Модернизация муфты сцепления грузового автомобиля ГАЗ-3309

Состав чертежей

1. Чертеж модернизированного автомобиля ГАЗ-3309 (формат А1)
2. Чертеж литературно-патентного обзора конструкций (формат А1)
3. Сборочный чертеж гидравлического привода сцепления (формат А1)
4. Сборочный чертеж муфты сцепления (формат А1)
5. Сборочные узлы конструкции: ведомый диск, цилиндр привода, главный цилиндра (формат А1)
6. Детали конструкции: цилиндр, пружина диафрагменная (формат А1)
7. Детали конструкции: муфта выключения, колпак защитный, поршень главного цилиндра, накладка фрикционная, диск сцепления (формат А1)
8. Чертеж технологической карты изготовления детали ступица (формат А1)
9. Сравнительные графики базовой и модернизированной модели – экономическая эффективность внедрения модернизированного сцепления (формат А1)

Описание

Важным фактором повышения производительности является высокий ресурс автомобилей в дорожных условиях, типичных для сельского хозяйства.
Повседневная деятельность неразрывно связана с использованием автомобильной техники, большую часть которой составляют многоцелевые автомобили. На автомобилях осуществляется перевозка людей, грузов, устанавливается специальное оборудование.
Основными задачами проекта являются: модернизация сцепления, его расчёт, обоснование экономической эффективности от внедрения модернизированного сцепления, как для производителя, так и для потребителя, внедрение безопасных условий труда при обслуживании и ремонте.
На решение этих задач и направлена данная дипломная работа. Ее целью является разработка новой конструкции сцепления, отвечающего современным требованиям, предъявляемым к автомобилям.

В данной дипломной работе на основе обзора литературных и патентных источников и анализа существующих конструкций муфт сцеплений, определенны задачи и пути решения тематики дипломного проекта на современном этапе. Расчетом методов определены составные элементы муфты сцепления; разработаны рациональные технологии производства ступицы ведомого диска. В конструкционной части работы обоснованы необходимая модернизация и изменения конструкции устройства муфты сцепления.

На основании проведенных в дипломном проекте анализу и расчету выбранной конструкции муфты сцепления, можно сделать следующие основные выводы, что данная конструкция и ее параметры вполне соответствует требованиям, предъявляемым к муфтам сцеплений грузового автомобиля с грузоподъемностью 4,5 тонн. Улучшена технологичность и облегчено центрирование ступицы связующей пластины, что подтверждает очевидное преимущество перед однотипными существующими и ранее рассмотренными конструкциями различных типов муфт сцеплений. Надежная работа сцепления зависит от ряда факторов, такие как правильная эксплуатация и своевременное техническое обслуживание.

Улучшена технологичность и облегчено центрирование ступицы связующей пластины, за счет увеличения конструктивных размеров. Для более плавного нажатия педали сцепления (а также переключения коробки передач) изменены конструкции главного цилиндра и цилиндра привода. Данное решение позволяет увеличить ресурс привода сцепления.
Предлагается полная термообработка с упрочнением всех комплектующих деталей. Этим достигается увеличение срока эксплуатации и стойкость при повышенных нагрузках на трансмиссию.

Предложена новая сборка: монтаж диафрагменной пружины, нажимного диска и связующей пластины на опорном диске, как отдельной сборочной единицы, значительно облегчает сборку и упрощает крепление опорного диска к маховику. Лепестки связующей пластины размещены в окнах, выполненных в опорном диске. Диафрагменная пружина установлена на отбортованных с внутренней стороны опорного диска выступах между двумя кольцами. Лепестки связующей пластины выполнены сужающимися к концам. Такая конструкция связующей пластины наиболее удобна для установки ее лепестков в окнах опорного диска. При сборке два лепестка вставляются в окна. На чертеже связующая пластина крепится к опорному диску призонными болтами, которые одновременно обеспечивают точное центрирование ступицы.

В дипломном проекте выполнен раздел безопасности жизнедеятельности.
Рассмотрены вопросы обеспечения экологической безопасности проекта, выполнена экологическая экспертиза проекта.
Для определения эффективности предлагаемых мероприятий произведен экономический расчет, что позволило определить годовой экономический расчет. Установка модернизированного сцепления на автомобиль ГАЗ-3309 за первый год эксплуатации позволяет сэкономить 3253 рублей на один автомобиль при сроке окупаемости 1,2 года.

Доклад к дипломной работе:

На представленном вашему вниманию плакате №1 изображен общий вид модернизированного автомобиля.
В данном дипломном проекте на основе обзора литературных и патентных источников и анализа существующих конструкций муфт сцеплений, составлен обзорный лист, представленный на плакат №2. Выбран прототип для модернизации.
Недостатками данной конструкции является то, что связующая пластина устанавливается между маховиком и крышкой, что увеличивает осевой габарит конструкции. Относительное ориентирование деталей сцепления в процессе сборки обеспечивается за счет лапок с выполненными в них отверстиями для осевых пальцев, что не технологично. Установка связующей пластины относительно крышки на осевых пальцах с зазором усложняет центрирование ступицы связующей пластины.
Перечисленные выше недостатки устранены в муфте сцепления (плакаты №3 и №4), содержащей опорный диск, закрепленный на маховике, нажимной диск, соединенный с опорным диском посредством тангенциальных пластин, ведомый диск с присоединенной к нему ступицей, установленный между нажимным диском и маховиком, диафрагменную пружину, установленную на опорном диске с предварительным натягом по отношению к нажимному диску, связующую пластину с присоединенной к ней ступицей, выполненную с радиально расходящимися лепестками и расположенную между диафрагменной пружиной и нажимным диском, причем связующая пластина концами своих лепестков соединена с опорным диском.
При этом лепестки связующей пластины размещены в окнах, выполненных в опорном диске. Диафрагменная пружина может быть установлена на отбортованных с внутренней стороны опорного диска выступах между двумя кольцами. Лепестки связующей пластины выполнены предпочтительно сужающимися к концам. Связующая пластина выполнена предпочтительно с тремя лепестками с отверстиями на концах.
При этом центр отверстия одного из лепестков может лежать на оси симметрии связующей пластины, а угол между радиальными осями, выходящими из центра вращения связующей пластины и проходящими через центры отверстий в двух других лепестках, выполнен меньше 90°. Присоединена связующая пластина к опорному диску может быть средствами крепления, установленными в отверстиях связующей пластины и опорного диска беззазорно, например, призонными болтами.
Новым в заявленной конструкции (плакаты №4 и №5) является то, что лепестки связующей пластины размещены в окнах, выполненных в опорном диске. Диафрагменная пружина может быть установлена на отбортованных с внутренней стороны опорного диска выступах между двумя кольцами. Лепестки связующей пластины выполнены предпочтительно сужающимися к концам. Связующая пластина выполнена предпочтительно с тремя лепестками с отверстиями на концах.
В дипломном проекте подробно изложены описание и порядок работы модернизированной муфты сцепления, приводиться расчет элементов конструкции. На плакатах №6 и №7 приведены рабочие чертежи деталей конструкции.
Расчетом методов определены составные элементы муфты сцепления; разработаны рациональные технологии производства ступицы ведомого диска (плакат №8). Данная конструкция позволяет уменьшить осевой габарит, гораздо улучшена технологичность и облегчено центрирование ступицы связующей пластины, что подтверждает очевидное преимущество перед однотипными существующими и ранее рассмотренными конструкциями различных типов муфт сцеплений.
В рамках дипломного проекта также проведён анализ производственного травматизма и причин его возникновения, разработаны мероприятия по вопросам обеспечения безопасности жизнедеятельности, а также охраны окружающей среды.
Результаты расчетов по определению экономической эффективности проекта представлены на плакате №9. Делая выводы, мы видим, что установка модернизированного сцепления на автомобиль ГАЗ-3309 за первый год эксплуатации позволяет сэкономить 3253 рублей на один автомобиль при сроке окупаемости 1,2 года.

текст из диплома:

В качестве объекта для модернизации из совокупности выпускаемых автомобилей выбираем полноприводный грузовой автомобиль ГАЗ –3309.
Данный автомобиль по грузоподъемности относится к среднему классу, для движения по дорогам общего пользования, с дизельным двигателем ММЗ Д-245.7, с предпусковым подогревателем-отопителем, ведущими мостами с коническими дифференциалами, рессорной подвеской с гидравлическими амортизаторами на передних колесах, с гидравлическим усилителем руля, с двухместной кабиной, расположенной за двигателем, платформой с откидными боковыми и задними бортами.
Компоновочная схема данного автомобиля позволяет обеспечить хороший доступ к двигателю, простота конструкции сцепления и коробки передач, расположение водителя и пассажиров в зоне пониженной вибронагруженности. Однако при этом увеличена база и длина автомобиля, ухудшена передняя обзорность.

Устройство и регулировки разрабатываемой муфты сцепления

Прежде всего определимся в конструкции сцепления. Наиболее подходящим является конструкция изобретения RU 2291791. Муфта сцепления содержит опорный диск, закрепленный на маховике, нажимной диск, соединенный с опорным диском посредством тангенциальных пластин, ведомый диск, с присоединенной к нему ступицей, который установлен между нажимным диском и маховиком, диафрагменную пружину, установленную на опорном диске, связующую пластину с присоединенной к ней ступицей.

Связующая пластина выполнена с радиально расходящимися лепестками и расположена между диафрагменной пружиной и нажимным диском, причем концами своих лепестков она соединена с опорным диском. При этом лепестки связующей пластины размещены в окнах, выполненных в опорном диске.

Рисунок 3.1 — Муфта сцепления с диафрагменной пружиной

Недостатком данной конструкции является ослабление диафрагменной пружины за счет выполнения в ней дополнительных отверстий, соединение осевых выступов соединительного элемента с кожухом при помощи заклепок ненадежно, конструкция неразборная и затрудняет возможность замены связующей пластины привода.

Наиболее близкой является конструкция механизма сцепления, содержащего крышку (опорный диск), закрепленный на маховике, нажимной диск, соединенный с опорным диском посредством тангенциальных пластин, ведомый диск с присоединенной к нему ступицей, установленный между нажимным диском и маховиком, диафрагменную пружину, установленную на опорном диске с предварительным натягом по отношению к нажимному диску, связующую пластину с присоединенной к ней ступицей, выполненную с радиально расходящимися лепестками и расположенную между диафрагменной пружиной и нажимным диском, причем связующая пластина концами своих лепестков соединена с опорным диском. При этом опорный диск закреплен на маховике с помощью средств крепления, установленных с зазором относительно его, а связующая пластина размещена на центрирующих выступах с зазором относительно них, меньшим упомянутого зазора, и жестко связана с опорным диском посредством упомянутых средств крепления. В связующей пластине выполнены отверстия, в которых размещены осевые пальцы с зазором, меньшим зазора между средствами крепления и опорным диском, причем на связующей пластине выполнены лапки, контактирующие с опорным диском, а отверстия для осевых пальцев расположены на указанных лапках.

Недостатками данной конструкции является то, что связующая пластина устанавливается между маховиком и крышкой, что увеличивает осевой габарит конструкции. Относительное ориентирование деталей сцепления в процессе сборки обеспечивается за счет лапок с выполненными в них отверстиями для осевых пальцев, что не технологично. Установка связующей пластины относительно крышки на осевых пальцах с зазором усложняет центрирование ступицы связующей пластины.

Перечисленные выше недостатки устранены в муфте сцепления, содержащей опорный диск, закрепленный на маховике, нажимной диск, соединенный с опорным диском посредством тангенциальных пластин, ведомый диск с присоединенной к нему ступицей, установленный между нажимным диском и маховиком, диафрагменную пружину, установленную на опорном диске с предварительным натягом по отношению к нажимному диску, связующую пластину с присоединенной к ней ступицей, выполненную с радиально расходящимися лепестками и расположенную между диафрагменной пружиной и нажимным диском, причем связующая пластина концами своих лепестков соединена с опорным диском.

Новым в заявленной конструкции является то, что лепестки связующей пластины размещены в окнах, выполненных в опорном диске. Диафрагменная пружина может быть установлена на отбортованных с внутренней стороны опорного диска выступах между двумя кольцами. Лепестки связующей пластины выполнены предпочтительно сужающимися к концам. Связующая пластина выполнена предпочтительно с тремя лепестками с отверстиями на концах. При этом центр отверстия одного из лепестков может лежать на оси симметрии связующей пластины, а угол между радиальными осями, выходящими из центра вращения связующей пластины и проходящими через центры отверстий в двух других лепестках, выполнена меньше 90°. Присоединена связующая пластина к опорному диску может быть средствами крепления, установленными в отверстиях связующей пластины и опорного диска беззазорно, например, призонными болтами.

Предлагается муфта сцепления, содержащая опорный диск 1, закрепленный на маховике 2 двигателя с помощью болтов 3 через втулки 4. Нажимной диск 5 соединен с опорным диском 1 и смонтирован на нем посредством соединительных тангенциальных пластин 6  с возможностью осевого перемещения и совместного вращения.

К ведомому диску 7 присоединена ступица 8 для подключения первого вала 9. Ведомый диск 7 либо зажимается между маховиком 2 и нажимным диском 5 для обеспечения сцепления, либо освобождается при выключении сцепления.

Диафрагменная пружина 10 смонтирована на опорном диске 1 с возможностью взаимодействия с нажимным диском 5. Диафрагменная пружина 10 имеет форму круглой пластины, периферийная часть которой образует пружину, а в центральной части выполнены радиальные прорези с окнами, образующие лепестки.

Диафрагменная пружина 10 установлена на опорном диске с предварительным натягом по отношению к нажимному диску 5 и взаимодействует с нажимным диском 5 путем прижимания своей периферийной части к центрирующим выступам нажимного диска 5.

Для выключения муфты сцепления имеется упорный подшипник, воздействующий на лепестки диафрагменной пружины 10 в осевом направлении с отгибанием их влево.

Муфта сцепления содержит вторую ступицу, предназначенную для подключения вала отбора мощности, концентричного валу. Ступица жестко присоединена к связующей пластине, связанной с опорным диском 1. Связующая пластина  расположена между диафрагменной пружиной 10 и нажимным диском 5 и имеет в примере форму круглой пластины предпочтительно с тремя радиально расходящимися лепестками, предпочтительно сужающимися к концам. На концах лепестков выполнены отверстия для крепления к опорному диску 1. Центр отверстия одного лепестка лежит на оси симметрии связующей пластины, а угол между радиальными осями, выходящими из центра вращения связующей пластины и проходящими через центры отверстий в двух других лепестках, меньше 90°. Это позволяет разместить лепестки связующей пластины в специально выполненных окнах  опорного диска 1, ширина которых выполнена больше, чем ширина лепестков.

Такая конструкция связующей пластины наиболее удобна для установки ее лепестков в окнах опорного диска. При сборке два лепестка вставляются в окна. В центрирующих выступах  нажимного диска 5 выполнены пазы  для прохождения лепестков связующей пластины. Связующая пластина крепится к опорному диску 1 средствами крепления (болтами, шпильками, втулками и т.п.), установленными в отверстиях лепестков связующей пластины и опорного диска 1, беззазорно. В приведенном примере связующая пластина крепится к опорному диску 1 призонными болтами, которые одновременно обеспечивают точное центрирование ступицы.

Связующая пластина может быть выполнена тарельчатой формы и с числом лепестков, отличным от трех, если условия ее размещения в муфте сцепления позволяют это.Монтаж диафрагменной пружины 10, нажимного диска 5 и связующей пластины на опорном диске 1, как отдельной сборочной единицы, значительно облегчает сборку и упрощает крепление опорного диска 1 к маховику 2.

Работает муфта сцепления следующим образом. В исходном состоянии муфта сцепления является постоянно включенной. Для выключения сцепления упорным подшипником 16 воздействуют на лепестки диафрагменной пружины 10 в осевом направлении, отгибая их влево. При этом диафрагменная пружина 10 периферийной частью прекращает воздействие на нажимной диск 5, который под действием тангенциальных пластин 6 отходит от ведомого диска 7. При этом ведомый диск 7 перестает передавать крутящий момент от маховика 2 двигателя на вал 9.

После того как упорный подшипник  прекращает свое воздействие на лепестки  диафрагменной пружины 10, последняя принимает свое исходное положение и периферийной частью давит на нажимной диск 5 и прижимает его к ведомому диску 7, который в свою очередь прижимается к маховику 2. В результате крутящий момент передается от маховика 2 двигателя через ступицу 8 ведомого диска 7 на вал 9.

Вал отбора мощности постоянно соединен с связующей пластиной  через ступицу. Т.е. крутящий момент при вращении маховика 2 двигателя постоянно передается на опорный диск 1, а от него через средства крепления, например призонные болты, на связующую пластину, ступицу  и далее на вал. Сцепление регулируют до установки его на автомобиль. Для этого используют специально приспособленный маховик. На него кладут шайбу (металлическое кольцо) толщиной 10,2 мм, равной толщине нажимного диска, и кожух в сборе с нажимным диском, затем плотно их соединяют с помощью болтов. Регулировочными гайками устанавливают расстояние 53 мм 0,75 мм от плоскости маховика до плоскости, проходящей через концы отжимных рычагов. При этом концы рычагов должны находится в одной плоскости. Сцепление устанавливают на автомобиль в такой последовательности. В картер сцепления сначала помешают ведомый диск короткой частью ступицы к маховику и, максимально приподняв вводят кожух в сборе, опустив одну из опорных лап кожуха прижав ее к маховику. Поворачивают коленчатый вал и по меткам слегка привертывают опорные лапы кожуха к маховику. Центрируют ведомый диск, используя специальную оправку или свободный первичный вал коробки передач, после чего плотно приворачивают кожух к маховику.  В процессе эксплуатации зазор между выжимным подшипником и отжимными рычагами 2,5…3 мм устанавливают, регулируя свободный ход педали сцепления. для этого отсоединяют пружину и измеряют свободный ход конца вилки выключения сцепления. Если он не равен 4…5 мм, то ослабляют контргайку и, вращая толкатель в регулировочной гайке, придерживают гаечным ключом, устанавливают требуемый свободный ход конца вилки, чему будет соответствовать свободный ход педали 40…55 мм.

Таким образом, улучшена технологичность и облегчено центрирование ступицы связующей пластины, за счет увеличения конструктивных размеров. Для более плавного нажатия педали сцепления (а также переключения коробки передач) изменены конструкции главного цилиндра и цилиндра привода. Данное решение позволяет увеличить ресурс привода сцепления.

Предлагается полная термообработка с упрочнением всех комплектующих деталей. Этим достигается увеличение срока эксплуатации и стойкость при повышенных нагрузках на трансмиссию. 

Предложена новая сборка: монтаж диафрагменной пружины, нажимного диска и связующей пластины на опорном диске, как отдельной сборочной единицы, значительно облегчает сборку и упрощает крепление опорного диска к маховику.

4 Расчет модернизированной муфты сцепления грузового автомобиля с грузоподъемностью 4,5 тонн

4.1 Исходные данные

Для расчета и конструирования муфты сцепления задаемся необходимыми исходными данными.

Необходимыми исходными данными для расчета является крутящий момент двигателя М_е=413 Н·м.

4.2 Выбор основных размеров и параметров ведомого диска

В первую очередь выбираем по ГОСТ 12238 – 76 число ведомых дисков z_д в зависимости от от максимального момента двигателя M_{e max}. Так как наш автомобиль средней грузоподъемности и М_{e max}£ 465 Н×м, проектируемое сцепление должно быть однодисковым т. е. , z_д =1.

Далее задаем размеры фрикционных накладок (наружный D_фн, внутренний d_фн диаметры и толщину d_фн). Для всех типов автомобилей D  = 190… 400 мм, для двухдисковых сцеплений D = 340 … 400 мм. Толщина фрикционных накладок d_фн = 3,0 … 3,5 мм для легковых автомобилей и d = 4,0 … 5,0 мм для грузовых. Примем D_фн=0,3 м, d_фн=0,16 м и d_фн = 4,5 мм.

Указанные параметры соответствуют требованиям  ГОСТ  12238 – 76 и  ГОСТ 1786 – 80, в которых указаны наружные диаметры ведомых дисков сцепления, частота вращения и крутящие моменты двигателей, оговорены типы, основные параметры, размеры, технические требования и методы испытаний асбестовых фрикционных накладок.

Задаем значение коэффициента запаса сцепления, равным отношению момента трения сцепления М_с к максимальному моменту двигателя М _{е max}:

Значение b выбираем с учетом неизбежного изменения (уменьшения) коэффициента трения накладок при эксплуатации, усадки нажимных пружин, наличия возможности регулировки нажимного усилия, числа ведомых дисков. Среднее значение b для легковых автомобилей – 1,2…1,75; для грузовых – 1,5…2,2; для автомобилей повышенной проходимости –1,8…3,0. Примем b=2,2 [3].

Из формулы (4.1) определим момента трения сцепления М_с:

Нажимное усилие Р_н определим исходя из момента трения М_с, выраженного через параметры сцепления:)

где m_тр – коэффициент трения накладок, зависящий от рада факторов: материала фрикционных накладок, состояния их поверхностей, относительной скорости скольжения, удельной нагрузке, температуры.

       Для расчетов принимают m_тр=0,22…0,3. Примем m_тр =0,3.

z_m ­– число пар поверхностей трения. В нашем случае z_m=2.

r_m – радиус трения, равный среднему радиусу накладки:

Подставив численные значения, получим [3]:

Далее определяем давление на поверхности фрикционных накладок равное отношению нажимного усилия Р_н, создаваемое пружинами к площади рабочей поверхности одной стороны фрикционной накладки А_н:

 Па = 0,142 МПа.

С учетом формул (2) и (4) проверяем число пар трения по формуле:

Подставляя численные значения, получаем:

По значению z_m определим необходимое количество ведомых дисков сцепления z_g:

Полученное значение z_g не более единицы, это условие соответствует для принятия ранее заданных размеров фрикционных накладок и заданному числу ведомых дисков.

4.3 Расчет размеров и параметров диафрагменной пружины сжатия

Главное достоинство диафрагменных пружин заключается в нелинейной силовой характеристике, обеспечивающей стабильность нажимного усилия в определенном диапазоне деформаций.  Расчет тарельной пружины заключается в определении ее размеров, обеспечивающее требуемое нажимное усилие и прочность. Предварительно задаем материал для изготовления пружины. Тарельные изготавливаются из качественной пружинной горячекатаной сортовой стали. В зависимости от назначения, условий работы и степени ответственности применяются высокоуглеродистые, марганцовистые, кремнистые, хромокремнистые и хромованадиевые стали. Примем материал диска – высокоуглеродистая сталь 65Г. Механические характеристики этой стали, представим в табличном виде.

Таблица 4.1 – Механические характеристики высокоуглеродистой стали 65Г

Сталь	Температура закалки, оС	Температура отпуска, оС	Предел прочности sв, МПа	Предел текучести sт, МПа	Модуль упругости при кручении G, МПа
65Г	630	480	980	785	8,3×104

Вводим следующие обозначения:

P – силы, действующие на нажимной диск, Н;

Н – высота неразрезной части пружины, м;

D₀, d₁₀ – диаметры приложения сил, действующие на нажимной диск ,м;