Расчет сцепления

При выполнении данного раздела необходимо:

- выбрать исходные параметры (коэффициент запаса , давление на фрикционные поверхности , размеры фрикционных накладок и т.п.);

- рассчитать нажимные пружины, элементы ведомого диска, звенья передачи нажимного усилия, а также элементы передачи нажимному диску части крутящего момента;

- проверить работоспособность сцепления;

- обосновать выбор конструкции элементов привода выключения
сцепления и рассчитать их.

- вычертить чертеж общего вида сцепления.

3.2.1 Расчет основных элементов сцепления

Необходимый коэффициент запаса сцепления зависит от типа автомобиля и условий эксплуатации (табл. 11).

Таблица 11 – Пределы коэффициентов запаса и режимов работы

Тип и назначение автомобиля		А
Легковые	1,2...1,75	0,47
Грузовые автомобили общего назначения	1,5...2,20	0,36
Прочие грузовые автомобили и тягачи	1,8...2,80	0,19

Наружный и внутренний диаметры накладок предварительно выбирают из конструктивных соображений с учетом реальных значений, взятых для автомобилей-прототипов. Ориентировочно может быть выбрано по эмпирической формуле, см:

, (28)

где измеряется в ; А – коэффициент, которым можно задаться по таблице 11.

Отношение должно находиться в пределах 05,...0,75 и быть тем большим, чем больше частота вращения двигателя.

Затем размеры накладок уточняются по ГОСТ 1786-95 и все последующие расчеты выполняют только для стандартных фрикционных накладок.

Действительный статический момент трения определяют по формуле:

, (29)

где – средний радиус накладок, см;

– коэффициент трения, который для медно-асбестовых накладок можно принять равным 0,22...0,33;

– число пар поверхностей трения (для однодискового );

– давление на фрикционные поверхности (принимают в пределах от 0,14...0,3 МПа).

Необходимый момент трения определяется из выражения

. (30)

Необходимое давление определяют по формуле:

, (31)

где – площадь рабочей поверхности фрикционного диска за вычетом площади поверхности, теряемой на углубление для заклепок см².

Данную величину можно определить по формуле:

, (32)

где k_z – количество заклёпок;

d_z – диаметр заклепок, см.

Наиболее ответственные детали сцепления - пружины, создающие нажимное усилие.

Центральные диафрагменные пружины имеют радиальные прорези, снижающие их жесткость. Образующиеся лепестки выполняют роль рычажков выключения сцепления.

Нажимная сила, создаваемая пружиной по ее внешнему диаметру рассчитывается по формуле, Н:

(33)

где δ – толщина материала пружины, мм;

l₁ – перемещение в зоне приложения силы, мм;

D_е – наибольший диаметр пружины, мм;

D_а – диаметр основания лепестков, мм;

μ=0,26 – коэффициент Пуассона;

D_с – диаметр точек сопряжения пружины с кожухом сцепления, мм;

– высота усеченного конуса неразрезанной части пружины, мм.

Высота определяется по формуле

, (34)

где – угол при основании конуса пружины.

Перемещение концов лепестков и выжимная сила определяются соответственно по и с учетом соотношения плеч и , где – наименьший диаметр вершин лепестков, мм. Однако при уточненном расчете хода выжимного подшипника, следует учитывать прогиб лепестков под действием силы .

Рекомендуемые пропорции: ; ; ; . Область с постоянной осевой силой появляется в характеристике пружины при соотношении .

Наиболее нагруженное место в пружине – у основания лепестков, напряжение в котором определяется по формуле, МПа:

(35)

где – приведенный диаметр, мм;

а – вспомогательный коэффициент.

Приведенный диаметр D и вспомогательный коэффициент а определяют по формулам:

; (36)

. (37)

Далее необходимо определить величину Δ l – разность между дли-ной окон демпфера-гасителя крутильных колебаний и свободной длиной пружин:

, (38)

где – радиус окружности, на которой расположены пружины, мм;

– число пружин;

и – средний диаметр навивки пружин и диаметр материала соответственно, мм;

– число рабочих витков.

Длина окон обычно составляет примерно 25...27 мм, число рабочих витков , диаметры и , а их соотношение должно находиться в пределах 5,5...4,5. Суммарный зазор λ между витками пружины, вставленной в окно, должен быть примерно 3...4 мм.

Параметры демпфера можно предварительно выбрать из таблицы 12.

Таблица 12 – Конструктивные параметры демпфера

Наибольшее усилие сжатия пружин определим по формуле:

. (39)

3.2.2 Проверка работоспособности сцепления

Долговечность и надежность сцепления определяется полной работой буксования и температурой нагрева его деталей при трогании автомобиля с места в определенных условиях. Полная работа буксования, Дж:

, (40)

где – средняя частота вращения коленчатого вала в процессе включения сцепления, принимаемая равной 500...800 мин ^-1;

– общее передаточное число трансмиссии на разгонной передаче;

– коэффициент суммарного сопротивления дороги;

К – коэффициент режима включения сцепления.

Коэффициент К для легковых автомобилей составляет 100...250 Н·м/с, а для грузовых – 200...750 Н·м/с в зависимости от величины . Для расчета принимаем, что наибольший момент трения достигается за время включения = 5 с, если оно не меньше минимально возможного.

Минимально возможное время включения

, (41)

где – приведенный к первичному валу коробки передач момент инерции условного маховика, эквивалентного поступательно движущейся массе автомобиля с учетом колес, кг·м²;

– момент, развиваемый двигателем при принятом значении , Н·м;

– приведенный к первичному валу коробки передач момент сопротивления движению автомобиля, Н·м.

Неизвестные величины выражения (41) определим по формулам:

; (42)

, (43)

где – сумма моментов инерции колес, кг·м².

Расчеты выполняются для .

На нагрев проверяют нажимной или промежуточный (при двухдисковом сцеплении) диск исходя из предположения, что теплоотдачей в окружающую среду из-за кратковременности процесса можно пренебречь ^°С:

, (44)

где – коэффициент, отражающий часть работы буксования, относимую к данному диску; – для однодискового сцепления, – для нажимного и – для промежуточного дисков двухдискового сцепления;

– масса диска, кг;

с – теплоемкость чугуна (стали); с = 481,5 Дж/( ^°С).

Массу диска можно ориентировочно подсчитывать по его размерам и плотности.

Допустимым считается повышение температуры дисков на 10 ^°С для одиночных транспортных средств и 20 ^°С для тягачей.