滑块摩擦离合器设计论文解析.docx

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滑块摩擦离合器设计论文解析

工程机械设计作业

姓名：

黄龙

班级：

072143

学号：

20141001679

滑块离心式摩擦离合器设计

1、设计任务书

1.1设计背景

离心离合器由于有固定的结合转数和过载保护功能而被广泛应用于油锯、割灌机、风力灭火机、无变速器等机具的传动中，它对保护操作者和机具过载时的安全是十分重要的。

滑块离心式离合器结构简单、紧凑、它是由主动盘、摩擦块、压缩弹簧和被动盘组成的。

1.2设计目的

通过本课程设计，掌握滑块离心式摩擦离合器的设计方法、步骤，进一步了解离合器的工作状况和性能，从而提高机械产品的设计能力。

1.3设计参数

⑴汽油发动机的外特性参数

⑵其它参数

滑块离心式摩擦离合器设计原始参数

发动机型号

1E52F

1E50F

1E40F

XY1P64F

B&S-10.5

怠速（rpm）

2100

2100

2100

1500

1650

最高转速（rpm）

8000

8000

8000

3400

3200

额定功率/转速（kw/rpm）

5HP/7500

4HP/6000

2.97/5250

2.4/3000

6/2800

最大输出扭矩/转速（N.m/rpm）

5.52/6000

5.15/5750

5.93/4400

8.8/2500

12.5/2500

输出轴直径（mm）

Ф16

Ф17（大端）

Ф14

Ф25

Ф25

输出轴连接形式

6花键

1:

10锥面半月键

4花键

6mm宽单键连接

6mm宽单键连接

允许离合器外经（mm）

Φ85mm

Φ82mm

Φ80mm

Φ110mm

Φ125mm

允许离合器高度（mm）

28mm

26mm

24mm

35mm

40mm

离合器离心块与被动盘间隙

1～1.5mm

设计选择发动机型号为B&S-10.5，滑块：

3，石棉对石棉

2、具体设计步骤

1）确定离合器需要传递的扭矩：

Mf=Nm，

2）初定结合转速：

n2n1=1650（r/min）；取n2=2200r/min。

3）确定离合器的结构形式：

●设计为三块离心块，Z=3；

●R—被动盘内表面半径R=50mm

●选择离合器壁厚为3mm

●离心块与被动盘间隙1mm

●初步设计离心块结构和形状，据此初定离心块的质心半径：

r=25mm；

●材料选择，离心块和被动盘均为钢；摩擦为石棉对石棉，磨擦系数f=0.4。

4）确定离合器的质量m：

要满足两个条件：

（1）传递最大扭矩Mf时：

由此算得m=142.6g。

式中，n

为发动机最大扭矩

Mf时的转速；f为离心快与被动盘内表面的摩擦系数（本设计取石棉对石棉的摩擦系数为f=0.4）

（2）结合转速时：

式中：

F2——结合转速n2时离心块产生的离心力

Fn——弹簧对离心块张紧力的径向分力

2——结合转速n2时的角速度

5）弹簧的设计计算：

●现取绕线比C=5，选择65Mn弹簧钢丝，查得弹簧钢丝的拉伸强度极限，弹簧材料的许用应力1170MPa，取d=2mm。

查得弹簧钢丝的拉伸强度极限弹簧材料的许用应力1170MPa符合要求。

●弹簧的中径D=CXd=5*2=10

弹簧的外径=D+d=12.符合条件。

●预紧力的计算：

计算弹簧的最小预紧力

F=m=0.14210-3（2*3.14*2200/60）2=275.5Nm,对弹簧施加275.5N,则弹簧的劲度系数可得：

Fmax-F=Kx，x=1mm，则K=51N/mm。

则弹簧预紧压缩长度为：

275.5/51=5.2mm。

●取C=5，D=10mm，曲度系数k≈1.15+0.615/C=1.3035；C为旋绕比，D弹簧中径，d为弹簧簧丝直径。

●试算d=2×1.02=2.04mm，故选择d=2.0。

●k=1.267；则d≥1.75,则d=2.0。

●外径D2=D+d=12.0mm，内径D1=10-2.0=8.0mm。

●求弹簧工作圈数：

n1==4.41，故取n=4.5圈。

死圈1.5

●则弹簧的总圈数为n=n1+1.5=6圈

●弹簧的节距：

P=0.3D=3mm。

。

●弹簧自由长度：

H0≈pn+1.5d=3×4.5+2×1.5=16.5mm，取弹簧的自由长度为16.5mm。

压缩后最小长度为：

16.5-5.2=11.3mm

●弹簧展开长度：

6）键的选择及强度校核

轴与主动盘用双圆头普通平键联接,选键6×6GB/T1096-2003A型，主动盘都是石棉，查表得许用挤压应力

，取其平均值

键的工作长度

，

键与主动轮键槽的接触高度

所以所选用的键合适

3、离合器特性曲线：

图中：

n为发动机转速，r/min;

为发动机输出的有效转矩，N/m;

为发动机输出的有效功率，W；

为离合器传递的转矩，N/m;

液力变矩器（耦合）原理结构

1.1液力耦合器结构

以液体为工作介质的一种非刚性联轴器，又称液力联轴器。

液力耦合器（见图）的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上,涡轮装在输出轴上。

动力机（内燃机、电动机等）带动输入轴旋转时，液体被离心式泵轮甩出。

这种高速液体进入涡轮后即推动涡轮旋转，将从泵轮获得的能量传递给输出轴。

最后液体返回泵轮，形成周而复始的流动。

液力耦合器靠液体与泵轮、涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。

它的输出扭矩等于输入扭矩减去摩擦力矩，所以它的输出扭矩恒小于输入扭矩。

液力耦合器输入轴与输出轴间靠液体联系，工作构件间不存在刚性联接。

液力耦合器的特点是:

能消除冲击和振动;输出转速低于输入转速，两轴的转速差随载荷的增大而增加;过载保护性能和起动性能好,载荷过大而停转时输入轴仍可转动,不致造成动力机的损坏;当载荷减小时，输出轴转速增加直到接近于输入轴的转速。

液力耦合器的传动效率等于输出轴转速乘以输出扭矩（输出功率）与输入轴转速乘以输入扭矩（输入功率）之比。

一般液力耦合器正常工况的转速比在0.95以上时可获得较高的效率。

液力耦合器的特性因工作腔与泵轮、涡轮的形状不同而有差异。

如将液力耦合器的油放空，耦合器就处于脱开状态，能起离合器的作用。

1.2液力耦合器工作原理

液力耦合器是一个内含两个环形轮片的密封机构。

驱动轮称为泵轮，被驱动轮称为涡轮，泵轮和涡轮都称为工作轮。

在工作轮的环状壳体中，径向排列着许多叶片。

泵轮和涡轮装合后，形成环形空腔，其内充有工作油液。

泵轮通常在内燃机或电机驱动下旋转，带动工作油液做比较复杂的向心力运动。

高速流动的油液在科里奥利力的作用下冲击涡轮叶片，将动能传给涡轮，使涡轮与泵轮同方向旋转。

油液从涡轮的叶片边缘又流回到泵轮，形成循环回路，其流动路线如同一个首尾相连的环形螺旋线。

三爪卡盘原理

三爪卡盘由卡盘体、活动卡爪和卡爪驱动机构组成。

三爪卡盘上三个卡爪导向部分的下面，有螺纹与碟形伞齿轮背面的平面螺纹相啮合，当用扳手通过四方孔转动小伞齿轮时，碟形齿轮转动，背面的平面螺纹同时带动三个卡爪向中心靠近或退出，用以夹紧不同直径的工件。

用在三个卡爪上换上三个反爪，用来安装直径较大的工件。

三爪卡盘的自行对中精确度为0.05-0.15mm。

用三爪卡盘加工工件的精度受到卡盘制造精度和使用后磨损情况的影响。

卡盘按驱动卡爪所用动力不同﹐分为手动卡盘和动力卡盘两种。

①手动卡:

为通用附件，常用的有自动定心的三爪卡盘和每个卡爪可以单独移动的四爪卡盘。

三爪卡盘（图1三爪卡盘）由小锥齿轮驱动大锥齿轮。

大锥齿轮的背面有阿基米德螺旋槽，与3个卡爪相啮合。

因此用扳手转动小锥齿轮﹐便能使3个卡爪同时沿径向移动，实现自动定心和夹紧﹐适于夹持圆形﹑正三角形或正六边形等的工件。

孔口夹持器的类型

1.常闭式夹持器

常闭式夹持器靠弹簧预紧力夹紧钻具，油压松开，在不工作时，处于夹紧夹具状态，常用在钻进大角度倾斜孔的钻机上。

一组经过预压缩的弹簧作用在斜面（如图1卡瓦座）或杠杆等增力机构上，使卡瓦座产生轴向移动，带动卡瓦径向移动，夹紧钻具；高压油进入卡瓦座与外壳形成油缸，进一步压缩弹簧，使卡瓦座和卡瓦产生反向运动，松开钻具。

此类夹紧具结构紧凑，工作可靠，夹持力取决于弹簧预紧力不受油压变化的影响，可在突然停电时，快速、可靠地夹紧钻具，防止跑钻事故。

2.常开式夹持器

常开式夹持器一般采用液压夹紧、弹簧松开的方式，在不工作时处于松开状态。

这种夹持器结构与常闭式夹持器相似，不同的是油缸和弹簧使卡瓦产生的运动方向与常闭相反而已。

夹持器靠油缸的推力产生夹持力，油压的下降将直接引起夹持力的下降，一般在油路上设置性能可靠的液压锁来保持压力。

3.复合夹持器

所谓复合夹持器就是将常闭夹持器和液压夹紧、弹簧松开式夹持器巧妙地结合在一起，见图2，其工作原理是利用压缩弹簧预紧力来克服钻具的自重，主轴油缸松开夹持器，当高压油进入主油缸推动主油缸4向右移动，通过顶柱5将力传给右卡瓦座9，碟簧11被进一步压缩，右卡瓦座右移；同时，在圆柱弹簧15的作用下，左卡瓦座左移，松开钻具。

弹簧的预紧力和副油缸的合力来克服钻具的自重与钻机转矩的合力，副油缸在油路上与动力头反转相连，当钻机反转宁卸钻具时，高压油同时进入副油缸，副油缸活塞12对右卡瓦座产生推力，与压缩的碟簧共同夹紧钻具。

复合式夹持器开口量大，开启压力低，体积小，结构简单，性能可靠，并且也可以实现突然断电时夹紧钻具。

4.双夹持器及单夹持器

夹持器主要用于钻孔过程中加接或者是拆卸钻杆时，防止钻杆或者钻具滑移。

双夹持器与单夹持器的主要区别在于双夹持器由；两个钳式夹持器组合而成。