将深入探讨单向离合器的组成部分及具体工作原理，并通过图表和实例来进行说明。
接下来，我们将列举并解释了几个应用场景，包括自动变速器中、四驱系统中以及其他汽车系统中使用到单向离合器的情况。
最后，我们对汽车单向离合器进行了优缺点分析，并总结出文章所阐述内容。
1.3 目的本文的目的在于深入探讨汽车单向离合器的工作原理，以便读者能够全面了解其功能和应用领域。
通过本文的阅读，读者将能够理解单向离合器的基本概念、组成部分和工作原理，并且知道它在汽车传动系统中的重要性。
同时，读者还将了解到单向离合器在自动变速器以及其他系统中的应用场景，以及它所具备的优缺点。
最终，我们希望读者对未来汽车领域的发展趋势有一定展望，并对单向离合器技术有更深入的认识。
2. 汽车单向离合器的工作原理:2.1 离合器的基本概念:离合器作为汽车传动系统中的重要组成部分，主要用于控制发动机和变速器之间的连接与断开。
通过操作离合器，驾驶员可以实现换挡、起步、停车等操作。
2.2 单向离合器的定义与作用:单向离合器是一种特殊类型的离合器，在某一方向上允许转动，而在另一方向上则阻止转动。
其作用是将转矩单向传递到输出轴，并防止反向扭矩传回发动机。
2.3 单向离合器的组成部分及工作原理:单向离合器由内外圈、滚针或滚珠元件以及保持环等组成。
其中内圈固定于发动机输出轴上，外圈与输出轴相连。
工作原理如下：当驱动力来自内圈，并且具有足够大的力矩时，滚针或滚珠元件会被推出并套住保持环，使得内圈和外圈之间形成刚性连接。
车辆单片离合器设计
关键字：车辆、离合器、设计
1
本文主要对某型号汽车离合器进行设计，搜集该汽车发动机的各个数据，查阅了大量关于离合器的文献、期刊、著作等资料。并对离合器的主要部件进行了计算、设计、选择和校核。熟悉掌握了离合器的组成、原理以及工作特性。并运用了MATLAB进行计算和分析校核。熟练应用CAD进行了主要零部件和总装图的绘制。在对离合器的设计中，我还查阅了关于离合器计算的相关书籍，并对计算数据结构进行优化。
国内离合器行业虽然已经有了进步，但与国际同行相比较，差距仍然很大。企业经营规模小，抗风险能力低，缺乏高技术含量的、前瞻性、可持续发展的产品，都是我国面临的主要问题。除此之外，品牌意识淡薄，标准化程度低。国内企业缺乏高水平的研究开发性人才，企业自主开发能力还比较低；企业内部平均管理水平不高，没有一个系统的人才培训机制，人才流失等现象较为严重。国内原材料供应商的质量、技术水平停留在一个较低的标准，一些关键部件只能依赖进口，增加了一些零部件企业的生产成本。
除此以外，在汽车行驶过程中，为适应不断变化的行驶条件，传动系经常要更换不同档位工作。实现齿轮式变速器的换档，一般是拨动齿轮或其他挂档机构，使原用档位的某一齿轮副推出传动，再使另一档位的齿轮副进入工作。在换档前必须踩下离合器踏板，中断动力传动，便于使原档位的啮合副脱开，同时使新档位啮合副的啮合部位的速度逐步趋向同步，这样进入啮合时的冲击可以大大的减小，实现平顺的换档。
汽车的发展已有一百多年的历史了，在汽车的发展史中，离合器占据着举足轻重的作用。我国汽车离合器的研究制造起源于上个世纪30年代，当时制造设备极其简陋，而且生产手段也极其有限。直到上世纪50年代中期开始，一汽、南汽、上汽、“二汽”等才相继成立。离合器在车间或工厂才开始批量化生产，此时才有了真正意义上的离合器制造。上世纪70年代，我国的离合器探索研究才初具雏形。此后由于汽车产量的逐年增加，各地又建立了一批离合器专业制造厂，逐渐形成了行业的雏形并初具规模。改革开放以后，国家重点支持一汽东光离合器、上海离合器厂、南汽离合器厂、黄石离合器厂等。各企业通过研究发展，均取得较大进步。其中黄石离合器厂分别从英国AP公司、德国F·S公司、美国BW公司、法国VALEO公司引进具有当代水平的膜片弹簧离合器产品及制造技术，带动了离合器行业的快速发展[]。通过产、学、研相结合，消化和吸收，实现-旋弹簧离合器向膜片弹簧离合器的换代，行业的规模和，水平都获得了提高。
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本文主要对某型号汽车离合器进行设计，搜集该汽车发动机的各个数据，查阅了大量关于离合器的文献、期刊、著作等资料。并对离合器的主要部件进行了计算、设计、选择和校核。熟悉掌握了离合器的组成、原理以及工作特性。并运用了MATLAB进行计算和分析校核。熟练应用CAD进行了主要零部件和总装图的绘制。在对离合器的设计中，我还查阅了关于离合器计算的相关书籍，并对计算数据结构进行优化。
国内离合器行业虽然已经有了进步，但与国际同行相比较，差距仍然很大。企业经营规模小，抗风险能力低，缺乏高技术含量的、前瞻性、可持续发展的产品，都是我国面临的主要问题。除此之外，品牌意识淡薄，标准化程度低。国内企业缺乏高水平的研究开发性人才，企业自主开发能力还比较低；企业内部平均管理水平不高，没有一个系统的人才培训机制，人才流失等现象较为严重。国内原材料供应商的质量、技术水平停留在一个较低的标准，一些关键部件只能依赖进口，增加了一些零部件企业的生产成本。
除此以外，在汽车行驶过程中，为适应不断变化的行驶条件，传动系经常要更换不同档位工作。实现齿轮式变速器的换档，一般是拨动齿轮或其他挂档机构，使原用档位的某一齿轮副推出传动，再使另一档位的齿轮副进入工作。在换档前必须踩下离合器踏板，中断动力传动，便于使原档位的啮合副脱开，同时使新档位啮合副的啮合部位的速度逐步趋向同步，这样进入啮合时的冲击可以大大的减小，实现平顺的换档。
汽车的发展已有一百多年的历史了，在汽车的发展史中，离合器占据着举足轻重的作用。我国汽车离合器的研究制造起源于上个世纪30年代，当时制造设备极其简陋，而且生产手段也极其有限。直到上世纪50年代中期开始，一汽、南汽、上汽、“二汽”等才相继成立。离合器在车间或工厂才开始批量化生产，此时才有了真正意义上的离合器制造。上世纪70年代，我国的离合器探索研究才初具雏形。此后由于汽车产量的逐年增加，各地又建立了一批离合器专业制造厂，逐渐形成了行业的雏形并初具规模。改革开放以后，国家重点支持一汽东光离合器、上海离合器厂、南汽离合器厂、黄石离合器厂等。各企业通过研究发展，均取得较大进步。其中黄石离合器厂分别从英国AP公司、德国F·S公司、美国BW公司、法国VALEO公司引进具有当代水平的膜片弹簧离合器产品及制造技术，带动了离合器行业的快速发展[]。通过产、学、研相结合，消化和吸收，实现-旋弹簧离合器向膜片弹簧离合器的换代，行业的规模和，水平都获得了提高。
单向离合器的设计(DOC)
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12、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12n n -<-，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。
单向离合器工作原理
单向离合器的工作原理引言单向离合器是一种用于传递动力的机械装置，它能够在两个轴线上的旋转运动之间实现单向的离合和连接。
在车辆、摩托车和机械设备等应用中，单向离合器被广泛使用，它的主要作用是允许能量的单向传递，防止反向运动。
本文将详细解释单向离合器的工作原理，并介绍其基本原理和组成部分。
原理单向离合器的工作原理基于几个关键概念：离合、连接和单向传输。
离合离合是指两个轴线之间的脱离连接状态，其中一个轴线可以自由旋转而不影响另一个轴线的运动。
在单向离合器中，离合状态可通过摩擦力和压力来实现。
当两个轴线之间传递的力大于预设的摩擦力或压力时，单向离合器处于离合状态。
连接连接是指两个轴线之间的紧密耦合状态，其中一个轴线的旋转会直接传递到另一个轴线上。
在单向离合器中，连接状态可通过摩擦力和压力来实现。
当两个轴线之间传递的力小于预设的摩擦力或压力时，单向离合器处于连接状态。
单向传输单向传输是指能量只能从一个轴线向另一个轴线传递，但不能反向传输。
这意味着当一个轴线旋转时，它会带动另一个轴线旋转，但反过来时，离合器会自动离合，防止反向运动传递。
组成部分单向离合器由以下几个基本组成部分构成：1.主轴：也称为输入轴，它是从动力源（如引擎）传递动力到离合器的轴线。
主轴可以旋转，并将旋转动力传递给离合器的其他组成部分。
2.副轴：也称为输出轴，它是从离合器传递动力到终端设备（如车轮）的轴线。
副轴的旋转速度和方向取决于离合器的连接状态。
3.内部齿轮：位于主轴和副轴之间，用于连接这两个轴线。
内部齿轮的设计使得它只能在一个方向上旋转，并将动力传递到副轴。
4.摩擦材料：位于内部齿轮和离合器外壳之间，用于提供摩擦力。
摩擦材料通常是一层摩擦片，它的摩擦系数和压力决定了离合器的离合和连接状态。
5.离合器外壳：用于将所有的组成部分包裹在一起，并提供离合器的结构支持和保护。
工作过程在正常工作情况下，单向离合器处于连接状态。
当主轴旋转时，它会带动内部齿轮的旋转。
单片离合器课程设计
单片离合器课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解单片离合器的基本结构和工作原理，掌握离合器在汽车传动系统中的作用；2. 使学生掌握单片离合器的拆装、检查、调整及故障排除方法；3. 引导学生了解单片离合器与其他类型离合器的区别和特点。
技能目标：1. 培养学生具备独立拆装、检查和调整单片离合器的能力；2. 提高学生分析并解决单片离合器故障问题的能力；3. 培养学生通过查阅资料、开展团队合作，完成单片离合器相关项目任务。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱汽车维修专业，增强职业认同感；2. 培养学生严谨、细致的工作态度，提高安全意识；3. 引导学生树立团队协作意识，培养良好的沟通与协作能力。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程旨在通过理论与实践相结合的方式，使学生掌握单片离合器的相关知识，提高实际操作能力，培养具备较高职业素养的汽车维修人才。
课程目标分解为具体学习成果，以便后续教学设计和评估。
二、教学内容1. 理论部分：- 离合器概述：离合器的作用、类型及结构特点；- 单片离合器工作原理：包括压盘、从动盘、离合器轴承等组件的工作过程；- 单片离合器的结构：详细讲解各部件的作用及相互关系；- 离合器故障诊断：常见故障现象、原因及诊断方法。
2. 实践部分：- 拆装与检查：教授单片离合器的拆装方法、检查要点；- 调整与更换：讲解离合器间隙调整、从动盘和压盘更换方法；- 故障排除：针对实际案例，指导学生进行故障分析与排除；- 维护与保养：介绍单片离合器的日常维护和保养方法。
教材章节关联：本教学内容与教材《汽车底盘结构与维修》中第四章“离合器”相关内容紧密关联，包括离合器概述、单片离合器结构、工作原理及维修方法等。
教学进度安排：理论部分与实践部分相结合，共计4课时。
第一、二课时进行理论教学，第三课时进行实践操作，第四课时进行故障排除练习及总结。
教学内容确保科学性和系统性，以培养学生具备扎实的专业知识、熟练的操作技能和良好的职业素养为目标。
单向离合器的设计详解
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12、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12n n -<-，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。
单向离合器
培训资料1-22主要部件概述输入轴输入轴由定子支承中的两个衬套支承。
输入轴的 端部定位由变矩器涡轮与超速档行星架中的花键 控制。
输出轴输出轴由变速器壳中的两个衬套和延伸壳中的滑 动叉衬套支承。
端部定位由驻车爪齿轮与卡圈或 轴肩控制，也由倒档齿圈毂与卡圈控制。
超速传动系统超速档行星齿轮系统由超速档行星架、超速档中 心齿轮、超速档齿圈、滑行离合器缸、超速档单 向离合器总成及中心轴组成（图14）。
超速档行星架通过花键与输入轴相接。
超速档中心齿轮由 输入轴上的衬套定心，横向由导轮支承与超速档 行星架上的滚针轴承定位。
超速档中心齿轮与滑 行离合器缸通过花键连接，滑行离合器缸又通过 花键与超速档单向离合器内座圈连接。
单向离合器外座圈与超速档齿圈通过花键连接， 超速档齿圈又通过花键与中心轴连接。
中心轴由前进档行星轮总成定心，横向由中心支 承与超速档行星架上的滚针轴承定位。
中心轴通 过花键与前进档离合器缸连接。
两个摩擦离合器装在超速档行星齿轮总成里。
滑行离合器通过花键接在滑行离合器缸与超速档齿 圈之间。
在手动1、手动2和3档按下变速器控 制开关时滑行离合器接合进行发动机制动。
超速档离合器通过花键接在滑行离合器缸与变速 器壳之间。
超速档离合器将滑行离合器缸固定， 超速档中心齿轮随之允许行星架超速驱动齿圈。
7L339 （ 3）7F240 （ 4）超速档中心齿 轮 7D0637G178 （止推垫圈滚针轴承卡圈7G375滚针轴承 成图14 -超速传动系统部件超速档行星 架 7B446单向离合器总成7A089\7A658超速档齿圈7A153外座圈 内座圈中心轴中心支承与中间/超速档离合器缸中心支承为前进档离合器与直接离合器缸提供导向。
并为离合器接合与润滑供油。
中心支承在径向和横向由变速器壳固定。
油液通过供油螺栓进入中心支承，为前进档离合器和中间档润滑油路供油。
直接离合器也由中心支承供油（图15）。
中间档/超速档离合器缸在径向由变速器壳支承。
楔块式单向超越离合器的设计
作者简介：张 锋，男，１ ９ ６ ２ 年生，陕西科技大学造纸工程学院， 副教授 从事机械设计与制造方面的教学和科研工作。
Mining & Processing Equipment
楔块式单向超越离合器的设计 两圆弧工作面切面之间的垂直距离称为楔块的公称规 格。如表 １ 所示为我们所研制使用的鞋形块形状的 ４ 种规格。每种规格的楔块适用一定大小的离合器。 １．２．３ 楔块的重心位置对离合器性能的影响 楔块的重心位置对于在高速运转条件下的楔块式 单向离合器设计尤为重要。这是因为楔块的离心载荷 是速度平方的函数即 ðn Fe = ms R ×10 − 3 30 F ｅ —— 每个楔块离心力 m ｓ —— 楔块重量，ｋｇ R —— 旋转中心到楔块重心的距离，ｍｍ n —— 离合器内或外环的转速，ｒ ／ ｍｉｎ 离心载荷可以使楔块产生对内环滚道 （ 或外环滚 道） 表面脱离接触或压紧接触的力矩。 在高速超越和 低速楔合运转条件下有利于减少楔块的磨损。对于高 速超越和高速楔合运转条件下则会影响楔块式单向离 合器的接合性能甚至失效。 式中
∆ i = pi ×
１．３．３ 下式计算
Ri E
2 Ri2 + Rid R2 − R2 − v i id
１．３ 楔块式单向离合器的力学分析
楔块式单向离合器力学分析主要是对其主要零件 楔块、内外环在承载时内部应力及变形的计算。分析 中采用了如下假设条件： （ １ ） 内外环的变形及应力计算建立在厚壁圆筒理 论基础上，有效长度应为楔块的实际长度； （ ２ ） 楔块的径向载荷 可转换为等效流体载荷 （面载荷） ； （ ３ ） 所有的楔块均 载。 １．３．１ 力与变形 楔块式单向离合器楔 块的承载受力示意图见图 ２ 所示。对于楔块与内环 滚道的接触按赫兹 ２ 轴平 行的圆柱体凸面接触的公 式来计算接触应力，而对 于外环滚道的接触则按凹 面接触来计算。 楔块的接触应力为 图 ２ 楔块的接触应 式中
楔块式单向超越离合器的设计
−1
Ri sin θ R0 − Ri cos θ
λ = ϕ + θ 工作时，由双圆弧工作面的楔块随着载荷增大， 其径向分力增大，内外环滚道弹性变形增大。于是楔 块相应转过一定的角度Ω 与内外环滚道之间的接触点 随之改变，楔角也随之改变。楔角的设计以不产生打 滑为条件，如钢对钢的摩擦系数按 ０．１ 计算， 其摩擦 角为 ５° ４０＇，最大楔角应小于此值。推荐起始楔角 （即 刚进入接合状态时的楔角） 为 ２° ３０＇ ，最大承载时的 工作楔角为 ４° ３ ０ ＇，对于要求不高或用于定位分度的 离合器也可增大到 ６ ° 。 １．２．２ 楔块的形状和规格 楔块的基本形状是由 ２ 个具有一定的曲率半径的 偏心圆弧形成的异形块体，其截面形状有拳形块、鞋 形块、桃 形块、φ 形块等多
∆ i = pi ×
１．３．３ 下式计算
Ri E
2 Ri2 + Rid R2 − R2 − v i id
１．３ 楔块式单向离合器的力学分析
楔块式单向离合器力学分析主要是对其主要零件 楔块、内外环在承载时内部应力及变形的计算。分析 中采用了如下假设条件： （ １ ） 内外环的变形及应力计算建立在厚壁圆筒理 论基础上，有效长度应为楔块的实际长度； （ ２ ） 楔块的径向载荷 可转换为等效流体载荷 （面载荷） ； （ ３ ） 所有的楔块均 载。 １．３．１ 力与变形 楔块式单向离合器楔 块的承载受力示意图见图 ２ 所示。对于楔块与内环 滚道的接触按赫兹 ２ 轴平 行的圆柱体凸面接触的公 式来计算接触应力，而对 于外环滚道的接触则按凹 面接触来计算。 楔块的接触应力为 图 ２ 楔块的接触应 式中
−1 α = tan
１ 楔块式单向超越离合器的结构 设计
１．１ 楔块式单向超越离合器的基本结构及工 作原理
Ri sin θ R0 − Ri cos θ
λ = ϕ + θ 工作时，由双圆弧工作面的楔块随着载荷增大， 其径向分力增大，内外环滚道弹性变形增大。于是楔 块相应转过一定的角度Ω 与内外环滚道之间的接触点 随之改变，楔角也随之改变。楔角的设计以不产生打 滑为条件，如钢对钢的摩擦系数按 ０．１ 计算， 其摩擦 角为 ５° ４０＇，最大楔角应小于此值。推荐起始楔角 （即 刚进入接合状态时的楔角） 为 ２° ３０＇ ，最大承载时的 工作楔角为 ４° ３ ０ ＇，对于要求不高或用于定位分度的 离合器也可增大到 ６ ° 。 １．２．２ 楔块的形状和规格 楔块的基本形状是由 ２ 个具有一定的曲率半径的 偏心圆弧形成的异形块体，其截面形状有拳形块、鞋 形块、桃 形块、φ 形块等多
∆ i = pi ×
１．３．３ 下式计算
Ri E
2 Ri2 + Rid R2 − R2 − v i id
１．３ 楔块式单向离合器的力学分析
楔块式单向离合器力学分析主要是对其主要零件 楔块、内外环在承载时内部应力及变形的计算。分析 中采用了如下假设条件： （ １ ） 内外环的变形及应力计算建立在厚壁圆筒理 论基础上，有效长度应为楔块的实际长度； （ ２ ） 楔块的径向载荷 可转换为等效流体载荷 （面载荷） ； （ ３ ） 所有的楔块均 载。 １．３．１ 力与变形 楔块式单向离合器楔 块的承载受力示意图见图 ２ 所示。对于楔块与内环 滚道的接触按赫兹 ２ 轴平 行的圆柱体凸面接触的公 式来计算接触应力，而对 于外环滚道的接触则按凹 面接触来计算。 楔块的接触应力为 图 ２ 楔块的接触应 式中
−1 α = tan
１ 楔块式单向超越离合器的结构 设计
１．１ 楔块式单向超越离合器的基本结构及工 作原理
单向离合器的设计
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12、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12n n -<-，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。
带拨爪单向离合器的设计
拨爪超越离合器的设计一、带拨爪单向滚柱式超越离合器的机构简图、特点及应用1、带拨爪单向滚柱式超越离合器的结构简图为：图12、带拨爪单向滚柱式超越离合器的特点及应用：外环和星轮不论哪一个做主动，都只能单向传递运动。
如果用拨爪1拨动滚柱2，可以使运动中断。
拨爪与起操纵作用的另一条运动相连接，在传动链未中断前和离合器一起转动。
二、单向滚柱式超越离合器的选用计算选用离合器时，离合器的计算转矩T c 要小于等于离合器的额定转矩，即：T≤=t c T T β注：公式摘自《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。
Tc——离合器的计算转矩；β；β——工作储备系数5=~4.1T——需要传递的转矩；tT——离合器的额定转矩；三、滚柱式超越离合器的设计计算图2说明：以下公式均摘自《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。
表1表2注：表2摘自《机械设计手册》第5版第2卷四、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3。
表3五、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》。
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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<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12n n -<-，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
表2
表3：滚柱数及尺寸参数参考值
注：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：
r
R r
C ++=cos
arc α 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:
α
ZR T N t
2=
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:
br
NE
c 418
.0=σ 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:
α
στrbZR E
T br NE t c 2.0412
.034.0max === 如α以“度”表示, 则有:
α
τrbZR E
T t 5
.1max = 应使][max ττ≤
t T 不应该用平均值或额定值, 应由下式计算:
321t )(T k k k T n +=
其中:
n T ———额定扭矩;
1k ———由原动机形式决定的动力系数, 可参照表4决定; 2k ———由从动机形式决定的动力系数, 可参照表5决定; 3k ———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,3k 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:
c R ）—128(][=τ MPa
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:
6
7
110]
[][Q ττ=
其中:
[ τ] ———710次之许用剪应力; [ 1τ] ———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:
F
N =
P 式中F 为滚柱的投影面积, F =2rb 。
许用比压力[ P] 可取42-49 MPa , 如取[ P] =44 MPa , 则有:
α••••≤R Z F 22T t
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。
］［）Ｓ
Ｒ＋ｆ（ｆＢＳＮ１
２
１σσ≤=
其中:
[ σ] ———许用应力, 可取700 ～ 800 MPa N ———滚子压力, B ———外圈宽度; S ———外圈厚度; R1 ———外圈平均半径;
f 1 f 2 ———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f 1、 f 2 、 f 3
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。
33
1
r f EJ
R T t =∆
其中：
J-外圈之惯性, 对矩形为BS/12 ; f 3 ———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GB 4661-89 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生。
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
注：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。