液粘调速离合器传递转矩计算与研究

温成卓　刘红

【摘 要】本文阐述了液体粘性传动调速离合器的基本工作原理。对离合器的主要工作部件—摩擦片进行了数学建模分析，得出两摩擦片间传动转矩的数学表达式，并得出影响传递转矩大小的主要因素。

【关键词】液粘调速离合器；传递转矩；摩擦片

液粘调速离合器是依据液体粘性传动而设计的一种调速装置，以其独特传动方式，优越的传动性能以及节能降耗的功效，越来越受到人们的关注。液粘调速离合器广泛应用在风机、水泵、带式输送机等大功率的重型设备上，节能降耗效果明显。

1 液粘调速离合器传动基本原理

液体粘性传动基于牛顿内摩擦定律，其工作原理如图1所示，在两个平行的平板间充满牛顿流体，形成厚度为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运动，粘附在上平板表面的流体将以速度v运动，由于液体粘性的作用，远离上平板的流体运动速度将逐渐减小，直至到下平板表面速度减小为零。

需要指出，转矩计算公式（6）是假设摩擦片为平面的情况下得出的，而实际的摩擦片上有不同形式油槽，油槽会减小有效的剪切作用面积和所传递的转矩。从公式中可以得到以下结论：

（1）所传递的转矩T与摩擦副对数n成正比，因而可通过增加摩擦片数量来增加传动转矩的能力。但摩擦片数目过多，会增加轴向尺寸，同时最小输出转矩和最小输出转速都将增大。

（2）由于转矩与圆盘油膜有效作用外半径r2和内半径r1的四次方之差成正比，故增加r2或者减小r1都能极大的增加液粘装置传递的转矩。但受到液体粘性传动装置径向尺寸和内部结构尺寸的限制，不能够随意的增加或减小r2和r1。

（3）工作油液的动力粘度μ越大，传递的转矩越大。但高粘度的工作油液会使润滑和控制系统的阻力加大，增加油泵的功率损耗和工作油液的发热。因此，宜采用粘度不高的汽轮机油或者液压油，同时采用强制循环冷却的方式使油温控制在合适的范围内，以减小温度变化对粘度的影响。

（4）转矩与两摩擦片的角速度差Δω=ω1-ω2成正比，（下转第66页）（上接第50页）通常在使用中ω1为变量，ω2为变量。设液体粘性传动离合器输出转速与输入转速的比值为i，则Δω=ω1-ω2=ω1（1-i）。在不同油膜厚度下（δ1<δ2…<δ8）转矩T与转速比i的关系曲线见图3。

（5）转矩与油膜厚度δ成反比，通过调节油膜厚度δ的大小可以改变转矩和转速。在不同角速度差下（Δω4<Δω3<Δω2<Δω1）转矩T与油膜厚度δ的关系曲线见图4。设计时所选定的最大油膜厚度值越大，则最小输出转矩越小，最小输出转速越低。可见，增加最大油膜厚度可以是液粘装置的调速范围变大，但会使结构的轴向尺寸增加。

3 结论

通过对液体粘性传动基本原理的分析可知，控制平板间的距离，就可以调节两平板间传递的剪切应力。对液粘调速离合器的摩擦进行数学建模可知，液粘调速离合器传递的转矩与摩擦副对数成正比；与圆盘油膜有效作用外半径r2和内半径r1的四次方之差成正比；与工作油液的动力粘度成正比；转矩与两摩擦片的角速度差Δω=ω1-ω2成正比；与油膜厚度δ成反比。

【参考文献】

[1]邵威.液体粘性传动摩擦副的研究[D].浙江：浙江大学，2005.

[2]张以都.液体粘性软启动过渡过程的研究[J].机械科学与技术，2002，21（2）：185-187

[3]张以都，张启先.液体粘性软启动装置的启动特性研究[J].北京航空航天大学学报，2002，28（5）：578-560.

[4]张以都.液体粘性软启动过渡过程的研究[J].机械科学与技术，2002，21（2）：185-187.

[责任编辑：杨玉洁]