Проектировочно-проверочный расчёт сцепления

                                

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение

 высшего профессионального  образования

«Санкт - Петербургский государственный  экономический университет»

филиал СпбГЭУ в г. Сосновый Бор

Кафедра «Экономика и управление»

 

Курсовой проект

по дисциплине

                        «Основы функционирования систем сервиса»

 На тему:

            «Проектировочно-проверочный расчёт сцепления»

 

                                                                                 

                                                      

    

Выполнил: Базанов И.Е. Студент 4 курса, специальности 100100 Проверила: Петренко Ю.А. «____» __________ 2014г.

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                     Сосновый Бор

 2014

 

 

                                          Содержание.

 

    Введение.

                                                                

 1 Обзор и анализ конструкций сцеплений .

                         

2 Описание устройства и работы сцепления .

                    

3 Расчётная часть.

                                                  

   Заключение.

                                                             

   Список литературы.                                                   

 

                      Введение.

Перед автомобильной промышленностью  поставлены задачи совершенствования  конструкций транспортных средств, повышения их производительности, снижения эксплуатационных затрат, повышения  надежности и всех видов безопасности.

   Задачей курсового проекта является выполнение проектировочно-проверочного расчёта сцепления легкового автомобиля третьего класса .

    Сцепление является головным узлом трансмиссии. Оно предназначено для кратковременного разъединения двигателя и трансмиссии и их соединения вновь с необходимой плавностью. Сцепление также служит для предо-хранения деталей трансмиссии от динамических нагрузок. Кратковременное разъединение двигателя от трансмис-сии необходимо при переключении передач, при торможении автомобиля, плавное соединение - при трогании ав-томобиля с места, после переключения передач.

     За основу  принята конструкция сцепления  легкового автомобиля Mercedes-Benz W212 E 250 CDI (Германия).

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

1 Обзор и анализ  конструкций сцеплений.

   Сцепление представляет собой фрикционную муфту, в которой передача крутящего момента происходит за счет силы трения. Оно позволяет кратковременно отсоединять вращение коленчатого вала двигателя от враще-ния первичного вала коробки передач и вновь плавно соединять их.

   Сцепление предназначено:

-для плавного отсоединения  и присоединения двигателя и

 трансмиссии автомобиля;

-для защиты деталей  трансмиссии от перегрузок.

     Сцепления  классифицируют по ряду признаков: (1) по характеру, (2) способу управления, (3) тип привода, (4) вид связи.

      1 По характеру работы на постоянно замкнутое и постоянно разомкнутое, причем первые имеют подавляющее распространение. Это объясняется тем, что большую часть времени на движущемся автомобиле сцепление включено, и, следовательно, целесообразно использовать конструкции, в которых фрикционные поверхности постоянно прижаты друг к другу и лишь в момент воздействия водителя принудительно разводятся.

      2 По способу управления сцепления могут быть с принудительным управлением, как с усилителем, так и без усилителя, с автоматизированным управлением, автоматические сцепления.

      Конструкции  первого типа полностью управляются  водителем. Сцепления с автоматизированным  приводом снабжены автоматическими  устройствами, которые управляют  ими как минимум на самой  сложной операции - трогании автомобиля с места. Эти устройства могут быть вакуумными, пневматическими, гидравлическими или электромагнитными, причем сам механизм сцепления чаще всего унифицируется со сцеплением, имеющим принудительное управление. В отличие от конструкций второго типа сцепления последней группы обладают внутренней автоматичностью, то есть увеличивают передаваемый момент с ростом частоты вращения вала двигателя. Такими свойствами обладают гидравлические и центробежные сцепления, которые для осуществления своей важнейшей функции ,обеспечения плавного трогания автомобиля с места, ни в каком управлении не нуждаются.

      Если управление  сцеплением требует больших усилий, то применяется усилитель. 

      3 По типу привода бывает механическое, гидравлическое и комбинированное: пневмомеханическим, пневмогидравлическим, электромеханическим, электровакуумным

       Механический  привод используется в качестве  привода сцепления небольших  легковых автомобилей. Данный  вид привода отличает простота  конструкции и невысокая стоимость. Недостатками являются большое трение в шарнирах и тросах, низкий коэффициент полезного действия , ненадежная работа. В последнее время в тросовом приводе стали применять антифрикционную трубку, которая позволила резко снизить потери на трение, из-за чего снова стали использовать такой привод на легковых автомобилях. Тросовый механический устанавливается на автомобилях «ВАЗ-2108», -2109»    

    На грузовых автомобилях большой грузоподъёмности устанавливают комбинированный привод: механический с пневмоусилителем «МАЗ» или гидравлический с пневмоусилителем «КамАЗ»

      4 Сцепления  в зависимости от вида связи  между ведущими и ведомыми  элементами бывают фрикционными, т.е. передающими крутящий момент  трением, гидравлическими, т.е.  момент передается жидкостью,  циркулирующей между лопастными  колесами и электромагнитными,  т.е. момент передается за счет  электромагнитного взаимодействия  ведущих и ведомых частей.

     При установке  на автомобиле гидромуфты увеличивается плавность трогания автомобиля с места, устойчивость движения в тяжелых дорожных условиях с малой скоростью при достаточно высокой угловой скорости коленчатого вала двигателя и большом крутящем моменте (за счет проскальзывания гидромуфты). Снижаются динамические нагрузки в трансмиссии. Разобщение двигателя и трансмиссии при торможении происходит автоматически, когда скорость автомобиля снижается, что не позволяет двигателю остановиться. Гидромуфты не получили широкого применения, в первую очередь потому, что при их установке снижается топливная экономичность автомобиля, причиной чего является неизбежное проскальзывание при передаче мощности, которая расходуется на нагрев жидкости. При передаче максимальной мощности потери на проскальзывание составляют 1...3%. Второй причиной, препятствовавшей широкому применению гидромуфт, являлось увеличение сложности, металлоемкости и стоимости трансмиссии. В гидравлических сцеплениях труднореализуемо требование чистоты выключения. Гидравлические сцепления применялись на отечественных автомобилях 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 гидромуф-ты.

      Достоинством  электромагнитных сцеплений является  сравнительная простота автоматизации  управления. Особенностью сцепления  этого типа является совме-щение выполнения двух функций: трогания и переключения передач одним механизмом.  Длительное пробуксовывание, несмотря на хороший теплоотвод, приводит к нежелательным результатам: ферромагнитный порошок в результате трения измельчается, окисляется и теряет магнитные свойства. Периодически порошок необходимо заменять. Кроме того, длительное буксование приводит к перегреву обмотки возбуждения, увеличению ее сопротивления, а иногда и к выходу из строя. Существенным недостатком такого сцепления является постоянное потребление электроэнергии, примерно 50 Вт. Электромагнитные порошковые сцепления и сцепления с электромагнитным созданием нажимного усилия в 40-50 годы получили некоторое применение благодаря хорошей приспособленности к автоматизации управления. Однако широкого распростра-нения, так же как и автоматические сцепления других типов, они не получили. В нашей стране электромагнитные порошковые сцепления устанавливались на автомобилях ЗАЗ для инвалидов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                  2 Описание устройства и работы сцепления.

 

 

 

1 - нажимной диск; 2 - ведомый диск с фрикционными накладками;

3 - муфты выключения сцепления; 4 - вилка муфты выключения сцепления; 5 - валик муфты выключения сцепления; 6 - кольцо упорное; 

7 - шланг смазки муфты выключения  сцепления ;

Рисунок 1 - Диафрагменное сцепление, работающее на отжатие

 

     При нажатии на  педаль сцепления привод сцепления  перемещает вилку 4 сцепления,  которая воздействует на подшипник  сцепления. Подшипник оттягивает  лепестки диафрагменной пружины  нажимного диска. Лепестки диафрагменной  пружины отводят нажимной диск 1 от ведомого диска 2. Передача  крутящего момента от двигателя  к коробке передач прекращается.

     При отпускании педали  сцепления диафрагменная пружина  приводит нажимной диск в контакт  с ведомым диском и через  него в контакт с маховиком.  Крутящий момент за счет сил  трения передается от двигателя  к коробке передач.

 

 

1 - корпус главного цилиндра; 2 - гнездо; 3 - перепускное (компенсационное)  отверстие; 4 - прокладка штуцера; 5 - штуцер; 6 - стопорная пружинная шайба; 7 - поршень главного цилиндра; 8 - уплотнительное кольцо; 9 - поршень  толкателя; 10 - крючок; 11 - кронштейн  педалей сцепления и тормоза; 12 - пружина сервопривода педали  сцепления; 13 - оттяжная пружина педали  сцепления; 14 - ограничитель хода  педали сцепления; 15 - педаль сцепления; 16 - толкатель поршня; 17 - защитный колпачок; 18 - стопорное кольцо; 19 - впускное отверстие; 20 - уплотнительное кольцо (кольцевой клапан); 21 - перепускное отверстие поршня; 22 - рабочая полость цилиндра; 23 - пружина; 24 - прокладка; 25 - пробка

              Рисунок 2 - Педаль и главный цилиндр сцепления.

 

 Привод сцепления гидравлический (см Рисунок 2), с подвесной педалью. Конструкция привода обеспечивает плавное включение сцепления и до минимума снижает трудоемкость технического обслуживания. Кроме того, в привод включены элементы, снижающие усилие на педали при включении сцепления.

При выключении сцепления усилие от педали через толкатель 16 передается на поршни 8 и 6, которые, преодолевая  сопротивление пружины 23, перемещаются в главном цилиндре. При этом переднее уплотнительное кольцо 20 перекрывает  компенсационное отверстие 2 и полость цилиндра разобщается с бачком. Жидкость через трубку и шланг поступает в полость рабочего цилиндра, перемещая поршень 7 и толкатель 6. Усилие от толкателя через регулировочную гайку передается на вилку выключения сцепления. Поворачиваясь относительно шаровой опоры , вилка перемещает муфту подшипника слева - направо . Первоначально выбирается зазор между вилкой муфты выключения сцепления и бортиком корпуса подшипника . На этом заканчивается свободный ход педали сцепления, равный 25...35 мм.

При рабочем ходе педали упорный  фланец, воздействуя на лепестки нажимной пружины, оттягивает через крепёжные  болты ведущий диск, и передача крутящего момента на коробку  передач прекращается.

 

                                             3 Расчётная часть

 

Исходные данные:

1. M_{e max} - максимальный крутящий момент двигателя:

M_{e max}= 336 Н·м

2. ω₀ - угловая скорость коленчатого вала двигателя:

ω₀= 201,85 рад/c

3. m_a - полная масса автомобиля:

m_a = 2280 кг

4. U_тр - передаточное число трансмиссии:

U_тр = U₁ · U_гп

U_тр = 4,001·2,71 = 10,8427

5. r_к - радиус качения колеса:

r_к= 0,285 м

    6. M_y- момент сопротивления движению автомобиля, приведённый к ведомой части сцепления:

M_y=9,1 Н∙м

                         4.1 Геометрический расчёт деталей сцепления

  При проектировании сцепления в первую очередь выбирают число ведомых дисков и размеры фрикционных накладок. Поэтому первым этапом проектирования сцепления является расчёт ведомого диска сцепления. Задачи расчёта:

-определить радиусы фрикционных  накладок, влияющие на размеры  других элементов сцепления;

-необходимое нажимное  усилие, от которого зависит размер  и характеристика диафрагменной  пружины; -сила, прикладываемая к педали сцепления;

-передаточное число привода.     Решая вместе уравнения (3) и (4), находим радиусы фрикционных накладок:

 

 

     Выражаем наружный диаметр фрикционных накладок через внутренний, подставляем полученное отношение в формулу, и, решая уравнение с одной неизвестной, находим R_Н.

 

 мм

            Принимаем: R_Н=140 мм

 

 мм

            Принимаем: R_в=82,5 мм

     Находим усилие нажимной  пружины из формулы (3):

 

     Находим момент трения  в сцеплении по формуле (1):

M_c=1,5∙ 336=504 Н∙м