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    超越离合器失效分析及改进.pdf

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    超越离合器失效分析及改进.pdf

    态。预防起重机械事故就要从这两点人手,通过认 真执行完善的管理制度,把不安全因素消灭在萌芽 通信地址广西南宁仙葫开发区通泰路5号武警水电第一 状态,从而保证设备、人员的安全。 总队三支队工程技术股530222 收稿日期20100304 超越离台器失效分新及改进 王松林,蒋仁科 广西柳工机械股份有限公司技术研究院 摘要超越离合器是双涡轮液力变矩器的动力输出端,又是变速器的动力输入端,可以自动 实现装载机低速重载与高速轻载的转换,提高生产效率。提高超越离合器的可靠性对提升装载机的 产品性能有着重要意义。通过对某型装载机用超越离合器进行失效分析,找出了失效的根本原因并 制定了改进措施,取得了良好效果。 关键词超越离合器;双涡轮液力变矩器;失效分析;优化 双涡轮液力变矩器与柴油机匹配工作,共同输 入动力至变速器中,可以减少变速器挡位,降低驾 驶员劳动强度,提高劳动生产率。因此,这种结构被 广泛应用在轮式装载机中。超越离合器作为双涡轮 液力变矩器总成的动力输出端,可以自动实现装载 机低速重载工况与高速轻载工况的转换,其结构如 图1所示。低速重载时,动力经外环齿轮,通过滚动 体锁紧机构与中间输入轴一并输人变速器;高速轻 载时,外环齿轮空转,动力直接经中间输入轴输入 变速器。 装载机作业工作循环快,低速重载与高速轻载 工况转换频繁,超越离合器在工况转换中所受冲击 大,这就要求超越离合器具有较高的可靠性,才能 充分发挥双涡轮液力变矩器的优势。在实际应用 中,超越离合器是装载机传动系统中的薄弱部分。 某型装载机在工作中,超越离合器失效,本文 对其进行失效分析,并提出改进措施。 l 故障信息 1作业工况铲装碎石料。 2工作时间1 500 h后,整机工作无力,排查 发现超越离合器失效。 2 失效模式 1隔离环断裂,如图2所示。 2弹簧单侧磨损,如图3所示。 l_夕 环齿轮2.中间输入轴3.凸轮 4.隔离环5.滚柱6.弹簧 图1超越离合器结构示意图 3凸轮滚道面压痕扩展,如图4所示。 3 失效分析 如上所述,主要失效零件有3个隔离环、弹簧 和凸轮,失效模式多样,但相互间有着一定的关系。 作者简介王松林1979一,男,河南信阳人,工程师,研究方向工程机械设计。 ~60 道面,由离心力R作用产生的摩擦力 与弹簧预 紧力 平衡,见图5。 分析可知,隔离环理论上不受力,但从失效件 来看隔离环横截面断裂,且槽内两侧磨损严重,在 3.2弹簧 弹簧在弧形槽中装配后始终处于压缩状态,由 于作用在弹簧两端面上的力不在同一直线上,弹簧 压缩后处于弯曲状态如图1所示,设计压缩量越 一61 大,弹簧弯曲变形越大。弯曲变形的弹簧与隔离环 接触摩擦,工作时会发生磨损甚至造成弹簧断裂。 因此,在保证一定弹簧预紧力的情况下,可以适当 加大弹簧刚度,这样可以减小弹簧的压缩量和弹簧 弯曲量,从而减少弹簧与隔离环的摩擦干涉。图8 显示了弹簧与隔离环的摩擦干涉。 图8隔离环与弹簧摩擦干涉 弹簧预紧力 的确定 FsPc 1 FcZmRp Ca 2 nFsEc 3 式中 滚柱与外环齿轮滚道间的最大摩擦力; ,l动摩擦系数有油状态,一般取0.05; 一滚柱离心力; Z--一滚柱数量; m滚柱质量; 冗。滚柱中心与超越离合器旋转中心轴 线的距离,即滚柱中心的转动半径; c一双涡轮液力变矩器工况转换点速比 i0.65的转速; n弹簧数量; 艮一弹簧预紧力。 经过计算,该超越离合器滚柱与外环齿轮滚道 间的最大摩擦力Fs168 N,实测弹簧预紧力Fs102 N,显然,预紧力不足。在高速轻载工况,滚柱高速转 动产生的摩擦力克服弹簧预紧力,会使滚柱沿凸轮 面滑动而脱离设计楔紧位置,从而引起滚柱的晃 动。弹簧预紧力的确定是超越离合器设计中非常关 键的一环。确定合适的预紧力后,应适当加大弹簧 刚度,减小弹簧压缩量。 3.3凸轮 凸轮与滚柱材料均为GCrl5,经过计算,超越离 合器在楔紧状态下产生的应力不足以破坏凸轮滚 道面。从弹簧的失效分析可知,滚柱沿凸轮滚道面 产生了滑动。由3点定心原理可知,3个滚柱同时楔 紧就可以让超越离合器工作,为了提高可靠性,应 一62一 让尽可能多的滚柱同时工作,以减小滚道单位面积 上的挤压应力。这就要求凸轮所有滚道面到轴线的 距离要有很好的等高精度,一般不能大于0.015 mm 见图9,滚道面与轴线要有很好的平行度,这就对 其制造过程提出了严格的要求。良好的凸轮在工作 时也会产生压痕,但这个压痕是一条均匀的与轴线 平行的细线,不会影响超越离合器的性能,如图l0 所示。 图9 凸轮不同滚道面等高要求 图l0工作3 000 h后的良好凸轮 3.4失效分析鱼刺图 研究表明,不同失效模式之间相互关联,解决 问题的关键是要确定导致失效的根本原因,这样才 能彻底排除故障,鱼刺图是常用的一种失效分析方 l i 不一 默效 序号 失效模式 失效原因 改进措施 l 弹簧预紧力不足 根据计算确定合适的弹簧预紧力 鬟 l 1 隔离环断裂 隔离环自身强度不足 加工矩形槽时,采用小直径铣刀,减小对端面材料的去除量 嚣 鞘 滚柱晃动,产生异常力 加大弹簧预紧力 弹簧弯曲变形量大 ● 2 弹簧磨损 在保持同样预紧力的情况下,适当加大弹簧刚度,减小弹簧压缩量 弹簧刚度不足 滚柱晃动,产生异常力 3 凸轮异常压痕 通过确定合适的弹簧预紧力,提高加工精度 滚道面距轴心距离变化大 5 结束语 失效分析是一个全面的过程,在做失效分析 时,需要从系统的角度考虑,而不能只专注于某一 局部,这样才能找出失效的根本原因。拆检失效零 件前,需尽可能详细地记录零件的使用信息,如作 业工况、工作时间、操作方法等,确保记录所有的数 据。通过本次对超越离合器的失效分析,找出了问 题的根本原因,提高了超越离合器的可靠性。 参考文献 【1】QJ/LG 08.05--2004广西柳工机械股份有限公司企业 标准[s】. [2]马文星.液力传动理论与设计第1版【M】.北京化学工 业出版社,2004. [3]成大先.机械设计手册第5版第3卷[M E京化学工 业出版社,2008. [4]丁平芳,蒋丽俏.ZL50装载机变矩器超越离合器故障分 析田.工程机械,200925456. [5]Li clutch for the pulse-continuouslyvariable-speed transmis sion[J].SAE specialpublicati0ns,1998,13248188. 通信地址广西柳工机械股份有限公司技术研究院545007 收稿日期20100302 一63

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