离合器(图文教程)

  离合器在机器运转中可将传动系统随时分离或接合。对离合器的要求有:接合平稳,分离迅速而彻底;调节和修理方便;外廓尺寸小;质量小;耐磨性好和有足够的散热能力;操纵方便省力。离合器的类型很多,常用的可分牙嵌式与摩擦式两大类。
(一) 牙嵌离合器

  牙嵌离合器由两个端面上有牙的半离合器组成(如右图)。其中一个(图的左部)半离合器固定在主动轴上;另一个半离合器用导键(或花键)与从动轴联接,并可由操纵机构便其作轴向移动,以实现离合器的分离与接合。牙嵌离合器是借牙的相互嵌合来传递运动和转矩的。为使两半离合器能够对中,在主动轴端的半离合器上固定一个对中环,从动轴可在对中环内自由转动。

离合器(图文教程),离合器,盘,第1张

图<牙嵌离合器>

 离合器(图文教程),离合器,盘,第2张

图<各种牙型图>

  牙嵌离合器常用的牙形如图<各种牙型图>所示,三角形牙(图a、b)用于传递小转矩的低速离合器;矩形牙(图e)无轴向分力,但不便于接合与分离,磨损后无法补偿,故使用较少;梯形牙(图c)的强度高,能传递较大的转矩,能自动补偿牙的磨损与间隙,从而减少冲击,故应用较广;锯齿形牙(图d)强度高,只能传递单向转矩,用于特定的工作条件处;图f所示的牙形主要用于安全离合器;图g所示为牙形的纵截面。牙数一般取为3~60。牙嵌离合器的主要尺寸可从有关手册中选取,必要时应按下式验算牙面上的压力p及牙根弯曲应力σb。即
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式中:A—每个牙的接触面积,离合器(图文教程),离合器,盘,第5张
   D0—离合器牙齿所在圆环的平均直径(图<各种牙型图>),mm;
   h—牙的高度,mm;
   z—半离合器上的牙数;
   W—牙根的抗弯截面系数,离合器(图文教程),离合器,盘,第6张,其中a、b所代表的尺寸如图<牙嵌离合器图>所示;
   [p]—许用压力,当静止状态下接合时,[p]≤90~120Mpa;低速状态下接合时,[p]≤50~7OMPa;较高速状态下接合时,[p]=35~45Mpa;
   [σ]b—许用弯曲应力,静止状态下接合时,[σ]b=σs/1.5 MPa;运转状态下接合时,[σ]b=σs/(5~6) MPa 。

  牙嵌离合器一般用于转矩不大,低速接合处。材料常用低碳钢表面渗碳,硬度为56~62HRC;或采用中碳钢表面淬火,硬度为48~541HRC;不重要的和静止状态接合的离合器,也允许用HT2O0制造。

(二) 圆盘摩擦离合器
  圆摩擦离合器是在主动摩擦盘转动时,由主、从动盘的接触面间产生的摩擦力矩来传递转矩的,有单盘式和多盘式两种。 
  右图为单盘摩擦离合器的简图。在主动轴1和从动轴2上,分别安装摩擦盘3和4,操纵环5可以使摩擦盘4沿轴2移动。接合时以力Q将盘4压在盘3上,主动轴上的转矩即由两盘接触面间产生的摩擦力矩传到从动轴上。设摩擦力的合力作用在平均半径R的圆周上,则可传递的最大转矩Tmax为 
    离合器(图文教程),离合器,盘,第7张   
  式中f为摩擦系数(见表<摩擦离合器的材料及其性能>)。

离合器(图文教程),离合器,盘,第8张

图<单盘摩擦离合器>

  下图为多盘摩擦离合器,它有两组摩擦盘:一组外摩擦盘5(图<摩擦盘结构图a>)以其外齿插入主动轴1上的外鼓轮2内缘的纵向槽中,盘的孔壁则不与任何零件接触,故盘5可与轴l一起转动,并可在轴向力推动下沿轴向移动;另一组内摩擦盘6(图<摩擦盘结构图b>)以其孔壁凹槽与从动轴3上的套筒4的凸齿相配合,而盘的外缘不与任何零件接触,故盘6可与轴3一起转动,也可在轴向力推动下作轴向移动。另外在套筒4上开有三个纵向槽,其中安置可绕销轴转动的曲臂压杆8;当滑环7向左移动时,曲臂压杆8通过压板9将所有内、外摩擦盘紧压在调节螺母10上,离合器即进入接合状态。螺母10可调节摩擦盘之间的压力。内摩擦盘也可作成碟形(图<摩擦盘结构图c>),当承压时,可被压平而与外盘贴紧;松脱时,由于内盘的弹力作用可以迅速与外盘分离。

离合器(图文教程),离合器,盘,第9张

图<多盘摩擦离合器>

离合器(图文教程),离合器,盘,第10张

图<摩擦盘结构图>

摩擦盘常用材料及其性能见下表。

摩擦离合器的材料及其性能

摩擦副的材料及工作条件

摩擦系数

圆盘摩擦离合器离合器(图文教程),离合器,盘,第11张

在油中工作

淬火钢-淬火钢

淬火钢-青铜

铸铁- 铸铁或淬火钢

钢- 夹布胶木

淬火钢-陶质金属

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

压制石棉-钢或铸铁

淬火钢-陶质金属

铸铁- 铸铁或淬火钢

0.3

0.4

0.15

0.2~0.3

0.3

0.2~0.3

       注:(1) 基本许用压力为标准情况下的许用压力。

  多盘摩擦离合器所能传递的最大转矩Tmax和作用在摩擦盘接合面上的压力p为:
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  式中;D1,D2—摩擦盘接合面的内径和外径,mm;
     z—接合面的数目;
     Q—操作轴向力,N;
     f—摩擦系数;
     [p]--许用压力,它等于基本许用压力[p]0与系数ka、kb、kc的乘积,即离合器(图文教程),离合器,盘,第14张
  式中[p]0见表<摩擦离合器的材料及其性能>;ka、kb、kc分别为根据离合器平均圆周速度、主动摩擦盘的数目、每小时的接合次数等不同而引入的修正系数,其值见表<修正系数ka、kb、kc>。
  摩擦离合器和牙嵌离合器相比,有下列优点:不论在何种速度时,两轴都可以接合或分离;接合过程平稳,冲击、振动较小;从动轴的加速时间和所传递的最大转矩可以调节;过载时可发生打滑,以保护重要零件不致损坏。其缺点为外廓尺寸较大;在接合、分离过程中要产生滑动摩擦,故发热量较大,磨损也较大。为了散热和减轻磨损,可以把摩擦离合器浸入油中工作。根据是否浸入润滑油中工作,把摩擦离合器分为干式与油式两种。

修正系数ka、kb、kc

平均圆周速度122.534681015
ka1.351.0810.940.860.750.680.630.55
主动摩擦盘数目34567891011
kb10.970.940.910.880.850.820.790.76

每小时接合次数90120180240300≥360
kc10.950.80.70.60.5

  设计时,可先选定摩擦面材料和根据结构要求初步定出摩擦盘接合面的直径D1和D2。对油式摩擦离合器,取D1=(1.5~2)d,d为轴径;D2=(1.5~2)D1;对干式摩擦离合器,取D1=(2~3)d;D2=(1.5~2.5)D1。然后来出轴向压力Q及所需的摩擦结合面数目z。因为z增加过大时,传递转矩并不能随之成正比增加,故一般对油式取z=5~15;对干式取z=1~6。并限制内外摩擦盘总数不大于25~30。

    摩擦离合器在接合与分离时,从动轴的转速总是小于主动轴的转速,因而内外摩擦盘间必有相对滑动产生,从而 消耗摩擦功,并引起摩擦盘的磨损和发热。当温度过高时,就会引起摩擦系数改变,严重时还可能导致摩擦盘胶合与塑性变形。一般对钢制摩擦盘,应限制其表面最高温度不遇过300~400℃,整个离合器的平均温度不大100~120℃。

  摩擦离合器的操纵方法有机械的、电磁的、气动的和液压的等数种。机械式操纵多用杠杆机构(参看图<多盘摩擦离合器>);当所需轴向力较大时,也有采用其它机械的(如螺旋机构)。 下面介绍一种电磁操纵的多盘摩擦离合器。如右图所示,当直流电经接触环1导人电磁线圈2后,产生磁通量φ使线圈吸引衔铁5,于是衔铁5将两组摩擦片3、4压 紧,离合器处于接合状态。当电流切断时,依靠复位弹簧6将衔铁推开,使两组摩擦片松开,离合器处于分离状态。电磁摩擦离合器可实现远距离操纵,动作迅速,没有不平衡的轴向力,因而在数控机床等机械中获得了广泛的应用。

离合器(图文教程),离合器,盘,第15张

图<电磁摩擦离合器>

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