超越離合器的分類及其工作原理

超越離合器的分類及其工作原理斜搏武超越離合器是航空傳動(dòng)系統(tǒng)中的-個(gè)關(guān)鍵件，用于發(fā)動(dòng)機(jī)的上要部件，在直升機(jī)二傳動(dòng)鏈和附件傳動(dòng)鏈、囚定蒐飛機(jī)的理動(dòng)機(jī)和犬笈之仙都要使用離介器【九離合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)-與加工精度將貢接影響怯動(dòng)系統(tǒng)整體的T作性能匕其工作特點(diǎn)是在傳動(dòng)系統(tǒng)屮,當(dāng)從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速在瞬時(shí)或短時(shí)大于主動(dòng)軸時(shí)，主、從動(dòng)軸便及時(shí)脫離，麗當(dāng)主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)逮大F從動(dòng)軸時(shí)’離舍器快遽嚙臺，主動(dòng)軸帶動(dòng)從動(dòng)軸做同速凝轉(zhuǎn)齊傳遞功率，嚙合與脫離的靈敏性在航空器中顯得尤其產(chǎn)甌由于斜握式超越離合器特殊的結(jié)構(gòu)，莫工炸原服設(shè)訃加工方法及離合器在設(shè)計(jì)工況下的丄作過程，「］前國內(nèi)還未進(jìn)行深入的研究”僅停留在了解的階段，離合器的核心技術(shù)問題還沒有得到徹底系統(tǒng)的解決。斜撐式超越離合器在實(shí)際工況下的楔舍過程以及運(yùn)動(dòng)過程中的受力情況，現(xiàn)在還無注觀測到「茁速超越離命器的結(jié)構(gòu)尺?寸還沒有規(guī)范化*斜撐式超越離合器產(chǎn)品有待實(shí)現(xiàn)苴系列化和標(biāo)準(zhǔn)化’航空燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)的空減速器處于頻繁肘動(dòng)利1作的狀態(tài).離合器為長期的超越狀態(tài)，因而斜撐塊極易磨損?「為『保證航空飛機(jī)的安全，Ef「條例規(guī)定離合器達(dá)到規(guī)運(yùn)的循壞次數(shù)后宓須更換，迭拝便使得離合器的消耗很丈，不普是宜升機(jī)還是固定翼飛機(jī)，離合器均為傳動(dòng)鏈或功率鏈上的重聲部仲;，…旦離合器工作不心-常，則飛機(jī)就無法實(shí)現(xiàn)遷常工作.2002年3月我乖型武裝直升機(jī)主傳動(dòng)鏈滾柱離合器失姚，造成該型所冇飛機(jī)停飛亍排故工作一直從2002年4月持續(xù)到至12月叫2001年國家某高新工程項(xiàng)日中的燃?xì)鉁u輪起動(dòng)機(jī)巧大發(fā)之間的聯(lián)授一向速超越斜撐離合器的內(nèi)壞出現(xiàn)了早期暦損，其設(shè)計(jì)要求有效工柞1800^,但實(shí)輻文多只有400次不到的使用壽命，嚴(yán)図地影響了竄器性能,削弱了軍隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力。目前以美園和歐盟対主的國家和地區(qū)對航空用離合器產(chǎn)品和技術(shù)的輸出嚴(yán)格控制，我國一直難以采購。尤其是如果國際形務(wù)緊張，軍工類產(chǎn)品將受到國際封鎖的威脅。還有.隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高「其附件傳動(dòng)系統(tǒng)屮常用的轉(zhuǎn)速在15000r/niinA-右的超越離合器已經(jīng)不能滿足高轉(zhuǎn)速要求，需要研究開發(fā)更高轉(zhuǎn)謹(jǐn)?shù)某诫x合器。綜上所述「結(jié)合項(xiàng)F1的要求，本文從PCE型離合器的實(shí)際工況出發(fā)「研究安裝誤差與制造誤差對其性能的影響，主要目的是為提高離合器的設(shè)計(jì)和制造水平，滿足我國航空工業(yè)國產(chǎn)化的需求提供理論基礎(chǔ)。采用虛擬樣機(jī)技術(shù)，在ADAMS中建立相應(yīng)的誤差虛擬樣機(jī)模型，結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析誤差對離合篙動(dòng)力學(xué)性能的影咆?；谟邢拊枷?，運(yùn)用Ansys軟件平臺，根抑實(shí)際工況，建立相關(guān)有限元模型，分析仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，得到相關(guān)誤差對離合器性能參數(shù)的影響情況。這樣，為PCE斜撐離合器的設(shè)計(jì)制造提供理論基礎(chǔ)，盡快的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的國產(chǎn)化，擺脫航空啟動(dòng)機(jī)離合器設(shè)計(jì)、制造上的空白以及維修配件受制于人的局面。超越離合器作為--種機(jī)械傳動(dòng)基礎(chǔ)件，廣泛應(yīng)用于原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間或機(jī)器內(nèi)部主動(dòng)軸與從動(dòng)軸之間的運(yùn)動(dòng)鏈或功率鏈上的垂要部件。它作為一類主、從動(dòng)件同軸，在傳遞動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)時(shí)具有接合或分離的裝置。鑒于其特殊的工作環(huán)境和要滿足苛刻的工況條件，其結(jié)構(gòu)和性能需要滿足特殊耍求：結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，操作省力、重量輕，工作安全可靠；解脫輕便，自鎖可靠，動(dòng)作準(zhǔn)確；接合元件耐磨，壽命長卩叫。超越離合器的在其特殊應(yīng)用領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)的主要功能：在運(yùn)動(dòng)鏈不脫開且主動(dòng)部分轉(zhuǎn)速不變的條件下，從動(dòng)部分可在快速利慢速轉(zhuǎn)動(dòng)件可靠轉(zhuǎn)換。單向超越離合器從動(dòng)部分在負(fù)載轉(zhuǎn)矩作用下有反轉(zhuǎn)趨勢吋，就被楓住不動(dòng)，即起防止逆轉(zhuǎn)作用，或者主要部分可在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向傳遞轉(zhuǎn)矩，而方向轉(zhuǎn)動(dòng)不能傳遞轉(zhuǎn)矩，從動(dòng)部分不動(dòng)、主動(dòng)部分作超越運(yùn)動(dòng)。用雙、單向離合器的適當(dāng)組合，實(shí)現(xiàn)從動(dòng)軸規(guī)律性的、間歇轉(zhuǎn)動(dòng)；也可以將直線方向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)軸之圓周定位作用。因此，超越離合器在多種機(jī)械裝備，如機(jī)床、汽車、發(fā)電設(shè)備、起重運(yùn)輸機(jī)械及冶金、煤礦機(jī)械、水泥機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用【網(wǎng)。如圖1-1中a-d所示：超越離合器在大慣性傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用 超越離合器在雙驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)鏈中的應(yīng)用(a)(b)

超越離合器在大慣性傳動(dòng)系統(tǒng)中的應(yīng)用 超越離合器在雙驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)鏈中的應(yīng)用(a)(b)超越離合器鋼軋制系憲中的應(yīng)用(d)超越離合器鋼軋制系憲中的應(yīng)用(d)圖卜1超越再合器應(yīng)用實(shí)例根據(jù)超越離合器的工作原理可可將其分列棘爪式和摩擦式兩類⑺。結(jié)構(gòu)簡單是棘爪式超越離合器的優(yōu)點(diǎn)，但接合時(shí)沖擊筱大，較大的噪聲不可避免，因此常被應(yīng)用于轉(zhuǎn)速差較小的工況條件下0摩擦式超越離合器工作時(shí)能夠接合平穩(wěn)冃沖擊很小，可以在任何轉(zhuǎn)速差下完成接合。摩擦式超越離合器按照楔住元件的結(jié)構(gòu)又可分為彈簧式超越離合器，斜面滾柱式超越離合器，斜撐式超越離合器。后兩種摩攥式超越離合捲在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的減遠(yuǎn)器和起動(dòng)系統(tǒng)及立升機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛，而彈簧離合器也已應(yīng)用到宜升機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)中。1.2.2斜撐式超越離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理斜撐式超越離合器在.直升機(jī)主傳動(dòng)鏈中是主要的的部件，斜撐式超越離合器主耍依靠其楔塊的摩擦力矩實(shí)現(xiàn)其功能，作用方式為楔塊在力矩的作用下楔住內(nèi)外環(huán)傳遞功率，主要的斜撐超越離合器幾何構(gòu)型如圖1-4所示，主要山成組的楔塊、內(nèi)環(huán)、外環(huán).保持架.彈簧和軸承組成W圖1-4斜撐式超越離合落構(gòu)型圖I圖1-4斜撐式超越離合落構(gòu)型圖I孔如果作為動(dòng)力輸入端的內(nèi)環(huán)按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，其角速度大于作為動(dòng)力輸岀端內(nèi)環(huán)的角逵度時(shí)，左彈費(fèi)因壓縮而對楔塊有壓緊的作用力和楔塊與滾道摩擦力的綜合作用下，楔塊以兒何中心為原點(diǎn)作順時(shí)針方向的承載旋轉(zhuǎn)。在此種工況條件下，楔塊的徑向最大尺寸大于滾道面的額最小尺寸，所以楔塊在滾道面指間被壓縮，使得離令器的內(nèi)外環(huán)處于閉鎖的狀態(tài)，此時(shí)，離合器功率可輸入輸出，正常承載。當(dāng)功率輸出端外壞在做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，其角速度將要超過內(nèi)環(huán)角速度時(shí),楔塊將會(huì)繞其兒何中心作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，楔塊徑向尺寸小于滾道的徑向尺寸,楔塊無法完成功率的傳遞，內(nèi)環(huán)和外環(huán)角速度不等，超越離合器處于超越的工況。現(xiàn)在常見的斜撐式超越離合器分為多種型號，較常見的斜撐超越離合器型號主要分為：全相位型(thefull-phasingtype)和強(qiáng)制連續(xù)約束型(thepositive-continuous-cngagcmcnt(PCE)type).PCE型離合器的工作過程與原理如圖1?6所示。全相位型離合器其基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成有摩擦元件、眾保持架和彈簧，其中摩擦元件附著在保持架上。全相位型的離合器其工作特點(diǎn)是所有楔塊在承載過程中一直能夠保持柑同的轉(zhuǎn)處位置，在離合器的角速度變化時(shí)，摩擦元件的作用杲消除保持架和些塊的慣性力。PCE型離合器的結(jié)構(gòu)構(gòu)成元件里只釆用單一保持架和彈簧，在承載時(shí)，離合器的彈簧只提供一個(gè)徑向的壓緊力，所以不同楔塊可以繞各自的幾何中心做相互之間不干涉的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。PCE離合器在側(cè)而具有獨(dú)特幾何構(gòu)型的凸緣，其作用為在在離合器過載時(shí)，楔塊可以相互頂住，這樣便能有效防止過載導(dǎo)致的離合器楔塊翻轉(zhuǎn)這可能-破壞形式。PCE型離合器的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1-5所示：外環(huán)內(nèi)壞圖1-5斜■撐滾子的剖而圖旋轉(zhuǎn)方向外環(huán)內(nèi)壞圖1-5斜■撐滾子的剖而圖<——在超越工況下，楔塊式單向離合器一般的工作過程是：超越一自動(dòng)的動(dòng)態(tài)楔合一穩(wěn)態(tài)按合一自主解楔一超趣。PCE型超越離合器承載過程的各個(gè)工況如圖1-6所示：｛時(shí)核緊工苑2）過載王況圖1-6PCE型趨越離合器傳動(dòng)承載過程航空技術(shù)發(fā)展到今天，滾珠式超越離合器和斜撐式起越離合器在航空器的伎動(dòng)系統(tǒng)中都起了亶要的作用』在傳遞功率和傳遞轉(zhuǎn)動(dòng)鏈上都起了很大的作用。K裝宜升機(jī)在起飛后「轉(zhuǎn)矩由發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出后，通過超越離合器由主減速器傳遞到嫌翼.在工作過程中，甜于有超越離合器的作用「轉(zhuǎn)矩杓輸出端與輸入端的連接疑剛性的，克升機(jī)旋翼可臥連續(xù)正常錠轉(zhuǎn)爐航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜’為了滿足復(fù)雜的工況'安裝了后動(dòng)和發(fā)電組■&式的電機(jī).在笈動(dòng)機(jī)時(shí)，扭矩在啟動(dòng)電機(jī)輸出后,經(jīng)過減速器到達(dá)發(fā)電機(jī)，此種工況下.離含器便可承載功率，并且主機(jī)開始運(yùn)行蜃電，發(fā)電機(jī)的角速度達(dá)到杲個(gè)峰值后，離合器需要及時(shí)地與主機(jī)分JL此時(shí)離合器處于超越王況條件下，為發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)提夠了條件。400赫茲的恒頻電源為