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楔形超越离合器的力学模型
林辉
(哈尔滨汽轮机厂有限公司研究院,哈尔滨150046
摘要:分析了楔形超越离合器中楔块与内轴、外轴之间的啮合关系,考虑内轴、外轴之间的不对中关系,基于几何关系
分析和受力分析,给出了楔块与内外轴之间作用力的表达式。并分析了咬合不对中对离合器作用力的影响。
关键词:超越离合器;楔块;不对中;作用力
中图分类号:TH133.4
文献标识码;A
文章编号:1002-23312012)05-0034-03
1引言
F1,外轴对楔块的作用力为压紧
楔块式超越离合器是一种能够根据内外连接件转动状力72和切向摩擦力F,方向如图
态自动结合或脱开的新型超越离合器,具有结构紧凑、承载1所示。作用力方向的确定可以
能力强、逆止可靠、效率较高适用转速高的特点,在航空通过对楔块和内外轴的接触和几
航天、机床设备、矿山机械等领域中得到了广泛的应用。
何关系分析来确定,如图2所示。
楔形超越离合器楔形超越离合器处于楔合工作状态
设O1C与不对中偏心方向
两轴轴心严格对中,没有偏心,此时各楔块与内轴和外轴偏心的夹角为B,模块受到的/)
时,其作用类似于联轴器。在理想状态下,离合器连接的(即y)的夹角为g,OD与不对中
之间的咬合状态完全一致。但离合器所在轴段的内轴和用力的方向可根据这两个夹角分
外轴之间通常会存在不对中。不对中的存在会导致不同解到局部坐标系x'Oy'中。设每个
位置的禊块与内、外轴的合点位置不同,因而槐块与内禊块与不对中偏心方向的夹角为し图2几何关系分析
轴、外轴之间的作用力状态就会改变。转子振动时,离合Q,根据三角形关系和余弦定理,可以得到
器处的不对中是动态变化的,因此,偰块与内、外轴之间由图1所示,O01=e,O1C=r+r1,OD=R-n2,CD=eo
的作用力也会动态变化。为了准确地分析楔形超越离合
O=OG+O1C2-2·001?OC?cos(m-a
器对轴系振动特性的影响,本文通过轴和楔块的力学分
0C=CD+0D2-2 CD ODcosco
析,推导了楔形超越离合器的动力学模型。
可以得到
2楔形超越离合器的动力学模型
cosp=[CD2+0D2-00-O1C2+2?001?OC?cos(m-a)
设内轴为驱动轴,通过楔块楔合传递扭矩带动外轴。
(2?CD?OD)
在楔合状态下,楔块与内外轴之间靠压紧力和静摩擦力
=[e+(R-r2)2-e2-(r+n1)2+2e(r+rn)cos(r-a)l
咬合并传递扭矩,如图1所示。楔块的上下半弧面的圆心
2e0(r-r2
位置不同,下弧面的圆心位置与其固定柱同心(点C),上由于ge[0.,m],那么
弧面圆心在D点。楔块在受到摩擦力作用发生旋转时
q=arcos[es+(R-2)2-e2-(r+r1)2+2e(r+r)eos(m-a)
上、下弧面不同心使得楔块与内轴、外轴的接触点连线长
2e0r-r)
度发生变化,进而实现楔合咬紧或脱离。
由正弦定理,得 CD/siny=OC/sinp
建立局部坐标系Oの',由于y=o,T1,那么y= arcsin( CD sin
其原点在外轴的轴心O,以
OC
内、外轴的不对中偏心方向同样,由于O, C/sinl(+y)= OC/sinl(m-o)
R
为y轴,此坐标系随着外轴即sin(B+y)= 0,Sina/OC
的转动在绝对坐标系中转由几何关系可以知道,B≤a
动。绝对坐标系的原点位于依此讨论,
轴承座中心,坐标轴方向沿B= arcsin(O, Sina/OC)-y,ae[0.m/2).Be[0.m2)
水平和竖直方向。内轴和外B=m- arcsin( 0 Sing/OC)-y,ae[mn2,r),Be[T/2,T)
轴之间的不对中大小为e,方Bm- arcsin( alsina/OC)-y,aeLr,3m2),Be[m,3m2)
向沿OO1。
B-2t+arcsin(0 Csin/0C)-, ae 3m/2, 2m),Be 3m/2, 2m
图1楔块与内、外轴
设内轴对楔块的作用力可以求得B
楔合关系图
为压紧力7"和切向摩擦力在图2中,易得作用力方向与x的夹角
34机械工程师2012年第5期
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ar'=5T/2-a,B'=5T/2-6
轴和外轴的振动情况,可以得到不对中偏心在绝对坐标
并且,T与x'轴的夹角为a',F与x轴的夹角为a+m2,系的分量为em=x0,-xo,e=yo-yo
72与x轴的夹角为B+T,F2与x'轴的夹角为B'+3m/2。将根据emam、ena的符号,判断偏心所在象限,并求解:
内轴和外轴对楔块的作用力分解到局部坐标系xOy'中
arctan(em/ema)第一象限
的两个坐标方向上,有
T+ arctan((eem)第二象限
7r=cosa
T+ arctan((eme)第三象限
Tty=sina
2m+aran(e)第四象限
Fu=Fcos(A'+m/2)=-fisinc
在绝对坐标系xOy中,内轴受到的作用力为
Fiy=Fsin(@'+T/2)=Ficosa
T, =T cos(B+m)=-7icosb
7=-∑rcos(6-m2+a,')
T:y=Tasin('+m)=-7asin"
Fa=Ficos(B+3m/2)=Fsinb
7=-∑nsi(B-r2+a')
F=Isin(B+3/2)=-f2c0s8
因此,楔合状态下第i个楔块对内轴的作用力在局部
F=∑Fi(a-mn+a')
1v=-7usinc
∑ Fi cos(6-m2+a')
坐标系内为
Fr=Rising
外轴受到的作用力为
2=12CO
=∑no(B-m2+B)
第个楔块对外轴的作用力为
72=12sin8
-F2sinb
∑7sin(6-mB)
楔块对内轴的作用力在局部坐标系内表示为
F2=-2F3sin(-rm2+')
∑
Icos
F=∑Fcos(6-m2+B)
27
在实际工作时,由于内轴和外轴的振动情况不同,离
合器处的不对中偏心的大小和方向随转子振动而不断变
Fi=> Fising
化,因此离合器对内轴和外轴的激励力不断变化,进一步
对内轴和外轴的振动产生影响。
3实例分析
楔块对外轴的作用力在局部坐标系内表示为
在某双轴穿轴轴系
内轴
中,电机驱动状态属于
离合器
12cos5
内轴驱动情况。当电机
驱动时,电机轴驱动,受
外轴
=∑7iG
电机驱动的离合器部
件、弹性联轴器、内转子
∑
和泵转子是外轴。
Basin:
在分析时,不考虑
图4双轴穿轴轴系示意图
内轴驱动
电机输出端的振动,即认为内轴的振动量始终为零,内轴<