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楔块超越离合器用异形楔块代替滚柱作为楔紧件，是用楔块和内、外滚道组成摩擦副的一种离合器。当内环、外环与楔块间无相对运动，转向相同，转速相等黑暗，才能传递转矩，否则均为相对滑动，这种不传速转矩的滑动状态称为超越。
楔块超越离合器滚道形状主要有两种：内、外环滚道均为圆形和将内环加工出若干凹圆槽，如下图所示。
楔块形状有拳形、腰形、桃形、鞋形等多种。杆块的工作面以偏心圆柱面应用最多，因圆柱面加工工艺简单。但是这种楔块与内、外环的接触线固定不变，接触外会形成凹痕而改变楔角的大小，影响工作的稳定性和使用寿命脉，甚至会在过载时引起楔块转导致离合器失效。
有的楔块，一端是偏心圆柱，一端是圆形。内环凸圆柱面上开出凹圆槽可降低与楔块的接触应力，提高承载能力，延长使用寿命，但因结构限制，楔块数量较少。有的内外环工作面均为完整的圆柱面，而楔块两端的工作面均为对数螺旋面。该曲面上任意一点的楔角均为定值，故又称为等角螺旋面。当元件尺寸和接触点改变时，楔角仍为常数，即不受制造误差和磨损的影响，因此工作性能稳定和使用较长。
楔块超越离合器主要有基本型、无内环型和带轴承型。其连接形式分为键连接、齿轮连接、带轮连接、链轮连接、螺栓连接等。
如下图（a）所示是CKA型（基本型）的单向楔块超越离合器的结构，它由外环、内环、楔块、滚柱、弹簧、端盖、挡圈等组成。它是由于在内环和外环滚道间放置一定数量的异型偏心楔块，使其沿某一方向回转时可以传递转矩，而沿另一方向回转时具有空转的超越功能，适用于极限转速为800～2500r·min－1,公称转矩为31.5～4500N·m。
如下图（b）所示为CKZ型带轴承型楔块离合器的结构，它与CKA型楔块离合器相似，两端装有轴承起支撑作用，可承受轴向和径向负荷。适用于极限转速为600～1500r·min-1,公称转矩为180～8000N·m场合应用。
如下图（c）所示为CKB型（B200系列）无内环无轴承支承的楔块离合器的结构，它由外环、楔块、弹簧及端盖等构成。它与基本型的区别是将轴直接安装在离合器中，所以与离合器连接轴的硬度应达到50～60HRC，离合器两端应用轴承固定，从而保证轴与连接离合器外环的机壳孔的同轴度小于0.05mm，并可以承受径向及轴向负荷。
CKA型（基本型）单向楔块超越离合器基本参数和主要尺寸
|
型号 |
代号 |
公称转矩
Tn/N·m |
超越极根转速
n/r·min-1 |
外环/mm |
内环/mm |
质量
m/kg | ||||
|
D(h7) |
键槽
bt |
L |
d(h7) |
键槽
b1t1 |
L | |||||
|
CKA1
CKA2
CKA3
CKA4
CKA5
CDA6
CDA7
CKA8
CKA9
CKA10 |
CKA50×24-12
CKA55×24-18
CKA60×24-20
CKA63×26-25
CKA63×32-25
CKA70×32-25
CKA70×32-28
CKA80×32-30
CKA80×32-30
CKA100×34-35
CKA100×38-38
CKA100×34-40
CKA110×34-40
CKA110×34-40
CKA130×38-50
CKA130×38-50
CKA140×55-50
CKA140×55-55
CKA160×55-55
CKA160×55-60
CKA170×55-60
CKA170×55-65
CKA180×55-60
CKA180×55-65
CKA200×55-65
CKA200×55-70 |
31.5
50
63
100
140
180
180
200
200
315
315
315
400
400
630
630
1250
1250
2000
2000
2240
2240
2500
2500
2800
2800 |
2500
2250
2000
1800
1800
1500
1500
1500
1500
1250
1250
1250
1000
1000
1000
1000
800
800
800
800
800
800
800
800
800
800 |
50
55
60
63
63
70
70
80
80
100
100
100
100
110
130
130
140
140
160
160
170
170
180
180
200
200 |
31.8
4×2.5
6×3.5
6×3.5
6×3.5
8×4.0
8×4.0
8×4.0
8×4.0
10×5.0
10×5.0
10×5.0
10×5.0
10×5.0
14×5.5
14×5.5
10×5.5
16×6.0
16×6.0
16×6.0
18×7.0
18×7.0
18×7.0
18×7.0
18×7.0
20×7.5 |
22
22
24
24
24
30
30
30
30
32
32
32
32
36
36
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52
52 |
12
18
20
25
25
25
28
25
30
35
38
40
35
40
45
50
50
55
55
55
60
65
60
65
65
70 |
3×1.4
4×1.8
6×2.8
6×2.8
6×2.8
8×3.3
8×3.3
8×3.3
8×3.3
8×3.3
10×3.3
10×3.3
10×3.3
10×3.3
14×3.8
14×3.8
14×3.8
16×4.3
16×4.3
16×4.3
18×4.4
18×4.4
18×4.4
18×4.4
18×4.4
20×4.9 |
24
24
24
26
32
32
32
32
32
32
34
34
34
34
38
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55
55 |
0.24
0.28
0.33
0.38
0.48
0.63
0.60
0.90
0.87
1.34
1.28
1.20
1.81
1.94
3.11
3.02
5.27
5.10
6.96
6.78
7.80
7.61
8.87
8.69
11.02
10.82 |
CKB型楔块式超越离合器基本参数和主要尺寸/mm
|
型号 |
代号 |
最大
转矩
/N·m |
最高超转越
速/r·mm-1 |
最高
频率
/次·m-1 |
宽度
L(0-0.06) |
外环
直径
D（H7） |
轴径
d(0-0.25) |
外环键槽
宽×深
（bt） |
径向支撑
轴承
GB276-1982 |
质量
m/kg | |
|
内环 |
外环 | ||||||||||
|
B203
B204
B205
206
207
208
209
210
211
212
213
214 |
40×25-16
47×25-18
52×25-23
62×28-32
72×28-42
80×32-46
85×32-46
90×32-56
100×42-56
110×42-70
120×42-70
125×42-79 |
60
100
150
300
450
480
500
550
784
1230
1230
1390 |
2400
2400
1800
1800
1800
1800
1800
1200
1200
1200
1200
1000 |
500
500
400
350
300
200
200
200
200
180
180
180 |
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150
150 |
25.0
25.0
25.0
28.0
28.0
32.0
32.0
32.0
42.0
42.0
42.0
42.0 |
40
47
52
62
72
80
85
90
100
110
120
125 |
16.510
18.796
23.622
32.766
42.088
46.761
46.761
56.109
56.109
70.029
70.029
79.356 |
4×2.5
5×3
5×3
7×4
7×4
10×4.5
10×4.5
10×4.5
10×4.5
10×4.5
10×4.5
12×4.5 |
6203
6204
6205
6206
6207
6208
6209
6210
6211
6212
6213
6214 |
0.23
0.34
0.45
0.68
0.80
0.91
0.95
1.00
1.40
1.80
2.30
2.40 |
如下图所示为CKF型非接触式楔块超越离合器的结构，它由外环、内环、楔块、固定挡环、端盖、轴承和挡圈等级组成。其基本参数和主要尺寸见下表。
CKF型非接触式楔块超越
|
型号 |
公称
转矩
Tn·m |
最小非
接触转
nf |
最高转速
n/r·min-1 |
外环 |
内环 |
质量
m/kg | |||||
|
D
（H8） |
两端各螺纹孔数
-直径×深n-M×H |
分布
直径D1 |
宽L
（js7） |
内径
d(E7) |
键槽
b1t1 |
宽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 |
在低速运行时，楔块在弹簧作用下与内环保持接触，当超越转速达到某一极限值时，偏心楔块的离心力矩克服弹簧和其他阻力矩，使楔块径向与骨环工作面脱开，形成一个微小间隙，从而避免了摩擦与摩损，离合器实现非接触工作。这时，离合器不发热，阻尼力矩小。曾对不同规格的CKF型非接触楔块超越离合器的运行过程温升、阻力及功率损耗进行了测试，现将型号为CKF175×130－15的非接触式楔块超越离合器的测试结果列入下表中，并绘成下图。
CKF175×130-35非接触式楔块超越离合器测试结果
|
测试条件 |
模拟工况1500r·min-1自由运转，测定时间间隔60min,测试议表715型半导体温度计。
LE：30转速表，测力L=77.5mm,测试时间：8：00～18：00，每隔60min测一次 | ||||||||||
|
测量序号 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
环境温度/℃
机壳表面温度/℃
机壳温升/℃
弹簧测阻力/N
阻力矩/N·m
损耗功率/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 |
如上图所示这种离合器在自由运转时，温升、阻力和功率损耗的一般规律：温升随着自由运转时间的增加而随看升高，其阻力和功率损耗则随之减少；但当运转一定时间后，温知、阻力和功率损耗都随着运行时间的增加而都趋向一个相对稳定值的水平。
非接触及超越离合原理
非接触式楔块超越离合器使用时将内环安装在主机高速轴伸上，用键和轴伸连接。外环套装在内环的两个轴承上，并由螺钉与两个端盖紧固在一起。内环工作面与外环之间的滚道装有由若干个楔块、轭板和挡销组成的楔块装置，复位扭簧分别套在楔块两端圆柱上，扭簧的一端插入楔块端面的小孔中，另一端靠在挡销上，固定挡挡环将内环和楔块状置连在一起，外环通过螺钉与法兰连接。
当主机启动后，高速驱动装置轴伸将带动内环和楔块装置在一起旋转，旋转时产生离心力，对楔块的支承点形成一个转矩，其方向与扭簧施加给楔块的转矩相反，有使楔块与外环脱离接触的趋势，但是，当楔块离心力产生的转矩不足以克服扭簧施加给楔块的转矩，楔块是与内环工作面互相接触的，它与外环产生相对滑动摩擦。随着轴伸转速提高，楔块离心力迅速增加，当内环转速达到或超过离合器的最小非接触转速时，楔块离心力产生的转矩增加到大于扭簧施加给楔块的转矩，由于楔块的特殊结构形状，这样就迫使使楔块在轭板支承孔中偏转而与外环脱离接触，并贴在挡销上，由此实现离俣器无摩擦的非接触运转，这时不再带动从动部分运转。如下图所示为楔块超越离合器接触运转的楔块位置。
当外环1主动时，n1=n5时，离合器接合；n1<n5时，离合器超越，而且内环转速n5大于非接触转速。当内环5主动时，-n5=-n1时，离合器接合，|-n5|<|-n1| 时，离合器超越。因此，超越离合器正常的工作过程是：超越→自动楔入→夹紧状态（接合）→自动脱开→超越。
双向超越离合器—端的孔接主动轴，另一端的孔接从动轴。当外环固定不动时，主动轴顺时针或逆时针方向转动时，从动轴也同步转动；当从动轴受外加力矩的作用时，顺时针或逆时针向都不能转动。如下图所示为一类带拔爪的楔块式双向超越离合器的结构。它由外环、楔块、拨爪、预紧弹簧、内环等组成。当外环固定，带有四个拨爪的拨叉与主动轴固连，内环与从动轴相连，拨爪两侧的楔块并带动内环和从动轴作同方向转动，反之当拨爪（主动轴）逆时针方向转动时，从动轴亦逆时针方向转动。总之，当主动轴带动拨爪转动时，左右侧楔块与外环都不会楔紧，呈松转（滑动）状态。但是，当从动轴（内环）在负载作用下有顺或逆时针两个方向转动的趋势，因外环固定，拨爪左或右侧的或右侧的楔块楔紧对轴呈制动状态。
楔块式与滚柱式超越离合器由于内、外环间的滚道形状及滚道间放置的楔紧元件不同，从二者的对比中可看出其主要待点。
①楔块离合器中放置的楔块数量多，楔块与滚道接触的圆弧面之当量曲率半径大于滚柱者，即楔块与滚道接触面积大，楔块数量多，总的承载能力比滚柱式的高5-10倍。
②楔块式离合器自锁性能可靠，反向解脱轻便。
③楔块式离合器的楔块由于不能自由转动，从而使得楔块与内，外滚道的接触部位仅局限在一小段工作圆弧上，不像滚柱能随时变换，容易磨成小平面。但因传递转矩时楔块式比滚柱式离合器直径小，圆周速度低而且楔块数量多，因而使楔块摩损量减速少，使用寿命长。
④固定元件选择通常选择外环，内环空转时工作表面的圆周速低，减小空转时的摩损。
⑤楔块离合器的内外滚道均为圆柱面，楔块可采用特殊工艺加工，加工工艺性好，适于批量生产。
总之，对设计楔块离合器的基本是接合平稳、动作准确、单向自锁可靠、反向解脱轻便、结构紧凑、外形尺寸、质量轻；安装简单、维修方便；散热好、耐磨损、承载能力大和使命长。
楔块超越离合器是机电一体化的机械传动基础件，由于它本身能自动结合和脱开，自锁可靠，解脱轻便；结构紧凑，承载能力大；能简化传动结构，维修方便等优良性能和使用效果，故在机床、包装机械、印刷机械、冶金机械、石化机械、矿山机械、通用机械、纺织机械、食品机械、起重运输机械、减速机、发电机设备及各种试验台的机械传动等系统中，其主要可实现如下的功能。
①超越离合器当离合器的动力输出部分转速高于动力源时，离合器处解脱状态，骨外环没有任何运动关系，称为离合器的单向超越功能。
②止离合器由于单向离合器只能单方向的传输矩，另一方向为空转，故常用于防止工件在无动力源时之倒退或反转动作，称为离合器的单向逆止功能。
③定位离合器将直线往复运动转换成旋转轴的圆周步进定位动作。
应用示例 冲床及剪床连杆传动的滚轮式送料机；包装机的定位送料；印刷机的定位送料；旋转工作台角度定位；组合机的定位送料等功能。
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