1. Расчет сцепления

Сцепление предназначено для плавного трогания автомобиля, кратковременного разъединения двигателя и трансмиссии при переключении передач и предотвращения воздействия на трансмиссию больших динамических нагрузок, возникающих на переходных режимах при движении по различным дорогам.

Требования, предъявляемые к сцеплению:

1. Надежная передача крутящего момента на любых режимах движения автомобиля;

2. Плавное трогание автомобиля с места и полное включение сцепления;

3. Полное отъединение двигателя от трансмиссии с гарантированным зазором между поверхностями трения;

4. Минимальный момент инерции ведомых элементов сцепления, позволяющих осуществить более легкое переключение передач и снижение износа поверхностей трения в синхронизаторе;

5. Необходимый отвод теплоты от поверхностей трения;

6. Предохранение трансмиссии автомобиля от динамических нагрузок;

7. Удобство и легкость управления, оцениваемые усилием на педали и ее ходом при выключении сцепления;

8. Не высокая стоимость.

Пример Расчета сцепления

Исходные данные:

Тип автомобиля – специальный автопогрузчик;

Условия работы – нормальные;

Максимальный крутящий момент – М_емах=168 Нм;

Номинальная частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности N_eмах, n = 4000 мин^-1;

Число заклепок z_З=48;

Диаметр головки заклепки d_З = 9 мм;

Число пружин n_п = 6.

Порядок расчета сцепления

1. Выбираем, коэффициент запаса сцепления исходя из типа автомобиля и условий работы, таблица 1.1.

Таблица 1.1 – Зависимость коэффициента запаса сцепления от типа автомобиля и условий работы

Автомобиль	Условия работы	Коэффициент запаса сцепления
Легковой автомобиль	Норма	1,4÷1,7
Грузовой автомобиль	Норма	1,6÷2
	Тяжелые условия	2÷2,5

Принимаем коэффициент запаса сцепления для автопогрузчика = 1,8.

2. Определяем необходимый момент трения сцепления

, (1.1)

М_с = 1,8·168 = 302,4 Нм.

Определяем однодисковое или двухдисковое сцепление будем рассчитывать. Критерием выбора сцепления является передаваемый крутящий момент. Однодисковое сцепление, применяют, если передаваемый крутящий момент не превышает 800 Нм, при передаче крутящего момента большей величины используют двухдисковое сцепление.

По расчетам момент трения сцепления составляет 378 Нм, следовательно, рассчитываем однодисковое сцепление, т.е. число пар поверхностей трения = 2.

3. Определяем средний радиус фрикционной накладки, для этого выбираем наружный и внутренний диаметры фрикционного диска (рис. 1.1). Наружный диаметр фрикционной накладки определяем по эмпирической формуле

, (1.2)

где А – коэффициент режима включения сцепления, (таблица 1.2). Принимаем коэффициент режима включения сцепления А = 3,6.

Таблица 1.2 – Зависимость коэффициента режима включения сцепления от типа автомобиля и условий работы

Автомобиль	Условия работы	Коэффициент режима включения сцепления А
Легковой автомобиль	Норма	4,7
Грузовой автомобиль	Норма	3,6
	Тяжелые условия	1,9

= 216,025 мм 216 мм.

Рис.1.1. Размеры фрикционной накладки диска сцепления

Внутренний диаметр фрикционного диска сцепления ориентировочно выбирается из условия

= 0,5÷0,75. (1.3)

Ориентируясь на ассортимент выпускаемой промышленностью фрикционных накладок, выбираем из следующего размерного ряда, мм: 170/120; 186/128; 254/150; 225/150; 260/164; 300/164; 342/186; 352/185; 381/203.

Из данного ряда выбираем фрикционный диск сцепления 254/150, и определяем средний радиус (рис. 1.1)

. (1.4)

= 101 мм = 0,101 м.

4. Определяем площадь поверхности трения диска сцепления с учетом площади необходимой для крепления фрикционной накладки с помощью заклепок

(1.5)

= 0,03 м².

5. Определяем давление на фрикционные накладки,

, (1.6)

где µ - коэффициент трения накладок.

Коэффициент трения фрикционной накладки о чугун находится в диапазоне от 0,25 до 0,4. Принимаем µ = 0,3.

= 166336,6 Па.

6. Определяем суммарное нажимное усилие создаваемое нажимными пружинами

, (1.7)

=0,03166336,6=4990,1 Н.

Тогда усилие создаваемое нажимной пружиной

, (1.8)

=831,68 Н.

7. Определяем диаметр проволоки пружины

, (1.9)

где - диаметр навитой пружины (рис. 1.2). Из конструктивных соображений принимаем =26 мм = 0,026м;

- коэффициент, учитывающий влияние на прочность кривизны витка пружины, = 1,2÷1,4. Принимаем =1,3.

- максимальная деформация пружины (рис.1.2);

- ход пружины. Для обеспечения полного выключения сцепления, при полном нажатии на педаль необходимо чтобы образовался зазор с обеих сторон ведомого диска от 0,8 до 1,4 мм (рис. 1.3). Принимаем ход пружины = 0,0025м.

- коэффициент, учитывающий соотношение максимальной деформации пружины к ходу пружины, 7÷10, Принимаем = 7;

- допускаемое касательное напряжение, для стали 65Г составляет 710⁸ ÷ 910⁸ Па. Принимаем = 710⁸ Па.

= 0,0052322 м  5,2 мм.

8. Определяем число рабочих витков пружины

, (1.10)

где - модуль упругости второго рода, для стали = 810⁴ МПа;

= 6,2524048  6,2.

9. Определяем предварительное сжатие пружины

(1.11)

= 0,0123952 м  12,4 мм.

10. Максимальное усилие сжатия пружины

(1.12)

= 999 Н.

11. Определяем наибольшие напряжения в пружине при выключении сцепления

(1.13)

= 517704368,14533 Па  518 МПа  .

Рис. 1.2. Схема нажимной пружины:

а) пружина в свободном состоянии;

б) максимально сжатая пружина

Рис. 1.3. Схема фрикционного сцепления:

а) включенное сцепление; б) выключенное сцепление

1 – маховик; 2 – ведомый диск сцепления; 3 – кожух сцепления; 4 – нажимной диск; 5 – нажимные пружины (количество от 6 до 24); 6 - выжимной подшипник; 7 – вилка выключения сцепления; 8 – рычаг нажимного диска; 9 – первичный вал.

12. Свободная длина пружины (рис. 1.2)

(1.14)

= (6,2+2)0,0052+0,0124+0,0025+0,003 = 0,0605 м  6,1 мм.

Задача

Определить, как изменится коэффициент запаса сцепления , если ведомый диск сцепления износится на =1 мм? Исходные данные для расчета взяты из примера расчета сцепления.

Решение:

1. Определяем предварительное сжатие пружины с учетом износа ведомого диска сцепления

, (1.15)

= 0,0015 м.

2. Определяем усилие создаваемое нажимной пружиной с учетом износа ведомого диска сцепления

, (1.16)

= 503,2258065  503 Н.

3. Определяем суммарное нажимное усилие создаваемое нажимными пружинами с учетом износа ведомого диска сцепления

, (1.17)

=5036=3018 Н.

4. Определяем момент трения сцепления с учетом износа ведомого диска сцепления

, (1.18)

301820,30,101= 182,891  183 Нм.

5. Определяем коэффициент запаса сцепления с учетом износа ведомого диска сцепления

, (1.19)

= 1,09.

Коэффициент запаса сцепления уменьшиться в 1,65 раза.