楔塊超越離合器

    楔塊超越離合器用異形楔塊代替滾柱作為楔緊件，是用楔塊和內(nèi)、外滾道組成摩擦副的一種離合器。當(dāng)內(nèi)環(huán)、外環(huán)與楔塊間無相對運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)向相同，轉(zhuǎn)速相等黑暗，才能傳遞轉(zhuǎn)矩，否則均為相對滑動(dòng)，這種不傳速轉(zhuǎn)矩的滑動(dòng)狀態(tài)稱為超越。

    楔塊超越離合器滾道形狀主要有兩種：內(nèi)、外環(huán)滾道均為圓形和將內(nèi)環(huán)加工出若干凹圓槽，如下圖所示。

    楔塊形狀有拳形、腰形、桃形、鞋形等多種。桿塊的工作面以偏心圓柱面應(yīng)用最多，因圓柱面加工工藝簡單。但是這種楔塊與內(nèi)、外環(huán)的接觸線固定不變，接觸外會(huì)形成凹痕而改變楔角的大小，影響工作的穩(wěn)定性和使用壽命脈，甚至?xí)�在過載時(shí)引起楔塊轉(zhuǎn)導(dǎo)致離合器失效。

    有的楔塊，一端是偏心圓柱，一端是圓形。內(nèi)環(huán)凸圓柱面上開出凹圓槽可降低與楔塊的接觸應(yīng)力，提高承載能力，延長使用壽命，但因結(jié)構(gòu)限制，楔塊數(shù)量較少。有的內(nèi)外環(huán)工作面均為完整的圓柱面，而楔塊兩端的工作面均為對數(shù)螺旋面。該曲面上任意一點(diǎn)的楔角均為定值，故又稱為等角螺旋面。當(dāng)元件尺寸和接觸點(diǎn)改變時(shí)，楔角仍為常數(shù)，即不受制造誤差和磨損的影響，因此工作性能穩(wěn)定和使用較長。

    楔塊超越離合器主要有基本型、無內(nèi)環(huán)型和帶軸承型。其連接形式分為鍵連接、齒輪連接、帶輪連接、鏈輪連接、螺栓連接等。

    如下圖（a）所示是CKA型（基本型）的單向楔塊超越離合器的結(jié)構(gòu)，它由外環(huán)、內(nèi)環(huán)、楔塊、滾柱、彈簧、端蓋、擋圈等組成。它是由于在內(nèi)環(huán)和外環(huán)滾道間放置一定數(shù)量的異型偏心楔塊，使其沿某一方向回轉(zhuǎn)時(shí)可以傳遞轉(zhuǎn)矩，而沿另一方向回轉(zhuǎn)時(shí)具有空轉(zhuǎn)的超越功能，適用于極限轉(zhuǎn)速為800～2500r·min－1,公稱轉(zhuǎn)矩為31.5～4500N·m。

    如下圖（b）所示為CKZ型帶軸承型楔塊離合器的結(jié)構(gòu)，它與CKA型楔塊離合器相似，兩端裝有軸承起支撐作用，可承受軸向和徑向負(fù)荷。適用于極限轉(zhuǎn)速為600～1500r·min-1,公稱轉(zhuǎn)矩為180～8000N·m場合應(yīng)用。

    如下圖（c）所示為CKB型（B200系列）無內(nèi)環(huán)無軸承支承的楔塊離合器的結(jié)構(gòu)，它由外環(huán)、楔塊、彈簧及端蓋等構(gòu)成。它與基本型的區(qū)別是將軸直接安裝在離合器中，所以與離合器連接軸的硬度應(yīng)達(dá)到50～60HRC，離合器兩端應(yīng)用軸承固定，從而保證軸與連接離合器外環(huán)的機(jī)殼孔的同軸度小于0.05mm，并可以承受徑向及軸向負(fù)荷。

CKA型（基本型）單向楔塊超越離合器基本參數(shù)和主要尺寸

CKB型楔塊式超越離合器基本參數(shù)和主要尺寸/mm

    如下圖所示為CKF型非接觸式楔塊超越離合器的結(jié)構(gòu)，它由外環(huán)、內(nèi)環(huán)、楔塊、固定擋環(huán)、端蓋、軸承和擋圈等級組成。其基本參數(shù)和主要尺寸見下表。

CKF型非接觸式楔塊超越

基本參數(shù)及主要尺寸    /mm

型號	公稱 轉(zhuǎn)矩 Tn·m	最小非 接觸轉(zhuǎn) nf	最高轉(zhuǎn)速 n/r·min-1	外環(huán)				內(nèi)環(huán)			質(zhì)量 m/kg
				D （H8）	兩端各螺紋孔數(shù) -直徑×深n-M×H	分布 直徑D1	寬L （js7）	內(nèi)徑 d(E7)	鍵槽 b1t1	寬L1 (js9)
CKF165×125－25 CKF170×130-30 CKF175×130-35 CKF185×130-40 CKF190×135-50 CKF195×145-55 CKF205×145-50 CKF208×150-60 CKF220×150-65 CKF230×150-70 CKF245×160-80 CKF260×160-90 CKF275×170-100 CKF295×185-110 CKF330×200-130 CKF360×215-140 CKF410×225-150 CKF440×235-160	400 500 600 800 1000 1250 1400 1600 2000 2500 4000 6300 8000 10000 12500 16000 20000 25000	480 470 450 430 40 400 470 400 400 390 380 370 370 370 350 350 350 310	1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1500 1000	165 170 175 185 190 195 205 208 220 230 245 260 275 295 330 360 410 440	8-M8×20 8-M8×20 8-M10×20 8-M10×25 8-M10×25 8-M10×25 10-M10×25 10-M10×25 10-M10×25 12-M12×25 12-M12×25 12-M14×25 12-M14×25 12-M16×30 12-M16×30 12-M18×30 16-M20×30 16-M20×30	145 150 155 162 168 172 182 185 195 205 218 230 245 260 295 320 360 390	125 130 130 130 135 145 145 150 150 150 160 160 170 185 200 215 225 235	25 30 35 40 50 55 50 60 65 70 80 90 100 110 130 140 150 160	8×3.3 8×3.3 10×3.3 12×3.3 14×3.8 16×4.3 14×3.8 18×4.4 18×4.4 20×4.9 22×5.4 22×5.4 28×6.4 28×6.4 32×6.4 36×8.4 36×8.4 40×9.4	125 130 130 130 135 145 145 150 150 150 160 160 170 185 200 215 225 235	20.51 22.46 23.58 24.16 26.95 31.31 35.34 36.74 40.88 44.42 52.93 58.74 68.83 85.46 113.44 145.81 201.98 243.41

    在低速運(yùn)行時(shí)，楔塊在彈簧作用下與內(nèi)環(huán)保持接觸，當(dāng)超越轉(zhuǎn)速達(dá)到某一極限值時(shí)，偏心楔塊的離心力矩克服彈簧和其他阻力矩，使楔塊徑向與骨環(huán)工作面脫開，形成一個(gè)微小間隙，從而避免了摩擦與摩損，離合器實(shí)現(xiàn)非接觸工作。這時(shí)，離合器不發(fā)熱，阻尼力矩小。曾對不同規(guī)格的CKF型非接觸楔塊超越離合器的運(yùn)行過程溫升、阻力及功率損耗進(jìn)行了測試，現(xiàn)將型號為CKF175×130－15的非接觸式楔塊超越離合器的測試結(jié)果列入下表中，并繪成下圖。

CKF175×130-35非接觸式楔塊超越離合器測試結(jié)果

測試條件	模擬工況1500r·min-1自由運(yùn)轉(zhuǎn)，測定時(shí)間間隔60min,測試議表715型半導(dǎo)體溫度計(jì)。 LE：30轉(zhuǎn)速表，測力L=77.5mm,測試時(shí)間：8：00～18：00，每隔60min測一次
測量序號	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
環(huán)境溫度/℃ 機(jī)殼表面溫度/℃ 機(jī)殼溫升/℃ 彈簧測阻力/N 阻力矩/N·m 損耗功率/W	24 24 0 32.3 2.503 393	26 35 9 16.2 1.256 197	27.5 42.5 15 13.5 1.046 164	29 47.5 18.5 12 0.93 134	30.5 50.5 20 11 0.853 128	32 53 21 10.5 0.814 122	32.5 52.5 21 10 0.775 122	33 54 21 10 0.775 122	32 53 21 10 0.775 122	31 54 21 10 0.775 122	30 51 21 10 0.775 122

    如上圖所示這種離合器在自由運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，溫升、阻力和功率損耗的一般規(guī)律：溫升隨著自由運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增加而隨看升高，其阻力和功率損耗則隨之減少；但當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間后，溫知、阻力和功率損耗都隨著運(yùn)行時(shí)間的增加而都趨向一個(gè)相對穩(wěn)定值的水平。

    非接觸及超越離合原理

    非接觸式楔塊超越離合器使用時(shí)將內(nèi)環(huán)安裝在主機(jī)高速軸伸上，用鍵和軸伸連接。外環(huán)套裝在內(nèi)環(huán)的兩個(gè)軸承上，并由螺釘與兩個(gè)端蓋緊固在一起。內(nèi)環(huán)工作面與外環(huán)之間的滾道裝有由若干個(gè)楔塊、軛板和擋銷組成的楔塊裝置，復(fù)位扭簧分別套在楔塊兩端圓柱上，扭簧的一端插入楔塊端面的小孔中，另一端靠在擋銷上，固定擋擋環(huán)將內(nèi)環(huán)和楔塊狀置連在一起，外環(huán)通過螺釘與法蘭連接。

    當(dāng)主機(jī)啟動(dòng)后，高速驅(qū)動(dòng)裝置軸伸將帶動(dòng)內(nèi)環(huán)和楔塊裝置在一起旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力，對楔塊的支承點(diǎn)形成一個(gè)轉(zhuǎn)矩，其方向與扭簧施加給楔塊的轉(zhuǎn)矩相反，有使楔塊與外環(huán)脫離接觸的趨勢，但是，當(dāng)楔塊離心力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩不足以克服扭簧施加給楔塊的轉(zhuǎn)矩，楔塊是與內(nèi)環(huán)工作面互相接觸的，它與外環(huán)產(chǎn)生相對滑動(dòng)摩擦。隨著軸伸轉(zhuǎn)速提高，楔塊離心力迅速增加，當(dāng)內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)速達(dá)到或超過離合器的最小非接觸轉(zhuǎn)速時(shí)，楔塊離心力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩增加到大于扭簧施加給楔塊的轉(zhuǎn)矩，由于楔塊的特殊結(jié)構(gòu)形狀，這樣就迫使使楔塊在軛板支承孔中偏轉(zhuǎn)而與外環(huán)脫離接觸，并貼在擋銷上，由此實(shí)現(xiàn)離俁器無摩擦的非接觸運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)不再帶動(dòng)從動(dòng)部分運(yùn)轉(zhuǎn)。如下圖所示為楔塊超越離合器接觸運(yùn)轉(zhuǎn)的楔塊位置。

    當(dāng)外環(huán)1主動(dòng)時(shí)，n₁=n₅時(shí)，離合器接合；n₁<n₅時(shí)，離合器超越，而且內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)速n₅大于非接觸轉(zhuǎn)速。當(dāng)內(nèi)環(huán)5主動(dòng)時(shí)，-n5=-n1時(shí)，離合器接合，|-n5|<|-n1| 時(shí)，離合器超越。因此，超越離合器正常的工作過程是：超越→自動(dòng)楔入→夾緊狀態(tài)（接合）→自動(dòng)脫開→超越。

    雙向超越離合器—端的孔接主動(dòng)軸，另一端的孔接從動(dòng)軸。當(dāng)外環(huán)固定不動(dòng)時(shí)，主動(dòng)軸順時(shí)針或逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸也同步轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)從動(dòng)軸受外加力矩的作用時(shí)，順時(shí)針或逆時(shí)針向都不能轉(zhuǎn)動(dòng)。如下圖所示為一類帶拔爪的楔塊式雙向超越離合器的結(jié)構(gòu)。它由外環(huán)、楔塊、撥爪、預(yù)緊彈簧、內(nèi)環(huán)等組成。當(dāng)外環(huán)固定，帶有四個(gè)撥爪的撥叉與主動(dòng)軸固連，內(nèi)環(huán)與從動(dòng)軸相連，撥爪兩側(cè)的楔塊并帶動(dòng)內(nèi)環(huán)和從動(dòng)軸作同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，反之當(dāng)撥爪（主動(dòng)軸）逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)軸亦逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)�？傊�，當(dāng)主動(dòng)軸帶動(dòng)撥爪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，左右側(cè)楔塊與外環(huán)都不會(huì)楔緊，呈松轉(zhuǎn)（滑動(dòng)）狀態(tài)。但是，當(dāng)從動(dòng)軸（內(nèi)環(huán)）在負(fù)載作用下有順或逆時(shí)針兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢，因外環(huán)固定，撥爪左或右側(cè)的或右側(cè)的楔塊楔緊對軸呈制動(dòng)狀態(tài)。

    楔塊式與滾柱式超越離合器由于內(nèi)、外環(huán)間的滾道形狀及滾道間放置的楔緊元件不同，從二者的對比中可看出其主要待點(diǎn)。

    ①楔塊離合器中放置的楔塊數(shù)量多，楔塊與滾道接觸的圓弧面之當(dāng)量曲率半徑大于滾柱者，即楔塊與滾道接觸面積大，楔塊數(shù)量多，總的承載能力比滾柱式的高5-10倍。

    ②楔塊式離合器自鎖性能可靠，反向解脫輕便。

    ③楔塊式離合器的楔塊由于不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得楔塊與內(nèi)，外滾道的接觸部位僅局限在一小段工作圓弧上，不像滾柱能隨時(shí)變換，容易磨成小平面。但因傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)楔塊式比滾柱式離合器直徑小，圓周速度低而且楔塊數(shù)量多，因而使楔塊摩損量減速少，使用壽命長。

    ④固定元件選擇通常選擇外環(huán)，內(nèi)環(huán)空轉(zhuǎn)時(shí)工作表面的圓周速低，減小空轉(zhuǎn)時(shí)的摩損。

    ⑤楔塊離合器的內(nèi)外滾道均為圓柱面，楔塊可采用特殊工藝加工，加工工藝性好，適于批量生產(chǎn)。

    在設(shè)計(jì)楔塊離合器時(shí)，與其他類型離合器一樣，應(yīng)考慮影響離合器的結(jié)構(gòu)和工作性能的各種因素。諸如原動(dòng)機(jī)特性、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和安裝精度等。

    總之，對設(shè)計(jì)楔塊離合器的基本是接合平穩(wěn)、動(dòng)作準(zhǔn)確、單向自鎖可靠、反向解脫輕便、結(jié)構(gòu)緊湊、外形尺寸、質(zhì)量輕；安裝簡單、維修方便；散熱好、耐磨損、承載能力大和使命長。

    楔塊超越離合器是機(jī)電一體化的機(jī)械傳動(dòng)基礎(chǔ)件，由于它本身能自動(dòng)結(jié)合和脫開，自鎖可靠，解脫輕便；結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大；能簡化傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，維修方便等優(yōu)良性能和使用效果，故在機(jī)床、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、冶金機(jī)械、石化機(jī)械、礦山機(jī)械、通用機(jī)械、紡織機(jī)械、食品機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械、減速機(jī)、發(fā)電機(jī)設(shè)備及各種試驗(yàn)臺的機(jī)械傳動(dòng)等系統(tǒng)中，其主要可實(shí)現(xiàn)如下的功能。

    ①超越離合器當(dāng)離合器的動(dòng)力輸出部分轉(zhuǎn)速高于動(dòng)力源時(shí)，離合器處解脫狀態(tài)，骨外環(huán)沒有任何運(yùn)動(dòng)關(guān)系，稱為離合器的單向超越功能。

    ②止離合器由于單向離合器只能單方向的傳輸矩，另一方向?yàn)榭辙D(zhuǎn)，故常用于防止工件在無動(dòng)力源時(shí)之倒退或反轉(zhuǎn)動(dòng)作，稱為離合器的單向逆止功能。

    ③定位離合器將直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)軸的圓周步進(jìn)定位動(dòng)作。

    應(yīng)用示例  沖床及剪床連桿傳動(dòng)的滾輪式送料機(jī)；包裝機(jī)的定位送料；印刷機(jī)的定位送料；旋轉(zhuǎn)工作臺角度定位；組合機(jī)的定位送料等功能。