低速慣性摩擦離合器増力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).doc

低速慣性摩擦離合器二級(jí)鉸桿增力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)呂慶洲（1.合肥工業(yè)大學(xué) 機(jī)汽學(xué)院 安徽 合肥 230009 2.淮南聯(lián)合大學(xué) 機(jī)電系 安徽 淮南 232038）The strenthening force mechanism design of the low speed inertia friction clurchLv Qing zhou(1、School of Mechanica Engineering and Automobile Engineering，Hefei Polytechnics University；2、Department of Mechatronic Engineering ，Huainan union University)摘要：設(shè)計(jì)一種二級(jí)鉸桿增力機(jī)構(gòu)，增大低速慣性摩擦離合器摩擦片的正壓力，解決低速摩擦離合器工作時(shí)動(dòng)力不足、傳遞功率低的問題。通過增力機(jī)構(gòu)巧妙的設(shè)計(jì)和增力計(jì)算、分析，確定了離合器工作時(shí)的增力倍數(shù)、工作參數(shù)和提高機(jī)構(gòu)工作能力的基本途徑。關(guān)鍵詞：低速慣性摩擦離合器；二級(jí)雙鉸增力機(jī)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；特點(diǎn)分析；應(yīng)用實(shí)例。Abstract: For disoving the problem that the low speed Inertia Friction Clurch lacks force,We design a kind of hinged mechanism with two strenthening force structures .On the basis of the special design and counting its times of the strenthening force and deciding its runing data,We analyse and explain the characters and properties of this kind of strenthening force mechanism. Key words:The low Inertia Friction Clurch;Two strenthening force structures;Structure designment;Analyse characters and properties.在文獻(xiàn)【1】中，設(shè)計(jì)一種二級(jí)增力機(jī)構(gòu)解決低速摩擦離合器的正壓力不足問題。在這里新提出一種二級(jí)鉸桿增力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，比較前一種增力機(jī)構(gòu)增力倍數(shù)更大，調(diào)節(jié)更方便，結(jié)構(gòu)更合理。1 二級(jí)鉸桿增力機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、1 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)二級(jí)鉸桿增力機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，第一級(jí)增力機(jī)構(gòu)為對(duì)稱布置的曲柄滑塊ABC和A1B1C1機(jī)構(gòu)，滑塊1為增力滑塊，在其上設(shè)計(jì)有調(diào)整工作角的C鉸調(diào)整槽，設(shè)計(jì)時(shí)取桿AB、AC長度相等，兩桿的長度要求消除摩擦片與輪轂間隙，并保證較小的工作角（一般保證5）；第二級(jí)增力機(jī)構(gòu)為ADA1E鉸鏈滑塊機(jī)構(gòu)，滑塊2為動(dòng)力滑塊，其上設(shè)計(jì)有調(diào)整工作角度和工作行程的E鉸調(diào)整槽，桿長AE要求消除動(dòng)力滑塊運(yùn)動(dòng)行程，桿長AD和A1D設(shè)計(jì)成等長，設(shè)計(jì)長度應(yīng)保證較小的工作角（一般保證5）。1、2 工作原理工作時(shí)，軸與摩擦片輪轂一起轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)動(dòng)力滑塊和增力滑塊獲得慣性力一起沿半徑外移，在消除和的同時(shí)增力滑塊獲得較大正壓力，將摩擦片和摩擦外輪轂壓緊，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，使離合器結(jié)合良好，輸出動(dòng)力。這里增力滑塊獲得的正壓力越大，離合器結(jié)合越好，輸出動(dòng)力越大。ABCA1B1C1DE1 動(dòng)力滑塊 2 增力滑塊 3 摩擦片 4 離合器摩擦外輪轂1234圖1 雙鉸桿增力機(jī)構(gòu)原理示意圖HH11、3 增力倍數(shù)計(jì)算如圖2所示為第二級(jí)增力機(jī)構(gòu)的D點(diǎn)受力圖。其中慣性力Q = mR22，m為動(dòng)力滑塊的質(zhì)量，為軸的角速度，R2為E點(diǎn)的工作半徑，在低速時(shí)Q是較小的；桿AD和A1D給D點(diǎn)的作用力相等，根據(jù)靜力平衡條件可得 。如圖3所示為桿AD給A點(diǎn)的作用力FAD的力分解圖，力FAD與力FAD是作用力與反作用力關(guān)系，其沿垂直曲柄滑塊機(jī)構(gòu)ABC極限位置線（AB和AC呈直線）方向的分力F2大小為如圖4所示為第一級(jí)增力機(jī)構(gòu)A點(diǎn)的受力圖。由分力F2引起桿AB、AC的作用力為FAB、FAC，由于桿AB、AC等長，因此FAB = FAC，根據(jù)靜力平衡條件可得如圖5所示為桿AC給C點(diǎn)的作用力FAB的力分解圖，力FAB與力FAB是作用力與反作用力關(guān)系，其沿曲柄滑塊機(jī)構(gòu)ABC極限位置線方向的分力F1大小為由于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為對(duì)稱布置，因此在摩擦片上產(chǎn)生的正壓力FN大小為令為第一級(jí)增力系數(shù)，為第二級(jí)增力系數(shù)，則其中K為整個(gè)機(jī)構(gòu)的增力倍數(shù)。如果考慮動(dòng)力平衡，將該增力機(jī)構(gòu)對(duì)稱布置，其增力倍數(shù)還會(huì)再增加一倍。D9090QFADFA1D圖2 D點(diǎn)受力圖CABFADF2FACFABF2A圖3 力 FAD分解圖4 A點(diǎn)的受力圖FABF1圖5力FAB的分解現(xiàn)取位置角=30，當(dāng)機(jī)構(gòu)工作角 = =5時(shí)，可得K1=11.43，K2=5.27，K=59.24。而按文獻(xiàn)【1】設(shè)計(jì)的增力機(jī)構(gòu)，此時(shí)增力倍數(shù)K=13.5。當(dāng)機(jī)構(gòu)工作角 = =1時(shí)，可得K1=57.29，K2=24.49，K=1403，其增力倍數(shù)很大。實(shí)際上機(jī)構(gòu)工作角一般不可能調(diào)整到小于1范圍內(nèi)，正常應(yīng)該在15范圍內(nèi)，因此該機(jī)構(gòu)的增力倍數(shù)相當(dāng)可觀。2 二級(jí)雙鉸增力機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分析（1）為了離合器工作時(shí)動(dòng)力平衡，可以將該雙鉸增力機(jī)構(gòu)對(duì)稱布置，能夠成倍增加傳遞功率，同時(shí)能更加適應(yīng)低速工作。（2）為了能夠保證快速切斷動(dòng)力，只需在動(dòng)力滑塊下配置回位彈簧，其減小動(dòng)力的倍數(shù)也很大，因此具有快速切斷動(dòng)力的能力。（3）由于摩擦片有磨損，為了保證較小的工作角度，在動(dòng)力滑塊和增力滑塊上都配置有調(diào)整滑槽，進(jìn)行有效的調(diào)整，使離合器隨時(shí)保持的良好的工作狀態(tài)。（4）動(dòng)力滑塊和增力滑塊在工作時(shí)自身也產(chǎn)生一定的慣性力，這個(gè)慣性力并沒有計(jì)算在對(duì)摩擦片產(chǎn)生正壓力上，但同時(shí)各連接鉸鏈的摩擦損耗也未考慮進(jìn)去，若考慮摩擦損耗，其增力倍數(shù)為，式中為鉸鏈鉸接處的摩擦角（一般可控制在小于0.5以內(nèi)）。相對(duì)于不考慮以上兩種因素來說，對(duì)離合器的增力影響不大。不過在第一級(jí)增力機(jī)構(gòu)增力計(jì)算中只討論了由作用力FAD分力F2引起桿AB的作用力FAB對(duì)動(dòng)力滑塊產(chǎn)生的增力，并沒有計(jì)算由作用力FAD另一個(gè)分力的作用效果，一般在工作角為很小時(shí)，這個(gè)分力的影響較小，可以忽略不計(jì)。（5）這種機(jī)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)越過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置的情況。因?yàn)橹灰獥UAD和A1D長度適當(dāng)，就能保證A點(diǎn)和A1點(diǎn)不會(huì)越過該機(jī)構(gòu)的極限位置線。（6）該機(jī)構(gòu)的第一級(jí)增力機(jī)構(gòu)的位置角的變化，能夠較大的影響增力倍數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)取 =30，在機(jī)構(gòu)安裝空間允許的情況下可以把減小，還能夠進(jìn)一步提高增力倍數(shù)。不過太小，安裝增力機(jī)構(gòu)的空間就小了，甚至無法安裝。3、實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)舉例設(shè)以低速慣性離合器傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速為500r/min，輪轂半徑為R=190mm，摩擦片的厚度為10mm，摩擦片與輪轂間的間隙=8.5mm。第二級(jí)增力機(jī)構(gòu)有關(guān)數(shù)據(jù)為：動(dòng)力滑塊的質(zhì)量為m2=1kg，動(dòng)力滑塊的工作半徑為R2=165mm，桿AD、A1D、DE的長度為lAD= lA1D = lDE = 60mm；第一級(jí)增力機(jī)構(gòu)曲柄滑塊ABC機(jī)構(gòu)B點(diǎn)的安裝位置半徑為RB =60mm，安裝位置線（也是桿AB、AC的極限位置）與豎直中心線的夾角（或安裝位置角） =30，桿AB、AC的長度為lAB = lAC = 60mm，增力滑塊的質(zhì)量為m1=1kg，常態(tài)下增力滑塊與摩擦片之間的間隙為零。為了計(jì)算方便，取第一級(jí)增力機(jī)構(gòu)ABC的初始工作角為 =30，這時(shí)第二級(jí)增力機(jī)構(gòu)的初始工作角約為 =60，取動(dòng)力滑塊運(yùn)動(dòng)行程為=50mm。首先取第二級(jí)增力機(jī)構(gòu)的工作角為 =5，則在AA1D（如圖1）有mm在ABH中（如圖1），由于工作角進(jìn)入工作狀態(tài)時(shí)，角度很小，因此近似取考慮鉸鏈A、D處的間隙和桿件的微小變形，AH的長度相應(yīng)增大，取AH=1.2286mm，這樣根據(jù) ，則有 這樣二級(jí)增力機(jī)構(gòu)的增力倍數(shù)為因此整個(gè)機(jī)構(gòu)的增力倍數(shù)為：據(jù)此該機(jī)構(gòu)的對(duì)離合器摩擦片產(chǎn)生的正壓力為：F=K1K2Q，而慣性力Q = m2R22，取摩擦片與輪轂的摩擦系數(shù)fN=0.3，離合器摩擦片產(chǎn)生的摩擦力為：Ff =2fNFN，由此摩擦力產(chǎn)生的力矩為：Mf =FfR，這樣該摩擦離合器所能傳遞的功率為此時(shí)傳遞功率是相當(dāng)?shù)拇?。若低速慣性離合器傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速減小一半，即為250r/min，這時(shí)傳遞的功率也可達(dá)38.875kW。4、結(jié)束語從上面的計(jì)算分析來看，二級(jí)鉸桿增力機(jī)構(gòu)比文獻(xiàn)【1】設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)增力效果更好，結(jié)構(gòu)更合理。在此二級(jí)增力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，未就機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)進(jìn)行說明，這部分可在具體的應(yīng)用中根據(jù)離