【word】 超越离合器的磨损研究

【word】 超越离合器的磨损研究 超越离合器的磨损研究 第21卷第2期 2008年4月 机械研究与应用 MECHANICALRESEARCH&APPUCATION V0l21No2 2008.O4 超越离合器的磨损研究 杨林,曾献智,张亭亭,郭振伟 (洛阳轴研科技股份有限公司,河南洛阳471039) 摘要:通过对航空用双保持架超越离合器在超越工况下受力元件的受力分析和磨损寿命计算,提出超越离合器耐 磨损 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的主要 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,这将对在工作时以超越为主的超越离合器的理论研究及应用设计提供一种新的思路. 关键词:超越离合器;摩擦;磨损寿命;耐磨损设计 中图分类号:TH133.4文献标识码:A文章编号:1007—4414(2008)02—0021—03 Abrasionresearchofoverrunningcoupler YangLin,ZengXian—zhi,ZhangTing—ring,GuoZhen—wei (Lnoyangbearing$~~ellceandtechnologyCo.,Ltd.LnoyangHenan471039 ,Chilta) Abstract:I~,ughtheanalysisofworkingcomponentsusedintheaviationoverrunningeouplerofdoublecagesunderOVeITUn— ningconditionsandthecalculationofwefx”llfe,themainmethodstoantiabrasivedesignofovemmningcouplerareproposed. Itwillprovideanewviewtothetheoreticalresearchandapplicationdesignofoverrunningcoupler. Keywords:ovemmnlngcoupler;friction;abrasionlife;antiabrasivedesign 超越离合器作为机械基础件,在航空,航海,汽车 等领域的应用日益深化,随着现代化工业对机械装备 性能要求的不断提高,也对超越离合器产品的综合性 能指标提出了更严格的要求. 在以往超越离合器的研究和设计过程中,将离合 器的承载能力和啮合次数作为首要的设计参数进行 分析,目的是考核离合器的接触疲劳强度,其设计方法 也是以超越离合器的啮合或高频啮合工况条件为基础 制定的.而在实际应用中,特别是在航空发动机的起 动系统(发动机与起动机之间)及其它防逆转机构所使 用的超越离合器,其工作过程除了包括起动或逆转条 件下的啮合外,大部分时间处于高速超越状态,这与以 啮合为主的超越离合器的使用功能有很大差异;所以 失效形式也不相同,该类型离合器存在接触疲劳失效 的情况,而且磨损失效情况更为严重. 由于常用的超越离合器设计方法是通过强调受 力处的接触应力来保证离合器的啮合性能,而离合器 的磨损程度是与接触 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面的压力和相对速度成正比 的,这使离合器在高速超越过程中的磨损情况加剧, 造成磨损寿命与接触疲劳寿命不能形成最佳匹配,影 响了超越离合器的综合应用性能. 如何在保证超越离合器啮合寿命的前提下提高 其磨损寿命,成为离合器研究和设计过程中新的重 点,所以对超越离合器产品在高速超越工况条件下的 磨损状态研究至关重要.笔者将以航空启动机用双 保持架超越离合器为例,对该使用条件下超越离合器 的磨损状态进行分析探讨. 1离合器的结构与工作条件 航空用双保持架超越离合器结构如图1所示. 它由内保持架,外保持架,弹簧,楔块组成,主要性能 指标:?额定扭矩,由传输功率决定;?啮合次数,一 般要求为3000,5000次;?工作转速,5000r/min; ?工作温度,最高达250.C. 图1双保持架超越离合器结构图 超越离合器的主要性能指标反映了对负载能力 的技术要求,设计中把额定扭矩,啮合次数作为主要 目标参数,许用接触应力是按超越离合器所需的啮合 次数进行选择,为满足航空离合器高可靠性的要求, 许用啮合次数最小选为(0.5,1)×10,许用接触应 力4200MPa;这比超越离合器实际工作状态的要求大 十几倍,所以超越离合器具有相当大的强度及负载能 力的工作储备系数.’ 超越离合器在主机中的工作情况为:在主机起动 过程,发动机带动起动机运转,离合器处于啮合状态, 收稿日期:2008—03一o6 作者简介:杨林(1976一),男,河南洛阳人, 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师,主要从事超越离合 器的设计研究和试验等方面的工作. ? 21? Vol21No2 20o8O4 机械研究与应用 MECHANICALRESEARCH&APPLICATION 第21卷第2期 2008年4月 主机起动后,发动机与起动机脱开,离合器处于超越 状态.所以在主机工作过程,离合器高速超越状态 下的磨损是造成离合器失效的主要原因. 2离合器磨损状况分析 超越离合器安装在外套与轴之间,轴向仅有限 位装置,并无精确定位,径向是依靠离合器楔块与内 外滚道的自定位,离合器相对运动的滚道将决定磨 损的组成元件,为了确定离合器相对运动的元件和 位置,必须对离合器各零件的相互作用,关系以及受 力状况进行分析. J旦. 1 图2离合器楔块受力图图3离合器楔块受力图 R./Rb=3?sin(l+45.)一『2?厶 在离合器的工作过程中,保持架的作用是对楔块 进行引导,使楔块沿离合器圆周均布,负载时能够受力 均匀,同时引导离合器在型腔中相对位置.弹簧作用 于楔块,保证楔块与内外滚道之间接触良好,使离合器 具有最佳啮合性能,同时,其作用力的大小也是影响摩 擦力的重要因素之一.楔块作为动力传递元件,直接 与内外滚道接触,而且楔块作为承载元件,对其受力状 况的分析,将是离合器磨损研究的关键. 2.1楔块的受力分析. 楔块在超越状态下的受力情况如图2,3所示. 由图2可知: ?=F+Fmb.cos0一F.一Fdx =F..sinal+Rb.cos(+)一 R.cos一Fdsin2=0(1) ?=F.,+.cos0一Fna—F由 =F..COSO~l+Rb.sin(+)一 R.sinot—Fd.cos2=0(2) 由图3可知: ?Mo=R.×Ll+Fd×L3一Rb×L2=0(3) EMd=F.×『3一R.×『2+Rb×H1=0(4) 根据式(1)一(4)求得R与R的关系为: ?sin(al+45.)一l??sin(a2+45.) 3??sin((+0+45.)一 相关设计参数代入式(5),可得R/R>1. 根据楔块受力分析结果可知,当离合器的外套与 轴产生相对运动时,由于R.>R(F>F曲),离合器 处于超越状态时,使得离合器随外套转动,而与轴产 生相对运动,所以磨损发生在b处,即楔块与轴的接 触部位. 产品设计过程中,超越状态下离合器中楔块受力 不稳定,且弹簧对楔块的作用力情况复杂,所以影响 摩擦力大小的因素较多,很难对动态过程中每个影响 因素进行精确的定量分析,实际应用中通常采用实验 对摩擦力大小进行测试,并与设计值进行校核.其实 验测试过程为:利用专用实验装置测出内套与离合器 之间摩擦力矩(实际上是内滚道与楔块的摩擦力 矩),再通过计算方法求出摩擦力的大小. Fmb=[Af/(R×Z)]×(6) 式中:为单个楔块的摩擦力;为内套与离合器之 间摩擦力;R为内套半径;Z为离合器楔块的数量;/x 为内滚道与楔块摩擦系数. 2.2离合器摩损寿命计算 由于摩擦涉及到工作参数(载荷大小,滑动速 度,工作温度,润滑状况),摩擦元件的几何品质,摩 擦元件材料的物理品质等诸多因素,所以对磨损寿命 的计算不能完全与生产实际相符,只能进行定性和相 . 22. ? L3.sin(l+45.)一2?r3?sin(2+45.) 对定量的分析研究. (5) 根据航空用超越离合器磨损特性,对磨损寿命的 计算采用组合磨损的计算方法,组合磨损计算主要考 虑由于互相配合表面在摩擦过程中的磨损造成两个 表面相对位置的变化,而改变了摩擦副的配合性质, 从而影响机械零件的工作性能,由于楔块与滚道之间 的磨损将造成离合器失效,所以首先确定两者的组合 磨损量,然后再计算离合器的磨损寿命. (1)磨损率 由磨损率y=kxp×可知: 楔块的磨损率yl=k1=xp×2耵积 内滚道的磨损率=k:xp×2耵积 式中:j}k:为楔块,内滚道的工况条件系数;p为滑 动面接触处压力;n为内滚道转速;R为内滚道半径. (2)组合磨损量日 H=hl+ 式中:^:为楔块,内滚道的允许磨损量. (3)磨损寿命计算 组合磨损率:,=‘,,+ = (kl+k2)×2~nRp(7) 接触处压力:p=0.48 ,,%//Fbz=E-..R艘-R,1- 式中:Fh为接触点正压力;z为楔块长度;E为内滚 第21卷第2期 2008年4月 机械研究与应用 MECHANICALRESEARCH&APPUCAnON V0l21No2 20o8具体如下: (1)产品结构设计弹簧对楔块的作用力是影 响离合器摩擦寿命最重要的因素,可以通过对弹簧材 料,结构,几何尺寸,弹性模量及弹簧的变形量等参 数,以及楔块的结构参数的设计(主要是楔块的接触 角等),减少超越阻力矩和降低斜撑块的翻转力矩, 控制离合器的啮合可靠性和最大磨损寿命之间的最 佳匹配. (2)摩擦副材料的选配由于航空用离合器是 工作在高速,高温,高载荷状态下,楔块的材料应同时 满足强度及耐磨损的需求,宜选用高强度,高温,硬度 高,高导热性,耐热冲击,低热膨涨系数性质的材料, 根据以上使用特性,楔块常用材料一般选 Crl4Mo4V,GI4Mo4V,W18Gr4V,M一50,AMS6490等 耐高温材料,硬度一般在HRC63左右.而相配合的 内外套常选用镍铬钼材料(如18CrNi4A,SAE8640, AISI9310)或轴承钢ZGGr15等,滚道表面最小硬度不 低于HRC60. (3)磨损件表面的几何特性从摩擦理论研究 结果表明,摩擦表面粗糙度,波纹度,宏观几何偏差和 加工痕迹方向对磨损有重要影响.对于线接触类型 的磨损主要通过对粗糙度,波纹度,加工痕迹方向的 有关参数进行控制,达到减少磨损量的目的.主要措 施为:?粗糙度:对于不同的磨损工况条件,磨损表面 都具有一个最优粗糙度值,此时磨损量最小,一般选 为a0.4;?波纹度:波纹度大的摩擦表面将使磨 损量增大,所以应减小磨损表面波纹度;?加工痕迹 方向:加工痕迹方向与磨损量的关系取决于工况条 件,在航空用离合器工作状态下,当楔块与滚道加工 痕迹的方向和运动方向一致时,磨损量较小. (4)磨损件表面处理技术?表面氮化技术:氮 化作为材料热处理的一种方法,具有提高超越磨损寿 命和接合疲劳寿命的作用,氮化物扩散过程形成一层 硬度值达HRC77的良好耐磨表面,硬度延伸可达到 0.3mm的深度;?表面涂层技术:表面涂层技术包括 化学气相沉积(CVD)技术和物理气相沉积(PVD)技 术两大类,主要应用于超越离合器楔块工作面.化学 气相沉积(CVD)技术可实现TIN.,TiC,TiCN,TiBN, TiB2,A1203等单层及多元多层复合涂层的沉积,涂 层与基体结合强度较高,具有极高的耐磨性,抗热震 性及韧性,薄膜厚度可达7—9.物理气相沉积 (PVD)技术可实现TiC,TiCN,ZrN,CrN,MoS2,TiA1N, TiA1CN,TiN—A1N,CNx等多元复合涂层以及ZX涂 层(即TiN—A1N涂层)等纳米级涂层的沉积,这种新 涂层与基体结合强度高,涂层膜硬度接近CBN(立方 氮化硼),抗氧化性能好,Yc剥离性强,而且可显着改 善离合器楔块表面粗糙度,有效控制离合器楔块形状 及精度,薄膜厚度可达8—10lxm,能将离合器楔块的 耐磨损性能提高1O倍以上. (5)润滑与冷却航空用超越离合器多应用于 高温,高速状态,良好的润滑条件可提高其磨损寿命0 为减少离合器高速运行引起的循环系统温度的升高, 应选用粘度较低的润滑油(如MIL—L一23699C,MIL — L一7808.,DOD—L一85734等),并采用带过滤设备 的循环供油系统,这样不仅有利于摩擦副的冷却,降 低摩擦温升,提高系统冷却效率,而且通过润滑油的 循环过滤提高了润滑油的洁净度,可以达到好的润滑 效果.同时,在离合器与内外套高速相对滑动,润滑 油粘度与负荷配合良好情况下,将形成液体动压润滑 效果,润滑油膜的产生能减小滑动接触面的摩擦系 数,有利于离合器磨损寿命的大幅度提高. 4结论 通过分析超越离合器在主机中的工作情况,对超 越离合器的受力及磨损状态进行研究,确定了离合器 摩损寿命计算方法,提出超越离合器的耐磨损设计方 法,包括产品结构设计,摩擦副材料的选配,磨损件表 面的几何特性,表面处理技术,润滑冷却方式等,为离 合器的抗磨损设计提供了重要的理论依据. 参考文献: [1]温诗铸,黄平.摩擦学原理[M].北京:清华大学出版社, 2002. [2]葛中民,候虞铿,温诗铸.耐磨损设计[M].北京:机械工业出版 社.1991. [3]董浚修.润滑原理及润滑油[M].北京:中国石化出版社,1987. ? 23?