найдем связь между деформацией и другими параметрами пружин:
;
.
Выразим P'np1 и Р'пр2 через tпp1 и tпp2:
; .
Подставим полученные значения в формулы для fnp1 и fпp2:
; .
Так как fпp1 = fпр2 и tпр1 = tпр2, то
Конструктивно задавшись значениями DBl и DВ2 и варьируя значениями nр.в1, nрв2, dп1, dп2, можно подобрать необходимые параметры пружин.
Данные по цилиндрическим пружинам сцеплений некоторых автомобилей приведены ниже.
ГАЗ-24 ГАЗ-53 ЗИЛ-431410 МАЗ-6422
Число пружин. 9X2 12 16 14X2 Число рычагов выключения... 3 3 4 4 Усилие одной пружины, Н. 260+220 630 680 400
Средний диаметр витка DK, мм. 28,5 24,8 25,5 31,5
Диаметр проволоки dп, мм. 3 4,2 4,5 4,5
Число рабочих витков пружин 7+9,5 7 8,5 9
Коэффициент жесткости, Н/мм 6,2+10,7 29,8…32,4 36…40 13,6…15,8
Коническая пружина. Минимальная высота пружины может быть обеспечена в том случае, если навивка пружины позволяет при полном сжатии совместить вce витки в одной плоскости. Упругая характеристика конической пружины нелинейная. Для пружины прямоугольного сечения усилие
|
|
;
жесткость
.
Напряжение пружины
.
В этих формулах а и b - стороны сечения проволоки, соответственно параллельная и перпендикулярная оси пружины; Dк и dK - соответственно большой и малый диаметры пружины; g и d - коэффициенты, значения которых зависят от отношения а/b:
a/b g d | 2 0.246 1.713 | 2,5 0,258 1,256 | 3,0 0,267 0,995 |
Диафрагменная нажимная пружина.
Расчетная схема для определения параметров диафрагменной пружины приведена на рис. 33. Диафрагменная пружина представляет собой пружину Бельвиля, модифицированную для использования в автомобильных сцеплениях. Давление пружины создается ее участком между опорными кольцами, установленными на заклепках, закрепленных 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
,
где Е' = Е /(1 -m2) (Е- модуль упругости первого рода; m - коэффициент Пуассона, (m = 0,25); Н- высота пружины; h- толщина пружины.
По этому уравнению может быть построена зависимость нажимного усилия диафрагменной пружины от ее деформации.
Рис. 33. Расчетная схема диафрагменной пружины
|
|
Усилие выключения может быть подсчитано из условия равновесия
Рвык (с-е) = Рпр (b-c); .
Ход подшипника муфты выключения определяется суммой перемещений сечения пружины (принимается недеформируемым в осевом направлении) и лепестков при их.деформации:
fnp = f1 + f2; f1 = (с - е) Da; f2 = Pвык/сл.
где Da - угловое перемещение; сл- жесткость лепестков.
Наибольшие напряжения испытывает элемент пружины со стороны малого торца при повороте пружины на угол a, т. е. когда пружина становится плоской. Здесь суммируются напряжения растяжения sр и напряжения изгиба sи лепестков:
sр + sи = smax; .
В свободном состоянии a» 10...12°.
Лепестки диафрагменной пружины испытывают наибольшее изгибающее напряжение у основания:
где nл - число лепестков; wи - момент сопротивления изгибу в опасном сечении.
Для пружин различных типов применяются высокоуглеродистые стали марок 65Г, 85Г, 60С2 и др., допускаемое напряжение [t] =700...800 МПа.
Фрикционные диски. Основным расчетным параметром является давление
.
В выполненных конструкциях p0 =0,15...0,25 МПа.
Меньшие значения давлений имеют сцепления грузовых автомобилей и автобусов, большие значения - сцепления легковых автомобилей.
Пружины гасителя крутильных колебаний. Число пружин гасителя обычно шесть или восемь, редко - больше. Параметры пружины: диаметр проволоки dnр=3. 4 мм; средний диаметр витка DB=15…18 мм; полное число витков 5...6; жесткость пружины 100...300 Н/мм.
Максимальное усилие, сжимающее одну пружину гасителя:
.
где rпр.г - радиус приложения усилия пружине; zпр.г - число пружин гасителя.
Принимая во внимание большую жесткость пружин гасителя, напряжение пружины следует вычислять с учетом кривизны витка;
,
где kк.в. - коэффициент, учитывающий кривизну витка пружины:
; с = Dв / dпр = 4…4,5.
Для пружинной стали допускаемое напряжение [t] -700...900 МПа.
Рычаги выключения сцепления. Изгибающий момент от действия силы, приложенной на концах рычагов, вызывает напряжение изгиба
,
где Р’пр - усилие пружин сцепления при выключении; l - расстояние до опасного сечения; ир-- передаточное число рычага; np - число рычагов; wи - момент сопротивления изгибу.
Допускаемое напряжение [ sи ]=300 МПа. Материал рычагов - сталь 10, сталь 15. Иногда материалом рычагов служит ковкий чугун. В этом случае допускаемое напряжение примерно вдвое ниже, чем для стали.
Ступица ведомого диска. Шлицы испытывают смятие и изгиб. Напряжения смятия
,
где Рш = Мкmaxb/rcp; rcp = (dн + dв)/4; F = 0,5(dн – dв)lшiш, lш - длина шлицев; iш- число шлицев; aш = 0,75 - коэффициент точности прилегания шлиц; dн и dв - соответственно наружный и внутренний диаметр шлицев. Напряжение среза
где bш - ширина шлица.
Материал ступицы - легированная сталь типа 40Х, допускаемое напряжение смятия [sс] =15...30 МПа, допускаемое напряжение [t] = 5...15 МПа.
Работа буксования сцепления. Для расчета работы буксования используют формулы, базирующиеся на статической обработке экспериментальных данных. Приведем варианты этих формул.
1) ,
где My - момент сопротивления движению при трогании, приведенный к ведущему валу коробки передач, Мy определяется по формуле (2) для горизонтальной асфальтовой дороги (y = 0,015... 0,020); Jа - момент инерции автомобиля (автопоезда), приведенный к ведущему валу коробки передач, определяется по формуле (1); we = 0,75 wN,- для дизелей; we = (wN /3+50p)- для карбюраторных двигателей; b = 0,72- для дизелей, b = 1,23-для карбюраторных двигателей. Расчет производится - для легковых автомобилей и автопоездов на первой передаче; для грузовых одиночных автомобилей на второй передаче.
2)
Результаты расчетов по приведенным формулам примерно одинаковы.
Оценочным параметром буксования сцепления служит величина удельной работы буксования, которая отражает также износостойкость сцепления.
|
|
Удельная работа буксования сцепления
Lбо = Lб/Fн.с,
где Fн.с. - суммарная площадь накладок сцепления.
Удельная работа буксования при указанных выше условиях трогания автомобиля с места для легковых автомобилей [ Lбo ] =50...70 Дж/см2; для грузовых автомобилей [ Lбo ] = 15...120 Дж/см2; для автопоездов [L60] = 10...40 Дж/см2.
Нагрев деталей сцепления. Чрезмерный нагрев деталей сцепления при буксовании может вывести его из строя.
Нагрев деталей за одно включение при трогании с места
DT = gLб /(mдетсдет)
где g - коэффициент перераспределения теплоты между деталями (g = 0,5-для нажимного диска однодискового сцепления и среднего диска двухдискового сцепления; g= 0,25 - для наружного диска двухдискового сцепления); сдет - теплоемкость детали; mдет - масса детали.
Допустимый нагрев нажимного диска за одно включение
[DT] = 10…15 0С.