双向超越离合器是在单向超越离合器基础上改进创新而来，在输入转动方向一定的情况下，通过换向机构，输出转动可以实现正、反两个方向的转动，如图所示。双向超越离合器是双向脉动无级变速器的最主要、最复杂的部件，也是最易损坏的部件。它把来自无级变速器连杆的推力转化为转矩，从而驱动输出轴转动，双向超越离合器如果失效，则会造成双向脉动无级变速器停机。通过以往的经验可知，双向超越离合器最易发生的失效是：由于滚珠的损坏及内星轮外表面的磨损，造成双向超越离合器无法自锁。ANSYS软件集及结构、热、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体，是国际上最知名、应用领域最广、使用人员最多的有限元分析软件。所以本文运用ANSYS软件对双向超越离合器的接触强度进行分析，以验证它是否满足实际工作载荷的要求。
      本文采用常用的三维20节点实体单元-SOLID95，它是SOLID45三维8节点高阶单元形式。该单元为20节点单元，每个节点有三个自由度(XYZ方向)，此单元在空间的方位任意，SOLID95单元具有塑性、蠕变、辐射膨胀、应力强化、大变形以及大应变的特性，并提供不同的输出项，杨氏模量和泊松比根据双向超越离合器的材料GCr15A的特性分别设置为：EX=2.1E11，PRXY=0.3。
      三维模型的建立方法主要有两种：一种先在CAD软件里建立其三维模型，然后通过接口软件导入到ANSYS里；另一种直接在ANSYS里建立其三维模型。相比较而言，后者能得到更精确的计算结果，所以本文选择在ANSYS中建立其三维模型。为了减少计算量，在对双向超越离合器进行建模时除去了一些不重要的几何特征。网格的划分的精密程度直接决定了有限元计算的好坏，一般来说，网格划分越精密计算结果越准确，但计算量会过大，耗费的计算时间越多。网格划分过于粗糙，又会影响计算的准确程度。所以，在网格划分之前应充分考虑划分精度的问题。为了得到高质量的网格，对内星轮、滚珠、外环的侧面用映射的方法进行划分网格，并运用扫掠的方法对整体划分网格，得到六面体单元，共生成40428个节点和38408个单元。
      在ANSYS中，提供了在以前接触对创建向导基础上发展起来的接触管理器，它可以进行接触对的创建、修改、删除，使用起来很方便。这里运用接触管理器进行接触对的创建，如图所示。共有12个接触对，通过多次计算反复对比，设置接触刚度比例为0.1，穿透容差比例为1.0，摩擦系数为0.15，并设置接触单元CONTA174。
      双向超越离合器的计算转矩，原动机为电动机取K=0.25；K-与工作机类型有关的动载系数，滚筒式抽油机取Kz=1.20；K3-精度系数，考虑加工精度对滚珠载荷分布不均匀的影响，内星轮工作面为平面可取1.20。由于双向超越离合器转速较低，而且体积小、重量轻，所以不考虑惯性载荷。把双向超越离合器内星轮内表而的所有节点全约束，对外环外表而施加由公式计算出的转矩T=21.586kN.m。
      图是超越离合器整体、剖分、内星轮和滚珠的应力云图，由图看出最大应力是2170MPa，最大应力出现在MX点处。赫兹理论是解决接触问题的经典理论。对于星轮、滚柱和外环均为同种材料制成的内星轮滚柱式超越离合器，当星轮的工作面为平面时，应力最大处为滚柱与平面接触处。
      ①从应力云图可知，滚珠与内星轮的接触应力比滚珠与外环的接触应力大很多，这主要是由于接触体的结构形式造成的，与赫兹理论的分析结果一致。②滚珠的受力比较大，是易损的零件，因此应选用有很高的强度和硬度的材料，并对其表面进行热处理以提高其耐磨性和硬度。③由于滚珠在内星轮的外表面是滚动的，所以不会在固定的点处出现疲劳点蚀，故内星轮的表面应选用与滚珠表面相同的热处理方式，以提高其寿命和可靠性。

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