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楔块超越离合器的发展及特点
北京机械工业学院 朱春梅 孔庆堂 孔炜 朱自成
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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。

（图片）

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）。

表1 楔块式与滚柱式超越离合器的比较

项   目楔 块 超 越 离 合 器滚 柱 超 越 离 合 器
承载能力    放置楔块的数量多，楔块与滚道接触的圆弧角之曲率半径大于滚柱离合器中的滚柱半径，故接触应力小。承载能力大。    相同滚道尺寸的情况下，放置滚柱数目少，接触应力大，故承载能大小。
自锁性能可靠，反向解脱轻便比较可靠
传动效率0.94-0.980.94-0.99
超载时
工作情况		    极端超载情况，可能有一个或几个楔块转超过最大的撑线范围，而使其楔块翻转，当转矩减小后，楔块也不能复位。但这是非正常使用状态。    极端超载情况，滚柱趋于滑动而自锁失效，当转矩减小，滚柱复位并可重新楔紧，正常运转。
零件磨损情况    楔块由于不能转动，楔块与内外滚道的接触部位又局限在一小段工作圆弧上，容易磨损小平面，但因传递转矩时，楔块式比滚柱式离合器直径小，圆周转速低，而且楔块数量多，因而使楔块磨损量减小，使用寿命长。    滚柱能在滚道内自由转动，磨损后仍能保持圆形，滚柱与内、外环的接触点在楔紧状态与分离状态时不同，磨损较均匀。往往在星轮与滚柱接触点磨出一个凹痕，影响使用

制造工艺

    楔块采用特殊工艺制造，批量生产，加工方便。内外环加工容易，容易装配。

星轮加工复杂，工艺性差

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，N·m;
Tc—计算转矩，N·m;
Tn—公称转矩，N·m;
[T]—许用转矩，N·m;
[Tmax]—最大许用转矩，N·m;
Tmax—最大转矩，N·m。
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=ßT
式中 Tc—计算转矩，N·m;
ß—储备系数（一般取1.2-3.2）；
T—理论转矩，N·m。
储备系数 ß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， ß值取小值；工作条件恶劣，负载较大， ß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。

表2 楔块超越离合器结构形式及适用范围

（图片）

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 5/25/2005

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