4 G b4 ƒ

Р_р = ─────────────; δ n (D + d) (D² + d²) жесткость пружины

Р_р 4 G b⁴ ƒ

с_пр = ─── = ─────────────; ƒ δ n (D + d) (D² + d²) напряжение в пружине

Р_р D

[τ]_к = ─────,

2 γ а b²

где G = 8 · 10⁴ МПа – модуль упругости второго рода для стали; D – диаметр наибольшего витка пружины; d – диаметр наименьшего витка пружины; а – ширина сечения витка; b – высота сечения витка (вдоль оси пружины); ƒ – деформация пружины; n – число рабочих витков; δ и γ – коэффициенты, значения которых зависят от отношения а / b (приведены в таблице 7.1).

Допускаемое напряжение кручения в витках пружины [τ]_к = 700…900 МПа.

Таблица 7.1 – Зависимость δ и γ от отношения а / b

а / b	2	2,5	3
δ	1,713	1,256	0,995
γ	0,246	0,258	0,267

Характеристика упругости конической нажимной пружины приведена на рисунке 7.8. На нем видно, что при сжатии пружины силой Р₁ (прогиб ƒ₁), меньшей силы Р₂ (прогиб ƒ₂) , при которой начинается посадка витков, характеристика упругости – линейная. После начала посадки витков (выключения их из работы) ее жесткость увеличивается и характеристика становится нелинейной.

Диафрагменные нажимные пружины. Применение диафрагменной пружины существенно упрощает конструкцию сцепления, уменьшает его габаритные размеры и массу, так как выполняет одновременно функции нажимной пружины и рычагов выключения сцепления. Она обеспечивает равномерное распределение усилия на нажимной диск, а упругость ее

лепестков (рычагов выключения) – плавность включения сцепления. При повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя центробежные силы не искажают ее характеристику упругости. Кроме того, при выключении сцепления усилие пружины снижается, что облегчает управление сцеплением.

Во фрикционных сцеплениях для уменьшения жесткости используются диафрагменные пружины с радиальными прорезями. Образованные таким образом лепестки и являются рычагами выключения сцепления.

Диафрагменная пружина в свободном состоянии имеет форму конуса.

Различают пружины вдавливаемого (прямая установка пружины) и вытяжного

(обратная установка пружины) типов, когда усилие на нажимной диск передается по наружному или внутреннему диаметру неразрезанной части конуса, соответственно.

Пружина 1 вдавливаемого типа (рисунок 7.9, а) зажата почти в полностью распрямленном состоянии между двумя опорными кольцами 7, закрепленными ступенчатыми штифтами 8, расклепанными на кожухе. Наружным краем пружина опирается на выступ нажимного диска и благодаря своей упругости прижимает его к маховику с необходимым усилием. При выключении сцепления муфта выключения через выжимной подшипник воздействует на лепестки диафрагменной пружины, вдавливая их.

а) б)

Рис. 7.9. Диафрагменные сцепления:

а – с установкой пружины вдавливаемого типа:

1 – диафрагменная пружина; 2 – нажимной диск; 3 – кожух; 4 – выжимной подшипник; 5 – маховик двигателя; 6 – ведомый диск; 7 – опорные кольца; 8 – ступенчатый штифт; б – с установкой пружины вытяжного типа:

1 – нажимной диск; 2 – кожух; 3 – муфта выключения сцепления с выжимным подшипником; 4 – диафрагменная пружина; 5 – ведомый диск

Пружина 4 вытяжного типа (рисунок 7.9, б) зажата между кожухом 2 и муфтой 3 выключения сцепления. Она опирается на выступ нажимного диска внутренним краем неразрезанной части конуса. При выключении сцепления муфта выключения воздействует на лепестки диафрагменной пружины через фланец, соединенный с внутренней обоймой выжимного подшипника, вытягивая их.

Расчет пружины может быть выполнен следующим методом [7]. Основные размеры диафрагменной пружины приведены на рисунке 7.10, где Р_∑ и Р_п – силы, действующие на нажимной диск и подшипник выключения сцепления, соответственно.

Исходные данные для расчета:

1. Сила, создаваемая пружиной при включенном положении сцепления,

Р₁ = Р_∑ + Р_о ,

где Р_о – суммарная сила, создаваемая соединительными упругими пластинами,

Р_о = (0,05…0,08) Р_∑ .

2. Рабочий ход пружины

h_р = (2∆_н + ω) z_д ,

где ∆_н – зазор для новых накладок между поверхностями трения при полностью

выключенном сцеплении, ∆_н =

0,75…1,0 мм – в однодисковых и 0,5…0,6 мм – в двухдисковых сцеплениях; ω – осевая деформация ведомого диска, ω = 0,15…0,25 мм – для жесткого ведомого диска и 1,0…1,5 мм – для ведомого диска с осевой

3. Ход пружины h_о, соответствующий допустимому суммарному линейному износу пар фрикционных накладок, h_о = 3…4 мм – для легковых и 4…8 мм – для грузовых автомобилей. Для двухдисковых сцеплений грузовых

автомобилей h_о = 8…16 мм.

3. Материал пружины и допускаемое напряжение изгиба [σ]_и ≈ σ_т .

В существующих конструкциях диафрагменных пружин имеют место следующие соотношения: D ≥ 2,5d₁; D = (1,15…1,5)d; δ = 2...5 мм; h = (1,6…2,2)δ; D = (75…100)δ; α = 10…15⁰; n_л = 8…20 – число лепестков пружины.

Выбрав размеры пружины в указанных пределах, по выражению (7.3) рассчитывается и строится характеристика упругости пружины, т.е.

зависимость силы Р_пр, действующей на нажимной диск, от его перемещения ƒ:

2 π Е δ ƒ 1 – m₁ 1 – m₁

Р_пр = ──────────── ·ln (1 / m₁)·[δ² + (h – ƒ ────) (h – 0,5ƒ ────)]

3(1– µ²) D² (1 – m₂)² 1 – m₂ 1 – m₂

где Е = 2,1·10⁵ МПа – модуль упругости первого рода; µ – коэффициент Пуассона (µ = 0,26 для пружинных сталей); D_с ≈ d + (D – d) / 5 – геометрическое место точек, относительно которых происходит поворот поперечного сечения пружины вдавливаемого типа; m₁ = d / D; m₂ = D_с / D.

Выбирая параметры пружины, необходимо учитывать, что при суммарном износе фрикционных накладок на величину h_о усилие сжатия, создаваемое пружиной, должно быть не меньше Р₁, а при рабочем ходе h_р – меньше Р₁.

Далее пружину проверяют на прочность по изгибу. Наибольшие напряжения в пружине возникают в момент выключения сцепления со стороны ее малого торца в середине основания лепестков (точка В на рисунке 7.10), когда пружина выпрямляется (становится плоской).

2 Р_{пр max} (D – D_с) d 0,5Е 0,5(b – d) a² + δ a

σ_и = ──────────── + ─── ─────────── ≤ [σ]_и = σ_т (7.4)

(D_с – d₁) δ² (d₁ + d) 1– µ² d

где Р_{пр max} – максимальная сила, действующая на нажимной диск

(определяется по характеристике упругости пружины); b = (D – d) / ln (D / d); а = 2h / (D – d).

В приложении 4 приведен пример выбора параметров диафрагменной пружины вдавливаемого типа для однодискового сцепления автомобиля КамАЗ-4310 (6х6).

Для расчета выжимного подшипника и определения его осевого перемещения необходимо знать силу Р_п, прикладываемую к лепесткам пружины со стороны подшипника при выключении сцепления, и перемещение лепестков пружины.

У пружины вдавливаемого типа для обеспечения отвода нажимного диска на величину S концы лепестков должны переместиться на величину S_п (см. рисунок 7.10). Это перемещение, главным образом, вызвано изменением угла наклона α конуса пружины, тогда

S_п = S (D_с – d₁) / (D – D_с). (7.5)

При этом усилие

Р_п = Р_р (D – D_с) / (D_с – d₁), (7.6)

где Р_р = Р₁ – сила, создаваемая пружиной при включенном положении сцепления (см. рисунок П.4).

У пружины вытяжного типа

S_п = S (D – d₁) / (D – d); Р_п = Р_р (D – d) / (D – d₁). (7.7)

Из анализа выражений (7.5) – (7.7) следует, что при установке пружины вытяжного типа по сравнению с пружиной вдавливаемого типа уменьшается усилие Р_п на выжимной подшипник при выключении сцепления и

увеличивается его ход S_п.

Сцепления с диафрагменной пружиной вытяжного типа имеют ряд преимуществ по сравнению со сцеплениями с пружиной вдавливаемого типа:

• на 17…40 % меньшее усилие на педали управления сцеплением;

• меньшую массу и более высокую жесткость кожуха;

• лучшее охлаждение деталей, так как кожух сцепления более открытый.

Недостатком же является некоторое усложнение конструкции муфты выключения сцепления.