[其他]大楔角超越离合器

说明书

一种用于单向传动的摩擦式超越离合器，利用球体或中间大两头小的回转体被楔紧在Ｖ形槽与平面或曲面之间产生的摩擦力来传递动力，结构简单，加工容易，对加工精度及安装精度要求不高，允许轴承中存在较大间隙，楔角较大，作用力不易落入摩擦圆内，脱开容易，工作可靠，自行车转铃采用它，操作轻快，铃声更响亮，不易失效，使用寿命更长，自行车飞轮采用它，可避免棘轮机构所存在的缺点。

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。