Paсчет автомобильного фрикционного сцепления

1. Paсчет автомобильного фрикционного сцепления

 

          1.1Обоснование выбора типа и схемы сцепления

Из курса «Основы конструирования  автомобилей» известны требования, предъявляемые к сцеплениям и их классификация. Наиболее широко распространены сухие однодисковые и двух дисковые сцепления с механическим, гидравлическим приводом без усилителя или с усилителем. Дисковые сцепления компактны и имеют более стабильную характеристику по изменению коэффициента трения, чем барабанные. Гидравлические (гидродинамические) не требуют привода и обладают саморегулированием в зависимости от величины оборотов ведущей полумуфты по сравнению с ведомой.

Электромагнитные сцепления  удобны в автоматизированных трансмиссиях и для автом9билей для инвалидов.

Указанные признаки далеко не полные и приведены как пример (приложение Б).

Выбор и оценка конструкции  механизмов должны производится на базе требований к ним, их классификации, а также на основе типа трансмиссии.

 

 

 

 

          1.2Определение размеров фрикционной накладки

Предварительно определяем размеры фрикционной накладки. В  таблице I приведены некоторые рекомендуемые  параметры накладок по ГОСТ 12238 - 76. По таблице 1 и формуле (1) находим наружный D и внутренний d диаметры фракционной накладки.

Таблица 1 - Наружные диаметры фрикционной накладки.

Момент двигателя, Н-м (не более)	Наружный диаметр фрикционной накладки, мм
до 88	180
142	200
186	215
235	240
255	280
353	300
402	340
441	350
490	380
685	400
1080	420

 

 

Внутренний диаметр фрикционной  накладки может быть принят ориентировочно по указанному ГОСТу или определен по формуле:

 

d = (0,55...0,65)D=0.60×400=220 мм.         

В результате последующих  расчетов размеры фрикционных накладок могут быть уточнены. В таблице 2 приведены основные параметры фрикционных накладок по ГОСТ 1786 - 80.

 

Таблица 2 - Размеры накладок, удельное давление и температурный  режим

 

Размеры накладок, мм			Давление, МПА	Температура, °С, не более
D	d	t		длительная	кратко временная
180	124	4,0	0,14...0,25	200	300
190	130	3,5	0,14...0,25	200	350
200	142	3,5	0,14...0,25	200	300
225	150	3,5	0,14...0,25	200	300
280	164	3,5	0,14...0,25	200	300
300	164	4,0	0,14...0,25	200	350
340	186	4,0	0,14...0,25	200	350
11 350	200	4,5	0,14...0,30	200	350
400	220	4,0	0,14...0,30	200	350

 

 

3.  Выбор коэффициента запаса сцепления

 

При выборе коэффициента запаса сцепления /? исходят из условий эксплуатации, назначения автомобиля, а также из учета уменьшения коэффициента трения μ в процессе эксплуатации, “усадки" нажимных пружин. Вследствие износа коэффициент запаса сцепления может уменьшается до 15 %.

Рекомендуемые значения β:

Легковые 1,2...1,8

Грузовые 1,5...2,2

Повышенной проходимости 1,8...3,0

Момент, развиваемый сцеплением по коэффициенту запаса

 

                   

 

где - максимальный момент двигателя.

 

 

4.  Определение усилия нажимных пружин

 

Суммарное усилие нажимных пружин определяется по формуле:

 

H;                   

 

где - средний радиус фрикционных накладок, м;

-коэффициент трения, принимают  =0,22...0,30;

i — число поверхностей трения;

i= 2 (однодисковые), i = 4 (двухдисковые).

 

5.  Проверка по удельному давлению

 

Удельное давление на фрикционные  накладки определяется:

                      

 

Рекомендуемые значения q = 0,14...0,30 МПа

 

Меньшие значения рекомендуются  для большегрузных автомобилей.

При выходе расчетных значений q из пределов рекомендуемых необходимо пересмотреть размеры D и d фрикционных накладок, или принять меры к возможному снижению коэффициента /? запаса сцепления.

 

 

6.  Проверка по удельной работе буксования

Производится для оценки тепловой загруженности сцепления  в расчетных условиях.

Для практических расчетов работы буксования сцепления рекомендуют  использовать формулу:

 

                                    

 

где приведенный к ведомому диску момент инерции автомобиля,

 

- масса автомобиля  и прицепа соответственно;

  - радиус качения колеса.

- буксование сцепления, 1/с;

 

- для бензиновых;

 

- для дизельных двигателей; 

 

 — угловая скорость коленвала при максимальном крутящем моменте двигателя;

- угловая скорость  коленвала при максимальной мощности  двигателя;

М - приведенный к ведомому валу (диску) сцепления, момент сопротивления дороги;

 

                                                

 

где Ψ- коэффициент дорожного сопротивления (Ψ =f₀) для горизонтальной дороги;

G_a - вес автомобиля, Н;

- передаточное  число главной передачи;

- передаточное  число коробки передач;

- коэффициент  полезного действия трансмиссии.

 

Рисунок 1 - Расчетная модель для определения работы буксования сцепления

 

 

 

 

i_mp2=i_o×i_kn2=6.8×3,1=21,08

 

I_д1=

 

 

W_б=

 М_ψ1=

 

W_б1=

 

 

Удельную работу буксования находят по формуле:

 

а_б1=

Нагрев нажимного диска  во время буксования сцепления:

                    

где   = 0,5 - однодисковое;

= 0,25 - двухдисковое;

= 0,5 - для промежуточного  диска,

m_н - масса диска, рассчитываемого на нагрев,

С = 481,5 Дж/(кг °С) - для чугуна и стали.

Массу нажимного диска приближенно можно определить по формуле

                                          

m_н=

 

∆t₁=

 

где h — толщина нажимного диска, м;

q_У—удельная масса материала нажимного диска.

Для чугуна и стали q_y-7800 кг/м³.

Допустимое превышение температуры  за одно включение принимают:

-для одиночных автомобилей  10°С,

-для автопоездов 20°С.

Результаты расчетов сводят в таблицу 3.

В случае превышения и t допустимых значений, необходима корректировка размеров фрикционных накладок и массы нажимного диска.

 

2.  Расчет деталей сцепления

 

       2.1 Расчет цилиндрических нажимных пружин

Суммарное усилие Р нажимных пружин во включенном состоянии сцепления было определено ранее.

Дополнительное сжатие нажимной пружины во время выключения сцепления определяется ходом нажимного диска.

= 1,5...2,0мм - однодисковых,

=2,4...2,8 мм - двухдисковых

Нажимное усилие одной периферийной пружины

             

                                         

                                          P_n1=

 

где Р₀ - суммарное усилие оттяжных или отжимных пружин, если их усилие передается на нажимной диск.

Р₀ = 0,03 *14400=432 Н

Z - число нажимных пружин, выбирают кратным числу рычагов выключения.

 

Таблица 3 - Число пружин и рычагов

Наружный диаметр накладки D, мм	Число пружин	Число рычагов
180...250	6	3
250...280	9	3
280...380	12...16	4
свыше 380	до 30	4

 

Жесткость пружины выбирают исходя из обеспечения минимального значения коэффициента запаса βmin при изношенных накладках

                  

где - величина износа накладок;

-0,5 - для клепаных накладок;

= - для приклеенных накладок;

- толщина накладок.

Рекомендуется β_min

                                  C_n=

Наружный диаметр цилиндрической витой пружины выбирают, исходя из размеров сцепления, ориентируясь на существующие конструкции сцеплений. Обычно D_н = 0,02...0,035 м.

Диаметр проволоки пружины:

              

                                 d =

 

где [τ] = (700...750)10⁶ Па.

 

 Коэффициент К=1,31

 

Рабочее число витков пружины

                

                                    I_p =

 

гдеG=7,5-10⁴MПa(7,510^sкг/см²);

D_cp - средний диаметр пружины.

Полное число витков пружины i=i_p+(1,5…2,0)  

Материал: сталь 65Г, сталь 85Г.

 

          Осадка пружины

                                         l  

    

Минимальная осадка пружин.

                

                                             lʹ_min=13.2-2

Усилие нажимных пружин при  предельном износе фрикционных накладок:

                      

                                                P_min=56

 

 Коэффициент запаса  сцепления по условию максимального  износа фрикционных накладок:

                             

                              _min=

 

При определении жесткости  нажимных пружин необходимо руководствоваться соотношением сил.

                    

 

                                  P_вык=1,20

 

 

Это необходимо для облегчения управления. Тогда

                                                С_n=

2. Расчет гасителя крутильных колебаний

            Момент предварительной затяжки пружин:

 

                       

                                      М_пр=0,15