9.2 Расчет проектируемой конструкторской разработки (на примере сухого фрикционного сцепления)

9.2.1 Цель и задачи расчета

1. Определение статического момента трения, передаваемого сцеплением, необходимого для усилия сжатия дисков; выбор и расчет основных размеров деталей сцепления.

2. Расчет показателей нагруженности (работы буксования, удельной работы буксования, нагрева дисков), с последующей их оценкой путем сравнивания данных с аналогами и допустимыми значениями.

3. Расчет отдельных элементов на прочность, расчет упругих характеристик пружин.

4. Расчет привода управления сцеплением.

9.2.2 Исходные данные

Исходными данными для расчета сцепления являются:

1. Полная масса автомобиля (автопоезда: автомобиля и прицепа ).

2. Общее число мостов, число и расположение ведущих мостов, распределение массы по мостам.

3. Дорожные условия, характеризуемые комплексным (суммарным) коэффициентом сопротивления движению ( ) и коэффициентом сцепления ( ) ведущих колес с дорогой.

4. Показатели внешней скоростной (регуляторной) характеристики двигателя: максимальный крутящий момент и соответствующая ему частота вращения коленчатого вала.

5. Частота вращения на режиме максимальной мощности (номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя).

6. Размеры шин колес.

7. Момент инерции маховика с коленчатым валом и поршневой группой (приведенный момент инерции двигателя).

9.2.3 Основные параметры и размеры сцепления

Основными параметрами и размерами сцепления являются: статический момент трения ( ), передаваемый сцеплением, коэффициент запаса сцепления ( ), расчетный коэффициент трения ( ), нажимное усилие пружин ( ), число ведомых дисков ( ), наружный ( ) и внутренний ( ) радиусы фрикционных накладок ведомых дисков, число пар трения ( ), число ( ) и жесткость ( ) нажимных пружин, удельная нагрузка на фрикционные накладки (q), работа буксования ( ), удельная работа буксования ( ), повышение средней температуры нажимного диска ( ).

9.2.4 Расчет статического момента трения, передаваемого сцеплением

Статический момент трения – момент, передаваемый сцеплением за счет трения между поверхностями без пробуксовывания. Поэтому статический момент трения должен превышать величину максимального крутящего момента двигателя в виду динамичной и часто неравномерной нагруженности механизма сцепления, а также изменения параметров сцепления в процессе эксплуатации, например, из-за старения материалов и изменения их свойств, попадания влаги на трущиеся поверхности и соответственно изменения коэффициентов трения, изменение размеров и упругих свойств деталей из-за износов, местных перегревов и т.д.

В связи с этим статический (расчетный) момент трения, передаваемый сцеплением

, , (1)

где – максимальный крутящий момент двигателя, ; – коэффициент запаса сцепления.

Коэффициент запаса сцепления транспортных автомобилей за весь срок службы накладок должен составлять .

Недостаточная величина коэффициента запаса не может гарантировать надежной передачи крутящего момента, а при слишком большом его значении сцепление перестает выполнять роль предохранительного устройства, предотвращающего перегрузку трансмиссии при резком изменении режима работы. Кроме того, повышенное значение коэффициента запаса влечет за собой рост силы, необходимой для управления сцеплением, а также увеличения металлоемкости конструкции, а значит и стоимости.

При выборе значения коэффициента запаса необходимо иметь в виду, что даже у сцеплений, изготовленных на одном предприятии, коэффициент запаса может быть разным. Выполненные в пределах допусков детали при сборке дают различные отклонения параметров, в результате чего коэффициент отличается от расчетного на . Допуски на изготовление нажимных пружин предусматривают отклонение усилия на . Нестабильность коэффициента трения накладок в одной партии может вызвать отклонение коэффициента до . Все это требует правильного выбора материалов и комплектации деталей, а также предусматривать проверку сцеплений на стендах.

В процессе эксплуатации значение коэффициента также изменяется (уменьшается за счет изменения коэффициента трения, усадки пружин и т.д.) и суммарное уменьшение может составлять 23…25%.

Так как до настоящего времени нет надежных аналитических методов определения коэффициента запаса , то его величину можно выбрать из таблицы 9.1.

Таблица 9.1 – Значения коэффициента запаса сцепления

Тип автотранспортного средства и сцепления	Коэффициент запаса
1	2
Легковой автомобиль с однодисковым сцеплением: периферийные винтовые пружины; тарельчатые пружины; спиральнонавитные накладки; тканые накладки Грузовой автомобиль: тканые накладки; однодисковые сцепления с периферийными винтовыми пружинами; двухдисковые сцепления с периферийными винтовыми пружинами; тарельчатые пружины	1,4…1,9 1,2…1,6 1,25…1,34 1,75…1,85 1,75…1,85 1,55…2,10 2,0…2,3 1,5…1,6

Окончание таблицы 9.1

1	2
Автомобили повышенной и высокой проходимости Самосвалы, строительные машины: тарельчатые пружины Автопоезд: однодисковые сцепления с периферийными винтовыми пружинами; двухдисковые сцепления с периферийными винтовыми пружинами; Сельскохозяйственные тракторы	1,8…3,0 1,7…1,9 1,55…2,10 2,0…2,3 2,5…3,5

Минимальное и максимальное значение коэффициента запаса одиночного автомобиля можно определить по формулам:

;

– для автомобиля

с одним ведущим мостом;

– для автомобиля с двумя

ведущими мостами,

, – моменты инерции автомобиля и двигателя приведенные к первичному валу коробки передач, ( ); – момент сопротивления движению автомобиля, ; , – постоянные коэффициенты для данного типа автомобиля и двигателя (допускается принять ); – КПД трансмиссии автомобиля; , , – коэффициенты сцепления колес с дорогой, соответственно автомобиля, передних и задних колес; G, , – соответственно полный вес, вес, приходящийся на передний и задний мосты автомобиля, Н; , , – радиусы качения ведущих колес, м; b – расстояние по горизонтали от оси ведущих колес до центра тяжести автомобиля, м; h – высота расположения центра тяжести автомобиля от опорной поверхности колес, м; – угол подъема дороги, град; L – база автомобиля, м; – передаточное число трансмиссии.