曲柄壓力機摩擦離合器頂桿的穩定性計算分析

張學銀，張 寒

（1.徐州鍛壓機床廠集團有限公司 技術中心，江蘇 徐州 221116；2.江南大學 機械工程學院，江蘇 無錫 214122）

曲柄壓力機摩擦離合器頂桿的穩定性計算分析

張學銀1，張 寒2

（1.徐州鍛壓機床廠集團有限公司 技術中心，江蘇 徐州 221116；2.江南大學 機械工程學院，江蘇 無錫 214122）

對曲柄壓力機摩擦離合器結構分析，提出了離合器頂桿的穩定性校核的必要性，給出了離合器頂桿穩定性的計算方法和計算實例。提出應盡量將離合器頂桿設計成中粗桿，其臨界力可通過提高材料的屈服強度極限來增大。

機械制造；頂桿；離合器；曲柄壓力機

1 引言

在曲柄壓力機傳動系統中，離合器是最重要的部件。大型機械壓力機一般用摩擦離合器，摩擦離合器的結構形式很多，圖1所示為一種常用的盤式剛性聯鎖的摩擦離合器。圖中左端是離合器，右端是制動器，它們間用頂桿3剛性聯鎖。離合制動器主要由氣缸1，活塞2，摩擦片4，空心傳動軸5，剎車體6，制動摩擦片7，彈簧8等組成。

總成動作原理：壓縮空氣進入離合器氣缸，向右推動活塞，使空心傳動軸內的頂桿向右運動，壓縮制動彈簧，于是制動器松開，離合器摩擦片被壓緊，飛輪可帶動從動軸轉動，當雙聯電磁閥斷電后，離合器氣缸與大氣相通，在制動彈簧的作用下，頂桿向左運動，離合器脫開，制動器摩擦片被壓緊，產生制動作用，迫使從動部分停止運動。

結構動作可靠，操縱系統簡單，動作迅速，其中頂桿作用十分關鍵。頂桿一旦出現問題，將會使離合器動作失靈。由于飛輪軸為空心軸，頂桿直徑受到軸孔尺寸限制，加之受壓力機上橫梁寬度及傳動結構的限制，頂桿長度L不能太短，因此，校核它的穩定性非常必要。

2 受力模型及計算公式

頂桿的穩定性計算模型可簡化為兩端固定的壓桿模型，如圖2所示。圖中的Pcr為壓桿失穩的臨界壓力，按歐拉公式計算：

（注：歐拉公式的適用范圍為細長桿，即只有當σcr≤σP時才適用，其中σP為壓桿材料的比例極限，計算前需校核，若超出計算范圍，需按中粗桿計算。）

壓桿的穩定性安全系數為：

式中：[nw]——許用安全系數，可取[nw]＝4～8；

Pg——頂桿工作時所受到的最大壓力，當忽略其所受到的摩擦力時，就和制動彈簧所給予的最大壓縮力相等。

3 計算實例

一曲柄壓力機，頂桿長度l=2800mm，直徑d=55mm，材料45鋼調質，E=200MPa，采用12根制動彈簧制動，每根彈簧的最大壓縮力為8.0kN。現校核該頂桿的穩定性，計算如下：

4 結論

通過計算臨界力歐拉公式可知，細長桿臨界力Pcr與材料的彈性模量E成正比，由于各種鋼材的彈性模量E相差不大，采用普通碳素鋼制造即可。在實際工作的過程中，離合器頂桿受力狀況較為惡劣，且承受交變載荷，有時會出現別勁現象，這時頂桿所受的力要大于制動彈簧給的壓力，所以安全系數應盡量取大些。可將頂桿盡量設計成中粗桿，其臨界力將隨材料的屈服強度極限提高而增大，當直徑尺寸限制時，就可采用高強度鋼制造，可提高其穩定性。另外在加工頂桿時，應保證其同軸度，必要時需校直。

[1]單輝祖.材料力學.北京：高等教育出版社，1999.

[2]楊 雄，張 晶.曲柄壓力機連桿的穩定性計算.長江大學學報（自然版），2005，（7）.

[3]何德譽.曲柄壓力機[M].北京：機械工業出版社，1987.

[4]孫玉勝，等.壓力機離合器制動器系統結構優化.鍛壓機械，2001,36（2）：25-25，35.

[5]仲太生，季雪冬.分體式氣閥連鎖離合器制動器分離不清的因素分析.鍛壓裝備與制造技術，2011，46（1）:40-41.

Stability calculation and analysis of ejector rod on friction clutch of crank press

ZHANG Xueyin1，ZHANG Han2
（1.Xuzhou Metalforming Machine（Group）Co.，Ltd.,Xuzhou 221116，Jiangsu China；2.School of Mechanical Engineering of Jiangnan University，Wuxi 214122，Jiangsu China）

The structure of friction clutch on crank press has been analyzed.The check necessity of the stability of the ejector rod on clutch has been put forward.The calculation method and instance of the stability for ejector rod have been given.It is pointed out that the clutch rod should be coarse rod of which the critical force can be increased as improving the yield strength limit of the material.

Ejector rod；Clutch；Crank press

TG315.5

B

1672－0121(2011)06－0052－02

2011-08-02

張學銀（1966-），男，高工，從事壓力機設計研究