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1、文章编号:100024696(2003)0220065206滚柱式超越离合器的设计钮心宪3摘要:介绍内星轮滚柱式超越离合器的设计方法,包括楔角、结构要素、强度、公差、材料等的计算和选择原则。所述方法及程序可作为开发超越离合器计算机辅助设计的基础。关键词:机械设计;超越离合器;滚柱;内星轮中图分类号:TM122文献标识码:ADesignofOverrunningRollerClutchNiuXin2xianAbstract:Designmethodofstar2wheeloverrunningrollerclutchsuchasthecalculationandselec
2、tionoflockingangle,strength,toler2ance,materialetc.isintroduced.ThemethodandproceduresummarizedbyauthorcanbeusedasafoundationofdevelopingCADofrollerclutch.Keywords:mechanicaldesign;overrunningclutch;roller;star2wheel超越离合器或称单向离合器在各类机械中广泛采用。但技术文献极少涉及超越离合器的设计。我国各种机械设计手册都只给出简单的楔角计算公式,远远不能满足设
3、计需要。国内一些手册给出的“超越离合器规格表”多系辗转抄录1961年苏联机械制造标准(MH261),该表偏保守且国内并没有按此表生产的产品。本文根据超越离合器设计中的经验,介绍使用最为广泛的平面内星轮式超越离合器的设计方法,可作为开发超越离合器CAD的基础。图1为内星轮式超越离合器的结构简图。其中:1为内星轮,2为外圈,3为滚柱,4为弹簧装置。选择设计楔角ε楔角是超越离合器的最基本参数之一,影响离合器的性能和寿命。楔角过大不能保证正常工作,过小则无法解楔,即在外力矩为零时不能自动脱开。一般手册推荐的设计楔角为7°,但设计时要根据具体情况增减。主要原则为:1)内星轮式的设
4、计楔角可向下浮动1°,外星轮式可向上浮动1°。1图1内星轮式超越离合器2)3)4)强制润滑时楔角可向下浮动0.5°。工作条件为长期空转时,楔角可适当减小。频繁楔合,并希望有较高寿命时楔角可适当减小。收稿日期:20032082133作者原为动力室主任,研究员.66交通部上海船舶运输科学研究所学报2003年第2期5)离合器的主要结构参数D、d、C等的公差对楔角有较大影响,偏差可达10%。设计楔角的选择应考虑上述参数所取公差的偏差方向。以上影响楔角选择的因素不宜简单叠加。设计楔角的范围在5°-(增大楔角则相反):9°。减小楔角后的影响如表1所示表1减小楔角后的影响楔角影响优点
5、缺点正压力增大弹性滑差增大油膜易破坏加速疲劳,振荡磨损增加疲劳区扩大,疲劳减缓,磨损减小,冲击减小。楔合准确度降低楔合性能改善。楔合准确度改善。惰转磨损增大减小滚子碰爪的裕量减小为磨损而留的楔角裕量增大加工精度对楔角的影响增大失效的危险性增大使用寿命延长对公差敏感,易造成滚子负荷不均匀2选择其他结构要素楔角ε和各主要结构要素的关系如下:ε=arccosC+r(1)R+r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lr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3212,特殊结构可取
6、得更大,但常用为325。R/r可取529,但8较为常用。苏联机械制造标准的超越离合器系列均用8,但此值略嫌偏高。如果将滚子直径稍加增大,使R/r降至6.527.0,则可提高内爪寿命223倍。lr/r可选326,如果选用标准滚柱,则r及lr/r需受滚柱规格的约束。根据最大转速nmax、最大每分钟楔合数P以及在此条件下得传递扭矩M,按表2初步选择外圈的内径D。然后按结构要素的要求选择其他参数,并进行强度校核。进行以上工作时可参考机械设计手册所列规格表,必要时重新调整D等参数。表2选择外圈内径D最大转速nmax(1/min)传递扭矩M(N2m)最大每分钟啮合数P(1/min)
7、外圈的内径D(mm)滚子数Z2.54.48.416.23354691182063857603,0002,5002,0001,5001,2501,2501,0001,000800630500250200160251001008080655040324050658080100100125160200333335355553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:钮心宪:滚柱式超越离合器的设计67=2M(2)NZRε其中Z为滚子数。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:NEσ
