专利名称:具有ω阀和组合弹簧的油膜调速离合器的制作方法
本发明属调速离合器。
油膜调速离合器，又称滑差离合器，Ω离合器，调速离合器，是一种利用液体粘性传递动力和进行调速的新型离合器，它可以通过控制主动轴和从动轴之间的摩擦片的结合程度，在大范围内实现无级调速。所有需要变负荷运转的机器，均可用油膜调速离合器达到变速运转和实现节能的目的。例如一台驱动电机功率和25KW的水泵，采用油膜调速离合器调速后，与采用阀门调节相比可节省电能12%到45%。它的运用还能使机器寿命延长，生产能力提高，具有很大的经济效益。
如何以具体的技术方案实现调速？如何使输出轴的转速稳定？这是油膜调速离合器的技术关键。但在已有的技术文献中，对此均未见详细叙述，只是原理上的一般叙述，未能解决工程实践问题。因此，在研制油膜调速离合器的过程中，要进行大量的试验和凭经验凑合各个参数的匹配，工作量大，周期长，且达不到理想的效果。本发明的目的，在于从理论和工程实践的角度，解决油膜调速离合器的上述技术关键，使这种新型调速传动装置的商品化变为可能。
图1是本发明的油膜调速离合器的原理图。油膜调速离合器具有主动轴(1)和从动轴(6)，分别支承在轴承(7)上，润滑油充满摩擦片组(2)，借助摩擦片之间的液体粘性摩擦，使主动轴带动从动轴迥转。摩擦力矩的大小，则取决于控制活塞(4)与摩擦片间的结合程度(即油膜厚度)。图1中PL代表润滑油路的压力，PC代表控制油路的压力。
本发明的技术特征在于，这种油膜调速离合器具有Ω(欧米伽)阀(3)和组合弹簧(5)。这是实现油膜调速离合器无级调速和稳定运转的两个关键部件。
图2是Ω(欧米伽)阀的结构简图。它由阀体(11)、阀芯(12)、阀盖(13)及连接件组成，它装在从动轴上并与之一起旋转。阀芯沿径向布置并可沿径向往复移动，当从动轴转速超过要求值时，阀芯在离心力的作用下向外移动，从而接通泄油孔(14)，控制活塞的油压降低，亦即给出一个要求从动轴减速的反馈信号。同时，油压的降低导致控制活塞轴向推力的减小，活塞向右移动，摩擦片间的结合程度降低，从动轴减速，因而能使从动轴保持在要求的转速上稳定运转。
Ω阀的阀芯下端，有一个直径为d3的短圆柱体(15)。在圆柱体下端有一个直径为d2的油腔(16)。短圆柱体的高度l1可取为约等于泄油孔(14)的直径d5。在阀盖(13)上，可设有环形油腔(17)，油腔(16)和(17)分别通过油路(18)和(19)与控制活塞的高压腔接通。Ω阀的各结构尺寸，可按照流体连续流动条件和比例搭配得当的原则进行设计，建议各尺寸间的关系为阀芯高度l＝(1～3)d1，d2＝(0.5～0.6)·d1，d3＝(0.2～0.4)d1，l1＝d5;阀芯在阀体内的移动行程S≤d25/(4×d2);d3≤d21- d25]]>。另外，阀芯材料推荐采用结构钢。
阀芯直径d1(mm)和阀芯质心G的迥转半径R(mm)的乘积值，可按照保证Ω阀与油膜调速离合器负载转速相匹配的原则，根据额定工作转速n(r.p.m)和控制油压Pc(kgf/cm2)，通过计算求得或利用由严格理论分析和计等得到的Ω阀性能线图查取。图5是用来求得d1×R值的Ω阀性能线图的示意图。
有了d1×R值，可根据油膜离合器的总体结构确定Ω阀的位置，亦即确定R值，从而也就确定了d1值。也可以先确定d1，再由d1和d1×R值求得R值。d1值确定后，根据上面建议的尺寸比例关系，即可求得各个结构参数。
阀芯的构造也可以采用其他稍微不同的形式，图3所示是空心阀芯，在阀体中心开有一个轴向通孔(21)，使Ω阀的上下油腔沟通，因而油路(19)可以省去。图4所示的阀芯除是空心外，在其轴向通孔(21)上端还设有一个节流孔(11)，利用节流孔的节流作用，可使阀芯的移动更加平稳。当然还可以有其他构造形式，但基本构造和基本设计计算方法都是一样的，不一一赘述。至此，Ω阀的设计任务，即告完成。
本发明的另一关键部件是组合弹簧(5)。从Ω阀得到的转速信息反馈信号，必需通过控制活塞的与之相应的移动来实现控制。控制活塞运动的执行机构，常采用弹簧。要求与Ω阀相协调的活塞运动规律和相应承载能力的变化都是非线性的。而一般弹簧的力与变形呈线性，二者不协调，影响调速性能和承载能力。而要制造非线性弹簧，受工艺和材料的限制，又难于实现。本发明采用两个线性弹簧巧妙地组合，使之既能随同Ω阀进行调速，又能按设计要求提高承载能力，充分发挥油膜调速离合器的功能。
组合弹簧由两个刚度系数不同，长度不等的圆柱螺旋弹簧并联或串联组合而成。一个油膜调速离合器可设有一个或几个(例如3～6个)，它们均匀地装在油膜调速离合器控制活塞后侧。组合弹簧的刚度系数和结构参数的确定，与油膜调速离合器负载及转速的变化规律相匹配，当控制活塞在控制油压作用下移动到与Ω阀反馈信号相适应的位置时，组合弹簧的作用力恰好使控制活塞处于平稳状态。
串联组合与并联组合两种形式相比，并联组合可获得更为合理和紧凑的结构，因而推荐采用并联组合形式。串联组合弹簧的计算原则和计算方法，与并联组合弹簧类似，故下面只对并联组合弹簧的设计加以说明。
并联组合弹簧可由两个直径不同的圆柱螺旋弹簧套装组成，两个弹簧的支座端齐平，刚度小者长度大。其刚度系数和结构参数可按以下方法进行计算。
设摩擦片数为m，组合弹簧数为j，柔性弹簧的刚度系数为K1，其长度为L1，刚性弹簧的刚度系数为K2，其长度为L2，与Ω阀及负载转速相匹配的控制油压为PC，控制活塞承压面积为A，摩擦片间油膜产生轴向力为F，Ω阀调速范围为i＝i1到i＝i2，而i1＜1，i1＞i2，i2＞0，与调速比i1相适应的油膜厚度为h1，h2值根据制造水平和加工质量来确定。
一、负载为恒扭矩令 L2＝L0+△L2△L2-最大工作负载下刚性弹簧的变形量。
则 △L2＝(m-1) (1-i2)/(1-i1) h1令 L1＝L0+△L1
△L1-最大工作负载下柔性弹簧的变形量，其值根据装配条件确定。
柔性弹簧刚度系数K1K1＝ (Pc(i=i2)A-F(i=i2))/(j(L1-L2))式中PC(i＝i2)-表示调速比i＝i2时的控制油压。
F(i＝i2)-表示调速比i＝i2时的油膜轴向力。
刚性弹簧的刚度系数K2K2=PC(i = i1) A - F (i = i1)- j k1〔△ L1- (m - 1 ) k1〕j (m- 1 ) h1〔i1- i21- i1〕]]>二、负载为变扭矩，适用于离心式工作机L1＝
+△LJL2＝L0+△L2其定义与上述一相同，只是按组合弹簧长度分为二个区域，其调速范围分别为i＝i1～i2和i＝i2～i3，而i1＜1，i1＞i2，i2＞i3，i3＞0。
△L2＝(m-1)h1(1-i2)/(1-i1) ( (i1)/(i2) )2柔性弹簧刚度系数K1K1＝ (PC(i=i2)A-F(i=i2))/(j(L1-L2))刚性弹簧的刚度系数K2
K2=PC(i = i2) A - F (i = i1)- j k1〔△ L1- (m - 1 ) h1〕j (m- 1 ) h1〔i21- i22- i21i2+ i1i22(1- i1) i22〕]]>三、负载为变扭矩，非离心式工作机，需要根据工作机的特性对组合弹簧进行设计。
由此可见，上述Ω阀和和组合弹簧的设计计算方法，既基于严格的理论分析，又以一种实用的形式给出，简单易行，容易掌握和推广，一般技术人员均能胜任。
本发明所提出的油膜调速离合器，由于具有性能良好的Ω阀和组合弹簧，可以完美地实现调速并且运转稳定，能适应于各种不同的负载情况，是一种新型的调速传动装置。这种装置可用于工程机械，矿山机械、船舶，风机水泵，机床等各种机械中作为传动和调速装置，可收到提高生产能力，延长使用寿命，节约能源，降低成本等明显效果。这种装置如作为专门配套部件由专业厂大量生产，定有广阔的市场。
权利要求
1.一种油膜调速离合器，具有主动轴(1)、以动轴(6)、摩擦片组(2)、控制活塞(4)和轴承(7)等，其技术特征是，它还设有Ω阀(3)和组合弹簧(5)。Ω阀由阀体(11)、阀芯(12)、阀盖(13)及连接件组成，它装在从动轴上并与之一起旋转。阀芯沿径向布置并可沿径向往复移动，当从动轴转速超过要求值时，阀芯在离心力的作用下向外移动，从而接通泄油孔(14)，控制活塞的油压降低，亦即给出一个反馈信号，通过控制活塞和组合弹簧改变离合器摩擦片间的结合程度，从而使从动轴减速，使之在规定的转速下稳定运转。组合弹簧可有1个或几个(例如3～6个)，它们均匀地装在油膜调速离合器控制活塞后侧。每个组合弹簧由两个刚度系数不同和长度不等的圆柱螺旋弹簧并联或串联组合而成。组合弹簧的刚度系数和结构参数的确定与油膜调速离合器负载及转速的变化规律相匹配。当控制活塞移动到与Ω阀反馈信号相适应的位置时，组合弹簧的作用力恰好使控制活塞处于平衡状态。
2.如权利要求
1所说的油膜调速离合器。其技术特征是它的阀芯直径d1和阀芯质心迥转半径R是按照保证Ω阀与油膜调速离合器负载转速相匹配的原则，根据额定工作转速n和控制油压PC，通过计算或用Ω阀性能线图确定的。在所说的阀芯下端设有一个直径为d3的短圆柱体，在圆柱体下端有一个直径为d2的油腔。所说的Ω阀的结构参数，可按满足流体连续流动的条件来设计。
3.如权利要求
1、2所说的调速离合器，其技术特征是，所说的组合弹簧是由两个刚度系数不同和长度不等的圆柱螺旋弹簧并联或串联组成的。串联组合弹簧的二个弹簧的支座齐平，刚度系数小者长度大。此二弹簧的刚度系数和长度值是根据油膜调速离合器的承载能力，工作转速n，控制油压PC，装配间隙，通过计算确定的。
专利摘要
具有Ω阀和组合弹簧的油膜调速离合器，属调速离合器技术领域：
。用装于从动轴并与之一同回转的Ω阀作为调速的信息反馈装置，利用由普通线性弹簧串联或并联而成的组合弹簧，使控制活塞移动到规定位置，以得到所要求的油膜调速离合摩擦片间的相应结合程度，达到调速且能稳定运转的目的。本发明可作为各种机械的传动和调速装置，达到减少能耗，延长寿命，提高生产力，降低成本的目的。
文档编号F16D43/284GK86100396SQ86100396
公开日1987年7月29日 申请日期1986年1月14日
发明者董勋, 黄文伟 申请人:上海交通大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan