提高滚柱式超越离合器中弹簧的使用寿命洛阳轴研科技股份有限公司创新方法课题组
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摘要:目前,滚柱式超越离合器中弹簧在滚针的冲击振动下,过早的发生塑性变形和疲劳现象,最终致使弹簧发生断裂而失去应有的作用。基于上述问题案例,采用了ARIZ85解决工具,建立分析了问题模型,确定了最小问题,定义了三级IFR、物理和技术矛盾,利用创新原理14:曲面化原理和创新原理21:减少有害作用时间的原理,调用了系统物场资源,最终获取了方案13项。最终筛选出最优方案组合为改变滚柱式超越离合器中外星轮的形状,设计限位结构,并采用新型弹簧结构,提高弹簧的抗冲击能力,提高了弹簧的使用寿命。

一、问题描述

滚柱式超越离合器常见结构上包括外星轮、滚柱和弹簧。其中,外星轮常加工成楔形工作面,来实现离合器的接合和脱开功能。目前结构的缺点是当超越离合器中的外圈超越时,滚柱在惯性力的作用下,会过度压缩弹簧直至弹簧压并,在多次的冲击压缩下,严重影响了弹簧以及整个离合器的使用寿命。

二、解题过程

运用ARIZ85解决工具,采用工程语言描述了初始问题,建立了问题模型,找出了系统焦点问题,同过描述了最小问题,定义了描述最小问题,定义了矛盾组件对,画出技术矛盾示意图,选取主要的技术矛盾,激化矛盾,引入X元件,应用标准解等步骤分析了现有问题,得到了方案1在滚柱式超越离合器中引入保持架。

通过定义操作区域和操作时间,寻找了物场资源,分析了问题模型,利用创新原理14:曲面化原理和创新原理21:减少有害作用时间的原理,得到了方案2通过对滚柱式超越离合器中外星轮进行曲面化结构形状设计,减少滚柱对弹簧的作用时间。通过描述、强化IFR1,描述宏观和的物理矛盾和描述IFR2,应用标准解达到了方案3和4。

通过运用小人法得出方案5采用新型弹簧结构,提高弹簧的强度。IFR法、物质跟物质组合后的资源、虚空或虚空与物质的组合、派生资源、电场以及场和对场敏感的物质等物场资源,获得了方案6~11。通过信息库的查询,运用类似问题方案、分离方法和自然现象或效应来解决问题,获得了方案12和13。基于工程实际,建立了方案评价模型,针对以上方案进行了评价,获取了最优方案,通过组合最优方案,获得了最终方案。经试验验证,提高弹簧使用寿命的最优方案满足要求。

三、最终方案

最终方案:改变滚柱式超越离合器中外星轮的形状,设计限位结构,采用新型弹簧结构,提高弹簧的抗冲击能力,提高了弹簧的使用寿命。

优点:

(1)在滚柱式超越离合器的外星轮上设计有“限位结构”,通过限制滚针在惯性力的作用下的后退距离,保护弹簧始终在允许压缩范围内,不会出现弹簧压并现象,从而提高了弹簧以及整个超越离合器的使用寿命。如图1所示为目前和最终方案示意图。

(2)采用新型弹簧结构形式,提高弹簧的强度和耐冲击能力。由目前的Z字形弹簧改为K字形弹簧。Z字形弹簧的抗惯性冲击能力相对较差,且在多次冲击振动后易发生疲劳断裂。而K字形弹簧更安全可靠,且对滚针的整体受力较均匀,有利于保证超越离合器在啮合时所需的弹簧力以及在超越脱开时的耐冲击力。如图2所示为目前和最终弹簧结构示意图。

综上,此最终方案经试验验证,在滚柱式离合器使用过程中,保护了弹簧免于过度压缩,弹簧的强度得以改善,提高了滚柱式超越离合器中弹簧的使用寿命。

四、创新点

(1)滚柱式超越离合器中外星轮凹槽中设计有限位结构,限制了滚柱在惯性力作用的行程距离,提高了弹簧的使用寿命。

(2)设计了一种新型弹簧结构形式,使弹簧对滚针的整体受力均匀,提高了弹簧的抗冲击能力。

五、形成的知识产权情况

注:专利类型包括国内实用新型、国内发明、国际专利

六、应用情况及范围

采用最终方案的产品,解决了弹簧被的过度压缩,提高了弹簧的使用寿命,通过试验验证,其性能和寿命满足主机使用要求,目前已在多个离合器产品上得以应用。

七、产生的经济效益或社会效益

目前该方案已在其它型号滚柱式超越离合器上广泛采用,为同类离合器产品提供经验支持,同时也提高了公司离合器设计开发水平。