超越離合器組合式隔離環結構分析

朱 林，李志杰，石光林

（廣西工學院機械工程系，廣西 柳州 545006）

作為雙渦輪變矩器變速箱中的關鍵部件，超越離合器對于改善裝載機牽引性能以及降低勞動強度和提高工作效率等方面，起著非常重要的作用。隔離環是超越離合器中的一個重要零件，其品質將直接影響超越離合器的使用性能。

現實中，由于隔離環的技術要求高，加工難度大，致使其制造成本較高[1～2]。

為此，筆者嘗試將隔離環原整體式結構，改為分體組合式結構，有效地解決了這一技術難題，從而達到了提高加工效率和降低生產成本的目的。

以下將對分體組合式隔離環的設計加工及結構性能，進行分析探討。

1 組合式隔離環結構設計

超越離合器中隔離環的主要作用，是把滾柱均勻地隔開，并引導滾柱的運動。隔離環的精度要求高，特別是對于隔離環兜孔口的加工，加工起來不僅難度大而且耗時，需要制作專用的帶定位分度夾具在加工中心對其上的18個兜孔進行逐個加工。為保證加工精度，所選刀具直徑、進刀量、加工速度等受兜孔尺寸的限制，導致加工效率低下。通過對隔離環技術要求、加工精度及生產效率的分析，我們對原整體式隔離環結構進行了改進設計，如圖1所示。

圖1 整體式隔離環

新的方案，把隔離環設計成由隔離環體和擋邊環通過螺栓聯接后組合而成的分體式結構，如圖2所示。

圖2 組合式隔離環

實踐證明，這種分體式結構可有效地降低兜孔的加工難度，節省加工時間。圖3為兩種不同結構隔離環的加工時間對比。

圖3 兩種結構加工時間對比

可以明顯看出，組合式隔離環加工所需的時間約為總體式的1/3，因而其加工成本，遠遠低于總體式結構的加工成本。

2 組合式隔離環結構分析

考慮到隔離環的變形，是超越離合器的主要失效形式之一。因此，為了驗證組合式隔離環結構的合理性及使用性能，我們采用結構分析軟件ANSYS重點對新結構進行了應變分析。

隔離環在工作過程中，主要與滾柱發生接觸，其主要受力接觸位置如圖4所示。

圖4 隔離環的主要受力接觸位置

隔離環與滾柱的相互作用，一般是不平穩的，存在著不斷的碰撞，隔離環要受到交變應力作用。隔離環和滾柱之間的法向力，看作是滾柱傳遞到隔離環上，然后在隔離環和滾柱之間的接觸面上作用。

另外，滾柱和隔離環兜孔之間，存在著滑動摩擦。摩擦力的大小，取決于滾柱兜孔之間法向力的大小、潤滑劑的性質、滾柱速度以及兜孔的幾何形狀，其中最后一個因素是最主要的。

首先，將分體式保持架的Pro/E實體模型導入ANSYS中，采用8節點六面體實體單元Solid 45對其進行網格劃分，在滾柱與兜孔的接觸部位，通過設置接觸單元CONTAC174和TARGET170來定義接觸對，并施加相應的力和位移邊界條件后，進行有限元分析計算。

最后，通過在后處理器里查看結果，可得分析模型的最大應變云圖，如圖5所示。

圖5 最大應變云圖

分析結果表明，組合式隔離環的整體變形均勻，最大應變為0.065 mm，符合隔離環的的最大應變要求。

3 結束語

有限元分析結果表明，分體組合式隔離環的應變符合設計要求，說明該結構合理，方案可行。

超越離合器隔離環加工的主要難度，在于兜孔加工的復雜性，將整體式隔離環改為分體組合式結構后，兜孔的加工工藝性得到明顯改善，實現了提高隔離環的加工效率的目的。

[1]石光林，陸維釗.滾柱式超越離合器隔離環的結構與工藝改進[J].機械設計與制造，2008，(7)：136-138.

[2]郭振偉，原起富，牛青波.超越離合器保持架窗孔的加工[J].軸承，2005，(3)：19-21.

[3]卞維展，李 強，劉海峰.裝載機超越離合器可靠性分析[J].工程機械，2004，(4)：14-17.

[4]丁平芳，蔣立俏，何向榮.ZL50裝載機變矩器離合器故障分析[J].工程機械，2002，(9)：54-56.

[5]張允良.軸承保持架孔加工夾具的設計[J].組合機床與自動化加工技術，1998，(10)：47-50.