張文剛 陳天明
【摘 要】分析了主動調(diào)整機(jī)構(gòu)在制動器中經(jīng)常調(diào)整力矩上升的主要原因,造成撥動機(jī)構(gòu)早期磨損。提出了這一解決辦法,即在分離軸上安裝彈簧鋼球式單向離合器,并經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)論證了這一方法的可行性,在實(shí)際產(chǎn)品中應(yīng)用推廣。
【關(guān)鍵詞】最大轉(zhuǎn)矩;彈簧鋼球式單向離合;早期磨損
0.前言
盤式制動器在只用過程中,隨著剎車片的磨損,制動盤與剎車片的間隙會不斷擴(kuò)大,盤式制動器內(nèi)部有一套主動調(diào)整機(jī)構(gòu)可以自動單向調(diào)整間隙,使制動間隙保持在設(shè)計(jì)理想狀態(tài)。原始設(shè)計(jì)通過彈簧壓緊,靠分離座與分離軸的平面摩擦提供轉(zhuǎn)矩,起到調(diào)整間隙作用。在實(shí)際使用中經(jīng)常會由于平面度不夠及表面光潔度不夠造成兩者咬傷,使轉(zhuǎn)矩急劇上升,在調(diào)整過程中使間隙撥叉機(jī)構(gòu)受力加大,造成間隙撥叉早期磨損。
彈簧鋼球式單向離合器用于精確限定傳遞的轉(zhuǎn)矩,當(dāng)轉(zhuǎn)矩超過某一限定值時,即起分離保護(hù)作用。當(dāng)傳遞的扭矩未超限定值時,由于單向軸承作用,其作用相當(dāng)于聯(lián)軸器。原設(shè)計(jì)屬摩擦片式離合器,由于相關(guān)件制造精度及摩擦系數(shù)穩(wěn)定性影響,動作精度也不搞,通常由于過載時,分離軸與分離座易發(fā)熱影響摩擦性能與強(qiáng)度,效果不佳。只有鋼球式離合器在使用中能精確傳遞扭矩并及時起作用,起到保護(hù)間隙撥叉作用。
1.彈簧鋼球式離合器作用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)
1.1彈簧鋼球式單向離合器的作用
(1)可限定最大轉(zhuǎn)矩。
(2)提高總成件的質(zhì)量。
(3)減少間隙撥叉機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩。
(4)提高生產(chǎn)效率。
1.2彈簧鋼球式離合器的設(shè)計(jì)要點(diǎn)
(1)最大轉(zhuǎn)矩的設(shè)定要與實(shí)際使用轉(zhuǎn)矩匹配,主動調(diào)整機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)矩要大于總成件自身相關(guān)件轉(zhuǎn)矩。
(2)最大轉(zhuǎn)矩要恒定。
(3)分離軸、分離座要耐磨并保持表面一定合適硬度。
2.彈簧鋼球式單向離合器工作原理
圖1所示為彈簧鋼球式單向離合器,端面有球窩的分離軸(3)制成圓筒形式,其外徑有單向軸承(4),可在軸(1)上自由轉(zhuǎn)動。制成殼體形式的另一半分離座(6),在軸向孔內(nèi)放置強(qiáng)力彈簧(7)和鋼球(5),彈簧(7)將鋼球(5)壓入分離軸的球窩內(nèi),并用螺母(9)通過止動墊片(8)調(diào)節(jié)壓緊彈簧力,螺母(11)承受軸向推力,分離軸(9)通過翻邊軸承(2)與軸(1)聯(lián)接。
圖1 彈簧鋼球式安全離合器
由于分離座內(nèi)的強(qiáng)力彈簧將鋼球壓入分離軸的球窩內(nèi),當(dāng)單向軸承受間隙撥叉機(jī)構(gòu)驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的作用而旋轉(zhuǎn)時,鋼球(5)受到沿球窩垂直方向的作用力。同時,它還受到與工作球窩面間的摩擦力的作用,兩個力的合力可分解為沿軸線方向的作用力F1和沿切線方向的力F2。鋼球(5)將沿切線方向的力F2傳遞給分離座(9),并以轉(zhuǎn)矩的方式通過單向軸承(4)傳遞到輸出軸(1)上。沿軸線方向的力F1通過分離座(6)傳遞到壓縮彈簧(7)上。
調(diào)節(jié)螺母(9)調(diào)定強(qiáng)力彈簧(7)的壓緊力后,當(dāng)輸出軸(1)所受負(fù)載較小時,F(xiàn)1小于或等于彈簧(7)的壓緊力,彈簧(7)不再產(chǎn)生壓縮變形,鋼球(5)仍被壓在分離軸(3)的球窩內(nèi),單向離合器的作用相當(dāng)于聯(lián)軸器;當(dāng)輸出軸(1)所受負(fù)載大于限定值時,F(xiàn)1大于彈簧(7)的壓緊力,彈簧(7)產(chǎn)生壓縮變形,鋼球(5)與分離軸(3)脫開,安全離合器即起保護(hù)分離作用。這時,分離軸(3)空轉(zhuǎn),軸(1)則不轉(zhuǎn)動。當(dāng)軸(1)所受負(fù)載減小至限定值以下時,彈簧(7)將鋼球(5)又壓入分離軸(3)的球窩內(nèi),單向離合器自動恢復(fù)聯(lián)軸器的作用,軸(1)恢復(fù)轉(zhuǎn)動。調(diào)節(jié)螺母(11)只是起微調(diào)作用,調(diào)節(jié)范圍很小。
3.彈簧鋼球式單向離合器設(shè)計(jì)
3.1單向離合器的受力分析
單向離合器的設(shè)計(jì)常以計(jì)算轉(zhuǎn)矩為極限轉(zhuǎn)矩,即:
3.2彈簧的設(shè)計(jì)
制動器在動作過程時,彈簧處在變應(yīng)力條件下,其性能和使用壽命很大程度上取決于材料的選擇,要求材料有較高的疲勞極限、屈服極限和足夠的沖擊韌性。一般采用碳素彈簧鋼絲或50GVA彈簧鋼絲。設(shè)計(jì)時還要考慮:
(1)螺旋角γ。以彈簧工作變形量在全變形量的40%~65%內(nèi)選取彈簧的螺旋角,推薦γ=5°~9°。
(2)彈簧有效圈數(shù)n。彈簧壓力一定,圈數(shù)越多,剛度越小,安裝誤差就越小。
但彈簧越長,分離座的軸向尺寸越大,不利于結(jié)構(gòu)布置。所以,綜合考量一般取n=2-3圈。
4.單向離合器的性能評價
單向離合器的性能可用靈敏度系數(shù)和動作時間表示。
4.1靈敏度系數(shù)γe
式中:T0——因過載單向離合器起作用時的最小轉(zhuǎn)矩;Tj——因過載單向離合器起作用時的最大轉(zhuǎn)矩(極限轉(zhuǎn)矩)。
γe值越接近1,靈敏度越高,離合器動作越迅速。
4.2動作時間t
為過載時離合器開始動作到脫開打滑所經(jīng)歷的時間。時間越短,離合器動作越快,受保護(hù)機(jī)械越安全。
表1 安全離合器性能評價
試驗(yàn)樣品的動力為輸出氣壓0.3Mpa,其相應(yīng)半徑內(nèi)轉(zhuǎn)矩為8N.m,設(shè)計(jì)過載系數(shù)1.4,極限輸出轉(zhuǎn)矩
11.2 N.m,離合器脫開極限轉(zhuǎn)矩為11.3N.m,試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)見表1。
5.結(jié)束語
彈簧鋼球式單向離合器對轉(zhuǎn)矩變化反應(yīng)靈敏度高,動作準(zhǔn)確、迅速;精度高,工作可靠。能夠有效地控制輸出轉(zhuǎn)矩,保證過載時能及時脫開,保護(hù)調(diào)整機(jī)構(gòu)機(jī)械部件,減少早期磨損,又能自動恢復(fù)工作,現(xiàn)已正式小批量投產(chǎn)。
【參考文獻(xiàn)】
[1]馮辛安主編.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.
[2]王超主編.機(jī)械可靠性工程[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1992.
[3]葉柏林等編著.模具制造工藝[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,1988.