11. Основи розрахунку шасі тракторів і автомобілів

11.1. Загальні положення

У посібнику викладені теоретичні основи конструювання і розрахунку тракторів і автомобілів з урахуванням особливостей їх експлуатації.

Розвиток конструкцій тракторів і автомобілів пов'язаний з удосконаленням перш за все елементів трансмісії, ходової частини та систем керування. Особлива увага при конструюванні приділяється зниженню ваги, застосовуючи більш раціональну їх компоновку, легкі сплави і пластмаси. Серед багаточисленних вимог, які висуваються до сільськогосподарських тракторів та машин, можливо виділити декілька самих важливих.

Надійність машини є комплексною властивістю, яка в залежності від призначення машини та умов її експлуатації може включати безвідмовність, довговічність, ремонтопристосованість, збереженість. Одним із основних показників безвідмовності є ймовірність безвідмовної роботи, тобто, вірогідність того, що в межах заданого напрацювання в годинах або кілометрах пробігу поломка не з’являється.

Пристосованість до технічного обслуговування і ремонту характеризується періодичністю, трудомісткістю технічного обслуговування та ремонту.

Тягово-зчіпні (тягово-швидкісні) якості, прохідність, які забезпечують високі зчіпні властивості при роботі машин в різних грунтово-кліматичних умовах.

Міцність, довговічність і спрацювання деталей трактора і автомобіля визначають по фактичним навантаженням, які діють на ці деталі.

Розрахунок деталей, вузлів і механізмів у повному обсязі розглядається у навчальному курсі дисципліни «Деталі машин». Тому у курсі дисципліни «Основи теорії і розрахунку трактора і автомобіля» розглянемо особливості розрахунку деталей, вузлів і механізмів стосовно трансмісії трактора і автомобіля.

11.2. Розрахунок фрикційних муфт зчеплення

Розрахунковий момент муфти зчеплення в Н визначається за залежністю

М_м.р = β · М_дн = μ · Q · R_ср z , (11.1)

де β – коефіцієнт запасу муфти зчеплення;

М_дн – номінальний крутний момент двигуна, Н·м;

μ – коефіцієнт тертя робочої поверхні. Числові значення μ приведені в табл. 11.1;

Q – сила стискування поверхонь тертя, Н;

Таблиця 11.1

Значення коефіцієнтів тертя μ та припущених тисків q₀

Матеріали поверхні тертя	Сухе тертя		Тертя в мастилі
	μ	q0	μ	q0
Сталь по сталі або чавуну	0,15…0,20	20…40	0,05…0,10	60..100
Сталь по райсбету або мідно-азбестовій плетінці	0,25…0,35	10…25	0,08…0,15	20…40
Сталь по азбобакеліту	0,40…0,45	20…30	0,08…0,15	20…50
Сталь по азбокаучуку	0,40…0,50	5…20	0,08…0,15	10…30
Сталь по металокераміці	0,40…0,55	40…60	0,09…0,12	120…200

м – середній радіус тертя;

Д_з і Д_в – зовнішній і внутрішній діаметри фрикційних накладок, м;

z – число пар поверхонь тертя.

Звичайно Д_в = (0,5…0,7)Д_з. Зовнішній діаметр обмежується розмірами маховика.

Для транспортних тракторів і автомобілів β = 1,2…2,0; для автомобілів з напіввідцентровими муфтами β = 0,85…0,90; для сільськогосподарських тракторів з постійно замкнутими муфтами β = 2,0…2,5; з постійно замкнутими без компенсаційних пружин β = 2,0…4,0; з компенсаційними пружинами β = 2,0…2,5.

Ширина поверхні тертя в см визначається так

(11.2)

Необхідна сила стискування поверхні тертя в Н обчислюється за рівнянням

(11.3)

де q₀ – припущений питомий тиск, Н/см². Числові значення q₀ приведені в табл. 11.1.

У випадку Д_в = 0,6 Д_з см і R_ср = 0,4 Д_з см маємо

Q = q₀ · π · R²_ср, Н. (11.4)

Потрібне число пар поверхонь тертя визначається так

. (11.5)

У випадку Д_в = 0,6 Д_з розраховуємо

. (11.6)

Робота буксування муфти при розгоні в Н м визначається за залежністю

(11.7)

де ω_д – кутова швидкість обертання колінчастого валу, с^-1;

І_д, І_с – момент інерції двигуна і приведений момент інерції агрегату, Н м с².

Питома робота буксування муфти зчеплення в Н м с² становить

(11.8)

Температура нагрівання деталей муфти за одне включення визначається за залежністю

(11.9)

де z_д – число поверхонь тертя деталі, нагрівання якої визначається;

427– механічний еквівалент тепла, Н∙м/Н∙кал;

С_д = 1,15 Н∙кал/Н∙град – теплоємкість чавунної або сталевої деталі;

G_д – вага деталі, Н.

Число натискних пружин муфти зчеплення сучасних тракторів і автомобілів становить z_пр = 9…12.

Навантаження на одну пружину в Н обчислюється за залежністю

(11.10)

де d – діаметр дроту, см;

d_ср – середній діаметр пружини, см;

τ – напруга скручування, Н/см².

Напруга скручування дроту пружини в Н/см² становить

(11.11)

де – відношення зовнішнього діаметру пружини до діаметру дроту;

К_τ = 1,18…1,30 – коефіцієнт врахування збільшення деформації в залежності від числового значення m.

Діаметр дроту пружини в см визначається за рівнянням

, (11.12)

де [τ] = 50000…70000 Н/см² – допустима напруга скручування для сталей ст. 35, ст. 65Г, ст. 60С2.

Робоча деформація прогину пружини в мм становить

(11.13)

де С_пр – коефіцієнт жорсткості пружини. Для тракторів С_пр = 50…70 Н/мм, для автомобілів С_пр = 15…30 Н/мм.

Додаткова деформація пружини в мм при виключенні муфти дорівнює

λ_д = ∆S · z, (11.14)

де ∆S – 0,5…1,0 мм – зазор між поверхнями тертя.

Робоче число витків пружини обчислюється за залежністю

(11.15)

де С = 10⁶ · 8 Н/см² – модуль зрушення пружності при крученні.

Мінімальна довжина пружини в мм у стиснутому стані становить

l_ст = z_в ∆h + (z_в + 2)d, (11.16)

де ∆h = 0,5…1,0 мм – припустимий зазор між витками пружини.

Довжина пружини в мм у вільному стані визначається так

l_в = λ_р + λ_s + l_ст = + ∆S · z + ∆h · z_в + d(z_в + 2). (11.17)

Передаточне число приводу керування зчепленням обчислюється за залежністю

(11.18)

де Р_вк – припустиме зусилля на важіль або педаль. Для тракторів Р_вк = 200…250 Н, для вантажних автомобілів Р_вк = 150…200 Н, для легкових автомобілів Р_вк = 90…150 Н.

Величина вільного ходу стакана виключення приймається S_в = 3…4 мм, повного ходу S_n = 100…150 мм.

Розрахункове зусилля для деталей приводу приймається рівним