CN1005123B

CN1005123B - 大楔角超越离合器

Info

Publication number: CN1005123B
Application number: CN85107128.7A
Authority: CN
Inventors: 林品峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-09-17
Filing date: 1985-09-17
Publication date: 1989-09-06
Also published as: CN85107128A

Abstract

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。

Description

大楔角超越离合器

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。

对比文件于1965年提出，虽具有一定的优点，但三十多年后的今天仍未获得广泛应用，其原因就是这种超越离合器存在上述各种缺陷。

本发明的目的是：创造一种结构简单，加工容易，可在较大楔角状态下可靠工作因而具有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、作用力不易落入摩擦圆内等优点的超越离合器。它既能取代自行车转铃等场合所使用的超越离合器，又能取代自行车飞轮等场合所采用的棘轮机构。

本发明是这样实现的：在V形槽与平面或曲面之间放置球体或中间大两头小的回转体，利用球体或回转体被楔紧产生的摩擦力来传递动力。

V形槽的诱导摩擦系数为f₁/sinθ。因此本发明保持楔紧状态的条件是：tga≤f₁/sinθ+f₂;进入楔紧状态的条件是：tga＜f₁/sinθ-f₂′。两式中f₁与f₂为滑动摩擦系数;f₂′接近滚动摩擦系数，θ为V形槽半角。设f₁＝0.15，θ＝30°，f₂′＝0.001，代入第二个式子得：α＜16.6°。可见，本发明可在较大楔角状态下进入楔紧状态，并且工作可靠。

楔角较大带来的好处：1.加工误差引起楔角的变化不大，故加工精度要求不高。2.球体或回转体在内、外圈之间的最大间隙较大，允许内、外圈之间存在较大偏心，允许轴承中有较大间隙，安装精度要求不高。3.作用力不易落入摩擦圆内，脱开楔紧状态容易。4.接触体之间作用力较小。

对比文件在内、外圈之间放置的是爪形楔，进入楔紧状态是滑动，阻力较大。本发明在内、外圈之间放置的则是球体或中间大两头小的回转体，进入楔紧状态接近滚动摩擦，阻力极小。这是本发明和对比文件之间最大不同之处。

本发明的球体或中间大两头小的回转体，在V形槽引导下容易进入楔紧状态，不需要较强的弹簧力，因而超越时摩擦力矩较小。

本发明结构简单，不需要浇注聚四氟乙烯，球体是外购件，由专业工厂制造。加工回转体不需要专门设备。

由于本发明具有上述优点，使自行车转铃及自行车飞轮等场合采用它具有积极效果。自行车转铃采用它，操作轻便，铃声更响亮，工作不易失效，使用寿命更长。自行车飞轮等场合采用它，可克服棘轮机构所存在的缺点。

图1是本发明应用于自行车飞轮的例子。图中1为外圈，2为内圈，3为球体。球体3置于外圈1的V形槽和内圈的平面之间。弹簧（图中未示出）迫使球体3与外圈1的V形槽相接触。当外圈1沿某方向转动时，球体3被楔紧，带动内圈2转动;沿相反方向转动时，球体3被脱开，不能带动内圈2转动，产生超越现象。

为了改善工作状况，内圈2与球体3相接触的表面还可做成曲面，端面上的形状做成对数螺旋线可保持在任何位置楔紧时其楔角不变;轴向剖面的形状做成凹弧形可降低接触应力。

本发明应用于其它场合时，不但可在外圈的内表面开V形槽，还可在内圈的外表面开V形槽。

Claims

1、一种用于单向传动的摩擦式超越离合器，具有一个内圈及一个同轴线的外圈，在外圈的内表面或内圈的外表面开有V形槽，其特征在于：被楔紧在V形槽与作相对运动的平面或曲面之间的零件是球体或中间大两头小的回转体。