第四章離合器(工程機(jī)械)

第四章

摩擦離合器

§4-1摩擦離合器的功用與要求

一摩擦離合器的功用

(1)傳遞與切斷動力；

(2)微動操作；

(3)實現(xiàn)柔性傳動；

(4)過載保護(hù)。

(5)保證動力機(jī)空載啟動。

二對摩擦離合器的要求

(1)能傳遞足夠的動力；

(2)結(jié)合平穩(wěn)，分離徹底；

(3)易損件的壽命較長；磨損后容易更換和調(diào)整；

(4)盡量減小從動件的轉(zhuǎn)動慣量，以減少結(jié)合時的時間和沖擊。

(5)具有良好的散熱性能?！?-2摩擦離合器的類型、結(jié)構(gòu)與工作原理一摩擦離合器的類型

1、按照片數(shù)分類

單片式特點：結(jié)構(gòu)簡單、散熱好、間隙容易保證，但結(jié)合時的平穩(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。

多片式

特點：結(jié)合平穩(wěn)、片的尺寸相同時，能傳遞較大的功率，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、分離時片間間隙不易保持均勻、散熱較差。

2、按工作條件分類

干式

特點：摩擦系數(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,采用風(fēng)冷，暴露在空氣中。

濕式

特點：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。

3、按工作原理分類

常壓式

特點：結(jié)合時靠彈簧壓緊、常態(tài)為壓緊狀態(tài)、壓緊彈簧有自動補(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、分離時需要較大的操縱力、適合聯(lián)合驅(qū)動的鉆機(jī)。

非常壓式特點：結(jié)合時靠杠桿壓緊、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)合時平穩(wěn)定性較好、適用于單獨驅(qū)動的鉆機(jī)。二摩擦離合器的結(jié)構(gòu)與工作原理1、摩擦離合器的組成

摩擦離合器有主動摩擦片、被動摩擦片、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。2、典型摩擦離合器的結(jié)構(gòu)

（1）XY-4鉆機(jī)摩擦離合器

XY-4鉆機(jī)摩擦離合器為干式、單片、杠桿壓緊型(2)XY-5鉆機(jī)摩擦離合器3、摩擦離合器的工作原理（1）非常壓型摩擦離合器的工作原理2、常壓型摩擦離合器的工作原理三、摩擦離合器工作過程分析1、結(jié)合過程結(jié)合過程是指離合器主、被動片開始接觸到二者同步轉(zhuǎn)動這一過程?？煞譃槿齻€階段：

t1階段：1，2=0，Mm由0增加到MZ。主、被片間的轉(zhuǎn)速差最大。其滑磨功也大。

t2階段：1，2，Mm繼續(xù)增大到Mm。雖然主、被片間的轉(zhuǎn)速差減小，但摩擦轉(zhuǎn)矩增大，其滑磨功仍然很大。

t3階段：1，2，Mm保持不變。主、被片間仍然有轉(zhuǎn)速差，離合器還產(chǎn)滑磨功。

由上述分析可知:在結(jié)合過程中,主、被動摩擦片間均存在相對運動，易引起摩擦片較大的磨損與溫升。為保證工作機(jī)平穩(wěn)啟動和防止離合器過度的磨損及產(chǎn)生過高的溫度，結(jié)合過程要保證有一定的結(jié)合時間，但結(jié)合時間不能過長。一般控制在2-8秒之內(nèi)。2、正常工作過程當(dāng)主、被片的轉(zhuǎn)速達(dá)到一致，且逐步恢復(fù)到動力機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，離合器進(jìn)入正常工作過程。只要Mz?Mm離合器均能正常工作。這時可把離合器看成剛性傳動件。當(dāng)Mz?Mm時，主、被片間產(chǎn)生打滑，離合器的溫度會急劇升高。出現(xiàn)此種情況應(yīng)立即停車。3、分離過程1=e2迅速下降到0。一般要求離合器分離過程時間越短越好?！?-3摩擦離合器主要參數(shù)的確定一摩擦離合器傳遞的最大轉(zhuǎn)矩

二摩擦離合器產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩

設(shè)微小圓環(huán)面積上的正壓力為dN,則在dN作用下產(chǎn)生的摩擦力dpdp產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩:一對摩擦副產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩為:離合器產(chǎn)生的總摩擦轉(zhuǎn)矩為：將上式中的R和r換成D與d后成為：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：故摩擦離合器產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩又可表達(dá)為：三摩擦片的有效內(nèi)徑和外徑根據(jù)Mm=Mmax，可推導(dǎo)出摩擦片的有效外徑為：式中五摩擦副的數(shù)目

摩擦離合器的摩擦副數(shù)可用下式計算：六摩擦離合器的轉(zhuǎn)矩儲備系數(shù)一般值在1.5~2.5。四f與[q]的確定摩擦系數(shù)f和許用比壓[q]的取值見右邊表?！?-4摩擦離合器的滑磨功與發(fā)熱驗算tNAω結(jié)合過程的特性曲線一滑磨功的計算結(jié)合過程中的總滑磨功用下式計算:式中：

β—離合器的摩擦力矩儲備系數(shù)；

I1—主動部分的慣性矩；?e---主動件的轉(zhuǎn)動角速度；

二離合器的發(fā)熱和耐磨性校驗1.離合器的發(fā)熱驗算對于干式摩擦離合器，用下式計算:式中：C—吸熱零件材料的比熱；對鋼和鐵可?。篊=48.15J/N?0Ca—吸熱系數(shù);干式單片離合器的壓緊盤a=0.5,

雙片式的中間片a=0.5,壓緊盤a=0.25。對于濕式摩擦離合器，因主、被動片都是鋼或燒結(jié)金屬制造，故主被動片同時吸熱。因此應(yīng)用下式計算：無論何種摩擦離合器結(jié)合時的溫升不希望大于3C02、耐磨性校驗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)計時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。即式中Z—離合器的摩擦副數(shù)；F—一個摩擦副的有效摩擦面積；[Ad]—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[Ad]=5×105J/m2?！?-5離合器主要零件的設(shè)計一帶襯摩擦盤1.摩擦襯面（1）對摩擦襯面的性能要求（2）襯面材料（3）襯面與基盤的安裝2.基底鋼盤材料為中碳鋼，厚度1.5~2.5，為防止受熱翹曲，加工有徑向切槽。二支撐盤三壓緊盤四離合器罩§3-6壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計一彈簧壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計彈簧壓緊機(jī)構(gòu)有三種:(1)周沿彈簧式；(2)中心彈簧式；(3)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)計是以第一種為例。0

壓緊時每個彈簧需產(chǎn)生的壓緊力為：

離合器分離時，彈簧產(chǎn)生的最大張力：根據(jù)經(jīng)驗：代入前式得：

δ是離合器分離時,每對摩擦副間應(yīng)有的間隙量。在最大作用力下，彈簧產(chǎn)生的剪應(yīng)力用下式計算：K—彈簧的繞曲系數(shù)，可用下式計算或從圖中選取。46810121416181.401.351.301.251.201.151.101.051.00K

如果式中的τ用彈簧材料的許用剪應(yīng)力[τ]代替，可用于確定彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸。彈簧的壓縮量與作用力之間的關(guān)系為：Gm—彈簧材料的彈性模量；由上式可以導(dǎo)出彈簧的剛度系數(shù)：若K已確定，可用上式計算彈簧的圈數(shù)。然后進(jìn)一步求出彈簧的自由長度。Δ—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：二杠桿壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計1.分離滑套行程的計算

杠桿壓緊機(jī)構(gòu)按增力機(jī)構(gòu)不同分為：斜面—杠桿式和連桿—杠桿式；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)償彈簧式三種。由圖中可以看出，壓緊盤在結(jié)合過程中的最大位移為：A1A2A3A4B1B2B3B4AiA3DiD3eifiB3BiSixyab

根據(jù)圖中所設(shè)參數(shù),可推導(dǎo)出在滑套的工作行程內(nèi)滑套與壓緊盤位移的關(guān)系:

因滑套的空行程較大，采用上式計算誤差較大，一般采用作圖法確定。閉合行程根據(jù)經(jīng)驗