液粘調(diào)速離合器傳遞轉(zhuǎn)矩計(jì)算與研究

溫成卓　劉紅

【摘 要】本文闡述了液體粘性傳動(dòng)調(diào)速離合器的基本工作原理。對(duì)離合器的主要工作部件—摩擦片進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模分析，得出兩摩擦片間傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并得出影響傳遞轉(zhuǎn)矩大小的主要因素。

【關(guān)鍵詞】液粘調(diào)速離合器；傳遞轉(zhuǎn)矩；摩擦片

液粘調(diào)速離合器是依據(jù)液體粘性傳動(dòng)而設(shè)計(jì)的一種調(diào)速裝置，以其獨(dú)特傳動(dòng)方式，優(yōu)越的傳動(dòng)性能以及節(jié)能降耗的功效，越來越受到人們的關(guān)注。液粘調(diào)速離合器廣泛應(yīng)用在風(fēng)機(jī)、水泵、帶式輸送機(jī)等大功率的重型設(shè)備上，節(jié)能降耗效果明顯。

1 液粘調(diào)速離合器傳動(dòng)基本原理

液體粘性傳動(dòng)基于牛頓內(nèi)摩擦定律，其工作原理如圖1所示，在兩個(gè)平行的平板間充滿牛頓流體，形成厚度為δ的油膜，下平板固定，上平板受到平行力F的作用，沿力的方向以速度v運(yùn)動(dòng)，粘附在上平板表面的流體將以速度v運(yùn)動(dòng)，由于液體粘性的作用，遠(yuǎn)離上平板的流體運(yùn)動(dòng)速度將逐漸減小，直至到下平板表面速度減小為零。

需要指出，轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式（6）是假設(shè)摩擦片為平面的情況下得出的，而實(shí)際的摩擦片上有不同形式油槽，油槽會(huì)減小有效的剪切作用面積和所傳遞的轉(zhuǎn)矩。從公式中可以得到以下結(jié)論：

（1）所傳遞的轉(zhuǎn)矩T與摩擦副對(duì)數(shù)n成正比，因而可通過增加摩擦片數(shù)量來增加傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩的能力。但摩擦片數(shù)目過多，會(huì)增加軸向尺寸，同時(shí)最小輸出轉(zhuǎn)矩和最小輸出轉(zhuǎn)速都將增大。

（2）由于轉(zhuǎn)矩與圓盤油膜有效作用外半徑r2和內(nèi)半徑r1的四次方之差成正比，故增加r2或者減小r1都能極大的增加液粘裝置傳遞的轉(zhuǎn)矩。但受到液體粘性傳動(dòng)裝置徑向尺寸和內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸的限制，不能夠隨意的增加或減小r2和r1。

（3）工作油液的動(dòng)力粘度μ越大，傳遞的轉(zhuǎn)矩越大。但高粘度的工作油液會(huì)使?jié)櫥涂刂葡到y(tǒng)的阻力加大，增加油泵的功率損耗和工作油液的發(fā)熱。因此，宜采用粘度不高的汽輪機(jī)油或者液壓油，同時(shí)采用強(qiáng)制循環(huán)冷卻的方式使油溫控制在合適的范圍內(nèi)，以減小溫度變化對(duì)粘度的影響。

（4）轉(zhuǎn)矩與兩摩擦片的角速度差Δω=ω1-ω2成正比，（下轉(zhuǎn)第66頁(yè)）（上接第50頁(yè)）通常在使用中ω1為變量，ω2為變量。設(shè)液體粘性傳動(dòng)離合器輸出轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速的比值為i，則Δω=ω1-ω2=ω1（1-i）。在不同油膜厚度下（δ1<δ2…<δ8）轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速比i的關(guān)系曲線見圖3。

（5）轉(zhuǎn)矩與油膜厚度δ成反比，通過調(diào)節(jié)油膜厚度δ的大小可以改變轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。在不同角速度差下（Δω4<Δω3<Δω2<Δω1）轉(zhuǎn)矩T與油膜厚度δ的關(guān)系曲線見圖4。設(shè)計(jì)時(shí)所選定的最大油膜厚度值越大，則最小輸出轉(zhuǎn)矩越小，最小輸出轉(zhuǎn)速越低。可見，增加最大油膜厚度可以是液粘裝置的調(diào)速范圍變大，但會(huì)使結(jié)構(gòu)的軸向尺寸增加。

3 結(jié)論

通過對(duì)液體粘性傳動(dòng)基本原理的分析可知，控制平板間的距離，就可以調(diào)節(jié)兩平板間傳遞的剪切應(yīng)力。對(duì)液粘調(diào)速離合器的摩擦進(jìn)行數(shù)學(xué)建?？芍赫痴{(diào)速離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩與摩擦副對(duì)數(shù)成正比；與圓盤油膜有效作用外半徑r2和內(nèi)半徑r1的四次方之差成正比；與工作油液的動(dòng)力粘度成正比；轉(zhuǎn)矩與兩摩擦片的角速度差Δω=ω1-ω2成正比；與油膜厚度δ成反比。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]