第二节 超越离合器的维修
超越离合器是一种靠主、从动件的相对运动速度变化或回转方向的变换自动结合或脱开的离合器。当两个运动同时输入时不会发生干涉现象。按工作原理，超越离合器分为嵌合式和摩擦式两种。
超越离合器的用途如下：
1）变换速度。在运动链不脱开的情况下，可使从动件获得快、慢两种速度。
2）变换速度和方向。依靠两条运动链的速度和方向，可使从动件获得正反、快慢的不同输出。
3）间歇运动。单向超越离合器在一个转动方向上传递转矩，在另一方向上主动件空转，从动件不转。
4）防止逆转，反向自锁。
一、常见超越离合器的类型和性能比较
表2-2中的文字说明比较全面地描述了各类超越离合器的主、从动件的运动关系、特点及应用。在应用举例中，主要列举了其在机床中的应用，其他领域没有涉及。
表2-2 常见超越离合器的类型、性能和应用举例
（续）
现在，超越离合器已经通用化、系列化了。我国已有专业厂家生产各种类型、不同规格的超越离合器。当需要时，只要按规格选用购买就可以了。图2-7、2-8所示分别为标准的不带拨爪和带拨爪的单向超越离合器，其中各部分的尺寸也都标准化了。
图2-7 不带拨爪的单向超越离合器
图2-7 不带拨爪的单向超越离合器（续）
1—外环 2—星轮 3—滚柱 4—弹簧 5—平键 6—顶销 7—镶块
图2-8 带拨爪的单向超越离合器
1—外环 2—星轮 3—拨爪 4—滚柱 5—弹簧 6—内盖板 7—平键 8—盖板 9—顶销
二、超越离合器各部几何尺寸关系
图2-9所示为平面型内星轮与滚柱接触的几何关系。
从图2-9可以推算出：
式中 D——外环孔径（mm）；
d——滚子直径（mm）；
h1——星体摩擦平面到中心距离（mm）；
α——卡住角（楔角）。
楔角α是决定超越离合器性能的重要参数，根据组成件的材料和使用场合不同，对α值要求也略有差别。星轮工作面楔角α的推荐值见表2-3。
图2-9 平面型内星轮与滚柱接触的几何关系
表2-3 星轮工作面楔角α的推荐值
楔角的大小要满足离合器几种工作状态的需要，即在超越时不致发生自锁，而当楔紧（同步转动）时又不致打滑。机床上传动离合器推荐α=6°。决定楔角数值的参数有外环的内径D、滚子直径d和星体尺寸h1，如果由于磨损使D、d、h1中的一个或两个发生改变，则可以修配另一个或两个尺寸，保持楔角α仍为正常值，这样也就达到了修复的目的。
要想获得超越离合器较高的寿命，对各组成件的材料和硬度也有较高的要求。其常用材料及表面硬度见表2-4。
表2-4 超越离合器的常用材料及表面硬度
三、超越离合器在机床中的应用
超越离合器在机床中应用较广，主要用于进给机构的快慢速及方向的转换、逆向传动的自锁及其他辅助功能。
1. CA6140型卧式车床溜板箱快慢速转换机构
在刀架的进给与快速移动的传动链中装有单向超越离合器，它的作用是当有快速时执行快速，当没有快速时执行慢速（此时快速电动机跟随转动），快慢速的两条传动链互不干扰。
如图2-10所示，当光杠带动轴ⅩⅩ上的齿轮z36转动时，经过轴ⅩⅪ的中间齿轮z32传至z56（z56就是图中A—A剖面上的外环1）。当外环1逆时针转动时，三个滚子3在弹簧5及套销4作用下，滚子3楔于外环1和星形体2之间，靠外环1、星形体2和滚子3间的摩擦力使星形体2也与外环1一起同步转动，再通过安全离合器带动蜗杆z4转动，这时若进给方向操纵手柄扳到相应的位置，刀架便做相应的纵向或横向进给运动。
图2-10 CA6140型卧式车床溜板箱的结构
1—外环 2—星形体 3—滚子 4—套销 5—弹簧
当按下快速电动机按钮时，电动机的转动可直接通过蜗杆z4传出，同时也带动星形体2做逆时针转动，由于星形体2逆时针转动的速度大于齿轮z56（外环1）的转速，此时滚子3压缩弹簧5而滚到楔形槽的大端，从而使星形体2与外环1（齿轮z56）脱开运动联系。这时即使齿轮z56仍在转动，也不会将运动传递给星形体2，也就是说，当刀架快速移动时也无须停止光杠的转动。
2. C730-1型车床多刀半自动车床溜板箱快慢速转换机构
如图2-11所示，进给传动链经一系列齿轮（经挂轮）传动，最终传给超越离合器外环，快速电动机经一对齿轮传动带动单向带拨爪超越离合器的叉子，当快速电动机1反时针旋转时，齿轮3顺时针转动，叉子拨动星轮（超越进给速度）顺时针转动，通过齿轮5、6带动丝杠转动，从而带动溜板箱快速前进；当快速电动机停止时（处自由状态），进给运动链由于始终带动超越离合器外环顺时针转动，则外环通过滚子带动星轮转动，实现溜板箱的进给运动；当快速电动机1顺时针旋转时，则叉子将超越离合器中的滚子打入较大空间，外环便处于空套状态，于是溜板箱快速退回。
由此可知，带拨叉的单向超越离合器可以用来做快进—工进—快退的工作循环。
该机床还有一带拨爪的双向超越离合器8，它的外环与溜板箱壳体固联。它的作用是当丝杠转动时螺母不会因螺纹面的摩擦力而转动，螺母被该离合器锁住，手轮9也不会被带动。这是因为一旦螺母转动，则经伞齿轮使该超越离合器的星轮转动，而外环固定，于是滚子被楔住，螺母便不能转动。而用手转动手轮时，手轮带动拨爪将滚子摘开，通过星轮使螺母转动，以调整溜板位置（丝杠所受的摩擦力矩小于传动链的阻力矩，丝杠不转）。
图2-11 C730-1型车床多刀半自动车床进给系统传动示意图
1—快速 2、3、5、6—齿轮 4—带拨爪单向超越离合器7—锥齿轮 8—带拨爪双向超越离合器 9—手轮
3. XA6132型铣床防止升降台下滑装置
由于垂直进给采用滚珠丝杠副（内循环滚珠丝杠副），不能自锁。该机床设计了一套防止升降台在自重作用下发生下滑的自锁机构，如图2-12所示。它装在升降台的Ⅷ轴上（见图2-13）。实际上此自锁机构是一个超越离合器，离合器外圈7与法兰套1滑配，离合器内圈5与轴Ⅷ键连接，离合器外圈7由压盖6压紧，其压紧力由螺母2调整碟形弹簧3实现的，这样压盖6与离合器外圈7的端面就会产生一定的摩擦力。升降台的自重有使轴Ⅷ逆时针旋转的趋势，此时，在滚柱4的作用下，离合器内圈与离合器外圈结合为一体，由于离合器外圈7与压盖6端面的摩擦力阻止外圈转动，因而就防止了升降台的下滑。
图2-12 XA6132型铣床防止升降台自重下滑自锁机构
1—法兰套 2—调整螺母 3—碟形弹簧 4—滚柱5—离合器内圈 6—压盖 7—离合器外圈
当机动或手动顺时针转动轴Ⅷ时，离合器内圈与离合器外圈脱离，可直接传动升降丝杠，完成升降台上升动作。当机动或手动逆时针转动轴Ⅷ时，离合器内圈与离合器外圈结合，轴Ⅷ克服离合器外圈7与压盖6端面间的摩擦力而转动，由于摩擦力形成的力矩抵消了升降台重力作用对轴Ⅷ形成的反力矩，所以升降台下降时并不需太大的力矩。
图2-13 XA6132型铣床升降台装配图
4. C2150.6型卧式自动车床分配轴快慢速自动控制机构
图2-14所示为C2150.6型卧式自动车床分配轴快慢速换接的控制机构。离合器的接合形式（扩力机构）为切向杠杆式。齿轮2和蜗轮3是由同一个动力源带动的，由于传动链速比关系，蜗轮3的转速远远低于齿轮2的转速。当摩擦离合器Q1接合时，轴Ⅵ快速，超越离合器星形体g快转（见剖视图A—A，星形体g逆时针快转），实现超越；当摩擦离合器Q2接合时，由于蜗杆副自锁，不可能逆向传动，快速立即转为慢速，蜗杆副传动使超越离合器外圈f转动（见剖视图A—A，外圈f逆时针转），实现慢速，慢速控制凸轮块较短，杠杆c脱开凸轮后，蜗轮通过超越离合器使轴Ⅵ慢速。在快速转为慢速的过程中没有过渡期的超越，克服了超越离合器自身存在的快速惯性问题。这里离合器Q2 起制动作用。
图2-14 C2150.6型卧式自动车床分配轴快慢速换接控制机构
1、2—齿轮 3—蜗轮 4—蜗杆
Q1—快速行程摩擦离合器 Q2—制动摩擦离合器 Q3—单向超越离合器
a、b—慢快速控制凸轮 c—杠杆 d—销轴 e—拨叉 f—超越离合器外壳g—星形体 h—滚子 m—柱销 n—切向杠杆
四、超越离合器功能失效的原因
现以带拨叉的单向超越离合器为例说明失效的表现及原因。
这种离合器一般用于快慢速转换、快速反向的场合。例如，实现执行件快进—慢进—快退—停止的工作程序。慢速的主动件为外环，快速的主动件为拨爪，从动件为星体。
现将这种离合器失效的表现及原因简述如下：
（1）没有慢速，离合器打滑：
1）星体与滚子磨损，星体摩擦平面被滚子压磨成一道圆弧形的沟，致使滚子不能被楔住。这时可修磨星体，使h1变小，配做滚子，滚子直径应满足α=6°的要求。
2）顶销在缩回的位置上被卡住或弹簧力过小，滚子回不到卡住位置。
3）快速的传动链过紧，拨爪阻挡滚子回到卡住位置。
（2）快进时闷车，快退时咔咔响，执行件不运动：
1）楔角过小，快退时拨爪摘不开滚子，快进时滚子仍被卡住。
2）顶销在伸出位置上被卡住或弹簧力过大。
五、超越离合器存在的问题及解决方法
超越离合器在由快速向慢速转换过程中，由于惯性作用不可能立即转为慢速，只有当快速惯性速度降到低于慢速速度时，慢速方能实现。在这一段过渡期，离合器仍处超越状态（叫作“溜车”），这对使用是十分不利的，因为惯性往往会引起碰撞事故，该慢的时候慢不下来，特别是惯量较大、运行阻力较小时表现更为突出。
图2-14所示的C2150.6型卧式自动车床分配轴快慢速换接的控制机构就很好地解决了这一问题。当摩擦离合器Q1接合时，轴Ⅵ快速，超越离合器星形体g快转（A—A剖面，星形体g逆时针快转），实现超越；当摩擦离合器Q2接合时，由于蜗杆副自锁，不可能逆向传动，快速立即强制转为慢速，蜗杆副传动使超越离合器外圈f转动，（A—A剖面，f逆时针转）实现慢速，在快速转为慢速的过程中没有过渡期的超越，克服了超越离合器自身存在的问题。