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超越離合器摩擦副間接強度的計算

   ZL40、ZL50系列輪式裝載機上廣泛使用的超越離合器，配合導(dǎo)輪固定的雙渦輪液壓液力變矩器，顯著提高了變矩器在小傳動比范圍的變矩系數(shù)和效率，而且展寬了效率區(qū)域，對于提高傳動效率和改善裝載機牽引性能起著非常重要的作用。但是超越離合器的作用壽命長，一般僅有1-2年，甚至只有幾個月的時間。超越離合器壽命短的原因在于其磨擦副間的接觸強度不足。下面根據(jù)《機械設(shè)計手冊》推薦的方法以及利用彈性力學(xué)的基本公式進(jìn)行兩種強度計算來說明這一問題。

1 《機械設(shè)計手冊》推薦的強度計算方法

1.1變矩器泵輪輸入轉(zhuǎn)矩TB

TB=Te-T工-T轉(zhuǎn)-T變 （N m） （1）

式中，Te為發(fā)動機有效輸出轉(zhuǎn)矩，它等于發(fā)動機發(fā)出的轉(zhuǎn)矩T'e減去發(fā)動機全部輔件（如風(fēng)扇、發(fā)電機、空壓機……）消耗的轉(zhuǎn)矩T輔，即Te=T'e-T輔；T工為工作泵消耗的轉(zhuǎn)矩；T轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)向泵消耗的轉(zhuǎn)矩；T變?yōu)樽兯倨飨牡霓D(zhuǎn)矩。

1.2 超越離合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩T

當(dāng)裝載機起、制動和作業(yè)時，常出現(xiàn)“零速工況”，此時超越離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩T可用下式計算：T=K0TBZ2/Z1 （2）

式中，K0為I=0時變矩器的變矩系數(shù)；Z1為一級輸入齒輪的齒數(shù)；Z2為Tc=K3(K1+K2)T (N?m) (3)

式中 K1為與原動機有關(guān)的動載系數(shù)，發(fā)動機為6缸內(nèi)燃機，K1=0.4；K2為與工作類型有關(guān)的動載系數(shù)，對于輪式裝載機可取K2=2.00;K3為精度系數(shù)，對于平面星輪K3=1.10-1.50。故有Tc=（2.64-3.60）T （3'）

1.4接觸強度計算

對于星輪、滾柱和外環(huán)齒輪均為同材質(zhì)制成的內(nèi)星輪滾柱式超越離合器，當(dāng)星輪工作面為平面時，在滾柱與兩面接觸處的強度取決于大切應(yīng)力條件，可按下式計算： τ≤[ τ] （4）

式中 E為材料的彈性模量，可取E=206000N/mmα為滾柱楔角（o）。

2 按彈性力學(xué)中的Herz公式的計算方法

2.1超越高合器磨擦副間的正壓力Fn

因為“零速工況”下超越離合器的滾信處于靜力平衡狀態(tài)，所以滾柱與外環(huán)齒輪滾道之間的正壓力。當(dāng)離合順傳遞1.3中式（3）所算得的計算轉(zhuǎn)矩Tc時，磨擦副間正壓力Fn=Tc/Zrtan(α/2） ×103(N) (5)

式中各參數(shù)意義同前。

2.2磨擦副間的大接觸應(yīng)力σH

流柱與平面型內(nèi)星輪以及滾柱外環(huán)齒輪之間初始接觸為線接觸，受力以后呈窄帶形接觸面。大接觸應(yīng)力 σH發(fā)生在窄帶中線各點上。根據(jù)Hertz公式有σH =sqrt(1/(π ((1-μ 2)E1+（1-μ 2）/E))?Fn/l(1/ρ1±1/ρ2) ) (6)

式中 E1、E2為滾柱和內(nèi)星輪或外環(huán)齒輪材料的彈性模量?？扇1=E2=206000N/mm2；μ 1、μ 2為滾柱和內(nèi)星輪或外環(huán)齒輪材料的泊松比，可取μ 1=μ 2=0.3；ρ1為滾柱半徑，即ρ1=r(mm);ρ2為內(nèi)星輪工作面或外環(huán)齒滾道的曲率半徑，對于平面型內(nèi)星輪ρ2=∞，對于外環(huán)齒輪，ρ2=R(mm)（即外環(huán)滾道半徑）； “+”號用于外接觸，“-”號用于內(nèi)接觸。

（5）、（6）聯(lián)立并代入有關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)整理可得滾柱與內(nèi)星輪間接觸應(yīng)力σH=1820*sqrt(Tc/RrlZtan(α/2))*(N/mm2) (7)

滾柱與外環(huán)齒輪間的接觸應(yīng)力σH=1820*sqrt(Tc/RlZtan(α/2))*(N/mm) (8)

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離合器位于發(fā)動機和變速箱之間的飛輪殼內(nèi)，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。在汽車行駛過程中，駕駛員可根據(jù)需要踩下或松開離合器踏板，使發(fā)動機與變速箱暫時分離和逐漸接合，以切斷或傳遞發(fā)動機向變速器輸入的動力。

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種楔塊式單向超越離合器大體由內(nèi)圈、外圈、楔塊組、楔塊保持架、強力彈簧及軸承組成。楔塊以在內(nèi)外圈之間的楔入來從一個滾道向另一個滾道傳遞力量。楔塊有倆個的對角直徑，(即從楔塊的一角到另一對角的距離)其中的一個要大于另一個。楔作用發(fā)生在內(nèi)外圈發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時在比較大的橫截面上迫使楔塊有更大的垂直位置。