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ISSN1000-3762轴承2012年5期
CMN41-1148/TH Bearing 2012, No 5
15-18
外星轮滚柱式超越离合器的设计
陈怀刚,梁兴江,李慎华,赵圣舯
洛阳轴研科技股份有限公司,河南洛阳471039
摘要:介绍了外星轮滚柱式超越离合器的基本结构及工作原理,分析了接触角及其他参数的选取,最后给出了
该类型超越离合器的一般设计方法。
关键词:超越离合器;外星轮;滚柱;接触角;转矩
中图分类号:TH133.4
文献标志码:B
文章编号:1000-3762(2012)05-0015-04
符号说明
o-接触应力,MPe
[oa]ー一许用接触应力,MP
b一滚柱长度,mm
外星轮滚柱式超越离合器是一种通过主、从
滚柱与工作面的接触点到离合器轴心动部分相对运动速度的变化或旋转方向的变换能
线间的距离,mm
自动接合或脱开的离合器。这种离合器仅在一个
d一滚柱直径,mm
方向上输入传递扭矩,而当输人方向相反或者在
D一内环直径,m
传动方向上输出端转速超过输入端转速时,则自
当量弹性模量,MP
动脱开。
外星轮对滚柱的摩擦力,N
内环对滚柱的摩擦力,N
1基本结构及工作原理
Fr一弹簧压紧力,N
外星轮滚柱式超越离合器基本结构如图1所
K1一与原动机类型有关的动载荷系数
示,主要由外星轮、内环、滚柱、保持架和弹簣等零
K2与工作机类型有关的动载荷系数
件构成,依靠滚柱的楔紧作用传递扭矩。为了获
K3一精度系数
得楔形间隙,实现夹紧或放松滚柱,以达到离合器
L滚柱中心到离合器中心间的距离,mm接合或松脱的目的,外星轮的工作面通常情况下
m一滚柱质量,kg
为3个轴向平面,另外,工作表面也有对数螺旋面
n-一离合器转速,r/min
和偏心圆弧面等不同形式。其中,平面形式的外
外星轮对滚柱的正压力,N
星轮工作面容易加工,但禊角随滚柱和平面的磨
NB一内环对滚柱的正压力,N
损会发生变化,此形式的离合器使用寿命不长;对
RA-一外星轮对滚柱的合力,N
数螺旋面的楔角为常数,不随磨损而变化,此形式
RB-一内环对滚柱的合力,N
的离合器工作性能稳定,使用寿命长,但加工困
T。-一离合器的讨算转矩,N?mm
难;偏心圆弧面的加工难易程度和使用寿命则在
T-一离合器需要传递的转矩,N?mm
前两种形式之间,此形式的离合器使用寿命比平
z滚柱数
面形式的高3~3.5倍。但若在平面形式的工作
X,ルm一滚柱与外星轮、内环间的静摩擦系面上镶嵌硬质合金块,则其耐麾性会显著提高
数
图1所示的外星轮工作面为偏心圆弧面形式
一接触角,(
如图1所示,外星轮上具有与滚柱数目相同
U外楔角,(°
的型腔,滚柱通过保持架定位,保持架则通过外星
内楔角,(°
轮型腔定位,在弹簧的作用下,滚柱滑至外星轮型
p一滚柱与外星轮接触点的当量半径,mm腔中的工作面上,当在内环上施加转矩时,滚柱就
被楔入内环和外星轮工作面之间,同时闭锁这些
收稿日期:2011-11-18;修回日期:2012-02-28
零件来传递转矩,离合器处于自锁状态。这些滚
《轴承》2012.Nb
RB,方向沿AB的连线由B指向A。
弹簧压紧力Fr及弹簧对其产生的摩擦力很
小,为简化计算忽略不计。此时,滚柱处于平衡状
态,由平衡条件得
COS 1 COS C
滚柱所受摩擦力为
F=N,tan
(2)
Fp =Nutan a
(3)
I一外星轮(从动元件);2一内环(主动元件);3一弹簧;
接触角为
4一滚柱;5一保持架
a=+。
图1外星轮滚柱式超越离合器结构示意图
如图2所示,在△AOB中,由于OA=OB
柱的禊人仅在主动元件(内环)试图比从动元件d2,则U=,即该类型超越离合器的内、外楔角
(外星轮)转动得快时才出现;而当从动元件试图相等,且为其接触角的一半,故F=FB,NA=Na。
比主动元件转动得快时,滚柱就从楔住状态脱开,2.2自锁条件的确定
并在外星轮和内环的滑动面上滚动或滑动,此时
若要离合器达到自锁,必须使滚柱与外星轮
外星轮与内环脱开,离合器处于超越状态?。
和内环之间的实际摩擦力F,FB不大于滚柱与外
2接触角的选取
星轮和内环之间的最大静摩擦力,即
FA≤ルANVA
(5)
接触角是超越离合器的重要参数之一,对超
6
越离合器的工作性能有显著影响。因此,实现外化简可得
星轮滚柱式超越离合器正常工作的关键是选择恰
a=U+arctan WA arctan w o
当的接触角。
通常情况下,由于外星轮、滚柱、内环的材料、
受力分析
表面硬度和表面粗糙度基本相同,所以从=3,则
当内环受逆时针方向转矩或外星轮受顺时
该类型离合器的自锁条件为
针方向转矩时,滚柱被楔人内环和外星轮工作面
之间,离合器传递转矩,滚柱处于平衡状态。下
≤2 arctanルAo
8)
面以滚柱为分析对象,其受力情况?如图2际2.3接触角的选取
通常,本类型超越离合器的外星轮、滚柱和内
环的材料都为GCr15,钢一钢之间的静摩擦系数一
般取0.10~0.15,则≤1°20'~174'。若Q角
太大,滚柱不易锁紧;若角太小,则承受转矩时
接触应力较大,自锁后再转为超越状态时,滚柱不
易脱开。
对于工作面为平面的外星轮,一般可取Q=
B
6°~8°(设计时一般取7°);而工作面为偏心圆弧
面或对数螺旋面的外星轮,由于滚柱磨损等因素
图2滚柱受力分析图
对a的影响不大,可取&=10~12°,a的试验极
滚柱与外星轮的接触点A处,滚柱受正压力限值约为14°~17(4。
VA,方向由A指向滚柱中心点0;外星轮对滚柱的
摩擦力F、,方向沿A点的切线向左;两者的合力为3其他结构参数的选取
RA,方向沿AB的连线由A指向B。
在符合结构需要的条件下,超越离合器各组
滚柱与内环相接触点B处,滚柱受正压力件的尺寸应尽可能小,既能减轻质量、降低成本
,方向由B指向滚柱中心点O;内环对滚柱的摩又可以相应地减小离心力的影响。一般选取原则
擦力Fa,方向沿B点的切线向左;两者的合力为如下:滚柱数取z=3~6,有需要时也可取x=8