單向軸承，也稱為超越離合器，是一種特殊的軸承，它只允許一個方向自由旋轉，而反方向則會鎖死，從而傳遞扭矩。其核心功能是實現“單向傳動”或“反向自鎖”。

工作原理（基于最常見的楔塊式設計）

單向軸承的工作原理并非依靠復雜的電子或液壓系統，而是基于精巧的機械設計和物理學中的楔形效應。

1. 關鍵組件

一個典型的楔塊式單向軸承主要由三個部分組成：

• 外圈：通常與固定部件（如軸承座）配合。

• 內圈：通常與需要單向傳動的軸配合。

• 楔形塊：最關鍵的零件。這些是不對稱的滾子或楔塊，被彈簧頂起，均勻地排列在內圈和外圈之間的滾道上。

2. 工作過程

a. 自由旋轉方向（解鎖狀態）

• 當內圈沿允許的方向（例如順時針）旋轉時，它會通過摩擦力帶動楔形塊一起旋轉。

• 由于楔形塊的特殊形狀，它無法形成“卡死”的條件。此時，楔形塊會克服底部彈簧的力，向滾道中較寬闊的空間移動。

• 內圈、楔形塊和外圈之間產生間隙，不再有緊密的接觸。因此，內圈可以相對于外圈自由、順暢地旋轉，幾乎不傳遞扭矩。

b. 鎖止方向（鎖死狀態）

• 當內圈嘗試向相反的方向（逆時針）旋轉時，摩擦力會帶動楔形塊向滾道中較狹窄的空間移動。

• 彈簧確保楔形塊始終與內外圈接觸，輔助其快速進入鎖止位置。

• 楔形塊立刻被“楔入”內圈和外圈之間的狹窄縫隙中，就像在車輪下塞了一塊石頭。

• 此時，楔形塊機械地卡死在內圈和外圈之間，形成了一個剛性的連接。扭矩通過被楔緊的楔形塊從內圈傳遞到外圈（或反之），軸無法反轉，實現鎖止。

其他常見類型

除了楔塊式，單向軸承還有幾種常見的實現方式：

1. 斜坡和滾子式：原理與楔塊式非常相似，只是將楔塊換成了圓柱形滾子。在鎖止方向，滾子被擠入斜坡的狹窄端從而實現卡死。

2. 棘輪棘爪式：這是一種更古老、更直觀的設計。它包含一個帶鋸齒的棘輪和一個彈簧頂住的棘爪。順時針轉動時，棘爪滑過鋸齒；逆時針轉動時，棘爪會卡入鋸齒，阻止運動。這種類型通常能聽到“咔嗒”聲，常見于扳手、自行車飛輪等。

主要特點和應用

• 特點：

  • 單向傳動：只傳遞一個方向的扭矩。

  • 反向自鎖：防止機構反向運動。

  • 超越功能：當驅動源停止或速度低于從動件時，從動件可以自由“超越”驅動源繼續旋轉（例如自行車滑行）。

• 廣泛應用：

  • 自行車飛輪：踩踏板時帶動車輪前進，滑行時車輪可自由轉動。

  • 發動機啟動電機：啟動時電機帶動發動機曲軸，啟動后發動機轉速高于電機，電機即被“超越”分離，防止被高速反拖損壞。

  • 變速箱和齒輪箱：實現特定檔位的單向傳動。

  • 紡織機械、包裝機械、印刷機械：用于防止反轉和實現精確的間歇性運動。

  • 單向離合器和摩托車啟動盤。

  • 千斤頂、絞盤：防止重物下落。

總結

單向軸承的本質是一個機械式單向閥，但它控制的是旋轉運動而非流體。它利用楔形塊（或滾子）在特定旋轉方向下被“楔緊”而產生巨大摩擦力和機械自鎖的原理，巧妙地實現了單向旋轉和扭矩傳遞的功能。其設計簡單、可靠且高效，是現代機械中不可或缺的基礎元件。