彈簧鋼球式安全離合器的探討

江國珍，劉 軍

（ 南京農業大學，江蘇 南京 210095）

1 彈簧鋼球式離合器的原理

以鋼球與鋼球接觸的彈簧鋼球安全離合器為例說明，一般的鋼球彈簧離合器由主動齒輪、從動盤、外套筒、彈簧、調節螺母組成。在軸上，外套筒用花鍵和與從動盤聯接，同時又用鍵與軸聯結。在主動齒輪和從動盤的端面內，各沿直徑為Dm的圓周上制有數量相等的滾珠承窩（一般為4～8個），承窩中裝入滾珠大半后進行斂口，以免滾珠脫出。正常工作時，由于彈簧4的推力是使兩盤的滾珠互相交錯壓緊；主動齒輪傳來的轉矩通過滾珠、從動盤、外套筒而傳給從動軸。當轉矩超過許用值時，彈簧被過大的軸向分力壓縮，使從動盤向右移動，原來交錯壓緊的滾珠因而被放松而滑過，此時主動齒輪空轉，從動軸既停止轉動；當載荷恢復正常時，又可重新傳遞轉矩。

2 彈簧鋼球式離合器中鋼球接觸形式

接觸形式。彈簧鋼球式離合器中鋼球的接觸形式主要有鋼球與鋼球接觸、鋼球與圓弧形槽接觸、鋼球與V形槽接觸、鋼球與錐形槽接觸，當離合器過載時，在半離合器沿軸向移動的脫開過程中，其工作面的楔形角a也在改變。隨著半離合器退出距離增加，楔形角也增加，在相同轉矩下，用于克服摩擦阻力和彈簧壓力的軸向分力也在增加，離合器比較容易脫開，動作精度較高。以初始壓緊力為彈簧最大壓緊力。兩種接觸形式，鋼珠與V形槽或錐形孔接觸，在離合器脫開過程中，楔形角始終保持不變，為槽或錐孔的半角。

3 幾種改進過彈簧鋼球安全離合器

（1）分級緩沖減震式離合器。安全離合器的工作原理，傳力鋼球所在的位置，右半離合器內表為空環，左半離合器帶動傳力鋼球在此處可空轉而不傳遞運動和力。接合時，通過操縱機構帶動左半離合器向右滑移，使傳力鋼球進入緩沖鋼球之間，則傳力鋼球與該組的兩個緩沖鋼球接觸而傳遞相當扭矩，且可補償兩軸之間足夠的軸向位移和偏角位移，徑向位移由傳力鋼球與外件內表之間的徑向間隙來保證。當需要分離時，可通過操縱機構使左半離合器向左移動，傳力鋼球返回圖示的空環位置。在傳力鋼球之下加彈簧、墊塊的目的在于：在低速、重載下運行時，以保證傳力鋼球與右半離合器接觸，避免鋼球因在其重力作用下而在右半離合器內表面與凹坑之間來回碰撞沖擊產生噪音及降低效率。

（2）脫開減沖擊式彈簧鋼球離合器。彈簧鋼球安全離合器中，從動鋼球和主動盤之間采取錐孔接觸、V形槽接觸、圓弧槽接觸形式的當離合器過載分離后，鋼球在扭矩的作用下脫出凹坑后會隨從動盤繼續旋轉而再次陷入凹坑。這一動作在結束轉遞動力前會反復出現，這不僅影響了分離時離合器的平穩性，還加劇了主動盤凹坑的磨損，給離合器的維修和調整帶來了一定難度。而且離合器的靈敏度也會下降。如何有效地阻止鋼球在離合器過載分離后再次進入主動盤凹坑解決這一問題的關鍵。

4 鋼球彈簧式離合器與其他離合器的比較

安全離合器包括剪切銷式、摩擦片式、彈簧牙嵌式。剪切銷式安全離合器受制造精度、材料均勻性及載荷增加速度的影響，過載時動作精度不高，此外由于疲勞損傷累積，破壞元件本身強度也隨工作時間增加而降低，且當銷釘被剪斷后，需要停機修復，連續工作性能差。摩擦片式安全離合器受摩擦系數穩定性影響，動作精度也不太高，經常過載時，摩擦片易發熱因而影響摩擦性能和強度，應用效果較差。牙嵌式離合器的結合面是三爪，存在著制造和等分上的誤差，至使三爪不能同時接觸。其工作面是平面而不是螺旋面。雖然平面在加工成本上要比螺旋面要低，但當離合器超載打滑時它是線接觸甚至是點接觸。彈簧鋼球式安全離合器與其他幾種安全離合器相比具有比較明顯的優勢。它對轉矩變化反應靈敏度、動作準確、迅速、精度高、工作可靠。但也有諸多不足。在分離過程中容易出現較大沖擊，無法適應傳遞大扭矩的場合等等。

5 結語

彈簧鋼球安全離合器由于其對轉矩反應靈敏，工作可靠，制造簡單等優點被廣泛應用于機床、運輸機械、礦山機械、農業機械、輕紡機械和日用機械。