电磁离合器承载能力分析

徐奎利

牡丹江富通汽车空调有限公司技术部，黑龙江 牡丹江 157003

1 电磁离合器的结构原理

压缩机使用两种电磁离合器：4极和6极，除极数不同外其结构相似，都由线圈、皮带轮、驱动盘组成。线圈压装在前盖轴径上，皮带轮通过双列角接触球轴承坐在前盖上，驱动盘压装在主轴上。线圈通电后产生电磁力将驱动盘与皮带轮吸合并带动主轴旋转，压缩机工作，线圈断电后驱动盘与皮带轮脱开，皮带轮空转，压缩机不工作。

1.1 磁极

电磁铁有南（S）北（N）两极，同极相斥异极相吸，相吸的两个磁极产生一个吸力，叫一对磁极。压缩机使用两种离合器---4极、6极离合器，4极有4对磁极，6极 有6对磁极。根据电磁理论，线圈通电后产生磁通，我们用磁力线表示，磁力线在磁路材料中沿最小磁阻路线形成封闭回路。皮带轮端面和驱动盘端面有环形隔磁环，所以6极皮带轮磁力线有6次进入驱动盘和6次由驱动盘进入皮带轮，4极皮带轮磁力线有4次进入驱动盘和4次 由驱动盘进入皮带轮。

1.2 气隙

离合器有3种气隙：吸合气隙Δ0----皮带轮与驱动盘端面之间的气隙，Δ0=0.3---0.7，其功用是防止皮带轮与驱动盘摩擦，值大，吸合时克服弹簧力较大，降低驱动扭距，值小，则要提高加工精度。外环隙Δ1----线圈外径与皮带轮内壁之间的径向（单边）间隙。内环隙Δ2----皮带轮孔座与线圈壳间的间隙。理论分析和计算结果证明，80%的磁压降消耗在内外环隙中，所以要降低内外环隙，通常取Δ1、Δ2≤0.5。

2 影响离合器乘载能力的关键因素——皮带轮、驱动盘端面的平面度

电磁离合器是摩擦力传递扭距的，因而皮带轮端面与驱动盘端面是否贴合良好，对离合器乘载能力影响重大。笔者做了4组不同组合平面的对比试验，试验条件虽然简单，但平面状况的影响是明响的，一组皮带轮端面中凸0.04与驱动盘端面中凹0.045，乘载能力最高。因为皮带轮端面与驱动盘端面构成一对良好的贴合面，二组正好相反，是中凸对中凸，形成小面积接触，乘载能力最小，三与四组为中凸0.01对中凸凹0.02乘载能力一般。在设计上，要求皮带轮和驱动盘工作端面的平面度小于0.05，对皮带轮一般为凹0.01～0.03。问题较多的是驱动盘，它刚性差，有铆接应力，铆合后有变形，铆钉处低，两铆钉连线的中点处凸起，整个平面形成3个突起的复杂曲面，这对传递扭距是很不利的。

为提高平面度，采取如下措施：

1）增加驱动盘厚度：如果厚度增为4.9±0.1则驱动盘刚度可增加6级40%、4级17%。

2）控制弹黄片、驱动盘和传动盘孔距和孔径精度，减少铆合变形。

3）减少装配、搬运、安装、维修过程中因外力引起的驱动盘变形，变形对乘载能力影响重大，常见变形有两种：

（1）驱动盘扭曲，驱动盘与皮带轮端面只有个别点或小面积接触，不能传递扭距。

（2）偏摆或缩入，驱动盘与皮带轮端面空转时接触，驱动盘被磨去一角，通电后驱动盘与皮带轮接触不良，无法工作。

3 安匝数的影响

线圈匝数n与电流A的乘积叫安匝数，在相同条件下，离合器乘载能力与安匝数的平方成正比，通常电压是给定的，要增加安匝数只能增加漆包线直径，如果漆包线直径不增加，只增加匝数是不能增加安匝数的，因为匝数增加，线圈电阻也同比例增加，安匝数不变。

4 驱动盘大小的影响

驱动盘大，则磁极面积大，力臂也大，因而能传递很大扭距。

5 气隙大小的影响

前面定性地分析气隙大小对承载能力的影响，如何计算这种影响呢，下面举电工学中实例。已知磁通φ=3×10-3Wb，铁心材

料D21，衔铁材料铸铁，求安匝数及吸力。这是已知磁通求安匝数和吸力，是顺解，解法为。吸力：F=0.5B2S/µ0 N

式中：B为磁感应强度（Wb/m2） ；S为磁极面积（m2）；µ0为空气磁导率µ0=4π×10-7。

将试验数据代入得2F=0.8B2S×106=0.8×12×3×10-3×106=2400 N

综上述，可以写出离合器乘载能力公式；M=0.4B2SnfR×106 N.m

式中：n为离合器极对数，4极n=4，6极n=6；f为摩擦系数，f=0.3 见‘机械设计手册’上册第一分册 化学工业出版社；R为驱动盘平均半径（m）。气隙中磁压降很大，磁感应强度降低，因而乘载能力迅速下降，计算结果证明了这一点：内外气隙均为0.45mm时，扭距为44N.m，内外气隙均为0.55mm时，扭距为32N.m，下降27%，内外气隙均为0.65mm，扭距为25N.m，下降43%。

6 低电压、高温的影响

在正常况下，离合器的设计能力可以满足要求，但下列清况可能例外。

1）电压不足，假设线圈额定电压12V，实际电压为10V，根据欧姆定律，线圈电流下降为10/12=0.83，磁感应强度下降为0.832=0.69，设额定扭距M0=40N.m，电压10V时M=0.69M0=27.6N.m；

2）高温，若室温电阻3.06Ω，1150C时为4.24Ω，假定线圈实际工作温度1000C，则电阻为3.06+（4.24—3.06）×100/115=4.09Ω，由于电阻增加，电流减少至3.06/4.09=75%，可以近似地认为扭距降为0.752M0=22.4N.m。