超越離合器組合式隔離環(huán)結(jié)構(gòu)分析

朱 林，李志杰，石光林

（廣西工學(xué)院機(jī)械工程系，廣西 柳州 545006）

作為雙渦輪變矩器變速箱中的關(guān)鍵部件，超越離合器對(duì)于改善裝載機(jī)牽引性能以及降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高工作效率等方面，起著非常重要的作用。隔離環(huán)是超越離合器中的一個(gè)重要零件，其品質(zhì)將直接影響超越離合器的使用性能。

現(xiàn)實(shí)中，由于隔離環(huán)的技術(shù)要求高，加工難度大，致使其制造成本較高[1～2]。

為此，筆者嘗試將隔離環(huán)原整體式結(jié)構(gòu)，改為分體組合式結(jié)構(gòu)，有效地解決了這一技術(shù)難題，從而達(dá)到了提高加工效率和降低生產(chǎn)成本的目的。

以下將對(duì)分體組合式隔離環(huán)的設(shè)計(jì)加工及結(jié)構(gòu)性能，進(jìn)行分析探討。

1 組合式隔離環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

超越離合器中隔離環(huán)的主要作用，是把滾柱均勻地隔開(kāi)，并引導(dǎo)滾柱的運(yùn)動(dòng)。隔離環(huán)的精度要求高，特別是對(duì)于隔離環(huán)兜孔口的加工，加工起來(lái)不僅難度大而且耗時(shí)，需要制作專用的帶定位分度夾具在加工中心對(duì)其上的18個(gè)兜孔進(jìn)行逐個(gè)加工。為保證加工精度，所選刀具直徑、進(jìn)刀量、加工速度等受兜孔尺寸的限制，導(dǎo)致加工效率低下。通過(guò)對(duì)隔離環(huán)技術(shù)要求、加工精度及生產(chǎn)效率的分析，我們對(duì)原整體式隔離環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，如圖1所示。

圖1 整體式隔離環(huán)

新的方案，把隔離環(huán)設(shè)計(jì)成由隔離環(huán)體和擋邊環(huán)通過(guò)螺栓聯(lián)接后組合而成的分體式結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 組合式隔離環(huán)

實(shí)踐證明，這種分體式結(jié)構(gòu)可有效地降低兜孔的加工難度，節(jié)省加工時(shí)間。圖3為兩種不同結(jié)構(gòu)隔離環(huán)的加工時(shí)間對(duì)比。

圖3 兩種結(jié)構(gòu)加工時(shí)間對(duì)比

可以明顯看出，組合式隔離環(huán)加工所需的時(shí)間約為總體式的1/3，因而其加工成本，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于總體式結(jié)構(gòu)的加工成本。

2 組合式隔離環(huán)結(jié)構(gòu)分析

考慮到隔離環(huán)的變形，是超越離合器的主要失效形式之一。因此，為了驗(yàn)證組合式隔離環(huán)結(jié)構(gòu)的合理性及使用性能，我們采用結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS重點(diǎn)對(duì)新結(jié)構(gòu)進(jìn)行了應(yīng)變分析。

隔離環(huán)在工作過(guò)程中，主要與滾柱發(fā)生接觸，其主要受力接觸位置如圖4所示。

圖4 隔離環(huán)的主要受力接觸位置

隔離環(huán)與滾柱的相互作用，一般是不平穩(wěn)的，存在著不斷的碰撞，隔離環(huán)要受到交變應(yīng)力作用。隔離環(huán)和滾柱之間的法向力，看作是滾柱傳遞到隔離環(huán)上，然后在隔離環(huán)和滾柱之間的接觸面上作用。

另外，滾柱和隔離環(huán)兜孔之間，存在著滑動(dòng)摩擦。摩擦力的大小，取決于滾柱兜孔之間法向力的大小、潤(rùn)滑劑的性質(zhì)、滾柱速度以及兜孔的幾何形狀，其中最后一個(gè)因素是最主要的。

首先，將分體式保持架的Pro/E實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYS中，采用8節(jié)點(diǎn)六面體實(shí)體單元Solid 45對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在滾柱與兜孔的接觸部位，通過(guò)設(shè)置接觸單元CONTAC174和TARGET170來(lái)定義接觸對(duì)，并施加相應(yīng)的力和位移邊界條件后，進(jìn)行有限元分析計(jì)算。

最后，通過(guò)在后處理器里查看結(jié)果，可得分析模型的最大應(yīng)變?cè)茍D，如圖5所示。

圖5 最大應(yīng)變?cè)茍D

分析結(jié)果表明，組合式隔離環(huán)的整體變形均勻，最大應(yīng)變?yōu)?.065 mm，符合隔離環(huán)的的最大應(yīng)變要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

有限元分析結(jié)果表明，分體組合式隔離環(huán)的應(yīng)變符合設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明該結(jié)構(gòu)合理，方案可行。

超越離合器隔離環(huán)加工的主要難度，在于兜孔加工的復(fù)雜性，將整體式隔離環(huán)改為分體組合式結(jié)構(gòu)后，兜孔的加工工藝性得到明顯改善，實(shí)現(xiàn)了提高隔離環(huán)的加工效率的目的。

[1]石光林，陸維釗.滾柱式超越離合器隔離環(huán)的結(jié)構(gòu)與工藝改進(jìn)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2008，(7)：136-138.

[2]郭振偉，原起富，牛青波.超越離合器保持架窗孔的加工[J].軸承，2005，(3)：19-21.

[3]卞維展，李 強(qiáng)，劉海峰.裝載機(jī)超越離合器可靠性分析[J].工程機(jī)械，2004，(4)：14-17.

[4]丁平芳，蔣立俏，何向榮.ZL50裝載機(jī)變矩器離合器故障分析[J].工程機(jī)械，2002，(9)：54-56.

[5]張?jiān)柿?軸承保持架孔加工夾具的設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1998，(10)：47-50.