第四章离合器(工程机械)

第四章

摩擦离合器

§4-1摩擦离合器的功用与要求

一摩擦离合器的功用

(1)传递与切断动力；

(2)微动操作；

(3)实现柔性传动；

(4)过载保护。

(5)保证动力机空载启动。

二对摩擦离合器的要求

(1)能传递足够的动力；

(2)结合平稳，分离彻底；

(3)易损件的寿命较长；磨损后容易更换和调整；

(4)尽量减小从动件的转动惯量，以减少结合时的时间和冲击。

(5)具有良好的散热性能。§4-2摩擦离合器的类型、结构与工作原理一摩擦离合器的类型

1、按照片数分类

单片式特点：结构简单、散热好、间隙容易保证，但结合时的平稳定性较差、传递大功率的单片式摩擦离合器的径向尺寸大。

多片式

特点：结合平稳、片的尺寸相同时，能传递较大的功率，但结构较复杂、分离时片间间隙不易保持均匀、散热较差。

2、按工作条件分类

干式

特点：摩擦系数大、许用比压小、摩擦片的寿命短、结合平稳性差、调正间隙次数多，片数少、结构较简单,采用风冷，暴露在空气中。

湿式

特点：片数多、摩擦系数小、许用比压大、使用寿命长、结合平稳、无需经常调整间隙、维修不太方便。

3、按工作原理分类

常压式

特点：结合时靠弹簧压紧、常态为压紧状态、压紧弹簧有自动补偿作用，无须经常调整间隙、传递功率大小能较准确的设计、分离时需要较大的操纵力、适合联合驱动的钻机。

非常压式特点：结合时靠杠杆压紧、常态为分离状态、操纵较省力、传递功率大小不易控制、需要经常调整间隙、结合时平稳定性较好、适用于单独驱动的钻机。二摩擦离合器的结构与工作原理1、摩擦离合器的组成

摩擦离合器有主动摩擦片、被动摩擦片、压紧机构、分离机构、间隙调整机构、操纵机构、壳体等组成。2、典型摩擦离合器的结构

（1）XY-4钻机摩擦离合器

XY-4钻机摩擦离合器为干式、单片、杠杆压紧型(2)XY-5钻机摩擦离合器3、摩擦离合器的工作原理（1）非常压型摩擦离合器的工作原理2、常压型摩擦离合器的工作原理三、摩擦离合器工作过程分析1、结合过程结合过程是指离合器主、被动片开始接触到二者同步转动这一过程。可分为三个阶段：

t1阶段：1，2=0，Mm由0增加到MZ。主、被片间的转速差最大。其滑磨功也大。

t2阶段：1，2，Mm继续增大到Mm。虽然主、被片间的转速差减小，但摩擦转矩增大，其滑磨功仍然很大。

t3阶段：1，2，Mm保持不变。主、被片间仍然有转速差，离合器还产滑磨功。

由上述分析可知:在结合过程中,主、被动摩擦片间均存在相对运动，易引起摩擦片较大的磨损与温升。为保证工作机平稳启动和防止离合器过度的磨损及产生过高的温度，结合过程要保证有一定的结合时间，但结合时间不能过长。一般控制在2-8秒之内。2、正常工作过程当主、被片的转速达到一致，且逐步恢复到动力机的额定转速，离合器进入正常工作过程。只要Mz‹Mm离合器均能正常工作。这时可把离合器看成刚性传动件。当Mz›Mm时，主、被片间产生打滑，离合器的温度会急剧升高。出现此种情况应立即停车。3、分离过程1=e2迅速下降到0。一般要求离合器分离过程时间越短越好。§4-3摩擦离合器主要参数的确定一摩擦离合器传递的最大转矩

二摩擦离合器产生的摩擦转矩

设微小圆环面积上的正压力为dN,则在dN作用下产生的摩擦力dpdp产生的摩擦转矩:一对摩擦副产生的摩擦转矩为:离合器产生的总摩擦转矩为：将上式中的R和r换成D与d后成为：假定摩擦片上的比压处处相等，则摩擦片的等效平均摩擦半径为：故摩擦离合器产生的摩擦转矩又可表达为：三摩擦片的有效内径和外径根据Mm=Mmax，可推导出摩擦片的有效外径为：式中五摩擦副的数目

摩擦离合器的摩擦副数可用下式计算：六摩擦离合器的转矩储备系数一般值在1.5~2.5。四f与[q]的确定摩擦系数f和许用比压[q]的取值见右边表。§4-4摩擦离合器的滑磨功与发热验算tNAω结合过程的特性曲线一滑磨功的计算结合过程中的总滑磨功用下式计算:式中：

β—离合器的摩擦力矩储备系数；

I1—主动部分的惯性矩；ώe---主动件的转动角速度；

二离合器的发热和耐磨性校验1.离合器的发热验算对于干式摩擦离合器，用下式计算:式中：C—吸热零件材料的比热；对钢和铁可取：C=48.15J/N•0Ca—吸热系数;干式单片离合器的压紧盘a=0.5,

双片式的中间片a=0.5,压紧盘a=0.25。对于湿式摩擦离合器，因主、被动片都是钢或烧结金属制造，故主被动片同时吸热。因此应用下式计算：无论何种摩擦离合器结合时的温升不希望大于3C02、耐磨性校验离合器片的耐磨性不仅与总滑磨功有关，而且与摩擦片的工作总面积及材料的性质有关。设计时一般可用限制离合器单位摩擦面上所具有的滑摩功来保证其耐磨性。即式中Z—离合器的摩擦副数；F—一个摩擦副的有效摩擦面积；[Ad]—许用单位摩擦面的滑磨功。以铜丝模造石棉为摩擦材料的干式摩擦离合器，通常[Ad]=5×105J/m2。§4-5离合器主要零件的设计一带衬摩擦盘1.摩擦衬面（1）对摩擦衬面的性能要求（2）衬面材料（3）衬面与基盘的安装2.基底钢盘材料为中碳钢，厚度1.5~2.5，为防止受热翘曲，加工有径向切槽。二支撑盘三压紧盘四离合器罩§3-6压紧机构的设计一弹簧压紧机构的设计弹簧压紧机构有三种:(1)周沿弹簧式；(2)中心弹簧式；(3)弹簧杠杆组合式。钻机中主要采用第一种形式。下面的设计是以第一种为例。0

压紧时每个弹簧需产生的压紧力为：

离合器分离时，弹簧产生的最大张力：根据经验：代入前式得：

δ是离合器分离时,每对摩擦副间应有的间隙量。在最大作用力下，弹簧产生的剪应力用下式计算：K—弹簧的绕曲系数，可用下式计算或从图中选取。46810121416181.401.351.301.251.201.151.101.051.00K

如果式中的τ用弹簧材料的许用剪应力[τ]代替，可用于确定弹簧的结构尺寸。弹簧的压缩量与作用力之间的关系为：Gm—弹簧材料的弹性模量；由上式可以导出弹簧的刚度系数：若K已确定，可用上式计算弹簧的圈数。然后进一步求出弹簧的自由长度。Δ—弹簧在最大压缩量下，相邻工作圈之间应有的最小间隙量，通常：二杠杆压紧机构的设计1.分离滑套行程的计算

杠杆压紧机构按增力机构不同分为：斜面—杠杆式和连杆—杠杆式；按压盘施力机构不同分为：刚性式、带弹性元件和装有补偿弹簧式三种。由图中可以看出，压紧盘在结合过程中的最大位移为：A1A2A3A4B1B2B3B4AiA3DiD3eifiB3BiSixyab

根据图中所设参数,可推导出在滑套的工作行程内滑套与压紧盘位移的关系:

因滑套的空行程较大，采用上式计算误差较大，一般采用作图法确定。闭合行程根据经验