專利名稱:離心式調(diào)速穩(wěn)速油膜離合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬機械工程中的工程元部件的離合器領(lǐng)域。
已有技術(shù)油膜離合器是現(xiàn)代機械工業(yè)出現(xiàn)的一種新型的機械與液壓傳動裝置。依靠調(diào)速閥給出的指令，用活塞推動主從摩擦片，使摩擦片之間的距離發(fā)生變化，以改變從動片的切應(yīng)力，從而實現(xiàn)無級變速，以達到改變從動軸轉(zhuǎn)速和扭矩的目的。
國內(nèi)同行在80年代初期開始研制油膜離合器。目前都在試用階段，如杭州齒輪箱廠，該廠生產(chǎn)的TL系列調(diào)速離合器的主要特點是1.變速指令信號通過從動軸的傳動齒輪反饋到安裝在調(diào)速離合器體外的速度控制器，并通過操作人員在機旁或遠距離操縱，實現(xiàn)30～100%之間的無級調(diào)速。2.以控制系統(tǒng)油路中油壓推動離合器主動軸的活塞來使主，從動摩擦片結(jié)合，實現(xiàn)主、從動軸的滑差傳動。國內(nèi)還有些同行也有準備或設(shè)想把調(diào)速閥直接設(shè)置在從動軸上，利用從動軸產(chǎn)生的離心力作用，使閥芯徑向活動，以控制系統(tǒng)油路中離合器運轉(zhuǎn)油壓的大小，以實現(xiàn)調(diào)速。
國內(nèi)同行對于油膜離合器的研制，在調(diào)速范圍從0～100%全范圍內(nèi)實現(xiàn)調(diào)速，並且實現(xiàn)調(diào)速穩(wěn)定性好，調(diào)速靈敏度高和自適應(yīng)控制能力強等方面還未取得實質(zhì)性的突破。
國外同行如日本、美國、瑞典等國也很早開始研制油膜離合器，但在已有技術(shù)的文獻中，對此僅作原理性的敘述，對于工程實踐中需解決的問題均未作詳細論述。
國外同行對油膜離合器的研制，在70年代就已開始，如日本“新瀉控巴達株式會社”(新瀉コンバタ一株式會社)研制的奧美伽離合器(OMEGA DRIVE)，其基本特點與國內(nèi)杭州齒輪廠的樣機類似。它采用了多片濕式摩擦離合方式，通過活塞推動主、從動摩擦片來改變其結(jié)合程度，以達到在30～100%范圍內(nèi)無級變速的目的。其自控作用為按照指令信號控制奧美伽閥，使奧美伽閥及時將信號反饋給活塞，使活塞壓力得到變化，改變主、從動摩擦片結(jié)合程度，以達到無級調(diào)速的目的。
瑞典已取得專利的奧美伽驅(qū)動裝置，專利號NL8204681。它是用于集裝箱起重機的控制系統(tǒng)，具有冷卻和液壓的傳動裝置。奧美伽驅(qū)動裝置的離合器選用摩擦片形式和由主軸控制的液壓裝置，液壓裝置包括冷卻器、過濾器、供油箱、排油裝置和調(diào)節(jié)閥。其調(diào)速范圍從0～100%，實現(xiàn)了全范圍調(diào)速。
本發(fā)明的目的是使其在0～100%內(nèi)調(diào)速的同時，實現(xiàn)調(diào)速自適應(yīng)控制，并通過對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)獨特的設(shè)計，成功地解決了調(diào)速反映快，穩(wěn)定性好的技術(shù)關(guān)鍵，達到了高效率地傳動和節(jié)能的目的。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明是運用牛頓粘性定律，τ= μdvdx1]]>在主、從動摩擦片之間充滿一定粘度的工作油，由于主、從動摩擦片之間的相對速度而產(chǎn)生切應(yīng)力，切應(yīng)力的大小取決于控制活塞的推力，活塞推動主、從動摩擦片，改變了它們的結(jié)合的程度，由此使受負荷一端獲得不同的旋轉(zhuǎn)速度或扭矩，并可根據(jù)工況需要，在調(diào)速穩(wěn)速閥的作用下，從0～100%全范圍實現(xiàn)調(diào)速，并穩(wěn)速旋轉(zhuǎn)。
以下本文將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進一步作詳細敘述圖1a為離心式調(diào)速穩(wěn)速離合器部分結(jié)構(gòu)示意圖;
圖1b為調(diào)速穩(wěn)速反饋控制油路示意圖;
圖1c為調(diào)速穩(wěn)速閥結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為調(diào)速穩(wěn)速閥閥芯受力示意圖;
圖3a為三種閥頂孔直徑與控制壓力、閥底壓力關(guān)系圖;
圖3b為三種閥頂孔直徑與控制壓力、閥頂壓力關(guān)系圖;
圖4為壓力反饋自控器示意圖。
本發(fā)明的部分結(jié)構(gòu)示意圖如圖1a所示，主要由支持在軸承上的主動軸(1)、從動軸(2)、轉(zhuǎn)子(3)和密封裝置等組成。轉(zhuǎn)子裝在從動軸一端，它由支座(6)、主動摩擦片(8)、從動摩擦片(9)、彈簧(10)、活塞(7)、調(diào)速穩(wěn)速閥(14)、節(jié)流器(13)等組成。
主、從動摩擦片采用齒形花鍵，分別與主動軸和轉(zhuǎn)體連結(jié)，工作油PW經(jīng)工作油路(4)，通過小孔(11)，到主、從動摩擦片之間，工作時，油通過主、從動摩擦片之間經(jīng)滑差作用后，通過小孔(12)流出，並作往復(fù)循環(huán)使用?？刂朴蚉c經(jīng)控制油路(5)見圖1b，通過節(jié)流器(13)到活塞腔(15)和調(diào)速穩(wěn)速閥(14)。調(diào)速穩(wěn)速閥由閥蓋(16)，閥體(21)、閥座(26)，閥芯(27)組成，安裝在從動軸上，閥芯(27)軸線通過從動軸的旋轉(zhuǎn)中心。閥芯沿從動軸徑向方向在一定范圍內(nèi)移動。
當主動軸帶動主動摩擦片旋轉(zhuǎn)后，主動摩擦片由于高速旋轉(zhuǎn)和油的粘度產(chǎn)生切應(yīng)力，將動力傳遞給從動摩擦片帶動從動軸轉(zhuǎn)動。調(diào)速穩(wěn)速閥隨從動軸同時轉(zhuǎn)動，并同時根據(jù)工況實現(xiàn)0～100%全范圍的調(diào)速穩(wěn)速作用?？刂朴蚉c流經(jīng)節(jié)流器小孔(23)分別通過油腔(24)和(25)，當通過油腔(24)直接進入活塞腔(15)時如Pc≈P1主、從動摩擦片之間距離減少，切應(yīng)力增大，使從動軸轉(zhuǎn)速不斷增大;當通過油腔(25)，進入調(diào)速穩(wěn)速閥腰子槽(28)，見圖1c，同時進入調(diào)速穩(wěn)速閥閥底小孔(29)，閥體孔腔(30)，腰形槽(31)，最后流入閥芯頂腔(18)。由于節(jié)流小孔(17)的作用，產(chǎn)生閥頂腔壓力P2，這時如圖2，當滿足式Ff+P2·A2＞P1·A1+FFf-閥芯與腔壁摩擦力;
P2-閥頂腔壓力;
A2-閥芯截面積;
P1-閥底腔油壓力;
A1-閥底截面積;
F-閥芯離心力;
此時，閥芯向里，小孔(20)仍關(guān)閉，見圖1b，這樣使油腔(25)的油壓繼續(xù)升高，活塞向左移動，摩擦之間結(jié)合的程度，趨向緊密，同時從動軸的轉(zhuǎn)速升高。
如果轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，引起閥芯打開小孔(20)，閥芯向外，在此瞬間關(guān)閉閥蓋小孔(17)，閥頂腔(18)壓力由P2＜P1到P2＝P1，使閥芯的力平衡方程式為Ff+P2·A2≤P1·A1+F1此時接通槽(22)，使活塞油腔(25)的壓力下降一個△P值，活塞向右移動，從動軸轉(zhuǎn)速下降。
由于轉(zhuǎn)速下降，則離心力F減少，當減小到滿足下式時，F(xiàn)f+P2·A3＞P1·A1+F其中A3-(A2-Ac)截面積;
Ac-閥頂截面積;
又循環(huán)到上述情況。這樣往復(fù)循環(huán)，使轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)波動旋轉(zhuǎn)。當Ff很小時，A2，A1，A2，Ac值合理匹配，轉(zhuǎn)速波動可控制在輸入轉(zhuǎn)速的 1/750 轉(zhuǎn)之內(nèi)，調(diào)速穩(wěn)定反饋波動的自控頻率為1～3周/秒。
根據(jù)式Ff+P2A2＝P1A1+F(當Ff忽略不計，A2＝2A1)，可導(dǎo)出A2(P2- 1/2 P1)＝1.119×10-8m·R·n2(式中A2＝ (πd2)/4 ，m為閥芯質(zhì)量，n為從動軸同步轉(zhuǎn)速，R為閥芯的質(zhì)心回轉(zhuǎn)半徑)，閥芯截面積A2可按下式計算
A2＝ (2.238 ×10-8m ·R ·n2)/(2P2-P1)根據(jù)式Ff+P2A2＝P1A1+F，控制壓力Pcmax＝25kg/cm2閥芯的直徑d分別為12、14、16mm，閥芯高度取(1.5～2)d時，離心力F的選擇范圍為d＝12mm，F(xiàn)＝5～10kg;d＝14mm，F(xiàn)＝5～16kg，d＝16mm，F(xiàn)＝8～20kg。對于同樣閥芯的直徑，當高轉(zhuǎn)速時，離心力大，可以改變閥芯的結(jié)構(gòu)使閥芯質(zhì)量減小，能滿足轉(zhuǎn)速增加時離心力F也在上述范圍之內(nèi)。如果改變閥芯結(jié)構(gòu)，減小質(zhì)量仍不能滿足上述要，則可減小A1截面及增加P2的值。
閥底腔壓力P1與閥頂腔壓P2可根據(jù)圖3b查得，如閥底孔(29)為1.2mm，閥頂孔(17)為0.8mm，節(jié)流器孔(23)為1.6，最大控制壓力Pc為25kg/cm2時，查得P1＝22.8kg/cm2，P2＝13.5kg/cm2。也可根據(jù)伯努利方程求得。
節(jié)流器(13)其孔徑(23)的大小要根據(jù)起動時△t的大小來定，活塞腔最大容積為V1通過節(jié)流器的流量為Q，△t＝V/Q，考慮工藝問題，節(jié)流器孔取1.5～2mm，孔(20)取1.2～1.4mm，孔(17)取0.8～1mm，孔(29)取1～1.2mm，通過改變孔(23)，(20)，(17)可得到不同的P1、P2、△P值。
本發(fā)明裝置中的彈簧是使活塞進退的重要元件，它設(shè)置在轉(zhuǎn)體的彈簧室內(nèi)，彈簧室均布在轉(zhuǎn)體的圓周上，為了實現(xiàn)活塞的平穩(wěn)移動，受力均勻，要求彈簧個數(shù)只≥6，要求每只彈簧的長度L±0.1mm，剛度P±0.2kg/mm。P＝Pmax/Z，其中彈簧最大負荷Pmax由下式求出
Pmax＝50+(D1+D2)ψ×0.3(單位kg)D1-活塞外徑(cm)D2-活塞內(nèi)徑(cm)ψ-常數(shù)，其值為π(kg/cm)本發(fā)明的壓力反饋自控器(見圖4)用于水泵傳動的保證水頭壓力為一常數(shù)的自控器，它是利用水泵壓力反饋來控制油膜離合器控制油壓變化的裝置。當水泵流量變化的條件下，通過油膜離合器的變速仍能保持水泵壓力不變，自控器是由調(diào)整螺母(33)，彈簧(34)，殼體(35)，推桿(36)、活塞(37)，接頭(38)，蓋(39)，溢流閥控制桿(41)等構(gòu)成。調(diào)整螺母使彈簧力與作用在活塞上的壓力相平衡，此時是油膜離合器在其轉(zhuǎn)速下的控制壓力Pc在此控制壓力下的泵水頭壓力是Pb，如壓力Pb下降，在彈簧力的作用下，推桿向右使溢流閥控制桿向下壓緊，Pc即增加，則油膜離合器的轉(zhuǎn)速上升;當Pb增加，推桿向左，使控制桿向下，則轉(zhuǎn)速隨Pc的變化而下降，水泵壓頭Pb降低，就這樣使Pb值穩(wěn)定在某一范圍之內(nèi)。
技術(shù)經(jīng)濟效果分析例用油膜離合器調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速與原來用閥門節(jié)流調(diào)節(jié)相比較，其節(jié)電效果明顯不同，經(jīng)現(xiàn)場測試，按每小時排水量一立方米計，節(jié)能效果分析如表一
表一三種工況節(jié)能效果比較表又例在15天內(nèi)，分別在三種典型的工況下運行其節(jié)能情況如表二
表二15天內(nèi)三種工況節(jié)能效果比較表用本發(fā)明調(diào)節(jié)在15天(360小時)共可節(jié)電2780瓩，假設(shè)在這種情況下運行一年，可獲得年節(jié)電量66720瓩。其節(jié)電效果相當明顯。
本發(fā)明的用途本發(fā)明具有能在0～100%全范圍實行無級調(diào)速，調(diào)速靈敏度高，而且穩(wěn)定性好，能夠適用于各種不同的負載，在動力工程機械，礦冶機械，船舶機械，農(nóng)業(yè)機械，化工機械、機床等工程機械的傳動領(lǐng)域內(nèi)具有廣泛地用途。
權(quán)利要求
1.一種離心式調(diào)速穩(wěn)速離合器，由主動軸(1)、從動軸(2)、轉(zhuǎn)子(3)，包括支座(6)、活塞(7)、主動摩擦片(8)、從動摩片(9)、調(diào)速穩(wěn)速閥(14)和節(jié)流器(13)組成，本發(fā)明的特征在于它設(shè)有調(diào)速穩(wěn)速反饋自控油路，控制油壓Pc經(jīng)過節(jié)流器小孔(23)流入油腔(24)和(25)，當Pc與P1相等時，從動軸(2)轉(zhuǎn)速逐步增大，增大到某一轉(zhuǎn)速范圍時，在離心作用下閥芯(33)向外移動，接通油腔(22)、腰子槽(28)、閥底小孔(20)、閥座腔(19)和槽(22)使壓力油流出槽外，導(dǎo)致從動軸轉(zhuǎn)速下降。瞬時另一路控制油Pc經(jīng)過腰子槽(28)，經(jīng)閥底小孔(29)、閥體孔腔(30)，進入閥頂腔(18)，由于閥頂腔壓力大于閥芯摩擦力和閥底腔壓力及閥芯離心力，又迫使閥芯關(guān)閥底小孔(24)，造成從動軸轉(zhuǎn)速迅速提高。如此往復(fù)循環(huán)，使其穩(wěn)速控制在輸入轉(zhuǎn)速的 1/750 的波動范圍之內(nèi)，調(diào)速穩(wěn)速反饋波動的自控頻率為1～3周/秒。
2.按照權(quán)利要求
1所述的油膜離合器，其特征在于轉(zhuǎn)子(3)內(nèi)所設(shè)的這種彈簧是均布在活塞的圓周上，彈簧個數(shù)應(yīng)大于等于6。
3.一種離心式調(diào)速穩(wěn)速離合器，由主動軸(1)、從動軸(2)、轉(zhuǎn)子(3)，包括支座(6)、活塞(7)、主動摩擦片(8)、從動摩片(9)、調(diào)速穩(wěn)速閥(14)、和節(jié)流器(13)組成，本發(fā)明的特征在于還設(shè)有壓力反饋自控器，當用于帶動水泵時，它可用水泵輸出的壓力反饋來控制油壓的變化，以實現(xiàn)對從動軸的調(diào)速作用，獲得在水量變化下，而水頭壓力不變。它由帶有刻度標記的調(diào)整螺母(33)、彈簧(34)、殼體(35)、推桿(36)、活塞(37)、接頭(38)、蓋(39)、溢流閥(40)、溢流控制桿(41)構(gòu)成。
專利摘要
本發(fā)明屬機械工程中離合器領(lǐng)域。本發(fā)明采用了濕式摩擦片離合方式，通過調(diào)速穩(wěn)速反饋自控油路發(fā)出的指令來改變主從動摩擦片結(jié)合的程度，以實現(xiàn)在0～100％內(nèi)的全范圍無級調(diào)速的目的。并可達到從動軸的轉(zhuǎn)速控制在輸入轉(zhuǎn)速1/750轉(zhuǎn)的波動范圍之內(nèi)。本發(fā)明調(diào)速靈敏度高，穩(wěn)定性好，傳動效率高，節(jié)能顯著，能適用于各種不同的負載，在機械工程中具有廣泛地應(yīng)用。
文檔編號F16D25/063GK86104095SQ86104095
公開日1988年5月25日 申請日期1986年11月4日
發(fā)明者樓關(guān)榮, 阮珍 申請人:上海交通大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan