Расчет сцепления на удельную работу буксования

Задачей расчета сцепления является определение по заданному передаваемому крутящему моменту двигателя геометрических и силовых параметров сцепления (расчетного момента, силы сжатия фрикционных поверхностей, хода выключения нажимного диска и т.д.).

5.2.1.Определение момента трения

Момент трения сцепления (М_с) должен равняться максимальному крутящему моменту двигателя (Мg_max) c некоторым запасом:

М_с = β·М_gmax,

где: β – коэффициент запаса сцепления

Зил-131 β = 2,1

КрАЗ-255 β = 2,16

Урал-375 β = 2,7.

Максимальный крутящий момент двигателя определяется из его скоростной характеристики.

5.2.2. Определение силы сжатия фрикционных дисков

Сила сжатия фрикционных дисков сцепления определяется по формуле:

,

где: Р_с – сила сжатия дисков при включенном сцеплении;

μ – средний коэффициент трения фрикционных поверхностей;

i - число пар трущихся поверхностей:

для однодискового сцепления i = 2,

для двухдискового i = 4.

R_ср – средний радиус дисков.

Величина среднего радиуса может задаваться по конструктивным соображениям, например, учитывая размеры маховика двигателя, а также можно определить его по эмпирической формуле:

R_н = 0,5 ,

где R_н - наружный радиус фрикционного кольца, см;

М_gmax – максимальный крутящий момент двигателя, кгс· см;

А – коэффициент: для грузовых автомобилей общетранспортного назначения А=3,6; для колесных тягачей и автомобилей повышенной и высокой проходимости А=1,9.

Окончательный размер наружного радиуса фрикционного кольца проверяется по величине окружной скорости при максимальном числе оборотов коленчатого вала двигателя и согласуется со стандартом на фрикционные накладки.

Для современных марок чугунов, применяемых для нажимных дисков, окружная скорость не должна превышать 65-70 м/с.

Внутренний радиус фрикционного кольца принимают:

R_в = (0,55 – 0,7) R_н

Для более равномерного износа колец желательно брать меньшее значение коэффициента при R_в. Окончательный размер R_в выбирается по ГОСТ 1786-57.

Средний радиус определяется по формуле:

R_cр =

5.2.3.Определение числа пар поверхностей трения

Число пар поверхностей трения (число ведомых дисков) в многодисковых сцеплениях определяется по заданному удельному давлению.

Удельное давление равно:

q = ,

где: F – площадь одной поверхности фрикционного кольца:

F =

или приближенно F = 2π · R_cр· в,

где: в – ширина кольца.

Момент трения равен: М_с = μ· R_ср· Р_с· i,

где: i – число пар поверхностей трения:

i =

Удельное давление (q) выбирают в пределах:

для стальных колец - 2-2,5 кгс/см²;

для асбобакелитовых - 1,5-2 кгс/см²;

для металлокерамических - до 3,5 кгс/см².

Удельное давление q является одним из параметров оценки износостойкости фрикционных колец. Чем оно ниже, тем выше износостойкость сцепления.

5.2.4.Определение хода выключения нажимного диска

Ход выключения равен: S = iδ,

где: δ – зазор между двумя соседними дисками в выключенном положении

сцепления.

Для обеспечения чистоты выключения сцепления зазор δ принимают:

для однодисковых сцеплений с асбобакелитовыми кольцами – 0,75-1,0 мм;

для двухдисковых сцеплений с асбобакелитовыми кольцами или кольцами из металлокерамики – 0,5-0,6 мм;

для стальных колец, работающих в масле – 0,2-0,3 мм.

Таким образом, для однодисковых сцеплений ход нажимного диска составляет 1,5-2 мм, а для двухдисковых – 2-2,5 мм.

5.2.5. Расчет нажимных пружин

В сцеплениях применяют цилиндрические, конические и тарельчатые (диафрагменные) пружины, изготовленные из марганцовистой стали.

Для автомобилей Зил-131, Урал применяется сталь 65Г, для пружин сцеплений автомобилей КрАЗ и КамАЗ – сталь 85 Г.

Для цилиндрических пружин, изготовленных из круглой проволоки, имеем следующую расчетную формулу:

Р_с =

При выключении сцепления пружины дополнительно сжимаются на величину хода нажимного диска S, тогда:

Р_cmax =

Отсюда определяем диаметр проволоки:

d = ,

где: Р_с – суммарное максимальное усилие пружин:

Р_сmax = 1,2 Р_с

d - диаметр проволоки пружины, см;

Д – cредний диаметр пружины, см;

Z – число пружин;

τ_max - максимальное напряжение на кручение пружины.

Можно принять τ_max = 5000-7000 кг/см² и отношение = 6-9.

Число пружин выбирается в зависимости от величины нагрузки и наружного диаметра фрикционного кольца.

В автомобилях малой и средней грузоподъемности нагрузка на одну пружину обычно составляет 60-70 кг, в автомобилях большой грузоподъемности – до 100 кг.

Таблица 5.2

Число пружин для однодисковых сцеплений

Наружный диаметр фрикционного кольца Дн, м	Число нажимных пружин
до 200
200 – 280	9 – 12
280 – 380	12 – 18
380 - 450	18 - 30

5.2.6.Расчет сцепления на нагрев

Определяют температуру ведущего диска. При этом принимают следующее условие:

диск нагревается мгновенно, т.е. теплоотдачи в окружающую среду нет.

Тогда вся работа буксования, приходящаяся на один ведущий диск, превращается в тепло Δt:

γА_б = QС (t₁ – t_о)· 427,

где: γ – доля тепла, приходящаяся на ведущий диск при однодисковом

сцеплении, и для среднего диска двухдискового сцепления γ = 0,5;

С – теплоемкость стали или чугуна, равная 0,115 ккал/кг град;

Q – вес диска, кг.

Отсюда находим перепад температур:

Δt =

Допустимый перепад температур за одно включение Δt ≈ 15^оС.

В действительности процесс нагрева дисков сцепления происходит значительно сложнее. Опыты показывают, что на поверхности дисков местная температура иногда достигает более 1000^оС и при отсутствии фрикционной обшивки (фрикционная пара сталь-сталь или сталь-чугун) возможно местное сваривание дисков и как результат этого, ведение сцепления.