3.2 Расчет сцепления

При выполнении данного раздела необходимо:

- выбрать исходные параметры (коэффициент запаса, давление на фрикционные поверхности , размеры фрикционных накладок и т.п.);

- рассчитать нажимные пружины, элементы ведомого диска, звенья передачи нажимного усилия, а также элементы передачи нажимному диску части крутящего момента;

- проверить работоспособность сцепления;

- обосновать выбор конструкции элементов привода выключения сцепления и рассчитать их.

- вычертить чертеж общего вида сцепления.

3.2.1 Расчет основных элементов сцепления

Необходимый коэффициент запаса сцеплениязависит от типа автомобиля и условий эксплуатации (табл. 11).

Таблица 11 – Пределы коэффициентов запаса и режимов работы

Тип и назначение автомобиля		А
Легковые	1,2...1,75	0,47
Грузовые автомобили общего назначения	1,5...2,20	0,36
Прочие грузовые автомобили и тягачи	1,8...2,80	0,19

Наружный и внутренний диаметры накладок предварительно выбирают из конструктивных соображений с учетом реальных значений, взятых для автомобилей-прототипов. Ориентировочно может быть выбрано по эмпирической формуле, см:

, (28)

где измеряется в ; А – коэффициент, которым можно задаться по таблице 11.

Отношение должно находиться в пределах 05,...0,75 и быть тем большим, чем больше частота вращения двигателя.

Затем размеры накладок уточняются по ГОСТ 1786-95 и все последующие расчеты выполняют только для стандартных фрикционных накладок.

Действительный статический момент трения определяют по формуле:

, (29)

где – средний радиус накладок, см;

–коэффициент трения, который для медно-асбестовых накладок можно принять равным 0,22...0,33;

–число пар поверхностей трения (для однодискового );

–давление на фрикционные поверхности (принимают в пределах от 0,14...0,3 МПа).

Необходимый момент трения определяется из выражения

. (30)

Необходимое давление определяют по формуле:

, (31)

где – площадь рабочей поверхности фрикционного диска за вычетом площади поверхности, теряемой на углубление для заклепок см².

Данную величину можно определить по формуле:

, (32)

где k_z – количество заклёпок;

d_z – диаметр заклепок, см.

Наиболее ответственные детали сцепления - пружины, создающие нажимное усилие.

Центральные диафрагменные пружины имеют радиальные прорези, снижающие их жесткость. Образующиеся лепестки выполняют роль рычажков выключения сцепления.

Нажимная сила, создаваемая пружиной по ее внешнему диаметру рассчитывается по формуле, Н:

(33)

где δ – толщина материала пружины, мм;

l₁ – перемещение в зоне приложения силы, мм;

D_е – наибольший диаметр пружины, мм;

D_а – диаметр основания лепестков, мм;

μ=0,26 – коэффициент Пуассона;

D_с – диаметр точек сопряжения пружины с кожухом сцепления, мм;

–высота усеченного конуса неразрезанной части пружины, мм.

Высота определяется по формуле

, (34)

где – угол при основании конуса пружины.

Перемещение концов лепестков и выжимная сила определяются соответственно по и с учетом соотношения плеч и , где – наименьший диаметр вершин лепестков, мм. Однако при уточненном расчете хода выжимного подшипника, следует учитывать прогиб лепестков под действием силы .

Рекомендуемые пропорции: ; ; ; . Область с постоянной осевой силой появляется в характеристике пружины при соотношении .

Наиболее нагруженное место в пружине – у основания лепестков, напряжение в котором определяется по формуле, МПа:

(35)

где – приведенный диаметр, мм;

а – вспомогательный коэффициент.

Приведенный диаметр D и вспомогательный коэффициент а определяют по формулам:

; (36)

. (37)

Далее необходимо определить величину Δ l – разность между дли-ной окон демпфера-гасителя крутильных колебаний и свободной длиной пружин:

, (38)

где – радиус окружности, на которой расположены пружины, мм;

–число пружин;

и – средний диаметр навивки пружин и диаметр материала соответственно, мм;

–число рабочих витков.

Длина окон обычно составляет примерно 25...27 мм, число рабочих витков , диаметры и , а их соотношение должно находиться в пределах 5,5...4,5. Суммарный зазор λ между витками пружины, вставленной в окно, должен быть примерно 3...4 мм.

Параметры демпфера можно предварительно выбрать из таблицы 12.

Таблица 12 – Конструктивные параметры демпфера

Наружный диаметр фрикционной накладки ведомого диска, мм	Число пружин демпфера	Наружный диаметр фланца ступицы, мм
До 250	6…8	124…133
280…310	8…10	133…158
Свыше 310	10	158

Наибольшее усилие сжатия пружин определим по формуле:

. (39)

3.2.2 Проверка работоспособности сцепления

Долговечность и надежность сцепления определяется полной работой буксования и температурой нагрева его деталей при трогании автомобиля с места в определенных условиях. Полная работа буксования, Дж:

, (40)

где – средняя частота вращения коленчатого вала в процессе включения сцепления, принимаемая равной 500...800 мин ^-1;

–общее передаточное число трансмиссии на разгонной передаче;

–коэффициент суммарного сопротивления дороги;

К – коэффициент режима включения сцепления.

Коэффициент К для легковых автомобилей составляет 100...250 Н·м/с, а для грузовых – 200...750 Н·м/с в зависимости от величины . Для расчета принимаем, что наибольший момент трения достигается за время включения = 5 с, если оно не меньше минимально возможного.

Минимально возможное время включения

, (41)

где – приведенный к первичному валу коробки передач момент инерции условного маховика, эквивалентного поступательно движущейся массе автомобиля с учетом колес, кг·м²;

–момент, развиваемый двигателем при принятом значении , Н·м;

–приведенный к первичному валу коробки передач момент сопротивления движению автомобиля, Н·м.

Неизвестные величины выражения (41) определим по формулам:

; (42)

, (43)

где – сумма моментов инерции колес, кг·м².

Расчеты выполняются для .

На нагрев проверяют нажимной или промежуточный (при двухдисковом сцеплении) диск исходя из предположения, что теплоотдачей в окружающую среду из-за кратковременности процесса можно пренебречь ^°С:

, (44)

где – коэффициент, отражающий часть работы буксования, относимую к данному диску; – для однодискового сцепления, – для нажимного и – для промежуточного дисков двухдискового сцепления;

–масса диска, кг;

с – теплоемкость чугуна (стали); с = 481,5 Дж/( ^°С).

Массу диска можно ориентировочно подсчитывать по его размерам и плотности.

Допустимым считается повышение температуры дисков на 10 ^°С для одиночных транспортных средств и 20 ^°С для тягачей.