单向超越离合器是机械传动的基础件之一。用于轴与轴之间的结合与分离。在原动机和工作机之间应用广泛。它是一种靠主。从动部件的相对速度变化或旋转方向的变换而具有自行离合功能的组件。当主动部分带动从动部分时。两者一起转动。若从动部分的转速超过主动部分。两者分离。从动部分可以自由转动。其有着结构简单。外形尺寸小。重量轻。工作可靠性高。寿命长等优点。单向超越离合器在汽车中应用较为广泛。在起动机与发动机之间。发电机。机械增压器。自动变速器。液力变矩器等多处都使用了单向超越离合器。起到了保证汽车平稳起步。平顺的换档及防止传动系过载等作用。
结构特点及工作原理
单向超越离合器按其工作原理分为棘爪式和摩擦式两类。棘爪式超越离合器是利用棘轮棘爪。滑销。牙嵌等接合元件来传递扭矩。棘爪式超越离合器结合时冲击较大。有较大的噪声。常应用于转速差较小的工况下。摩擦式超越离合器工作时结合评委而且冲击较小。可以在任何转速差下完成结合。摩擦式超越离合器按照楔紧元件的不同。常用的有滚柱式超越离合器和斜撑式超越离合器两种结构形式。其分别利用滚柱或楔块作为楔紧元件来传递扭矩。
滚柱式超越离合器有外星轮式及内星轮式两种结构形式。主要由内圈 （内星轮）。弹簧。滚柱。外星轮 （外圈） 组成。滚柱式超越离合器工作原理：滚柱超越离合器中内圈 （内星轮） 和外圈 （外星轮）均可作为主动轮。当主动件承受扭矩向锁止方向旋转时。滚柱受摩擦力的作用被楔紧在槽内。因而带动从动件一起旋转传递扭矩。此时离合器处于接合状态。当行从动件反转。滚柱在摩擦力的作用下被推到槽中较宽的部分。不再楔紧在槽内。这时离合器处于超越状态。如果主动件按锁止方向旋转时。而从动件还能够从另一条运动链获得与主动件旋转方向相同但是速度比主动件大的速度时。离合器仍处于超越状态。
楔块式超越离合器用异形滚子作为楔紧原件。依靠楔块与内外圈之间的楔紧作用来传递扭矩。其结构主要由外圈。内圈。楔块。保持架。弹簧等零件组成。楔块式超越离合器工作原理：内圈 （内星轮） 和外圈 （外星轮） 均可作为主动件。楔块的内。外凸轮面是偏心的圆弧面。楔块一端尺寸 C 小于内外环之间的环向间隙 B。而另一端的尺寸 A 大于内外圈之间的环向间隙 B。当主动件向锁止方向旋转时。因弹簧力和楔块与滚道的摩擦力。使得楔块围绕其自身中心顺时针转动。由于楔块的尺寸 A 大于环向间隙 B。楔块便楔紧于内外圈之间。从而来传递扭矩。当主动件向锁止反方向旋转时。楔块围绕其自身中心逆时针转动。由于楔块的尺寸 C 小于环向间隙 B。从而进入超越状态。内圈和外圈脱开不能传递扭矩。同滚柱式离合器相同。如果主动件按锁止方向旋转时。而从动件还能够从另一条运动链获得与主动件旋转方向相同但是速度比主动件大的速度时。离合器仍处于超越状态不传递扭矩。
汽车中关键部位的应用
汽车中发动机。发电机。机械增压器。自动变速器。液力变矩器等多处均有单向超越离合器的使用。
（1） 起动机
汽车发动机是借助于起动机来发动的。起动机将蓄电池的电能转化为机械能。驱动发动机飞轮旋转实现发动机的起动。汽车起动机主要由直流电动机。传动啮合机构 （拨叉。单向超越离合器及驱动齿轮）。电磁开关三大部分组成。发动机与起动机之间的传动装置为飞轮齿圈与单向超越离合器。起动机通电后通过拨叉使起动机齿轮同发动机飞轮齿圈啮合。转矩由电枢轴通过单向超越离合器传递。带动发动机进入工作状态。当发动机发动以后。由于单向超越离合器的作用。能自动地使起动机与发动机分离。防止起动机电枢因发动机飞轮高速旋转而飞散。起动机中单向超越离合器的作用：一是传递转矩将电动机的电磁转矩传递给发动机使之起动。二是在发动起动后打滑保护起动机电枢。起动机广泛采用的单向超越离合器有滚柱式。摩擦片式和棘轮式三种。滚柱式单向超越离合器结构简单适合于中小型起动机。但在传递较大转矩时。滚柱易变形卡死。因此不适用于功率较大的起动机。重型起动机多采用摩擦片式和棘轮式单向超越离合器。
（2） 发动机
传统汽车发电机的皮带轮都是与汽车发动机的转速同步运行。因而汽车在启动连同开启发电机时。传动轴筒容易被弹跳震动。甚至是反向跳旋。在此瞬间亦是带动了传动皮带微小的反向旋动。虽然是短暂的小回旋。亦会产生负电。而接着又切回正电。如此反复的电极交替。除了会降低发电机的寿命。且在启动或运转时具有较大的抖动。故质量较差。连带降低皮带的寿命。也相对产生了噪音。现代的汽车发电机都安装有一个单向皮带 轮 (Overrunning Alternator Pulley。 简 称OAP)或超越发电机皮带轮。OAP 在发电机轴及多楔带轮之间加入了单向超越离合器部件。取代了传统的刚性连接。OAP单向皮带轮一般由一个轮磐。单向超越离合器。皮带轮毂及滚动轴承等组成。轮磐外部轮廓设计为适用于与多楔带配合。单向超越离合器两侧各有个滚动轴承。用于支承径向载荷。单向皮带轮多使用滚柱式超越离合器。单向皮带轮基本原理类似起动机上的单向超越离合器具有单向打滑的功能。在引擎停止运转前的瞬间。引擎曲轴有一个短暂的正反方向的转动。而此时发电机的转子仍可保持原方向转动。避免转子中的磁线圈受正反向冲击而产生逆电流造成损伤。在运转中若出现内圈转速 （即转子转速） 超过外圈转速的情况。皮带轮立即打滑。此时内圈与外圈之间脱离。如此一来就可达到在发动机急停状态下保护了发电机的急停扭曲振动及保护传动皮带的作用。发电机在超越皮带轮的保护下可继续惯性转动而缓慢停止。可有效延长传动皮带使用寿命。进一步促使引擎运转顺畅。甚至减少一氧化碳的排放。
使用OAP单向皮带轮有如下优点：
1） 单向传动能力。启动瞬间弹跳。逆转都不产生传动力。
2） 逆向旋差不产生逆电流。防止伤害车用电子。电机。
3) 大幅降低运转时皮带偏摆及噪音和减低怠速以及换档时的噪音。
4) 降低运转时皮带的张紧力。提升发电机系统及皮带使用寿命。
5) 增加发电机在发动机怠速阶段的平均转速；减少引擎油耗约10%。为防止发电机皮带驱动系统出现打滑现象。选用功能适当。质量良好的单向皮带轮。对于发电机的发电功能与皮带寿命。降低震动和减低油耗具有莫大的影响。
（3） 机械增压器
目前汽车发动机增压器主要有涡轮增压和机械增压两大类。机械增压器(Supercharg-er)是机械增压系统的核心。大家都知道涡轮增压器。其叶片是由废气“吹”得转动的。而机械增压器则是其皮带轮与发动机曲轴皮带盘。以皮带连接。利用发动机曲轴的转动。通过皮带将旋转传递给增压器。带动机械增压器内部叶片。以产生增压空气送入引擎进气歧管内。以此达到提高充气效率的目的。机械增压的压气机直接取自发动机的动力。只要发动机一启动。机械增压就运转。在低速时。机械增压效果最好。机械增压器其皮带轮与叶片转子之间有一对提升叶片转子转速的齿轮副。在发动机高升功率的状态下。曲轴产生了较大的角振动并完全传递到附件轮系上。传统的增压器皮带轮出现较大的转速波动。使得中间的齿轮副产生连续不断的打齿从而影响增压器的寿命及整车的NHV性能。同汽车发电机相同在机械增压器处也应用了单向超越离合器皮带轮简称为 OSP。机械增压器单向皮带轮与OAP皮带轮结构类似由一个轮磐。单向超越离合器。皮带轮毂及一对支撑轴承等所组成。其安装于机械增压器轴端。功能原理同OAP 皮带轮相同。通过机械增压器皮带轮的应用。解决了齿轮副连续打齿的问题。确保在整车复杂而恶劣的工作环境下也能有良好的性能与优异的寿命。
（4） 自动变速器
自动变速器在各个档位及超速档之间相互转换时。在每个档位中间都有一定时间的“脱档”现象。此时出现发动机动力输出间断。必然会引起动力传动系统冲击。同时还会有很大的发动机“空油声”。在自动变速器的动力传递路线上布置了单向超越离合器以后。不仅可以消除降挡冲击。在汽车行驶中由于外力造成车辆忽快忽慢时。单向超越离合器的超越作用。就会消除车辆突然变快而对传动系产生的冲击。这对整部汽车都是有益的。所以尽管使用单向超越离合器以后。会使自动变速器结构复杂。但许多自动变速器还是采用了单向超越离合器。不同车型自动变速器中单向超越离合器安装的数量和位置各有不同。但其基本作用是一致的。
（5） 液力变矩器
现代轿车中所使用的变矩器为综合式液力变矩器。综合式液力变矩器通常由三个或三个以上带有叶片的工作轮组成：可旋转的泵轮。涡轮和单向旋转的导轮。导轮通过单向超越离合器支撑在固定于变速器壳体的导轮固定套上。单向超越离合器的主要功能是使导轮只能沿一个方向转动。而在另一个方向导轮被锁止。同时。导轮中的单向超越离合器不需要控制机构对它进行控制。它的工作完全由和它相连接的元件的受力方向来控制。它会随着与它相连接的导轮的受力方向发生变化而进行锁止或脱离。使得控制系统得到了简化。目前在液力自动变速器中使用较多的超越离合器主要有滚柱式超越离台器和楔块式超越离台器。随着液力自动变速器在轿车上越来越广泛的应用。要求液力变矩器拥有更好的工艺性。经济性及高的传动效率。而超越离台器作为一个重要元件。具有同样的要求。
（6） 混合动力切换装置
由于石油资源的日益枯竭。新能源汽车将成为未来发展的趋势。而现阶段新能源动力的关键技术存在瓶颈。难以在短期内攻克并实现规模化推广。所以混合动力汽车在未来的数十年内将成为主流。混合动力汽车。其技术成熟。简单易行。不需要额外建设能源补给站。是非常优秀的过渡方案。常见的混合动力方案有并联式。混联式油电混合动力技术。其以发动机为主要驱动动力源。并另外配置一套电动机为动力的驱动系统辅助工作。在启动。怠速。加速等发动机油耗较大的工况。用电动机进行驱动从而降低发动机的油耗。在不需要电动机进行的驱动的工况下。电动机由发动机带动反向运转并通过逆变器的作用变成发电机为蓄电池充能。混合动力单元通过单向超越离合器可协调工作模式。确保在电动机工作时。发动机不会随着电动机的运转而运转。而在发动机工作时。电动机又可以跟随发动机反向转动产生电能。通过装在齿轮1和齿轮2轮毂上的两套离合器实现驱动自由切换。当发动机驱动时单向超越离合器 1 结合传递动力驱动输出齿轮。此时单向超越离合器 2 处于脱开超越状态不传递动力。当电动机驱动时单向超越离合器2结合齿轮2驱动输出齿轮。此时单向超越离合器 1 处于脱开超越状态不传递动力。从而实现了两种驱动模式的自由切换。
结束语
单向超越离合器是随着机电一体化产品的发展而出现的基础件。它是用于起动机和工作机之间或机器内部主动轴与从动轴之间动力传递与分离功能的重要部件。利用主。从动部分的速度变化或旋转方向的变换。具有自行离合功能的装置。其在汽车中应用较为广泛。除了承担动力传递外。还可以消除降挡冲击。对汽车能够安全平稳的工作有着重要作用。
