Проектирование автомобиля с бензиновым двигателем (стр. 5 из 6)
8. Проверочный (прочностной) расчет сцепления
Описание основных видов сцепления
Назначение сцепления - разъединять двигатель и коробку передач во время переключения передач и вновь плавно соединять их, не допуская резкого приложения нагрузки, а также обеспечивать плавное трогание автомобиля с места и его остановку без остановки двигателя. При резком торможении без выключения сцепления оно, пробуксовывая, предохраняет трансмиссию от перегрузок инерционным моментом. Во включенном состоянии сцепление должно надежно соединять двигатель с трансмиссией, не пробуксовывая. При анализе и оценке конструкций сцеплений, как и других механизмов, следует руководствоваться предъявляемыми к ним требованиями:
1 надежная передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии; плавность и полнота включения; чистота выключения;
2 минимальный момент инерции ведомых элементов;
3 хороший отвод теплоты от поверхностей трения;
4 предохранение трансмиссии от динамических нагрузок;
5 поддержание нажимного усилия в заданных пределах в процессе эксплуатации;
6 минимальные затраты физических усилий на управление;
7 хорошая уравновешенность.
Кроме того, к сцеплению, как и ко всем механизмам автомобиля, предъявляют такие общие требования: обеспечение минимальных размеров и массы, простота устройства и обслуживания, технологичность, ремонтопригодность, низкий уровень шума. Классификация сцеплений приведена на схеме (рисунок 12). На большинстве автомобилей устанавливают постоянно замкнутые сцепления, т. е. постоянно включенные и выключаемые водителем при трогании, переключении передач и торможении. Постоянно разомкнутые сцепления, выключенные при малой угловой скорости коленчатого вала двигателя и автоматически включающиеся при ее увеличении, применяются сравнительно редко, главным образом при автоматическом управлении. На легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности устанавливаются однодисковые сухие сцепления. Двухдисковые сцепления применяют для грузовых автомобилей повышенной грузоподъемности (КамАЗ, КрАЗ, МАЗ), но иногда с целью упрощения конструкции и для них используют однодисковое сцепление ("Магирус-290"). Многодисковые сцепления применяются крайне редко и только на автомоби-лях большой грузоподъемности.
Рисунок 12 - Классификация сцеплений
Гидравлические сцепления (гидромуфты) применялись на отечественных автомобилях ЗИМ (ГАЗ-12) и МАЗ-525. В настоящее время гидромуфты в качестве отдельного агрегата не применяют. В некоторых гидромеханических передачах в определенных условиях гидротрансформатор переходит на режим гидромуфты.
Электромагнитные порошковые сцепления и сцепления с электромагнитным созданием нажимного усилия в 40—50-е годы получили некоторое применение благодаря хорошей приспособленности к автоматизации управления. Однако широкого распространения, так же как и автоматические сцепления других типов, они не получили, что главным образом обусловлено их сложностью. В нашей стране электромагнитные порошковые сцепления устанавливались на автомобилях ЗАЗ для инвалидов.
Для грузовых автомобилей малой и средней грузоподъемности используют механический или гидравлический привод, иногда с сервопружиной. На грузовых автомобилях большой грузоподъемности устанавливают комбинированный привод: механический с пневмоусилителем (МАЗ) или гидравлический с пневмоусилителем.
Расчет сцепления легкового автомобиля
Выбор вида сцепления
В процессе курсового проекта требуется спроектировать сцепление для установки на легковой автомобиль среднего класса. В качестве прототипа конструкции принимаем фрикционное сцепление, которое отличается от других типов сцеплений простотой конструкции, надежностью, "чистотой" выключения и плавностью включения, а также удобством при эксплуатации и ремонте. Схема сцепления приведена на рисунке 13.
Рисунок 13 – Схема сцепления
Для поддержания нажимного усилия, которое должно равномерно распределяться по нажимному диску, в сцеплении используем периферийные двойные цилиндрические пружины. Двойные цилиндрические пружины имеют предпочтительное применение, т.к. для размещения одиночной пружины малой жесткости, обеспечивающей требуемое нажимное усилие, необходимо значительно увеличить размеры сцепления. А для проектируемого нами легкового автомобиля это не приемлемо.
Надежная передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии
Сцепление автомобиля должно обеспечивать возможность передачи крутящего момента, превышающего крутящий момент двигателя. При износе фрикционных пар, когда сила нажатия пружины ослабевает, сцепление может пробуксовывать. Длительное пробуксовывание сцепления приводит к выводу его из строя.
Максимальный момент, передаваемый сцеплением:
, (41)где
– максимальный крутящий момент двигателя; 
– коэффициент запаса. 
.Расчет двойной цилиндрической пружины
Размеры наружного D и внутреннего d диаметров ведомого диска примем как у прототипа cцепления (ГАЗ-3102 D=225мм, и d= 150мм)
Усилие пружины:
, (42)где
- усилия первой и второй пружины соответственно. 
, 
, (43)где
- напряжение цилиндрической пружины (принимаем согласно рекомендации ([2], страница 50) =700 МПа); 
- диаметр проволоки (принимаем как у аналога =3 мм); 
, 
- средний диаметр витка первой и второй пружины соответственно (примем как у аналога = 28,5 мм, = 22,5 мм). 
, 
, 
Остальные параметры пружины принимаем как у аналога. Коэффициент жесткостиcпр = 6,2+10,7 Н/мм; число рабочих витков nр.в. = 7+9,5. Количество двойных пружин zпр = 9.
Расчёт фрикционного диска
Давление:
, (44) 
Допустимое давление [P0] = 0,25 для легковых автомобилей ([2], страница 52)
Пружины гасителя крутильных колебаний
Выбираем 6 пружин гасителя колебаний (ZПР.Г). Параметры пружины: диаметр проволоки dПР = 4 мм. Средний диаметр витка: ДВ = 16 мм. Полное число витков – 6.
Максимальное усилие сжимающее одну пружину гасителя:
, (45)где rпр г – радиус приложения усилия пружине (принимаем 1,7 мм).
.Коэффициент:
, (46) 
,Коэффициент, учитывающий кривизну витка пружины:
, (47) 
Напряжение пружины:
, (48) 
,Допустимое напряжение пружины
.Расчет ступицы ведомого диска
Шлицы испытывают смятие и изгиб.
Напряжение смятия:
, (49)где
– длина шлицев; 
- число шлицев; 
– коэффициент точности прилегания шлицев, dHи dB— соответственно наружный и внутренний диаметр шлицев.Принимаем dH=26 мм и dB=18 мм,
=46 мм, =12. 
МПа. <[ 
]