4. Расчет параметров сцепления и основных элементов автомобиля

Расчет муфты сцепления

Для расчета муфты сцепления необходимо задаться наружным D и внутренним d диаметром ведомых дисков, исходя из которых рассчитывается средний радиус R_cp.

Рассчитаем нажимное усилие пружин:

, (4.1)

где: М_max - максимальный момент двигателя, Н м (по заданию); - коэффициент запаса сцепления; =1,2.. .2,5; - средний радиус поверхности трения, равен:

(4.2)

где: - наружный диаметр поверхности трения, мм

- внутренний диаметр поверхности трения, мм

- коэффициент трения, = 0,2.. .0,35; z - число пар трения

Проверка дисков по прочности накладок:

(4.3)

Для различных материалов [р] = 0,14.. .0,25 МПа.

Меньшее значение давлений имеют сцепления грузовых автомобилей и автобусов, большие значения - сцепления легковых автомобилей.

Если условие прочности не соблюдается, то необходимо увеличить диаметры поверхностей трения, либо увеличить количество дисков.

Ниже приведены значения диаметров сцеплений отечественных автомобилей.

Число пар трения i=2n_в._д. (n_в._д. - число ведомых дисков)

Работа буксования сцепления:

(4.4)

где - приведенный момент инерции;

(4.5)

где - коэффициент учета вращающихся масс;

— масса автомобиля, кг;

- радиус колеса;

— передаточное число первой передачи

— передаточное число главной передачи

- момент сопротивления движению автомобиля, приложенный к первичному валу КПП;

- угловая скорость коленчатого вала при начале движения автомобиля, ;

Таблица4.1

Размеры ведомых дисков сцеплений различных автомобилей

Марка автомобиля	D	d
Однодисковое сцепление
ВАЗ-1111	160	110
ВАЗ-2108	190	130
АЗЛК-2141	203	145
ГАЗ-3102	225	150
ЗИЛ-43410	342	186
Магирус-290	420	210
Татра-13881	350	195
Икарус-260	420	220
Двухдисковое сцепление
КамАЗ-5320	350	200
МАЗ-5335	400	220

Расчет производится для легковых автомобилей и автопоездов на первой передаче, а для грузовых одиночных автомобилей на второй передаче.

Радиус колеса:

(4.6)

Коэффициент учета вращающихся масс:

, (4.7)

Момент сопротивления движению автомобиля:

(4.8)

где - вес автомобиля, Н;

- коэффициент сопротивления движению, - к.п.д. трансмиссии

Угловая скорость коленчатого вала при начале движения:

для малооборотистых дизельных двигателей:

(4.9)

для бензиновых двигателей:

(4.10)

Нагрев нажимного диска за одно включение при трогании с места:

, (4.11)

где - поправочный коэффициент;

- масса диска, кг;

- теплоемкость диска, Дж/(кг°С), для железа с = 482 Дж/(кг°С);

Для наружных дисков двухдискового сцепления = 0,25; для внутренних дисков = 0,5.

Таблица 4.2

Коэффициент полезного действия трансмиссии

Тип	Колесная формула	Вид главной передачи	К.п.д. трансмиссии
Легковые (переднеприводные)	2x4	Одинарная	0,95
Легковые (заднеприводные)	4x2	Одинарная	0,92
Легковые	4x4	Одинарная	0,86
Грузовые	4x2	Одинарная	0,9
Грузовые	4x2	Двойная	0,89
Грузовые	6x4	Двойная	0,87
Грузовые	6x6 4x4	Одинарная или двойная	0,85
Автобусы	4x2	Одинарная или двойная	0,88...0,9

В однодисковом сцеплении нажимной диск передает половину крутящего момента двигателя, в двухдисковом сцеплении средний нажимной диск передает половину крутящего момента, а наружный нажимной диск – четверть крутящего момента. Это также следует учитывать при определении нагрузок в элементах связи нажимных дисков с маховиком двигателя. Нажимные диски выполняются массивными для поглощения теплоты соответственно передаваемой ими доле крутящего момента при буксовании сцепления. Нажимные диски выполняются из чугуна марок СЧ 21-40, СЧ 21-44. Допустимый нагрев за одно включение:

Расчет пружин муфты сцепления

Нажимное усилие одной пружины:

_(4.12)

где - нажимное усилие пружин, Н

- отжимное усилие. Н (применяется только для многодискового сцепления)

Максимально допустимая нажимная сила [ ] = 700 Н для легковых автомобилей.

Максимальная нажимная сила пружины:

(4.13)

где - жесткость пружины, Н/мм;

- общая величина перемещения, мм

Жесткость пружин рассчитаем из выражения:

_(4.14)

где - прижимная сила одной пружины, Н;

- износ накладок, мм; находится в пределах 1.. .2,5мм;

- коэффициент запаса сцепления (из л/р№1)

- коэффициент запаса сцепления при изношенных накладках.

Жесткость пружин должна быть минимальной в пределах 10...20 Н/мм. В некоторых конструкциях жесткость пружин доходит до 40.. .45 Н/мм, что приводит к сокращению срока их надежной эксплуатации.

Из следующих выражений рассчитываем диаметр пружин, задав диаметр проволоки:

(4.15)

где - модуль сдвига стали, МПа; для стали - 8... 9 10⁶ MПa

- диаметр проволоки, мм;

-число рабочих витков проволоки;

- жесткость пружины, Н/мм.

Напряжение цилиндрической пружины:

_(4.16)

= 700...800 МПа - для пружинистой стали

Расчет пружин-гасителей крутильных колебаний

Нажимное усилие пружин гасителя

_(4.17)

где - максимальный крутящий момент двигателя (по исходным данным)

- коэффициент запаса;

- средний радиус, на котором расположены пружины;

- количество пружин гасителя.

Принимая во внимание большую жесткость пружин гасителя, напряжение следует вычислять с учетом кривизны витка.

Выбор пружин по касательным напряжениям:

_(4.18)

где -диаметр пружины;

-диаметр проволоки;

- поправочный коэффициент, учитывающий кривизну витка:

где:

,

Допустимое напряжение для пружинной стали [ ] 700...900 MПa

Расчет рычагов выключения сцепления

Для того чтобы начать рассчитывать рычаги, необходимо определиться, из какого материала и какого профиля будут они сделаны.

Изгибающий момент от действия силы, приложенной на концах рычагов, вызывает напряжение изгиба:

_(4.19)

где - нажимное усилие пружин, Н;

- большое плечо рычага

- отношение плеч рычага, т.е i_р = l/

- количество рычагов (кратно числу нажимных пружин)

— момент сопротивления профиля (выбрать по таблице 4.3, 4.4).

Таблица 4.3

Материалы, применяемые для рычагов выключения сцепления

Материал	МПа
Сталь Ст 10	260
Сталь Ст 15	300
Ковкий чугун КЧ-40	160

а) б) в)

Рис.6.1 Схемы сечений: а) квадрат, б) прямоугольник, в) трапеция.

Таблица 4.4

Моменты сопротивления профилей различного сечения

Профиль	Момент сопротивления
Квадрат	Wc =0,118 а3
Прямоугольник	Wc =0,167 b а2
Трапеция

Если напряжение изгиба не удовлетворяет условию, тогда изменим геометрию рычагов. Необходимо учитывать, что мы ограничены габаритными размерами.

Расчет шлицевой втулки (соединения) ведомого диска

Рассчитывается только втулка, так как в отличие от шлицев на вале шлицы втулки невозможно закалить поверхностно, а при общей закалке они становятся довольно хрупкими и подвержены срезу.

Шлицы рассчитывают на смятие и на срез.

Расчет шлицов на смятие:

_(4.20)

где - сила, действующая на шлицы; - площадь шлицев; - коэффициент точности прилегания шлиц; = 0,72...0,78.

Сила смятия определяется по формуле:

(4.21)

где - максимальный крутящий момент;

- коэффициент запаса, = 1,2.. .2,5;

- средний радиус шлицев.

Средний радиус шлицев:

(4.22)

где - наружный радиус шлицев;

- внутренний радиус шлицев.

Площадь шлицев:

, (4.23)

где - длина шлицев;

- количество шлицев.

Учитывая, что шлицевое соединение обеспечивает свободное перемещение ступицы, напряжение на смятие [ _см] = 30 МПа, напряжение на срез [ ]=17 МПа. Материал ступиц сталь 40 или 40Х.

Расчет шлицев на срез:

(4.24)

где ширина шлица.

Коробка передач

Межосевое расстояние:

(4.25)

где:

К – коэффициент, зависящий от типа автомобиля (для легковых автомобилей К=8,9-9,3; для грузовых К=8,6-9,6)

Полученные данные используются в дальнейших вычислениях.

Расчет валов, подбор и расчет подшипников

Валы автомобильных коробок рассчитываются на прочность и жесткость. Диаметр вала предварительно определяется по эмпирической формуле:

для первичного вала:

(4.26)

где: – максимальный крутящий момент, Н·м;

для промежуточного и вторичного валов:

, (4.27)

где: С - межцентровое расстояние, мм.

Отношение диаметра вала d к расстоянию между опорами ℓ может быть в пределах:

для первичного и промежуточного валов

= 0,16-0,18%;

для вторичного вала

= 0,18-0,21.

Полученные данные используются в дальнейших вычислениях.

Карданная передача

Максимальная угловая скорость карданного вала

(4.28)

где:

- максимальная скорость движения автомобиля, м/с (по зада­нию);

- передаточное число высшей передачи трансмиссии, соответствующее передаточным числам агрегатов трансмиссии, расположен­ных между рассчитываемым карданным валом и ведущими колеса­ми автомобиля;

г - радиус колеса, м.

Полученные данные используются в дальнейших вычислениях.

Главная передача

Число зубьев шестерен главной передачи.

Приняв количество зубьев ведущей шестерни (для легковых автомобилей =5-10; для грузовых автомобилей и автобусов =6-14), определяют количество зубьев ведомой шестерни

. (4.29)

Конусное расстояние

(4.30)

Где - передаточное число первой передачи коробки передач

Полученные данные используются в дальнейших вычислениях.

Подвеска

Техническая частота колебаний:

. (4.31)

Расчет проводиться для передней и задней подвески.

где - статический прогиб упругого элемента подвески, см:

Техническая частота колебаний определяется для передней и задней подвесок. Для этого выбирают статический прогиб передней подвески =8-12 см.

Статический прогиб задней подвески определяют из соотноше­ний:

для автобусов =(1,0-1,2) ;

Определенное значение технической частоты колебаний под­вески должно лежать в следующих пределах 70-100 колеб/мин;

Рулевое управление

Момент сопротивления повороту:

(4.32)

где:

- полный вес, приходящийся на управляемые колеса, Н;

- коэффициент сопротивления качению ( =0,02);

- плечо обкатки, м ( =0,06-0,1);

- радиус колеса, м;

- коэффициент сцепления шин с дорогой ( =0,8);

- к.п.д. рулевого управления ( =0.78-0.8).

Полученные данные используются в дальнейших вычислениях.

Тормозное управление

Максимальный тормозной момент рассчитывают для передних и задних тормозов по следующей формуле:

(4.33)

Расчет производят для переднего моста и задней тележки.

где: - вес, приходящийся на тормозящее колесо, Н;

- коэффициент сцепления шин с дорогой ( =0,8);

- радиус колеса, м;

- коэффициент перераспределения масс (для передних тормозов =1,5.,.2,0; для задних тормозов -0,5...0,7).

Для определения веса, приходящегося на тормозящее колесо пользуются формулой:

(4.33)

Где – полный вес на мост автомобиля;

– кол-во колес на мосту автомобиля;

– номер моста

На этом теоретический материал для расчета заканчивается.

_{Приложение 1}

Задание на выполнение контрольной работы

№ варианта	Vamax (км/ч)	max	ma (кг)	№ варианта	Vamax (км/ч)	max	ma (кг)
01	100	0,40	1000	51	75	0,60	16500
02	120	0,50	1200	52	80	0,45	17500
03	140	0,45	1400	53	95	0,50	19000
04	150	0,75	1600	54	75	0,55	18500
05	140	0,45	1800	55	80	0,40	19000
06	150	0,47	2000	56	80	0,45	16000
07	70	0,58	5000	57	70	0,50	20500
08	80	0,40	5400	58	90	0,43	21000
09	90	0,50	7000	59	80	0,52	22000
10	100	0,55	4500	60	90	0,49	23000
11	70	0,60	6000	61	120	0,35	675
12	80	0,45	8000	62	170	0,44	1006
13	90	0,50	10000	63	115	0,52	1590
14	75	0,55	13500	64	100	0,48	5850
15	100	0,40	9500	65	90	0,59	19350
16	70	0,45	14000	66	90	0,39	11600
17	95	0,50	11500	67	80	0,58	14380
18	80	0,43	14500	68	90	0,45	20700
19	80	0,52	15500	69	90	0,38	9030
20	90	0,49	16000	70	178	0,50	1165
21	85	0,53	16500	71	90	0,58	8850
22	90	0,58	17500	72	90	0,48	7330
23	95	0,44	18000	73	250	0,50	2050
24	80	0,53	18500	74	100	0,52	16500
25	90	0,47	19000	75	70	0,48	9900
26	85	0,51	20000	76	80	0,57	10000
27	80	0,50	20500	77	95	0,52	5900
28	75	0,43	21000	78	95	0,54	4680
29	70	0,52	22000	79	160	0,49	1000
30	70	0,49	23000	80	180	0,51	1500
31	100	0,53	10000	81	80	0,52	18500
32	85	0,58	1200	82	85	0,54	14690
33	100	0,44	14000	83	85	0,43	16800
34	95	0,53	16000	84	75	0,61	18950
35	80	0,47	18000	85	75	0,48	20500
36	70	0,50	20000	86	85	0,50	15600

Продолжение приложение 1

Задание на выполнение курсовой работы

№ варианта	Vamax (км/ч)		max		ma (кг)	№ варианта	Vamax (км/ч)		max		ma (кг)
37		70		0,44	15000	87		95		0,48	6000
38		90		0,52	5400	88		90		0,58	7500
39		85		0,56	7000	89		75		0,59	14900
40		100		0,42	14500	90		85		0,47	6800
41		75		0,40	6500	91		80		0,40	18500
42		75		0,50	18000	92		75		0,60	11000
43		85		0,45	10000	93		90		0,38	15800
44		70		0,75	15500	94		70		0,85	9700
45		80		0,45	9500	95		100		0,35	14800
46		75		0,47	14500	96		95		0,47	14000
47		70		0,58	16500	97		160		0,38	1700
48		100		0,40	14500	98		120		0,5	900
49		75		0,50	15500	99		95		0,37	13900
50		90		0,55	18000	00		180		0,25	1900

_{Приложение 2}

Автомобильная техника

Марка а.м.	Полная масса, кг	Максимальная скорость, км/ч	Максимальная мощность, кВт	Удельная мощность, кВт/т
легковые
Заз-968а	1160	118	30,3	26,03
Ваз-2103	1430	152	56,6	39,6
Ваз-2106	1445	154	58,8	40,2
Москвич-2140	1445	142	55,2	38,2
Газ-24	1820	147	69,9	38,4
Газ-3102	1870	152	77,2	41,28
грузовые
Газ-52-03	5465	70	55,2	10,10
ЗИЛ-130	10525	90	110,3	10,47
Камаз-5320	15305	80	154,4	10,10
КрАЗ-2576	22500	68	176,5	7,8
автобусы
Паз-3201	7155	80	84,6	11,80
Лаз-4202	13400	75	132,4	9,90
Лиаз-677м	14050	70	132,4	9,40

Приложение 3

Техническая характеристика двигателей

Параметры	МеМЗ-968	МеМЗ-968А	ВАЗ-2101	ВАЗ-21011	УМЗ-451	ГАЗ- 52-04	М- 412	ВАЗ-2103
Номинальная мощность, кВт	29,4	36,8	47,1	50,7	52,8	55,0	55,0	56,5
Номин частота вращения мин-1	4400	4700	5600	5600	4000	2600	5800	5600
Максимальный вращ. момент, Н  м	74,6	80,4	87,3	94,2	166,8	206,0	111,8	105,9
Минимальный удельный расход топлива, г/кВт  ч	333	327	313	307	341	341	307	307
Параметры	ВАЗ - 2131	ИЖ - 21251	ГАЗ - 24-01	ЗМЗ - 2203	ЗМЗ – 53	ЗИЛ – 130	ЗИЛ – 375	ГАЗ - 14
Номинальная мощность, кВт	58,7	58,7	62,3	69,7	84,4	110,0	132,0	161,4
Номин.частота вращения, мин-1	5200	5800	4500	4500	4500	3200	3200	4200
Максим. вращ. .момент, Н  м	122,6	117,7	171,7	186,4	284,5	402,2	466,0	451,3
Минимальный удельн расход топлива, г/кВт  ч	300	307	307	307	313	327	320	-
Параметры	УЗМА-3317	УЗМА-3313	ВАЗ-21031	ВАЗ-21213	УЗМА-331	МеМЗ- 245	ВАЗ- 1111	АЗЛК-21414
Номинальная мощность, кВт	62,5	62,5	58,8	58	72,8	37	22	70
Номин.частота вращения, мин-1	5500	5600	5200	5200	5200	5300	5500	5800
Максим. вращ. .момент, Н  м	92,2	98	125	125	98	66,8	38,28	115,5
Минимальный удельн расход топлива, г/кВт  ч	280	290	300	300	290	285	280	280

Приложение 3

Параметры	Д-20	Д-37М	Д-50	А-41	ЯМЗ-236	ЯМЗ- 236Н	ЯМЗ- 238	ЗМЗ-4022.10
Номинальная мощность, кВт	14,7	29,4	36,8	66	132,4	161,8	176,5	75
Номинальная частота вращения, мин-1	1800	1600	1600	1750	2100	1700	2100	4500
Максимальный вращающ. момент, Нм	90	211	245	411,6	667	-	883	181,4
Минимальный удельный расход топлива, г/кВт  ч	279	252	265	252	238	238	238	286
Параметры	ЯМЗ- 238А	В- 306	ЯМЗ- 238Н	ЯМЗ- 240	ЯМЗ- 240Н	Д-12- 525	КамАЗ 740	HR2 (Листер)
Номинальная мощность ,кВт	180,2	220,7	235,4	264,4	267,8	386,1	154,4	21,7
Номинальная частота вращения, мин-1	2100	1500	2100	2100	2100	2000	2600	2200
Максимальный вращающий момент, Нм	785	1618	1178	1834	1942	-	636	-
Минимальный удельный расход топлива, г/кВт  ч	238	231	238	238	238	238	224	208
Параметры	СМД-62	Д-240	Д-245	Д-130Т	256-DF (Форд)	F4L-912 (Дейтц)	ОМ401 Мерседес Бенц	ТD 120А Вольво
Номинальная мощность ,кВт	121	59	92	99	55,1	46,3	235	242
Номинальная частота вращения, мин-1	2100	2200	2500	1070	2100	2300	2500	2200
Максимальный вращ. момент, Нм	637	274
Минимальный удельный расход топлива, г/кВт  ч	240	258	245	235	213	205	205	208
Параметры	Чепель Д613.10	МАN	F8l413 Дейтц	Т928 Татра	Ш-706RT Шкода	ОМ401 Мерседес Бенц	ТD 120А Вольво	СМД-31
Номинальная мощность ,кВт	92	141	182	132	118	235	242	194,8
Номинальная частота вращения, мин-1	2300	2100	2650	2000	1900	2500	2200	2000
Максимальный вращ. момент, Нм	430	710	670	720	700	1050	1270	913
Параметры	СМД-75	А-03	Д-108	В-31	Д-65Н	СМД-32А	АЗЛК-21423 (диз.)	ЗМЗ-4024 (инж.)
Номинальная мощность, кВт	194,8	96	79	243	44	172,8	48	81
Номинальная частота вращения, мин-1	2100	1700	1070	1500	1700	2000	4500	4500
Максимальный вращающ. момент, Нм	872			2905		908	103,8	181,4
Минимальный удельный расход топлива, г/кВт  ч	231	250	238	224	252	230	245	280

Параметры	ЯМЗ-8401	ЯМЗ-8424	ЗИЛ-645	КАЗ-642	ГАЗ-542.10	ЯМЗ-238ГМ2	ЯМЗ- 236А	ЯМЗ-236Г
Номинальная мощность, кВт	478	309	136	117	92	132	143	110
Номинальная частота вращения, мин-1	2100	2100	2800	2600	2800	1700	2100	1700
Максимальн. вращ момент, Нм	2240	1412,2	520	480	314,4	942	716	846
Минимальный удельный расход топлива, г/кВт  ч	220	197	217	220		220	214	220
Параметры	ЯМЗ-850	ЯМЗ-238НД3	ЯМЗ-238НД4	ЯМЗ-238НД5	КамАЗ-740.11-240	КамАЗ-740.13-260	КамАЗ-7401	Д- 145Т
Номинальная мощность, кВт	386	173	184	220	176	191	132	62,5
Номинальная частота вращения, мин-1	1900	1700	1900	1900	2200	2200	2600	2000
Максимальный вращ. момент, Нм	2450	1108	1108	1280	834	931	550	296
Удельный расход топлива при номин. мощности г/кВт.ч	211	220	220	220	207	210	224	231