Расчет сцепления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Сцепление представляет собой узел трансмиссии, передающий во включенном состоянии крутящий момент и имеющий устройство для кратковременного его выключения. Сцепление предназначено для плавного трогания автомобиля и кратковременного разъединения двигателя и трансмиссии при переключении передач и предотвращения воздействия на трансмиссию больших динамических нагрузок, возникающих на переходных режимах.

С учетом назначения, места в схеме передачи энергии трансмиссией автомобиля, к сцеплению предъявляются следующие специфические требования:

1. Надежная передача крутящего момента от двигателя к коробке передач. Обеспечивается необходимым запасом момента сцепления (момента трения) на всех режимах работы двигателя, сохранением нажимного усилия в необходимых пределах в процессе эксплуатации.

2. Полнота включения, т.е. отсутствие пробуксовывания ведущих и ведомых деталей сцепления, обеспечивающая надежную передачу крутящего момента двигателя. Достигается в эксплуатации наличием зазора в механизме выключения и недопущением попадания смазочного материала на трущиеся поверхности.

3. Полнота («чистота») выключения, обеспечивающая полное разъединение двигателя и трансмиссии. Достигается заданной величиной рабочего хода подшипника выключения и соответственно рабочим ходом педали сцепления.

4. Плавное включение, обеспечивающее заданную интенсивность трогания с места автомобиля или после включения передачи. Достигается конструкцией сцепления, его привода и темпом отпускания педали водителем.

5. Предохранение трансмиссии и двигателя от перегрузок и динамических нагрузок. Достигается оптимальной величиной запаса момента сцепления, установкой в нем гасителя крутильных колебаний, специальными мероприятиями в конструкции ведомых дисков.

6. Малый момент инерции ведомых деталей сцепления, снижающий ударные нагрузки на зубья колес при переключении передач.

7. Обеспечение нормально теплового режима работы и высокой износостойкости за счет интенсивного отвода тепла от поверхностей трения.

8. Хорошая уравновешенность с целью исключения «биений» и соответственно динамических нагрузок при работе сцепления.

9. Легкость и удобство управления, возможность автоматизации процессов включения и выключения.

К сцеплениям предъявляют и общие конструкционные требования, такие как: простота устройства, малая трудоемкость и удобство технического обслуживания; минимальные размеры и масса; технологичность и низкая стоимость производства; ремонтопригодность; низкий уровень шума.

Конструкция сцепления

В современных автомобилях наибольшее распространение получили сухие фрикционные одно- и двухдисковые сцепления с неавтоматическим механическим приводом. Другие типы сцепления применяются, в основном, на специальных автомобилях. Механический привод применяется при размещении педали сцепления вблизи от сцепления.

Диафрагменные (тарельчатые) пружины получили широкое применение в сцеплениях легковых и изготовленных на их шасси грузовых автомобилях. Обычно применяют пружину, хотя известны конструкции с двумя пружинами (грузовые автомобили).

Значение коэффициента выбирают в зависимости от типа автомобиля: для легковых автомобилей 1.3-1.75; грузовых одиночных 1.6-2.2.; грузовых работающих с прицепом 2.0-2.5; автомобилей повышенной проходимости, работающих с прицепом 2.5-3.0. Большие значения принимаются для сцеплений, работающих в тяжелых условиях (автобусы городского типа, автомобили-самосвалы, автомобили повышенной проходимости, автомобили с малой удельной мощностью).

Сцепление автомобилей ВАЗ с передним приводом

На схеме 1 представлено сцепление переднеприводных легковых автомобилей ВАЗ. Кожух 11, нажимной диск 8 и центральная нажимная пружина 12 представляют собой неразборный узел, который крепится к маховику 7 болтами 10. Чугунный нажимной диск соединяется тремя парами упругих пластин 19 с кожухом сцепления.

Схема 1 - Сцепление переднеприводных легковых автомобилей ВАЗ: 1 - картер; 2, 13 - втулки; 3 - вилка; 4 - подшипник; 5 - ведомый диск; 6 - вал; 7 - маховик; 8 - нажимной диск; 9 - крышка; 10 - болт; 11 - кожух; 12 - нажимная пружина; 14 - пружина; 15 - рычаг; 16 - ступица; 17 - накладка; 18 - гаситель крутильных колебаний; 19 - пластина; 20 - кольцо; 21 - муфта

Упругие пластины обеспечивают передачу крутящего момента от кожуха сцепления на нажимной диск, осевое перемещение нажимного диска и отвод его от ведомого диска при выключении сцепления.

В стальном штампованном кожухе сцепления закреплены опорные кольца 20 для нажимной пружины 12, относительно которых она прогибается при выключении сцепления. Нажимная пружина, отштампованная из листовой пружинной стали, имеет форму усеченного конуса с радиальными прорезями. Прорези образуют лепестки, которые имеют отогнутые до закругления концы и являются упругими выжимными рычажками.

Ведомый диск 5 сцепления состоит из ступицы 16, стального разрезного диска и фрикционных накладок 17. Он имеет пружинно-фрикционный гаситель крутильных колебаний 18. Упругая связь между ступицей и диском осуществляется через пружины гасителя, а гашение крутильных колебаний - с помощью его фрикционных колец. Ведомый диск сцепления установлен на шлицах ведущего вала 6 коробки передач.

Сцепление вместе с маховиком находится в отлитом из алюминиевого сплава картере 1, который крепится к блоку цилиндров двигателя и закрывается с его стороны верхней и нижней крышками 9. В картере сцепления установлена вилка 3 выключения сцепления в металлической 2 и пластмассовой втулках.

Привод

Сцепление имеет механический привод с пружинным усилителем. Педаль 13 сцепления (схема 2) прикреплена к кронштейну 11 педалей сцепления и тормоза, связанному с передним щитом кузова. С педалью сцепления связан рычаг 14, шарнирно соединенный с толкателем 15, на конце которого установлена предварительно сжатая пружина 16. Эта пружина уменьшает усилие на педали при выключении сцепления и обеспечивает возврат педали в исходное положение.

Схема 2 - Механический привод сцепления ВАЗ: 1 - поводок; 2 - чехол; 3, 11 - кронштейны; 4 - шайба; 5 - гайка; 6, 8 - наконечники; 7 - оболочка; 9 - втулка; 10 - трос; 12 - серьга; 13 - педаль; 14 - рычаг; 15 - толкатель; 16 - пружина

Педаль сцепления соединена с пластмассовой серьгой 12 троса привода сцепления. Трос 10 размещен в оболочке 7, на концах которой закреплены наконечники. Верхний наконечник 8 находится в резиновой втулке 9, установленной в переднем щите кузова. Нижний наконечник 6 закреплен в кронштейне 3 двумя регулировочными гайками 5 и шайбами 4.

На нижнем конце троса закреплен поводок 1, который шарнирно соединяется с рычагом вилки выключения сцепления. Нижний конец троса закрыт резиновым чехлом 2.

При выключении сцепления педаль 13 поворачивается на оси и через серьгу 12 тянет трос 10. Трос через рычаг 15 (см. схема 3) поворачивает вилку 3 выключения сцепления, которая перемещает муфту 21 с подшипником 4. Подшипник воздействует на лепестки нажимной пружины 12, и она прогибается относительно опорных колец в сторону маховика. При этом наружный край пружины прекращает давить на нажимной диск, ведомый диск отходит от маховика, и сцепление выключается - не передает крутящий момент.

При отпускании педали сцепления пружина 12 возвращается в исходное положение под действие пружины усилителя, а оттяжная пружина 14 рычага 15 отводит в исходное положение вилку 3 и муфту с подшипником 4 выключения сцепления. При этом под действием пружины 12 нажимной диск прижимает ведомый диск к маховику, и сцепление включается - передает крутящий момент.

Резиновые элементы, используемые в приводе сцепления, исключают вибрации его деталей, снижают шум при работе и обеспечивают эластичность привода. В связи с этим по усилию на педали сцепления трудно определить ее свободный ход. Поэтому свободный ход педали сцепления проверяют на рычаге 15 вилки выключения сцепления. Свободный ход рычага вилки выключения сцепления в исходном положении привода должен составлять 3,5…4 мм. Его регулируют гайками 5 (см. схема 4) путем изменения положения нижнего наконечника 6 троса привода сцепления относительно кронштейна 3.

Расчет сцепления

Выбор основных параметров сцепления

Грузоподъемность, а/м = 3,92кН. Максимальная скорость движения 42,2 м/с. За основу выбора параметров взята марка, а/м ВАЗ 2110. Максимальный момент двигателя Me max = 110 Нм. Устанавливаем размеры накладок: Dн = 190 мм; Dв = 130 мм; толщина накладки = 3,3 мм.

Расчет сцепления на износ

Требуемое нажимное усилие на поверхностях трения вычисляется по формуле

где - коэффициент запаса сцепления, принимаем = 1,5;

- коэффициент трения, принимаем = 0,3;

i - число поверхностей трения, у однодискового сцепления i = 2

Удельное давление на фрикционные накладки

Величина q оказывает существенное влияние на интенсивность износа накладок и не должна превышать рекомендуемых значений (0,15…0,25 МПа)

Для расчета работы буксования используют формулы, базирующиеся на статической обработке экспериментальных данных. Для практических расчетов может быть использована следующая формула

где Ja - приведенный момент инерции автомобиля, Нмс2;

е - угловая скорость вращения коленчатого вала, с-1;

М - момент сопротивления движению автомобиля, приведенный к коленчатому валу двигателя, Нм

Момент инерции Ja определяют по формуле

где ik и i0 - передаточные числа коробки перемены передач и главной передачи, по заданию ik = 3,8 и i0 = 4,4;

ma - полная масса автомобиля, по заданию ma = 1650 кг

r - радиус колеса =0,38

Угловая скорость коленчатого вала двигателя при максимальной скорости

Угловая частота вращения коленчатого вала двигателя в момент включения сцепления

Приведенный момент сопротивления движению

где - коэффициент суммарного сопротивления дороги = 0,04

тр - коэффициент полезного действия трансмиссии =0,93

Расчет работы буксования

Удельная работа буксования

Массу нажимного диска находим из формулы

где - доля теплоты, приходящаяся на рассчитываемую деталь, = 0,5;

с - удельная массовая доля чугуна, с = 481,5 (Дж/(кгград))

Исходя из массы диска и плотности материала определим толщину нажимного диска. Р - плотность материала (чугун) = 7400кг/м.куб

Расчет диафрагменной пружины

Расчетная схема для определения параметров диафрагменной пружины представлена на рис. 1. Диафрагменная пружина представляет собой пружину Бельвия, модифицированную для использования в автомобильных сцеплениях. Давление пружины создается ее участком между опорными кольцами, установленными на заклепках, закрепленных на кожухе сцепления, и наружным краем пружины, упирающимся в нажимной диск сцепления. Лепестки одновременно являются рычагами выключения, их упругость способствует плавному включению сцепления.

Рпр =

где Е = ,

Е - модуль упругости первого рода;

=0,25 - коэффициент Пуассона;

Н - высота пружины;

h - толщина пружины;

fпр - прогиб пружины;

f =1 - 6,5мм

Принимаем, что: h=2мм, а=60мм, с=70мм,d=80мм, b=90мм, Н=5мм.

Таблица 1

Рис. 1 - Диафрагменная пружина

Рис. 2 - График зависимости перемещения от усилия на пружине

Расчет вала сцепления

Вал сцепления рассчитывают на кручение по максимальному крутящему моменту двигателя Me max. Диаметр вала в самом узком сечении должен быть не менее

где [] - допускаемые касательные напряжения, [] = 100 МПа

В соответствии с ГОСТ 6636-69 - «Основные нормы взаимозаменяемости. Нормальные линейные размеры» расчетный диаметр вала принимаем dв = 17 мм.

Ступица ведомого диска

Для применяемых соотношений элементов шлицевых соединений основным является расчет на смятие

где - коэффициент точности прилегания шлицев, = 0,75;

z - число шлицев;

F - расчетная площадь шлицев, м2;

rср - средний радиус шлицев, м

Рабочая площадь шлицев

где l - рабочая длина шлицев;

D и d - диаметр вершин и диаметр впадин шлицев, соответственно, м;

f - фаска у головки зуба

Средний радиус шлицев

Для применяемых соотношений элементов шлицевых соединений основным является расчет на изгиб,

Расчет привода фрикционного сцепления

Передаточное число привода выключения сцепления

где - передаточное число педали, в существующих конструкциях;

- передаточное число вилки;

- передаточное число рычага выключения;

- соотношение диаметров поршней

Полный ход педали сцепления

Полный ход педали сцепления

привод сцепление пружина вал

Заключение

Сцепление - является важнейшей составной частью автомобиля. Его работа в определяющей мере влияет на эксплуатационные и технико-экономические показатели транспортных средств. В связи с этим приобретение знаний о процессах, происходящих в двигателях, является одной из важнейших задач будущих инженеров, избравших в качестве сферы применения своих сил проектирование, производственную или техническую эксплуатацию автомобилей. Данный курсовой проект знакомил с основными требованиями к конструкции сцепления автомобиля, изучает нагрузочные режимы агрегатов и узлов автомобильного транспорта, методы их расчета на прочность, жесткость, выносливость, а также приводит сведения о материалах деталей.

Размещено на Allbest.ru