Анализ конструкции и методика расчета автомобиля ВАЗ-2108 (стр. 2 из 11)
Нагрузки в сцеплении
Диафрагменная нажимная пружина.Расчетная схема для определения параметров диафрагменной пружины приведена на рис.3.
Рис. 3. Расчетная схема диафрагменной пружины
Усилие пружины:
где E' = E / (1 — μ2)(Е— модуль упругости первого рода; μ — коэффициент Пуассона, μ = 0,25); Н — высота пружины; h— толщина пружины.
Усилие выключения может быть подсчитано из условия равновесия
Рвык (с — е) = Рпр (b — с); 
.
Ход подшипника муфты выключения определяется суммой перемещений сечения пружины (принимается недеформируемым в осевом направлении) и лепестков при их деформации:
fпр = f1 + f2; f1 = (c — e) Δα; f2 = Pвык / сл,
где Δα — угловое перемещение; сл — жесткость лепестков.
Наибольшие напряжения испытывает элемент пружины со стороны малого торца при повороте пружины на угол α, т. е. когда пружина становится плоской. Здесь суммируются напряжения растяжения σр и напряжения изгиба σи лепестков:
σр + σи = σmax;
.В свободном состоянии α ≈10...12°.
Лепестки диафрагменной пружины испытывают наибольшее изгибающее напряжение у основания:
,где nл — число лепестков; ωи — момент сопротивления изгибу в опасном сечении.
Фрикционные диски. Основным расчетным параметром является давление
.В выполненных конструкциях р0= 0,15...0,25 МПа.
Пружины гасителя крутильных колебаний
Максимальное усилие, сжимающее одну пружину гасителя:
,
где rпр.г — радиус приложения усилия к пружине; zпр.г — число пружин гасителя. Принимая во внимание большую жесткость пружин гасителя, напряжение пружины следует вычислять с учетом кривизны витка:
,где kк.в — коэффициент, учитывающий кривизну витка пружины:
; 
.Для пружинной стали допускаемое напряжение [τ] =700...900 МПа.
Рычаги выключения сцепления. Изгибающий момент от действия силы, приложенной на концах рычагов, вызывает напряжение изгиба
,где Р'пр— усилие пружин сцепления при выключении; l— расстояние до опасного сечения; uр— передаточное число рычага; nр— число рычагов; ωи — момент сопротивления изгибу.
Допускаемое напряжение [σи]=300 МПа. Материал рычагов — сталь 10, сталь 15. Иногда материалом рычагов служит ковкий чугун. В этом случае допускаемое напряжение примерно вдвое ниже, чем для стали.
Ступица ведомого диска. Шлицы испытывают смятие и изгиб. Напряжение смятия
,где Pш = Mкmaxβ / rср; rср = (dн + dв)/4; F= 0,5(dн — dв) lшiш,
lш— длина шлицев;iш —число шлицев; α = 0,75 — коэффициент точности прилегания шлиц; dн и dв — соответственно наружный и внутренний диаметр шлицев.
Напряжение среза
,где bш — ширина шлица.
Материал ступицы — легированная сталь типа 40Х, допускаемое напряжение смятия [σc] = 15...30 МПа, допускаемое напряжение [τ] =5...15 МПа.
Работа буксования сцепления. Для расчета работы буксования используют формулы, базирующиеся на статической обработке экспериментальных данных. Приведем варианты этих формул.
1)
,где Мψ — момент сопротивления движению при трогании, приведенный к ведущему валу коробки передач, Jа — момент инерции автомобиля (автопоезда), приведенный к ведущему валу коробки передач; ωe = 0,75ωN — для дизелей; ωe = ωD/3 + 50 π — для карбюраторных двигателей; b = 0,72 — для дизелей, b= 1,23 — для карбюраторных двигателей. Расчет производится для легковых автомобилей и автопоездов на первой передаче; для грузовых одиночных автомобилей на второй передаче.
2)
.Удельная работа буксования сцепления
Lб0 = Lб / Fн.с,
где Fн.с — суммарная площадь накладок сцепления.
Удельная работа буксования при указанных выше условиях трогания автомобиля с места для легковых автомобилей [Lб0] = 50...70 Дж/см2; для грузовых автомобилей [Lб0] = 15...120 Дж/см2; для автопоездов [Lб0] = 10...40 Дж/см2.
Нагрев деталей сцепления. Чрезмерный нагрев деталей сцепления при буксовании может вывести его из строя.
Нагрев деталей за одно включение при трогании с места
ΔT = γLб / (mдет сдет),
где γ — коэффициент перераспределения теплоты между деталями (γ = 0,5 — для нажимного диска однодискового сцепления и среднего диска двухдискового сцепления; γ = 0,25 — для наружного диска двухдискового сцепления); сдет—теплоемкость детали; mдет— масса детали.
Допустимый нагрев нажимного диска за одно включение
[ΔT] =10...15°С.
1.2 Коробка передач
Устройство коробки передач автомобиля ВАЗ-2108
1. Задняя крышка; 2. Ведущая шестерня V передачи; 3. Картер коробки передач; 4. Ведущая шестерня IV передачи; 5. Шарик фиксатора; 6. Пружина фиксатора; 7. Сухарь фиксатора; 8. Ведущая шестерня III передачи; 9. Ведущая шестерня II передачи; 10. Ведущая шестерня заднего хода; 11. Ведущая шестерня I передачи; 12. Картер сцепления; 13. Первичный вал коробки передач; 14. Ведущая шестерня главной передачи; 15. Вторичный вал; 16. Ось сателлитов; 17. Сателлит; 18. Полуосевая шестерня; 19. Сальник полуоси; 20. Шестерня привода спидометра; 21. Коробка дифференциала; 22. Ведомая шестерня главной передачи; 23. Шток выбора передач; 24. Рычаг штока выбора передач; 25. Трехплечий рычаг выбора передач; 26. Фиксатор вилки заднего хода; 27. Вилка заднего хода; 28. Выключатель фонаря заднего хода; 29. Промежуточная шестерня заднего хода; 30. Ось промежуточной шестерни заднего хода; 31. Регулировочное кольцо; 32. Ведомая шестерня I передачи; 33. Скользящая муфта включения 1, II передач и заднего хода; 34. Ведомая шестерня II передачи; 35. Ведомая шестерня III передачи: 36. Блокирующее кольцо синхронизатора III и IV передач; 37. Ступица муфты синхронизатора III и IV передач; 38. Скользящая муфта синхронизатора III и IV передач; 39. Ведомая шестерня IV передачи; 40. Ведомая шестерня V передачи; 41. Скользящая муфта синхронизатора V передачи; 42. А выступ блокирующего кольца; а, в, с зазоры; 43. I.Схема работы синхронизатора; 44. II.Нейтральное положение; 45. III.Начало включения; 46. IV.передачи; 47. IV.Завершение выравнивания угловых скоростей шестерни 39 и вала 15; 48. V.Полное включение IV передачи.
Анализ конструкции в соответствии с требованиями
Для анализа и оценки конструкций коробок передач служит ряд оценочных параметров, которые определяются требованиями, предъявляемыми к коробкам передач различного типа.
Диапазон передаточных чисел.Одним из важных оценочных параметров коробки передач является отношение передаточного числа низшей и высшей! передач
Д = uКПmах/ uКПmin.
Это отношение называется диапазоном передаточных чисел или диапазоном коробки передач.
В легковых автомобилях и автобусах малой вместимости на их базе Д = 3…4;в грузовых автомобилях в зависимости от грузоподъемности и назначения Д = 5…8. Такой же диапазон имеют автобусы средней и большой вместимости с механической коробкой передач; автомобили-тягачи и автомобили высокой проходимости имеют Д = 9…13. В этих пределах находится диапазон передаточных чисел коробки передач для автомобилей технологического назначения, у которых должна быть предусмотрена скорость порядка 2...3 км/ч. Устойчивое движение с такой скоростью может быть обеспечено только при большом значении передаточного числа низшей передачи. Следует иметь в виду, что такая скорость может быть получена также, если применяется раздаточная коробка с понижающей передачей.
Синхронизаторы
Рисунок 5. Схема динамической системы синхронизатора
Проанализируем рабочий процесс инерционного синхронизатора, рассмотрев последовательно выравнивание угловых скоростей синхронизирующих деталей, блокировку включения передачи до полной синхронизации, включение передачи.