拖拉机离合器的结构与分析.pdf

第8 卷第6 期 2 0 0 8 年1 1 月 潍坊学院学报 J o u r n a lo fW e i f a n gU n i v e r s i t y V 0 1 8N O 6 N O V 2 0 0 8 拖拉机离合器的结构与分析 管 潍坊学院 山东 文 潍坊2 6 1 0 6 1 摘要 介绍了拖拉机离合器的发展 进行了离合器的改进 开有梯形槽的碟形弹簧在制造过程中易 产生应力集中 把梯形槽改为弧形槽使离合器寿命大有提高 石棉有机摩擦材料和金属陶瓷摩擦材料在高 温段的摩擦力矩均不稳定 在石棉有机摩擦材料中加入一定比例的陶瓷粉末 试验证明其抗高温性能高于 前二者 关键词 离合器 磲形弹簧 摩擦材料 中图分类号 T H l 3 2文献标识码 A文章编号 1 6 7 1 4 2 8 8 2 0 0 8 0 6 一0 0 6 5 一0 3 拖拉机是现代化农业生产中不可替代的动力机 械 在农业生产中与相应的农具配合具有广泛的用 途 拖拉机离合器看似结构简单 工作原理浅薄 但 是其结构的发展却经历了上百年 融合了几代人的 智慧和心血才达到今天的地步 其设计理论也从传 统的机械 力学领域深入到热 电 材料 控制等众多 领域 今天 技术已发展到电子化 信息化 离合器 的发展也面临着用新的技术进行改造和提高 1 离合器的发展 在早期研发的离合器结构中 锥形离合器最为 成功 它的原型设计曾装在1 8 8 9 年德国戴姆勒公司 生产的钢质车轮的小汽车上 结构如图l a 所示 它 是将发动机飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动 件 采用锥形离合器的方案一直延续到2 0 世纪2 0 年代中叶 对当时来说 锥形离合器的制造比较容 易 摩擦面容易修复 它的摩擦材料曾用过驼毛带 皮革带等 那时也曾出现过蹄一鼓式离合器来替代 锥形离合器 其结构如图1 b 所示 该结构采用的是 内蹄一鼓式 这种结构型式有利于在离心力作用下 使蹄紧贴鼓面 蹄一鼓式离合器所用的摩擦元件为 木块 皮革带等 其重量较锥形离合器轻 无论锥形 离合器或蹄一鼓式离合器 都容易造成分离不彻底 甚至出现主 从动件根本无法分离的自锁现象 当时 所提供的材料复合体的摩擦系数变化很大 容易引 起自锁 现在所用的盘片式离合器的先驱是多片盘式离 合器 它是直到1 9 2 5 年以后才出现的 多片离合器 最主要的优点是 起步时离合器的接合比较平顺 无 冲击 早期的设计中 多片按成对布置设计 一个钢 盘片对着一青铜盘片 采用纯粹的金属对金属的摩 擦副 把它们浸在油中工作 能达到更为满意的性 能 浸在油中的盘片式离合器 盘子直径不能太大 以避免在高速时把油甩掉 此外油也容易把金属盘 片粘住 不易分离 但毕竟还是优点大于缺点 因为 在当时许多其他离合器还在原创阶段 性能很不稳 定 圈1 锥形离合器 a 蹄一鼓式离合器 b 石棉基摩擦材料的引入和改进使得盘片式离合 收稿日期 2 0 0 7 一1 0 2 6 作者简介 管文 1 9 6 8 一 女 山东高密人 潍坊学院机电工程学院讲师 硕士 一6 5 万方数据万方数据 潍坊学院学报2 0 0 8 年1 1 月 器可以传递更大的转矩 能耐受更高的温度 此外由 于采用石棉基摩擦材料后可用较小的摩擦面积 因 而可以减少摩擦片数 这是由多片离合器向单片离 合器转变的关键 早期的单片干式离合器有与锥形 离合器相类似的问题 即离合器接合时不够平顺 实际上早在1 9 2 0 年就出现了单片干式离合器 这和 发明了石棉基的摩擦面片有关 但在那时相当一段 时间内 由于技术设计上的缺陷 造成了单片离合器 在接合时不够平顺等问题 第一次世界大战后初 期 单片离合器的从动盘金属片上是没有摩擦面片 的 摩擦面片是贴附在主动件飞轮和压盘上 弹簧布 置在中央 通过杠杆放大后作用在压盘上 后来改用 多个直径较小的弹簧 一般至少6 个 沿着圆周布 置直接压在压盘上 成为现今最为通用的螺旋弹簧 布置方法 这种布置在设计上带来了实实在在的好 处 使压盘上弹簧的工作压力分布更均匀 并减小了 轴向尺寸 单片干式摩擦离合器 具有从动部分转动惯量 小 散热性好 结构简单 调整方便 尺寸紧凑 分离 彻底等优点 而且由于在结构上采取一定措施 已能 做到接合平顺 因此现在广泛用于大 中 小各类车 型中 如今单片干式摩擦离合器在结构设计方面相 当完善 采用具有轴向弹性的从动盘 提高了离合 器的接合平顺性 离合器从动盘总成中装有扭转减 振器 防止了转动系统的扭转共振 减小了传动系噪 声和动载荷 从国外的发展动向来看 近年来车辆在性能上 向高速发展 发动机的功率和转速不断提高 载重车 趋于大型化 但随着发动机功率不断加大 离合器 允许加大尺寸的空间有限 现离合器从动盘的直径 已达4 3 0 m m 增加离合器传扭能力 提高其使用寿 命 简化操作 已成为重型离合器当前的发展趋势 为了提高离合器的传扭能力 可采用双片干式离合 器 在理论上 相同的径向尺寸双片离合器的传扭 能力和使用寿命是单片的2 倍 但受到其他客观因 素的影响 如散热等 实际的效果要比理论值低一 些 近年来湿式离合器在技术上不断改进 在国外 某些重型车上又开始采用多片湿式离合器 与干式 离合器相比 由于用油泵进行强制冷却的结果 摩擦 表面温度较低 不超过9 3 因此起步长时间打滑 也不致烧损摩擦片 查阅国内外资料获知 这种离合 器的使用寿命可达干式离合器的5 6 倍 但湿式离 合器优点的发挥是一定要在某温度范围内才能实现 6 6 一 的 超过这一温度将起负面效应 2 离合器的改进 目前拖拉机离合器应用较多的压紧元件是开梯 形槽碟形弹簧 最近几年我国在拖拉机上也开始配 有膜片弹簧离合器 特殊的碟形弹簧 但应用不多 由于膜片弹簧的结构特别 使得其内应力复杂 不容 易掌握 且由于使用频率较高 在工作过程中承受循 环交变载荷 有可能发生疲劳破坏 据统计 有的膜 片弹簧工作寿命小于3 0 万次 大大低于一般要求的 1 0 0 万次 目前此技术尚不够完善 图2 开弧形槽碟形弹簧 左 开梯形槽碟形弹簧 右 目前使用的开有梯形槽的碟形弹簧 见图2 右 在制造过程中易产生应力集中 尤其在各梯形 的交点处 从而降低离合器的使用寿命 作者在梯 形槽的基础上加以改进 把梯形槽改为弧形槽 图 2 左 为6 5 马力轮式拖拉机离合器的碟形弹簧 弧 形槽的离合器经潍坊拖拉机厂试验 证明其性能大 有提高 寿命比同类型梯形槽离合器延长2 年 目 前改进的弧形槽离合器已被山东潍坊拖拉机厂成功 应用在6 5 马力轮式拖拉机上 3 离合器摩擦材料研究 直到今天 拖拉机离合器的摩擦材料中多数还 是以基础为石棉的材料编制而成 这种编制的面片 是由石棉纤维和铜丝或锌丝绕制成石棉线绳制成 采用它的原因是 一方面石棉有良好的耐热性能 而 另一方面它又得到铜丝或锌丝的加强 具有较高的 摩擦系数 O 3 0 4 密度小 低温时性能稳定 耐 磨 具有必要的强度 制造容易 成本低 但摩擦系 数随温度上升而下降 当温度超过2 5 0 时 摩擦系 数下降到0 2 5 以下 磨损加剧 甚至导致衬面变质 或烧裂 因此石棉摩擦衬面适于在中 轻载荷下工 作 金属陶瓷摩擦材料作为离合器从动盘的摩擦面 片 国外从2 0 世纪5 0 年代起 在工程机械及载货汽 车上就开始使用 由于金属陶瓷摩擦面片的摩擦系 数高于有机片 装用金属陶瓷摩擦面片的离合器相 对于采用有机片的离合器来说 在同一夹紧载荷下 万方数据万方数据 第6 期管文 拖拉机离合器的结构与分析 可提供更大的摩擦力矩 即离合器的转矩容量较有 机片大 或在相同转矩容量下 所用夹紧载荷可较 小 使离合器接合更柔和 分离力更小 二者各有优点 但其共同的缺陷是在高温段的 摩擦力矩均不稳定 作者进行了大量试验 发现在 石棉有机摩擦材料中加入一定比例的陶瓷粉末 试 验证明其抗高温性能高于石棉摩擦片 也高于陶瓷 摩擦片 见图3 图3 是我国研制的金属陶瓷片和石棉有机片在 不同温度下摩擦力矩变化情况 其中3 为作者试验 的加入一定比例陶瓷粉末的石棉有机片 从图中可 看出金属陶瓷片在较高温度下仍有较大的摩擦力 矩 从这L 侧面也可反映出它比有机片的使用寿命 要长 但高温时摩擦力矩值变化很大 作者在石棉 有机片中加入不同比例的陶瓷粉末进行试验 结果 发现加入陶瓷粉末的石棉有机片摩擦力矩值变化平 稳 尤其在高温段 观察图3 曲线1 2 3 的高温段 不难发现加入陶瓷粉末的石棉有机片的摩擦力矩最 为稳定 而金属陶瓷片和石棉有机片在高温段摩擦 力矩变化极大 由此看出作者的设想是正确的 目 前该技术还需进一步深入研究 I 3 2 6 01 2 01 8 02 4 0删 T P C 圈3 不同温度下摩擦力矩测试结果 1 一金属陶瓷片2 一石棉有机片 3 一加入陶瓷粉末的石棉有机片 4 结束语 介绍了拖拉机离合器的结构发展 并对离合器 的结构进行了成功改进 使其性能大有提高 同时对 目前离合器使用的摩擦材料进行分析对比 指出存 在的缺陷 提出了更优的解决方案 参考文献 1 徐石安 江发潮 汽车离合器 汽车设计丛书 M 北京 清华大学出版社 2 0 0 5 2 3 罗永荤 湿武离合器金属带武无级交速器 C V T D 杭州 浙江大学 2 0 0 1 3 管文 拖拉机离合器设计与研究F D 济南 山东大学 2 0 0 7 4 3 张军华 W i n d o w 系统下的新型汽车离合器扭转性能检验机的开发 D 重庆 重庆大学 2 0 0 4 5 曲秀金 陆念力 车仁炜 超越离合器综述口 机械传动 2 0 0 5 2 9 1 6 9 7 2 6 3 康海涛 双离合器式自动变速器的研究 D 长春 吉林大学 2 0 0 4 T h eS t r u c t u r ea n dA n a l y s i so fT r a c t o rC l u t c h G U A NW e n W e i f a n gU n i v e r s i t y W e i f a n g2 6 1 0 6 1 C h i n a A b s t r a c t T h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to ft r a c t o rc l u t c ha n di m p r o v e si t t o o T r a p e z o i dg r o o v e i np r o c e s s i n gm a n u f a c t u r ep r o c e s si se a s yt op r o d u c ec o n c e n t r a t e ds t r e s sa n dr e d u c ei t sl i f e T h i sp a p e r c h a n g e st r a p e z o i dg r o o v et oa r cg r o o v e a sar e s u l t c l u t c hl i f er i s e sg r e a t l y T h ef r i c t i o n a lm o m e n ti nt h e h i g ht e m p e r a t u r eo fa s b e s t o sa n dc e r m e t sm a t e r i a li sv e r yu n s t a b l e T h ep a p e rj o i n ss o m ep o r c e l a i np o w d e ri na s b e s t o so r g a n i c l T e s t sp r o v et h a ti t sh i g ht e m p e r a t u r e r e s i s tc a p a b i l i t yi sh i g h e rt h a ne i t h e ro f f o r m e r K e y w o r d s c l u t c h d i s hs h a p es p r i n g f r i c t i o nm a t e r i a l 责任编辑 肖恩忠 枷 眦 啪 言 l 万方数据万方数据 拖拉机离合器的结构与分析拖拉机离合器的结构与分析 作者 管文 GUAN Wen 作者单位 潍坊学院 山东 潍坊 261061 刊