Расчёт сцепления ГАЗ-52

 

3. Статическая прочность.

 

1. Цилиндрические нажимные пружины  рассчитываются на кручение в выключенном  состоянии сцепления:

 

          _{где  P’пр1 – усилие пружины в выключенном состоянии сцепления, Н}

                 =714,7

                 _{τmax – максимальное напряжение кручения, МПа.}

          _{Пружины гасителя  крутильных колебаний  рассчитываются на  кручение с учетом  кривизны витка  по максимальному  усилию сжатия:}

 

где К  – коэффициент учитывающий кривизну витка пружиы.

 

_{Где B – коэффициент, равный отношению среднего диаметра пружины к диаметру проволоки.}

 

Допустимые  напряжения [τ] = 700…900 МПа.

 

 

 

 

 

2.  Рычаги выключения рассчитываются  на изгиб:

 

_{где     σи – напряжение изгиба, МПа;}

           _{Р’пр – усилие пружин при выключении, Н;}

          

           _{l – расстояние до опасного сечения, мм;}

             U_р – передаточное число рычага,

         

           n_р – число рычагов, n_р=3;

           W_и – момент сопротивления изгибу в опасном сечении, мм³.

Допускаемое напряжение изгиба для стали:

            [σ _и]= 300 МПа

 

3. Шлицы ступицы ведомого диска рассчитываются на смятие и на срез.

Напряжения  смятия:

                      

где     - напряжение смятия, МПа

           Р_ш – суммарная окружная сила, Н

          F – суммарная боковая поверхность шлицев, мм²

                

где      r_ср – радиус приложения окружной силы, м

             d_н =35,14 и d_в =28,85 – наружный и внутренний диаметры шлицев, мм

            l_ш =40 – длина шлицев, мм

             i_ш =10 – число шлицев

 

             - коэффициент точности прилегания шлицев

             

                   мм; 

                  Н;

                 ;

                МПа.

Напряжение  среза, МПа:

          

где - напряжение среза, МПа

  b_ш =7 – ширина шлицев, мм

Допустимые напряжения: МПа; МПа

 

 

3. Выключение сцепления.

 

Критериями оценки выключения являются следующие эргономические показатели:

• усилие педали
• ход педали
• работа, совершаемая водителем при выключении сцепления.

 

1. Усилие на педали.

 

Усилие на педали при выключении сцепления не постоянно и зависит  от упругой характеристики пружины. В выключенном состоянии:

             

где       Р_пед – усилие на педали, Н

               - усилие пружины при выключении, Н

           U_п – передаточное число привода

          =0,75- КПД привода

              

        

             

где a и b; c и d; e и f – длины плеч рычагов соответственно педального привода, вилки выключения, рычагов выключения, мм

              

Для существующих конструкций передаточное число  привода сцепления находится  в пределах 25…50.

               Н

Усилие  на педали у грузовых автомобилей не должно превышать 250 Н.

 

2. Ход педали сцепления

 

Величина  полного хода педали:

     

где     S_п – полный ход педали, мм;

         S_cx – свободный ход педали, мм;

          S_p – рабочий ход педали, мм;

    

где    =3 - зазор между рычагами и муфтой выключения сцепления, мм

            мм 

             мм

Для грузовых автомобилей

           мм

             мм

     Строится статическая характеристика привода сцепления

на которой обозначаются S_сх, S_р, S_п, и усилие на педали в начале и в конце выключения сцепления (рис 3).

     Усилие на педали  в зоне холостого хода определяется  характеристиками возвратных пружин.

 

 

 

 

3. Работа, совершаемая водителем при выключении.

 

Строится  упругая характеристика пружины  сцепления (рис 5)

Работа, совершаемая водителем, Дж:

 Дж

Для грузового автомобиля: L_вод<30 Дж.

 

4. Включение сцепления.

 

При включении сцепления совершается  работа буксования трущихся пар, которая, переходя в тепло, нагревает детали сцепления. Вследствие этого фрикционные  накладки работают при повышенных температурах, что увеличивает их износ и  снижает коэффициент трения. Наибольшая работа буксования получается при трогании автомобиля с места, поэтому рассмотрим рабочий процесс сцепления для этого случая.

 

        4.1. Графоаналитический метод расчета процесса включения сцепления.

 

        Автомобиль  представлен в виде эквивалентной  двухмассовой системы, для которой справедливы уравнения:

                      

                         

 

_{Где        Je – момент инерции ведущих частей сцепления;}

              _{Ja – момент инерции автомобиля, приведенный к ведомым частям сцепления;}

              _{Me – крутящий момент двигателя;}

                      _{Ma – момент, передаваемый сцеплением;}

              _{Mψ – момент сопротивления движению автомобиля, приведенный к валу сцепления;}

              _{ωe , ωa - угловые скорости коленчатого вала двигателя и ведомых частей сцепления.}

Принимаем следующие допущения:

 

1. Момент двигателя мгновенно принимает максимальное значение и остается постоянным:

                   

     2. Момент, передаваемый сцеплением, зависит от времени:

       , а при достижении максимального значения:

                       

                        Нм

k₁ – темп включения сцепления, k₁=180Нм/с

3. Момент сопротивления движению  автомобиля, Нм:

                    

где     - момент сопротивления автомобиля, Нм

            G_a =53960 – сила тяжести автомобиля, Н

           =0,06- коэффициент сопротивления движению

         U_тр = U_кп * U_гп – передаточное число трансмиссии

            U_кп=6,55 – передаточное число коробки передач на первой передаче,

           U_гп=6,67 – передаточное число главной передачи,

           U_тр =43,7

          =0.86 - КПД трансмиссии.

           r_d –динамический радиус колеса, м

            

           Р  200 – 508

            мм

           b=200 мм

           k=1

            мм

         Нм

 

5. Момент инерции автомобиля, приведенный к ведущим частям сцепления, кгм²:

                 

                

 

 

 

 

 

6. Начальная угловая скорость коленчатого вала, с^-1:

             

где - угловая скорость коленчатого вала на холостом ходу,

  

   - номинальная угловая скорость коленчатого вала,

   -  частота вращения коленчатого вала,

 

 

  - момент инерции ведущих частей сцепления,

 

Решая исходные дифференциальные уравнения  движения масс системы со сделанными допущениями, получим:

       

      

Определим время буксования:

 

 

 

Определяем угловые скорости, с^-1:

 

         

                         

        

       

        

        

При найденных значениях времени  t₃ оказалось, что ω_e3<ω_a3. Дальнейший расчет ведется графически. Этот случай соответствует такому протеканию процесса, при котором М_с  не достигает величины М_emax*β

       t’₃=0.175c

       ω’_e3=ω’_a3=395c^-1

M_{c max}=340Нм

 Работа буксования сцепления:

 

             

 

 

 

Среднее значение момента сцепления  за интервал времени Dt, Нм:

        

Угол буксования за время Dt:

        

 

 

 

 

Полная  работа буксования определяется суммированием работ по всем четырем участкам, Дж:

 

4.2. Оценка рабочего процесса включения  сцепления при трогании автомобиля.

 

4.2.1. Оценка надежности рабочих поверхностей  сцепления.

       - удельная работа буксования, Дж/см²:

      

     

Удельная  работа буксования при трогании грузового автомобиля с места не должна превышать 120 Дж/см² для грузовых автомобилей.

- нагрев нажимного диска за одно включение:

   

где - коэффициент перераспределения теплоты между деталями

     

      С_дет - удельная теплоемкость, ,

   m_нд – масса нажимного диска, кг

 

        

    Допускаемый нагрев нажимного диска

 

4.2.2. Оценка  влияния рабочего процесса сцепления на формирование

 эксплуатационных свойств автомобиля.

1. Возможность работы двигателя при выбранном режиме включения сцепления

При ω_eкон < ω_eхх двигатель заглохнет.

2. Режим включения сцепления:

    t_b = 0.1…1.1 c – резкое включение;

    t_b = 1.6…2.5 с – плавное включение.

3. Тягово - скоростные свойства автомобиля на этапе буксования