基于有限元法的滚柱体式超越离合器性能分析陈殿华，商桂芝，李玉光(大连大学机械工程系，辽宁大连儿6622)摘要：采用弹性力学有限元方法研究滚柱体式超越离合器的工作特性，分析该离合器摩擦自锁性能和锁紧中的滚柱体与内外圈的接触强度特性．建立该离合器的摩擦及强度性能分析的数学模型．进行实例计算分析，验证了该方法的有效性．通过数值分析，揭示了该离合器的结构形式、接触状态和载荷大小与其承载性能及其强度的内在关系，提出了摩擦自锁条件及滑动摩擦区间计算的新方法，为滚柱体式超越离合器的设计和应用提供理论基础．关键词：滚柱体；超越离合器；强度特性；摩擦自锁中图分类号：THll；THll7文献标识码：A文章编号：1006—754X(2007)06一0464一04PerformanceanalysisofsurpassingclutchwithrollbodiestypebasedonfiniteelementmethodCHENDian_hua，SHANGGui—zhi，LIYu—guang(CollegeofMechanicalEngineering，DalianUniversity，Dalian116622，China)Abstract：Byadoptingelasticmechanicsfiniteelementmethod，theperformanceofsurpassingclutchwithmultiplerollbodiescontactingtypeisproposed．Theperformanceofself～lockingandcontactstrengthintherollbodyandracesofthesurpassingclutchareanalyzed．Thenthemathe—maticalmodelIoanalyzefrictionandstrengthperformanceofthisclutchissetup．Throughcom—putationalanalysisofillustration，thismethodisprovedtobevalid．Numericalanalysisdisclosestheinternalrelationshipbetweenclutchstructure，contactstateandload，load—bearingperfor—manceandstrength．Furthermore，anewmethodtocomputefrictionself—lockingconditionandfrictionintervalisputforward，whichprovidestheoreticfoundationfordesignandapplicationofsurpassingclutchwithrollbodies．Keywords：roIlbody；surpassingclutch；strengthcharacteristic；frictionself—Iocking滚柱体式单向离合器也称超越离合器，是通过多个滚柱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，已在机床、汽车、起重等机械传动中得到应用．随着机床、汽车等机械的快速发展和使用要求的提高，对这种离合器的设计和使用也提出了更高的要求．为了该离合器的可靠应用和改进设计，有必要对其自锁性能和摩擦与强度特性进行深入的研究．因有限元方法是结构强度分析特别是接触特性分析的有效方法，较赫兹理论分析能更详细精确了解离合器的性能状况，为此本文应用弹性力学有限元方法对该离合器摩擦自锁特性和摩擦锁紧中滚柱体和内外圈的接触摩擦‘11及强度特性进行研究．1分析模型的建立如图1所示该离合器由内部的数个滚柱体与内外圈轨道组成．工作时通过接触摩擦形成锁紧，离合器是靠滚柱体和内、外圈的摩擦啮合来传递运动和动力的．从离合器整体结构组成来看，有多个形状和尺寸相同的滚柱体和一组内、外圈，工作时每个滚柱体在传动过程中都要同时与内、外圈接触，一般情况下各个滚柱体与内、外圈的接触状态和传递的载荷是相同的，因此可以取任意一组接触副对该离合器的摩擦学和接触强度特性进行分析．图2表示了该离合器的内、外圈和滚柱体的几收稿日期：2007—05一08．作者简介：陈殿华(1953一)，男，辽宁大连人，教授，博士，从事机械设计及理论研究，E—mail：chendianhua6152003@yahoo．com．Cn．万方数据第6期陈殿华，等：基于有限元法的滚柱体式超越离合器性能分析圈图1滚柱体式超越离合器Fig．1SurpassingclutchwithroUbodiescontactingtype何和力学关系模型D]．若设内、外圈和滚柱体接触法线的夹角为曰，内、外圈的接触半径为R。和R，滚柱体的半径为Ra，滚柱体两接触点与回转中心连线之间的夹角为y，滚柱体与外圈和内圈的两接触点C。和C。的距离为L，上、下接触处的楔角为口，J9，则根据力矩传递的平衡条件丁。一丁，(阻力矩)和几何关系，有7zF。一瓦／尺一∥．wⅣ，，(1)咒Q。sin(目+y—p)=710／尺。，(2)J_______-●_-____一式(2)中，Q。=Ⅳo√1+六．若...
