Проект сцепления МАЗ-643008

Содержание

СОДЕРЖАНИЕ

Стр

1 ВВЕДЕНИЕ

2 ОБЗОР СХЕМ И КОНСТРУКЦИЙ ПРОЕКТИРУЕМОГО УЗЛА

3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ПРОЕКТИРУЕМОГО УЗЛА

4 ОПИСАНИЕ РАБОТЫ, РЕГУЛИРОВОК И ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЕКТИРУЕМОГО УЗЛА

5 РАСЧЕТЫ ПРОЕКТИРУЕМОГО ИЗДЕЛИЯ И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ

5.1 ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СЦЕПЛЕНИЯ

5.2 РАСЧЕТ НАГРУЖЕННОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ

5.3 РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ СЦЕПЛЕНИЯ

5.3.1 Расчет пружин гасителя крутильных колебаний

5.3.2 Расчет шлицев ступицы ведомого диска

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Сцепление седельного тягача маз

Введение

Трансмиссия автомобиля – это совокупность агрегатов и механизмов, передающих мощности двигателя ведущим колесам автомобиля и изменяющих ее параметры крутящий момент, частоту и направление вращения.

Как правило, трансмиссия включает следующие агрегаты и механизмы сцепление, коробку передач, карданную передачу, главную передачу, дифференциал, валы ведущих колес.

Назначение сцепления – разъединять двигатель и коробку передач во время переключения передач и вновь плавно соединять их, не допуская резкого приложения нагрузки, а также обеспечивать плавное трогание автомобиля с места и его остановку без остановки двигателя. При резком торможении без выключения сцепления оно, пробуксовывая, предохраняет трансмиссию от перегрузок инерционным моментом. Во включенном состоянии сцепление должно надежно соединять двигатель с трансмиссией, не пробуксовывая. Подавляющее большинство сцеплений, применяемых на отечественных автомобилях, относится к фрикционным сухим дисковым сцеплениям, в которых используются силы трения сухих поверхностей.

Обзор схем и конструкций проектируемого узла

Все многообразие конструкций сцеплений, применяемых на современных автомобилях можно классифицировать по ряду признаков. Так, по характеру работы различают постоянно замкнутые и постоянно разомкнутые сцепления.

В зависимости от характера связи между ведущими и ведомыми элементами сцепления делят на гидравлическое (гидромуфта), электромагнитное (порошковое) и фрикционное. Последние в зависимости от формы элементов трения бывают дисковые и специальные (конусное, барабанное, ленточное и др.).

По способу создания нажимного усилия различают: пружинные (с одной центральной или несколькими периферийными пружинами), полуцентробежные (с пружиной и центробежными грузиками), которые в настоящее время не применяются, центробежные и электромагнитные.

По типу привода сцепления бывают с механическим, гидравлическим и комбинированным (электровакуумным, электромагнитным и др.) приводом.

По способу управления выделяют неавтоматическое, полуавтоматическое и автоматическое сцепления.

Современное типовое фрикционное сцепление состоит из двух частей: собственно сцепления и его привода. Первая часть состоит из ведущих и ведомых элементов, передающих крутящий момент двигателя, и нажимного устройства. Ведущими элементами чаще всего являются торцевая часть маховика двигателя и нажимной диск в сборе с кожухом сцепления, закрепленном на маховике. Ведомым элементом является ведомый диск с гасителем крутильных колебаний, установленный на входном валу коробки передач. Нажимное устройство чаще всего имеет пружины и рычажную систему для перемещения нажимного диска.

Конструкция сцепления с периферийно расположенными цилиндрическими пружинами показана на рисунке 2.1. Такое расположение пружин обеспечивает равномерное сжатие трущихся поверхностей за счет симметричного расположения пружин друг относительно друга. Цилиндрические винтовые пружины, применяющиеся в таких конструкциях, имеют линейную характеристику (рисунок 2.2). Это значит, что при износе пар трения деформация пружин и их нажимное усилие будут уменьшаться.

Недостатком таких сцеплений является также то, что при повышенной угловой скорости центробежные силы могут искажать характеристику пружин. Поэтому для центрирования пружин и уменьшения их деформации при действии центробежных сил применяют стаканы, бобышки или выступы на нажимном диске и кожухе сцепления (рисунок 2.2).

Поддержанию нажимного усилия в заданных пределах может способствовать применение нажимных пружин малой жесткости. Однако для размещения одиночных пружин малой жесткости надо значительно увеличивать осевые размеры сцепления. Поэтому применяют двойные пружины.

Данный тип сцеплений, включаемых периферийными пружинами при непосредственном давлении их на нажимной диск и выключаемых при помощи жестких рычагов, обладают следующими преимуществами: при их использовании: гарантируется необходимый отход нажимного диска при выключении сцепления, обеспечивается равномерное распределение усилия от нажимного диска к ведомому, имеется возможность менять нажимное усилие путем изменения числа пружин в зависимости от типа и назначения сцепления.

На рисунке 2.3 представлена типовая конструкция однодискового сцепления с одной центральной конической пружиной, применяемая на автомобилях ВАЗ. Сжатая коническая пружина 7 расположена между опорным фланцем и подвижной втулкой. На другом конце втулки закреплена с помощью стопорного кольца обойма с шариками нажимных упругих рычагов пластинчатого типа. Обойма состоит из двух шайб. В ней устанавливается до 20 рычагов, которые удерживаются шариками, помещаемыми в отверстия на внутренних концах рычагов. Наружные концы рычагов опираются на кольцевые выступы опорного фланца и нажимного диска 2.

Пружина 7 стремится переместить втулку вместе с обоймой вправо. В результате внутренние концы рычагов также смещаются вправо, сжимая наружными концами трущиеся поверхности сцепления. При выключении сцепления втулка перемещается влево и упругие рычаги 3 перестают действовать на нажимной диск. Упругие рычаги обеспечивают равномерное сжатие трущихся поверхностей и плавность включения сцепления.

Помимо традиционных фрикционных сцеплений получили некоторое распространение и другие типы сцеплений (центробежное, электромагнитное и др.), которые из-за их сложности и дороговизны применяются достаточно редко.

Центробежное сцепление (рисунок 2.4) основано на принципе обеспечения давления на нажимной диск центробежными грузиками и является нормально разомкнутым.

Данное сцепление автоматически включается при трогании с места и выключается при остановке автомобиля. Однако при переключении передач его необходимо принудительно выключать при помощи педали. Иногда такое сцепление применяется в сочетании с фрикционным сцеплением. К преимуществам центробежных сцеплений относятся: простота их монтажа на автомобиле, наилучшее регулирование момента трения сцепления при трогании автомобиля по сравнению с другими типами сцеплений. Недостатком таких сцеплений является возможность появления буксования в сцеплении при движении автомобиля с малой скоростью на высших передачах.

Электромагнитные сцепления могут быть без и с ферронаполнителем Эти сцепления являются одним из видов сцеплений с автоматическим управлением.

В настоящее время все большее применение находят коробки передач с двухдисковым сцеплением.

Собственно говоря, данная конструкция - это две коробки передач, которые по очереди включаются и выключаются. Непрямые передачи и передача заднего хода подключены к одному сцеплению, прямые - ко второму. При разгоне автоматически включается ближайшая более высокая передача; при переключении передачи одновременно включается одно сцепление, в то время как другое выключается.

Данное сцепление позволяет переключить передачу, не прерывая силовой поток, что удобно, прежде всего, в спортивных автомобилях

В настоящее время используются две различные концепции двухдискового сцепления: сухое и "мокрое" (пластинчатое двухдисковое сцепление, вращающееся в масляной ванне). Сухой вариант подходит для небольших автомобилей с небольшим крутящим моментом, данная конструкция более компактна. "Мокрое" пластинчатое сцепление может передавать большие крутящие моменты, оно менее чувствительно к термическим нагрузкам, поэтому подходит для автомобилей с крутящим моментом свыше 250 Нм. Этот вариант с весны 2004 г. предлагается для нового Golf V (рисунок 2.6). Наряду с автоматическим модулем, который полностью берет на себя процессы переключения, здесь имеется также модуль Tiptronic, который позволяет ручное переключение. Система управления получает также информацию о частоте вращения колес, которую выдает АБС, с тем чтобы коробка не переключила передачу во время поворота.

Данное сцепление приспособлено для передачи высоких крутящих моментов — свыше 250 Нм, оно также менее чувствительно к термическим нагрузкам.

Коробки передач с двухдисковым сцеплением (которые называются также сокращенно DSG или Direktschaltgetriebe — коробки передач с прямым включением) предназначены в первую очередь для спортивных автомобилей; их главное преимущество в том, что процесс переключения передач может происходить без прерывания силового потока. Таким образом, главный аргумент в пользу автомобиля, оснащенного двухдисковым сцеплением, — удобство. По показателям расхода топлива, разгонной характеристике и максимальной скорости автомобиля коробка передач с двухдисковым сцеплением находится на том же уровне, что и переключаемая вручную коробка передач.

Трансмиссия с двумя сцеплениями (DCT Dual Clutch Transmission), уже используемая на Audi TT 3,2 и Volkswagen Golf RS32, становится все более популярной в Европе, как утверждается в опубликованном недавно докладе Ricardo (рисунок 2.7).

Трансмиссия DCT содержит два сцепления, позволяющих одновременно включать две передачи: одно сцепление используется при включении 1й, 3-й, 5-й передачи и передачи заднего хода, второе при включении 2й, 4-й, 6-й передач. В процессе переключения происходит некоторое перекрытие двух сцеплений: когда первое сцепление, передающее крутящий момент, выключается, второе, предварительно разомкнутое, включается. В результате перекрытия при работе двух сцеплений устраняется разрыв потока мощности. Процесс переключения занимает несколько десятых секунды без заметного прекращения действия тяговых усилий.

Трансмиссия DCT может работать как в автоматическом режиме, так и с переключением передач водителем посредством соответствующего органа управления. Водители, использующие спортивную манеру езды, отмечают высокую легкость переключения. Блок управления, куда поступают сигналы о частоте вращения колес от антиблокировочной системы тормозов, устраняет нежелательные переключения передач при повороте автомобиля.

Мокрое многодисковое двойное сцепление, работающее в масле, предпочтительно для применения на автомобилях от среднего класса до спортивных автомобилей с двигателями, имеющими максимальный крутящий момент более 250 Нм. Такой агрегат обладает высокой теплоемкостью, имеет низкий момент инерции и при его работе возникают малые центробежные силы. Высокая компактность конструкции облегчает интеграцию в трансмиссии.

Значительные величины передаваемого крутящего момента, низкий момент инерции и быстрота переключения без разрыва потока мощности обуславливают отличные динамические свойства, сопоставимые с системами, использующими трансформаторы момента.

Основные преимущества трансмиссии DCT — низкая стоимость и малый вес по сравнению с автоматическими трансмиссиями. При этом величина потерь мощности аналогична механическим трансмиссиям, а комфортабельность при переключении сопоставима с автоматическими трансмиссиями. Применение автоматической системы управления позволяет улучшить топливно-экономические показатели и экологические свойства.

Основная задача при освоении изготовления DCT — максимально возможное использование существующих технологий изготовления механических трансмиссий. Увеличение стоимости производства и стоимости системы управления может соответствовать улучшению потребительских свойств и эксплуатационных показателей.

Выбор и обоснование конструкции проектируемого узла

На основании проведенного обзора конструкций и исходных данных (полная масса автомобиля 26150 кг, максимальный крутящий момент двигателя 1715 Нм) принимаем конструкцию сухого фрикционного постоянно замкнутого сцепления.

Механизм сцепления принимаем двухдисковый с центральной тарельчатой пружиной, так как она обладает наиболее благоприятной характеристикой, по сравнению с конической или с цилиндрической. Ее усилие в рабочем диапазоне изменяется незначительно при выключении сцепления, и это компенсирует изнашивании накладок.

Описание работы, регулировок и технических характеристик проектируемого узла

При эксплуатации автомобиля чаще всего приходится регулировать свободный ход педали сцепления.

Регулировка свободного хода педали сцепления, который должен быть в пределах 35—45 мм, производится при отсутствии воздуха в пневмосистеме.

Перед началом регулировки свободного хода педали необходимо проверить соосность пальца 3 (рисунок 4.1) рычага 4 с осью запрокидывания кабины, что достигается регулировкой длины тяги 1.

Регулировку свободного хода педали производить в следующей последовательности:

• отсоединить вилку 15 штока клапана и вилку 12 штока цилиндра от двуплечего рычага 11;

• отвести рычаг 11 назад за нижнее плечо (по ходу автомобиля) до упора, при этом несовмещение отверстия верхнего плеча рычага 11 и отверстия вилки штока цилиндра должно быть 8—10 мм (не более диаметра отверстия под палец) при крайнем нижнем положении поршня цилиндра, а несовмещение отверстия нижнего плеча рычага с отверстием вилки клапана должно быть 5 — 6 мм (на половину отверстия) при сохранении зазора А.

Регулировку длины штока и тяги производить путем перемещения вилок 12, 15 и вилки 8 тяги клапана.

После регулировки необходимо проверить величину свободного хода педали, который должен быть в пределах 35—45 мм при опущенной кабине и отсутствии воздуха в пневмосистеме.

Расчеты проектируемого изделия и его элементов

5.1 ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СЦЕПЛЕНИЯ

В качестве прототипа выбираем седельный тягач МАЗ643008030010. Техническая характеристика данного автомобиля представлена в таблице 5.1.

В соответствии с рекомендациями [1] выбираем коэффициент запаса сцепления β = 1,5…2,0 для грузовых автомобилей и автобусов.

Принимаем β = 1,7.

Находим момент сцепления:

Исходя из максимального момента двигателя и максимальных оборотов выбираем по ГОСТ 1223876 накладки:

Наружный диаметр: D = 400 мм.

Внутренний диаметр накладок d определяется по формуле

По таблице [1] принимаем внутренний диаметр d = 240 мм и толщину накладок δ = 5мм.

Определяем нажимное усилие:

i – число поверхностей трения, i = 4, т.к. сцепление двухдисковое,

μ – коэффициент трения, по рекомендации [1] μ = 0,3.

Проводим проверку по удельному давлению на фрикционную накладку

По рекомендациям [1] значение q не должно превышать 0,21 МПа, и для грузовых автомобилей и автобусов находится в интервале 0,14...0,21 МПа.

Условие выполняется.

5.2 РАСЧЕТ НАГРУЖЕННОСТИ СЦЕПЛЕНИЯ

Расчет сцепления на удельную работу буксования и нагрев.

Момент сопротивления движению автомобиля, приведенный к первичному валу коробки передач определяется по формуле

Приведенный момент инерции автомобиля

где δ’ – коэффициент учета вращающихся масс автомобиля, δ’ = 1,05.

Расчетная скорость вращения коленчатого вала двигателя

Работа буксования

Площадь поверхности трения определяется по формуле

где Ан – площадь накладки,

z – число поверхностей трения (z = 4).

Удельная работа буксования

Повышение средней температуры нажимного диска при трогании автомобиля с места:

где γ – доля теплоты, воспринимаемой нажимным диском (для двухдискового сцепления γ=0,25),

mн – масса диска,

С – удельная теплоемкость чугуна (С = 481,5 Дж/(кг•°C).

Проверку на удельную работу буксования и нагрев проводим для трех режимов:

1. Трогание на первой передаче при ψ = 0,02.

2. Трогание на первой передаче при ψ = 0,16.

3. Трогание на второй передаче при ψ = 0,02.

Для трех случаев рассчитываем момент сопротивления

Удельная работа буксования определяется по формуле

По рекомендации [1] удельная работа буксования должна быть Нм/м2.

Условие выполняется.

Повышение средней температуры нажимного диска при трогании автомобиля определяется по формуле

По рекомендации [1] повышение средней температуры нажимного диска не должно превышать 100С.

Условие выполняется.

5.3 РАСЧЕТ ДЕТАЛЕЙ СЦЕПЛЕНИЯ

5.3.1 Расчет пружин гасителя крутильных колебаний

Основные параметры гасителя крутильных колебаний выбираем, исходя из рекомендаций литературы [1].

Момент трения

Угол замыкания гасителя φг = 20 30’ … 30 40’

Принимаем φг = 30, число пружин – 6.

Пружины устанавливаются по окружности диаметром 80…120 мм в окнах длиной 25…27 мм. Принимаем диаметр 120 мм , окна длиной 27 мм.

Диаметр проволоки dпр = 6 мм.

Средний диаметр витка Dв = 16 мм.

Максимальное усилие, сжимающее одну пружину гасителя

где rпр.г - радиус приложения усилия к пружине,

zпр.г – число пружин гасителя.

Вычисляем напряжение пружины

Условие выполняется.

5.3.2 Расчет шлицев ступицы ведомого диска

Расчет шлицев производится по напряжениям смятия и изгибным напряжениям.

Напряжение смятия

Условие выполняется.

По СТ СЭВ 188 выбрали шлицы прямобочные тяжелой серии. Основные размеры (z x d x D) 16x56x64.

Заключение

В результате выполнения курсовой работы был проведен обзор схем и конструкций сцеплений зарубежных и отечественных автомобилей.

Сделан выбор конструкции проектируемого сцепления с обоснованием этой конструкции. В результате предпочтение было отдано конструкции сухого фрикционного постоянно замкнутого сцепления, механизм которого двухдисковый с тарельчатой нажимной пружиной.

Дано краткое описание работы, регулировок и технических характеристик сцепления автомобиля МАЗ643008030010.

Произведен расчет сцепления и его элементов:

а) Выбраны основные параметры сцепления

• Наружный диаметр фрикционных накладок 400 мм,

• Внутренний диаметр фрикционных накладок240 мм,

• Толщина накладок δ = 5 мм.

• Проведена проверка по удельному давлению на фрикционную накладку, в результате чего был сделан вывод о соответствии накладок по этому параметру.

б) Проведен расчет нагруженности сцепления

• Посчитана удельная работа буксования на первой и второй передачах, значения которой соответствуют нормативным требованиям,

• Рассчитано повышение средней температуры нажимного диска при трогании автомобиля. Полученные значения не превышают предельно допустимых.

в) Проведен расчет деталей сцепления

• Выполнен расчет пружин гасителя крутильных колебаний, по результатам которого сделан вывод о том, что напряжения в пружинах не превышает предельно допустимых значений.

• Произведен расчет шлицев ступицы ведомого диска по напряжениям смятия и изгибным напряжениям. Значения соответствуют нормативным требованиям.

Список использованной литературы

1. Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Трансмиссия: Учеб. Пособие для спец. «Автомобили и тракторы» / А.И. Гришкевич, В.А. Вавуло, А.В. Карпов и др. Под ред. А.И. Гришкевича. – Мн.: Выш. Шк., 1985. – 240 с., ил.

2. Проектирование трансмиссий автомобилей: справочник / Под общей ред. А.И. Гришкевича. – М.: Машиностроение, 1984. – 272 с.

3. Грузовые автомобили: Проектирование и основы конструирования / М.С. Высоцкий, Л.Х. Гилелес и др. – М.: Машиностроение, 1995. – 256