单向离合器

单向离合器是由外座圈，内座圈、保持架、楔块等组成。当内座圈固定时，外座圈顺时针方向转动楔块不锁止，外座圈可自由转动；当外座圈逆时针转动时，楔块锁止，外座圈不能转动。保持架的作用是使楔块总是朝着锁止外座圈的方向略微倾斜，以加强楔块的锁止功能。

运动方式

单向离合器有两种运动方式：

• 扭矩传递或称接合；

• 空转或称超越；

设备功能

单向离合器具备以下功能：

a　超越离合器

当单向离合器的动力输出部分（内环或外环）转速比动力源（外环或内环）还快时，离合器处于解脱状态，内外环没有任何连动关系，此谓单向离合器的单向超越功能。

b　定位离合器

将直线往复运动转换成旋转轴的圆周步进运动，此谓单向离合器的分度功能。

c　逆止离合器

将单向离合器用于物料输送设备（如皮带输送机、斗式提升机等），以防止设备在无动力源时倒退或反转。此谓单向离合器的单向逆止功能。

设备分类

单向离合器的作用是使某元件只能按一定的方向旋转，在另一个方向上锁止。

可分为滚子式单向离合器和楔块式单向离合器两种类型。

一般来说，前者使用得更为普遍一些。当然，在自动变速器中，单向离合器的使用还不仅仅局限于执行机构，例如，在液力变矩器的导轮支承处，也采用了单向离合器。

单向离合器俗称单向轴承，也是仅能单一方向（顺时针方向或逆时针方向）传动的机械传动基础件。

当动力源驱动被动元件时只能单一方向传动，若动力源转变方向时，（如顺时针变为逆时针方向），被动元 件则会自动脱离不产生任何动力传送的功能。

具体有一下4种类别：

1、逆止器

2、超越离合器

3、定位离合器

4、传递扭矩式离合器

换挡特性影响

图1 可控单向离合器的两种工作模式

可控型单向离合器（Selectable One-way Clutch，简称SOC）是指一类可受控于使能（接合）或失能（超 越）模式下的单向离合器．由于滚柱式单向离合器工艺成熟、工作可靠，因此本文试制了一种滚柱式可控单向离合器，主要包括外圈、内圈、滚柱、弹簧、拨爪及带有控制销的拨叉环等，实物照片如图1所示．

由图1（a）可见，当滚柱被拨爪限制在其运动轨道较宽的位置时，滚柱无法将内圈的扭矩传递至外圈，此时内、外圈没有联动关系，单向离合器处于失能状态．由图1（b）可见，当滚柱拨爪限制时，单向离合器可根据内、外圈的相对旋转方向自动实现接合或超越，单向离合器处于使能状态．

图2　传动原型结构示意图

研究单向离合器直接接合时产生冲击的极端工况，构造图2所示的传动原型，该传动原型是由两个可控型单向离合器和两对齿轮副组成的两挡变速器．其中，SOC1，SOC2分别代表两个可控单向离合器．由图2可见， SOC1，SOC2的内圈均与输入轴相连，外圈分别与一挡主动齿轮、二挡主动齿轮相连，一、二挡从动齿轮均与输出轴相连．

当该原型机在一挡工作时，SOC1接合，SOC2被控于失能状态，动力经一挡齿轮副输出．设此时输入轴的转速为v，一挡传动比为i，则输出轴的转速

为：

（1）

由于一、二挡从动齿轮的转速与输出轴的转速相等，且一、二挡齿轮副均为常啮合齿轮副，则此时二挡主动齿轮的转速v可由输出轴的转速和二挡传动比i计算得到：

（2）

由于ii，故

，即在一挡工作时，二挡单向离合器内圈的转速（与输入轴的转速相等）高于外圈的转速（与二挡主动齿轮的转速相等）．此时，若控制二挡单向离合器进入使能状态，SOC2将接合，SOC1将超越，动力将会由一挡切换至二挡输出．当在二挡工作时，设输入轴的转速为v′，则输出轴转速v′为：

（3）

此时一挡主动齿轮的转速v′为：

（4）

可见SOC1内圈的转速低于外圈的转速，因此，SOC1处于超越状态．此时，若控制SOC2进入失能状态，动力将无法通过二挡齿轮副传至负载．此时处于空挡，输入轴的转速将快速升高并超过

，从而SOC1由超越变为接合，动力将由二挡切换至一挡输出。

设备接触摩

多体接触型单向离合器与常见的滚柱式定向离合器不同，是通过多个接触体与外圈和内圈的接触摩擦，实现两轴间定向转动和动力传递的机械装置，具有承载性能好、精度高、寿命长等特点，特别适用于防止逆转的机械传动中，已在汽车、航天等机器传动中得到应用。随着汽车等运载机械的快速发展和使用条件的提高，对这种离合器的设计和使用提出了更高的要求。本文作者依据弹性理论和有限元方法对该离合器摩擦锁紧特性和摩擦锁紧中接触体和内外轮的接触特性及承载性能进行研究分析，探讨多体接触型单向离合器的摩擦[及承载特性，为设计和工程应用提供可靠依据。

如图3所示的单向离合器是由内部的多个接触体与内外圈轨道面相接触形成摩擦锁紧而进行工作的，因离合器 是靠摩擦体和内外圈的摩擦啮合来传递运动和动力的，所以接触面的几何形状和接触状态对传动特性有很大的影响。从离合器整体来看，有n个接触体，每个接触体在传动过程中都要同时与内外圈接触，一般情况下各个接触体与内外圈的接触状态和传递的载荷是相同的，因此可以取任意一接触副对该离合器的摩擦学和承载接触特性进行分析。

摩擦锁紧分析：

图4　接触体和内 外圈的关系

图4表示离合器的内外圈和接触体的几何和力学关系。若设内外圈和接触体接触的法线的夹角为α，内外圈的轨道半径为R 和R，接触体接触点的曲率半径为R和R ，接触体的接触点的曲率中心O 和O之间的距离为e，接触体与外圈和内圈的两接触点C和C 的距离为L ，上下接触处的楔角为θ， β，根据所传递力矩的平衡条件

(阻 力矩) 和几何关系有：

(1)

(2)

若给定传递力矩T，既可由方程(1)， (2) 解出两接触点的摩擦力

和F，若给出材料的摩擦因数f ， f也可求得接触点的法向压力N和N ，由此不难得知接触体与内圈的压力大于外圈。另外，由图2并根据几何关系有：

(3)

(4)

(5)