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1、第 坞 卷第 2期 2 0 0 2 年 4 月 机械设计 与研究 Ma c b 2 n e Di g n ma d R e s e a r c h 1 8No 2 Ap t 加0 2 文章编号： 1 0 0 6 2 3 4 3 ( 2 0 0 2 ) 0 2 0 0 4 9 0 2 滚针 离合器轴承摩擦角的优化设计 陈方犬。 ， 金卫华 ，陈晓阳。 ( 1上海大学， 上海2 0 0 0 7 2 ； 2 解放军镇江船艇学院， 镇江2 1 2 0 0 3 ； ) 摘要： 主要针对冲压套圈滚针 离台嚣轴承中， 与套圈配对的雍针和轴的设计问题 在不改变套圈几何尺寸的 条件下 从理论上分析了滚针和轴半径
2、的变化对雍针离台嚣轴承锁紧面摩擦角的影响， 井用计算机进行敷值分析 及优化 得 出不同轴半径下所能得到的最大摩擦 角设计值及对应的滚针半径。 关键词： 冲压套圈； 滚针离台器轴承； 锁紧面； 摩擦角 中图分类号： THl l 3 ； T H1 1 7 文献标识码： A 冲压套圈滚针离台器轴承是一种既能单向旋转， 起支承 作用， 又能反向传递一定扭矩的兼有离台器和轴承作用的新 型复合功能轴承：文献 1 和 2 初步介绍了该种轴承结构 并对其自锁条件进行了分析； 文献 3 针对冲压外圈的锁紧 斜面尺寸难以修改的前提下 用几何法定性分析了与其配用 的滚针及轴的几何尺寸变化对牵擦角的影响。本文在几何
3、法分析的基础上， 采用计算机进行数值分析和优化设计 探 讨了不同轴半径下所能得到的最大摩擦角及对应的滚针半 径值 。 1 自锁机理分 析 1 1机理 如 图 1所 示 ， 在 滚针离合器轴承外圈 图 1 液针离台器轴承工作圈 的内表面加工有精确成型的楔形锁紧斜面， 当轴顺时针方向 或外圈逆时针方向旋转时， 滚针滚人楔面并由箔片弹簧撑顶 锁紧 使得外圈与轴之间楔牢， 从而达到在两者之间传递扭 矩的目的， 轴或外圈均可作为扭矩辅的主动件：反之 滚 针则脱离镄紧斜面处于超越状态而自由滚动。 1 2 自锁条件 ( 摩擦角 ) 的确定 如图 2所示， 由滚针受力状态知， 若要自锁 滚针与外 圈、 轴之间
4、的实际牵擦力 、 必须小于或等于外圈、 轴之 阿的最大静摩擦力， 即应浦足 ： 一 =f a e 一 =f B N B 式中 一滚针与外圈间的最大静摩擦力 F 一 滚针与轴问的最大静摩擦力 滚针与外圈问的静摩擦系数 滚针与轴间的静摩擦系数 由文献 1 的分析知其自锁条件为 l 口 2 a r c t g f A ( 当 ) I n 2 a r c t g f B ( 当 j 从 圉 2知摩擦角 口=a 2， 对 于钢一钢接 触副 牧稿 目期： 2 0 0 1 0 6一】 6 系数在 0 1 -0 1 5之间 故 设计时一般取 =8 。 l 0 。 ， 即取 =4 。 5 。 。若 a ( )
5、过小， 则传递扭矩 时， 滚针 与外圈或轴之间不易楔紧， 而无法 自锁； 若 a ( 口 ) 过大， 则反向时滚针难以脱离锁 紧斜面。 2 几何参数对摩擦 角的影响 由图 2 ， 根据余弦定理 知 圈 2 滚针工作受力图 ( A 一r ) 。 +( R +r ) 。 _ 二 r ) l页 一 j ， 2 1 轴半径 R的变化对摩擦角的影响 将公式( 3 ) 对 R求偏导得 s 口 ) ( R+r ) 。 + 一( A 一r ) 3 R一 2 ( A r ) ( R +， ) 由于 一r 0 ， ( R r ) 0 ， 所 以 ( 1 )( R+r ) + 0 ( A 一r ) 时， a ( c
6、 o e , a ) O R0 ， 故 口 ( ) 随着 R的增大而减小 ； 随着 R的碱小而增大： ( 2 )( R +r ) +e 2 O ， 所以 ( 1 )( R+r ) ( A， r ) 时 ， a ( c o s a) 0 r 0 ， 故 口 ( 卢 ) 随 着 r的增大而减小； 随着 R的减小而增大。 ( 2 ) 当( R+r ) 3 9 5 ra m II ( R+r ) +e ( A 一r ) 0 时， 摩擦角 随着R的增加而减小。 从图 4可 以看 出 当 r=0 7 4 5 ln m 时 ， 有最大值 4 2 3 。 ； 当 r 0 7 4 5 n m 即 ( R+ r
7、) ( 一r ) 时， 摩擦角 口 随着 r的增 大而 增 大； 随着 r的减小而 减小 。 以上数值计算结 果与理论分析结果相 一 致 。 3 2 优化设计 为了便于在工程 设计 中更有效 地选 择 轴半径 R ( ram) ( A =5 4 8 ml ， r ：0 7 5 tur n ， ：0 7 mm) 图 3 轴半径 R对摩擦角的影响 屯3 2 1 4 3 g n瞄n黼n倘n稿n铂 5 潦叶 半径， mm) ( A =5 4 8 ram， R=4 t o m， P =0 7 w r a j 图 4 壤针半径 以 摩擦角的影响 轴承几何尺寸， 针对几种不同几何尺寸的冲压套圈， 采用优 化
8、分折的思想 ， 得出了满足工程要求的与套圈配对并在不同 轴半径时所能获得的摩擦角的最大设计值及对应的滚针半 径值。 图5给出了三种系列冲压套圈， 在不同轴半径 R 时所 能获得的最大摩擦角 及相应的滚针半径大小。例如 如 图 5 a 中所示 ， 当 R： 4 1 5 r n r a时， 摩擦角的最大设计值 ：4 1 7 ， 对应 的滚针半径 r =0 6 6 3 mm 另外从圈还可以看 出随着轴半径 R的增大， 对应的摩 擦角最大设计值 卢 r 蛳呈近线性减小， 对应的滚针半径 r也呈 近线性减小 。 4 结论 由于冲压套圈滚针离台器轴承外圈经冲压而成， 成型后 其几何尺寸不易改变=在实际工程
9、设计中， 为了提高轴承工 作稳定性、 传动的平稳性 ， 除了提高加工及安装精度、 改善润 滑条件外 ， 还可 通过选择合适的与之相配对滚针及轴的几 何尺寸及公差 改变其摩擦角 而改善其自锁性能。在尺 寸调整中， 需注意下列问题 ： ( 1 )轴半径 R及滚针半径r的变化对摩擦角的影响， 即 当( R+r ) +F ( A 一r ) 时， 摩擦角 随着R或 r的增 一 R一 8一R r J 【 3&韪& 5 a7 5 4盘45 轴 邑 扣呻 ( a ) A =5 4 8 n n ， =0 7 ram + 啮 I 46 t 2 t 38 - - d _ r k l I &呖&3 a蜀38诉 b )
10、 A =6 5 0 r r m a ， ：0 7 5 r n m + x 一n 6 4 2 4 a8 、 目 非 盖 蒜 a诉a3 3西 B土晒 ( c ) A =8 0 mm， =O 8 5 ram 图 5 最丈摩擦角与轴 滚针半径对照图 大而 减 小 ； 随着 R 或 r 的 减 小 而 增 大 当( R +r ) + ( A 一r ) 时 口随着R或 r的增 大而增大； 随着 R 或 r的 减小 而 减 小 = ( 2 )当轴半径 R 不变 时 ， 改 变滚 针 半径 的大 小 ， 或 滚针 半径 r不变而 改变 轴 半 径 时 ， 实 际上是通过改变滚 针与楔形 面的啮合 点的位置而引
11、起摩 擦角 大小 发 生 变 化。由于滚针活动 空间橇缝 的限制 ， 因而其调整范 围是 极有 限的。 ( 3 )轴半径减 小的同时滚针半径 增大， 得到最大摩 擦角 值增 大， 即单个滚针与套圈 的摩擦力增大， 然 而由于内幅西半径 的变化将会引起滚 针数 的减少， 从而 可能会使整个离台 器轴承所承受的反向摩擦力矩减小。因此， 在工程设计中还 应从整个离台器轴承获得最大反向力矩来综合考虑摩捧角和 轴半径 滚针半径的大小， 以保证在超越时滚针能脱离锁紧面 条件下获得最大传动力矩 从而增加反向传动的可靠性。 参考文献： 1 王冠兵， 唐开义 曹存厚 冲压外圈超越离台器瘴针轴承结构及 其自链条件
12、轴承 J 1 9 9 3 ， ( 6 ) ： 2 -3 2 张劲松 杨盂祥 新型摩托车电启动单向超越离台器 J ：轴承， 1 9 9 6 ( t 2 ) ： 4 5 3 陈晓阳， 陈方犬， 张森 影响滚针离台器轴承摩擦角的几何因素 。 J ： 轴承， 2 0 0 0 ， ( 1 2 ) ： l 3 作者简介： 胨方犬( t 9 7 3 一) 男， 上海太学机电工程与 自 化学 院硕士研究生， 主要从事滚对轴承摩擦学特性研究 一 万 华夏 儿 女 期盼 l 海“ 中博” 成功 上 “ 碡 8 6 4 2 4 8 0 目 B 强* 髂 “ “ 靴 避g - 一 _ ) 鞲 一 】龟般蜡越 维普资讯 http:/