帶溫度保護裝置離合器在機床中的應用分析

胡俊峰

（江西豐城市新高焦化有限公司，江西 豐城331141）

生產實踐中現有機床傳動系統中散熱條件往往不是很充分，特別是高速機床和采用多片摩擦式離合器的機床中，過多的熱能不能通過機箱傳導出去，使得機床零部件熱微變形；機床部件之間的配合誤差、機床部件的動、靜件變位等，從而產生熱誤差。熱量如果繼續集聚，導致機箱內潤滑油溫度過高，數據表明軸承溫度在80℃以上時，溫度每升高10℃～15℃，潤滑油壽命下降1／2，從而破壞產生油膜的能力，潤滑條件急劇下降，更加劇影響傳動精度，加速零件磨損。甚至造成燒壞零部件的設備事故。如果有一種在機床達到一定溫度時，能快速，準確地脫開傳動裝置，就能很好的解決這個問題。國外部分機床解決的辦法是采用溫度傳感器，相應的電路和控制機構，在溫度達到系統設置上限時，動作機構執行控制指令，這樣使得系統復雜，可靠性差，且增加了維修量。

1 結構和工作原理

1.1 結構（見圖1）

圖1 離合器結構示意

1.2 原理

帶溫度保護離合器利用溫敏軟磁材料的飽和磁感強度在居里點Tc附近發生劇烈變化來達到離合器在設定溫度條件下失去磁吸力，從而在彈簧的作用下達到脫開的目的，溫敏材料的選擇可以根據機箱內部所需工況要求設定。具體如下：輪轂b通過導向鍵8與傳動軸1實現轉矩傳遞，撥叉作用下輪轂b可以沿導向鍵向右滑移，兩輪轂上的永磁體6和兩輪轂上的溫敏軟磁體吸合，壓簧3被壓縮，輪轂7和輪轂4牙相互嚙合，此時可以傳遞運動和轉矩，當箱體內溫度達到設定溫度（溫敏軟磁體居里點），溫敏軟磁體由鐵磁體變為順磁體，吸合力急劇下降，輪轂7在壓簧的作用下向左移動，輪轂7和輪轂4脫開嚙合。

2 計算分析

2.1 離合器的接合力和脫開力

其中：Tc＝k·9550P／n

式中：Tc為本離合器轉矩，N·m；k為工況系數；P為本離合器傳遞功率，kW；n為傳動軸轉速，r／min；Dm為本離合器傳動力矩的平均直徑，m；d為本離合器軸徑，m；μ為滑動輪轂7的摩擦系數；α為牙面傾角；ρ為牙面摩擦角。

條件：P＝1.5kW，k＝1.3，n＝165r／min，Dm＝（140＋100）／2＝120mm，d＝35mm，μ＝0.175，ρ＝5°～6°。

接合力：

F1＝2×1.3×9550×1.5÷165÷0.12×〔0.175×0.12÷0.035＋tan（5＋5）〕≈1460N

脫開力：

F2＝2×1.3×9550×1.5÷165÷0.12×〔0.175×0.12÷0.035＋tan（5－5）〕≈1129N

2.2 壓簧彈力校核

Ft＝10Kt·S＝（G·dt4）·S／（8DO3·Nc）

式中：G為彈簧線材鋼性模數；dt為彈簧線材直徑，mm；S為彈簧被壓縮行程，mm；Do為彈簧中徑，mm；Nc為彈簧有效圈數。

條件：G＝8000，dt＝9，S＝2×15，Do＝彈簧外徑－dt＝80－16＝64，Nc＝彈簧總圈數－2＝7－2＝5。

Ft＝10×8000×94×30÷（8×643×5）≈1500N

Ft＞F2能保證離合器有效脫開。

2.3 離合器接合脫開時的工作速差校核

式中：Δn為許用轉速差 單位r／min；Δv為許用最大線速度，取最大1.5m／s。

兩輪轂轉速差小于許用轉速差。

2.4 離合器接合時撥叉力

f＝Ft＋F1＝1500＋1460＝2960N采用杠桿撥叉機構力臂比11.5：1實際操作力為：2960÷11.5≈257N符合人體操作。

另：該離合器中釹鐵硼永磁體牌號N35為列對溫敏磁體的磁吸力以30mm×25mm×5mm體積計算：30×25×5×0.0075×6＝168.75N（此計算方法由永磁體生產廠家提供）離合器輪轂為8牙，168×8×2＝2688，N＞Ft故能保證設定工況下穩定嚙合。

3 結語

目前已申請專利，專利號：200820084911.7。