下载文档原格式
汽车单向离合器的工作原理概述说明以及解释1. 引言1.1 概述引言部分主要介绍了本篇长文的背景和主题，即汽车单向离合器的工作原理。
单向离合器是一种关键的汽车传动装置，其作用是实现驱动力的传递和控制，以保证汽车在不同驾驶条件下的顺利运行。
了解和掌握单向离合器的工作原理对于汽车工程技术人员和爱好者来说非常重要。
1.2 文章结构本文将首先介绍离合器的基本概念，包括它在汽车传动系统中的作用和意义。
接着详细解释了单向离合器的定义和作用，以及它在汽车中所起到的关键作用。
然后我们将深入探讨单向离合器的组成部分及具体工作原理，并通过图表和实例来进行说明。
接下来，我们将列举并解释了几个应用场景，包括自动变速器中、四驱系统中以及其他汽车系统中使用到单向离合器的情况。
最后，我们对汽车单向离合器进行了优缺点分析，并总结出文章所阐述内容。
1.3 目的本文的目的在于深入探讨汽车单向离合器的工作原理，以便读者能够全面了解其功能和应用领域。
通过本文的阅读，读者将能够理解单向离合器的基本概念、组成部分和工作原理，并且知道它在汽车传动系统中的重要性。
同时，读者还将了解到单向离合器在自动变速器以及其他系统中的应用场景，以及它所具备的优缺点。
最终，我们希望读者对未来汽车领域的发展趋势有一定展望，并对单向离合器技术有更深入的认识。
2. 汽车单向离合器的工作原理:2.1 离合器的基本概念:离合器作为汽车传动系统中的重要组成部分，主要用于控制发动机和变速器之间的连接与断开。
通过操作离合器，驾驶员可以实现换挡、起步、停车等操作。
2.2 单向离合器的定义与作用:单向离合器是一种特殊类型的离合器，在某一方向上允许转动，而在另一方向上则阻止转动。
其作用是将转矩单向传递到输出轴，并防止反向扭矩传回发动机。
2.3 单向离合器的组成部分及工作原理:单向离合器由内外圈、滚针或滚珠元件以及保持环等组成。
其中内圈固定于发动机输出轴上，外圈与输出轴相连。
工作原理如下：当驱动力来自内圈，并且具有足够大的力矩时，滚针或滚珠元件会被推出并套住保持环，使得内圈和外圈之间形成刚性连接。
单向离合器的工作原理引言单向离合器是一种用于传递动力的机械装置，它能够在两个轴线上的旋转运动之间实现单向的离合和连接。
在车辆、摩托车和机械设备等应用中，单向离合器被广泛使用，它的主要作用是允许能量的单向传递，防止反向运动。
本文将详细解释单向离合器的工作原理，并介绍其基本原理和组成部分。
原理单向离合器的工作原理基于几个关键概念：离合、连接和单向传输。
离合离合是指两个轴线之间的脱离连接状态，其中一个轴线可以自由旋转而不影响另一个轴线的运动。
在单向离合器中，离合状态可通过摩擦力和压力来实现。
当两个轴线之间传递的力大于预设的摩擦力或压力时，单向离合器处于离合状态。
连接连接是指两个轴线之间的紧密耦合状态，其中一个轴线的旋转会直接传递到另一个轴线上。
在单向离合器中，连接状态可通过摩擦力和压力来实现。
当两个轴线之间传递的力小于预设的摩擦力或压力时，单向离合器处于连接状态。
单向传输单向传输是指能量只能从一个轴线向另一个轴线传递，但不能反向传输。
这意味着当一个轴线旋转时，它会带动另一个轴线旋转，但反过来时，离合器会自动离合，防止反向运动传递。
组成部分单向离合器由以下几个基本组成部分构成：1.主轴：也称为输入轴，它是从动力源（如引擎）传递动力到离合器的轴线。
主轴可以旋转，并将旋转动力传递给离合器的其他组成部分。
2.副轴：也称为输出轴，它是从离合器传递动力到终端设备（如车轮）的轴线。
副轴的旋转速度和方向取决于离合器的连接状态。
3.内部齿轮：位于主轴和副轴之间，用于连接这两个轴线。
内部齿轮的设计使得它只能在一个方向上旋转，并将动力传递到副轴。
4.摩擦材料：位于内部齿轮和离合器外壳之间，用于提供摩擦力。
摩擦材料通常是一层摩擦片，它的摩擦系数和压力决定了离合器的离合和连接状态。
5.离合器外壳：用于将所有的组成部分包裹在一起，并提供离合器的结构支持和保护。
工作过程在正常工作情况下，单向离合器处于连接状态。
当主轴旋转时，它会带动内部齿轮的旋转。
滚柱式单向离合器工作原理
滚柱式单向离合器是一种常见的离合器，用于将动力从发动机传递到传动系统。
其工作原理如下：
1. 结构组成：滚柱式单向离合器主要由外套、轴瓦、滚柱、弹簧和离合器壳体等组成。
2. 工作过程：当发动机输入动力，使离合器外套转动时，通过离合器壳体和弹簧的作用，外套上的滚柱被压紧，同时轴瓦中的凹槽与滚柱产生卡槽效应。
3. 正向传动：当外套进行顺时针旋转时（从发动机到传动系统），滚柱会被释放，弹簧将其推向外套的凹槽，使滚柱无法滚动，从而实现正向传动。
4. 反向传动：当外套进行逆时针旋转时（从传动系统到发动机），离合器外套上的滚柱会被压紧，滚动进入凹槽，从而实现反向传动。
5. 单向功能：滚柱式单向离合器只能在一个方向上传递动力，而在另一个方向上不会进行传动，从而实现单向传动的功能。
总之，滚柱式单向离合器是通过滚动压紧和释放滚柱，利用凹槽和卡槽的作用实现单向传动的离合器。
它广泛应用于机械传动系统中，确保了动力在正向或反向传递过程中的可靠性和有效性。
简述滚柱式单向离合器的工作原理
滚柱式单向离合器是一种常见的离合器类型，广泛应用于各种机械传动系统中。
它的工作原理可以简述如下：
滚柱式单向离合器由驱动轴、从动轴、外套和滚柱组成。
当输入轴（驱动轴）
旋转时，滚动轴（滚柱）会受到轴向力并被推向外套。
在这个过程中，滚柱会与外套的凸轮面接触，从而实现传递扭矩的目的。
当驱动力使得驱动轴转动，滚柱会滚动到截锥形外壳的外壁。
在这个过程中，
滚柱的轴向压力增加，从而增加了滚柱与外壳之间的摩擦力。
这种摩擦力是单向的，即只能使滚柱滚动，而不能使其滑动。
因此，输入轴的扭矩可以通过滚柱传递到输出轴（从动轴）上。
然而，当输入轴停止转动或反向转动时，滚柱受到的轴向压力减小，摩擦力也
相应减小。
这会导致滚柱滚动回初始位置，与外壳的凸轮面分离，进而停止传递扭矩。
这种设计使得滚柱式单向离合器可以防止逆向旋转，从而保护传动系统。
简而言之，滚柱式单向离合器的工作原理基于滚柱与外套之间的摩擦力。
它能
够将扭矩从输入轴传递到输出轴，并在反向旋转时阻止传动。
这种离合器在自行车、摩托车、汽车等各种机械传动系统中起到重要的作用。
![常见的起动机单向离合器_汽车电气设备与检修_[共2页]](https://img.taocdn.com/s1/m/d69a1cce227916888586d71e.png)
汽车电气设备与检修图4-10 起动机传动机构的工作过程4.3.3 常见的起动机单向离合器1．滚柱式离合器滚柱式离合器的构造如图4-11所示，驱动齿轮1与外壳2制成一体，外壳内装有十字块3和滚柱4、压帽和弹簧5。
十字块与花键套筒8固连，壳底与外壳相互扣合密封。
花键套筒的外面装有啮合弹簧10及垫圈6，末端安装拨环11与卡簧12。
整个离合器总成套装在电动机轴的花键部位上，图4-11 滚柱式离合器的构造1—驱动齿轮；2—外壳；3—十字块；4—滚柱；5—压帽和弹簧；6—垫圈；7—护盖；8—花键套筒；9—弹簧座；10—啮合弹簧；11—拨环；12—卡簧可作轴向移动和随轴转动。
在外壳与十字块之间，形成4个宽窄不等的楔形槽，槽内分别装有一套滚柱、压帽及弹簧。
滚柱的直径略大于楔形槽的窄端，略小于楔形槽的宽端。
因此，可通过滚柱滚入窄端或宽端，来实现传递力矩或中断传递力矩。
滚柱式离合器的工作原理如下。
如图4-12（a）所示，发动机起动时，经拨叉将离合器沿花键推出，驱动齿轮啮入发动机飞轮齿环。
由于十字块处于主动状态，随电动机电枢一起旋转，这时滚柱4在摩擦力作用下滚入楔形槽的窄端，将花键套筒与外壳挤紧，于是电动机电枢的转矩就可由十字块经离合器外壳传给驱动齿轮，从而达到驱动发动机飞轮齿环旋转起动发动机运转的目的。
如图4-12（b）所示，发动机起动后，飞轮齿环的转速高于驱动齿轮，十字块处于被动状态，在摩擦力作用下，促使滚柱进入槽的宽端而打滑，这样转矩不能从驱动齿轮传给电枢轴，从而防止了电枢超速“飞散”。
滚柱式离合器结构简单，工作可靠，因此应用广泛，但传递转矩受限不能用到大功率起动机上。
2．摩擦片式离合器摩擦片式单向离合器多用于功率较大的柴油机起动机上。
摩擦片式单向离合器的结构如图4-13。
自动变速箱单向离合器工作原理自动变速箱单向离合器是一种重要的传动元件，它在自动变速器中起到了至关重要的作用。
它可以在汽车换挡时，保证动力的平稳传递，同时防止变速器内部元件之间的冲击和磨损。
以下从接合状态、分离状态和换挡状态三个方面，介绍自动变速箱单向离合器的工作原理。
一、接合状态在接合状态下，单向离合器内部的锁止机构将输入轴和输出轴锁定在一起，使它们具有相同的转速。
此时，变速器内部的传动比为1:1，发动机的动力可以顺利地传递到变速器的输出轴，从而驱动汽车行驶。
在这个状态下，单向离合器的作用类似于常规的离合器，确保发动机的动力能够传递到变速器。
二、分离状态在分离状态下，单向离合器的锁止机构被释放，输入轴和输出轴之间的连接被断开。
此时，变速器内部的传动比为0:1，发动机的动力无法传递到变速器的输出轴。
这个状态通常发生在汽车换挡时，为了保证换挡过程的平顺性，单向离合器需要将发动机的动力切断，防止变速器内部元件之间的冲击和磨损。
三、换挡状态在换挡状态下，单向离合器的作用是保证动力的平稳传递。
当汽车需要从低速挡换到高速挡时，单向离合器可以使发动机的动力顺利地传递到变速器的输出轴。
当汽车需要从高速挡换到低速挡时，单向离合器可以防止发动机的动力突然增加，从而保证换挡过程的平顺性。
此外，在换挡过程中，单向离合器还可以防止变速器内部元件之间的冲击和磨损，延长变速器的使用寿命。
总之，自动变速箱单向离合器的工作原理是保证汽车在不同行驶状态下都能够平稳、顺畅地传递动力。
在接合状态下，它能够将发动机的动力传递到变速器的输出轴；在分离状态下，它能够将发动机的动力切断；在换挡状态下，它能够保证动力的平稳传递并防止变速器内部元件之间的冲击和磨损。
这些功能使得单向离合器成为自动变速器中不可或缺的一部分。
培训资料1-22主要部件概述输入轴输入轴由定子支承中的两个衬套支承。
输入轴的 端部定位由变矩器涡轮与超速档行星架中的花键 控制。
输出轴输出轴由变速器壳中的两个衬套和延伸壳中的滑 动叉衬套支承。
端部定位由驻车爪齿轮与卡圈或 轴肩控制，也由倒档齿圈毂与卡圈控制。
超速传动系统超速档行星齿轮系统由超速档行星架、超速档中 心齿轮、超速档齿圈、滑行离合器缸、超速档单 向离合器总成及中心轴组成（图14）。
超速档行星架通过花键与输入轴相接。
超速档中心齿轮由 输入轴上的衬套定心，横向由导轮支承与超速档 行星架上的滚针轴承定位。
超速档中心齿轮与滑 行离合器缸通过花键连接，滑行离合器缸又通过 花键与超速档单向离合器内座圈连接。
单向离合器外座圈与超速档齿圈通过花键连接， 超速档齿圈又通过花键与中心轴连接。
中心轴由前进档行星轮总成定心，横向由中心支 承与超速档行星架上的滚针轴承定位。
中心轴通 过花键与前进档离合器缸连接。
两个摩擦离合器装在超速档行星齿轮总成里。
滑行离合器通过花键接在滑行离合器缸与超速档齿 圈之间。
在手动1、手动2和3档按下变速器控 制开关时滑行离合器接合进行发动机制动。
超速档离合器通过花键接在滑行离合器缸与变速 器壳之间。
超速档离合器将滑行离合器缸固定， 超速档中心齿轮随之允许行星架超速驱动齿圈。
7L339 （ 3）7F240 （ 4）超速档中心齿 轮 7D0637G178 （止推垫圈滚针轴承卡圈7G375滚针轴承 成图14 -超速传动系统部件超速档行星 架 7B446单向离合器总成7A089\7A658超速档齿圈7A153外座圈 内座圈中心轴中心支承与中间/超速档离合器缸中心支承为前进档离合器与直接离合器缸提供导向。
并为离合器接合与润滑供油。
中心支承在径向和横向由变速器壳固定。
油液通过供油螺栓进入中心支承，为前进档离合器和中间档润滑油路供油。
直接离合器也由中心支承供油（图15）。
中间档/超速档离合器缸在径向由变速器壳支承。
单向离合器的设计一、了解超越离合器的主要功能、一般特点及其分类1、超越离合器的主要功能：超越离合器是靠主从动部分的相对速度变化或回转方向变换能自动结合或脱开的离合器。
超越离合器有嵌合式与摩擦式之分；摩擦式又分为滚柱式与楔块式。
单向超越离合器只能在一个方向传递转矩，双向超越离合器可双向传递转矩。
超越离合器的从动件可以在不受摩擦力矩的影响下超越主动件的速度运行。
带拨爪的超越离合器，拨爪为从动件。
2、超越离合器的一般特点：（1）改变速度：在传动链不脱开的情况下，可以使从动件获得快、慢两种速度；（2）防止逆转：单向超越离合器只在一个方向传递转矩，而在相反方向转矩作用下则空转；（3）间歇运动：双向超越离合器与单向超越离合器适当组合，可实现从动件做某种规律的间歇运动。
3、超越离合器的分类超越离合器可分为棘轮式超越离合器、滚柱式超越离合器和楔块式超越离合器。
其中，棘轮式超越离合器又可分为内齿棘轮式超越离合器和外齿棘轮式超越离合器；滚柱式超越离合器又可分为单向滚柱式、带拨爪单向滚柱式和带拨爪双向滚柱式超越离合器；楔块式超越离合器又可分为单向超越离合器、双向超越离合器和非接触式单向超越离合器。
二、接下来将主要研究单向滚柱式超越离合器的设计：1、单向滚柱式超越离合器的机构简图为：图12、单向滚柱式超越离合器的特点及应用：滚柱3受弹簧4的弹力，始终与外环1和星轮2接触。
滚柱在滚道内自由转动，磨损均匀，磨损后仍能保持圆柱形，短时过载滚柱打滑不会损坏离合器。
星轮加工困难，装配精度要求较高。
星轮与外环运动关系比较多元化。
外环1主动（逆时针转）时：当n1=n2,离合器接合；当n1<n2，离合器超越。
星轮2主动（顺时针转）时：当-n2=-n1,离合器接合；当12n n -<-，离合器超越。
滚柱式超越离合器的结构简单、制造容易，溜滑角小，主要用于机床和无级变速器等的传动装置中。
三、滚柱式单向超越离合器的设计计算图2注：表1中公式均摘自《机械设计手册》第2卷第六篇第三章第307页，化学工业出版社，第五版。
1、设计计算表1型式编号计算项目计算公式说明单向超越离合器1楔紧平面至轴心线的距离rrz--=αcos)RC（β——工作储备系数1.4-5；tT——需要传递的转矩；zR——滚柱离合器外环内半径，mm；rRz)155.4(～=，一般取rRz8=；b——滚柱长度，mm，rb）～85.2(=，一般取rb）～（43=；vE——当量弹性模数，钢对钢25/1006.2mmNEv⨯=；Hpσ——许用接触应力，2/mmN，见表2；μ——摩擦因数，一般取1.0=μ；m——滚柱质量，kg；n——星轮转速，min/r；z——滚柱数目，见表3；L——楔块长度，mm；D——外环内径，mm；d——滚柱直径，mm；α——楔角，）（。
，α小，楔合容易，脱开力大；α大，不易楔合或易打滑。
为保证滚柱不打滑，应使压力角2/α小于滚柱对星轮或内外环接触面的最小摩擦角minρ，即min2/ρα<。
当星轮工作面为平面时，取。
～86=α；当工作面为对数螺旋面或偏心圆弧面时，取。
～108=α；最大极限值取。
～1714max=α；r——滚柱半径，mm。
2 计算转矩tcTTβ=3 正压力zr)(LNμ+=Tc4 接触应力HpH42.0σρσ≤=vvbNE5 当量半径r=vρ6 弹簧压力421018)(⨯-≥mndDPEμ表2表3：滚柱数及尺寸参数参考值注：表2和表3均摘自《机械设计手册》第5版第2卷(注：以下公式均摘自《滚柱式超越离合器的设计》，钮心宪，交通部上海船舶运输科学研究所学报） 2、楔角α的各主要结构要素的关系如下：rR rC ++=cosarc α 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b 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3-12 , 特殊结构可取得更大, 但常用为3-5 。
R/ r 可取5-9 , 但8 较为常用。
如果将滚子直径稍加增大, 使R/ r 降至6 .5-7 .0 , 则可提高内爪寿命2-3 倍。
3、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:αZR T N t2=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:brNEc 418.0=σ 如干摩擦系数取0 .2 , 泊桑系数取0 .3 , 则接触处的最大剪应力τmax 为:αστrbZR ET br NE t c 2.0412.034.0max === 如α以“度”表示, 则有:ατrbZR ET t 5.1max = 应使][max ττ≤t T 不应该用平均值或额定值, 应由下式计算: 321t )(T k k k T n +=其中:n T ———额定扭矩;1k ———由原动机形式决定的动力系数, 可参照表4决定; 2k ———由从动机形式决定的动力系数, 可参照表5决定;3k ———由离合器精度决定的反映各滚子受力不均匀的系数, 对平面内星轮式可取1.1-1.5 。
加工精度高时,3k 取较小值。
表4：由原动机形式决定的动力系数表5：由从动机形式决定的动力系数当离合器楔合次数较少时, 许用剪应力[ τ] 可由下式确定:c R ）—128(][=τ MPa其中:Rc ———材料的洛氏硬度。
当楔合频繁时, 许用剪应力可用齿面的许用应力, 楔合次数与[ τ] 的关系为:67110][][Q ττ=其中:[ τ] ———710次之许用剪应力; [ 1τ] ———Q 次之许用剪应力; Q ———总楔合次数。
也可由滚柱的比压力来估算接触强度。
比压力P 定义为:FN =P 式中F 为滚柱的投影面积, F =2rb 。
许用比压力[ P] 可取42-49 MPa , 如取[ P] =44 MPa , 则有:α∙∙∙∙≤R Z F 22T t接触应力的计算一般以内星轮为对象, 因内星轮的接触应力大于外圈, 且每次楔合接触点的位置不变。
但内星轮的变形较均匀, 而外圈因其一端常有法兰, 会产生不均匀变形, 使接触应力不均匀, 在设计中应予注意。
4、外圈强度校核外圈在工作时受有拉力及弯矩, 通常对其合成应力σ进行校核, 可不与接触应力叠加。
］［）ＳＲ＋ｆ（ｆＢＳＮ１２１σσ≤=其中:[ σ] ———许用应力, 可取700 ～ 800 MPa N ———滚子压力, B ———外圈宽度; S ———外圈厚度; R1 ———外圈平均半径;f 1 f 2 ———与滚子数有关的系数, 由表6查得。
外圈厚度的经验取值为:S =(0 .8 -1 .2)d ;如外圈压入另 一机件, 则S =(1 ～ 1 .6)d ;大尺寸的离合器S 取小值, 反之取 大值。
表6：与滚子有关的系数f 1、 f 2 、 f 35、外圈刚度的计算外圈变形后使楔角变化, 但楔角变化的计算工作量很大, 为简化计, 可计算滚子接触点的变形量Δr , 以此变形量作为外圈内径之增大量, 推算楔角的变化, 应小于1°。
这一推算偏于安全, 因两滚子之间的外圈是向内变形的。
331r f EJR T t =∆其中：J-外圈之惯性, 对矩形为BS/12 ; f 3 ———系数。
见表6 。
6、公差选择超越离合器零部件公差的原则为:（1）各零部件极限偏差的综合作用应保证楔角偏差Δε在-1°～ +0 .5°之间;各零部件有比较接近的公差等级;（2）在进行高精度等级加工时, 应能更接近设计的名义楔角。
建议用表7 的公差。
表中e 为内星轮及外圈轴承的不同心度。
如采用GB 4661-89 标准圆柱滚子, 公差为+0 .005/ -0 .010 。
公差确定后尚须校核在极限偏差下, 当滚子处于极限位置时, 仍与外圈有一定间隙。
否则可能咬死, 特别在同心度变差时容易发生。
表7：公差7、设计计算程序具体的设计计算程序请参考：《滚柱式超越离合器的设计》，钮心宪，交通部上海船舶运输科学研究所学报。
四、超越离合器主要零件的材料和热处理超越离合器的材料要求具有较高的硬度和耐磨性。
对于滚柱，还要求心部具有韧性，能承受冲击载荷而不碎裂。
具体见表4。
表4注：表4摘自《机械设计手册》第5版第2卷五、滚柱式超越离合器压紧弹簧的选择滚柱式超越离合器根据星轮型式的不同,又可分为内星轮型与外星轮型两种,其中除滚柱、座圈和星轮外还采用了压紧弹簧。
压紧弹簧的作用是:(1)将滚柱压向座圈与星轮之间楔形槽的狭窄部分,以保持滚柱与座圈、星轮之间的接触,由于弹簧压力较小,因此在超越运转时不致于产生楔紧作用。
(2)在滚柱楔紧过程中,可以最大限度地缩短、甚至完全避免空行程(从超越运转过渡到接合运转所经过的行程称为空行程),以提高动作灵敏性,并减少接合时的冲击。
(3)保证各滚柱之间受载均匀。
在压紧弹簧装置的设计中,最主要的参数是压紧弹簧的压力PS与它的安装角e。
这两个参数的选择是否正确合理,往往会直接影响到滚柱式超越离合器的工作性能与使用寿命。
滚柱式超越离合器压紧弹簧压力的具体计算参考《江苏工学院学报》1987年第8卷第3期林世裕的《滚柱式超越离合器压紧弹簧压力的计算》。
弹簧的具体选择与计算参考《机械设计手册》第3卷第11篇第2章第15页到第34页，化工出版社，第五版。
