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(shí)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(shí)的時(shí)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(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寸大。

多片式

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、散熱較差。

2、按工作條件分類

干式

特點(diǎn)：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(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。

3、按工作原理分類

常壓式

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)需要較大的操縱力、適合聯(lián)合驅(qū)動的鉆機(jī)。

非常壓式特點(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)定性較好、適用于單獨(dú)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。可分為三個(gè)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(yùn)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(shí)間，但結(jié)合時(shí)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(shí)可把離合器看成剛性傳動件。當(dāng)Mz?Mm時(shí)，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(shí)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(jì)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(yàn)算tNAω結(jié)合過程的特性曲線一滑磨功的計(jì)算結(jié)合過程中的總滑磨功用下式計(jì)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(yàn)1.離合器的發(fā)熱驗(yàn)算對于干式摩擦離合器，用下式計(jì)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(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3C02、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(gè)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(jì)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(jì)一彈簧壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jì)是以第一種為例。0

壓緊時(shí)每個(gè)彈簧需產(chǎn)生的壓緊力為：

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

δ是離合器分離時(shí),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(jì)算：K—彈簧的繞曲系數(shù)，可用下式計(jì)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(jì)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(jì)1.分離滑套行程的計(jì)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(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)