Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Белорусский национальный технический университет

Кафедра «Автомобили»

Курсовая работа

по дисциплине «Автомобили»

Тема:

Сцепление легкового автомобиля

Выполнил студент Стрельцов Д.Ю.

4 курс, гр. 101422

Руководитель Филимонов А.А.

Минск 2005

Содержание

Введение

1. Обзор конструкций сцеплений

2. Выбор и обоснование принятой конструкции

3. Выбор основных параметров

4. Расчет сцепления на нагруженность

5. Расчёт привода сцепления

6. Расчет пружины на прочность

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Введение

Сцепление - это механизм трансмиссии, передающий крутящий момент двигателя и позволяющий кратковременно отсоединять двигатель от трансмиссии и вновь плавно их соединять.

Конструкция сцепления должна обеспечивать ряд требований:

- надежная передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии;

- обеспечение плавного включения;

- полное выключение, т.е. полное отсоединение ведомых деталей от ведущих;

- надежная работа при нагреве, особенно интенсивном в процессе переключения передач в тяжелых условиях эксплуатации, высокая износостойкость пар трения;

- обеспечение возможности снижения динамических нагрузок в трансмиссии, особенно при резком включении сцепления, минимальные массы и момент инерции ведомых элементов сцепления;

- возможность применения приводов, снижающих усилия водителя при включении и выключении сцепления;

- гашение высокочастотных колебаний, вызываемых работой двигателя.

По способу передачи крутящего момента сцепления подразделяются на фрикционные, гидравлические и электромагнитные.

По способу управления различают сцепления с принудительным управлением, приводимым в действие водителем, с усилителем и без усилителя, а также сцепление с автоматическим управлением.

По способу создания давления на нажимной диск фрикционные сцепления подразделяют на пружинные (с цилиндрической, конической и диафрагменной пружинами), полуцентробежные (давление создается одновременно пружинами и центробежными силами) и центробежные (давление создается центробежной силой или силой пружин). По расположению нажимных пружин - на периферийные и центральные.

По форме поверхностей трения сцепления бывают дисковые, конусные и барабанные. Дисковые - по числу ведомых дисков классифицируются на одно-, двух- и многодисковые.

По типу привода - на механические, гидравлические и автоматические сцепления.

1. Обзор конструкций сцеплений

Сцепление с диафрагменной пружиной с пружинящими язычками

Сцепление с диафрагменной пружиной в стандартном исполнении

Сцепление с треугольным расположением пластинчатых пружин



1. Кожух сцепления

2. Нажимной диск

3. Диафрагменная пружина

4. Кольцо

5. Палец

6. Заклепка

7. Тангенциальная пружина

8. Треугольная пластинчатая пружина

9. Балансировочное отверстие

10. Центрирующее отверстие

11. Пружинящий язычок

Задачи

Корзина сцепления вместе с маховиком и ведомым диском образуют фрикционную систему. Кожух сцепления винтами крепится на маховике. Крутящий момент двигателя через ведомый диск сцепления передается на первичный вал КПП. Одним из важнейших элементов современного автомобильного сцепления является диафрагменная пружина (3). Она заменила применяемые раньше винтовые пружины.

Другие важные компоненты: кожух сцепления (1) служит в качестве носителя диафрагменной пружины (3), которая посредством пальцев (5) и/или колец (4) опирается на кожух. Диафрагменная пружина (3) прижимает нажимной диск (2) к фрикционным накладкам. Тангенциальная пружина (7) или треугольные пластинчатые пружины (8) образуют осевое изменяющееся соединение между кожухом (1) и нажимным диском (2). Балансировочное отверстие (9) предназначено для компенсации дисбаланса нажимного диска (2). Центрирующие отверстия (10) предназначены для точной установки кожуха сцепления (1) на маховике.



Диафрагменная пружина

Центральным элементом всех вышеприведенных типов сцепления является Диафрагменная пружина. Она более низкая и легкая, чем винтовые пружины. Особое значение имеет характеристика диафрагменной пружины, которая существенно отличается от линейной характеристики винтовой пружины. Благодаря целенаправленным расчетам внешнего и внутреннего диаметра диафрагменной пружины усилия, угла деформирования и степени закалки материала достигается характеристика, показанная сплошной линией на диаграмме

В то время как сила нажатия в сцеплении с винтовыми пружинами при износе и уменьшении толщины накладок снижается в линейной зависимости, в данном случае усилие сначала возрастает и лишь потом снова снижается. Характеристика рассчитывается таким образом, что сцепление начинает проскальзывать еще до достижения предельно допустимой степени износа накладок. Тем самым замена сцепления становится необходимой до появления серьезных дефектов, например, повреждение поверхности заклепками. Кроме того, необходимое усилие на педаль выключения сцепления меньше, чем в сцеплении с винтовыми пружинами.



Типы:

Диафрагменное сцепление в стандартном исполнении

В кожухе (1) монтируется диафрагменная пружина (3) и нажимной диск (2). Нажимной диск (2) соединен с кожухом (1) посредством тангенциальных пластинчатых пружин (7). Они приклепываются к трем кулачкам на нажимном диске (2). Тангенциальные пружины (7) выполняют три важные функции.

Отведение нажимного диска при выключении сцепления

Передача крутящего момента двигателя с кожуха на нажимной диск

Центрирование нажимного диска

Диафрагменная пружина устанавливается в предварительно напряженном состоянии между нажимным диском (2) и кожухом сцепления (1) таким образом, что создается необходимое усилие нажатия с силовым замыканием между ведомым диском, маховиком и нажимным диском (1). Диафрагменная пружина опирается на кольцевой выступ кожуха сцепления (1) и кольцо (4). Наружный диаметр пружины прилегает к нажимному диску (2). При выжиме педали сцепления выжимной подшипник давит на язычки диафрагменной пружины (3). Нажимной диск (2) отходит, и ведомый диск освобождается.

Диафрагменное сцепление с треугольной пластинчатой пружиной

Конструкция отличается от стандартного исполнения в основном другим способом крепления между кожухом сцепления (1) и нажимным диском (2). Поскольку конструктивно (чашеобразный маховик) на нажимном диске (2) отсутствуют кулачки, было выбрано треугольное расположение пластинчатых пружин. Пластинчатая пружина обоими концами приклепывается к кожуху сцепления (1). Средней частью каждая пружина крепится к нажимному диску. Вместо выступа на кожухе в качестве опорного элемента для диафрагменной пружины (3) здесь используется дополнительное проволочное кольцо (4).



Диафрагменное сцепление с пружинящими язычками

Эти язычки устроены таким образом, что они оттягивают наружу пальцы (5). Вследствие этого диафрагменная пружина (3) и при износе точек опоры работает без люфта. Преимущество: неизменное отведение в течение всего срока службы.

Саморегулирующееся сцепление (SAC)

Кожух, 2) Регулировочное кольцо (ступенчатое), 3) Нажимная пружина, 4) Диафрагменная пружина, 5) Сенсорная тарельчатая пружина, 6) Палец, 7) Палец, 8) Пластинчатая пружина, 9) Нажимной диск, 10) Упор, 11) Ведомый диск

В современном автомобилестроении используется практически всегда диафрагменное сцепление.

Технологическая модернизация этой конструкции в последние годы была очень значительной (например, диафрагменное сцепление с пружинящими язычками). Самая последняя модификация - сцепление SAC. Аббревиатура SAC происходит от английского Self Adjusting Clutch (саморегулирующееся сцепление). Мощные двигатели, используемые сегодня, нуждаются в сцеплениях с большим передаваемым моментом. Это повлекло за собой увеличение усилия на педаль. Хотя различными способами (например, модернизация системы выжима) удается удерживать это увеличение в определенных границах, тем не менее, значительно возросли требования к сцеплению в части уменьшения усилия выключения. Важные преимущества данной конструкции по сравнению с предыдущими:

* более низкие усилия выжима, неизменные в течение всего срока службы вытекающая отсюда высокая комфортабельность в течение всего срока службы

* большой резерв износа, т.е. большая долговечность, благодаря автоматической системе регулировки

* излишний ход выжимного подшипника ограничивается упором диафрагменной пружины. Этим обусловлен целый ряд вторичных преимуществ:

* нет необходимости в сервосистемах (грузовые автомобили)

* более простые системы выжима

* короткий ход педали

* неизменное постоянное усилие на педаль, независимо от мощности двигателя

* новые возможности для снижения диаметра сцепления (передача крутящего момента)

* малый ход выключения сцепления в течение всего срока службы

Принцип функционирования саморегулирующегося сцепления SAC:

В сцеплении, оборудованном системой компенсации износа, распознается увеличение усилия выключения, обусловленное износом, и производится целенаправленная компенсация уменьшения толщины накладок. Схематично изображен принцип функционирования. Существенным отличием от обычного сцепления является установка основной диафрагменной пружины не жестко на кожухе (на заклепках), а через так называемую сенсорную дисковую пружину.

Эта сенсорная пружина имеет достаточно широкий диапазон с почти константным усилием, в отличие от весьма депрессивной основной диафрагменной пружины.

Горизонтальный диапазон сенсорной пружины устанавливается немного выше необходимого усилия выключения. Пока усилие выключения меньше, чем удерживающее усилие сенсорной пружины, вращающаяся опора основной диафрагменной пружины при выключении остается в прежней позиции. Если в результате износа накладок усилие выключения увеличивается, сила реакции сенсорной пружины превышается и поворотная опора смещается в сторону маховика, а именно настолько, чтобы усилие выключения уменьшилось до усилия сенсорной пружины. Между поворотной опорой и кожухом после смещения сенсорной пружины возникает зазор, который может компенсироваться, например, клином.

Конструкция саморегулирующегося сцепления с силовым сенсором

Силовой сенсор, оборудованный клиновой системой компенсации толщины, может быть выполнен достаточно элегантно и просто. Показана такая конструкция. По сравнению с традиционным сцеплением в нее добавлены лишь сенсорная пружина (красная) и ступенчатое кольцо (желтое). Сенсорная пружина своей внешней частью устанавливается в кожухе и вместе с язычками образует опору для основной диафрагменной пружины. Клинья, являющиеся собственно регулировочными элементами, в связи с наличием центробежных сил, имеют не радиальную конструкцию, как в вышеописанном примере, а расположены по окружности. 12 ступеней пластикового кольца соответствуют ответным ступеням в кожухе сцепления. Пластиковое кольцо (ступенчатое кольцо) подпружинивается тремя маленькими нажимными пружинами по окружности, чтобы при смещении сенсорной дисковой пружины клинья могли заполнять появляющийся зазор между опорой диафрагменной пружины и кожухом. Важным преимуществом является больший резерв износа, который зависит не от длины характеристики диафрагменной пружины, как это имеет место в традиционных сцеплениях, а от высоты ступеней и может быть увеличен приблизительно на 4 мм в небольших и примерно до 10 мм в очень больших сцеплениях. Тем самым сделан решающий шаг в направлении увеличения срока службы сцепления.

Вытяжное диафрагменное сцепление

Диафрагменное сцепление LuK TS

Диафрагменное сцепление с опорной пружиной

1. Кожух сцепления

2. Нажимной диск

3. Диафрагменная пружина

4. Кольцо

5. Палец

6. Заклепка

7. Пластинчатая тангенциальная пружина

8. Треугольная пластинчатая пружина

9. Балансировочное отверстие

10. Балансировочный груз

11. Нажимная пластина

12. Стопорное кольцо

13. Маховик

14. Ведомый диск

15. Ступица многодугового профиля

16. Опорная пружина

В автомобилестроении сегодня, как правило, используются диафрагменные сцепления. Применяемые ранее сцепления с винтовыми пружинами практически не используются в связи с целым рядом недостатков, прежде всего в связи со значительно большим монтажным пространством и большим весом. Наиболее важными преимуществами диафрагменного сцепления по сравнению со сцеплением с винтовыми пружинами являются: невосприимчивость к высоким оборотам обеспечение высоких усилий нажатия при низких усилиях выключения, несмотря на небольшую высоту язычки диафрагменной пружины выполняют одновременно функцию рычага выключения сцепления меньшее количество изнашиваемых деталей Водитель сразу чувствует преимущества диафрагменного сцепления, поскольку благодаря меньшему усилию выключения требуется меньшее усилие на педаль. По конструкции и принципу работы различают: вытяжное диафрагменное сцепление нажимное диафрагменное сцепление

Вытяжное диафрагменное сцепление

Данная специальная конструкция, используется в VW, SEAT и ROVER. По принципу установки диафрагменной пружины это сцепление является вытяжным - в отличие от обычной схемы пружина устанавливается наоборот, включение сцепления может производиться только нажатием. Обычно силовой поток проходит от коленвала непосредственно на маховик и затем на сцепление и коробку передач. В данном случае нажимной диск сцепления жестко соединяется с коленвалом.

Маховик устанавливается после монтажа ведомого диска и соединяется с нажимным диском сцепления. Эта конструкция определяет следующую схему сцепления: диафрагменная пружина (3) своим внешним краем опирается на кожух сцепления (1), а внутренним краем - на нажимной диск. Реверс диафрагменной пружины, как это имеет место в стандартных сцеплениях, при выключении сцепления не происходит. Диафрагменная пружина (3) просто приподнимается над нажимной пластиной (11), вложенной в язычки диафрагменной пружины. На нажимную пластину давит штанга, установленная в полом первичном вале КПП и проходящая до конца КПП, где расположены выжимной подшипник и рычаг выключения сцепления.

Диафрагменное сцепление LuK TS

Диафрагменное сцепление LuK TS является сцеплением нажимного типа. Особенностью этого сцепления является высокая степень интеграции сцепления и маховика. Ступица многодугового профиля (15) сцепления навинчивается вместе со шкивом на коленвал, имеющий соответствующий профиль. Силовой поток проходит сначала через кожух сцепления (1) и жестко соединенный с ним маховик. Нажимной диск (2) установлен между кожухом сцепления (1) и ведомым диском (14). Он соединен с кожухом сцепления (2) посредством тангенциальных пружин (7). Кулачки нажимного диска (2) проходят через отверстия кожуха сцепления (1). На эти кулачки с внешней стороны опирается диафрагменная пружина, подвижно закрепленная на кожухе посредством пальцев (5) и проволочных колец (4). Выжимной подшипник подвижно установлен на цилиндрическом внешнем диаметре многопрофильной ступицы. Крутящий момент передается через ведомый диск (14) на первичный вал КПП, представляющий собой полый вал, установленный на конце коленвала - между сцеплением и двигателем. Благодаря этому появилась возможность интегрировать КПП в масляный поддон двигателя.

Диафрагменное сцепление с опорной пружиной

Диафрагменное сцепление с опорными пружинами является специальным исполнением. Опорные кольца здесь полностью заменены буртиком на кожухе сцепления (1) и опорной пружиной (16) в качестве противоупора. Тем самым убирается люфт и снижается износ диафрагменной пружины, которая в процессе износа автоматически регулируется. В остальном эта конструкция не отличается от описанных типов.

Виды ведомого диска

Ведомый диск является центральным соединительным элементом сцепления. Вместе с маховиком двигателя и нажимным диском сцепления он образует фрикционную систему. Во включенном сцеплении он геометрически замкнуто зажат между маховиком и нажимным диском. Через шлицевое соединение ступицы ведомый диск передает крутящий момент на первичный вал коробки передач с геометрическим замыканием.

В современных автомобилях используются ведомые диски с гасителем крутильных колебаний и подпружиненными фрикционными накладками. В автомобилестроении практически без исключений применяются органические фрикционные накладки.

Только для специального транспорта и тракторов используются металлокерамические накладки. На левом рисунке представлен типичный ведомый диск с двухступенчатым гасителем крутильных колебаний, встроенным демпфером холостого хода и переменным фрикционным устройством.

Диск состоит из следующих компонентов: фрикционные накладки (1), закрепленные заклепками (2) на сегментных пружинах (3). Сегментные пружины приклепаны к ведомому диску (17). Ведомый диск (17) с помощью центрирующей втулки (22) подвижно крепится к ступице. Гаситель крутильных колебаний состоит из демпфера холостого хода (пружины 10 и 11), основного демпфера (пружины 12 и 13) и фрикционного устройства (фрикционные кольца 8, фрикционные диски 20, дисковая пружина 7 и опорный диск 9).

2-ступенчатый гаситель крутильных колебаний



2-ступенчатый гаситель крутильных колебаний, отдельный демпфер холостого хода

2-ступенчатый гаситель крутильных колебаний, встроенный демпфер холостого хода, переменное фрикционное устройство

(1). Накладки (2). Заклепка накладки (3). Сегментная пружина (4). Заклепка сегмента (5). Балансировочный груз (6). Упорный палец (7). Дисковая пружина (8). Фрикционное кольцо (9). Опорное кольцо (10). Пружина демпфера холостого хода 1-я ступень (11). Пружина демпфера холостого хода 2-я ступень (12). Пружина основного демпфера 1-я ступень (13). Пружина основного демпфера 2-я ступень (14). Ступица (15). Ведомый диск (16). Сопряженный диск (17). Фланец ступицы (18). Фланец демпфера холостого хода (19). Силовой фрикционный диск (20). Сопряженный диск демпфера холостого хода

Задачи: Ведомый диск как элемент трения, расположенный между маховиком и нажимным диском, выполняет функцию передачи крутящего момента двигателя на первичный вал коробки передач. Его основными компонентами являются: ведомый диск (15) парные приклепанные фрикционные накладки (1) ступица со шлицами .Ведомый диск, кроме этого, имеет ряд других задач: он должен обеспечивать мягкий разгон и быстрое переключение передач, изолировать колебания двигателя от КПП и, таким образом, демпфировать шумы трансмиссии, возникающие в результате колебаний пар сопряженных зубчатых колес. Для выполнения этих задач, без решения которых невозможно представить себе современный автомобиль, требуются некоторые дополнительные компоненты, а именно: сегментные пружины (3) гаситель крутильных колебаний (7-13)

2-ступенчатый гаситель крутильных колебаний

В левой части таблицы избражен 2-ступенчатый гаситель крутильных колебаний. В четырех тангенциально расположенных отверстиях установлены винтовые нажимные пружины (12, 13) двух различных видов, соответствующие двум ступеням демпфирования. Пружины, расположенные друг против друга, одинаковые. Фланец ступицы (17), который находится между ведомым (15) и сопряженным диском (16), может перемещаться в направлении, противоположном направлению давления пружин. Ведомый (15) и сопряженный (16) диски жестко соединены между собой посредством упорных пальцев (6).

Прилагаемый крутящий момент, через ведомый (15) и сопряженный (16) диски воздействуя на винтовые пружины демпфера, передается на фланец ступицы (17) и, тем самым, на первичный вал коробки передач. Поскольку пружины сами по себе не могут поглощать колебания, для демпфирования необходимо дополнительное фрикционное устройство. Оно состоит из расположенных по обе стороны ступицы фрикционных колец (8), опорного кольца (9) и дисковой пружины (7), которые в течение всего срока службы обеспечивают неизменное трение. Дисковая пружина через опорное кольцо (9) давит на правое фрикционное кольцо и далее через жестко связанные друг с другом сопряженный (16) и ведомый (15) диски на расположенное между ведомым диском (15) и фланцем ступицы (17) левое фрикционное кольцо.

Крутящий момент, вырабатываемый двигателем, сначала сжимает обе пружины с меньшим пружинением, т.е. 1-я ступень демпфирования (12), до угла скручивания в 4 градуса. В приведенном примере в этом положении на них действует крутящий момент 20 Н-м.

Далее начинают работать дополнительные пружины (13) 2-й ступени демпфирования. На диаграмме это соответствует более крутой линейной характеристике угла скручивания. В крайнем положении (упорный палец) угол скручивания соответствует 8 градусам и момент 140 Н o м. Гасители крутильных колебаний сконструированы таким образом, что момент крайнего положения значительно превышает момент двигателя. Когда двигатель работает в режиме принудительного холостого хода, 1-я ступень демпфирования (12) обеспечивает угол скручивания 7 градусов, соответствующий крутящему моменту 40 Н-м. От этого момента до крайнего положения, соответствующего углу скручивания 8 градусов и крутящему моменту 65 Н-м, работает 2-я ступень демпфирования (13).

2-ступенчатый гаситель крутильных колебаний, отдельный демпфер холостого хода

Вышеописанные взаимосвязи действуют и для исполнения 2-ступенчатого гасителя крутильных колебаний с отдельным демпфером холостого хода. Здесь добавлен отдельный демпфер холостого хода (10, 11). Раньше он использовался для автомобилей с дизельным двигателем. Благодаря постоянному облегчению конструкции, этот вариант исполнения все чаще используется и для двигателей внутреннего сгорания. Как видно на иллюстрации, диаграмма гасителя крутильных колебаний существенно отличается от первого примера. Характеристика скручивания в области нулевой точки очень пологая. Благодаря этому, прежде всего в дизельных двигателях, ликвидируется эффект "стука" зубчатых колес КПП. 1-я ступень демпфирования (12) начинает работать только при угле скручивания в 10 градусов и очень маленьком моменте. Демпфер холостого хода (10, 11), обеспечивающий пологую характеристику в области нулевой точки, в данной конструкции расположен отдельно внутри ведомого диска и приклепанного к нему сопряженного диска демпфера холостого хода (20). Фланец демпфера холостого хода (18) соединен со ступицей. Таким образом, демпфер холостого хода должен быть смещен до упора, прежде чем начнет работать выше описанный механизм основных ступеней гасителя крутильных колебания (12, 13).

Данная конструкция ведомого диска имеет фрикционное кольцо (8), расположенное между фланцем ступицы (17) и сопряженным диском (16). Сила трения вырабатывается посредством двух пружинящих элементов, расположенных между ступицей и сопряженным диском, а также между фланцем ступицы (17) и ведомым диском (15).

2-ступенчатый гаситель крутильных колебаний, интегрированный демпфер холостого хода, вариативное фрикционное устройство

В конструкции пружины демпфера холостого хода (10,11), расположены не отдельно в ведомом диске, а в специальных отверстиях. Если в предыдущих конструкциях сила трения является постоянной, то здесь благодаря двум отдельным фрикционным кольцам (8) и двум соответствующим дисковым пружинам (7) сила трения является переменной для 1-й и 2-й ступени демпфирования. Они начинают работать по достижении определенного угла скручивания (5 и 8,5 градусов в тяговом режиме, 1,7 градусов в режиме принудительного хода).

Односегментные пружины. Двухсегментные пружины



Лепестковые пружины Пластинчатые пружины

Сегментные пружины

В нижней части таблицы изображены четыре вида наиболее часто применяемых сегментных пружин. Пружины размещаются между фрикционными накладками. Они предназначены для обеспечения мягкости сцепления и, тем самым, плавного, без рывков трогания с места. Нажимной диск сцепления прижимает ведомый диск к маховику, только преодолев сопротивление сегментных пружин. Поскольку это сопротивление возрастает постепенно и замедляет процесс смыкания, ведомый диск благодаря проскальзыванию выходит на обороты двигателя с определенной задержкой.

Наряду с плавным троганием другими преимуществами использования сегментных пружин являются: меньший износ, лучшее пятно контакта и, как следствие, более равномерное распределение тепла. Различают четыре основных вида сегментных пружин (в таблице слева направо):

Односегментные пружины, где накладки на заклепках крепятся на обеих сторонах тонких изогнутых сегментов, которые, в свою очередь, приклепаны к ведомому диску. Преимущества - невысокий момент инерции ведомого диска и более легкая дозируемость пружинения.

В системе с двухсегментными пружинами накладки приклепываются к двум наложенным и действующим друг на друга сегментам. Сегменты, как и в односегментном варианте, приклепаны к ведомому диску. Здесь более полно используется имеющийся путь пружинения, но к недостаткам могут быть отнесены больший момент инерции и более высокая стоимость. Наиболее ходовым типом являются лепестковые пружины. Пластина, несущая накладки, по внешнему краю выгнута и имеет шлицы. По принципу действия этот вариант аналогичен односегментным пружинам и используется главным образом там, где на несущей пластине не остается места для крепления односегментных пружин. При более высоких нагрузках на ведомый диск сравнительно тонкий несущий диск должен быть усилен в области гасителя крутильных колебаний дополнительным сопряженным диском.

Пластинчатые пружины используются, как правило, для тяжелых грузовиков и автобусов. Сегментообразные, волнистые пружинящие пластины приклепываются к одной стороне несущей пластины до ее внешнего края. Поэтому они работают только в одном направлении. Недостатком такой конструкции является большой момент инерции ведомого диска.

Ведомый диск с системой компенсации смещения

Поскольку двигатель и КПП, особенно с использованием первичного вала без опорного подшипника, имеют свои собственные допуски, между коленвалом и КПП имеется определенное осевое смещение.

В комплексе с жесткими ведомыми дисками, используемыми в ZMS или DFC, в критических случаях это смещение может привести к шумам на холостом ходу и повышенному износу профиля.

Решение этой проблемы обеспечивает ведомый диск фирмы LuK с системой компенсации смещения, которая в диапазоне холостого хода и низких нагрузок реализует возможность радиального перемещения ступицы, компенсируя тем самым возможные радиальные усилия

Таким образом, обеспечивается функционирование ZMS или DFC даже при наличии смещения.

Ведомый диск без гасителя крутильных колебаний

Ведомый диск без гасителя крутильных колебаний применяется в эффективной системе гашения крутильных колебаний, которая может быть предложена фирмой LuK, - двухмассовом маховике (ZMS) или его модификации - DFC (Damped Flywheel Clutch). Двухмассовый маховик заново распределяет моменты инерционных масс и смещает тем самым диапазон резонанса значительно ниже уровня нормального рабочего числа оборотов. Периодический xapaктep процесса работы двигателя внутреннего сгорания вызывает крутильные колебания. Пружинно-демпферная система двухмассового маховика практически полностью изолирует эти крутильные колебания и обеспечивает ровную работу всех последующих компонентов (вторичная масса, сцепление, ведомый диск сцепления, КПП, трансмиссия)

сцепление трансмиссия двигатель пружина



В связи с недостаточным естественным демпфированием в настоящее время в автомобилестроении все более заметными становятся мешающие источники шумов. Это вызвано как уменьшением веса автомобилей, так и конструкцией кузова. После оптимизации в аэродинамической трубе резко понижаются шумы от воздушного потока и соответственно больше проявляются шумы другого характера. Повышению шумности способствуют низкооборотистые двигатели, пяти- и шестиступенчатые КПП, а также использование жидкотекучих масел.

Периодический характер работы двигателя внутреннего сгорания вызывает крутильные колебания в трансмиссии, которые проявляются в форме дрожания коробки передач и дребезжания кузова, что не соответствует представлениям водителя о комфортабельности.

Конструкция:

В результате разделения традиционного маховика на два диска получилась первичная инерционная масса на стороне двигагеля с зубчатым ободом и вторичная инерционная масса с вентиляционными отверстиями для отвода тепла, увеличивающая момент инерции массы со стороны КПП. Обе разъединенных массы соединяются друг с другом посредством пружинно-демпфирующей системы и могут вращаться относительно друг друга на радиальном шарикоподшипнике. Изоляция обеспечивается 0-образным кольцом и уплотнительно-изолирующим колпачком.

Две соединенные друг с другом с помощью лазерной сварки штампованные детали образуют кольцевую камеру, которая заполняется консистентной смазкой и в которой размещаются дуговые нажимные пружины с направляющими вкладышами. Герметизация выполняется с помощью уплотнительной мембраны. Выполненный в виде тарельчатой пружины фланец своими выступами входит между дуговыми нажимными пружинами. Он расположен с геометрическим замыканием между скрепленными на заклепках на вторичной стороне фрикционными и опорными дисками. Усилие тарельчатой пружины рассчитано таким образом, что момент трения существенно превышает максимальный крутящий момент трения.

Другое фрикционное устройство, подвижно установленное на ступице, задействуется движением одной из фиксирующих пластин. Поскольку пружинно-демпфирующая система интегрирована в двухмассовый маховик, в качестве ведомого диска используется жесткая конструкция без гасителя крутильных колебаний. В качестве нажимного диска, как правило, служит диафрагменное сцепление с пружинящими язычками, позиционируемое с помощью центрирующих штифтов.

Принцип функционирования:

Физические исследования трансмиссии показали, что, изменяя соотношение моментов инерции масс, можно сместить резонансный диапазон числа оборотов. При повышении момента инерционной массы коробки передач резонансное число оборотов, при котором возникают сильные шумы, снижается ниже уровня числа оборотов холостого хода и выходит тем самым за пределы рабочего диапазона оборотов двигателя. Как видно из рисунка, в двухмассовом маховике момент инерции масс, в отличие от традиционного расположения, снижается перед гасителем крутильных колебаний и повышается после него. С моментом инерции двигателя сочетается только первичная инерционная масса двухмассового маховика, с моментом коробки - вторичная инерционная масса, ведомый диск и нажимной диск сцепления. Таким образом, резонансный диапазон оборотов смещается от первоначального числа оборотов прибл. 1300 мин до прибл. 300 мин и уже не может негативно проявляться при эксплуатации автомобиля, поскольку двигатель не работает в этом диапазоне оборотов. Еще один положительный эффект обусловлен уменьшением момента инерции масс со стороны двигателя: коробка передач легче работает, поскольку массы, которые необходимо синхронизировать, меньше, тем самым система синхронизации подвергается меньшему износу.

Влияние на характеристику вращательных колебаний наглядно представлено на графике (действие (передача крутильных колебаний). В традиционных конструкциях с обычным маховиком и демпфирующим ведомым диском крутильные колебания холостого хода в значительной степени передаются дальше на КПП и вызывают биение контактных поверхностей зубцов шестеренок КПП друг о друга (звон коробки).

С использованием двухмассового маховика крутильные колебания, генерируемые двигателем, фильтруются гасителем крутильных колебаний сложной конструкции. Компоненты коробки передач не подвергаются их воздействию - ничего не звенит, требования водителя автомобиля к комфортности полностью удовлетворены!

Преимущества двухмассового маховика фирмы LuK: первоклассный комфорт, поглощение вибрации изоляция шумов, экономия топлива в результате работы двигателя на более низких оборотах, повышенное удобство переключения передач, сниженный износ системы синхронизации, защита трансмиссии от перегрузки.

2. Выбор и обоснование принятой конструкции

Для проектируемого автомобиля выбираем конструкцию сцепления с диафрагменной (тарельчатой) пружиной.

При использовании тарельчатых пружин упрощается конструкция сцепления, уменьшаются его размеры, число деталей, обеспечивается плавное включение, равномерная нагрузка на нажимной диск, малое изменение нажимного усилия при изнашивании накладок.

Сцепление однодисковое, сухое, с центральной диафрагменной пружиной 3, помещённой между нажимным диском 2 и кожухом сцепления, прикрепленным к маховику шестью винтами. Картер сцепления крепится четырьмя винтами к двигателю. Крутящий момент от двигателя передаётся через маховик и нажимной диск 2 на ведомый диск сцепления 1, а от него через пружины демпфера 4, ступицу ведомого диска и шлицевое соединение ведущему валу коробки передач.

При нажатии на педаль муфта выключения, перемещаясь вместе с подшипником 5 в сторону маховика, давит через упорный фланец, к которому прикреплено фрикционное кольцо, на лепестки диафрагменной пружины 3. При этом наружная кромка пружины, перемещаясь в обратном направлении, отходит от кольцевого выступа на нажимном диске 2 и через фиксаторы отводит его от ведомого диска 1, освобождая последний от крутящего момента двигателя.

Сцепление с центральной диафрагменной пружиной

I -- ведомый диск; 2 -- нажимной диск; 3 -- диафрагменная пружина; 4 -- гаситель; 5 --выжимной подшипник

3. Выбор основных параметров

Основные размеры и параметры сцепления: наружный и внутренний диаметры фрикционных накладок ведомых дисков; число ведомых дисков ; коэффициент запаса сцепления ; нажимное усилие пружины ; расчетный коэффициент трения ; число и жесткость нажимных пружин; удельная нагрузка на фрикционные накладки.

При проектировании сцепления в первую очередь выбирают по ГОСТ 12238--76 число ведомых дисков и размеры фрикционных накладок (наружный, внутренний диаметры и толщину) в зависимости от максимального момента двигателя .

Так как автомобиль БМВ-525i имеет то принимается .

Наружный диаметр фрикционной накладок ведомого диска

Внутренний диаметр фрикционной накладки ведомого диска

Толщина фрикционных накладок

Затем задаются коэффициентом запаса сцепления, равным отношению момента трения сцепления к максимальному моменту двигателя

откуда

Значение выбирается с учетом неизбежного изменения (уменьшения) коэффициента трения накладок при эксплуатации, усадки нажимных пружин, наличия возможности регулировки нажимного усилия, числа ведомых дисков. Из-за усадки пружин уменьшение составляет , изнашивания накладок --, суммарное падение составляет . Средние значения для легковых автомобилей -- . Принимается . Тогда



Нажимное усилие определяется исходя из момента трения , выраженного через параметры сцепления. Момент трения на поверхности диска (рис. 12) определяется по формуле

где -- полная тангенциальная сила трения;

-- радиус трения, эквивалентный плечу приложения силы , которая равна сумме всех элементарных сил трения.

Элементарные сила и момент трения:

где -- элементарная нормальная сила, действующая на элементарную площадку , которая расположена на радиусе :

Схема для определения момента трения сцепления

Таким образом

и

Тогда радиус трения будет определяться по формуле

Отсюда следует, что при постоянном значении радиус трения зависит от закона распределения нагрузки. Для металлических пар трения, а также пар металл -- металлокерамика установлено, что изнашивание поверхностей трения происходит равномерно. Можно считать, что скорость изнашивания пропорциональна произведению удельной нагрузки на относительную скорость скольжения поверхностей трения :

где -- коэффициент пропорциональности.

При равномерном изнашивании нагрузка линейно уменьшается в радиальном направлении к наружной кромке диска, т. е. .

В этом случае

где -- средний радиус накладки.

Ведомые диски сцеплений автомобилей обладают существенной податливостью в осевом направлении, что обусловливает во всех точках поверхности трения. Тогда

Для легковых автомобилей отношение составляет приблизительно и

С учетом числа пар поверхностей трения для однодискового сцепления

где -- коэффициент, учитывающий уменьшение нажимного усилия , сжимающего трущиеся поверхности, вследствие трения в направляющих устройствах и шлицах ведущих и ведомых дисков. Для автомобильных сцеплений принимают . Тогда

Коэффициент трения накладок зависит от ряда факторов: материала фрикционных накладок, состояния их поверхностей, относительной скорости скольжения, удельной нагрузки, температуры. Для расчетов принимают , принимаем

Тогда

Удельная нагрузка определяется по формуле

где-- площадь рабочей поверхности одной стороны фрикционной накладки.

При наличии отверстий под заклепки значение несколько увеличивается (до 5%), но в расчетах этим можно пренебречь. Давление должно быть равно . Значение у сцеплений легковых автомобилей составляет .

Число пар трения находится по формуле

по которому определяется необходимое количество ведомых дисков сцепления:



Полученное значение должно быть не более единицы для однодисковых сцеплений. Условие соблюдается.

Ход нажимного диска должен обеспечивать полное выключение сцепления. Зазор между поверхностями трения принимают для однодисковых сцеплений 0,75...1 мм. Таким образом, ход нажимного диска у однодисковых сцеплений составляет 1,5...2 мм.

4. Расчет сцепления на нагруженность

К показателям нагруженности относят удельную работу буксования при трогании автомобиля с места и повышение температуры при нагреве ведущего диска за одно включение.

На основании отечественного и зарубежного опыта для расчета нагруженности сцеплений по работе буксования можно использовать следующую формулу:

где -момент инерции автомобиля, приведённый к ведущему валу коробки передач;

-угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя;

-максимальный крутящий момент двигателя;

-момент сопротивления движению при трогании, приведённый к ведущему валу коробки передач;

Угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя определяется по формуле

где - частота вращения коленчатого вала, соответствующие максимальному моменту двигателя.

Момент инерции автомобиля, приведенный к маховику определяется по формуле

где - полная масса автомобиля;

- передаточное число трансмиссии;

- радиус качения колеса;

(по технической характеристике автомобиля).

=1,05.

Передаточное число трансмиссии определяется по формуле

где - передаточное число карданной передачи;

- передаточное число главной передачи;

- передаточное число коробки передач на первой передаче;

Радиус качения колеса определяется по формуле

где - коэффициент радиальной деформации шины

параметры автомобильного колеса, берутся из обозначения автомобильной шины: 215/60-R15, т.е.:

Тогда момент инерции автомобиля будет равен

Момент сопротивления движению при трогании, приведённый к ведущему валу коробки передач определяется по формуле

где - коэффициент сопротивления дороги;

- передаточное число трансмиссии;

- коэффициент полезного действия трансмиссии;

Коэффициент полезного действия трансмиссии определяется по формуле

где - коэффициент полезного действия карданной передачи;

- коэффициент полезного действия главной передачи;

- коэффициент полезного действия коробки передач на первой передаче;

Тогда момент сопротивления движению при трогании, приведённый к ведущему валу коробки передач будет равен

Подставив все рассчитанные значения в первоначальную формулу определяем работу буксования

Удельная работа буксования равна работе буксования, отнесенной к площади трения ведомых дисков:

где- суммарная площадь накладок сцепления;

где - число поверхностей трения

Тогда удельная работа буксования равна

Расчет на нагрев заключается в определении повышения средней температуры нажимного диска при трогании автомобиля с места. При этом принимают, что теплоотдача в окружающую среду отсутствует, и вся работа буксования преобразуется в теплоту.



где - доля теплоты, воспринимаемой нажимным диском;

масса нажимного диска;

- удельная теплоемкость чугуна;

По показателям нагруженности ( и ) сцепление соответствует требованиям стандартов. Указанные величины не превышают допустимых значений.

5. Расчёт привода сцепления

Качество привода, определяющее удобство и легкость управления, оценивается: работой, которую необходимо совершить водителю для полного выключения сцепления, (предельное значения для легковых автомобилей 23 Дж); максимальным усилием на педали сцепления ; полным ходом педали сцепления (для легковых автомобилей ). На автомобиле БМВ-525i привод сцепления выполнен гидравлическим, как, практически, и на всех легковых автомобилях.

Конструктивное оформление педали сцепления и её крепление определяются из условий компоновки. Для сцепления автомобиля БМВ-525i с гидроприводом характерно верхнее крепление педали на переднем щитке автомобиля. При этом улучшается доступ к приводу, герметичность кабины. Механический усилитель выполнен в виде пружины 12, соединенной с педалью при помощи крючка 10. На начальном этапе пружина оказывает незначительное сопротивление перемещению педали. Затем после перехода точки опоры А через нейтральное положение, когда точки А, О и Б лежат на одной линии, с помощью пружины снижается усилие на педали.

Рисунок - Гидравлический привод сцепления

1 -- пробка; 2 -- корпус главного цилиндра; 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 -- пружинный усилитель привода сцепления; 13 -- оттяжная пружина педали сцепления; 14 -- ограничитель хода педали; 15 -- педаль сцепления; 16 -- толкатель поршня; 17 -- защитный колпачок; 18 -- стопорное кольцо; 19 -- впускное отверстие; 10 -- уплотнительное кольцо; 21 -- перепускное отверстие поршня; 22 -- рабочая полость цилиндра; 23 -- пружина; 24 -- прокладка

Исходными данными для расчета привода являются допустимое усилие на педали, ее полный ход и параметры сцепления.

Общее передаточное отношение привода от педали до нажимного диска определяется по формуле

где -- рабочий ход педали;

-- перемещение нажимного диска;

-- передаточное отношение педали;

-- передаточное отношение части привода, расположенной между педалью и вилкой сцепления;

-- передаточное отношение вилки сцепления;

--передаточное отношение отжимных рычагов сцепления.

Принимается:

, Тогда,

Принимается:

(конструктивно)

Из исходной формулы

Максимальное усилие на педали определяется по формуле

где -- КПД привода;

передаточное отношение части привода от оттяжной пружины до педали;

КПД части привода от оттяжной пружины до педали;

оттяжное усилие.

Допускаемое усилие на педали не должно превышать 180 Н

Так как то установка усилителя не требуется.

6. Расчет пружины на прочность

При расчете на прочность определяют напряжение в наиболее нагруженном месте пружины -- в середине основания В лепестка -- при деформации пружины, соответствующей ее плоскому положению по формуле

Схема для расчёта тарельчатой пружины



где

, тогда

Известно, что сила действующая на нажимной диск и сила действующая на пружину при выключении сцепления связаны зависимостью:

Отсюда можно выразить

где (конструктивно)

Тогда сила, действующая на пружину при выключении сцепления, будет равна

Известно, что

тогда

Принимается , тогда

Подставив все известные значения в исходную формулу определим напряжение в наиболее нагруженном месте пружины:

прочность обеспечена.

Заключение

В результате разработанной курсовой работе мы сконструировали сцепление легкового автомобиля. Был произведен расчет сцепления, определены показатели нагруженности, а также рассчитан привод управления сцеплением. Таким образом нажимная пружина была рассчитана по напряжениям в наиболее нагруженном месте, которое составило . Показатели нагруженности сцепления составили: удельная работа буксования при трогании автомобиля с места составила и повышение температуры ведущего диска за одно включение - . При расчете привода мы определили максимальное усилие на педали сцепления.

Таким образом, спроектированное сцепление отвечает всем требованиям, предъявляемым к сцеплениям и тем самым пригодно для установки на автомобиль.

Список использованной литературы

1 А.И. Гришкевич, В.А. Вавуло, А.В. Карпов и др. Автомобили: Конструкция, конструирование и расчёт. Трансмиссия Мн.: Выш. Шк., 1985. 240 с., ил.

2 Осепчугов В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчёта: Учебник для студентов вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» М.: Машиностроение, 1989. 304 с.: ил.

3 Карпов А.В., Лепешко И.И., Молибошко Л.А Фрикционные сцепления автомобилей и их приводы - Методическое пособие - 45с.

Размещено на allbest.ru