1. Описание  конструкции автомобиля

 

Автомобиль  

Тип кузова фургон. Кабина цельнометаллическая, трехместная, двухдверная. Платформа металлическая с откидными боковыми и задним бортами, с дугами и тентом. 
 

Двигатель 

Дизельный четырёхтактный четырёхцилиндровый с рядным вертикальным расположением цилиндров, верхним расположением распределительного вала и с двумя клапанами на цилиндр.

Сцепление

Однодисковое сухое с центральной диафрагменной пружиной. Привод сцепления – тросовый, беззазорный (свободный ход педали отсутствует).

 
 

Коробка передач  

Механическая, с пятью передачами переднего хода и одной – заднего, с синхронизаторами на всех передачах переднего хода. КПП конструктивно объединена с дифференциалом и главной передачей. Главная передача цилиндрическая, косозубая. Дифференциал конический, двухсателлитный. 

Ходовая часть

    Передняя подвеска – зависимая, на двух продольных полуэллиптических рессорах с гидравлическими телескопическими амортизаторами.

   Задняя подвеска – зависимая, на двух продольных полуэллиптических рессорах с дополнительными рессорами со стабилизатором поперечной устойчивости, с гидравлическими телескопическими амортизаторами.

Рулевое управление

     Рулевой механизм типа "винт - шариковая гайка"

 
 

Рабочая тормозная система 

    Рабочая  - Двухконтурная, с гидравлическим приводом и вакуумным усилителем, передние - дисковые, задние – барабанные.

   Запасная - каждый контур рабочей  тормозной системы.

   Стояночная - с торсовым приводом, действует на механизме задних  тормозов. 
 
 

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 
 
 
 

Тип кузова: фургон

Колёсная формула: 4×2

Тип привода: задний 

Максимальная  мощность двигателя: N_e=70 кВт при n_N=3800 об/мин

Максимальный  крутящий момент: M_e=207 Н*м при n_M=2660 об/мин 

Снаряжённая масса  автомобиля: m_a=1850 кг

Максимальная  масса автомобиля: m=3500 кг  

База автомобиля: L=2900 мм

Высота автомобиля: H_a=2270 мм

Ширина автомобиля: B_a=1970 мм

Коэффициент аэродинамического  сопротивления: c_x=0,45 

Шины: 255/60 R16 
 
 

Передаточные  числа КПП: u_I=4,05

                                               u_II=2,38                                  

                                               u_III=1,395

                                               u_IV=1,0

                                               u_V=0,849

                                               u_З.Х.=3,51

Передаточное  число главной передачи: u_г=4,55 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. СИЛОВОЙ БАЛАНС  АВТОМОБИЛЯ 

       Для расчёта силового баланса  будет рассмотрен случай разгона  автомобиля до максимальной скорости  на горизонтальной дороге с  асфальтовым покрытием при наличии встречного ветра скоростью 5м/с. Числовой расчёт будет проводиться для режима максимальной мощности двигателя на первой передаче, для остальных режимов и передач окончательные значения рассчитываемых параметров приводятся в табличном виде.

     Мощность  и крутящий момент двигателя  на разных режимах по данным  теплового расчёта:

РАСЧЁТНАЯ СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ

 

Передаточное число трансмиссии:

Радиус качения  колеса:

r_к=0,33 м

Скорость движения автомобиля в зависимости от частоты  вращения коленчатого вала:

СИЛА  ТЯГИ НА ВЕДУЩИХ КОЛЁСАХ  АВТОМОБИЛЯ

КПД трансмиссии  принимаем в соответствие с рекомендациями [1]:

η_к=0,92

Сила тяги на ведущих колёсах:

  

СИЛА  СОПРОТИВЛЕНИЯ ВОЗДУХА

Площадь лобового сопротивления автомобиля:

Плотность воздуха:

ρ=1,225 кг/м³

Так как V_в=5 м/с, то относительная скорость автомобиля:

V_от=V+V_в=V=12,36 м/с 

Сила сопротивления  воздуха:

 

СВОБОДНАЯ СИЛА ТЯГИ

СИЛА  СОПРОТИВЛЕНИЯ ДОРОГИ ПРИ РАВНОМЕРНОМ ДВИЖЕНИИ

         По рекомендациям [1] для данного типа покрытия дороги принимаем коэффициент сопротивления качению: f₀=0,028

        Коэффициент сопротивления качению  в зависимости от скорости  движения автомобиля:

       Сила сопротивления дороги при равномерном движении:

 

СИЛА  ТЯГИ ПО СЦЕПЛЕНИЮ  ВЕДУЩИХ КОЛЁС  С ДОРОГОЙ

По рекомендациям [1] для данного типа покрытия дороги принимаем коэффициент сцепления колеса с дорогой: φ_x=0,6

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

 

Максимальная  скорость автомобиля: V_max=28,7 м/с=103,32 км/ч. 
 
 
 
 
 

4. ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ  РАСЧЁТ СЦЕПЛЕНИЯ 

4.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ  ПАРАМЕТРОВ СЦЕПЛЕНИЯ

По рекомендациям [2] принимаем коэффициент запаса сцепления исходя из максимального крутящего момента: b= 1,5

Расчётный крутящий момент, передачу которого должно обеспечить сцепление:

 

Для вычисления наружного диаметра фрикционных  колец необходимо задаться:

• числом поверхностей трения i=2
• давлением, действующим на фрикционный диск р=0,16 МПа
• величиной коэффициента трения пары «ведущий диск – фрикционные кольца» m_тр=0,3
• отношением внутреннего и наружного диаметров фрикционных колец
• коэффициентом, учитывающем площадь охлаждающих канавок на диске k_к=0,9 

Наружный диаметр  фрикционных колец:

Внутренний диаметр  фрикционного кольца:

Проверка ведомого диска на прочность по окружной скорости:

 

Момент инерции  вращающихся и поступательно  движущихся масс:

где d_н=1,04 – коэффициент учёта вращающихся масс при движении накатом

Момент инерции коленчатого вала с учётом прицепных масс:

Момент инерции маховика:

Момент инерции  кожуха сцепления в сборе:

 

Общий момент инерции  двигателя и ведущих частей сцепления:

   

Частота вращения вала двигателя в начале включения  сцепления:

 
 
 
 

Угловая скорость вала двигателя вначале включения  сцепления:

 

Момент сопротивления  дороги:

,

гдеy=0,02 – коэффициент сопротивления дороги.

Время буксования сцепления:

Работа буксования сцепления:

Проверка угловой  скорости сцепления после прекращения  буксования:

 

Удельная работа буксования:

Для определения  изменения температуры ведущей  детали сцепления, имеющей минимальную  массу - нажимного диска, необходимо задать следующие параметры:

• доля теплоты, приходящаяся на нажимной диск k_t=0,5
• теплоёмкость материала нажимного диска с_д=482 Дж/(кг*К)
• плотность материала нажимного диска (чугун) r=7400кг/м³
• толщина нажимного диска s_н=20 мм
• объём нажимного диска
• масса нажимного диска

Изменение температуры  нажимного диска:

 
 

4.2. РАСЧЁТ ДИАФРАГМЕННОЙ  ПРУЖИНЫ

 

Расчётная схема диафрагменной пружины:

Задаёмся  размерами пружин на основании рекомендаций [2]:

• D_b=D=276 мм
• S=3,1 мм
• H/s=1,95;
• D_b/D_a=1,4;
• D_b/D_e=4,5 ;
• D_b/s=276/3,1=89,15
• число лепестков n=8
• ширина опорных колец b= 3мм

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Сила Р_{пр вкл} во включенном состоянии сцепления:

 

Задаваясь различными перемещениями пружины f  в точке А с шагом по f , равным 0,5 мм, рассчитываем и строим характеристику Р_{пр вкл} (f) диафрагменной пружины в предположении отсутствия деформации сечения пружины по уравнению:

  (*)

где

- модуль упругости первого  рода для стали 60С2А

- модуль Пуассона для стали 

Результаты вычислений приведены в таблице: 
 

 
 
 
 
 
 

     
 

  На график  характеристики диафрагменной пружины  наносим значение силы Р_{пр. вкл} и определяем перемещение f₁ точки А во включенном состоянии сцепления:

f₁=5,2 мм

       Ход нажимного диска при выключении  сцепления:

  , где

δ₁=0,8 мм – зазор между поверхностями трения в выключенном сцеплении

m=1,1 мм – деформация упругого ведомого диска во включенном состоянии сцепления

n_вед=1 – число ведомых дисков

       Перемещение f₂ наружного края пружины в выключенном состоянии сцепления:

f₂=f₁+h=5,2+2,7=7,9мм

       Используя характеристику диафрагменной  пружины, определяем силу Р_{пр. выкл} в выключенном состоянии сцепления:

Р_{пр. выкл}=3146 Н <Р_{пр. вкл}=4405 H . – это условие необходимо для уменьшения усилия на педаль сцепления в выключенном состоянии.

        Максимальный износ фрикционных  колец (толщина кольца δ_н=3мм):

 < f₁=5,2мм – это условие необходимо для обеспечения пружиной необходимой силы Р_{пр. вкл}  при полном износе фрикционных колец.

После износа колец  перемещение f₁ станет меньше на величину ∆:

f₁-∆=5,2-3=2,2 мм

 Определяем  силу Р′_{пр. вкл}, соответствующую включенному состоянию сцепления при появившемся износе:

Р′_{пр. вкл}=4619 Н > Р_{пр. вкл}=4405 H – это условие необходимо для того чтобы не произошло уменьшение коэффициента запаса β в результате износа фрикционных колец. 
 
 
 

По формуле (5.20) вычисляем значения силы Р_{пр. вкл} для промежуточных значений износа с шагом по f равным 0,2 мм. Затем для каждого значения перемещения f, по формуле определяем момент трения сцепления. Далее по формуле

 вычисляем коэффициент запаса  сцепления.

Результаты вычислений приведены в таблице: 

 

 

Строим график зависимости коэффициента запаса сцепления  от величины износа фрикционных колец. 

 

           При расчёте на прочность диафрагменной  пружины определяют напряжение  в середине основания лепестка  пружины (точка D), находящейся в плоском состоянии при выключенном состоянии сцепления.

         Перемещение точки А при плоском состоянии пружины:

Усилие, возникающее  в точке А при плоском состоянии  пружины рассчитываем по формуле (5.20):

Р_{пр. пл}=4134,42 Н.

Усилие, приложенное  к концам лепестков пружины при их плоском состоянии:

 

Напряжение в  середине основания лепестка пружины состоит из нормальных напряжений в окружном направлении σ_t и напряжений изгиба σ_и:

где - коэффициент полноты лепестка

- ширина лепестка на радиусе 

δ_л=2 мм – зазор между лепестками на радиусе r

        

      

 

       Так как по расчёту получилось что предварительное перемещение пружины f₁<f_пл, а перемещение при выключенном сцеплении f₂>f_пл, то при включении сцепления пружина прогибается в другую сторону проходя плоское положение. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.3. РАСЧЁТ ВЕДУЩИХ И ВЕДОМЫХ ДЕТАЛЕЙ 

     Нажимной диск – передаёт крутящий момент ведомому диску. Нажимной диск вращается вместе с маховиком и соединён с ним при помощи  шести шипов. Эти элементы рассчитываются на смятие:

МПа

где - коэффициент, учитывающий распределение крутящего момента на ведущих дисках

z=9 – число работающих элементов (шипов);

R=158 мм – радиус расположения элемента;

F - площадь контакта,

Ведомый диск

    Шлицевое соединение ступицы ведомого диска и вала рассчитываются на прочность. Боковые поверхности зубьев прямобочного шлицевого соединения работают на смятие, а их основания

на срез:

 

где - наружный диаметр шлиц;

=36 мм - внутренний диаметр шлиц;

=10 - число шлиц;

=0,045м - длина шлиц;

=0,005 м - ширина шлиц; 

    Гаситель крутильных колебаний –пружинно- фрикционный, предназначен для снижения колебаний, возникающих в трансмиссии автомобиля. К тонкому стальному ведомому диску 1 с обеих сторон приклёпаны фрикционные накладки из прессованной металлоасбестовой композиции. Диск соединён со ступицей 7 при помощи шести пружин 12 гасителя крутильных колебаний. Ступица установлена на шлицах первичного вала коробки передач. Пружины 12 установлены с предварительным сжатием в совмещённых и расположенных по окружности прямоугольных окнах дисков 4,6 и фланца ступицы 7 ведомого диска. При такой установке ведомый диск 1 может поворачиваться в обе стороны относительно ступицы 7 на определённый угол, сжимая при этом пружины 12. Угол поворота ведомого диска ограничивается торцами канавок на ступице, в которые упираются заклёпки 5, соединяющие диски 4 и 6. Гашению крутильных колебаний также способствует трение между дисками и фрикционными кольцами 8,9,11, энергия которых превращается в теплоту и рассеивается в окружающую среду. Основные конструктивные размеры:

 число  пружин z_г=6;

 диаметр  проволоки пружины -d_г=3мм;

 средний  диаметр пружины -D_г=16 мм;

  полное число витков -n_г=5;

  диаметр  установки пружин - 112 мм;

  длина  окон под пружины     -25 мм. 
 
 
 
 
 

4.4 РАСЧЁТ ПРИВОДА УПРАВЛЕНИЯ СЦЕПЛЕНИЕМ 

     Рассчитываю  передаточное отношение привода  управления сцеплением. Для механического  привода его вычисляют, задавшись  длинами плеч рычагов как: