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超越离合器的工作原理和结构分析超越离合器是一种常见的汽车零部件，它在汽车的传动系统中扮演着重要的角色。
本文将对超越离合器的工作原理和结构进行详细的分析。
首先，我们来了解超越离合器的工作原理。
超越离合器主要通过离合片的接触与分离来实现离合和结合的功能。
当驾驶员踏下离合踏板时，通过液压或机械的方式，离合器工作。
离合片之间的摩擦力将发动机的动力传递到传动装置上，从而使车辆移动。
而当离合器踏板松开时，离合片之间的接触被断开，这样发动机的动力就不再传递到传动装置上，车辆停止运动。
接下来，我们将对超越离合器的结构进行分析。
超越离合器通常由压盘、车架、离合片、凸轮、压紧弹簧等几个主要部分组成。
首先是压盘，它位于离合器的内部。
压盘通常由金属材料制成，其作用是通过压紧离合片，将发动机的动力传递到传动装置上。
其次是车架，它是离合器的主要支撑部分。
车架的设计通常考虑到离合器的稳定性和结构的强度，以确保离合器在工作时可以承受较大的压力和摩擦力。
离合片是超越离合器中的关键部分，也是实现离合和结合功能的主要组成部分。
离合片通常由摩擦材料制成，具有良好的摩擦性能和耐磨性。
离合片之间通过摩擦力实现传动动力的传递，当两个离合片紧密接触时，发动机的动力便传递到传动装置上，使车辆运动。
凸轮是离合器的控制装置，它位于离合器的内部，通过机械或液压的方式控制离合片的接触与分离。
凸轮的设计通常考虑到离合器的灵活性和响应速度，以保证离合器的工作效率和稳定性。
最后是压紧弹簧，它位于压盘和离合片之间，通过弹性力将离合片紧密地贴合在一起。
压紧弹簧的设计通常考虑到离合器的紧固力和压力的平衡，以确保离合器在工作时能够正常运转，并且具有较长的使用寿命。
综上所述，超越离合器是一种常见的汽车零部件，它通过离合片的接触与分离实现离合和结合的功能。
超越离合器的主要结构包括压盘、车架、离合片、凸轮和压紧弹簧等几个部分。
了解超越离合器的工作原理和结构对于理解汽车传动系统的工作原理和维修保养具有重要意义。
装载机变速器常用超越离合器广西柳工集团有限公司詹永红容丽萍黄福兴4摘要超越离合器是目前国产装载机变速器常用的构件。
本文分析了国内装载机变速器所采用的具有代性的两种超越离合器的优缺点和失效的主要原因。
目前，国内装载机多采用前后的行星式动力换挡变速器和双涡轮变矩器。
双涡轮的动力需采用超越离合器自动合成输出，所以超越离合器在国产装载机上被广泛使用。
1滚柱式超越离合器概述超越离合器的基本构件是内环凸轮1滚柱2和外环齿轮31.当载装机处于高速轻载工况时，内环凸轮1的转速。
2高于外环齿轮3的转速4，滚柱2沿方向旋转而脱开，外环齿轮3空转，内环凸轮1的动力单独输出，超越离合器处于分离状态。
当装载机处于低速重载工况时，内环凸轮1的转速2低于外环齿轮3的转速，滚柱2沿，方向旋转而被楔紧，内环凸轮1和外环齿轮3的动力合成输出，超越离合器处于接合状态。
超越离合器的这种脱开和楔紧是随着外载荷的变化而自动进行的，不需要人工控制。
超越离合器能正常工作，必须使滚柱2能正常脱开或楔紧。
2装载机变速器常用超越离合器目前，国内装载机变速器普遍采用以下两种结构的超越离合器皆为滚柱式超越离合器，23.为了分析方便，2有隔离环的定为人型以柳工为代，3无隔离环的定为3型以杭齿为代。
凸轮1滚柱2外环齿轮3隔离环4弹簧5柱垫6和压盖7.柱垫6的主要功能是避免弹簧5在压盖7上留下压痕和防止弹簧的磨损压盖留下压痕后，弹簧与隔离环摩擦。
压盖7和弹簧5的作用是给隔离环4个逆时针方向的作用力，使隔离环4沿逆时针方向推动滚柱2至楔紧位置，以便超越离合器能迅速接合。
凸轮1滚柱2外环齿轮3顶销4和弹簧5.顶销4和弹簧5的作用是推动滚柱2至模紧位置，使超越离合器能迅速接合。
3两种超越离合器的优缺点分析3.1优点入型超越离合器的优点零件强度高。
，装配简单方便。
8型超越离合器的优点零件机加工精度要求低，如内环凸轮1各滚道面的分度误差不影响离合器的正常工作；内环凸轮1各滚道面到其中心距离的误差也不影响离合器的正常工作。
超越离合器在重型商用车辆中的应用案例分析随着汽车技术的不断发展和创新，超越离合器作为一种新型离合器技术，在重型商用车辆中得到了广泛的应用。
本篇文章将对超越离合器在重型商用车辆中的应用案例进行分析，以展示其在提升车辆性能和驾驶体验方面的优势。
超越离合器是一种采用湿式多片式设计的离合器，它通过摩擦力传递动力，并且具有更快的离合速度和更高的承载能力。
相比传统的干式单片离合器，超越离合器在重型商用车辆中体现了许多优势。
首先，在繁重的运输任务中，超越离合器能够提供更高的承载能力。
这种离合器的多片式设计增加了摩擦面积，从而增强了离合器的传动能力。
对于重型商用车辆来说，这意味着更大的传动扭矩和更高的载重能力。
例如，一些重型货车使用超越离合器后，其载重能力得到了显著提升，满足了商业运输中的需求，减少了运输成本。
其次，超越离合器具有更快的离合速度，提高了车辆的换档效率和驾驶舒适性。
在传统的离合器中，换挡时需要通过踩下离合踏板来分离发动机和传动系统，这会造成换挡时的间断和颠簸感。
而超越离合器通过快速地切断动力传输，实现了瞬间的离合和换挡，使换挡过程更加平稳和迅捷。
这种离合器的快速响应能力减少了驾驶者在换挡过程中的不适感，提高了驾驶舒适性和操作性。
此外，超越离合器的设计也有助于减少摩擦和磨擦热的产生，提高了离合器的寿命和可靠性。
由于离合器在车辆的启动、加速和换挡等过程中承受了巨大的摩擦压力，传统离合器往往会受到摩擦面磨损和烧蚀的问题。
超越离合器通过增加摩擦面积和改进材料的选用，有效减少了磨损和摩擦热的产生，延长了离合器的使用寿命，并且降低了维修和更换的成本。
在实际的应用案例中，一些重型商用车辆已经采用了超越离合器技术，并取得了良好的效果。
例如，在物流行业中，一些物流公司采用超越离合器的货车在运输过程中能够更好地应对突发情况和路况变化，提供了更可靠和高效的物流服务。
此外，在工程行业中，一些工程车辆的超越离合器的应用大大提高了车辆在复杂环境下的操控性和可靠性，如在矿山或施工现场等恶劣的工作条件下。
滚柱超越离合器标准滚柱超越离合器（RCC）是一种新型的离合器技术，在近年来得到了广泛的应用和研究。
它具有独特的工作原理和优势特点，为汽车行业的发展和进步做出了重要的贡献。
本文将全面介绍滚柱超越离合器的工作原理、结构特点、优点和应用前景等方面。
一、滚柱超越离合器的工作原理滚柱超越离合器（Roller Clutch Clutch，简称RCC）通过滚柱传递扭矩，实现离合和连接的功能。
它的工作原理可以分为两个阶段：启动阶段和传动阶段。
1. 启动阶段：在启动阶段，离合器压盘施加一定的压力，滚柱在内外圈夹持的作用下，滚动并将力传递到输出轴。
在此过程中，压盘和输入轴之间的液体填充了滚柱和滚道之间的间隙，使滚柱可以自由地滚动。
2. 传动阶段：一旦滚柱达到一定的转速，离合器的离合压力会减小，并且滚柱将不能再自由地滚动。
此时，滚道上的摩擦力会将滚柱锁定，使得输出轴与输入轴相连，实现了扭矩传递。
二、滚柱超越离合器的结构特点滚柱超越离合器的结构相对简单，主要由压盘、滚柱和滚道等组成。
1. 压盘：压盘是滚柱超越离合器的关键组成部分之一，它通过压力来控制滚柱的启动和离合过程。
压盘通常由液力传动系统或机械装置提供压力，使滚柱能够传递扭矩。
2. 滚柱：滚柱是滚柱超越离合器的核心部件，它通过滚动来实现扭矩传递。
滚柱通常由抗磨材料制成，如钢或特殊合金。
滚柱的数量和排列方式会直接影响到离合器的性能和承受扭矩的能力。
3. 滚道：滚道是滚柱超越离合器中用于引导滚柱滚动和承受滚柱扭矩的部件。
滚道通常采用槽状结构，抗磨材料也是重要的选择因素之一。
滚道的几何形状和表面处理质量会直接影响到离合器的传动效率和寿命。
三、滚柱超越离合器的优点相较于传统的常规离合器，滚柱超越离合器具有以下几个优点：1. 承载能力高：滚柱超越离合器的结构特点使其能够承受较大的扭矩和轴向负载，具备很高的承载能力。
2. 工作可靠性好：滚柱超越离合器通过滚动来实现扭矩传递，相对于常规离合器的摩擦方式，其摩擦面积小，摩擦损耗低，工作可靠性更高。
超越离合器设计毕业论文超越离合器设计导言：离合器作为一种机械传动件，在机械设备和汽车中扮演着重要的角色。
其主要功能是在机械传动过程中改变或终止动力传递。
由于离合器在不同场合下的工作条件和要求不同，因此离合器的设计也需要根据具体应用场景进行优化。
本篇论文旨在探讨超越离合器的设计原理和方法，以实现更高效、可靠的离合器工作。
一、超越离合器的定义和特点超越离合器是一种具有更高性能和更高传动扭矩的离合器，在高速运动和高负载条件下能够有效地传递动力。
其主要特点包括：1. 高扭矩传递能力：超越离合器通过优化摩擦副的设计和材料选择，提高了扭矩传递效率和承载能力。
2. 高转速工作：超越离合器采用了先进的圆锥摩擦副，能够适应高速旋转的要求，同时保持稳定的工作性能。
3. 高稳定性和可靠性：超越离合器在设计时考虑了更多的因素，如冷却和润滑系统、摩擦盘和摩擦片的材料选择等，以提高其稳定性和可靠性。
4. 高效率：超越离合器通过优化摩擦材料和减小传递力的损失来提高传动效率。
二、超越离合器设计的关键技术1. 材料选择：超越离合器的材料选择是其设计中的重要环节。
摩擦盘和摩擦片的材料应具有良好的摩擦特性、耐磨性和热稳定性。
常用的材料包括金属、钢铁、有机复合材料等。
同时，还要考虑材料的成本和可靠性。
2. 结构设计：超越离合器的结构设计应考虑其工作稳定性和传递效率。
采用圆锥摩擦副可以提高离合器的扭矩传递能力和工作稳定性。
同时，需要优化离合器的接触面积和接触压力分布，以提高摩擦效果和传递效率。
3. 导热和冷却系统：超越离合器在高速工作时会产生大量的摩擦热量，需要采取有效的导热和冷却措施。
可以在离合器的摩擦盘和摩擦片之间设置密封圈和冷却流道，通过循环流体冷却来降低摩擦温度，提高离合器的使用寿命。
4. 控制系统：超越离合器的设计也需要考虑到其控制系统。
可以采用电子控制系统和传感器来实现离合器的自动控制和监测，以提高其工作精度和可靠性。
三、超越离合器设计分析以汽车离合器为例，介绍超越离合器的设计方法。
新型张环式超越离合器的工作原理及自锁与超越条件杜㊀力１,２㊀彭斯洋２㊀魏㊀东２㊀宋泽良２㊀吴振宏２１．制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室,重庆,４０００６７２．重庆理工大学机械工程学院,重庆,４０００５４摘要:提出一种新型张环式超越离合器,其自锁构件呈环状,与输出构件成低副面接触,与传统的高副式超越离合器相比承载能力有所提高.对该张环式超越离合器自锁及超越条件进行分析,并研究了其自锁条件对滚柱磨损的敏感性,研究表明,在该项性能上该超越离合器优于滚柱式超越离合器.最后对新型张环式超越离合器进行了仿真及实验验证.关键词:张环式超越离合器;低副面接触;自锁及超越条件;仿真及实验中图分类号:T H １１２D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００４ １３２X．２０１７．１２．００１W o r k i n g P r i n c i p l e o fN e wE x p a n d i n g Ｇr i n g T y p eO v e r r u n n i n g C l u t c h s a n dT h e i r S e l f Ｇl o c k i n ga n dO v e r r u n n i n g Co n d i t i o n s D U L i １,２㊀P E N GS i y a n g ２㊀W E ID o n g ２㊀S O N GZ e l i a n g ２㊀WUZ h e n h o n g２１．C h o n g q i n g K e y L a b o r a t o r y o fM e c h a n i s m D e s i gna n dC o n t r o l f o r M a n u f a c t u r i n g E q u i p m e n t ,C h o n g q i n g,４０００６７２．S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,C h o n g q i n g U n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y ,C h o n g q i n g,４０００５４A b s t r a c t :An e we x p a n d i n g Ｇr i n g t y p eo v e r r u n n i n g c l u t c h w a s p r o p o s e d ,i t ss e l f Ｇl o c k i n g c o m po Ｇn e n tw a s a r i n g w h i c hw a s i na l o w e r p a i r f a c e c o n t a c tw i t ht h eo u t p u tm e m b e r s a n dw h o s e c a r r y i n g c a p a c i t y w a s i m p r o v e d c o m p a r e dw i t h c o n v e n t i o n a l h i g h e r p a i r t y p e o v e r r u n n i n g c l u t c h s ．T h e s e l f Ｇl o c Ｇk i n g a n do v e r r u n n i n g c o n d i t i o n sw e r e a n a l y z e da n d t h e s e l f Ｇl o c k i n g c o n d i t i o n so nt h e p i nr o l l e rw e a r s e n s i t i v i t y w e r e s t u d i e d ．T h e o r e t i c a l s t u d y s h o w s t h a t t h ec l u t c h p e r f o r m a n c e i ss u pe r i o r t ot h e p i n r o l l e r t y p e o v e r r u n n i n g c l u t c h s ．F i n a l l y ,t h e s i m u l a t i o n a n d e x p e r i m e n t a l v e r if i c a t i o no f a n e wt y pe of t e n s i o n r i ng cl u t c hw e r e c a r r i e do u t ．K e y wo r d s :e x p a n d i n g Ｇr i n g t y p e o v e r r u n n i n g c l u t c h ;l o w e r p a i r f a c e c o n t a c t ;c o n d i t i o n o f s e l f Ｇl o c Ｇk i n g a n do v e r r u n n i n g ;s i m u l a t i o na n de x pe r i m e n t 收稿日期:２０１６０８０９基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１１０５３９７)０㊀引言超越离合器是随输入㊁输出构件的相对转速或相对旋转方向变化能够自行离合的一类机械式离合器,在纺织㊁化工㊁矿山机械㊁汽车㊁船舶㊁航天等诸多领域应用广泛[１].由于超越离合器特殊的使用要求与功能特征,其工作环境往往是机械系统中最恶劣的,这就使其成为整个机械系统的一个薄弱环节,因此超越离合器的性能好坏对整机系统的工作可靠性㊁传动效率以及使用寿命等起着决定性的作用[２].目前应用最广泛的超越离合器主要是滚柱式和楔块式超越离合器.滚柱及楔块与内外环均成高副接触状态,其承载能力㊁效率㊁对滚柱及楔块的磨损敏感性等综合性能不甚理想[３Ｇ４].文献[５Ｇ６]分别在滚柱式和楔块式超越离合器的基础上进行了低副化改造,得到了全低副滚柱式和楔块式超越离合器.这些低副化改造是通过在滚柱和芯轴之间增加弧块以及在楔块与外环之间增加异形弧块来实现的,从而使超越离合器具有全低副式的结构,在一定程度上提高了超越离合器的承载能力,但依然存在缺陷:一是使得超越离合器的结构复杂程度增加,制造成本上升;二是改造使得超越离合器的径向尺寸增大,从而导致其结构不够紧凑;三是由于弧块的质量及弹性元件的刚度等因素,在高频(一般为２５H z 及以上)等应用条件下,超越离合器的开合特性反而有所下降[２],并且对磨损和制造误差的敏感性依然没有显著降低.国外对超越离合器的研究起步较早,并且大都为实际应用研究.L I U 等[７]考虑滚柱变形等因素,分析了滚柱式超越离合器的滑动摩擦原理７８３１ 新型张环式超越离合器的工作原理及自锁与超越条件杜㊀力㊀彭斯洋㊀魏㊀东等Copyright©博看网 . All Rights Reserved.与摩擦因数的分布,为滚柱式超越离合器的能耗分析㊁动力学分析及优化设计提供了理论依据;C H E O N [８]通过研究,证实了超越离合器对齿轮传动过程中的非线性扭转振动具有一定的削弱作用.本文在总结前人研究成果的基础上,开发了一种承载能力强㊁工艺性优良㊁响应灵敏的新型超越离合器张环式超越离合器.１㊀张环式超越离合器的工作原理１．１㊀张环式超越离合器结构及工作过程张环式超越离合器的总体结构如图１所示,主要由外环１㊁左环２㊁芯轴３㊁弹簧顶销４㊁滚柱５㊁右环６㊁转动销７等组成,其中,芯轴为输入构件,外环为输出构件,左右环为自锁构件,滚柱为控制构件.右环的包角由开口量E (图２)的取值决定,左右环通过转动销７连接,左右环的厚度相等且与滚柱直径相等,转动销中心处于左右环连接处倒圆中心位置.左右环外圆面与外环内表面㊁左右环内圆面与芯轴的外圆面均取间隙配合,考虑到内外环对超越离合器响应的影响,间隙过大,１．外环㊀２．左环㊀３．芯轴㊀４．弹簧顶销５．滚柱㊀６．右环㊀７．转动销图１㊀张环式超越离合器结构简图F i g ．１㊀T h e s t r u c t u r e s k e t c ho f e x p a n d i n g Ｇr i n g t y pe o v e r r u n n i n g cl u t ch 图２㊀张环式超越离合器控制构件结构简图F i g．２㊀T h e s t r u c t u r e s k e t c ho f c o n t r o l l i n ko f e x p a n d i n g Ｇr i n g o v e r r u n n i n g cl u t c h 响应会较慢,但若采用过度配合,由于过度量有可能会出现过盈配合,导致因过盈效应而不能响应,所以,选择内外环为间隙量为０的间隙配合.张环式超越离合器工作过程如下:当外环静止,芯轴沿图１所示结构逆时针旋转,或者芯轴相对于外环有逆时针相对旋转趋势时,为超越离合器的正向工作过程,其正向工作过程分为楔紧㊁接合和稳定运行三个阶段.此时弹簧顶销的作用力远小于滚柱与左右环及芯轴的作用力,可忽略不计.芯轴首先带动滚柱与左右环两端接触并使其有张开的趋势,消除滚柱与左右环之间以及左右环与外环之间的间隙使之与外环成面接触,此为楔紧过程,合理设计弹簧顶销的预紧力可加快此过程;然后,由于通过转动销７连接的左右环受力情况均满足自锁条件,使外环与左右环自锁,但由于外环的速度小于芯轴的输入转速,因此外环有一个加速的过程,并最终与芯轴转速相等,此为超越离合器的接合行程;当外环㊁左右环㊁芯轴等的转速相等时,超越离合器的各构件等速转动,超越离合器进入稳定运行阶段.当外环静止,芯轴沿图１所示顺时针方向旋转,或者芯轴相对于外环顺时针旋转时,为超越离合器的反向超越过程.此时,滚柱的受力状态发生改变,表现为:①滚柱与芯轴的接触表面脱离,此时滚柱的受力状态变为滚柱与顶销以及左右环两端压力;②左右环松紧端发生变化.在此条件下环的两端受力不满足自锁条件,离合器不能自锁,左右环在外环的内表面发生打滑,运动停止,此为超越离合器的超越行程.１．２㊀张环式超越离合器自锁数学模型建立超越离合器在接合状态时要求构件不出现强度破坏的前提下,输入输出构件都必须保持接合状态,且这种接合状态不依赖外力形成的摩擦力矩,故其工作原理必然是自锁[９].如图１所示,取左右环任意一块(后文称之为刚环)进行分析,从机构运动副的角度看,刚环与外环之间为面接触状态,相对运动姿态为转动,封闭形式为力封闭(两端压力),其基本运动副关系为转动副.可见,张环式超越离合器的自锁是转动副的自锁,结合转动副的自锁原理,要求各个刚环所受合力位于摩擦圆以内,对任意一块刚环i 可建立图３所示的力学模型,求解可得其自锁的数学模型如下:F １１F ２n＝ᵑni ＝１F １iF ２i ɤᵑni ＝１s i n (φ２i ＋φv )s i n (φ１i －φv )(１)８８３１ 中国机械工程第２８卷第１２期２０１７年６月下半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.图３㊀张环式超越离合器基本模型F i g ．３㊀B a s i cm o d e l o f e x p a n d i n g Ｇr i n g t y pe o v e r r u n n i n g cl u t c h φv ＝ar c s i n μv RO p(２)O p ＝c o s δ１i s i n φ１i R １i ＝c o s δ２is i n φ２i R ２i(３)φ１i ＋φ２i ＝π－θi －δ１i －δ２i ㊀０＜θi ɤπθi ＋δ１i ＋δ２i －ππ＜θi ɤ２π{(４)式中,F １i ㊁F ２i 分别为第i 块刚环两端实际所受的力;R 为外环的内半径;F １１㊁F ２n 分别为n 块首尾相连的张环式超越离合器的第１块刚环首端实际所受的力和第n 块刚环尾端实际所受的力;R １i ㊁R ２i 分别为刚环两端受力位置半径;δ１i ㊁δ２i 分别为刚环两端理论上所受力与实际所受力之间的夹角;φ１i ㊁φ２i 为摩擦角;μv 为当量摩擦因数;θi 为刚环的包角.若令K ＝ᵑni ＝１s i n (φ２i ＋φv )s i n (φ１i －φv ),则K 反映了刚环两端受力位置及方向一定的情况下,刚环处于自锁临界状态时,刚环两端所能够承受的力之比与各结构因素的关系.当相互连接的刚环两端实际受力之比小于等于K 时,则张环式超越离合器能自锁,可称K 为自锁阈值;若将刚环两端实际受力之比称为自锁深度(以k 表示,k ＝F １１/F ２n ),则张环式超越离合器的自锁条件可表示为自锁深度小于等于自锁阈值,即k ɤK .结合张环式超越离合器的工作原理可知:在张环式超越离合器的工作过程中其正向行程要求自锁,故其自锁深度应小于等于自锁阈值;反向行程要求避免自锁,故其自锁深度大于自锁阈值.１．３㊀张环式超越离合器的自锁条件由式(１)~式(４)知,求取张环式超越离合器的自锁条件的关键在于分别求解其自锁阈值与自锁深度,如图４所示,分别建立自锁构件与控制构件的力学模型.根据图４中的力学模型再结合式(１)~式(４),可求解张环式超越离合器的自锁图４㊀自锁状态下自锁阈值的计算模型F i g ．４㊀T h e c o m p u t a t i o nm o d e l o f s e l f Ｇl o c k i n gt h r e s h o l d i n s e l f Ｇl o c k i n g co n d i t i o n 条件:δ１１＝α１＋φ＝α１＋a r c t a n f(５)α１＝α－α２＝α－β１(６)β１＝a r c t a n r １２c o s αR０＋r １２－r １２s i n α(７)α＝a r c c o sE －r １２２r １２(８)r １２＝R －R ０２(９)R １１＝R ０＋r １２－r １２s i n αc o s β１(１０)δ２２＝α３＋φ＝α３＋a r c t a n f(１１)α３＝β２＝ar c t a n ER ０＋r １２－２r １２s i n α(１２)R ２２＝R ０＋r １２－２r １２s i n αc o s β２(１３)R １２＝R ２１＝R ０＋r １２(１４)R １１＝R ０＋r １２－r １２s i n αc o s β１(１５)δ１２＝δ２１＝０ʎ(１６)θ１＝π＋β１(１７)θ２＝π－β２(１８)式中,f 为静摩擦因数;r １２为滚柱半径(左右环厚度的一半);R ０为芯轴半径;φ为摩擦角;α为楔角.通过式(５)~式(１８)求解出式(１)~式(４)的相关参数,再将计算出的参数代入式(１)~式(４)中,根据１．２节中的自锁阈值K 的计算公式,就可以求得自锁阈值.根据１．２节的分析,结合图５的力学模型可知,自锁深度的计算公式为k ＝F １１F ２２＝s i n Δ１s i n Δ２(１９)其中,Δ１＝π２(为便于分析,初始阶段芯轴与滚柱接触处取为水平位置);Δ２＝π－αᶄ－φ＝π－９８３１ 新型张环式超越离合器的工作原理及自锁与超越条件杜㊀力㊀彭斯洋㊀魏㊀东等Copyright©博看网 . All Rights Reserved.图５㊀自锁状态下自锁深度的力学模型F i g ．５㊀T h em o d e l o fm e c h a n i c s o f s e l f Ｇl o c k i n g d e pt h i n s e l f Ｇl o c k i n gs t a t e (φ＋α＋π２)－φ＝π２－２φ－α.综上可知:当内外环尺寸一定时,自锁阈值及自锁深度都是开口量E 的函数.为验证上述结论,以初始条件R ０＝４３mm ㊁R ＝５５mm 进行计算机求解,可分别得到自锁阈值及自锁深度随开口量E (该条件下为保证滚柱与右环的竖直端面接触,开口量应满足１５．２mm ɤE ɤ１７．９mm )的变化关系,如图６所示,当１５．２mm ɤE ɤ１７．９mm时,该超越离合器自锁深度始终小于自锁阈值,说明在该范围内均能够可靠自锁,这能大大减小该超越离合器的加工制造难度,也是该超越离合器结构的一个优势所在.图６㊀某初始条件自锁状态下自锁阈值与自锁深度变化曲线F i g ．６㊀C u r v e s o f s e l f Ｇl o c k i n g t h r e s h o l da n d s e l f Ｇl o c k i n g d e p t hu n d e r s e l f Ｇl o c k i n g co n d i t i o no f i n i t i a l c o n d i t i o n 此结构的另外一个优势是自锁条件对滚柱磨损的敏感性较低.众所周知,超越离合器能正常工作的首要条件是自锁可靠,而传统的滚柱式超越离合器自锁失效最常见的原因是滚柱的磨损[１０],由张环式超越离合器的结构可知,其最容易磨损的构件也是滚柱,图７所示为张环式及滚柱式超越离合器自锁裕度[１０]随滚柱磨损的变化曲线.自锁裕度以W 表示,其中,张环式超越离合１．张环式超越离合器㊀２．滚柱式超越离合器图７㊀滚柱磨损对两种超越离合器自锁裕度的影响F i g．７㊀T h e i n f l u e n c e o f r o l l e rw e a r o n s e l f Ｇl o c k i n g m a r g i no f t w o o v e r r u n n i n g cl u t c h 器的自锁裕度为W ＝K －kK滚柱式超越离合器的自锁裕度为W ＝２φ－α２φ显然,W ＞０时离合器能自锁,W ＝０时离合器处于自锁的临界状态,W ＜０时离合器将不能自锁.由图７可见,张环式超越离合器的自锁裕度在磨损量Δr 为０~０．８mm 的范围内呈先减小后增大的变化趋势,在磨损量约为０．５３４mm 时达到最小值,自锁裕度约为１３．０１％,但仍大于０,可见在此范围内超越离合器仍能自锁可靠工作.滚柱式超越离合器的自锁裕度在此磨损量范围内呈单调递减的变化趋势,并在滚柱磨损量约为０．５８４mm 时,自锁裕度等于０,若磨损量继续增大,自锁裕度将降至０以下,自锁失效,超越离合器将不能自锁可靠工作.对比曲线１和曲线２,张环式超越离合器的自锁裕度在磨损量０~０．８m m范围内的变化幅度远小于滚柱式超越离合器自锁裕度的变化幅度,同时,张环式超越离合器的自锁裕度始终大于０,可见张环式超越离合器的自锁条件对滚柱制造误差或磨损的敏感性相比于滚柱式超越离合器有一定的下降.１．４㊀张环式超越离合器的超越条件自锁发生的必要条件是存在摩擦,因此当摩擦力消失时,自锁也就解除.传统的环式超越离合器均采用将反向行程中的正压力反向的方法达到超越的目的[１１Ｇ１２].而张环式超越离合器的超越原理则完全不同,其自锁构件与外环成转动副状态,只要反向时自锁深度k (即左右环两端的受力之比)大于自锁阈值K (即自锁临界状态左右环两端受力之比),则左右环两端作用力的合力方向矢量就位于摩擦圆以外,超越离合器不能自锁,０９３１ 中国机械工程第２８卷第１２期２０１７年６月下半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.此时其输入和输出构件的运动自锁关系被断开,从而也能达到超越的目的.此时左右环与外环的接触并未脱离,但输入的运动并不能使外环同步运动,也能达到超越的目的,这对简化结构是有积极意义的.如图８所示,建立超越状态力学模型,可求解得到其超越条件.(a)控制构件结构简图(b)弹簧顶销的力学模型(c)弹簧顶销受力分析矢量图图８㊀超越状态力学模型F i g．８㊀T h em e c h a n i c a lm o d e l o f t r a n s c e n d e n t a l s t a t e 根据图８所示的力学模型求解可得:当内外环尺寸及开口量大小确定时,自锁阈值确定,而自锁深度是弹簧顶销位置(通过弹簧顶销轴线与过芯轴的切线所成角度Δ来表示)Δ的函数,以初始条件R ０＝４３mm ㊁R ＝５５mm ㊁E ＝１６．４mm 进行计算机求解,求解结果如图９所示,可以看出,自锁阈值为定值,而自锁深度呈先增大后减小的趋势,在Δ＝２a r c t a n f 时取得极值,且当０ɤΔ＜３０．６ʎ时,自锁深度大于自锁阈值,可见超越离合器在此初始条件下超越条件为０ɤΔ＜３０．６ʎ,其超越条件范围较宽,这对弹簧顶销的结构及安装有积极的意义.图９㊀某初始条件超越状态下自锁阈值及自锁深度变化曲线F i g ．９㊀C u r v e s o f s e l f Ｇl o c k i n g t h r e s h o l da n d s e l f Ｇl o c k i n g d e pt hu n d e r t r a n s c e n d e n t a l s t a t e o f i n i t i a l c o n d i t i o n ２㊀仿真实例与样机试验为验证张环式超越离合器自锁及超越条件数学模型的正确性,在A D AM S 仿真平台下,对其进行运动学仿真.表１所示为仿真模型基本结构及材料参数,仿真模型如图１０所示,仿真结果如图１１及图１２所示.表１㊀仿真模型基本尺寸及材料属性T a b ．１㊀B a s i c d i m e n s i o n s a n dm a t e r i a l a t t r i b u t e so f s i m u l a t i o nm o d e l零件名接触半径材料密度(g/mm ３)弹性模量(G P a )泊松比外环R ＝５５mm ４０C r ７．８５ˑ１０３２１１０．２７７左环R ＝５５mmr １２＝６mm ４０C r ７．８５ˑ１０３２１１０．２７７右环R ＝５５mmɕ４０C r ７．８５ˑ１０３２１１０．２７７芯轴ɕ４０C r ７．８５ˑ１０３２１１０．２７７滚柱r １２＝６mm G C r １５７．８１ˑ１０３２０１０．３００１．外环㊀２．左环㊀３．芯轴㊀４．滚柱㊀５．右环图１０㊀张环式超越离合器仿真模型F i g ．１０㊀S i m u l a t i o nm o d e l o f e x p a n d i n g Ｇr i n g t y pe o v e r r u n n i n g cl u t c h ㊀㊀图１１所示为０．２s 内滚柱位移的变化情况,超越离合器进入自锁状态明显分为几个不同的阶段:a b 段对应于压紧并消除间隙的过程,由两段线性过程组成,前半段对应于滚柱与左右环间隙消除的过程,后半段对应于左右环与外环间隙消１９３１ 新型张环式超越离合器的工作原理及自锁与超越条件杜㊀力㊀彭斯洋㊀魏㊀东等Copyright©博看网 . All Rights Reserved.除的过程;在b c 段,滚柱的位移有小范围内减小的趋势,是间隙消除后开始碰撞的初始阶段,此过程中芯轴与外环之间有较大的相对滑移;c d 段,滚柱的位移发生剧烈的变化,且最大值超过了最终的位移值;d e 段为一非线性过程,滚柱的位移陡然减小,滚柱发生回弹,滚柱存在较大的冲击,这对超越离合器的使用寿命是非常不利的;e f 段也为一非线性过程,滚柱的位移增大到最终值;在f 点后,滚柱的位移不再发生变化,超越离合器自锁.图１１㊀正向行程滚柱的位移曲线F i g ．１１㊀T h e d i s pl a c e m e n t c u r v e o f r o l l e r i n f o r w a r d s t r o k e超越行程滚柱的位移曲线如图１２所示,由图可见,滚柱的位移发生往复变化,且随着时间的延长,这种往复变化越来越快,滚柱处于不断加速的状态,说明此时左右环与外环的自锁关系解除,超越离合器发生了超越.图１２㊀超越行程滚柱的位移曲线F i g ．１２㊀T h e d i s pl a c e m e n t c u r v e o f r o l l e r i n t r a n s e n d e n t a l s t r o k e为进一步验证张环式超越离合器自锁及超越条件数学模型的正确性,并验证其自锁条件对滚柱磨损的敏感性,加工出样机(图１３)并进行实验.如图１３所示,分别在干摩擦㊁润滑油润滑及脂润滑条件下对样机进行实验,反复实验证明:张环式超越离合器自锁及超越均较为可靠,使用过程中不同的润滑条件对其综合性能有一定的影响,干摩擦状态下自锁响应较快,但超越工况效率较低;润滑油润滑状态下,响应速度与效率均较高,但需连续供油;而脂润滑状态虽不需要连续供油,但响应灵敏度显著降低.可见,张环式超越离合器自锁及超越条件数学模型正确,而使用过程中应尽量在有连续润滑油供给的油润滑条件下使用.图１３㊀实验样机F i g ．１３㊀E x p e r i m e n t a l p r o t o t y pe 如图１４所示,为模拟滚柱的制造误差及磨损量,加工出一系列不同尺寸的滚柱,并将这些滚柱一一与张环式超越离合器装配并实验.根据所加工的样机的尺寸,理论研究的允许的磨损量范围为０~０．８mm ,所以加工的滚柱半径偏差范围为０~１mm .实验结果显示,在滚柱磨损量为０~０．７５mm 的范围内,超越离合器仍能自锁,而超过０．７５mm 后不能自锁,这是因为前文研究没有考虑零件材料的弹性变形及左右环与外环的配合间隙.而对比同尺寸下的滚柱式超越离合器,其理论最大允许磨损量为０．５８０mm ,可见张环式超越离合器具有相当优势.图１４㊀不同半径偏差的滚柱样品F i g ．１４㊀R o l l e r s a m pl e s o f d i f f e r e n t r a d i u s d e v i a t i o n ３㊀结论(１)提出的张环式超越离合器结构新颖紧凑,通过对其工作原理进行分析认为,该类超越离合器的自锁实质是转动副的自锁,而其自锁的数学模型可表述为自锁深度小于等于自锁阈值.(２)分析了张环式超越离合器的自锁与超越条件,并进行实例求解,理论分析显示,此种超越离合器的结构在降低结构复杂程度与加工成本等方面具有一定的优势.分析了张环式超越离合器自锁条件对滚柱磨损的敏感性,并与滚珠式超越２９３１ 中国机械工程第２８卷第１２期２０１７年６月下半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.离合器进行对比,理论分析表明,在此项特性上,张环式超越离合器有一定提升.(３)对张环式超越离合器进行了运动学仿真及样机实验,证明此种新型超越离合器原理正确㊁合理,样机实验结果表明:选取适当的润滑条件,并且尽量在有连续润滑油供给的油润滑条件下,张环式超越离合器可以获得较高的运动精度.参考文献:[１]㊀张展．联轴器㊁离合器与制动器设计选用手册[M]．北京:机械工业出版社,２００９．Z HA N GZ h a n．H a n d b o o k o f D e s i g n a n dS e l e c t i o n o fS t r e t c h i n g C o u p l i n g s,C l u t c h e s a n dB r a k e s[M]．B e iＧj i n g:C h i n aM a c h i n eP r e s s,２００９．[２]㊀杜力,冯俊,邹昌平,等．带辅助环的楔块式超越离合器工作机理及楔紧和退楔条件的研究[J]．机械设计,２００９,２６(７):７２Ｇ７４．D U L i,FE N GJ u n,Z O U C h a n g p i n g,e t,a l．S t u d yo n W o r k i n g M e c h a n i s m a n d C o n d i t i o n so f W e d g eC a u l k i n g a n d W e d g eR e f u n d i n g o fW e d g eT y p e dOＧv e r r u n n i n g C l u t c h w i t h A s s i s t a n tＧr i n g[J]．J o u r n a lo fM a c h i n eD e s i g n,２００９,２６(７):７２Ｇ７４．[３]㊀吴凯,严宏志,何明生,等．对数曲面楔块的P C E型离合器动力学特性分析[J]．中国机械工程,２０１１,２２(６):４７Ｇ５２．WU K a i,Y A N H o n g z h i,H E M i n g s h e n g,e t,a l．D y n a m i c s A n a l y s i s o f L o g a r i t h m C u r v e d S u r f a c eS p r aP C E C l u t c h[J]．C h i n a M e c h a n i c a lE n g i n e e rＧi n g,２０１１,２２(６):４７Ｇ５２．[４]㊀曲秀全,陆念力．一种新型楔块式低副单向超越离合器[J]．机械工程学报,２００４,４０(１):１９５Ｇ１９８．Q U X i u q u a n,L U N i a n l i．N e w VＧs h a p e d U n i d i r e cＧt i o n a lC l u t c h w i t h L o w e rP a i r[J]．J o u r n a lo f M eＧc h a n i c a l E n g i n e e r i n g,２００４,４０(１):１９５Ｇ１９８．[５]㊀张广芸．偏心调速脉动无级变速器及低副单向超越离合器的研制[D]．哈尔滨:哈尔滨工业大学,２００６．Z HA N G G u a n g y u n．E c c e n t r i c S p e e dＧr e g u l a t i n gP u l s eＧt y p e S t e p l e s s T r a n s m i s s i o n a n d I t s L o w e rP a i ra n d O n eＧw a y O v e r r u n n i n g C l u t c h s R e s e a r c ha n d M a n u f a c t u r e[D]．H a rb i n:H a r b i nI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y,２００６．[６]㊀曲秀全,车仁炜,孙荆芒,等．楔块式低副单向超越离合器[J]．机械传动,２００２,２６(２):７６Ｇ７８．Q U X i u q u a n,C H E R e n w e i,S U NJ i n m a n g,e ta l．VＧs h a p e dU n i d i r e c t i o n a l C l u t c hw i t hL o w e r P a i r[J]．J o u r n a l o fM e c h a n i c a lT r a n s m i s s i o n,２００２,２６(２):７６Ｇ７８．[７]㊀L I U K,B AM B A E．A n a l y t i c a l M o d e lo fS l i d i n gF r i c t i o ni na n O v e r r u n n i n g C l u t c h[J]．T r i b o l o g yI n t e r n a t i o n a l,２００５,３８(２):１８７Ｇ１９４．[８]㊀C H E O N G i l lＧJ e o n g．E f f e c t o f aO n eＧw a y C l u t c ho n t h eN o n l i n e a rD y n a m i cB e h a v i o r o fS p u rG e a rP a i r su n d e rP e r i o d i cE x c i t a t i o n[J]．J o u r n a l o fM e c h a n i c a lS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,２００６,２０(７):９４１Ｇ９４９．[９]㊀黄华星,刘莹,权英华,等．超越离合器自锁本质辨析[J]．机械传动,２００７,３１(１):５５Ｇ５７．HU A N G H u a x i n g,L I U Y i n g,Q U A N Y i n g h u a,e ta l．A n a l y s i so fS e l fＧl o c k i n g o fO v e r r u n n i n g C l u t c h[J]．J o u r n a l o fM e c h a n i c a lT r a n s m i s s i o n,２００７,３１(１):５５Ｇ５７．[１０]㊀黄靖远,张浩,王序云,等．链环式超越离合器的数学模型和特性分析[J]．清华大学学报(自然科学版),１９９７,３７(１１):３５Ｇ３８．H U A N GJ i n g y u a n,Z H A N G H a o,W A N G X u y u n,e t a l．M e c h a n i c a l M o d e la n d F e a t u r e A n a l y s i so fC h a i nＧr i n g O v e r r u n n i n g C l u t c h[J]．J o u r n a l o fT sＧi n g h u aU n i v e r s i t y(S c i．&T e c h．),１９９７,３７(１１):３５Ｇ３８．[１１]㊀黄靖远,张浩,王序云,等．链环式超越离合器的工作原理和物理本质[J]．中国机械工程,１９９７,８(１):１０８Ｇ１１０．HU A N G J i n g y u a n,Z HA N G H a o,WA N GX u y u n,e ta l．W o r k i n g P r i n c i p l ea n dt h eP h y s i c a lE s s e n c e o f C h a i nＧr i n g O v e r r u n n i n g C l u t c h[J]．C h iＧn aM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,１９９７,８(１):１０８Ｇ１１０．[１２]㊀林军,黄茂林．基于自调的差动双制动块式超越离合器工作机理与数学模型[J]．中国机械工程,２００２,１３(５):３６１Ｇ３６３．L I NJ u n,HU A N G M a o l i n．T h eW o r k i n g P r i n c i p l ea n dt h e M a t h e m a t i c s M o d e lo f D i f f e r e n t i a la n dD o u b l e B r a k eＧb l o c k O v e r r u n n i n g S p e e d C l u t c hB a s e do nA u t o m a t i cA d j u s t i n g[J]．C h i n aM e c h a n iＧc a l E n g i n e e r i n g,２００２,１３(５):３６１Ｇ３６３．(编辑㊀苏卫国)作者简介:杜㊀力,女,１９７１年生.重庆工商大学机械工程学院教授㊁博士,重庆理工大学机械工程学院硕士研究生导师.主要研究方向为机构学㊁无级变速器㊁C A D/C A E.EＧm a i l:d u l i c q＠１２６．c o m.彭斯洋,男,１９９３年生.重庆理工大学机械工程学院硕士研究生.魏㊀东,男,１９８９年生.重庆理工大学机械工程学院硕士研究生.宋泽良,男,１９９０年生.重庆理工大学机械工程学院硕士研究生.吴振宏,男,１９９２年生.重庆理工大学机械工程学院硕士研究生.３９３１新型张环式超越离合器的工作原理及自锁与超越条件 杜㊀力㊀彭斯洋㊀魏㊀东等Copyright©博看网 . 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[19]中华人民共和国国家知识产权局[12]实用新型专利说明书[11]授权公告号CN 2572124Y [45]授权公告日2003年9月10日[21]ZL 专利号02259717.4[21]申请号02259717.4[22]申请日2002.09.25[73]专利权人包头市工程机械齿轮厂地址014060内蒙古自治区包头市九原区科技园区[72]设计人李威 [74]专利代理机构包头市专利事务所代理人张少华[51]Int.CI 7F16D 41/064权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 2 页[54]实用新型名称装载机滚柱式超越离合器[57]摘要本实用新型涉及一种装载机滚柱式超越离合器，属于工程机械装载机传动装置。
包括输出外环齿轮、输入轴组件和轴承，其中：输入轴组件是由螺栓将套有隔离环的内星轮、压盖、弹簧、滚柱组合连接的，其特征是在推动隔离环的弹簧内设有导向柱；隔离环上推动滚柱的槽的侧工作面与垂直方向呈一定的倾斜角；内星轮与滚柱接触的工作面为偏心圆弧面。
其优点是大大延长了离合器的使用寿命。
02259717.4权 利 要 求 书第1/1页 1、一种装载机滚柱式超越离合器包括输出外环齿轮、输入轴组件和轴承，其中：输入轴组件是由螺栓将套有隔离环的内星轮、压盖、弹簧、滚柱组合连接的，其特征是在推动隔离环的弹簧内设有导向柱；隔离环上推动滚柱的槽的侧工作面与垂直方向呈一定的倾斜角；内星轮与滚柱接触的工作面为偏心圆弧面。
02259717.4说 明 书第1/2页装载机滚柱式超越离合器一、技术领域：本实用新型涉及一种装载机滚柱式超越离合器，属于工程机械装载机传动装置。
二、背景技术：超越离合器在目前工程机械中的运用非常普遍，其结构主要由输出外环齿轮、输入轴组件和轴承构成，其中输入轴组件是由螺栓将套有隔离环的内星轮、压盖、弹簧、滚柱组合连接的。
现有技术中的此类结构的超越离合器主要存在以下缺点： 1、内星轮工作面为平面型，楔角随着磨损而增大且变化较快，因而使装置失效较快。
二轴总成（大超越离合器）说明书一、用途和特点二轴总成（大超越离合器）主要用于ZL40/50系列装载机变速箱。
该产品设计合理，工艺先进，已批量生产多年，是行业内技术领先的成熟产品，因其工作可靠，通用性强，受到国内外用户广泛好评。
二、结构原理二轴总成结构见图1，主要由外环齿轮（8）、内环凸轮（17）、滚柱（7）、中间输入轴（1）等零件组成，内环凸轮（17）与中间输入轴（1）通过20个螺栓（3）连接。
当变速箱负荷较小或转速较高时，由于中间输入轴（1）比外环齿轮（8）的转速高，滚柱（7）空转，此时中间输入轴（1）单独工作；随着变速箱负荷不断增大，迫使中间输入轴（1）转速逐渐下降，当中间输入轴（1）的转速低于外环齿轮（8）转速时，滚柱（7）被楔紧，外环齿轮（8）的力矩通过滚柱（7）、内环凸轮（17）、螺栓（3）传至中间输入轴（1），此时外环齿轮（8）与中间输入轴（1）同时工作，可以传递更大的力矩。
二轴总成（大超越离合器）零件明细表三、 安装与使用（一） 安装安装前检查二轴总成，表面应清洁无杂物、无锈蚀现象；花键、轴承、齿轮表面应无明显磕碰痕迹；测量两端轴承端面距离A 不应大于150mm 。
测量箱体内φ90孔用挡圈（b ）至倒档行星架110轴承(d)端面距离D ，及原调整圈(c)厚度，尺寸范围均应为7.92～9.80mm ，且两尺寸相等。
装入二轴总成，装配时确保二轴总成轴线与箱体内行星排轴线同轴。
将二轴总成推到底，测量球轴承211（2）左端面至结合面距离B ，及结合面至球轴承211轴承座底面距离C ，通过调整调整圈（a ）厚度，保证球轴承211（2）左端面至轴承座底面间隙在0.10～0.60mm 范围内（该间隙的正确调整对二轴总成的使用寿命至关重要！）。
合箱时，以箱体上两定位销定位，均匀拧紧合箱螺栓。
（二） 使用 工作用油应严格按照变速箱使用要求正确选用，并根据使用时间及时更换新油。
若工作中因其它原因出现变速箱高温等异常情况，应及时拆箱排除故障，之后清洗二轴总成，重新安装，避免二轴总成损坏。
