background image

- 1 - 

CHAPTER TEN 

FRICTION CLUTCHES 

The word clutch is a generic term describing 

any one wide variety of devices that is capable 

of causing a machine or mechanism to become 

engaged or disengaged. Clutches are of three 

main types: 

1.  Positive or jaw clutches, Figure 10.1 

2.  Friction clutches 

3.  Hydraulic clutches 

  

The friction clutches of the following types are 

important from the subject point of view: 

1.  Disc or Plate Clutches 

2.  Cone clutches 

3.  Centrifugal clutches 

 

10.1 Plate Clutches 

In  a plate clutch,  the  torque is  transmitted  by  friction 

between  one  or  more  pairs  of  co-axial  annular  faces 

maintained  in  contact  by  axial  thrust  (force).  Both 

sides  of  each  plate  are  normally  effective,  so  that  a 

single-plate clutch has two pairs of surfaces in contact, 

Figure 10.2 

 

10.1.1 Construction 

The basic components of plate clutch are, Figure 10.3: 

1.  inner plates: which are friction discs connected to the driving shaft so that they 

are freely to slide axially in inner grooves, as shown in Figure 10.3b 

Figure 10.1: Jaw clutches 

Figure 10.2: Single-plate clutch 


background image

- 2 - 

2.  outer plates: which are friction discs connected to the driven shaft so that they 

are freely to slide axially in outer grooves, as shown in Figure 10.3c 

3.  toggle  mechanism:  which  is  a 

mechanism  used  to  apply  axial 

thrust (force) on the plates, so that 

they  are  maintained  in  contact 

during engagement of the clutch 

 

 

10.1.2 Number of pairs in contact (n

If  the  outer  and  inner  discs  have  two 

sides  of  friction  material  (i.e.  two 

effective sides) then: 

If n

= outer discs no., n

2

 = inner discs no. 

 

n

2

 = n

1

 +1  

 

 

 

If n

1

 = 3, n

2

 = 4, n = 3 + 4 – 1 = 6 pairs 

n = 2 pairs in single plate clutch 

 

10.1.3 Maximum transmitted torque: 

Let 

r

1

, r

2

, R:  

Outer, inner and mean radius of  

        friction faces in the disc  

respectively. 

W 

 

Axial thrust (normal force between  

 

 

friction faces of discs) applied by toggle 

 

 

mechanism (by springs. 

T 

 

Maximum transmitted torque for no    

 

 

slipping to be occurred. 

Friction material 

r

2

r

1

r

1

r

2

Toggle 
mechanism 

Inner disc 

Outer disc 

Inner disc 

Outer disc 

Figure 10.3: Plate clutch 

(a) 

(b) 

(c) 

n = n

1

 + n

2

 -1

 


background image

P 

 

Pressure intensity between friction faces 

 

 

during clutch engagement.

µ 

 

Coefficient of friction of contact 

Consider the ring element of one surface of contact:

The differential area of ring element is

dA = 2

π rdr 

The differential normal force is 

dW = 2

π P rdr 

The total force: 

 

 

 
The differential friction force is 
dF

r

 = 

µ dW 

 
Then the torque in the ring element is
dT = r dF

r

2

µ

P

π r

2

dr  

 
The total maximum torque for no slipping is

 

 

 

10.1.4 Theories used in the analysis of Friction clutch

1. Uniform pressure theory 

This  theory  is  applicable  for  new  clutches,  in  which  the  pressure  intensity  between 

friction faces is assumed to be constant.

      P = constant 

  

 

 

 

 

 

=

1

2

2

r

r

rdr

P

W

π

=

1

2

r

r

2

dr

Pr

T

µ

=

1

2

2

r

r

rdr

P

W

π

)

r

r

(

P

W

2

2

2

1

=

π

=

1

r

r

2

dr

r

P

T

µ

Pressure intensity between friction faces  

 

 

 

 

during clutch engagement. 

Coefficient of friction of contact surfaces. 

Consider the ring element of one surface of contact: 

The differential area of ring element is 

Then the torque in the ring element is 

The total maximum torque for no slipping is 

 Theories used in the analysis of Friction clutch 

This  theory  is  applicable  for  new  clutches,  in  which  the  pressure  intensity  between 

friction faces is assumed to be constant. 

 

 

  

 

 

      

 

 

 

 

This  theory  is  applicable  for  new  clutches,  in  which  the  pressure  intensity  between 


background image

- 4 - 

for one surface of contact 

 

 

 

 

 

 

 

     

for n pairs of surface of contact 

 

          or in terms of W

 

for n pairs of surface of contact 

 

 

2. Uniform wear theory 

This theory is applicable for old clutches, in which the wear in the friction material is 

assumed to be constant 

i.e. 

wear = constant 

but   wear 

α

 pressure * velocity, 

velocity = 

ω

*r, 

ω

 = constant 

 

P*r = c 

where c is any constant 

 

 

 

and 

 

 

 

 

or 

 

for n pairs of surface of contact 

 

 

n

r

r

P

π

2

T

*

)

(

3

3

2

3

1

=

µ

=

1

2

2

r

r

dr

c

W

π

)

(

2

2

1

r

r

c

W

=

π

=

1

2

r

r

rdr

c

T

µ

)

(

2

2

2

1

r

r

c

π

T

=

µ

n

r

r

W

T

*

2

)

(

2

1

+

=

µ

n

r

r

r

r

W

2

T

*

)

(

)

(

3

2

2

2

1

3

2

3

1

=

µ

P

max 

P

min 

r

r


background image

- 5 - 

or 

 

 

 

 

Example 1: A single plate clutch, with both sides effective, has outer and inner radii 

150 mm and 100 mm respectively. The maximum intensity of pressure at any point in 

the  contact  surface  is  not  to  exceed  0.  Mpa.  If 

µ

  =  0.3,  determine  the  power 

transmitted by a clutch at a speed 2500 rpm.  

Solution: 

Since the maximum intensity of pressure is at the inner radius, therefore for uniform 

wear, 

 

P

max

 * r2 = c 

 

 c = 0.1 x 10

6

 x 0.1 = 10000 N/m 

Axial force: 

 

W = 2

π.c(r

1

-r

2

) = 3141.6 N 

 3142 N 

Torque transmitted: 

 

T = 

µ.π.c (r

1

2

-r

2

2

)*n = 235.65 N.m 

Power: 

 

Power = T.

ω = 235.65 * (2

π

*2500/60) = 61.7 kW 

Horsepower transmitted = 61700/746 = 82.7 h.p  

 

 

10.1.5 Adjustment of toggle mechanism 

Toggle  mechanism  is  used  to  apply  the  required  normal  force  (W).  This  mechanism 

consists  of  links  and  springs,  in  which  links  used  to  control  the  engagement  or 

disengagement of the clutch. During engagement, the links are in position so that the 

spring is compressed to apply a normal force W, but during disengagement, the links 

are in position so that the spring is with their free length. 

Let  

s = spring number 

n

R

W

T

*

µ

=


background image

- 6 - 

k = spring stiffness (N/m) 

 = compressive deflection in the spring (m) 

 

(N) 

 

10.1.6 Worn layers 

During  operation  of  the  clutch,  the  pair  of  surfaces  of  contact  are  subjected  to 

mechanical wear, then the thickness of the plates will decreases and the compressive 

deflection  in  the  springs  of  toggle  mechanism  will  relaxed,  then  the  change  in  the 

thickness of plates will be equal to the relaxation in the springs. 

Let  

t = the change in the thickness of plates 

l = layer thickness worn due to mechanical wear 

 

  

If 

∆W represent the change in normal force 

 

 

 

Example 2: A plate clutch has three discs on the driving shaft and two discs on the 

driven shaft. The outside and inside diameter of the contact surfaces are 240 mm and 

120  mm  respectively.  Assuming  uniform  pressure  and 

µ

  =  0.3;  find  the  total  spring 

load pressing the plates together to transmit 23 kW at 1575 rpm. If there are 6 springs 

each  of  stiffness  13  kN/m  and each  of  contact  surfaces has  worn  away  by 1.25  mm, 

find also the maximum power that can be transmitted, assuming uniform wear.   

Solution: 

ω = 2

π

*1575/60 = 164.9 rad/s 

Torque, T = power/

ω

 = 23000/164.9 = 139.45 N.m 

 
For  uniform  pressure:

 

 

 
 
s = 6 springs; n = 3+2-1 = 4 pairs of contact, i.e. There are 8 layers in contact 

W = k*

∆*s 

t = 2*n*l 

∆W = k*t*s 

N

W

n

r

r

r

r

W

2

T

1245

;

*

)

(

)

(

3

2

2

2

1

3

2

3

1

=

=

µ


background image

- 7 - 

t = 2*4*1.25*10

-3

 = 0.01 m = 10 mm 

∆W = k*t*s = 13000 * 0.01 * 6 = 780 N 

 New axial load 

W

new

 = 1245 – 780 = 465 N 

For uniform wear; 
T = n*W

new

*R*

µ = 4*465*0.09*0.3 = 50.22 N.m 

Maximum power transmitted = T * 

ω = 50.22 * 164.9 = 8.283 kW 

 

10.2 Cone Clutch 

10.2.1 Geometry

 

r

1

 = D/2 outer radius 

 

r

2

 = d/2 inner radius 

 

R = current radius 

 

α

 = semi-angle of cone 

 

S = width of conical surface 

 

R = mean radius 

 

R = (r

1

+r

2

)/2, 

S = (r

1

-r

2

)*cosec

α

 

 

 

 

 

 

 

 

10.2.2 Maximum transmitted torque: 

Consider an element of width (dr*cosec

α

) along the width of cone: 

 

N = normal force between friction surfaces 

 

P = pressure intensity between contact surfaces 

 

F

 

= friction force between contact surfaces 

 

W = axial componenent on the normal force 

W

 


background image

- 8 - 

 

T = maximum transmitted torque 

dN = P*2

πrdr*cosecα 

dW = dN*sin

α 

∴ dW = P*2πrdr 

 

 

 

 

dF = 

µ*dN = µP*2πrdr*cosecα 

and  dT = r*dr = 

µP*2πr

2

 dr*cosec

α 

 

=

1

2

*

cos

*

2

r

r

2

dr

Pr

ec

T

α

πµ

 

  for uniform pressure theory: 

 

 

 

 

  for uniform wear theory: 

 

 

 

where c = P

max

*r

2

   

 

10.2.3 Minimum applied axial force for no slipping (F

a

): 

While  applying  axial  forces,  some  of  them  consumed  in  resisting  the  tangential 

friction surface, as shown 

F = 

µ*N 

F

ta

 = 

µ*N*cosα  (axial component of F

but N = W/sin

α 

F

ta

 = 

µW*cotα 

=

1

2

2

r

r

dr

Pr

W

π

)

(

)

(

*

cos

*

3

2

)

(

2

2

2

1

3

2

3

1

2

2

2

1

r

r

r

r

ec

W

T

r

r

P

W

=

=

α

µ

π

α

µ

π

ec

R

W

T

r

r

c

W

cos

*

)

(

2

2

1

=

=

α

 

Pressure distribution after wear

r

1

r

2

P

max

α

 

F=

µN 

F

ta

=

µNcosα 

α

 


background image

- 9 - 

Required axial force: 

 

 

 
 
Example 3: A cone clutch of the following specification 

R = 0.4 m; 

ω

 = 1300 rpm; S = 0.066 m; 

α = 16°; µ = 0.28; P

max 

= 72 kN/m

2

 

Find:  

a)  maximum power for no slipping; 

b)  minimum  axial  load  required  for  maximum  power  to  hold  the  clutch  in 

engagement. 

Solution: 

R = (r

1

+r

2

)/2 and S = (r

1

-r

2

)*cosec

α 

r

1

 = 0.409 m, and r

2

 = 0.3909 m 

c = P

max

*r

2

 = 72000*0.3909 = 28145.086 N/m 

 

     

 

Power = T*

ω = 1300.6*(2

π

*1300/60) = 177.068 kW 

Required axial force is: 

 

 

 

10.3 Centrifugal Clutches: 

A centrifugal clutch consists of a number of shoes, which can move in radial guides 

and bear on the inside of an annular rim, Figure 10.5. The outer surfaces of the shoes 

are covered with a frictional material, and as the speed rises, the centrifugal force on 

the shoes causes them to transmit power by friction to the rim. 

F

a

 = W + F

ta

 = W*(1+

µ*cotα) 

m

N

ec

R

W

T

N

r

r

c

W

.

6

.

1300

cos

*

8

.

3200

)

(

2

2

1

=

=

=

=

α

µ

π

F

a

 = W + F

ta

 = W*(1+

µ*cotα) = 6.326 kN 


background image

- 10 - 

Springs are fitted to keep the shoes clear of the rim at low speeds and thus allow the 

motor to gain speed before taking up the load. 

Let: 

 

n = number of shoes 

 

F

c

 = centrifugal force on each shoe 

 

F

s

 = inward force on each shoe exerted by  

 

      spring 

 

R = inside radius of rim 

 

µ = coefficient of friction between rim and shoe 

 

k = spring stiffness (constant) 

 

m = mass of one shoe 

 

 r = radius of shoe's mass center  

Net outward force (radial forces): 

 

 

F

s

 = k.

 

and F

c

 = m.r.

ω

2

 

 

where 

Friction force on rim

 

 

F

f

 = 

µ*( F

– F

s

) = 

µ* F

n

 

 

for one shoe 

 
Transmitted torque
 

 

 

 

 

T

sh

 = F

f

.R = 

µ.R.( F

– F

s

) 

for one shoe 

 
The total friction torque is: 
 

 

critical  speed 

ω

c

:  that  speed  at  which 

The 

shoes begin to move toward the rim. 

At critical speed F

c

 = F

s

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 10.5: Centrifugal clutch 

Rim  

Shoe

 

Beam 
spring 

Housing

 

F

n

 = F

– F

s

 

T = n * T

sh

 = n.

µ.R.( F

– F

s

F

c

 = F

s

 = m.r.

ω

c

2

 

 

∴ω

c

 = 

√(F

c

/m.r) 


background image

- 11 - 

Example 4: A centrifugal clutch of the following specification; 

m= 2kg, r= 0.15m, k= 50kN/m, 

= 0.01m, µ = 0.3, ω =60rad/s, R =0.19m, and n = 3.  

Solution:  

 

F

s

 = k.

∆ = 500 N 

 

F

c

 = m.r.

ω

2

 = 1080 N 

 

F

n

 = F

– F

s

 = 580

 N 

 

 

T = n.

µ.R. F

n

 = 99.2 N.m 

 
 

Power = T*

ω = 99.2 * 60 = 5.9 kW 

 

 

Example  5:  In  a  cone  clutch,  the  contact  surfaces  have  an  effective  diameter  of  75 

mm. The semi-angle of the cone is 15

°

µ

 = 0.3. Find the torque required to produce 

slipping of the clutch if the axial force applied is 180 N. This clutch is employed  to 

connect an electric motor, running uniformly at 1000 rev/min, with a flywheel, which 

is initially stationary. The flywheel has a mass of 13.5 kg and its radius of gyration is 

150  mm.  Calculate  the  time  required  for  the  flywheel  to  attain  full  speed  and  the 

energy lost in the slipping of the clutch. 

 

Solution: 

ω = 2π* 1000/60 = 104.72 rad/s 

 

 

J = mass * k

2

 = 13.5 * 0.15

2

 = 0.30375 kg m

2

 

 

 

N

824

.

7

15

ec

cos

0375

.

0

*

180

*

3

.

0

ec

cos

R

*

W

T

=

=

=

o

α

µ

 

For the flywheel, T = J*α  

 

 

∴ 7.824 = 0.30375 * α 

 

 

∴α = 25.758 rad/s

2

 

 

 

∴ Time taken, t = ω / α = 104.72 / 25.758 = 4.065 sec 

Let 

θ

m

  and 

θ

f

  be  the  angles  turned  through  by  the  motor  and  flywheel  respectively 

before slipping ceases. 

Then   

θ

m

 = 

ω * t = 104.72 * 4.065 = 425.68 rad 


background image

- 12 - 

Since the flywheel accelerates uniformly from rest to 1000 rev/min 

 

 

θ

f

 = ½

θ

m

 = 212.84 rad 

Work done by motor = T * 

θ

m

  

Work done on flywheel = T * 

θ

f

 

 Work lost in friction = T (

θ

m

 - 

θ

f

) = 7.824 (425.68 – 212.84) = 1665.2 J 

 

Example  6:  Figure  10.6  shows  one  of  the  four  shoes  of  a  centrifugal  clutch.  The 

contact surface is 160 mm radius and the friction force is 

µ

S, where S is the resultant 

of the normal forces on the surface and 

µ

 = 0.25. The center of gravity is 25 mm from 

the contact surface. The clutch is to commence engagement at 500 rev/min. If it is to 

transmit  20  kW  at  750  rev/min,  calculate  the  corresponding  value  of  S  and  find  the 

mass of each shoe and the pressure of the beam spring on the adjusting screw. If the 

spring has a stiffness of 170 kN/m, find the power transmitted at 750 rev/min when the 

shoes have worn 2 mm, if not adjusted.  

Solution: 

 

 

Radius of c.g. of shoe, r = 160 – 25 = 135  (mm) 

 

 

ω = 2π*N/60 = 0.1047*N 

(rad/s) 

 Centrifugal force on each shoe,  

F

c

 = mr

ω

2

 = m*(2

π*N/60)

2

* 0.135 

 

 

 

 

 

      = 0.00148 m N

2

 

(N) 

At 750 rev/min, 

= power / 

ω = 20000 / (0.1047*N) = 20000 / (0.1047*750) 

 

 

 

   = 254.64 

≅ 255    

(N.m) 

The total friction torque,  T = n * 

µ * S * R  

 

 

 

 

255 = 4 * 0.25 * S * 0.16 

 

 

 

 

∴ S = 1593.75≅ 1594   (N) 

When the  shoe  makes contact  with  the  rim,  the  spring  force  remains constant as  the 

speed rises and is therefore equal to the centrifugal force at 500 rev/min. 

 

 

 

 

S = F

c

 – F

s

  

 

 

 

 

1594 = 0.00148 m 750

2

 - 0.00148 m 500

2

  

Figure 10.6

 


background image

- 13 - 

 

 

 

 

∴ m = 3.446  

(kg) 

Pressure on beam spring at 750 rev/min = spring force at 500 rev/min 

 

 

 

 

 

 

= 0.00148 *3.446* 500

2

 

 

 

 

 

 

 

= 1275  

(N) 

When shoe wears 2 mm, increase in spring force = 170000 * 0.002 

 

 

 

 

 

 

 

       = 340  (N) 

 

 

∴ new spring force = 1275 + 340 = 1615   (N) 

 

 

New centrifugal force = 3.446 * ( 2

π*750/60)

2

* (0.135+ 0.002) 

 

 

 

 

 

     = 2912.16  

(N) 

 

 

 

 

 

  S = 2912.16 – 1615 = 1297.16 

(N) 

 

 

 

 

 

Power = 20 * 1297.16 / 1594 

      

 

 

 

 

 

 = 16.27 

(kW) 

 

 

Example 7: Establish a formula for the maximum torque transmitted by a single plate 

clutch of internal and external radii r

2

 and r

1

 if the limiting coefficient of friction is 

µ

 

and the axial spring loading  is W. Assuming that the pressure intensity on the contact 

faces is uniform. 

Apply this to determine the time required to accelerate a countershaft of rotating mass 

500  kg  and  radius  of  gyration  200  mm  to  the  full  speed  of  250  rev/min  from  rest 

through a single plate clutch of internal and external radii 125 mm and 200 mm taking 

µ

 as 0.3 and spring load as 600 N. 

Solution:  

For the first part of the question see page 3 above. 

 

 

 

 

 

 

 

ω = 2π*250/60 = 26.2 rad/s 

 

J

shaft

 = M*k

2

 = 500 * 0.2

2

 = 20 kg m

2

 

 

 

;

n

*

)

r

r

(

)

r

r

(

W

3

2

T

2

2

2

1

3

2

3

1

=

µ


background image

- 14 - 

For the given data: 

 

 

T = 59.538   N m 

 

 

T = J * α 

 

 

 α = 59.538 / 20 = 2.98 rad/s

2

 

 

 

t = 

ω / α = 26.2 / 2.98 = 8.79 sec  

 

Example 8: A friction clutch is to transmit 10 kW at 3000 rpm. It is to be of single 

plate type with both sides of the plate effective, the axial pressure being limited to be 

0.09  N/mm

2

.  If  the  external  diameter  of  the  friction  lining  is  1.4  times  the  internal 

diameter, find the required dimensions of the friction lining. 

Assume uniform wear conditions. The coefficient of friction may be taken as 0.3.  

 

Solution: 

 

Power = T * 

ω 

 

∴ T = 10000 * 60/2π*3000 = 31.83 N m 

Dimensions of friction lining: 

Let r

1

 and r

2

 external and internal radii of frictional lining 

We know that for uniform wear conditions, p

max

 * r

2

 = c 

 

∴ c = 0.09 * 10

6

 * 

r2

 

 

 Total load transmitted to the friction lining,  

∴W = 2π * c (r

1

 – r

2

) = 2

π * 0.09 * 10

6

 * r

2

 (1.4r

2

 – r

2

) = 226194.67

2

2

r

 

 

T = n

µWR 

 

 31.83 = 2 * 0.3 * 226194.67

2

2

r

* (1.4r

2

 + r

2

)/2 

 

 

3

2

r

 =1.954437 *10

-3

  

r

2

= 0.05803 m = 58.03 mm 

and   r

1

 = 1.4 * 58.03 = 81.246 mm 

 

 


background image

- 15 - 

Example  9:  An  engine  developing  45  kW  at  1000  rpm  is  fitted  with  a  cone  clutch 

built  inside  the  flywheel.  The  cone  has  a  face  angle  of  12.5

°

  and  a  maximum  mean 

diameter  of  500  mm.  The  coefficient  of  friction  is  0.2.  The  normal  pressure  on  the 

clutch face is not to exceed 0.1 N/mm

2

. Determine 

1.  the axial spring force necessary to engage the clutch, and  

2.  the face width required. 

Solution: 

 

ω = 2π*1000/60 = 104.72 rad/s 

 

We know that torque developed by the clutch, 

 

T = power / 

ω = 45000 / 104.72 = 429.7 N m ≅ 430 N m 

1.  Axial spring force necessary to engaged by the clutch

T = 

µWR cosec12.5 

∴ W = 430 / (0.2*0.25*cosec12.5) = 1861.38 N 

2. Face width required

Let   b = Face width 

We know that normal pressure on the clutch face, 

 

p = W / (2

π * R * b * sin α)  

          

∴ b = 1861.38 / (2π * 250 * 0.1 * sin 12.5) 

                 = 54.75 mm 

 

 

Example 10:  A  centrifugal  clutch  has  four  shoes,  and  transmits  15  kW  at 900  rpm. 

The  speed  at  which  the  engagement  beings  is 

¾

th  of  the  running  speed.  The  inside 

radius of the pulley rim is 150 mm and the center of gravity of the shoe lies at 120 mm 

from the center of the spider. The shoes are lined with rim for which the coefficient of 

friction may be taken as 0.25. Determine  

1.  Weight of the shoes, and 

2.  Size of the shoes, if angle subtended by the shoes at the center of the spider is 

60

°

 and the pressure exerted on the shoes is 0.1 N/mm

2

 


background image

- 16 - 

The running speed; 

 

ω = 2π*900/60 = 94.25 rad/s 

The engagement speed; 

 

ω

1

 = ¾ 

ω = 70.7 rad/s 

The torque at running speed; 

 

T = power / 

ω = 15000 / 94.25 = 159.15 N m 

1. Weight of the shoes; 

 

Let   m = weight of the shoes in kg, 

We know that the centrifugal force acting on each shoe 

 

F

c

 = m * r * 

ω

2

 = 1065.9675m   

And the inward force on each shoe exerted by the spring i.e. the centrifugal force at 

the engagement speed 

ω

1

F

s

 = m * r * 

ω

1

2

 = 599.82m 

 N 

 

 Frictional force acting tangentially on each shoe, 

 

F

f

 = 

µ(F

c

 – F

s

)= 0.25(1065.97m – 599.82m) = 116.54m 

 Transmitted torque

 

 

 

 

T

sh

 = F

f

 * R = 116.54 * 0.15 = 17.48m  

N 

for one shoe 

 
The total friction torque is: 
 

T = n * T

sh

 = 4 * 17.48m =70m  

N 

∴ m = 159.15 / 70 = 2.276 kg 

2. Size of the shoe, 

 

l = contact length of shoes in mm, 

 

b = width of the shoes in mm, 

 

θ = angle subtended by the shoes at the center of the spider in rad, 

 

p = pressure exerted on the shoes in N/mm

2

 

 

 

 

l = 

θ * R = 60° * (π/180) * 150 = 157.08 mm  

 

p = (F

c

 – F

s

)/ l*b 

 

∴ b = (1065.9675m - 599.82m)/ .1* 157.08 = 67.5 mm 


background image

- 17 - 

Example 11: A centrifugal clutch has four shoes which slide radially in a spider keyed 

to driving shaft and make contact with the internal cylindrical surface of a rim keyed 

to the driven shaft. When the clutch is at rest, each shoe is pulled against a stop by a 

spring to leave a radial clearance 5 mm between the shoe and the rim. The pull exerted 

by the spring is then 500 N. The mass center of the shoe is 160 mm from the axis of 

the clutch. 

If  the  internal  diameter  of  the  rim  is  400  mm,  the  mass  of  each  shoe  is  8  kg,  the 

stiffness of each spring is 50 kN/mm and the coefficient of friction between the shoe 

and the rim is 0.3; find the power transmitted by the clutch at 500 rpm. 

 

Solution: 

ω = (2π*500/60) = 52.36 rad/s 

r

1

 = r + 

∆ = 160 + 5 = 165 mm = 0.165 m 

F

c

 = mr

1

ω

2

 = 8 * 0.165 * (2

π*500/60)

2

 = 3618.8 N 

F

s

 = 500 + 50 * 10

3

 * 0.005 = 750 N 

F

n

 = F

c

 – F

s

 = 3618.8 – 750 = 2868.855 N 

Total frictional torque, T = n * 

µ * F

n

 * R = 4 * 0.3 * 2868.855 * 0.2  

 

 

 

 

= 688.525 N m 

Power transmitted = T * 

ω = 688.525 * 52.36 = 36051 Watt = 36.051 kW 

 

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: ضرغام العزاوي
المشاهدات: لقد قام عضو واحد فقط و 432 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل