Расчет сцепления на удельную работу буксования
Задачей расчета сцепления является определение по заданному передаваемому крутящему моменту двигателя геометрических и силовых параметров сцепления (расчетного момента, силы сжатия фрикционных поверхностей, хода выключения нажимного диска и т.д.).
5.2.1. Определение момента трения
Момент трения сцепления ( Мс) должен равняться максимальному крутящему моменту двигателя (Мgmax) c некоторым запасом:
Мс = β·Мgmax ,
где: β – коэффициент запаса сцепления
Зил-131 β = 2,1
КрАЗ-255 β = 2,16
Урал-375 β = 2,7.
Максимальный крутящий момент двигателя определяется из его скоростной характеристики.
5.2.2. Определение силы сжатия фрикционных дисков
Сила сжатия фрикционных дисков сцепления определяется по формуле:
,
где: Рс – сила сжатия дисков при включенном сцеплении;
μ – средний коэффициент трения фрикционных поверхностей;
i - число пар трущихся поверхностей:
для однодискового сцепления i = 2,
для двухдискового i = 4.
Rср – средний радиус дисков.
Величина среднего радиуса может задаваться по конструктивным соображениям, например, учитывая размеры маховика двигателя, а также можно определить его по эмпирической формуле:
Rн = 0,5 
,
где Rн - наружный радиус фрикционного кольца, см;
Мgmax – максимальный крутящий момент двигателя, кгс· см;
А – коэффициент: для грузовых автомобилей общетранспортного назначения А=3,6; для колесных тягачей и автомобилей повышенной и высокой проходимости А=1,9.
Окончательный размер наружного радиуса фрикционного кольца проверяется по величине окружной скорости при максимальном числе оборотов коленчатого вала двигателя и согласуется со стандартом на фрикционные накладки.
Для современных марок чугунов, применяемых для нажимных дисков, окружная скорость не должна превышать 65-70 м/с.
Внутренний радиус фрикционного кольца принимают:
Rв = (0,55 – 0,7) Rн
Для более равномерного износа колец желательно брать меньшее значение коэффициента при Rв. Окончательный размер Rв выбирается по ГОСТ 1786-57.
Средний радиус определяется по формуле:
Rcр = 
5.2.3. Определение числа пар поверхностей трения
Число пар поверхностей трения (число ведомых дисков) в многодисковых сцеплениях определяется по заданному удельному давлению.
Удельное давление равно:
q = 
,
где: F – площадь одной поверхности фрикционного кольца:
F = 
или приближенно F = 2π · Rcр· в,
где: в – ширина кольца.
Момент трения равен: Мс = μ· Rср· Рс· i ,
где: i – число пар поверхностей трения:
i = 
Удельное давление (q) выбирают в пределах:
для стальных колец - 2-2,5 кгс/см2;
для асбобакелитовых - 1,5-2 кгс/см2;
для металлокерамических - до 3,5 кгс/см2.
Удельное давление q является одним из параметров оценки износостойкости фрикционных колец. Чем оно ниже, тем выше износостойкость сцепления.
5.2.4. Определение хода выключения нажимного диска
Ход выключения равен: S = iδ ,
где: δ – зазор между двумя соседними дисками в выключенном положении
сцепления.
Для обеспечения чистоты выключения сцепления зазор δ принимают:
для однодисковых сцеплений с асбобакелитовыми кольцами – 0,75-1,0 мм;
для двухдисковых сцеплений с асбобакелитовыми кольцами или кольцами из металлокерамики – 0,5-0,6 мм;
для стальных колец, работающих в масле – 0,2-0,3 мм.
Таким образом, для однодисковых сцеплений ход нажимного диска составляет 1,5-2 мм, а для двухдисковых – 2-2,5 мм.
5.2.5. Расчет нажимных пружин
В сцеплениях применяют цилиндрические, конические и тарельчатые (диафрагменные) пружины, изготовленные из марганцовистой стали.
Для автомобилей Зил-131, Урал применяется сталь 65Г, для пружин сцеплений автомобилей КрАЗ и КамАЗ – сталь 85 Г.
Для цилиндрических пружин, изготовленных из круглой проволоки, имеем следующую расчетную формулу:
Рс = 
При выключении сцепления пружины дополнительно сжимаются на величину хода нажимного диска S, тогда:
Рcmax = 
Отсюда определяем диаметр проволоки:
d = 
,
где: Рс – суммарное максимальное усилие пружин:
Рсmax = 1,2 Рс
d - диаметр проволоки пружины, см;
Д – cредний диаметр пружины, см;
Z – число пружин;
τmax - максимальное напряжение на кручение пружины.
Можно принять τmax = 5000-7000 кг/см2 и отношение 
= 6-9.
Число пружин выбирается в зависимости от величины нагрузки и наружного диаметра фрикционного кольца.
В автомобилях малой и средней грузоподъемности нагрузка на одну пружину обычно составляет 60-70 кг, в автомобилях большой грузоподъемности – до 100 кг.
Таблица 5.2
Число пружин для однодисковых сцеплений
| Наружный диаметр фрикционного кольца Дн, м | Число нажимных пружин |
| до 200 | |
| 200 – 280 | 9 – 12 |
| 280 – 380 | 12 – 18 |
| 380 - 450 | 18 - 30 |
5.2.6. Расчет сцепления на нагрев
Определяют температуру ведущего диска. При этом принимают следующее условие:
диск нагревается мгновенно, т.е. теплоотдачи в окружающую среду нет.
Тогда вся работа буксования, приходящаяся на один ведущий диск, превращается в тепло Δt:
γАб = QС (t1 – tо)· 427,
где: γ – доля тепла, приходящаяся на ведущий диск при однодисковом
сцеплении, и для среднего диска двухдискового сцепления γ = 0,5;
С – теплоемкость стали или чугуна, равная 0,115 ккал/кг град;
Q – вес диска, кг.
Отсюда находим перепад температур:
Δt =
Допустимый перепад температур за одно включение Δt ≈ 15оС.
В действительности процесс нагрева дисков сцепления происходит значительно сложнее. Опыты показывают, что на поверхности дисков местная температура иногда достигает более 1000оС и при отсутствии фрикционной обшивки (фрикционная пара сталь-сталь или сталь-чугун) возможно местное сваривание дисков и как результат этого, ведение сцепления.