在壳体内填充硅油时,对叶片内径到外径积分,可求得其传递的剪切转矩为:
Tq?2n?r2??s?s??r3?4dr
4Tq?n??s?s??(r2?r1)?
式中:n——内叶片数;
??——??=?1-?2;
r2——内叶片外半径; r1——外叶片内半径;
3.2影响粘性联轴器传递转矩的因素
从以上可看出,粘性联轴器传递的剪切转矩是与多种因素相关的,?S,VS是硅油的物理特性,它是与硅油的温度有很大关系的参数;n,r1,r2,λ是粘性联轴器的结构因素,是与联轴器的结构有很大关系;Δω是粘性联轴器的输入转速差,它决定了硅油的剪切率。
3.2.1硅油对传递转矩的影响
粘性式限滑差速器依靠液体粘性剪切来传递动力和转矩,其传动机理基于牛顿内摩擦定律。为了实现粘性式限滑差速器的限滑转矩传递特性,对于传动液体的剪切率的特性要有很高的要求。
1.硅油良好的物理性质
选择硅油作为粘性式限滑差速器传递转矩的工作介质,是因为其具有良好的物理化学性质,归结起来,有如下几方面
a.粘度范围广,高至上百万Cst,低至几百Cst ;
b.粘温特性好,其粘度指数在170Cst以上,工作温度高达250?C,凝固点低达-70?C。与
c.化学性质稳定性好,抗热酸碱,对塑料、橡胶和油漆不起膨化作用; d.热稳定性好,蒸汽压低,挥发度小,耐高压; e.抗氧化性能好;
12
f.抗剪切性能好;
g.常压下,不易溶于其它物质。
硅油的另一个重要性能特点是其表面张力低,在25?C时,甲基硅油的表面张力为
(16~21)?10?3Nm,而水为72?10?3Nm,它在金属表面能够迅速蠕动和扩展,利于硅油在叶片间的流动以及传递转矩的平稳性,但同时给密封带来一定的难度。
2.影响硅油特性的因素
由于硅油粘度对粘性式限滑差速器的转矩传递特性有很大影响,同时,温度、剪切率对粘度变化也有影响。
a.温度对硅油的影响
粘性联轴器是靠输入输出轴的转速差来工作,因此必然存在损失功率,所以在工作过程中会产生热量使硅油温度升高。随着温度升高其粘度会有所降低,特别是高粘度硅油,其粘度随温度升高下降的要更快。一旦硅油粘度降低,传递的剪切转矩就要减小。硅油温度太高还会使硅油的物理化学性能发生变化,使粘性式限滑差速器失去原有的性能而损坏。所以选择硅油时,要依据粘性式限滑差速器的性能、工作条件及散热状况而定。一般来说,虽然粘度较高的硅油随温度及剪切率的升高下降幅度较小,但当粘度过高(?100000cst),硅油接近橡胶状,既不易合成,成本较高,又不易填充。并且硅油粘度越高,使用一段时间后,其粘度衰减的程度越大。
b. 剪切率对硅油的影响
在同样温度条件下,硅油粘度随剪切率的增加而降低。而硅油剪切率S随着叶片半径和转速差的增加而增加。可用下面公式表示:
S=r(错误!未找到引用源。)/λ 其中: r-----叶片半径;
错误!未找到引用源。-----传递转速差;
?----由叶片结构决定的定值
此外,图3-2也在一定程度上反映了剪切率与硅油粘度关系:
13
图3-2剪切率与硅油粘度关系曲线
3.2.2叶片结构对传递转矩的影响
粘性联轴器是靠主动叶片剪切硅油来传递转矩的,因此对叶片的结构进行分析。 1.叶片基本参数分析
由于加工方法及材料强度的限制,叶片的厚度不能太厚,而且粘性式限滑差速器传递大转矩时容易发生扭曲现象,以造成叶片破坏,也同样要求叶片不能太薄,相对于叶片外径推荐的叶片厚度见表3-1:
表3-1 设计用叶片的外径与厚度推荐选用范围 叶片外径(mm) 50~80 80~130 130~160 ?160 厚度(mm) 0.4 0.4~0.5 0.5~0.6 0.6~1.0 由于叶片会发生接触摩擦,因而在选择叶片的材料时,既要考虑材料的刚度,又要考虑材料的耐磨性,同时还要防止叶
14
片在高温下变形,所以叶片要经过特殊的耐磨材料,推荐采用氮化处理。
一般内、外叶片的结构如图3-3,图3-4所示:
图3-3 常见的主动片形状
图3-4 常见的从动片形状
叶片的内径d1和外径d2首先要满足粘性式限滑差速器的结构要求;其次,内外径比
C?d1d2的取值要适当。如果C 值太小,则叶片的摩擦衬面宽度过大,内外径的的圆周速度相差大,滑差时温升差别大,为保证传递的转矩符合要求,势必增加叶片数目,从而增加了粘性式限滑差速器的轴向尺寸。通常兼顾到这两方面,可取C=0.6~0.7。
粘性式限滑差速器叶片平均间隙的大小受制造工艺水平的限制。如能保证叶片在金属加工,热处理后翘曲度小,则叶片之间自然间隙小,此时叶片平均间隙可取较小值。叶片的翘曲度取决于两断面的平行度,叶片的平面度,叶片平面对轴心线的垂直度以及热处理时的变形量等。一般叶片平均间隙为0.1~0.3mm。
2.动片设计时应遵循的原则:
a.取从动片的外径与主动片的内径进行计算有效的接触面积。这是因为主动片的外径略大于从动片的外径,而从动片的内径略小于主动片的内径;
b.合理选择花键的规格,以保证主、从动片的外、内花键具有足够的剪切强度和弯曲强度。
15