第四章離合器(工程機(jī)械)

1、 一一 摩擦離合器的功用摩擦離合器的功用 (1) (1) 傳遞與切斷動(dòng)力；傳遞與切斷動(dòng)力； (2) (2) 微動(dòng)操作；微動(dòng)操作； (3) (3) 實(shí)現(xiàn)柔性傳動(dòng)；實(shí)現(xiàn)柔性傳動(dòng)； (4) (4) 過載保護(hù)。過載保護(hù)。 (5) (5) 保證動(dòng)力機(jī)空載啟動(dòng)。保證動(dòng)力機(jī)空載啟動(dòng)。 二二 對(duì)摩擦離合器的要求對(duì)摩擦離合器的要求 (1) (1) 能傳遞足夠的動(dòng)力；能傳遞足夠的動(dòng)力； (2) (2) 結(jié)合平穩(wěn)，分離徹底；結(jié)合平穩(wěn)，分離徹底； (3) (3) 易損件的壽命較長；磨損后容易更換和調(diào)整；易損件的壽命較長；磨損后容易更換和調(diào)整； (4) (4) 盡量減小從動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以減少結(jié)合時(shí)的時(shí)間和沖擊。盡量減

2、小從動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以減少結(jié)合時(shí)的時(shí)間和沖擊。 (5) (5) 具有良好的散熱性能。具有良好的散熱性能。 4-2 4-2 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、散熱好、間隙容易保證，但結(jié)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、散熱好、間隙容易保證，但結(jié)合時(shí)的平穩(wěn)定性較差、傳遞大功率的單片式摩擦離合器的徑向尺合時(shí)的平穩(wěn)定性較差、傳遞大功率的單片式摩擦離合器的徑向尺寸大。寸大。 特點(diǎn)：結(jié)合平穩(wěn)、片的尺寸相同時(shí)，能傳遞較大特點(diǎn)：結(jié)合平穩(wěn)、片的尺寸相同時(shí)，能傳遞較大的功率，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、分離時(shí)片間間隙不易保持均勻、散熱較的功率，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、分離時(shí)片間間隙不易保持均勻、散熱較差。差。 特點(diǎn)：摩擦系數(shù)大、許用比壓小、摩擦片的壽命短、結(jié)合特點(diǎn)：摩擦系

3、數(shù)大、許用比壓小、摩擦片的壽命短、結(jié)合平穩(wěn)性差、調(diào)正間隙次數(shù)多，片數(shù)少、結(jié)構(gòu)較簡單平穩(wěn)性差、調(diào)正間隙次數(shù)多，片數(shù)少、結(jié)構(gòu)較簡單, ,采用風(fēng)冷，暴露在采用風(fēng)冷，暴露在空氣中。空氣中。 特點(diǎn)：片數(shù)多、摩擦系數(shù)小、許用比壓大、使用壽命長、特點(diǎn)：片數(shù)多、摩擦系數(shù)小、許用比壓大、使用壽命長、結(jié)合平穩(wěn)、無需經(jīng)常調(diào)整間隙、維修不太方便。結(jié)合平穩(wěn)、無需經(jīng)常調(diào)整間隙、維修不太方便。 特點(diǎn)：結(jié)合時(shí)靠彈簧壓緊、常態(tài)為壓緊狀態(tài)、壓緊彈簧特點(diǎn)：結(jié)合時(shí)靠彈簧壓緊、常態(tài)為壓緊狀態(tài)、壓緊彈簧有自動(dòng)補(bǔ)償作用，無須經(jīng)常調(diào)整間隙、傳遞功率大小能較準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)、有自動(dòng)補(bǔ)償作用，無須經(jīng)常調(diào)整間隙、傳遞功率大小能較準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)、分離時(shí)需要較

4、大的操縱力、適合聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī)。分離時(shí)需要較大的操縱力、適合聯(lián)合驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī)。 特點(diǎn)：結(jié)合時(shí)靠杠桿壓緊、常態(tài)為分離狀態(tài)、操縱較省特點(diǎn)：結(jié)合時(shí)靠杠桿壓緊、常態(tài)為分離狀態(tài)、操縱較省力、傳遞功率大小不易控制、需要經(jīng)常調(diào)整間隙、結(jié)合時(shí)平穩(wěn)定性較力、傳遞功率大小不易控制、需要經(jīng)常調(diào)整間隙、結(jié)合時(shí)平穩(wěn)定性較好、適用于單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī)。好、適用于單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī)。 摩擦離合器有主動(dòng)摩擦片、被動(dòng)摩擦片、壓緊機(jī)構(gòu)、分離機(jī)構(gòu)、摩擦離合器有主動(dòng)摩擦片、被動(dòng)摩擦片、壓緊機(jī)構(gòu)、分離機(jī)構(gòu)、間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)、殼體等組成。間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)、殼體等組成。 XY-4XY-4鉆機(jī)摩擦離合器為干式、單片、杠桿壓緊型鉆機(jī)摩擦離合

5、器為干式、單片、杠桿壓緊型 結(jié)合過程是指離合器主、被動(dòng)片開始接觸到二者同步轉(zhuǎn)動(dòng)這結(jié)合過程是指離合器主、被動(dòng)片開始接觸到二者同步轉(zhuǎn)動(dòng)這一過程。一過程。可分為三個(gè)階段：可分為三個(gè)階段： ： 1 1 ， 2 2=0=0， M Mm m由由0 0增增加到加到M MZ Z。主、被片間的轉(zhuǎn)速差最大。主、被片間的轉(zhuǎn)速差最大。其滑磨功也大。其滑磨功也大。 ： 1 1 ， 2 2 ，M Mm m 繼續(xù)增繼續(xù)增大到大到M Mm m。雖然主、被片間的轉(zhuǎn)速差減。雖然主、被片間的轉(zhuǎn)速差減小，但摩擦轉(zhuǎn)矩增大，其滑磨功仍然小，但摩擦轉(zhuǎn)矩增大，其滑磨功仍然很大。很大。 ： 1 1 ， 2 2 ，M Mm m保持不保持不變。主

6、、被片間仍然有轉(zhuǎn)速差，離合變。主、被片間仍然有轉(zhuǎn)速差，離合器還產(chǎn)滑磨功。器還產(chǎn)滑磨功。由上述分析可知由上述分析可知: :在結(jié)合過程中在結(jié)合過程中, ,主、被動(dòng)摩擦片間均存在相對(duì)運(yùn)主、被動(dòng)摩擦片間均存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，易引起摩擦片較大的磨損與溫升。為保證工作機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)和防止動(dòng)，易引起摩擦片較大的磨損與溫升。為保證工作機(jī)平穩(wěn)啟動(dòng)和防止離合器過度的磨損及產(chǎn)生過高的溫度，離合器過度的磨損及產(chǎn)生過高的溫度， 當(dāng)主、被片的轉(zhuǎn)速達(dá)到一致，且逐步恢復(fù)到動(dòng)力機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，離當(dāng)主、被片的轉(zhuǎn)速達(dá)到一致，且逐步恢復(fù)到動(dòng)力機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，離合器進(jìn)入正常工作過程。只要合器進(jìn)入正常工作過程。只要M Mz z M Mm m離合器均能

7、正常工作。這時(shí)可把離合器均能正常工作。這時(shí)可把離合器看成離合器看成。當(dāng)當(dāng)Mz Mz Mm Mm時(shí)，主、被片間產(chǎn)生打滑，離合器的溫度會(huì)急劇升高。出現(xiàn)時(shí)，主、被片間產(chǎn)生打滑，離合器的溫度會(huì)急劇升高。出現(xiàn)此種情況應(yīng)此種情況應(yīng)。 1 1= = e e 2 2迅速下降到迅速下降到0 0。一般要求離合器。一般要求離合器。 設(shè)微小圓環(huán)面積上的正壓力為設(shè)微小圓環(huán)面積上的正壓力為dN,dN,則則 在在dNdN作用下產(chǎn)生的摩擦力作用下產(chǎn)生的摩擦力dpdp dp dp 產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩: :nNMe 9550 max dqdFqdN2 dfqdp2 dfqdMm22 一對(duì)摩擦副產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩為一對(duì)摩擦副

8、產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩為: :)(32fq2m33Rr2rRfqdM離合器產(chǎn)生的總摩擦轉(zhuǎn)矩為：離合器產(chǎn)生的總摩擦轉(zhuǎn)矩為：)(3332rRfqZmM 將上式中的將上式中的R和和r換成換成D與與d后成為：后成為：)(1233dDfqZmM 假定摩擦片上的比壓處處相等，則假定摩擦片上的比壓處處相等，則摩擦片的等效平均摩擦半徑為：摩擦片的等效平均摩擦半徑為：)(422dDQFQq 223331dDdDcR 故摩擦離合器產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩又可表達(dá)為：故摩擦離合器產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩又可表達(dá)為：fQZRcmM 根據(jù)根據(jù)Mm=Mmax，可推導(dǎo)出摩擦片的有效外徑為：，可推導(dǎo)出摩擦片的有效外徑為：33)1(12CZqfMDe 6

9、80580. DdC式中式中 摩擦離合器的摩擦副數(shù)可用下式計(jì)算：摩擦離合器的摩擦副數(shù)可用下式計(jì)算：nNrRZqfMMeem9550)(3233 一般一般 值在值在1.52.51.52.5。 摩擦系數(shù)摩擦系數(shù) f 和許用比壓和許用比壓 q的取值見右邊表。的取值見右邊表。 干干 式式 濕濕 式式 摩摩 擦擦 材材 料料q MPa fq MPa f鋼鋼對(duì)對(duì)鋼鋼0.20-0.250.15-0.200.6-0.80.05-0.07鋼鋼對(duì)對(duì)鑄鑄鐵鐵0.25-0.400.15-0.20鋼鋼對(duì)對(duì)石石棉棉銅銅絲絲片片0.20-0.300.25-0.50鋼鋼對(duì)對(duì)燒燒結(jié)結(jié)金金屬屬0.40-0.600.40-0.55

10、1.2-2.01 bzZZZtNAmaxhNhAtj 1 2 h 10 20 jt結(jié)合過程的特性曲線結(jié)合過程的特性曲線結(jié)合過程中的總滑磨功用下式計(jì)算結(jié)合過程中的總滑磨功用下式計(jì)算:)1(221 eIhA式中：式中： 離合器的摩擦力矩儲(chǔ)備系數(shù)；離合器的摩擦力矩儲(chǔ)備系數(shù)； I1主動(dòng)部分的慣性矩；主動(dòng)部分的慣性矩；e-主動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；主動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度； 1. 離合器的發(fā)熱驗(yàn)算離合器的發(fā)熱驗(yàn)算對(duì)于干式摩擦離合器，用下式計(jì)算對(duì)于干式摩擦離合器，用下式計(jì)算:)(bzhGGCAT CGaATh 式中：式中：C吸熱零件材料的比熱；對(duì)鋼和鐵可?。何鼰崃慵牧系谋葻?；對(duì)鋼和鐵可?。篊=48.15J/N0Ca

11、吸熱系數(shù)吸熱系數(shù); 干式單片離合器的壓緊盤干式單片離合器的壓緊盤a=0.5, 雙片式的中間片雙片式的中間片a=0.5,壓緊盤壓緊盤a=0.25。 對(duì)于濕式摩擦離合器，因主、被動(dòng)片都是鋼或燒結(jié)金屬制對(duì)于濕式摩擦離合器，因主、被動(dòng)片都是鋼或燒結(jié)金屬制造，故主被動(dòng)片同時(shí)吸熱。因此應(yīng)用下式計(jì)算：造，故主被動(dòng)片同時(shí)吸熱。因此應(yīng)用下式計(jì)算：無論何種摩擦離合器結(jié)合時(shí)的溫升不希望大于無論何種摩擦離合器結(jié)合時(shí)的溫升不希望大于3C02、耐磨性校驗(yàn)、耐磨性校驗(yàn) 離合器片的耐磨性不僅與總滑磨功有關(guān)，而且與摩擦片的離合器片的耐磨性不僅與總滑磨功有關(guān)，而且與摩擦片的工作總面積及材料的性質(zhì)有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)一般可用限制離合器單工

12、作總面積及材料的性質(zhì)有關(guān)。設(shè)計(jì)時(shí)一般可用限制離合器單位摩擦面上所具有的滑摩功來保證其耐磨性。即位摩擦面上所具有的滑摩功來保證其耐磨性。即FZAAAAhddd 式中式中Z離合器的摩擦副數(shù)；離合器的摩擦副數(shù)；F一個(gè)摩擦副的有效摩擦面積；一個(gè)摩擦副的有效摩擦面積；Ad許用單位摩擦面的滑磨功。許用單位摩擦面的滑磨功。 以銅絲模造石棉為摩擦材料的干式摩擦離合器，通常以銅絲模造石棉為摩擦材料的干式摩擦離合器，通常Ad=5105J/m2。1. 摩擦襯面摩擦襯面（1）對(duì)摩擦襯面的性能要求）對(duì)摩擦襯面的性能要求（2）襯面材料）襯面材料（3）襯面與基盤的安裝）襯面與基盤的安裝2. 基底鋼盤基底鋼盤材料為中碳鋼，厚

13、度材料為中碳鋼，厚度1.52.5，為防止受熱翹曲，加工有徑向切槽。，為防止受熱翹曲，加工有徑向切槽。 彈簧壓緊機(jī)構(gòu)有三種彈簧壓緊機(jī)構(gòu)有三種: (1)周沿彈簧式；周沿彈簧式；(2)中心彈簧式；中心彈簧式；(3)彈簧彈簧杠桿組合式。鉆機(jī)中主要采用第一種形式。下面的設(shè)計(jì)是以第一種杠桿組合式。鉆機(jī)中主要采用第一種形式。下面的設(shè)計(jì)是以第一種為例。為例。fhmaxfmax0pp0 壓緊時(shí)每個(gè)彈簧需產(chǎn)生的壓緊力為：壓緊時(shí)每個(gè)彈簧需產(chǎn)生的壓緊力為：hZpp 0 離合器分離時(shí)，彈簧產(chǎn)生的最大張力：離合器分離時(shí)，彈簧產(chǎn)生的最大張力：fhfpp 00max根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：0021pp.max 代入前式得：代入前

14、式得： Zhf55 是離合器分離時(shí)是離合器分離時(shí),每對(duì)摩擦副間應(yīng)每對(duì)摩擦副間應(yīng)有的間隙量。有的間隙量。在最大作用力下，彈簧產(chǎn)生的剪應(yīng)力用下式計(jì)算：在最大作用力下，彈簧產(chǎn)生的剪應(yīng)力用下式計(jì)算：ttppppdDCCCK 3424ttpdKDP max08 K彈簧的繞曲系數(shù)，可用下式計(jì)算或從圖中選取。彈簧的繞曲系數(shù)，可用下式計(jì)算或從圖中選取。4 6 8 10 12 14 16 181.401.351.301.251.201.151.101.051.00ttpdDK 如果式中的如果式中的 用彈簧材料的用彈簧材料的許用剪應(yīng)力許用剪應(yīng)力代替，可用于確定代替，可用于確定彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸。彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸。彈簧的

15、壓縮量與作用力之間的關(guān)系為：彈簧的壓縮量與作用力之間的關(guān)系為：408tMtpdGiDpf Gm彈簧材料的彈性模量；彈簧材料的彈性模量；41048 .mG由上式可以導(dǎo)出彈簧的剛度系數(shù)：由上式可以導(dǎo)出彈簧的剛度系數(shù)：iDGdfpKtpmt840 若若K 已確定，可用上式計(jì)算彈簧的圈數(shù)。然后進(jìn)一步求出彈簧已確定，可用上式計(jì)算彈簧的圈數(shù)。然后進(jìn)一步求出彈簧的自由長度。的自由長度。 imm5150. )()(max12 ifdilt彈簧在最大壓縮量下，相鄰工作圈之間應(yīng)有的最小間隙量，彈簧在最大壓縮量下，相鄰工作圈之間應(yīng)有的最小間隙量，通常：通常：1.分離滑套行程的計(jì)算分離滑套行程的計(jì)算 杠桿壓緊機(jī)構(gòu)按增

16、力機(jī)構(gòu)不同杠桿壓緊機(jī)構(gòu)按增力機(jī)構(gòu)不同分為：斜面分為：斜面杠桿式和連桿杠桿式和連桿杠桿杠桿式；按壓盤施力機(jī)構(gòu)不同分為：剛式；按壓盤施力機(jī)構(gòu)不同分為：剛性式、帶彈性元件和裝有補(bǔ)償彈簧性式、帶彈性元件和裝有補(bǔ)償彈簧式三種。式三種。 由圖中可以看出，壓緊盤在結(jié)由圖中可以看出，壓緊盤在結(jié)合過程中的最大位移為：合過程中的最大位移為：ggkzfZfff gkzfffzsksbsgsA1A2A3A4B1B2B3B4AiA3DiD3eifiB3BiSi0 xyab 根據(jù)圖中所設(shè)參數(shù)根據(jù)圖中所設(shè)參數(shù),可可推導(dǎo)出在滑套的工作行程推導(dǎo)出在滑套的工作行程內(nèi)滑套與壓緊盤位移的關(guān)內(nèi)滑套與壓緊盤位移的關(guān)系系:022022 conbcaCsCsconbcafiiiiisinsin 因滑套的空行程較大，采用上式計(jì)算誤差較大，一般采用作圖因滑套的空行程較大，采用上式計(jì)算誤差較大，一般采用作圖法確定。閉合行程根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，法確定。閉合行程根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定， Sb =24mm。 確定出確定出Sh、Sg、Sb后，滑套的總行程可用下式計(jì)算：后，滑套的總行程可用下式計(jì)算：bghzSSSS 2.分離滑套的最大推力計(jì)算分離滑套的最大推力計(jì)算杠桿達(dá)到滑套的最高點(diǎn)時(shí)，機(jī)構(gòu)產(chǎn)生最大的推力：