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摩擦 磨擦 离合器 使用 双碟形 结构设计

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（美国机械工程师协会论文集， 990/卷 129， 2007年 9月） 摩擦离合器使用双碟形结构设计 动力机械工程学系，国立清华大学，新竹，台湾） 本文提出了一种简化的摩擦离合器的设计，它由双碟形弹簧和摩擦片组成。这设计利用上的盘形弹簧操作过程中，以增加摩擦面积的预定角度，因此，在弹簧的负载减小在给定的扭矩传递。由于摩擦面积的增加，该碟形弹簧也可以作为一个摩擦片，以及所需的离合器组件可被减小。离合器的最大传递扭矩很容易通过改变上的碟形弹簧的预紧力的调 整。此外，它是非常容易组装本离合器的组件。为了说明本设计，原型摩擦离合器与一个盘形弹簧被制造和测试。我们发现，所传递的转矩保持恒定为不同的工作速度。 关键词： 摩擦离合器，碟形弹簧，摩擦系数 介绍 过载保护装置的目的是防止机械或驱动线在过载或拥塞的情况下的损害。该过载保护装置已被广泛用于各种应用，例如自动螺丝刀，打印机，传送带，以及汽车电动车窗， 基本操作概念是迫使两个相对的表面进行摩擦接触以预先设定的负载的装置。的转矩 ，如果未过载，将完全由离合器的摩擦力的协助下传送。当所传递的转矩超过设计极限（即过载）时，将会发生两个摩擦表面之间的滑动。离合器将不再完全传递这个过载转矩，并将作为超载保护装置。 在一般情况下，摩擦离合器已经正常啮合和脱开，通常的设计。图 1显示了一个典型的通常脱开径向摩擦离合器，它由驱动轴，摩擦板（衬里） ，螺旋弹簧和摩擦离合器的从动 擦系数 的作用，摩擦面数，并且轴向力 1。当驱动轴施加一个负载到螺旋弹簧，从而导致摩擦片的接触，电源会从驱动轴传递到从动轴。摩擦片 之间的摩擦力可通过改变螺旋弹簧的恢复力进行调整。因此，允许通过这种摩擦离合器传递转矩被确定。作为第二个例子中，驱动构件和所述从动构件是正常的啮合。摩擦板通常使彼此接触，除了过载是否存在。在 2,3 中，碟形弹簧（也称为锥形盘簧）来施加轴向载荷 以推动摩擦面。 现有的摩擦离合器的缺点是各个组成部分的要求。此外，它是费时组装这些部件。在这项研究中，常啮合的摩擦离合器已经被设计和分析，如图所示。 2 。摩擦离合器主要由双狭缝碟形弹簧和衬里。这些碟形弹簧被用于产生离合器的摩擦力，以便进一步判断由离合器传递的最大转矩 。由于碟形弹簧比压缩螺旋弹簧更硬，它可以提供具有小的偏转巨大力量。此外，本离合器的组装操作简单快速，而且它的成本可以显著降低。 设计理念 在图中所示的本离合器。 2采用碟形弹簧，以提供一个轴向载荷的恢复力。图 3示出了图的离合器的分解图 2。电源输入该机制，通过驱动齿轮（ 9），从通过从动齿轮的机制输出（ 1）。轴 8 固定于齿轮 9，和摩擦片（衬） 6有四个内锚锁定到轴（ 8）的主要措施。因此，该摩擦板和轴由齿轮 9驱动，并且所有这些组件（命名为驱动组）都具有相同的角速度。碟形弹簧（ 5）和中间板（ 7）与四 个外锚被固定到从动齿轮（ 1），和所有这三种组分（命名为从动套）具有相同的角速度的槽中。驱动套和所述从动套具有相同的角速度在正常操作的情况下，而在过载情况下这两套具有不同的角速度。碟形弹簧会通过改变螺母的位置（ 2），以便进一步促使摩擦板和中间板之间的摩擦力上的摩擦板 6 施加一个可调节的载荷 P 。在这之后，将螺母紧固到（ 8），使用固定螺丝钉（ 3）的轴。因此，功率可以从驱动齿轮 9发送到从动齿轮 1。此外，该发射功率可通过改变载荷 P。当致发射功率的摩擦转矩 擦板会打滑并从齿 轮 9的输入功率将不再传送到齿轮 1。因此，整个设备执行为过载离合器。方程式（ 的附录 A 表示的负载潘德摩擦1。 图 4(a)示出了本碟形弹簧，它由 A（圆锥形盘）和 B（力臂）段的横截面。如 4所讨论的，盘形弹簧的载荷 - 挠度关系为大变形高度非线性的。壳体结构，它具有类似的力学行为，屈曲已在 5,6进行了讨论。结构厚度上的碟形弹簧的刚度的影响进行了研究 7 ，和锥形盘簧的材料非线性效应已在 8进行了分析。以设计和预测的碟形弹簧的特性，小变形 性范围。碟形弹簧的载荷 - 位移特性是由这两个 2 段重叠。该碟形弹簧的使用两段式设计，更详细的描述可以在附录 9 。装载过程中的盘形弹簧的变形特性示于图 4 。的情况下（ i）较春天，没有加载的配置。作为施加在弹簧上的负荷增加时，弹簧将变形和中心孔会降低。如所描绘的情况下（ ）， 角将变为零，当一个关键负载的 此，弹簧的接触面积达到最大。所示情况下， 中， 果所施加的负载大于电脑，同时，接触面积减少。碟形弹簧的设计和优化 10,11进行了讨论。 总之， 这种设计的优点是采用的碟形弹簧的预定角度 在一个给定的预压，以增加接触面积为摩擦。根据公式。 （ 在弹簧上的载荷 P 可以减小对一个指定的传递转矩。另外，贝氏结构可以充当不仅作为弹簧，也可作为一个摩擦片，以及所需的离合器组件可被减小。它可以调整碟形弹簧的机械特性，通过改变各种几何参数，如厚度，弹簧的高度，角度 等，这研究的目的是展示采用贝氏弹簧的摩擦离合器的可行性，但不进行优化弹簧的设计。 典型仿真和实验结果 本研究采用商用有限元软件 立的有限元模型（ 碟形弹簧的尺寸示于图 5 。在这种情况下，预置角度 和 = 2 - 10度，且 t = 外，元素类型为 弹簧有杨氏模量 E = 200 = 型的有限元结果图。图 6（ a ）示出了与 = 2度和 85 线的行区域图。图 6（ b ）概述了负载，以使角成为 0度的各种弹簧的厚度（ T = 及 ）和两个预置角（ = 2度， = 10度） 。通过改变这些弹簧的厚度和预定的角度4837北 - 因此，负载可以被调谐在 85的范围内。这些模拟的结果也指出，负载和弹簧的厚度之间的关系是非线性的。 为了证明本发明的概念，原型摩擦离合器与一个贝氏弹簧实施。图 7显示了制造离合器的各个关键部件。如该图所示。图 7（ a ） ，本研究中所选择的 面粗糙度 测得），以使中间板 7和摩擦板 6利用线电极放电加工。的 性 12。该碟形弹簧 5 ，它要求有良好的成形性和较强的刚性，作出废止 9 （表面粗糙度 的。此外，该齿轮 1和 9由注塑成形方法而制成的缩醛共聚物。所有标本进行检查，并在丙酮中超声清洗用于制造后 10 分钟。表面为摩擦接触之前装配涂有润滑脂。图 7（ b ）示出了这些部件的组装。 实验装置图。 8成立来表征离合器的性能。一种直流马达（万宝 40）被雇用来移动所述驱动齿轮（ 1），但是，所述从动齿轮（ 9）相连接，并通过扭矩测量仪（ 6/4 ） 进行。因此，本实验充当一个过载保护条件，以及齿轮 1和 9之间的相对角速度是由直流电动机来确定。因此，施加在轴上的输出转矩被确定。一个电流 /电压（ 50 A/50 毫伏）换能器（路创 被用于测量电机电枢电流。一个低通滤波器和一个放大器（放大增益 = 1000 ）被用来在测量过程中，以减少噪音。的电阻和电容分别为 R = 28欧姆和C = 47F， 分别与截止频率为 120赫兹。在测试过程中，螺母 2的调整，得到为 2流电动机有三个不同的角速度（ 20， 40，和 60 ，以证明离合器中的不同的相对角速度的齿轮 1和齿轮 9的性能。测量结果在图图 9示出的扭矩接近的 2个 20,40 ，和 60 预置值时，即使原来的扭矩保持不变， 1000次循环后的操作。 结论 这项研究已提出使用碟形弹簧作为重要组成部分了一种新的摩擦离合器。这样的设计利用了对碟形弹簧操作过程中，以增加摩擦面积的预定角度，因此，簧被降低以给定的扭矩传递。由于摩擦面积的增加，该碟形弹簧也可以作为一个摩擦片，以及所需的离合器组件可被减小。的容许传递扭矩是通过调整碟形弹簧的预 变形的调整。一旦所传递的转矩超过了碟形弹簧的恢复力预先设定的摩擦力矩，摩擦板和中间板会滑动，从而进行作为过载离合器。在应用中，摩擦离合器与碟形弹簧已经被制造和测试。测量结果表明，该机理做了作为过载的摩擦离合器 ;所传递的转矩为接近 2 括 20， 40，和 60转每分钟。因此，对于不同的应用不同扭矩的要求很容易得到满足。以提高离合器的可靠性，与温度上升和磨损的问题可以通过添加润滑脂润滑得到改善。此外，它是易于组装本离合器，以便最大限度地减少所需的空间以及成本。本研究的基本思路是适 用于同时存在过载，如紧张纸张，电线膜，并在车辆上的电动车窗的任何情况。 感谢 感谢 湾提供实验设施。 附录 A：盘离合器扭矩 滑移摩擦式离合器包括一个或多个摩擦盘。如该图所示 1，在一个轴向夹紧力 被表示为 1， (其中 是恒定的摩擦系数， 外，该摩擦半径 ( 其中 内半径和外半径，分别在图中所示的摩擦板构成。 1 式（ 适用于一个全新的离合器。然而，均匀磨损发生后，摩擦半径 (根据式（ 用摩擦面的面积的离合器的转矩增大容量。 附录 B：碟形弹簧结构载荷与位移特性 狭缝碟形弹簧的设计公式进行了研究 9显示的弹簧特性和刚度的关系。如该图所示。图 10（ a）中，负载潘德弹簧之间的关系是 (其中 碟形弹簧的半径， 半径狭缝外盘形弹簧的边缘， 半径碟形弹簧外缘， E =杨氏模量的材料， T =厚度，以及常量 2被表示为 (其中， H=自由高度减去厚度， V=泊松比， =半径比， 1 和 1而可以进一步表 示为 (其中 b =宽缝尖的， m =数狭缝，和常数 (根据式（ -（ 示出的非线性载荷 10（ b）中获得的。 of a of 208512,320849to as is to an 5 012 or a on to on at a to as a be of is on it is of To a We of to or in of an as to of is to by of a if it is be of as a of 20849of is of 9262, of a to as to to of to be by of to is As a by F 9, 2006;1, 2006. 129, 007 of is of In it is In a as 2. of of so as to by is a of is 2 to an of 2. 20849#920849#18 is to 9,208496 to of 20849#8by 9, of 2084920849#520849#7to of 20849#1of 20849an on 6 by of 20849#2so as to a is to 20849#820849#39 to 1. be by . by 9 to 1. 20849 of of As 208514of is a of 208515,6of on of 208517of 208518In to of a is 1 of of 5 012 or , 9252 to a As in 20849of be if is is 2085110,of is to on to a q. be a as a a It is to by as 9252, of 4 of no to of to of to of of in 20849In 9252 t of in 9252=210t=.5 s =200 s 9263=6of 9252=2 t=0.8 mm a 185 N 6to 9252 20849t=1.2,.5 20849 9252=10 be in 54837 N by of is to a a of 7208499262m 7 6 is to 20851125, 3 of #1, #2, #3, #4, #5, #6, #7,#8, #9007, 129 / 987 92621 9 5 012 or #120849#9by a 20849as an 1 by C on A 020849to A an to =28 =47z. 2 to N m. 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