5.2 Гаситель крутильных колебаний
Выбор наружного диаметра ступицы и числа пружин гасителя производится в зависимости от наружного диаметра фрикционного кольца ведомого диска .
Радиус окружности, на которой расположены пружины, выбирают в зависимости от наружного диаметра фланца ступицы. В выполненных конструкциях радиус
мм.
Длины окон, в которых установлены пружины, примерно равны 25…27 мм.
Таблица 10
|
Наружный диаметр фрикционного кольца ведомого диска сцепления, мм |
Число пружин гасителя |
Наружный диаметр фланца ступицы, мм |
|
До 250 |
6 8 |
124 133 |
|
280…310 |
8 10 |
133 158 |
|
310…330 |
10 |
172 |
Число пружин
гасителя обычно шесть или восемь, редко
– больше. Параметры пружин: диаметр
проволоки
мм; средний диаметр витка
мм; наружный диаметр пружины
мм; рабочее число витков
;
полное число витков
;
жесткость пружины 100…300 Н/мм, т.е. очень
жесткие, поэтому отношение среднего
диаметра пружины к диаметру проволоки
.
Максимальное усилие сжимающее пружину гасителя:
,
Н, (26)
[ 4 ]
где
–
число пружин гасителя.
Принимая во внимание большую жесткость пружин гасителя, напряжение пружины следует вычислять с учетом кривизны витка
,
МПа, (27)
[ 4 ]
где
– коэффициент, учитывающий кривизну
витка пружины;
;
(28)
[ 4 ]
. (29)
[ 4 ]
Для пружинной
стали допускаемое напряжение
МПа.
Пример расчета гасителей крутильных колебаний:
Для наружного диаметра фрикционного кольца ведомого диска сцепления
D = 160 мм, примем число пружин гасителя – 6, наружный диаметр фланца ступицы – 124мм.
Радиус окружности,
на которой расположены пружины
мм.
Длины окон, в которых установлены пружины 25 мм.
Параметры пружин:
- диаметр проволоки
мм;
-средний диаметр
витка
мм;
-наружный диаметр
пружины
мм;
-рабочее число
витков
;
-полное число
витков
;
-жесткость пружины
100 Н/мм, т.е. очень жесткие, поэтому
отношение среднего диаметра пружины к
диаметру проволоки
.
Максимальное усилие сжимающее пружину гасителя:
,
Н,
Коэффициент, учитывающий кривизну витка пружины:
Напряжение пружины
МПа
Значение расчетного напряжения удовлетворяет условию прочности, τ ≤ [ τ ].
5.3 Нажимные пружины
В нажимных механизмах сцепления применяют цилиндрические, конические и тарельчатые пружины, изготовленные из марганцовистой стали. Для пружин сцеплений автомобилей ГАЗ, ЗИЛ, УраЛ применяется сталь 65Г, для пружин сцеплений МАЗ, КрАЗ, КамАЗ – сталь 85Г, 50ХФА.
Цилиндрическая
нажимная пружина.
Число пружин в сцеплении с периферийным
расположением цилиндрических пружин,
как уже отмечалось, должно быть кратно
числу рычагов выключения. Усилие одной
пружины
(где
–
число пружин) не должно превышать 800 Н.
Усилие и деформация пружины взаимосвязаны:
,
Н, (30)
[ 4 ]
где
– деформация пружины, м;
–модуль сдвига,
для стали
МПа;
–диаметр проволоки,
м;
–число рабочих
витков, полное число витков
;
–средний диаметр
витка, м.
Все параметры пружин принимают в соответствии с ГОСТ 16118-70.
В значительной степени эксплуатационные качества сцепления определяются жесткостью пружины
. (31)
[ 4 ]
Напряжения цилиндрической пружины
(32)
[ 4 ]
[ τ ] = 700…900 МПа.
Двойная цилиндрическая нажимная пружина. При подборе двойных пружин необходимо принять некоторые допущения, например при одинаковой деформации двух пружин следует считать напряжение в этих пружинах одинаковым:
.
(33)
[ 4 ]
Задавшись жесткостью пружин
,
(34)
[ 4 ]
находим связь между деформацией и другими параметрами пружин:
; (35)
[ 4 ]
. (36)
[ 4 ]
Выразим
и
через
и
:
; (37)
[ 4 ]
. (38)
[ 4 ]
Подставим
полученные значения в формулы для
и
:
; (39)
[ 4 ]
. (40)
[ 4 ]
Так
как
и
,
то
;
(41) [ 4 ]
. (42)
[ 4 ]
Конструктивно
задавшись значениями
и
и варьируя значениями
,
,
,
,
можно подобрать необходимые параметры
пружин.
Данные по цилиндрическим нажимным пружинам сцеплений некоторых автомобилей приведены в таблице 11.
Таблица 11.
|
Параметры цилиндрических пружин сцепления |
Марки автомобилей | |||
|
ГАЗ-3110 |
ГАЗ-3307 |
ЗИЛ-431410 |
МАЗ-6422 | |
|
Число пружин |
9х2 |
12 |
16 |
14х2 |
|
Число рычагов выключения |
3 |
3 |
4 |
4 |
|
Усилие одной пружины, Н |
260+220 |
630 |
680 |
400 |
|
Диаметр
проволоки
|
3 |
4.2 |
4.5 |
4.5 |
|
Средний
диаметр витка
|
28.5 |
24.8 |
25.5 |
31.5 |
|
Число
рабочих витков
|
7+9.5 |
7 |
8.5 |
9 |
|
Коэффициент жесткости, Н/мм |
6.210.7 |
29.8…32.4 |
36…40 |
13.6…15.8 |
,
мм
,
мм
Коническая пружина. Минимальная высота пружины может быть обеспечена в том случае, если навивка пружины позволяет при полном сжатии совместить все витки в одной плоскости. Упругая характеристика конической пружины нелинейная. Для пружин прямоугольного сечения усилие
; (43)
[ 4 ]
жесткость
. (44)
[ 4 ]
Напряжение пружин
. (45)
[ 4 ]
В
этих формулах
и
– стороны сечения проволоки, соответственно
параллельная и перпендикулярная оси
пружины;
и
– соответственно большой и малый диаметр
пружины;
и
– коэффициенты, значения которых зависят
от отношения
:
-
2
2,5
3,0
0,246
0,258
0,267
1,713
1,256
0,995
Диафрагменная нажимная пружина. Расчетная схема для определения параметров диафрагменной пружины приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Расчетная схема диафрагменной пружины
Диафрагменная пружина представляет собой пружину Бельвиля, модифицированную для использования в автомобильных сцеплениях. Давление пружины создается ее участком между опорными кольцами, установленными на заклепках на кожухе сцепления и наружным краем пружины, упирающимся в нажимной диск сцепления. Лепестки диафрагменной пружины (в сцеплениях автомобилей ВАЗ и АЗЛК их 18) одновременно являются рычагами выключения, их упругость способствует плавному включению сцепления. Толщина диафрагменной пружины сцепления находится в пределах 2.0…2.5 мм для легковых и 3.0…5.0 мм для грузовых автомобилей.
Усилие пружины
,
Н, (46) [ 4 ]
где
– модуль упругости,
,
МПа; (47) [ 4 ]
–модуль упругости
первого рода, МПа;
–коэффициент
Пуассона,
;
–высота пружины,
м;
–толщина пружины,
м.
По этому уравнению может быть построена зависимость нажимного усилия диафрагменной пружины от ее деформации.
Усилие выключения может быть подсчитано из условия равновесия
;
(48) [ 4 ]
. (49)
[ 4 ]
Ход подшипника муфты выключения определяется суммой перемещений сечения пружины (принимается недеформируемым в осевом направлении) и лепестков при их деформации:
;
(50) [ 4 ]
;
(51) [ 4 ]
,
(52) [ 4 ]
где
– угловое перемещение;
–жесткость
лепестков.
Наибольшее
напряжение испытывает элемент пружины
со стороны малого торца при повороте
пружины на угол
,
т.е. когда пружина становится плоской.
Здесь суммируются напряжения растяжения
σр
и напряжения изгиба
лепестков:
;
(53) [ 4 ]
.
(54) [ 4 ]
В
свободном состоянии
.
Лепестки диафрагменной пружины испытывают наибольшее изгибающее напряжение у основания:
, (55)
[ 4 ]
где
– число лепестков;
–момент сопротивления
изгибу в опасном сечении.
Момент сопротивления изгибу в опасном сечении
,
м3 (56)
[ 4 ]
где b – ширина опасного сечения, м
h – толщина опасного сечения, м
Для пружин различных
типов применяются высокоуглеродистые
стали марок 65Г,85Г,60С2 и др., допускаемое
напряжение
МПа.
Пример расчета диафрагменной нажимной пружины.
Расчетная схема для определения параметров диафрагменной пружины приведена на рисунке 2.
Рисунок 2 - Расчетная схема диафрагменной пружины
Толщина диафрагменной пружины сцепления находится в пределах
2,0…2,5 мм для легковых. Примем h =2 мм.
Усилие пружины может быть подсчитано из условия равновесия
;
Усилие выключения примем Рвыкл=100 Н, тогда усилие пружины:
,
Н
Н
Максимальное напряжение изгиба лепестков:
;
В
свободном состоянии
.
МПа
Изгибающее напряжение у основания:
,
МПа
=12;
Момент сопротивления изгибу в опасном сечении,
м3
МПа
МПа.
[σmax] = 700…800 МПа.
Значение максимального напряжения удовлетворяет условию прочности
σmax ≤ [σmax]