離合器

離合器    時間:2014-03-07 10:17:05
離合器簡介
  離合器在機器運轉中可將傳動系統隨時分離或接合。對離合器的要求有:接合平穩,分離迅速而徹底;調節和修理方便;外廓尺寸小;質量小;耐磨性好和有足夠的散熱能力;操縱方便省力。離合器的類型很多……
離合器正文

離合器在機器運轉中可將傳動系統隨時分離或接合。對離合器的要求有:接合平穩,分離迅速而徹底;調節和修理方便;外廓尺寸小;質量小;耐磨性好和有足夠的散熱能力;操縱方便省力。離合器的類型很多,常用的可分牙嵌式與摩擦式兩大類。
(一) 牙嵌離合器

牙嵌離合器由兩個端面上有牙的半離合器組成(如右圖)。其中一個(圖的左部)半離合器固定在主動軸上;另一個半離合器用導鍵(或花鍵)與從動軸聯接,並可由操縱機構便其作軸向移動,以實現離合器的分離與接合。牙嵌離合器是借牙的相互嵌合來傳遞運動和轉矩的。為使兩半離合器能夠對中,在主動軸端的半離合器上固定一個對中環,從動軸可在對中環內自由轉動。

圖<牙嵌離合器>

 

圖<各種牙型圖>

牙嵌離合器常用的牙形如圖<各種牙型圖>所示,三角形牙(圖a、b)用於傳遞小轉矩的低速離合器;矩形牙(圖e)無軸向分力,但不便於接合與分離,磨損后無法補償,故使用較少;梯形牙(圖c)的強度高,能傳遞較大的轉矩,能自動補償牙的磨損與間隙,從而減少衝擊,故應用較廣;鋸齒形牙(圖d)強度高,只能傳遞單向轉矩,用於特定的工作條件處;圖f所示的牙形主要用於安全離合器;圖g所示為牙形的縱截面。牙數一般取為3~60。牙嵌離合器的主要尺寸可從有關手冊中選取,必要時應按下式驗算牙面上的壓力p及牙根彎曲應力σb。即


式中:A—每個牙的接觸面積,
 D0—離合器牙齒所在圓環的平均直徑(圖<各種牙型圖>),mm;
 h—牙的高度,mm;
 z—半離合器上的牙數;
 W—牙根的抗彎截面係數,,其中a、b所代表的尺寸如圖<牙嵌離合器圖>所示;
 [p]—許用壓力,當靜止狀態下接合時,[p]≤90~120Mpa;低速狀態下接合時,[p]≤50~7OMPa;較高速狀態下接合時,[p]=35~45Mpa;
 [σ]b—許用彎曲應力,靜止狀態下接合時,[σ]b=σs/1.5 MPa;運轉狀態下接合時,[σ]b=σs/(5~6) MPa 。

牙嵌離合器一般用於轉矩不大,低速接合處。材料常用低碳鋼表面滲碳,硬度為56~62HRC;或採用中碳鋼表面淬火,硬度為48~541HRC;不重要的和靜止狀態接合的離合器,也允許用HT2O0製造。

(二) 圓盤摩擦離合器
圓盤摩擦離合器是在主動摩擦盤轉動時,由主、從動盤的接觸面間產生的摩擦力矩來傳遞轉矩的,有單盤式和多盤式兩種。 
右圖為單盤摩擦離合器的簡圖。在主動軸1和從動軸2上,分別安裝摩擦盤3和4,操縱環5可以使摩擦盤4沿軸2移動。接合時以力Q將盤4壓在盤3上,主動軸上的轉矩即由兩盤接觸面間產生的摩擦力矩傳到從動軸上。設摩擦力的合力作用在平均半徑R的圓周上,則可傳遞的最大轉矩Tmax為 

 
式中f為摩擦係數(見表<摩擦離合器的材料及其性能>)。

圖<單盤摩擦離合器>


下圖為多盤摩擦離合器,它有兩組摩擦盤:一組外摩擦盤5(圖<摩擦盤結構圖a>)以其外齒插入主動軸1上的外鼓輪2內緣的縱向槽中,盤的孔壁則不與任何零件接觸,故盤5可與軸l一起轉動,並可在軸向力推動下沿軸向移動;另一組內摩擦盤6(圖<摩擦盤結構圖b>)以其孔壁凹槽與從動軸3上的套筒4的凸齒相配合,而盤的外緣不與任何零件接觸,故盤6可與軸3一起轉動,也可在軸向力推動下作軸向移動。另外在套筒4上開有三個縱向槽,其中安置可繞銷軸轉動的曲臂壓桿8;當滑環7向左移動時,曲臂壓桿8通過壓板9將所有內、外摩擦盤緊壓在調節螺母10上,離合器即進入接合狀態。螺母10可調節摩擦盤之間的壓力。內摩擦盤也可作成碟形(圖<摩擦盤結構圖c>),當承壓時,可被壓平而與外盤貼緊;鬆脫時,由於內盤的彈力作用可以迅速與外盤分離。

圖<多盤摩擦離合器>

圖<摩擦盤結構圖>

摩擦盤常用材料及其性能見下表。

摩擦離合器的材料及其性能

摩擦副的材料及工作條件

摩擦係數

圓盤摩擦離合器

在油中工作

淬火鋼-淬火鋼

淬火鋼-青銅

鑄鐵- 鑄鐵或淬火鋼

鋼- 夾布膠木

淬火鋼-陶質金屬

0.06

0.08

0.08

0.12

0.1

0.6~0.8

0.4~0.5

0.6~0.8

0.4~0.6

0.8

不在油中工作

壓制石棉-鋼或鑄鐵

淬火鋼-陶質金屬

鑄鐵- 鑄鐵或淬火鋼

0.3

0.4

0.15

0.2~0.3

0.3

0.2~0.3

 


 註:(1) 基本許用壓力為標準情況下的許用壓力。


多盤摩擦離合器所能傳遞的最大轉矩Tmax和作用在摩擦盤接合面上的壓力p為:
 

式中;D1,D2—摩擦盤接合面的內徑和外徑,mm;
 z—接合面的數目;
 Q—操作軸向力,N;
 f—摩擦係數;
 [p]--許用壓力,它等於基本許用壓力[p]0與係數ka、kb、kc的乘積,即
式中[p]0見表<摩擦離合器的材料及其性能>;ka、kb、kc分別為根據離合器平均圓周速度、主動摩擦盤的數目、每小時的接合次數等不同而引入的修正係數,其值見表<修正係數ka、kb、kc>。
摩擦離合器和牙嵌離合器相比,有下列優點:不論在何種速度時,兩軸都可以接合或分離;接合過程平穩,衝擊、振動較小;從動軸的加速時間和所傳遞的最大轉矩可以調節;過載時可發生打滑,以保護重要零件不致損壞。其缺點為外廓尺寸較大;在接合、分離過程中要產生滑動摩擦,故發熱量較大,磨損也較大。為了散熱和減輕磨損,可以把摩擦離合器浸入油中工作。根據是否浸入潤滑油中工作,把摩擦離合器分為乾式與油式兩種。

修正係數ka、kb、kc

平均圓周速度 1 2 2.5 3 4 6 8 10 15
ka 1.35 1.08 1 0.94 0.86 0.75 0.68 0.63 0.55
主動摩擦盤數目 3 4 5 6 7 8 9 10 11
kb 1 0.97 0.94 0.91 0.88 0.85 0.82 0.79 0.76
每小時接合次數 90 120 180 240 300 ≥360
kc 1 0.95 0.8 0.7 0.6 0.5

設計時,可先選定摩擦面材料和根據結構要求初步定出摩擦盤接合面的直徑D1和D2。對油式摩擦離合器,取D1=(1.5~2)d,d為軸徑;D2=(1.5~2)D1;對乾式摩擦離合器,取D1=(2~3)d;D2=(1.5~2.5)D1。然後來出軸向壓力Q及所需的摩擦結合面數目z。因為z增加過大時,傳遞轉矩並不能隨之成正比增加,故一般對油式取z=5~15;對乾式取z=1~6。並限制內外摩擦盤總數不大於25~30。

摩擦離合器在接合與分離時,從動軸的轉速總是小於主動軸的轉速,因而內外摩擦盤間必有相對滑動產生,從而 消耗摩擦功,並引起摩擦盤的磨損和發熱。當溫度過高時,就會引起摩擦係數改變,嚴重時還可能導致摩擦盤膠合與塑性變形。一般對鋼製摩擦盤,應限制其表面最高溫度不遇過300~400℃,整個離合器的平均溫度不大100~120℃。

摩擦離合器的操縱方法有機械的、電磁的、氣動的和液壓的等數種。機械式操縱多用槓桿機構(參看圖<多盤摩擦離合器>);當所需軸向力較大時,也有採用其它機械的(如螺旋機構)。 下面介紹一種電磁操縱的多盤摩擦離合器。如右圖所示,當直流電經接觸環1導人電磁線圈2后,產生磁通量φ使線圈吸引銜鐵5,於是銜鐵5將兩組摩擦片3、4壓 緊,離合器處於接合狀態。當電流切斷時,依靠複位彈簧6將銜鐵推開,使兩組摩擦片鬆開,離合器處於分離狀態。電磁摩擦離合器可實現遠距離操縱,動作迅速,沒有不平衡的軸向力,因而在數控機床等機械中獲得了廣泛的應用。

圖<電磁摩擦離合器>

 

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