Визначення параметрів навантаженості зчеплення

До параметрів навантаженості зчеплення відносять тиск на фрикційні накладки, питому роботу буксування зчеплення (що характеризує також зносостійкість зчеплення), а також припустиме нагрівання ведучого диска зчеплення. Мета розрахунків - визначити розрахункові значення цих параметрів, зрівняти із припустимими значеннями, у випадку невиконання умов - вибрати інші розміри дисків і накладок.

Для визначення тиску на фрикційні накладки спочатку знаходять натискне зусилля пружин. Натискне зусилля розраховують за формулою:

де - натискне зусилля пружин, Н;

M_c - статичний момент тертя зчеплення;

- розрахунковий коефіцієнт тертя;

і_т - число пар тертя;

R_c - середній радіус дисків, м.

Число пар тертя приймається [5]:

- для однодискових зчеплень - і = 2;

- для дводискових зчеплень - і = 4.

Розрахунковий коефіцієнт тертя залежить від ряду факторів: параметрів фрикційних матеріалів, стану й відносної швидкості ковзання поверхонь тертя, тиску, температури. Розрахунковий коефіцієнт тертя можливо ухвалювати: =0, 25...0, 3 [3].

Тиск на фрикційні накладки розраховують за формулою

де р₀ - тиск на фрикційні накладки, Па;

F – площа поверхні однієї сторони фрикційної накладки, м².

Припустимі тиски на фрикційні накладки, як правило, становлять [ p₀ ]=0, 14...0, 25 МПа, див табл. 6 [4]. Менші значення мають зчеплення вантажних автомобілів і автобусів або автомобілів, що працюють у важких дорожніх умовах; більші значення - зчеплення легкових автомобілів.

Розрахункові значення тиску необхідно зрівняти зі значенням, що допускається: .

При невиконанні умови слід змінити розміри фрикційних накладок і повторити розрахунки.

Питому роботу буксування зчеплення розраховують за формулою

де q_б - питома робота буксування зчеплення, Дж/м²;

L_б - робота буксування, Дж; F - площа поверхні однієї сторони фрикційної накладки, м².

Роботу буксування визначають за формулою

де J_a - момент інерції наведеного до колінчатого вала двигуна маховика, що заміняє масу, що поступально рухається, автомобіля, кг м ₂;

- кутова швидкість колінчатого вала при максимальному крутному моменті двигуна, рад/с;

М_y - момент опору руху автомобіля, прикладений до колінчатого вала двигуна, Нм.

При визначенні роботи буксування слід мати на увазі, що вищенаведене формула виведена при наступних допущеннях:

- для виключення впливу водія передбачається, що зчеплення включається миттєво;

- кутова швидкість колінчатого вала двигуна в процесі включення постійна;

- крутний момент двигуна, рівний переданому зчепленням моменту, росте пропорційно часу;

- момент опору руху - величина постійна.

Така ідеалізація процесу включення зчеплення дозволяє проводити лише орієнтовні розрахунки. Для підвищення точності результатів слід ураховувати пружні властивості трансмісії: коливальної системи у реальних умовах експлуатації.

Момент інерції приведений до колінчатого вала двигуна маховика можливо визначити за формулою:

,

де m_a - маса автомобіля, кг;

r_к - радіус кочення колеса, м;

i₀ - передаточне число головної передачі;

i₁ - передаточне число першої передачі коробки передач;

i_РК - передаточне число роздавальної коробки.

Кутова швидкість при максимальному моменті колінчастого валу приймається з тягового розрахунку.

Момент опору руху автомобіля, наведений до колінчатого вала двигуна, розраховують при допущенні рівності радіусів кочення всіх коліс автомобіля за формулою

де g - прискорення вільного падіння, м/с;

- ККД трансмісії;

- коефіцієнт опору коченню, приймається для легкових автомобілів =0, 015; для вантажних - =0, 02.

Припустима питома робота буксування [4]:

- для легкових автомобілів - [q_б] = (50…70)× 10⁴ Дж/м²;

- для вантажних автомобілів - [q_б] = (15…120)× 10⁴ Дж/м²;

- для автопоїздів - [q_б]=(10…40)× 10⁴ Дж/м².

При визначенні теплового режиму зчеплення розраховується нагрівання ведучого диска. Маховик має значно більшу масу, ніж натискний диск, і тому температура його нагрівання порівняно невелика.

При розрахунках нагрівання ведучого диска приймається допущення, що теплопередача в навколишнє середовище відсутня, і вся робота буксування витрачається на нагрівання диска.

Нагрівання ведучого диска при одному рушанні з місця розраховують за формулою

де t - нагрівання ведучого диска, °С;

- частка теплоти, що поглинається диском;

т_Д - маса натискного диска, кг;

С_д - питома теплоємність матеріалу диска, Дж/(кг-град).

Частка теплоти, що поглинається диском [4]:

- для ведучого диска однодискового зчеплення й середнього диска дводискового - =0, 5;

- для натискного диска дводискового зчеплення - =0, 25.

Питома теплоємність сталі Сд=481, 5 Дж/(кг-град) [5]. Радіальні розміри дисків вибираються, виходячи з розмірів фрикційних накладок. Товщина дисків попередньо приймається залежно від зовнішнього діаметра накладок і потім уточнюється за результатами теплового розрахунків зчеплення:

S_Д = 0, 05D,

де S_Д - товщина диска, м.

Визначивши геометричні розміри натискного диска, можливо визначити його масу:

де D і d - відповідно, зовнішній і внутрішній діаметр натискного диска;

- густина матеріалу диска.

Густину матеріалу диска можливо прийняти =7000 кг/м³.

Розрахункове нагрівання ведучого диска необхідно порівняти із припустимим нагріванням. Припустиме нагрівання натискного диска - [ ]=10...15 °С [4].

Отримана розрахункова температура є умовною (визначення її приведене при одному рушанні автомобіля з місця) і використовується при порівняльній оцінці конструкцій зчеплень різних типів. У дійсності ж процес нагрівання дисків значно складніший через велику кількість включень зчеплення на одиницю пройденого шляху, особливо в умовах міського руху. Тому температура деталей зчеплення в процесі роботи автомобіля значно вище.