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1、装载机超越离合器改型设计李? 峰( 厦门工程机械股份有限公司,厦门, 361004)摘? 要? 通过改变工艺方法实现结构改造, 提高构件强度, 合理选择楔形角等重要措施, 使改造后离合器的寿命可达到 6 000 h 以上.关键词? 离合器; 装载机; 改型国产装载机目前使用的变矩器大部份采用双涡轮结构. 与其配用的液力换挡变速箱的输入端, 采用的超越离合器是必不可少的部件. 它用来自动适应装载机外负荷大小, 决定变矩 器一级涡轮是否参与动力输出 ( 二级涡轮始终有动力输出) .长期来, 滚柱式超越离合器因其结构设计不合理, 出现大量早期损坏. 为了解决这个问题,我们在原来 24 个滚柱式超越离
2、合器的基础上 ( 图 1) 开展研究,根据现场损坏情况,进行分析对比并进行改型设计. 新型的超越离合器在样机进行工矿试验时效果良好,不少机 子实际使用超过 6 000 h 以上.1? 隔离环的改进通过剖析,发现损坏最为严重的是隔离环,大部分是断裂. 隔离环相似于滚柱轴承上的保持架,但不同于它. 因为前者在超越离合器 ? 接? 与 ? 脱? 的过程中承受了很大的正反向冲击载荷, 而后者则没有. 改型前隔离环设计因受加工方法限制,使环的受拉面积很小, 且在结构上应力集中较严重. 为此从改变加工方法入手, 改变隔离环的结构. 原结构的 24 个滚柱槽由铣床工作台作纵向进给而成. 槽的两端全部铣通,削
3、弱了承载面积. 改型后的 24 个滚柱槽由铣床工作台作径向进给 ( 工作台上下运动) 而成. 同时,对槽孔的轴向位置作了适当调整,使环右端面承载面积得到较大提高.图 1? 超越离合器结构示意图? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图 2 改型前隔离环承载面积? ?本文收到日期: 1996- 11- 13李 峰, 男, 1941 年出生, 高级工程师第 25 卷 第 1 期 1997年 2 月?福州大学学报 ( 自然科学版) Journal of Fuzhou University ( Natural Science)?Vol?25 No. 1 Feb. 1997? ? 改型前 ( 图 2)
4、,右端承载面积: S前右= 6 ? 4= 24 ( mm2)左端承载面积:S前左= 9.5? 3+ 4? 4= 44.5 ( mm2)改型后 ( 见图 3) 右端承载面积为:S后右= 58.5 mm2;左端承载面积为:S后左= 61.4 mm2. 改进前后承载面积比为:n右=S后右 S前右=58. 5 24= 2. 44n左=S后左 S前左=61. 4 44. 5= 1. 38? ? 显而易见,最危险断面在隔离环的右端,不在左端. 改型后右端的承载面积增加了 1. 44 倍,大大提高了承载的能力.图 3? 改后隔离环承载面积? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图 4 隔离环上围边结构2?
5、压盖的结构改进改型前的压盖上伸出 6 个凸爪,其中 3 个均分的凸爪用来推动弹簧,带动隔离环与滚 柱, 使滚柱始终保持离合器楔合状态. 另外 3 个均匀分布的凸爪用来给弹簧作侧面定位用.这 3 个凸爪由于结构上的因素刚性较差, 易变形, 常常导致弹簧脱落. 这也是造成超越离合器失效的重要因素. 改进后的压盖切除了挡弹簧用的 3 个爪, 挡弹簧的任务移交给隔离环. 在隔离环上安置3个弹簧槽,其侧面沿圆周加上一道围边 ( 图 4) . 这 3 个弹簧槽用立铣 刀加工而成. 这样,超越离合器的 3 个弹簧不会产生脱离的现象.3? 内环凸轮的改进楔角 ?的合理选择是保证超越离合器正常离合的关键. 楔角
6、太大,滚柱在楔合过程中易于打滑. 楔角太小, 会产生较大接触应力,此应力过大,会造成离合器的早期损坏. 工程机 械用超越离合器一般楔角推荐在 6? 8?之间. 从图 5 可知楔角 ?的计算公式为:?61?第 1 期李? 峰:装载机超越离合器改型设计 ? ? ?图 5? 楔角计算图? ? cos? =h+ r R- r 改进前:cos?前=90. 92+ 6. 5 105- 6. 5= 0. 989? ?前= 8. 49 ?可见,改型前楔角偏大,再加上零件的加工误 差,就很难保证 24 个滚柱能同时楔紧.打滑的滚柱, 本身加剧磨损. 能楔紧的滚柱,使内环 凸轮上的接触应力太大,凸轮面及滚柱容易损
7、坏. 改进后:cos?后=91. 22+ 6. 5 105- 6. 5 = 0. 992? ? ?后= 7. 215 ?改进后的楔角较适中, 接触应力提高也有限. 根据柴油机与变矩器匹配曲线, 制动工况时原轮 ( ZL50) 的扭矩约等于 520N?m. 此时超越离合器传递的最大扭矩为:Mmax= KM0= 3. 82 ? 520 ?33 39= 1 680. 8 ( N ? m)取工作贮备系数 ?= 1. 8, 则计算扭矩 Mkp= ? Mmax= 1. 8 ? 1 680. 8 = 3 025. 44 ( N ? m)? ? 超越离合器上的最大接触应力1为:?j= 0. 836 =MkpE
8、 9. 82zd1lDtg( ?/ 2)式中: Mkp为计算扭矩,取 3 025.44 N?m;E 为当量弹性模量, 取 2.058 ? 105MPa;z 为滚柱数目, 取 24, 但考虑制造不均匀误差, 实际取 z = 12;d1为滚柱直径, d1= 2r = 1.3 cm; l 为滚柱长, 取 2. 5 cm;D 为外环齿轮内径, 取 21 cm; ?为楔合角,取 7.2 ?. 则:?j= 0. 836=MkpE 9. 82d1lDztg( ?/ 2)= 0. 8363 025. 44 ? 2. 058 ? 107 9. 82? 1. 3 ? 2. 5 ? 21 ? 12 ? tg(7.
9、2/ 2)? ? = 2 965.37 ( MPa) 取离合器的楔合次数在 106以上时,许用接触应力 ?j = 3 038 MPa. 可见, ?* Tj ?j ,满足设计要求.4? 材料的改进装载机的超越离合器工况恶劣, 接合脱离次数频繁, 构件承受着很大的冲击载荷. 对 2台样机在典型工况下运转 2 533 h 及 3 773 h 后的两台超越离合器进行解体检查. 其中一台发 现在隔离环上有 5个滚柱槽的两侧有严重翻边,形状呈抛物线, 两侧基本对称. 与这 5 个相?62?福州大学学报 ( 自然科学版)? ? ? ? ? ? 第 25 卷对应的内环凸轮及凸轮工作面上压痕有严重扩大的现象.
10、这 5 个槽里工作的滚柱都被磨成腰鼓形状. 其余凸轮工作面都具有较均匀的正常轻微线形压痕. 另一台样机内环凸轮面上大多数压痕扩大且较均匀, 但不太严重, 隔离环的槽边并没有翻边现象. 样机的使用结果表明内环凸轮的心部硬度较低. 原材料 30CrMnT i 虽经渗碳淬火,表面硬度可达HRC58 以上,但心部硬度只有 HRC35 45. 对上述第一台,由于各个凸轮面上的渗碳层深度不一样;造成 5 个凸轮面压痕扩大特别严重的现象. 而第二台深碳层及表面硬度都比较均匀. 由于内环凸轮面压痕扩大后滚柱自转轴线与超越离合器轴线不平行, 使滚柱沿 母线各处受力不均,两头受力大,中间受力小,造成滚柱呈腰鼓形磨
11、损.图 6? 槽翻边? 当滚柱轴线与超越离合器轴线产生歪斜后, 必然使滚柱对隔离环槽的两侧施以很大的力, 迫使槽边翻 边. 在正反向 ( 离、合) 力作用下,每次破坏一点, 形成的包络面形状近似于抛物线 ( 图 6) .综上所述,隔离环槽边出现翻边现象主要是内环凸轮心部硬度低, 而隔离环的损坏是由此引起的. 为了 解决内环凸轮心部硬度的问题,克服上述压痕扩大的现象, 内环凸轮的选材应改为 GCr15或 GCr15Mn.5? 装配工艺性隔离环因其结构决定, 总的来说刚性较差,在加工过程中易产生变形, 给装配带来困难,更影响了超越离合器的性能. 为此, 对车加工工序设计了合理的工装夹具,使隔离环的
12、不圆度控制在 0.05 mm 以内. 在隔离环与内环凸轮之间的配合中, 精度越高,隔离环工作中一旦变形就越容易卡死,我们选用了B9 h9及C8 h7的配合, 实践证明是较为合理的.参考文献1 徐 灏. 机械设计手册. 上册. 第二分册. 第 2 版. 北京: 化学工业出版社, 1979. 976The Modified Design of Overrunning- Clutch in LoaderLi Feng( Xiamen Engineering Machinery CO. Ltd, Xiamen, 361004)Abstract? T he roller clutches in the
13、wheel loader transmission have always gotten serious wear, which is a very im-portant problem should be solved at once. T he paper has described the technological methods which can realize themodification of construction, the improvement of part strength, the reasonable choice of angulation. All these meth -ods can make the life of the improved transmission reach more than 6, 000 hours. T he design can also be used allover the relative engineering area.Keywords? loader; overrunning- clutch; modification?63?第 1 期李? 峰:装载机超越离合器改型设计 ? ? ?
