Расчет муфты сцепления

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Расчет муфты сцепления

Расчет муфты сцепления

1. Наружный диаметр ведомых дисков находится в пределах 0,76-0,86 от диаметра маховика:

DНД=(0,76-0,86)DМ =0,8600=458, мм (6)

2. Размеры накладок приведены в ГОСТ 1786-80 «Стандартные размеры фрикционных накладок». Подбираем, наиболее близкие к расчетным, стандартные накладки и выписываем: наружный диаметр, внутренний и толщину.

Dн = 458 мм

Dв = 250 мм

Толшина - 5,5 мм

3. Радиус трения может быть определен из отношения (4):

мм,

где RН и RВ - наружный и внутренний радиусы поверхностей трения.

4. Задаем материал фрикционных накладок и по таблице 1 определяем и [q].

Материал: Сталь по металлокерамике, сухое трение, =0,5, [q]=0,5МПа

5. Подсчитываем площадь поверхности трения диска:

мм2 = 0,115602 м2 (7)

6. Определяем максимальное осевое усилие сжатия Q, которое могут выдержать диски с накладками, не разрушаясь:

, Н (8)

7. Из выражения (5) определяем минимальное число пар трения муфты:

, (9)

и округляем до целого.

8. Число ведомых дисков n=Z/2=1. Округляем до целого.

9. Число ведущих дисков m=n+1=1+1=2.

Ведомые диски. Наружный диаметр dН, внутренний диаметр dВН и толщина S фрикционных накладок определены. Сами стальные диски на прочность не рассчитываются, а берутся толщиной 1,5 мм из технологических соображений.

Размер вала муфты определяют из условия обеспечения допускаемых напряжений кручения:

, (20)

где [] - допускаемое касательное напряжение в сечении вала, МПа.

Валы муфты изготавливаются в основном из сталей 45 и 40Х. Твердость после закалки ТВЧ на рабочих поверхностях HRC 35 - 50. Для этих сталей

[] = 80 - 100 Мпа.

Подшипник, на котором устанавливается вал муфты не испытывает радиальных нагрузок, поэтому выбирается конструктивно подходящим валу и обеспечивающим возможность работы на частоте вращения двигателя.

Ступица ведомого диска выбирается конструктивно. Число заклепок, соединяющих диск со ступицей, берут в пределах 8 - 12.

Нажимные пружины прочерчиваются конструктивно и взяв с чертежа наружный диаметр и высоту по максимальной нагрузке рассчитывают диаметр проволоки и число витков.

Все недостающие размеры ведущих дисков, кожуха муфты, отжимных рычагов и т.д. определяют по муфте прототипу методом геометрического подобия.

Прочностные и проверочные расчеты МС

После выполнения компоновки МС выполняют прочностные расчеты и расчеты на работоспособность МС.

К прочностным расчетам относятся расчет шлицов, расчет заклепок, расчет болтов, расчет рычагов, расчет пружин и т.д. Подробно такие расчеты изучались в курсе деталей машин.

Проверочные расчеты на работоспособность дают представление о пригодности МС к эксплуатации. Основными показателями работоспособности МС являются:

1. Удельное давление в парах трения;

2. Удельная работа трения;

3. Температура нагрева.

Удельное давление

Удельное давление - это отношение нажимной силы Q к эффективной площади одной поверхности трения FЭ, т.е.

,

где [q]- допускаемое удельное давление. Зависит от вида трения и материала ГОСТ 1786-80.

FЭ=F-FK=115602-602=115000 мм2=0,115 м2

где F - общая площадь одной поверхности трения накладки (диска);

FK - площадь отверстий под заклепки, канавок для выноса продуктов износа и других конструктивных элементов, снижающих эффективную площадь трения.

Удельное давление не дает достоверной характеристики долговечности муфты, так как износ поверхности трения. В основном, зависит от величины работы трения и температурной напряженности рабочих поверхностей при буксовании муфты в процессе ее включения.

Время буксования, работа буксования и мощность буксования определяют износ трущихся поверхностей, температуру и температурные напряжения.

Время буксования - это время от начала буксования (включения) муфты до конца буксования (когда угловая скорость ведущего диска , и ведомого диска становятся равными).

Необходимо отличать время буксования от времени (темпа) полного включения муфты. Это время, когда момент, который может передаваться муфтой, достигнет номинального значения .

Время (темп) включения муфты - это постоянный параметр данной муфты. Сухие дисковые тракторные муфты имеют Ф=0,1-0,7 секунд.

Время буксования муфты зависит от темпа включения муфты и от момента сопротивления движению тракторного агрегата и от инерционных характеристик тракторного агрегата.

Упрощенная модель тракторного агрегата (рис.5):

Для этой модели можно записать уравнения равенства моментов:

;

;

.

Рис.5

При моделировании на аналоговой машине удобно воспользоваться выражениями:

;

.

Решение выдается в виде графика

Рис.6

В теории трактора для определения работы буксования используются следующие выражения:

где Н - номинальная угловая частота вращения коленвала двигателя 131 с-1 (1250 об/мин);

Jа - момент инерции тракторного агрегата, приведенный к валу муфты сцепления;

JД - момент инерции двигателя, приведенный к валу муфты сцепления;

iТР - передаточное число трансмиссии;

iДМ - передаточное число между двигателем и муфтой сцепления;

- коэффициент запаса муфты;

кЗ - коэффициент загрузки двигателя;

кМ - коэффициент запаса крутящего момента двигателя;

rк - радиус ведущего колеса двигателя;

mМ - масса маховика двигателя;

RMH и RMB - наружный и внутренний радиусы маховика.

Из приведенного выражения вытекает, что работа буксования муфты одного и того же трактора зависит от параметров двигателя Н, JД, кМ; от массы орудия, агрегатируемого с трактором и учитываемого параметром mа; передачи, на которой осуществляется трогание с места i; сопротивление трактору на установившемся режиме его движения кЗ и от коэффициента запаса муфты .

Это выражение используется для анализа влияния параметров тракторного агрегата и условий его эксплуатации на работу трения муфты. Работоспособность самой муфты по этому выражения не оценивают (параметры mа; iТР и кЗ в реальных условиях неоднозначны).

Исследованиями установлено, что если при трогании агрегата угловая скорость коленчатого вала достигает минимально допустимой величины , то время буксования муфты и работа буксования достигают предельной величины и являются постоянными для данного типа трактора при заданном режиме (темпе) включения муфты.

Другими словами, для данного тракторного агрегата можно рассчитать предельную работу трения любой муфты сцепления, зная ее темп включения tМ и коэффициент запаса , которая будет вполне определенной и может служить оценочным критерием долговечности муфты:

,

где =800-20=780 об/мин=81,7 рад/сек

0 - угловая частота вращения коленчатого вала двигателя при максимальном крутящем моменте;

х - угловая частота вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу;

tМ - время (темп) включения муфты.

Приведенное выражение позволяет оценить предельную нагруженность муфт по предельной удельной работе трения и сравнить с муфтами тракторов аналогичного типа и назначения, которые хорошо зарекомендовали себя в условиях эксплуатации

.

Тепловой расчет муфты

При проектировании муфты оцениваются:

1. Среднеобъемную температуру наиболее нагревающейся детали.

2. Среднее повышение температуры пары трения за одно включение.

3. Температура поверхности дисков после U включений за 1 час работы трактора (табл.2).

Число включений МС за 1 час работы трактора.

Таблица 2

Этот метод является предварительной оценкой, т.к. не учитывает действительные условия распределения тепла в муфте при ее буксовании.

Среднее повышение температуры пары трения за одно включение

Среднее повышение температуры пары трения за одно включение является ценной характеристикой, т.к. превышение допустимой для данного материала температуры ТДОП в месте контакта приводит к значительному ухудшению износостойкости и фрикционных свойств и, как следствие, к преждевременному выходу муфты сцепления из строя.

При одномерном тепловом потоке, направленном по нормали к поверхностям трения и имеющим постоянную интенсивность

,

где Т0 - приращение температуры среднее по всей поверхности трения;

1 и 2 - коэффициенты теплопроводности первого и второго дисков пары, Вт/мк0 (накладка ведомого диска - нажимной диск);

S1 и S2 - половины толщин дисков пары трения;

1 - время буксования муфты при LПРЕД

.

Полная температура нагрева поверхностей трения складывается из начальной и температуры приращения. Начальная температура измеряется в градусах Кельвина (ТК=ТС+2730).

Нагрев диска неодинаков и зависит от радиуса, на котором расположена точка. Точки, расположенные на большем радиусе. Имеют большую работу трения. Если принять линейную зависимость работы трения от радиуса, то приращение температуры на i радиусе будет равна

,

а полная температура нагрева поверхности на i радиусе

.

То - начальная температура на поверхности.

Фрикционные качества накладок на асбестовой основе резко ухудшаются при , а разрушение этих накладок происходит при tКР=4000 С. Поэтому, для обеспечения работоспособности муфты должно выдерживаться условие ti max<tКР. При условии Ti >ti max следует учитывать снижение коэффициента трения.

Повышение температуры пары трения после U включений муфты в час

После U включений муфты в час средняя температура tU поверхностей дисков не должна быть больше 280 оС для накладок на асбестовой основе

,

где 3 - время охлаждения муфты в замкнутом состоянии (3=U-(3…5)с);

U - интервал при циклическом включении муфты (U=3600/U, с);

Р - время охлаждения муфты в разомкнутом состоянии перед последним включением (Р3 с);

а и В - постоянные времени (сек) охлаждения диска соответственно при включенной и выключенной муфте. Они определяются по формулам:

; , (берутся по справочникам)

где Са, Св, а, в - теплоемкость и плотность материала диска и воздуха, Дж/кг0С, кг/м3;

а - коэффициент теплоотдачи. Для пары чугун - воздух при средней скорости 20…30 м/с и включенной муфте а=0,015…0,025* Ккал/м2с0С.

Для промежуточного диска берут меньшие значения.

к - коэффициент поверхностного трения (к0,3…0,4);

VS - скорость скольжение на среднем радиусе (, м/с),

Примечание - Ккал/ м2с0С=3,2310-4 Вт/м2К.

Т0 - принимаем равной 353 оК или 80 оС.

Сравним полученные значения со значениями для эталонной муфты и сделаем выводы.

Расчет на прочность деталей муфты сцепления

Валы МС. Изготавливаются из сталей 40Х, 45. Твердость после закалки ТВЧ на рабочих поверхностях HR 35…50.

Вал МС испытывает деформацию кручения, поэтому его рассчитывают на кручение

МПа,

где кМ - коэффициент приспособляемости двигателя по крутящему моменту;

МН - номинальный момент двигателя, Нм;

- диаметр вала, м.

Указанные допустимые напряжения обеспечивают трехкратный запас прочности по пределу текучести.

Шлицы вала рассчитываются на смятие и срез

МПа;

МПа,

(допущение: в работе участвуют 75 % шлицев)

где ZШ и ZСТ - число шлицев и ступиц на валу (по числу ведомых дисков) соответственно;

lP, вШ, dH и dB - рабочая длина шлицев под одной ступицей диска, ширина, наружный и внутренний диаметр шлицев, мм.