液粘調速離合器傳遞轉矩計算與研究

溫成卓　劉紅

【摘 要】本文闡述了液體粘性傳動調速離合器的基本工作原理。對離合器的主要工作部件—摩擦片進行了數學建模分析，得出兩摩擦片間傳動轉矩的數學表達式，并得出影響傳遞轉矩大小的主要因素。

【關鍵詞】液粘調速離合器；傳遞轉矩；摩擦片

液粘調速離合器是依據液體粘性傳動而設計的一種調速裝置，以其獨特傳動方式，優越的傳動性能以及節能降耗的功效，越來越受到人們的關注。液粘調速離合器廣泛應用在風機、水泵、帶式輸送機等大功率的重型設備上，節能降耗效果明顯。

1 液粘調速離合器傳動基本原理

液體粘性傳動基于牛頓內摩擦定律，其工作原理如圖1所示，在兩個平行的平板間充滿牛頓流體，形成厚度為δ的油膜，下平板固定，上平板受到平行力F的作用，沿力的方向以速度v運動，粘附在上平板表面的流體將以速度v運動，由于液體粘性的作用，遠離上平板的流體運動速度將逐漸減小，直至到下平板表面速度減小為零。

需要指出，轉矩計算公式（6）是假設摩擦片為平面的情況下得出的，而實際的摩擦片上有不同形式油槽，油槽會減小有效的剪切作用面積和所傳遞的轉矩。從公式中可以得到以下結論：

（1）所傳遞的轉矩T與摩擦副對數n成正比，因而可通過增加摩擦片數量來增加傳動轉矩的能力。但摩擦片數目過多，會增加軸向尺寸，同時最小輸出轉矩和最小輸出轉速都將增大。

（2）由于轉矩與圓盤油膜有效作用外半徑r2和內半徑r1的四次方之差成正比，故增加r2或者減小r1都能極大的增加液粘裝置傳遞的轉矩。但受到液體粘性傳動裝置徑向尺寸和內部結構尺寸的限制，不能夠隨意的增加或減小r2和r1。

（3）工作油液的動力粘度μ越大，傳遞的轉矩越大。但高粘度的工作油液會使潤滑和控制系統的阻力加大，增加油泵的功率損耗和工作油液的發熱。因此，宜采用粘度不高的汽輪機油或者液壓油，同時采用強制循環冷卻的方式使油溫控制在合適的范圍內，以減小溫度變化對粘度的影響。

（4）轉矩與兩摩擦片的角速度差Δω=ω1-ω2成正比，（下轉第66頁）（上接第50頁）通常在使用中ω1為變量，ω2為變量。設液體粘性傳動離合器輸出轉速與輸入轉速的比值為i，則Δω=ω1-ω2=ω1（1-i）。在不同油膜厚度下（δ1<δ2…<δ8）轉矩T與轉速比i的關系曲線見圖3。

（5）轉矩與油膜厚度δ成反比，通過調節油膜厚度δ的大小可以改變轉矩和轉速。在不同角速度差下（Δω4<Δω3<Δω2<Δω1）轉矩T與油膜厚度δ的關系曲線見圖4。設計時所選定的最大油膜厚度值越大，則最小輸出轉矩越小，最小輸出轉速越低。可見，增加最大油膜厚度可以是液粘裝置的調速范圍變大，但會使結構的軸向尺寸增加。

3 結論

通過對液體粘性傳動基本原理的分析可知，控制平板間的距離，就可以調節兩平板間傳遞的剪切應力。對液粘調速離合器的摩擦進行數學建模可知，液粘調速離合器傳遞的轉矩與摩擦副對數成正比；與圓盤油膜有效作用外半徑r2和內半徑r1的四次方之差成正比；與工作油液的動力粘度成正比；轉矩與兩摩擦片的角速度差Δω=ω1-ω2成正比；與油膜厚度δ成反比。

【參考文獻】

[1]邵威.液體粘性傳動摩擦副的研究[D].浙江：浙江大學，2005.

[2]張以都.液體粘性軟啟動過渡過程的研究[J].機械科學與技術，2002，21（2）：185-187

[3]張以都，張啟先.液體粘性軟啟動裝置的啟動特性研究[J].北京航空航天大學學報，2002，28（5）：578-560.

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[責任編輯：楊玉潔]