【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 面槽的錐面圓盤以及復(fù)位彈簧等組成。其中主動(dòng)機(jī)殼體由兩端蓋和帶有內(nèi)花鍵槽的圓筒組成。該方案的采用離心式接合楔緊以實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，且采用主動(dòng)級(jí)的離心結(jié)合機(jī)構(gòu)關(guān)于反饋級(jí)對(duì)稱布置的設(shè)計(jì)思想，這一設(shè)計(jì)思想實(shí)際上是為了能夠獲得更好的軟啟動(dòng)效果，這是本次設(shè)計(jì)的根本宗旨所在。本裝置的軟啟動(dòng)原理為：電機(jī)在低速時(shí)起動(dòng)，主動(dòng)機(jī)和從動(dòng)機(jī)處于斷開(kāi)狀態(tài)，這是主動(dòng)級(jí)和反饋級(jí)離心塊均不與摩擦盤接觸，電機(jī)相當(dāng)于空載起動(dòng)；山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文9當(dāng)轉(zhuǎn)速（該轉(zhuǎn)速根據(jù)偶合器的設(shè)計(jì)要求同時(shí)為了獲得較好的軟啟動(dòng)效果，一般在 750～800rpm 范圍內(nèi)選?。┻_(dá)到一定范圍時(shí)主動(dòng)級(jí)離心塊克服彈簧的彈力開(kāi)始外移，通過(guò)錐面推動(dòng)錐面壓盤將摩擦片壓緊，帶動(dòng)從動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)機(jī)開(kāi)始起動(dòng)。這時(shí)主動(dòng)機(jī)在電機(jī)帶動(dòng)下繼續(xù)加速，當(dāng)從動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到某一轉(zhuǎn)速時(shí)，反饋級(jí)離心塊開(kāi)始克服彈簧的彈力外移（反饋級(jí)離心塊裝在從動(dòng)機(jī)軸的徑向槽中） ，這樣就推動(dòng)摩擦盤將摩擦片壓得更緊，達(dá)到硬啟動(dòng)時(shí)的承載能力。這是其實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)的原理及過(guò)程。 反饋控制軸向摩擦偶合器的設(shè)計(jì)計(jì)算山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文10從動(dòng)軸 螺釘 軸承蓋 滾針和保持架組件 右端蓋 主動(dòng)級(jí)離心塊 主動(dòng)級(jí)殼體 1帶錐面摩擦盤 1外摩擦片 1反饋級(jí)離心塊 1復(fù)位彈簧 1內(nèi)摩擦片 1端蓋螺釘圖 反饋控制軸向摩擦偶合器的組成示意圖設(shè)計(jì)一臺(tái)反饋控制新型軸向摩擦偶合器，要求所傳遞的功率為 75KW，額定轉(zhuǎn)速為 1480rpm，并帶有彈簧復(fù)位功能，其綜合過(guò)載系數(shù)為K =～（一般不超過(guò)電機(jī)的過(guò)載系數(shù)） ，主動(dòng)級(jí)過(guò)載系數(shù)為zhK =～ ，反饋級(jí)過(guò)載系數(shù)為 K =～，其原理示意圖如圖 所示。z c其特定使用條件為礦井下使用，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮電機(jī)的防爆問(wèn)題。 電機(jī)的確定根據(jù)偶合器傳遞的功率及使用條件為礦井下使用可以確定需要選用防爆電動(dòng)機(jī)，功率 P=75 KW，額定轉(zhuǎn)速 n =1480rpm。查電機(jī)手冊(cè)可確定其型號(hào)為 YB280M—4，其輸出軸直徑為 d=75mm。電機(jī)的主要參數(shù)為：轉(zhuǎn)子的中心高為 280mm，即轉(zhuǎn)子中心距離底座的 280mm。計(jì)算電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩：T =9550 =9550 =484 式（）NnP148075其中：P—— 電機(jī)的額定功率； n——電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。那么主動(dòng)級(jí)所需傳遞的轉(zhuǎn)矩為：T = K T =484 = 式（）1zN式中：K ——主動(dòng)級(jí)的過(guò)載系數(shù)，一般取 ～，經(jīng)過(guò)綜合考慮在此取 Kz=。z山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文11反饋級(jí)所需傳遞的轉(zhuǎn)矩為：T = K T =484 = 式（）2cN式中：K ——從動(dòng)級(jí)在系數(shù)，一般取 ～，在此取 K =。c c則該偶合器所能傳遞的總轉(zhuǎn)矩為：T = K T =484 = 式（）ZHzhN式中：K ——傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的綜合過(guò)載系數(shù)，一般取 ～，由于 K = K + zh zhzK =+=。c 初選摩擦半徑考慮到主動(dòng)級(jí)和反饋級(jí)離心塊的擠壓力的作用中心在一條直線上可以使得摩擦偶合器具有的更好的性能和使用壽命，因?yàn)檫@樣可以使得摩擦片只受到正壓力的作用而不受其他的彎曲附加載荷的影響，同時(shí)要達(dá)到與硬啟動(dòng)相同的承載能力。在此取主動(dòng)離心塊和反饋級(jí)離心塊相同的摩擦半徑。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，由電機(jī)輸出軸直徑可確定偶合器的摩擦半徑，即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 D≥（3～5）d，d 為電機(jī)輸出軸直徑，可以初步確定主動(dòng)級(jí)和反饋級(jí)的摩擦直徑 D =D =D=220mm。12 摩擦材料及摩擦片的選擇根據(jù)其使用條件和煤礦的有關(guān)規(guī)定，由于摩擦盤一般是片狀，其厚度是相當(dāng)小的，一般的材料是不能滿足本次設(shè)計(jì)所要求的強(qiáng)度的，并且一般的摩擦材料的擠壓強(qiáng)度也是不夠的，為此經(jīng)過(guò)多方面的考慮應(yīng)選擇綜合力學(xué)性能好的摩擦材料。對(duì)于主、從動(dòng)機(jī)的摩擦片盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)的摩擦片，且強(qiáng)度高的摩擦片。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文12因此主、從動(dòng)機(jī)的摩擦片選擇淬火鋼在此選擇 65Mn，其性能為：具有良好的耐磨性、導(dǎo)熱性和表面貼合性、強(qiáng)度高，且淬火后其硬度可達(dá)35～45HRC。而主動(dòng)級(jí)和反饋級(jí)離心塊要選擇密度稍微大一點(diǎn)的材料，并且具有優(yōu)良的性能。在此選擇銅基粉末冶金，其性能為：具有相當(dāng)高的摩擦系數(shù)，且摩擦系數(shù)穩(wěn)定少變，接合平穩(wěn)，并有良好的導(dǎo)熱性和耐熱性（其許用工作溫度可達(dá) 560℃），工作可靠。此外還具有相當(dāng)高的強(qiáng)度和良好的耐磨性，其許用強(qiáng)度高于其他的摩擦材料，可用作摩擦片襯片或摩擦塊。因此，經(jīng)過(guò)多方面的考慮后選擇以上兩種摩擦材料。由手冊(cè)可知：當(dāng)銅基粉末冶金和淬火鋼配對(duì)時(shí)，其摩擦系數(shù)為 f =，1其當(dāng)量摩擦角為 β=arctan f ==176。當(dāng)淬火鋼和淬火鋼配1對(duì)時(shí)，其摩擦系數(shù)為 f =。由 β=176。知，摩擦塊的楔角應(yīng)小于摩擦2面的當(dāng)量摩擦角，因此選擇摩擦塊和錐面摩擦盤的楔角為：α=12176。內(nèi)外摩擦片的參數(shù)確定，根據(jù)所選擇的摩擦半徑 r =110mm，查手冊(cè)選擇f內(nèi)外摩擦片的參數(shù)為：內(nèi)片為：外徑 250mm，內(nèi)徑 150mm；外片為：外徑256mm，內(nèi)徑 154mm。 起動(dòng)過(guò)程中各傳動(dòng)件的受力分析為了保證偶合器在剛啟動(dòng)時(shí)為空載起動(dòng)，本設(shè)計(jì)采用了圓柱螺旋彈簧進(jìn)行離心塊的復(fù)位，從而使電機(jī)在啟動(dòng)負(fù)載時(shí)有一個(gè)初速度 n =750～800rpm，z在此取 n =750 rpm。而反饋級(jí)的起始工作轉(zhuǎn)速 n =650rpm。其受力分析主要z c是下面的兩個(gè)臨界狀態(tài)。當(dāng)主動(dòng)級(jí)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速而反饋級(jí)離心塊還沒(méi)有達(dá)到起始工作轉(zhuǎn)速時(shí)，這時(shí)山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文13只有主動(dòng)級(jí)工作，而反饋離心塊還沒(méi)有被甩出。則主動(dòng)級(jí)離心塊的受力分析圖如下圖 所示。由于右邊和從動(dòng)機(jī)的錐面摩擦盤相接觸，并且楔角都相同，所以右邊的受力和左邊的相同。則由正弦定理得，= 式（）)2sin(????ZEzFQ)90sin(?zfF cosβ=F 式（）zfNzF cos(α+β)= F 式（）zf 31并且由于本結(jié)構(gòu)是對(duì)稱式的，所以一側(cè)所能傳遞的轉(zhuǎn)矩等于全部轉(zhuǎn)矩的一半， βFzefα β fβ βα ze圖 主動(dòng)級(jí)離心塊的受力分析有=z F f r + F cosβf r z+F f r 式（）21T2fzf1f2N1f以上各式中：Q ——主動(dòng)級(jí)離心塊在額定轉(zhuǎn)速下的所受到的離心力；z F ——主動(dòng)級(jí)離心塊的工作錐面上受到的正壓力和摩擦力的合zf山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文14力； F ——主動(dòng)級(jí)離心塊左端面上受到的正壓力和摩擦力的合力；Nz F ——主動(dòng)級(jí)單獨(dú)工作時(shí)摩擦片上受到的正壓力；1 F ——額定轉(zhuǎn)速下主動(dòng)級(jí)復(fù)位彈簧的彈力。ZE由以上四式可以解得 F =, F =881N，和關(guān)系式1zfQ F = N 式（）zZE以及離心力的計(jì)算公式Q = 式（）z9021　nrm?式中：m ——主動(dòng)級(jí)離心塊的質(zhì)量；1 r ——主動(dòng)級(jí)離心塊的質(zhì)心半徑； n——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，n=1480 rpm。通過(guò)反復(fù)計(jì)算可以確定：取 m = Kg, r =95mm(考慮到避免使摩擦片受到11多余附加彎曲載荷而取了此值),則 Q = N，F(xiàn) = N。zZE當(dāng)主動(dòng)級(jí)和反饋級(jí)的轉(zhuǎn)速都達(dá)到了額定轉(zhuǎn)速時(shí) 這時(shí)從動(dòng)級(jí)離心塊也開(kāi)始工作，對(duì)從動(dòng)級(jí)離心塊的受力分析如下圖 所示。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文15QcFeββ αα fcef2(α +β )圖 從動(dòng)級(jí)離心塊的受力分析同理，由正弦定理可得：= 式（）)sin(????CEcFQ]90si[）（ ????cf且 F cos(α+β)= F 式（）cf 312以及 =z F f r + 2F cosβf r z 式（）2NZHTK2fcf1f式中：Q ——反饋級(jí)離心塊在額定轉(zhuǎn)速下的所受到的離心力；c F ——反饋級(jí)離心塊的工作錐面上受到的正壓力和摩擦力的合力；f F ——主動(dòng)級(jí)單獨(dú)工作時(shí)摩擦片上受到的正壓力；2 F ——額定轉(zhuǎn)速下反饋級(jí)復(fù)位彈簧的彈力。CE由反饋級(jí)離心力的計(jì)算公式山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文16Q = 式（）c902　nrm?式中：m ——反饋級(jí)離心塊的質(zhì)量；2 r ——反饋級(jí)離心塊的質(zhì)心半徑； n——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，n=1480 rpm。所以由以上三式可以解得：F =4210 N，F(xiàn) = N，以及關(guān)系式2cfQ F = N 式（）cCE通過(guò)反復(fù)計(jì)算可以確定：m = Kg ，r =95 mm。則 Q = 2 2cN，F(xiàn) = N。CE 復(fù)位彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算主動(dòng)級(jí)復(fù)位彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知主動(dòng)級(jí)的起始工作轉(zhuǎn)速為 n =750 rpm，則由離心力的計(jì)算公式z Q = 式（）z9021　rm?式中：n=n =750 rpm，m = Kg, r =95mm。z11代入數(shù)據(jù)得主動(dòng)級(jí)離心塊在剛被甩出時(shí)所需彈簧的回復(fù)力：Q = N。1根據(jù)使用條件，查彈簧手冊(cè)選擇彈簧的材料為 50CrVA（Ⅲ類壓縮彈簧） ，許用切應(yīng)力：[τ]=750Mpa，其彈性模量 E=202200 Mpa，切變模量 G=80000 Mpa，其熱處理工藝為：用油淬火并回火，具有較高的疲勞強(qiáng)度。取其旋繞比 C = =5，其中：D 是彈簧的中經(jīng)，d 是簧絲的直徑。則1d11山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文17彈（1）簧的曲度系數(shù)K = + 式（）14?代入數(shù)據(jù)得：K =。1而彈簧的最大工作載荷可由前面的計(jì)算中知：F = N，圓整為 F =720 ZEZEN（2）估算簧絲的直徑 d ，由式1d ≥ 式（）1???ZEFCK1得：d ≥ mm，取標(biāo)準(zhǔn)值：d =4 mm，所以 D = C d =54 mm=20 mm。1 111（3）計(jì)算彈簧的有效圈數(shù) n ，由式n = 式（）11348FfGd得：n =，取 n =。11式中：f ——彈簧的變形量，取 f =6 mm。1 F ——彈簧的工作載荷，顯然 F = Q = N，將 F 圓整為 F =400 1 111N。（4）計(jì)算彈簧的剛度，由式P = 式（）?f山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文18得：P = =66 N/ mm。0?（5）計(jì)算彈簧的極限載荷和極限變形量極限載荷為：N = F =400 N。則極限變形量為j1F = = mm= mm 式（）jijP640取支撐處的圈數(shù)為 2，則總?cè)?shù) n = n +2=+2=。z1（6）計(jì)算節(jié)距 p1p = d + =4+ = mm 式（）（7）計(jì)算自由高度 H1H = n p + =(+4) mm = mm1式（）取標(biāo)準(zhǔn)值：H =32 mm。1則節(jié)距p = =（ ）mm= mm 式（）???反饋級(jí)復(fù)位彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 由前面的分析知，反饋級(jí)的起始工作轉(zhuǎn)速 n =650rpm。則由離心力的計(jì)c算公式 Q = 式（）c9021　rm?山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文19式中：n=n =650 rpm，m = Kg, r =95mm。c22代入數(shù)據(jù)得反饋級(jí)離心塊在剛被甩出時(shí)所需彈簧的回復(fù)力：Q = N，圓2整后取 Q =500 N。2選擇與主動(dòng)級(jí)材料相同的彈簧，且材料的個(gè)參數(shù)與主動(dòng)級(jí)彈簧的相同，即彈簧的材料為 50CrVA（Ⅲ類壓縮彈簧） ，許用切應(yīng)力[τ]=750Mpa，其彈性模量 E=202200 Mpa，切變模量 G=80000 Mpa，并取其旋繞比 C =5。2那么彈簧的曲度系數(shù) K =。由前面的計(jì)算知，彈簧的最大載荷為：2F = N，圓整為 F =980 N。則同樣由式 d ≥ 可以估CECE2???2KCFE算彈簧的簧絲直徑為：d ≥ mm，取標(biāo)準(zhǔn)值 d = mm。則中經(jīng) D = d2 22C =5 mm= mm。2（1）計(jì)算彈簧的有效圈數(shù) n ，由式2n = 式（）22348QDfGd式中：f ——反饋級(jí)彈簧的變形量：取 f =5 mm，代入數(shù)據(jù)得：n =，取2 2n =。（2）計(jì)算彈簧的實(shí)際剛度 P ，由式2P = 式（）?fQ將數(shù)據(jù)代入并整理得：P = N/ mm。2山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文20（3）計(jì)算極限載荷和極限變形量極限載荷：N = Q =500 N。j2極限變形量：F = = mm = mm。同樣取支撐圈數(shù)為 2，則總?cè)?shù)為：n= n +2=+2=。2（4）計(jì)算節(jié)距 p ,由式2p = d + 式（）22nFj得：p = mm。2（5）計(jì)算自由高度 H ，由式2 H = n p + d =（+）mm= mm 2式（）取標(biāo)準(zhǔn)值 H =30 mm。則節(jié)距2p = =（ ）mm= mm