论文部分内容阅读
【摘 要】分析了主动调整机构在制动器中经常调整力矩上升的主要原因，造成拨动机构早期磨损。提出了这一解决办法，即在分离轴上安装弹簧钢球式单向离合器，并经过反复试验论证了这一方法的可行性，在实际产品中应用推广。
【关键词】最大转矩；弹簧钢球式单向离合；早期磨损
0.前言
盘式制动器在只用过程中，随着刹车片的磨损，制动盘与刹车片的间隙会不断扩大，盘式制动器内部有一套主动调整机构可以自动单向调整间隙，使制动间隙保持在设计理想状态。原始设计通过弹簧压紧，靠分离座与分离轴的平面摩擦提供转矩，起到调整间隙作用。在实际使用中经常会由于平面度不够及表面光洁度不够造成两者咬伤，使转矩急剧上升，在调整过程中使间隙拨叉机构受力加大，造成间隙拨叉早期磨损。
弹簧钢球式单向离合器用于精确限定传递的转矩，当转矩超过某一限定值时，即起分离保护作用。当传递的扭矩未超限定值时，由于单向轴承作用，其作用相当于联轴器。原设计属摩擦片式离合器，由于相关件制造精度及摩擦系数稳定性影响，动作精度也不搞，通常由于过载时，分离轴与分离座易发热影响摩擦性能与强度，效果不佳。只有钢球式离合器在使用中能精确传递扭矩并及时起作用，起到保护间隙拨叉作用。
1.弹簧钢球式离合器作用与设计要点
1.1弹簧钢球式单向离合器的作用
（1）可限定最大转矩。
（2）提高总成件的质量。
（3）减少间隙拨叉机构转矩。
（4）提高生产效率。
1.2弹簧钢球式离合器的设计要点
（1）最大转矩的设定要与实际使用转矩匹配，主动调整机构转矩要大于总成件自身相关件转矩。
（2）最大转矩要恒定。
（3）分离轴、分离座要耐磨并保持表面一定合适硬度。
2.弹簧钢球式单向离合器工作原理
图1所示为弹簧钢球式单向离合器，端面有球窝的分离轴（3）制成圆筒形式，其外径有单向轴承（4），可在轴（1）上自由转动。制成壳体形式的另一半分离座（6），在轴向孔内放置强力弹簧（7）和钢球（5），弹簧（7）将钢球（5）压入分离轴的球窝内，并用螺母（9）通过止动垫片（8）调节压紧弹簧力，螺母（11）承受轴向推力，分离轴（9）通过翻边轴承（2）与轴（1）联接。
图1 弹簧钢球式安全离合器
由于分离座内的强力弹簧将钢球压入分离轴的球窝内，当单向轴承受间隙拨叉机构驱动转矩的作用而旋转时，钢球（5）受到沿球窝垂直方向的作用力。同时，它还受到与工作球窝面间的摩擦力的作用，两个力的合力可分解为沿轴线方向的作用力F1和沿切线方向的力F2。钢球（5）将沿切线方向的力F2传递给分离座（9），并以转矩的方式通过单向轴承（4）传递到输出轴（1）上。沿轴线方向的力F1通过分离座（6）传递到压缩弹簧（7）上。
調节螺母（9）调定强力弹簧（7）的压紧力后，当输出轴（1）所受负载较小时，F1小于或等于弹簧（7）的压紧力，弹簧（7）不再产生压缩变形，钢球（5）仍被压在分离轴（3）的球窝内，单向离合器的作用相当于联轴器；当输出轴（1）所受负载大于限定值时，F1大于弹簧（7）的压紧力，弹簧（7）产生压缩变形，钢球（5）与分离轴（3）脱开，安全离合器即起保护分离作用。这时，分离轴（3）空转，轴（1）则不转动。当轴（1）所受负载减小至限定值以下时，弹簧（7）将钢球（5）又压入分离轴（3）的球窝内，单向离合器自动恢复联轴器的作用，轴（1）恢复转动。调节螺母（11）只是起微调作用，调节范围很小。
3.弹簧钢球式单向离合器设计
3.1单向离合器的受力分析
单向离合器的设计常以计算转矩为极限转矩，即：
3.2弹簧的设计
制动器在动作过程时，弹簧处在变应力条件下，其性能和使用寿命很大程度上取决于材料的选择，要求材料有较高的疲劳极限、屈服极限和足够的冲击韧性。一般采用碳素弹簧钢丝或50GVA弹簧钢丝。设计时还要考虑：
（1）螺旋角γ。以弹簧工作变形量在全变形量的40%～65%内选取弹簧的螺旋角，推荐γ=5°～9°。
（2）弹簧有效圈数n。弹簧压力一定，圈数越多，刚度越小，安装误差就越小。
但弹簧越长，分离座的轴向尺寸越大，不利于结构布置。所以，综合考量一般取n=2-3圈。
4.单向离合器的性能评价
单向离合器的性能可用灵敏度系数和动作时间表示。
4.1灵敏度系数γe
式中：T0——因过载单向离合器起作用时的最小转矩；Tj——因过载单向离合器起作用时的最大转矩（极限转矩）。
γe值越接近1，灵敏度越高，离合器动作越迅速。
4.2动作时间t
为过载时离合器开始动作到脱开打滑所经历的时间。时间越短，离合器动作越快，受保护机械越安全。
表1 安全离合器性能评价
试验样品的动力为输出气压0.3Mpa，其相应半径内转矩为8N.m，设计过载系数1.4，极限输出转矩
11.2 N.m，离合器脱开极限转矩为11.3N.m，试验检测数据见表1。
5.结束语
弹簧钢球式单向离合器对转矩变化反应灵敏度高，动作准确、迅速；精度高，工作可靠。能够有效地控制输出转矩，保证过载时能及时脱开，保护调整机构机械部件，减少早期磨损，又能自动恢复工作，现已正式小批量投产。
【参考文献】
[1]冯辛安主编.机械制造装备设计[M].北京：机械工业出版社，1999.
[2]王超主编.机械可靠性工程[M].北京：冶金工业出版社，1992.
[3]叶柏林等编著.模具制造工艺[M].北京：中国科学技术出版社，1988.
【关键词】最大转矩；弹簧钢球式单向离合；早期磨损
0.前言
盘式制动器在只用过程中，随着刹车片的磨损，制动盘与刹车片的间隙会不断扩大，盘式制动器内部有一套主动调整机构可以自动单向调整间隙，使制动间隙保持在设计理想状态。原始设计通过弹簧压紧，靠分离座与分离轴的平面摩擦提供转矩，起到调整间隙作用。在实际使用中经常会由于平面度不够及表面光洁度不够造成两者咬伤，使转矩急剧上升，在调整过程中使间隙拨叉机构受力加大，造成间隙拨叉早期磨损。
弹簧钢球式单向离合器用于精确限定传递的转矩，当转矩超过某一限定值时，即起分离保护作用。当传递的扭矩未超限定值时，由于单向轴承作用，其作用相当于联轴器。原设计属摩擦片式离合器，由于相关件制造精度及摩擦系数稳定性影响，动作精度也不搞，通常由于过载时，分离轴与分离座易发热影响摩擦性能与强度，效果不佳。只有钢球式离合器在使用中能精确传递扭矩并及时起作用，起到保护间隙拨叉作用。
1.弹簧钢球式离合器作用与设计要点
1.1弹簧钢球式单向离合器的作用
（1）可限定最大转矩。
（2）提高总成件的质量。
（3）减少间隙拨叉机构转矩。
（4）提高生产效率。
1.2弹簧钢球式离合器的设计要点
（1）最大转矩的设定要与实际使用转矩匹配，主动调整机构转矩要大于总成件自身相关件转矩。
（2）最大转矩要恒定。
（3）分离轴、分离座要耐磨并保持表面一定合适硬度。
2.弹簧钢球式单向离合器工作原理
图1所示为弹簧钢球式单向离合器，端面有球窝的分离轴（3）制成圆筒形式，其外径有单向轴承（4），可在轴（1）上自由转动。制成壳体形式的另一半分离座（6），在轴向孔内放置强力弹簧（7）和钢球（5），弹簧（7）将钢球（5）压入分离轴的球窝内，并用螺母（9）通过止动垫片（8）调节压紧弹簧力，螺母（11）承受轴向推力，分离轴（9）通过翻边轴承（2）与轴（1）联接。
图1 弹簧钢球式安全离合器
由于分离座内的强力弹簧将钢球压入分离轴的球窝内，当单向轴承受间隙拨叉机构驱动转矩的作用而旋转时，钢球（5）受到沿球窝垂直方向的作用力。同时，它还受到与工作球窝面间的摩擦力的作用，两个力的合力可分解为沿轴线方向的作用力F1和沿切线方向的力F2。钢球（5）将沿切线方向的力F2传递给分离座（9），并以转矩的方式通过单向轴承（4）传递到输出轴（1）上。沿轴线方向的力F1通过分离座（6）传递到压缩弹簧（7）上。
調节螺母（9）调定强力弹簧（7）的压紧力后，当输出轴（1）所受负载较小时，F1小于或等于弹簧（7）的压紧力，弹簧（7）不再产生压缩变形，钢球（5）仍被压在分离轴（3）的球窝内，单向离合器的作用相当于联轴器；当输出轴（1）所受负载大于限定值时，F1大于弹簧（7）的压紧力，弹簧（7）产生压缩变形，钢球（5）与分离轴（3）脱开，安全离合器即起保护分离作用。这时，分离轴（3）空转，轴（1）则不转动。当轴（1）所受负载减小至限定值以下时，弹簧（7）将钢球（5）又压入分离轴（3）的球窝内，单向离合器自动恢复联轴器的作用，轴（1）恢复转动。调节螺母（11）只是起微调作用，调节范围很小。
3.弹簧钢球式单向离合器设计
3.1单向离合器的受力分析
单向离合器的设计常以计算转矩为极限转矩，即：
3.2弹簧的设计
制动器在动作过程时，弹簧处在变应力条件下，其性能和使用寿命很大程度上取决于材料的选择，要求材料有较高的疲劳极限、屈服极限和足够的冲击韧性。一般采用碳素弹簧钢丝或50GVA弹簧钢丝。设计时还要考虑：
（1）螺旋角γ。以弹簧工作变形量在全变形量的40%～65%内选取弹簧的螺旋角，推荐γ=5°～9°。
（2）弹簧有效圈数n。弹簧压力一定，圈数越多，刚度越小，安装误差就越小。
但弹簧越长，分离座的轴向尺寸越大，不利于结构布置。所以，综合考量一般取n=2-3圈。
4.单向离合器的性能评价
单向离合器的性能可用灵敏度系数和动作时间表示。
4.1灵敏度系数γe
式中：T0——因过载单向离合器起作用时的最小转矩；Tj——因过载单向离合器起作用时的最大转矩（极限转矩）。
γe值越接近1，灵敏度越高，离合器动作越迅速。
4.2动作时间t
为过载时离合器开始动作到脱开打滑所经历的时间。时间越短，离合器动作越快，受保护机械越安全。
表1 安全离合器性能评价
试验样品的动力为输出气压0.3Mpa，其相应半径内转矩为8N.m，设计过载系数1.4，极限输出转矩
11.2 N.m，离合器脱开极限转矩为11.3N.m，试验检测数据见表1。
5.结束语
弹簧钢球式单向离合器对转矩变化反应灵敏度高，动作准确、迅速；精度高，工作可靠。能够有效地控制输出转矩，保证过载时能及时脱开，保护调整机构机械部件，减少早期磨损，又能自动恢复工作，现已正式小批量投产。
【参考文献】
[1]冯辛安主编.机械制造装备设计[M].北京：机械工业出版社，1999.
[2]王超主编.机械可靠性工程[M].北京：冶金工业出版社，1992.
[3]叶柏林等编著.模具制造工艺[M].北京：中国科学技术出版社，1988.