超越离合器失效分析及改进.pdf

态。预防起重机械事故就要从这两点人手,通过认
使真执行完善的管理制度,把不安全因素消灭在萌芽運倍地址:广西南宁仙制开发区通泰路5号武警水电第
用
状态,从而保证设备、人员的安全。
总队三支队工程技术股(530222)(收稿日期:2010-03-04)
维
修
超並离合器失效分及改进
王松林,蒋仁科
(广西柳工机械股份有限公司技术研究院)
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摘要:超越离合器是双涡轮液力变矩器的动力输出端,又是变速器的动力输入端,可以自动
实现装载机低速重载与高速轻的转换,提高生产效率。提高超越离合器的可性对提升装载机的§
产品性能有着重要意义。通过对某型装载机用超越离合器进行失效分析,找出了失效的根本原因并
制定了改进措施,取得了良好效果。
关键词:超越离合器;双涡轮液力变矩器;失效分析;优化
双涡轮液力变矩器与柴油机匹配工作,共同输
入动力至变速器中,可以减少变速器挡位,降低驾
驶员劳动强度,提高劳动生产率。因此,这种结构被
广泛应用在轮式装载机中。超越离合器作为双涡轮
液力变矩器总成的动力输出端,可以自动实现装载
机低速重载工况与高速轻载工况的转换,其结构如
图1所示。低速重载时,动力经外环齿轮,通过滚动
体锁紧机构与中间输入轴一并输入变速器;高速轻
载时,外环齿轮空转,动力直接经中间输入轴输人
变速器。
裝载机作业工作循环快,低速重载与高速轻载
工况转换频繁,超越离合器在工况转换中所受冲击
大,这就要求超越离合器具有较高的可靠性,才能
充分发挥双涡轮液力变矩器的优势。在实际应用
中,超越离合器是装载机传动系统中的薄弱部分。
某型装载机在工作中,超越离合器失效,本文
对其进行失效分析,并提出改进措施。
故障信息
1.外环齿轮2.中间输入轴3.凸轮
(1)作业工况:铲装碎石料。
4.隔离环5.滚柱6.弹簧
2)工作时间:1500h后,整机工作无力,排查
图1超越离合器结构示意图
发现超越离合器失效。
(3)凸轮滚道面压痕扩展,如图4所示。
2失效模式
3失效分析
(1)隔离环断裂,如图2所示。
如上所述,主要失效零件有3个:隔离环、弹簧
(2)弹簧单侧磨损,如图3所示。
和凸轮,失效模式多样,但相互间有着一定的关系
作者简介:王松林(1979-),男,河南信阳人,工程师,研究方向:工程机械设计。
120年月omd
使用·维修
图5滚柱高速旋转时力平衡示意图
工作过程中受力异常。图6清晰地表明,滚柱在工
图2隔离环断裂
作过程中沿矩形槽中心线发生了左右晃动,这一晃
动是导致隔离环受力异常的直接原因。
三六一
图3弹簧单恻黁损
图6滚柱在隔离环槽中产生晃动
隔离环的端面有3个弧形槽,用来安装弹簧以
产生预紧力。弧形槽的存在降低了隔离环的强度,
机械加工使弧形槽的根部两端产生应力集中,应力题
集中点成为隔离环的断裂源,见图7。
裂纹源
图4凸轮滚道压伤
3.1隔离环
隔离环沿径向方向有18个矩形槽,滚柱均匀
地分布其中,隔离环起着保持架的作用。理论上,在
裂纹扩展
斷裂发生
低速重载工况下,滚柱应平稳地保持在隔离环矩形
槽内,将外环齿轮与中间输入轴楔紧,实现双涡轮
液力变矩器的转矩汇流输出;高速轻载工况下,滚
柱也平稳地保持在隔离环矩形槽内,并在外环齿轮
滚道与凸轮滚道面形成的楔角间自由滚动,此时,
滚柱高速旋转产生的离心力Fe作用于外环齿轮滚
图7隔离环失效过程
道面,由离心力F作用产生的摩擦力乃与弹簧预3.2弹簧
紧力F平衡,见图5。
弹簧在弧形槽中装配后始终处于压缩状态,由
分析可知,隔离环理论上不受力,但从失效件于作用在弹簧两端面上的力不在同一直线上,弹簧
来看:隔离环横截面断裂,且槽内两侧磨损严重,在压缩后处于弯曲状态(如图1所示),设计压缩量越
」大,弹簧弯曲变形越大。弯曲变形的弹簧与隔离环让尽可能多的滚柱同时工作,以滅小滚道单位面积
用接触摩擦,工作时会发生磨损甚至造成弹簧断裂。上的挤压应力。这就要求凸轮所有滚道面到轴线的
因此,在保证一定弹簧预紧力的情况下,可以适当距离要有很好的等高精度,一般不能大于0.015m
维加大弹簧刚度,这样可以减小弹簧的压缩量和弹簧(见图9),滚道面与轴线要有很好的平行度,这就对
弯曲量,从而减少弹簧与隔离环的摩擦千干涉。图8其制造过程提出了严格的要求。良好的凸轮在工作
显示了簧与隔离环的摩擦干涉。
时也会产生压痕,但这个压痕是一条均匀的与轴线
平行的细线,不会影响超越离合器的性能,如图10
18个滚道面高度差小于0.015
图8隔离环与弹簧摩擦干涉
弹簧预紧力F的确定
=
(2)
s
(3
式中:一滚柱与外环齿轮滚道间的最大摩擦力;
A-一动摩擦系数(有油状态,一般取0.05);
e一滚柱离心力;
Z滚柱数量
图9凸轮不同滚道面等高要求
滚桂质量
R。滚柱中心与超越离合器旋转中心(轴
线)的距离,即滚柱中心的转动半径
一双涡轮液力变矩器工况转换点(速比
=0.65)的转速;
n一弾簧数量
Fs一弹簧预紧力。
经过计算,该超越离合器滚柱与外环齿轮滚道
间的最大摩擦力F=168N,实测弹簧预紧力F=102
N,显然,预紧力不足。在高速轻载工况,滚柱高速转
动产生的摩擦力克服弹簧预紧力,会使滚柱沿凸轮
面滑动而脱离设计楔紧位置,从而引起滚柱的晃
动。弹簧预紧力的确定是超越离合器设计中非常关
键的一环。确定合适的预紧力后,应适当加大弹簧
刚度,减小弹簧压缩量。
33凸轮
凸轮与滚柱材料均为GCr15,经过计算,超越离
图10工作3000h后的良好凸轮
合器在禊紧状态下产生的应力不足以破坏凸轮滚3.4失效分析鱼刺图
道面。从弹簧的失效分析可知,滚柱沿凸轮滚道面
研究表明,不同失效模式之间相互关联,解决
产生了滑动。由3点定心原理可知,3个滚柱同时楔问题的关键是要确定导致失效的根本原因,这样才
紧就可以让超越离合器工作,为了提高可靠性,应能彻底排除故障,鱼刺图是常用的一种失效分析方