超越离合器综述

第２９卷第１期

文章编号：１００４—２５３９（２００５）Ｏ】一００６９—０４

超越离合器综述

超越离合器综述

（哈尔滨工业大学机电工程学院，

黑龙江哈尔滨１５０００６）

曲秀全Ｊ辐念力车仁炜

摘要为了提高棘轮机构的传动性能，从机械原理和机械设计结构说明棘轮机构的演化发展过程。对为了改善传统的摩擦式超越离合器的传动性能，近年来国内学者开发创造出的新型超越离合器的结构和工作原理作了相应介绍。目的是为选择和设计出更好满足传动性能要求的超越离合器提供有益帮

助和借鉴。

关键词棘轮机构超越离合器

动程只能作有级调节；棘爪在齿背上的滑行易引起噪声、冲击和磨损，故不宜用于高速场合。

引言

本文从棘轮机构的演化发展过程出发，以机构的

为了改善齿式棘轮机构的缺点，便有了分别对应

图１的图２所示的摩擦式棘轮机构。它以偏心扇形楔

工作原理和机械结构相结合，以改善超越离合器的工

作性能为宗旨，叙述了超越离合器的发展过程及现有的一些新型超越离合器的结构形式、工作原理和特点，

块代替齿式棘轮机构中的棘爪，以无齿摩擦轮代替棘轮。它的特点是传动平稳、无噪声；动程可无级凋节。因靠摩擦力传动，会出现打滑现象，打滑一方面可起超载保护作用，另一方面使得传动精度不高。适用于低

速轻载的场合。

轮

为了解和使用超越离合器提供有益的帮助。

１棘轮机构的演化

棘轮机构是间歇运动机构中的一种。早期的棘轮机构是齿式棘轮机构，它有外啮合齿式棘轮机构和内啮合齿式棘轮机构，分别如图１所示。它主要由棘轮、

主动棘爪、止回棘爪和机架组成。

ｌ摆

（ａ）外摩擦棘轮机构（ｂ）内摩擦棘轮机构

图２摩操式棘轮机构

４止回棘

从齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构的工作原理来

（ａ）外齿式棘轮机构

（ｂ）内齿式棘轮机构

看，齿式棘轮机构是通过棘爪和棘轮的啮合来工作的。

摩擦式棘轮机构是通过偏心扇形楔块和摩擦轮的摩擦来工作的，通过仔细观察图２主动偏心扇形楔块与摆杆的转动副和摩擦轮之问楔入主动偏心扇形楔块，因此主动偏心扇形楔块的形状和尺寸应满足楔块的自锁条件，所以摩擦式棘轮机构的摩擦轮的间歇运动工作过程实质是主动偏心扇形楔块和止动偏心扇形楔块交替自锁和解锁过程。为了提高摩擦式棘轮机构的承载能力、减小溜滑角，进一步改善摩擦式棘轮机构的结构，产生了如图３所示星轮式棘轮机构。由于它主要用于超越离合方面，因此称为星轮式超越离合器。

图ｌ齿式棘轮机构

内棘轮机构和外棘轮机构的工作原理是相同的，我们以外棘轮机构来说明其工作过程：当主动摆杆１

顺时针摆动时，摆杆上铰接的主动棘爪２插入棘轮３

的齿内，推动棘轮同向转动一定角度；当主动摆杆逆时针摆动时，止回棘爪４阻止棘轮反向转动，此时主动棘

爪在棘轮的齿背上滑回原位，棘轮静止不动；从而实现将主动件的往复摆动转换为从动棘轮的单向问歇转动。为保证棘爪工作可靠，常利用弹簧使棘爪紧压齿面。齿式棘轮机构其优点为结构简单、制造方便；转角

准确、运动可靠；动程可在较大范围内调节。其缺点是

从图３可以看出星轮的工作面与外环或内环形成

楔形空间，滚柱应在该楔形空问内满足自锁条件，其工

万方数据　

７０

机械传动

２００５年

作过程同摩擦式棘轮机构一样，星轮式超越离合器的接合与分离是滚柱的自锁和解锁过程。增加滚柱的数量也就提高了承载能力。同时，该超越离合器可以用于高速场合。

另一种改善摩擦式棘轮机构的结构如图４所示。

（ａ）内星轮滚柱式超越离合器（ｂ）外星轮滚柱式超越离合器

图３星轮滚柱式超越离合器

２弹

１内

（ａ）楔块式超越离合器

２弹

１内

（ｂ）改进楔块式超越离合器

图４楔块式超越离合器

称为异型辊式摩擦棘轮机构，３为异型辊也称为楔块，因此该机构又称为楔块式超越离合器。楔块在内外环之间，弹簧２使楔块保持与内外环接触，提供起始摩擦

力，楔块的形状和几何尺寸应能保证在内外环之间自

锁并能解锁。因此楔块的形状可以采取多种形式。从图４ａ中可以看出楔块３与内外环以高副接触，同时，楔块３与内环１的接触应力远大于楔块３与外环４的接触应力，为了改善受力情况，将图４ａ改为图４ｂ的楔块３与内环１以低副联接。

对于楔块式超越离合器，可以通过增加楔块的数

目，传递更大的载荷；采用更小具有自锁的异型楔块，

可以使结构尺寸更紧凑；且内外环都为圆柱工作表面，容易保证加工精度。因此多用于实现机构的进给和运

万　

方数据动的传递及动力的传递。目前，对于星轮滚柱式超越离合器和楔块式超越离合器国内都已产品系列化了。

为了进一步改善超越离合器的传动性能和特殊用途要求，国内一些学者们进行了有益的探索性工作。

２超越离合器的应用及性能要求

作为棘轮机构，在工程实际中主要功能有：１）问歇送进；２）制动；３）转位、分度；４）超越离合。而对于两类齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构由于各自的特点决定了齿式棘轮机构主要用于间歇送进、制动、转位、分度；摩擦式棘轮机构主要用于超越离合。

而作为超越离合器其用途为

（１）变换速度在运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在一个转动方向传递转矩，而在相反方向转矩作用下则空转；

（３）间歇运动通过双向超越离合器和单向超越

离合器的适当组合，可以实现从动部分作某种规律的

问歇运动。

其中作为超越离合器的重要应用产品——机械脉动式无级变速器，从功能上它由两部分组成，输入机构

主要有平面连杆机构、凸轮机构、组合机构（连杆齿轮、凸轮连杆、连杆凸轮齿轮等）；输出机构就是超越离合器。输入机构实现将原动机的旋转运动到摆动的运动变换，输出机构实现将摆动的运动方式变换为单向脉动运动方式输出，通过改变摆角的大小实现无级变速。

而作为输出机构的超越离合器是动力链中的薄弱环

节，其承载能力和抗冲击能力相对较低，直接制约了脉

动无级变速器传递动力的能力。因此，超越离合器的

性能直接影响机械脉动式无级变速器产品的性能，它

对超越离合器提出了更高的要求。

对超越离台器的基本要求如下【５ｊ（１）开合特性

离合器在楔入和去楔过程中应

灵敏可靠，楔人和去楔时所需的力要小。良好的开合

特性是离合器可以适应高的开合次数的基础。

（２）溜滑角

溜滑角是楔紧元件从开始楔人到

完全楔合的过程中，外环与内环之间的相对转角。溜滑角小则表示楔合动作迅速灵敏，超越离合器的运动

精确度高。因此，溜滑角是影响离合器运动和动力响应特性的一个重要因素。通常滚柱式超越离合器的溜滑角不超过２０，而楔块式超越离合器的溜滑角约在２０～７０之间，所以对动作精确性的要求较高时，宜选用滚柱式超越离合器。

（３）自动补偿磨损能力离合器经过跑合和工

作磨损后，应仍能保持自锁状态和良好的开合特性。

第２９卷第１期超越离合器综述

７１

（４）承载能力目前，摩擦式超越离合器的承载能力较小是制约脉动无级变速器扩大其功率范围的主要因素。影响承载能力的因素除了前面提到的楔角以外，还有受力处接触面的形状以及材料的强度。通过修正楔紧元件、外环和内环的工作面形状，可以提高

接触处表面形状的综合曲率半径，甚至可以将点（或

线）接触转变为面接触，从而降低接触应力，提高承载能力。采用优质材料和优化的热处理工艺，可以增大材料的许用接触应力，也可以提高承载能力。此外，开发创造新型的超越离合器也可以为提高承载能力开辟新的途径。

（５）效率

摩擦式超越离合器的能量损耗主要

发生在超越行程中。此时外环与内环处于相对滑动状态，而楔紧元件在压力弹簧的作用下始终与外环和内环保持接触，由此产生大量的摩擦热。此外，在楔入和去楔过程中也会消耗一些能量。由于摩擦式超越离合器的效率较低，因此直接影响了脉动无级变速器的应用与发展。

面对超越离合器应用中的上述要求，国内学者作了大量的工作，提出了一些改进和发明新型的超越离合器。

３新型超越离合器

下面就国内学者提出了一些改进和发明新型的超越离合器作一介绍。

３．１弧块式低副单向超越离合器

为了进一步提高图４ｂ楔块式单向超越离合器的承载力，开发了弧块式低副单向超越离合器＿６Ｊ。其结构如图５所示，在外环５和楔块４之间增加了弧块３，这样使得图４ｂ的楔块３与外环４的高副接触变为图５的外环５与弧块３的低副接触及弧块３与楔块４的低副接触，因此弧块式低副单向超越离合器所有构件的联接都为低副，承载能力得到了提高。２弹簧

３弧块

４楔块

５外环

图５弧块式低副单向超越离合器

挠性环超越离合器［，］的结构如图６所示。由内

万　

方数据环、挠性环、控制键和外环组成。工作原理：挠性的金属环２包绕在内芯１上，用控制键３来控制离合器的

开合。当外环４为主动件并沿顺时针方向转动时，控制键处于闭合状态，并使挠性环抱紧内芯１，根据挠性

带摩擦原理内芯被带动一起转动。为保证传动的可靠，此时系统应处于自锁状态。当外环４沿逆时针方

向转动时．拨动控制键３使其处于打开状态，挠性环放

松，内外环可分别自由转动。此外，内芯１与外环４之间采用了浮动盘式结构，其问存在挤压油膜，能起到缓冲吸振和均载的作用。它具有（１）效率高，在超越状态时，控制键自动打开，挠性环放松而与内芯脱开，它在工作中不发生楔紧元件的楔紧过程，故控制键的打开力几乎为零；（２）承载能力较大，由于链环与内芯之间为面接触，所以接触应力很低。但是控制键３与内环ｌ和外环４为高副接触容易磨损。

图６挠性环超越离合器

３．３链环式超越离合器

链环式超越离合器旧Ｊ的结构如图７所示。由调整

销１、内芯２、驱动盘３、滚柱４、控制键５和厚壁环６组成。工作原理同挠性环超越离合器。用刚性厚壁环６代替挠性环超越离合器的挠性环，通过更换调整销１来补偿磨损。

３．４扩环超越离合器

扩环超越离合器旧Ｊ的结构如图８所示。由外环１、扩胀环２、控制键３、内环４和调整销５组成。其工作原理同链环式超越离合器。’其差别链环式超越离合器的厚壁环６通过缩小抱住内芯２使驱动盘３与内芯２同步转动，而扩环超越离合器的扩胀环２的胀开与外环１接触使外环１与内环４同步转动。３．５差动双制动块式超越离合器

差动式超越离合器¨０ｊ的结构如图９所示。由双制动块２和５、连杆３、施力杆４、弹簧６和输出轴１组成。其工作原理：当施力杆４顺时针转动时，连杆３和

施力杆４分别与制动块２和制动块５相连接的两个转

动副靠近两个制动块２和５将输出轴１抱住，输出轴

３．２挠性环超越离合器

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机械传动

２００５年

随施力杆４一同顺时针转动；当施力杆４逆时针转动时，则相反两个制动块２和５将输出轴１松开，输出轴１不随同施力杆４逆时针转动，这样施力杆４的摆动变换为输出轴１的单向转动。

３．６楔块式低副单向超越离合器１调

图７链环式超越离合器

ｌ外环２扩胀环

３控制键４内环

５调整销

图８扩环超越离合器

图９差动双制动块式超越离合器

楔块式低副单向超越离合器¨１ｊ的结构如图１０所

示。由内环、楔块、外环、拨盘及拨盘上的拨销等组成。

工作原理：外环３和内环１分别为运动或动力的输入和输出构件，外环３通过拨销４、楔块２支撑起来。当拨盘５相对于内环１顺时针转动时，拨盘５上的拨

万　

方数据销４便拨动楔块２沿外环３相对于内环１顺时针转动，从而楔紧内环１与外环３，使得拨盘５、楔块２、外环３及内环１同步转动。如图１０ａ所示位置。当拨盘５相对于内环１逆时针转动时，拨盘５上的拨销４便拨

动楔块２沿外环３相对于内环１逆时针转动，从而使

楔块２与内环１分离，此时拨盘５、楔块２及外环３同时相对内环１逆时针转动，如图１０ｂ所示。在设计该

楔块式低副单向超越离合器时，由楔块上的拨销孔的

方位保证楔块在楔紧内环与外环及松开内环与外环过

程中，楔块与外环始终构成移动副，这样，一方面，由楔块支撑起外环，另一方面，楔块不能绕拨销转动使楔块松开时不与内环接触。

（ａ）接合状态（ｂ）分离状态

图ｌＯ楔块式低副单向超越离合器

上面这６种新型超越离合器便是近年来，为了改善传统的摩擦式超越离合器的传动性能，国内学者开发创造出的新型超越离合器，为后人们选择和设计出

更好满足传动性能要求的超越离合器提供有益帮助。

、参

考

文

献

申永胜．机械原理教程．北京：清华大学出版社，１９９９天津大学主编．机械原理．北京：人民教育出版社，１９ｒ７９

杨基厚，曲继方，朱恒生．机械原理．北京：机械工业出版社，１９８８徐灏．机械设计手册（第四卷）．北京：机械工业出版社，１９９８周有强．机械无级变速器．北京：机械工业出版社，２００ｌ

曲秀全，车仁炜，孙荆芒等．楔块式低副单向超越离合器．机械传动，２００２，２６（２）：７６～７８

黄靖远，李平林，庄企华等．挠性环面接触式超越离合器的原理与应用．机械工程学报，１９９５，３１（６）：７３～７７

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．中国机械工程，１９９７，８（１）：１０８～１１０

古纯效，任家俊，古辉．一种新型的扩环式单向超越离合器．工程设计，１９９７，（３）：４２～４３

ｍ

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．中国机械工程，２００２，１３（５）：３６ｌ～３６３

“曲秀全，陆念力，戴恒震．一种新型楔块式低副单向超越离合器．机械工程学报，２００４，４０（１）：１９５～１９８

收稿日期：２００４０３１９

作者简介：曲秀全（１９６６一），男，山东牟平人，博士生，副教授

７

８

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超越离合器综述

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

曲秀全， 陆念力， 车仁炜

哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江,哈尔滨,150006机械传动

JOURNAL OF MECHANICAL TRANSMISSION2005,29(1)7次

参考文献(11条)

1.申永胜 机械原理教程 19992.天津大学 机械原理 1979

3.杨基厚;曲继方;朱恒生 机械原理 19884.徐灏 机械设计手册 19985.周有强 机械无级变速器 2001

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8.黄靖远;张浩;王序云 链环式超越离合器的工作原理和物理本质[期刊论文]-中国机械工程 1997(01)9.古纯效;任家俊;古辉 一种新型的扩环式单向超越离合器[期刊论文]-工程设计 1997(03)

10.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[期刊论文]-中国机械工程 2002(05)11.曲秀全;陆念力;戴恒震 一种新型楔块式低副单向超越离合器[期刊论文]-机械工程学报 2004(01)

本文读者也读过(10条)

1. 曲秀全.陆念力.戴恒震 一种新型楔块式低副单向超越离合器[期刊论文]-机械工程学报2004,40(1)

2. 孙吉平.高志.黄靖远.张济政.黄华星.权英华 链环式超越离合器自锁条件及数学模型[期刊论文]-清华大学学报(自然科学版)2003,43(8)

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4. 黄华星.刘莹.权英华.黄靖远.Huang Huaxing.Liu Ying.Quan Yinghua.Huang Jingyuan 超越离合器自锁本质辨析[期刊论文]-机械传动2007,31(1)

5. 顾俊.严宏志.朱自冰.杨振蓉.蒋燕英.GU Jun.YAN Hong-zhi.ZHU Zi-bing.YANG Zhen-rong.JIANG Yan-ying 斜撑式超越离合器楔块的曲线拟合及寿命预测[期刊论文]-现代制造工程2009(3)

6. 朱春梅.孔炜.朱自成.孔庆堂 楔块式超越离合器的特点及其应用[期刊论文]-通用机械2003(4)

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8. 李强.皮智谋.朱岱力.罗永新.LI Qiang.PI Zhi-mou.ZHU Dai-li.LOU Rong-xing 楔块式超越离合器接触应力有限元分析[期刊论文]-机械工程师2009(6)

9. 张济政.权英华.孙吉平.黄华星.黄靖远 超越离合器的发展现状及趋势[会议论文]-200210. 何为 超越离合器内星轮对数螺旋楔合面的设计[期刊论文]-苏州大学学报(工科版)2002,22(5)

引证文献(7条)

1.李强.皮智谋.朱岱力.罗永新 楔块式超越离合器接触应力有限元分析[期刊论文]-机械工程师 2009(6)2.林辉 楔形超越离合器的力学模型[期刊论文]-机械工程师 2012(5)

3.刘家儒.尹玉军.尹晓春.唐香珺 全气动步兵武器表层自动喷涂机设计[期刊论文]-军械工程学院学报 2013(2)4.管文 拖拉机离合器的发展与研究[期刊论文]-农机化研究 2008(1)5.管文 拖拉机离合器的结构与分析[期刊论文]-潍坊学院学报 2008(6)

6.周曰文 KM-650型拖拉机离合器设计与研究[期刊论文]-农业装备与车辆工程 2008(1)

7.曲秀全.薛渊.张广芸.王树春 一种双楔块低副单向超越离合器[期刊论文]-哈尔滨工业大学学报 2007(1)

本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jxcd200501024.aspx

第２９卷第１期

文章编号：１００４—２５３９（２００５）Ｏ】一００６９—０４

超越离合器综述

超越离合器综述

（哈尔滨工业大学机电工程学院，

黑龙江哈尔滨１５０００６）

曲秀全Ｊ辐念力车仁炜

摘要为了提高棘轮机构的传动性能，从机械原理和机械设计结构说明棘轮机构的演化发展过程。对为了改善传统的摩擦式超越离合器的传动性能，近年来国内学者开发创造出的新型超越离合器的结构和工作原理作了相应介绍。目的是为选择和设计出更好满足传动性能要求的超越离合器提供有益帮

助和借鉴。

关键词棘轮机构超越离合器

动程只能作有级调节；棘爪在齿背上的滑行易引起噪声、冲击和磨损，故不宜用于高速场合。

引言

本文从棘轮机构的演化发展过程出发，以机构的

为了改善齿式棘轮机构的缺点，便有了分别对应

图１的图２所示的摩擦式棘轮机构。它以偏心扇形楔

工作原理和机械结构相结合，以改善超越离合器的工

作性能为宗旨，叙述了超越离合器的发展过程及现有的一些新型超越离合器的结构形式、工作原理和特点，

块代替齿式棘轮机构中的棘爪，以无齿摩擦轮代替棘轮。它的特点是传动平稳、无噪声；动程可无级凋节。因靠摩擦力传动，会出现打滑现象，打滑一方面可起超载保护作用，另一方面使得传动精度不高。适用于低

速轻载的场合。

轮

为了解和使用超越离合器提供有益的帮助。

１棘轮机构的演化

棘轮机构是间歇运动机构中的一种。早期的棘轮机构是齿式棘轮机构，它有外啮合齿式棘轮机构和内啮合齿式棘轮机构，分别如图１所示。它主要由棘轮、

主动棘爪、止回棘爪和机架组成。

ｌ摆

（ａ）外摩擦棘轮机构（ｂ）内摩擦棘轮机构

图２摩操式棘轮机构

４止回棘

从齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构的工作原理来

（ａ）外齿式棘轮机构

（ｂ）内齿式棘轮机构

看，齿式棘轮机构是通过棘爪和棘轮的啮合来工作的。

摩擦式棘轮机构是通过偏心扇形楔块和摩擦轮的摩擦来工作的，通过仔细观察图２主动偏心扇形楔块与摆杆的转动副和摩擦轮之问楔入主动偏心扇形楔块，因此主动偏心扇形楔块的形状和尺寸应满足楔块的自锁条件，所以摩擦式棘轮机构的摩擦轮的间歇运动工作过程实质是主动偏心扇形楔块和止动偏心扇形楔块交替自锁和解锁过程。为了提高摩擦式棘轮机构的承载能力、减小溜滑角，进一步改善摩擦式棘轮机构的结构，产生了如图３所示星轮式棘轮机构。由于它主要用于超越离合方面，因此称为星轮式超越离合器。

图ｌ齿式棘轮机构

内棘轮机构和外棘轮机构的工作原理是相同的，我们以外棘轮机构来说明其工作过程：当主动摆杆１

顺时针摆动时，摆杆上铰接的主动棘爪２插入棘轮３

的齿内，推动棘轮同向转动一定角度；当主动摆杆逆时针摆动时，止回棘爪４阻止棘轮反向转动，此时主动棘

爪在棘轮的齿背上滑回原位，棘轮静止不动；从而实现将主动件的往复摆动转换为从动棘轮的单向问歇转动。为保证棘爪工作可靠，常利用弹簧使棘爪紧压齿面。齿式棘轮机构其优点为结构简单、制造方便；转角

准确、运动可靠；动程可在较大范围内调节。其缺点是

从图３可以看出星轮的工作面与外环或内环形成

楔形空间，滚柱应在该楔形空问内满足自锁条件，其工

万方数据　

７０

机械传动

２００５年

作过程同摩擦式棘轮机构一样，星轮式超越离合器的接合与分离是滚柱的自锁和解锁过程。增加滚柱的数量也就提高了承载能力。同时，该超越离合器可以用于高速场合。

另一种改善摩擦式棘轮机构的结构如图４所示。

（ａ）内星轮滚柱式超越离合器（ｂ）外星轮滚柱式超越离合器

图３星轮滚柱式超越离合器

２弹

１内

（ａ）楔块式超越离合器

２弹

１内

（ｂ）改进楔块式超越离合器

图４楔块式超越离合器

称为异型辊式摩擦棘轮机构，３为异型辊也称为楔块，因此该机构又称为楔块式超越离合器。楔块在内外环之间，弹簧２使楔块保持与内外环接触，提供起始摩擦

力，楔块的形状和几何尺寸应能保证在内外环之间自

锁并能解锁。因此楔块的形状可以采取多种形式。从图４ａ中可以看出楔块３与内外环以高副接触，同时，楔块３与内环１的接触应力远大于楔块３与外环４的接触应力，为了改善受力情况，将图４ａ改为图４ｂ的楔块３与内环１以低副联接。

对于楔块式超越离合器，可以通过增加楔块的数

目，传递更大的载荷；采用更小具有自锁的异型楔块，

可以使结构尺寸更紧凑；且内外环都为圆柱工作表面，容易保证加工精度。因此多用于实现机构的进给和运

万　

方数据动的传递及动力的传递。目前，对于星轮滚柱式超越离合器和楔块式超越离合器国内都已产品系列化了。

为了进一步改善超越离合器的传动性能和特殊用途要求，国内一些学者们进行了有益的探索性工作。

２超越离合器的应用及性能要求

作为棘轮机构，在工程实际中主要功能有：１）问歇送进；２）制动；３）转位、分度；４）超越离合。而对于两类齿式棘轮机构和摩擦式棘轮机构由于各自的特点决定了齿式棘轮机构主要用于间歇送进、制动、转位、分度；摩擦式棘轮机构主要用于超越离合。

而作为超越离合器其用途为

（１）变换速度在运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在一个转动方向传递转矩，而在相反方向转矩作用下则空转；

（３）间歇运动通过双向超越离合器和单向超越

离合器的适当组合，可以实现从动部分作某种规律的

问歇运动。

其中作为超越离合器的重要应用产品——机械脉动式无级变速器，从功能上它由两部分组成，输入机构

主要有平面连杆机构、凸轮机构、组合机构（连杆齿轮、凸轮连杆、连杆凸轮齿轮等）；输出机构就是超越离合器。输入机构实现将原动机的旋转运动到摆动的运动变换，输出机构实现将摆动的运动方式变换为单向脉动运动方式输出，通过改变摆角的大小实现无级变速。

而作为输出机构的超越离合器是动力链中的薄弱环

节，其承载能力和抗冲击能力相对较低，直接制约了脉

动无级变速器传递动力的能力。因此，超越离合器的

性能直接影响机械脉动式无级变速器产品的性能，它

对超越离合器提出了更高的要求。

对超越离台器的基本要求如下【５ｊ（１）开合特性

离合器在楔入和去楔过程中应

灵敏可靠，楔人和去楔时所需的力要小。良好的开合

特性是离合器可以适应高的开合次数的基础。

（２）溜滑角

溜滑角是楔紧元件从开始楔人到

完全楔合的过程中，外环与内环之间的相对转角。溜滑角小则表示楔合动作迅速灵敏，超越离合器的运动

精确度高。因此，溜滑角是影响离合器运动和动力响应特性的一个重要因素。通常滚柱式超越离合器的溜滑角不超过２０，而楔块式超越离合器的溜滑角约在２０～７０之间，所以对动作精确性的要求较高时，宜选用滚柱式超越离合器。

（３）自动补偿磨损能力离合器经过跑合和工

作磨损后，应仍能保持自锁状态和良好的开合特性。

第２９卷第１期超越离合器综述

７１

（４）承载能力目前，摩擦式超越离合器的承载能力较小是制约脉动无级变速器扩大其功率范围的主要因素。影响承载能力的因素除了前面提到的楔角以外，还有受力处接触面的形状以及材料的强度。通过修正楔紧元件、外环和内环的工作面形状，可以提高

接触处表面形状的综合曲率半径，甚至可以将点（或

线）接触转变为面接触，从而降低接触应力，提高承载能力。采用优质材料和优化的热处理工艺，可以增大材料的许用接触应力，也可以提高承载能力。此外，开发创造新型的超越离合器也可以为提高承载能力开辟新的途径。

（５）效率

摩擦式超越离合器的能量损耗主要

发生在超越行程中。此时外环与内环处于相对滑动状态，而楔紧元件在压力弹簧的作用下始终与外环和内环保持接触，由此产生大量的摩擦热。此外，在楔入和去楔过程中也会消耗一些能量。由于摩擦式超越离合器的效率较低，因此直接影响了脉动无级变速器的应用与发展。

面对超越离合器应用中的上述要求，国内学者作了大量的工作，提出了一些改进和发明新型的超越离合器。

３新型超越离合器

下面就国内学者提出了一些改进和发明新型的超越离合器作一介绍。

３．１弧块式低副单向超越离合器

为了进一步提高图４ｂ楔块式单向超越离合器的承载力，开发了弧块式低副单向超越离合器＿６Ｊ。其结构如图５所示，在外环５和楔块４之间增加了弧块３，这样使得图４ｂ的楔块３与外环４的高副接触变为图５的外环５与弧块３的低副接触及弧块３与楔块４的低副接触，因此弧块式低副单向超越离合器所有构件的联接都为低副，承载能力得到了提高。２弹簧

３弧块

４楔块

５外环

图５弧块式低副单向超越离合器

挠性环超越离合器［，］的结构如图６所示。由内

万　

方数据环、挠性环、控制键和外环组成。工作原理：挠性的金属环２包绕在内芯１上，用控制键３来控制离合器的

开合。当外环４为主动件并沿顺时针方向转动时，控制键处于闭合状态，并使挠性环抱紧内芯１，根据挠性

带摩擦原理内芯被带动一起转动。为保证传动的可靠，此时系统应处于自锁状态。当外环４沿逆时针方

向转动时．拨动控制键３使其处于打开状态，挠性环放

松，内外环可分别自由转动。此外，内芯１与外环４之间采用了浮动盘式结构，其问存在挤压油膜，能起到缓冲吸振和均载的作用。它具有（１）效率高，在超越状态时，控制键自动打开，挠性环放松而与内芯脱开，它在工作中不发生楔紧元件的楔紧过程，故控制键的打开力几乎为零；（２）承载能力较大，由于链环与内芯之间为面接触，所以接触应力很低。但是控制键３与内环ｌ和外环４为高副接触容易磨损。

图６挠性环超越离合器

３．３链环式超越离合器

链环式超越离合器旧Ｊ的结构如图７所示。由调整

销１、内芯２、驱动盘３、滚柱４、控制键５和厚壁环６组成。工作原理同挠性环超越离合器。用刚性厚壁环６代替挠性环超越离合器的挠性环，通过更换调整销１来补偿磨损。

３．４扩环超越离合器

扩环超越离合器旧Ｊ的结构如图８所示。由外环１、扩胀环２、控制键３、内环４和调整销５组成。其工作原理同链环式超越离合器。’其差别链环式超越离合器的厚壁环６通过缩小抱住内芯２使驱动盘３与内芯２同步转动，而扩环超越离合器的扩胀环２的胀开与外环１接触使外环１与内环４同步转动。３．５差动双制动块式超越离合器

差动式超越离合器¨０ｊ的结构如图９所示。由双制动块２和５、连杆３、施力杆４、弹簧６和输出轴１组成。其工作原理：当施力杆４顺时针转动时，连杆３和

施力杆４分别与制动块２和制动块５相连接的两个转

动副靠近两个制动块２和５将输出轴１抱住，输出轴

３．２挠性环超越离合器

７２

机械传动

２００５年

随施力杆４一同顺时针转动；当施力杆４逆时针转动时，则相反两个制动块２和５将输出轴１松开，输出轴１不随同施力杆４逆时针转动，这样施力杆４的摆动变换为输出轴１的单向转动。

３．６楔块式低副单向超越离合器１调

图７链环式超越离合器

ｌ外环２扩胀环

３控制键４内环

５调整销

图８扩环超越离合器

图９差动双制动块式超越离合器

楔块式低副单向超越离合器¨１ｊ的结构如图１０所

示。由内环、楔块、外环、拨盘及拨盘上的拨销等组成。

工作原理：外环３和内环１分别为运动或动力的输入和输出构件，外环３通过拨销４、楔块２支撑起来。当拨盘５相对于内环１顺时针转动时，拨盘５上的拨

万　

方数据销４便拨动楔块２沿外环３相对于内环１顺时针转动，从而楔紧内环１与外环３，使得拨盘５、楔块２、外环３及内环１同步转动。如图１０ａ所示位置。当拨盘５相对于内环１逆时针转动时，拨盘５上的拨销４便拨

动楔块２沿外环３相对于内环１逆时针转动，从而使

楔块２与内环１分离，此时拨盘５、楔块２及外环３同时相对内环１逆时针转动，如图１０ｂ所示。在设计该

楔块式低副单向超越离合器时，由楔块上的拨销孔的

方位保证楔块在楔紧内环与外环及松开内环与外环过

程中，楔块与外环始终构成移动副，这样，一方面，由楔块支撑起外环，另一方面，楔块不能绕拨销转动使楔块松开时不与内环接触。

（ａ）接合状态（ｂ）分离状态

图ｌＯ楔块式低副单向超越离合器

上面这６种新型超越离合器便是近年来，为了改善传统的摩擦式超越离合器的传动性能，国内学者开发创造出的新型超越离合器，为后人们选择和设计出

更好满足传动性能要求的超越离合器提供有益帮助。

、参

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文

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收稿日期：２００４０３１９

作者简介：曲秀全（１９６６一），男，山东牟平人，博士生，副教授

７

８

９

超越离合器综述

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

曲秀全， 陆念力， 车仁炜

哈尔滨工业大学机电工程学院,黑龙江,哈尔滨,150006机械传动

JOURNAL OF MECHANICAL TRANSMISSION2005,29(1)7次

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