[发明专利]大楔角超越离合器

说明书

本发明是一种依靠摩擦力工作的超越离合器，用于单向传动。

楔角是超越离合器的重要参数，楔角越大，超越时摩擦力矩越小，脱开楔紧状态也容易，但楔角过大会引起进入楔紧状态困难，楔紧后也容易在工作中打滑。

目前使用的超越离合器的楔角都较小，其原因是楔角通常受以下三个因素的制约：1.应满足保持楔紧状态的条件;2.应满足进入楔紧状态的条件;3.应考虑加工误差、安装精度及弹性变形等因素引起的楔角变化。

许镇宇主编，1960年出版的《机械零件》，第469页至470页，用小号字描述了超越离合器保持楔紧状态的条件是：tga≤f₁+f₂。式中α为楔角，f₁与f₂为滚柱（或球体）与内、外表面之间的滑动摩擦系数。上式左端数值越小，右端数值越大，楔紧后滚柱（或球体）越不容易被挤出，工作越可靠。反之，楔紧后越有可能由于振动、冲击等原因引起打滑。该处还介绍了超越离合器进入楔紧状态的条件是：tga＜f₁-f₂′。式中f₂′接近滚动摩擦系数。对于HRC＞60的硬化钢，可取f₁＝0.13-0.15，f₂′＝0.001，代入上式得α＜7°～8°，通常取α＝3°-6°。机械设计手册推荐α＝2.5°-85°。可见，目前使用的超越离合器的楔角较小。

楔角较小带来如下缺陷：1.加工误差引起的楔角变化较大，故加工精度要求很高。2.柱体或球体在内、外圈之间最大间隙较小，内、外圈之间同轴度要求高，不允许轴承中有较大间隙。3.接触体之间的作用力易落入回转运动付的摩擦圈内，4.接触体之间的作用力较大。

自行车转铃采用的超越离合器，其楔角约为3°-5°。接触体之间的作用力落入摩擦圆之内，要靠外力（转铃＊性力）才能脱开楔紧状态。接触体之间的作用力很大，易引起接触表面的损坏。钢球在内、外圈之间最大径向间隙较小，常因内、外圈之间相对偏心太大引起工作失效。

自行车飞轮等场合很难采用目前所使用的超越离合器，其原因是：自行车飞轮等场合，轴承中存在较大间隙，离合器中滚柱在内、外圈之间最大间隙较小，超越时轴承失去作用，滚柱起支承作用。这引起滚柱磨损加剧，超越时摩擦力矩增大。另一方面，目前使用的超越离合器所允许的超越摩擦力矩较大（可在机械设计手册中查到），不适用于自行车飞轮等场合。目前解决的办法是采用棘轮机构，尽管棘轮机构存在空转角较大及有金属敲击声等缺点。

本发明以美国发明专利说明书US-3202251为对比文件，该发明是以面接触为主要特征的超越离合器，具有一个内圈和一个共轴线的外圈。在内、外圈之间放置若干个爪形楔。为使爪形楔能进入楔紧状态，在外圈的内表面（或内圈的外表面）开有V形槽，以便和爪形楔一侧V形突出部相配合;在内圈的外表面（或外圈的内表面）浇注滑动摩擦系数较小的聚四氟乙烯。

前已述及，保持楔紧状态的条件是：tga≤f₁+f₂。这种超越离合器采用聚四氟乙烯，f₂值较小，楔角较大时由于振动、冲击等原因引起打滑的可能性增大。

这种超越离合器进入楔紧状态是滑动，前面所述进入楔紧状态的条件已不适用。由于滑动摩擦力较大，需用较强的弹簧，而因超越时摩擦力矩也较大（不考虑离心力的影响）。

这种超越离合器爪形楔做成圆弧时，轮廓上各点的楔角都不一样。爪形楔有可能只在小楔角区域接触，或只在大楔角区域接触。前者引起脱开楔紧状态困难，后者可能引起离合器打滑。一般来说，楔角越大，楔角变化范围也越大。

这种超越离合器的爪形楔必须在固定位置进入楔紧状态才能达到面接触。加工误差、安装误差及轴承中的间隙都有可能影响进入楔紧状态时的位置。楔角越大，这种状况越严重。

对比文件第5栏24-26行指出：“通常偏心距E不超过内圈半径的20%”。据此可计算出爪形楔展开成三角形时的楔角不超过7.2°。对比文件图2、图5、图6、图7及图8进行测算，其楔角均未超过目前使用的超越离合器。和一般超越离合器一样，作用力易落入摩擦圈内;爪形楔在内、外圈之间最大间隙较小，因而内、外圈之间同轴度要求高，不允许轴承中存在较大间隙;接触体之间的作用力较大。

这种超越离合器虽然是面接触，但由于采用聚四氟乙烯后许用接触应力大大降低，承载能力提高并不多，浇注聚四氟乙烯工艺较复杂，制造爪形楔需要专门设备，不是一般工厂所具备。