曲柄壓力機(jī)摩擦離合器頂桿的穩(wěn)定性計(jì)算分析

張學(xué)銀，張 寒

（1.徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司 技術(shù)中心，江蘇 徐州 221116；2.江南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

曲柄壓力機(jī)摩擦離合器頂桿的穩(wěn)定性計(jì)算分析

張學(xué)銀1，張 寒2

（1.徐州鍛壓機(jī)床廠集團(tuán)有限公司 技術(shù)中心，江蘇 徐州 221116；2.江南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

對曲柄壓力機(jī)摩擦離合器結(jié)構(gòu)分析，提出了離合器頂桿的穩(wěn)定性校核的必要性，給出了離合器頂桿穩(wěn)定性的計(jì)算方法和計(jì)算實(shí)例。提出應(yīng)盡量將離合器頂桿設(shè)計(jì)成中粗桿，其臨界力可通過提高材料的屈服強(qiáng)度極限來增大。

機(jī)械制造；頂桿；離合器；曲柄壓力機(jī)

1 引言

在曲柄壓力機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，離合器是最重要的部件。大型機(jī)械壓力機(jī)一般用摩擦離合器，摩擦離合器的結(jié)構(gòu)形式很多，圖1所示為一種常用的盤式剛性聯(lián)鎖的摩擦離合器。圖中左端是離合器，右端是制動(dòng)器，它們間用頂桿3剛性聯(lián)鎖。離合制動(dòng)器主要由氣缸1，活塞2，摩擦片4，空心傳動(dòng)軸5，剎車體6，制動(dòng)摩擦片7，彈簧8等組成。

總成動(dòng)作原理：壓縮空氣進(jìn)入離合器氣缸，向右推動(dòng)活塞，使空心傳動(dòng)軸內(nèi)的頂桿向右運(yùn)動(dòng)，壓縮制動(dòng)彈簧，于是制動(dòng)器松開，離合器摩擦片被壓緊，飛輪可帶動(dòng)從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)雙聯(lián)電磁閥斷電后，離合器氣缸與大氣相通，在制動(dòng)彈簧的作用下，頂桿向左運(yùn)動(dòng)，離合器脫開，制動(dòng)器摩擦片被壓緊，產(chǎn)生制動(dòng)作用，迫使從動(dòng)部分停止運(yùn)動(dòng)。

結(jié)構(gòu)動(dòng)作可靠，操縱系統(tǒng)簡單，動(dòng)作迅速，其中頂桿作用十分關(guān)鍵。頂桿一旦出現(xiàn)問題，將會(huì)使離合器動(dòng)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(jī)上橫梁寬度及傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的限制，頂桿長度L不能太短，因此，校核它的穩(wěn)定性非常必要。

2 受力模型及計(jì)算公式

頂桿的穩(wěn)定性計(jì)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(wěn)的臨界壓力，按歐拉公式計(jì)算：

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

壓桿的穩(wěn)定性安全系數(shù)為：

式中：[nw]——許用安全系數(shù)，可取[nw]＝4～8；

Pg——頂桿工作時(shí)所受到的最大壓力，當(dāng)忽略其所受到的摩擦力時(shí)，就和制動(dòng)彈簧所給予的最大壓縮力相等。

3 計(jì)算實(shí)例

一曲柄壓力機(jī)，頂桿長度l=2800mm，直徑d=55mm，材料45鋼調(diào)質(zhì)，E=200MPa，采用12根制動(dòng)彈簧制動(dòng)，每根彈簧的最大壓縮力為8.0kN。現(xiàn)校核該頂桿的穩(wěn)定性，計(jì)算如下：

4 結(jié)論

通過計(jì)算臨界力歐拉公式可知，細(xì)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(shí)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(shí)會(huì)出現(xiàn)別勁現(xiàn)象，這時(shí)頂桿所受的力要大于制動(dòng)彈簧給的壓力，所以安全系數(shù)應(yīng)盡量取大些。可將頂桿盡量設(shè)計(jì)成中粗桿，其臨界力將隨材料的屈服強(qiáng)度極限提高而增大，當(dāng)直徑尺寸限制時(shí)，就可采用高強(qiáng)度鋼制造，可提高其穩(wěn)定性。另外在加工頂桿時(shí)，應(yīng)保證其同軸度，必要時(shí)需校直。

[1]單輝祖.材料力學(xué).北京：高等教育出版社，1999.

[2]楊 雄，張 晶.曲柄壓力機(jī)連桿的穩(wěn)定性計(jì)算.長江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然版），2005，（7）.

[3]何德譽(yù).曲柄壓力機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

[4]孫玉勝，等.壓力機(jī)離合器制動(dòng)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化.鍛壓機(jī)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(dòng)器分離不清的因素分析.鍛壓裝備與制造技術(shù)，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(xué)銀（1966-），男，高工，從事壓力機(jī)設(shè)計(jì)研究