1、    彈簧鋼球式單向離合器在制動器中的應用    張文剛陳天明【摘 要】分析了主動調整機構在制動器中經常調整力矩上升的主要原因，造成撥動機構早期磨損。提出了這一解決辦法，即在分離軸上安裝彈簧鋼球式單向離合器，并經過反復試驗論證了這一方法的可行性，在實際產品中應用推廣。【關鍵詞】最大轉矩；彈簧鋼球式單向離合；早期磨損0.前言盤式制動器在只用過程中，隨著剎車片的磨損，制動盤與剎車片的間隙會不斷擴大，盤式制動器內部有一套主動調整機構可以自動單向調整間隙，使制動間隙保持在設計理想狀態。原始設計通過彈簧壓緊，靠分離座與分離軸的平面摩擦提供轉矩，起到調整間隙作用。

2、在實際使用中經常會由于平面度不夠及表面光潔度不夠造成兩者咬傷，使轉矩急劇上升，在調整過程中使間隙撥叉機構受力加大，造成間隙撥叉早期磨損。彈簧鋼球式單向離合器用于精確限定傳遞的轉矩，當轉矩超過某一限定值時，即起分離保護作用。當傳遞的扭矩未超限定值時，由于單向軸承作用，其作用相當于聯軸器。原設計屬摩擦片式離合器，由于相關件制造精度及摩擦系數穩定性影響，動作精度也不搞，通常由于過載時，分離軸與分離座易發熱影響摩擦性能與強度，效果不佳。只有鋼球式離合器在使用中能精確傳遞扭矩并及時起作用，起到保護間隙撥叉作用。1.彈簧鋼球式離合器作用與設計要點1.1彈簧鋼球式單向離合器的作用（1）可限定最大轉矩。（2）

3、提高總成件的質量。（3）減少間隙撥叉機構轉矩。（4）提高生產效率。1.2彈簧鋼球式離合器的設計要點（1）最大轉矩的設定要與實際使用轉矩匹配，主動調整機構轉矩要大于總成件自身相關件轉矩。（2）最大轉矩要恒定。（3）分離軸、分離座要耐磨并保持表面一定合適硬度。2.彈簧鋼球式單向離合器工作原理圖1所示為彈簧鋼球式單向離合器，端面有球窩的分離軸（3）制成圓筒形式，其外徑有單向軸承（4），可在軸（1）上自由轉動。制成殼體形式的另一半分離座（6），在軸向孔內放置強力彈簧（7）和鋼球（5），彈簧（7）將鋼球（5）壓入分離軸的球窩內，并用螺母（9）通過止動墊片（8）調節壓緊彈簧力，螺母（11）承受軸向推力，分

4、離軸（9）通過翻邊軸承（2）與軸（1）聯接。圖1 彈簧鋼球式安全離合器由于分離座內的強力彈簧將鋼球壓入分離軸的球窩內，當單向軸承受間隙撥叉機構驅動轉矩的作用而旋轉時，鋼球（5）受到沿球窩垂直方向的作用力。同時，它還受到與工作球窩面間的摩擦力的作用，兩個力的合力可分解為沿軸線方向的作用力f1和沿切線方向的力f2。鋼球（5）將沿切線方向的力f2傳遞給分離座（9），并以轉矩的方式通過單向軸承（4）傳遞到輸出軸（1）上。沿軸線方向的力f1通過分離座（6）傳遞到壓縮彈簧（7）上。調節螺母（9）調定強力彈簧（7）的壓緊力后，當輸出軸（1）所受負載較小時，f1小于或等于彈簧（7）的壓緊力，彈簧（7）不再產生

5、壓縮變形，鋼球（5）仍被壓在分離軸（3）的球窩內，單向離合器的作用相當于聯軸器；當輸出軸（1）所受負載大于限定值時，f1大于彈簧（7）的壓緊力，彈簧（7）產生壓縮變形，鋼球（5）與分離軸（3）脫開，安全離合器即起保護分離作用。這時，分離軸（3）空轉，軸（1）則不轉動。當軸（1）所受負載減小至限定值以下時，彈簧（7）將鋼球（5）又壓入分離軸（3）的球窩內，單向離合器自動恢復聯軸器的作用，軸（1）恢復轉動。調節螺母（11）只是起微調作用，調節范圍很小。3.彈簧鋼球式單向離合器設計3.1單向離合器的受力分析單向離合器的設計常以計算轉矩為極限轉矩，即：3.2彈簧的設計制動器在動作過程時，彈簧處在變應力

6、條件下，其性能和使用壽命很大程度上取決于材料的選擇，要求材料有較高的疲勞極限、屈服極限和足夠的沖擊韌性。一般采用碳素彈簧鋼絲或50gva彈簧鋼絲。設計時還要考慮：（1）螺旋角。以彈簧工作變形量在全變形量的40%65%內選取彈簧的螺旋角，推薦=5°9°。（2）彈簧有效圈數n。彈簧壓力一定，圈數越多，剛度越小，安裝誤差就越小。但彈簧越長，分離座的軸向尺寸越大，不利于結構布置。所以，綜合考量一般取n=2-3圈。4.單向離合器的性能評價單向離合器的性能可用靈敏度系數和動作時間表示。4.1靈敏度系數e式中：t0因過載單向離合器起作用時的最小轉矩；tj因過載單向離合器起作用時的最大轉矩

7、（極限轉矩）。e值越接近1，靈敏度越高，離合器動作越迅速。4.2動作時間t為過載時離合器開始動作到脫開打滑所經歷的時間。時間越短，離合器動作越快，受保護機械越安全。表1 安全離合器性能評價試驗樣品的動力為輸出氣壓0.3mpa，其相應半徑內轉矩為8n.m，設計過載系數1.4，極限輸出轉矩11.2 n.m，離合器脫開極限轉矩為11.3n.m，試驗檢測數據見表1。5.結束語彈簧鋼球式單向離合器對轉矩變化反應靈敏度高，動作準確、迅速；精度高，工作可靠。能夠有效地控制輸出轉矩，保證過載時能及時脫開，保護調整機構機械部件，減少早期磨損，又能自動恢復工作，現已正式小批量投產。【參考文獻】1馮辛安主編.機械制造裝備設計m.北京：機械工業出版社，1999.2王超主編.機械可靠性工程m.北京：冶金工業出版社，1992.3葉柏林等編著.模具制造工藝m.北京：中國科學技術出版社，1988.科技致富向導2013年9期科技致