浅析单向节能齿合器
目前，踏板摩托车以其优美的造型，舒适方便的骑乘而成为市场新宠，国内各大厂、公司均加大力度开发这一产品。但踏板车油耗偏高、温升快、机件磨损大，这一弊端也是制约用户使用这一产品的瓶劲。为解决这一问题，国内摩托车生产厂及相关单位纷纷开发出各种节能降耗的产品，由于各厂采用材料的不同、结构的差异，导致市场产品良莠不齐。作者从目前踏板摩托车市场反响较好的国家专利产品——衍昌单向节能齿合器(ZL99 246614.8)着手，对其材料、结构、原理、工艺特点进行分析，供读者在选择应用该齿合器和同类产品时参考。
一、材料
材料是零部件质量好坏的基础。作者对四川省乐山市场销售的多种品牌、多种结构的GY6车用节能装置(齿类)材料进行分析，发现材料基本上采用强度较高的合金结构钢，如40Cr。机械制造用合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上加入合金元素制成，通过热处理来改善钢的力学性能。我们知道，在机构制造中有许多零部件是在高速、重载、强烈的冲击和受磨损条件下工作的，如汽车、拖拉机的变速齿轮、十字轴以及内燃机凸轮轴等，所以要求零部件表面具有高硬度、高耐磨性，且心部有足够的韧性，合金渗碳钢就能满足这样的性能要求，如20CrMnTi钢。所谓合金渗碳钢，就是用于制造渗碳零部件的合金钢，其碳含量一般在0.1-0.25%之间，加入主要合金元素是Cr、Ni、Mn、B等，还加入少量的V、Ti等元素。经过渗碳处理后，再进行淬火和低温回火处理从而达到表面高硬度、高耐磨性和心部高强度并有足够的韧性。这两种合金钢的用途、成分、性能见附表1、附表2、附表3。目前国内金太阳公司的单向节能齿合器采用了20CrMnTi钢材料来制造，其表面硬度为HRC56-60，心部硬度为HRC28-43，故金太阳产品设计寿命为30000km。据乐山市大桥西街轻骑集团阳光摩托车技术服务中心报道，应用测试该产品最长里程≥17000km，尚未发现因材料原因对其他偶合机构造成任何损害。轻骑集团测试金太阳公司用20CrMnTi制成的撑牙可承受4.63×106N的冲击载荷而不会损坏。
二、结构及原理
1、结构
单向节能齿合器包括棘齿圈、内齿圈、撑牙、轴承、挡圈等(见图1)。棘齿圈外齿是采用同原末级齿轮齿数相同的斜齿，以保障原车的传动比不会发生变化，棘齿圈内侧加工有十多个75°的棘齿，作为撑牙的着力点；内齿圈内心加工有同原齿渐开线花键以便与末级轴相配合，外缘加工有棘爪；采用电脑计算设计的5撑牙式结构，通过设置在棘爪内的压簧，将撑牙始终压向棘齿圈槽内，加上棘爪的不对称性，这样既能保证任一撑牙能与棘齿圈在任意角度结合，又能保证结合的平顺性，并且能承受4.63×106N的冲击载荷而不会损坏；棘齿圈与内齿圈之间依靠轴承做挡排定位，棘齿圈和内齿圈上分别设有挡圈槽固定。
该单向节能齿合器结构紧凑，分离迅速，离合完全，故障率低，运转平衡，滑行距离长，噪声小。这种单向节能齿合器是目前国内唯一应用滚动磨擦和轴承作精度控制挡排的节能装置，其制作工艺远比国内同类产品的30多道工序复杂，多达74道工序，并采用了航空加工技术。其开放性结构，保证了单向节能齿合器内部部件能够得到充分的润滑。而目前市场上其他节能器多采用滑动磨擦型，结构简单，加工容易，价格低廉是其优势，但普遍存在着运转不灵活，润滑差，寿命短的弊端。
2、原理
当发动机工作时，曲轴转速通过V型传动带传递给从动带轮。当发动机转速升高时，与从动带轮连在一起的自动离心式离合蹄片受旋转惯性力的影响向外张开，当旋转惯性力大于拉簧拉力时，离合蹄片张开同从动带轮盖内侧面紧密结合。其磨擦力大小同转速、摩擦系数及摩擦结合面积成正比。离合轴在从动带轮盖的作用下随之转动，经中间齿轮，单向节能齿合器减速增扭后驱动后轮运动。此时，从动力传递路线看，单向节能齿合器同原末级齿轮并无两样。不同的是，单向节能齿合器能承受4.63×106N的撑牙顶在棘齿圈的内棘齿接触面上，从而将动力(转速)传递至内齿驱动末级轴使后轮转动。但当发动机转速降低时，从动带轮转速亦下降，由于惯性，后轮转速并没有降下来，而是将刚才加速运动时所储存的动能释放出来，单向节能齿合器内齿圈由被动运动变为主动运动，固定在内齿圈的撑牙沿着棘齿圈内棘齿75°的齿槽，发生相对滑转，致使棘齿圈停转，从而切断了由后轮逆向传递至从动带轮盖的增速运动，转速的迅速变化也加速了从动带轮盖同离心式离合蹄片的分离，使低转速的发动机不致拖曳快速运动的后轮，充分利用了运动系统的动能。在相同的运行区间，将发动机的长期高速运转转变为间隙运转，从而使油耗降低，温度下降，功率损失小，排放量下降。
同时，与该单向节能齿合器相匹配的自动离心式离合器蹄片拉长的劲度系数，按原整车厂设计的φ=2.0mm，p’=6.54×104N.m-1，重新设计为φ=1.8mm，p’=5.22×104N.m-1，使车辆起步转速由原来的2800rpm降至1800rpm，进一步提高了摩托车的起步性能。
三、装配安装要点
1、拆卸分解侧盖，放出原车齿轮油；
2、拆卸从动带轮总成；
3、分解齿轮室盖；
4、从末级轴上取下原末级齿轮；
5、用煤油或汽油清洗齿轮室，并检查其余齿轮、轴承有无损坏；
6、将衍昌单项节能齿合器轴承端向外，安装在末级轴上；
7、按要求更换密封垫，复装齿轮室盖，并检查后轮是否能与离合轴实现正向分离，反向结合；
8、装配已更换了自动离心式离合蹄片拉簧的从动带轮，复装侧盖；
9、加注120ml正品齿轮油至齿轮室，并转动后轮，使齿轮油均匀充分浸润于单向节能齿合器。
10、配套小拉簧的安装方法：拧下从动带轮锁紧螺母，分解从动带轮组件，取下三只离合蹄片，将原p’=6.54×104N.m-1的离合器蹄片拉簧，更换为重新设计的p’=5.2×104N.m-1的拉簧。复装从动带轮组件，并按规定力矩拧紧锁紧螺母。
