Определение основных параметров сцепления

Нагрузочные и расчетные режимы

 

Одна из основных целей при создании автомобиля - получение кон­струкции надежной в заданных условиях эксплуатации. Надежность - одно из основных свойств, определяющих качество продукции.

Надежность зависит от тех нагрузок, которые испытывают детали автомобиля в период эксплуатации/

Нагрузочный режим - это те фактические нагрузки, которые испыты­вают детали автомобиля при его эксплуатации.

Нагрузки - по изменению во времени:

- постоянные /вес,усилия затяжки, давление воздуха.../;

- переменные /внешние воздействия от дороги, разгон, торможение, неточности изготовления деталей.../.

Для переменных нагрузок важным является не только величина, но и частота повторения нагрузки. Условно считают, что часто повторяющиеся нагрузки те, которые за срок службы автомобиля повторяются более 1000 раз.

Переменные - при установившемся или неустановившемся режиме работы.

Нагрузки при неустановившемся режиме - описываются законом распределения - это наиболее распространенный вид нагружения.

- Ударные - высокие скорости нарастания усилия – особенность поведения материалов при таком нагружении- значительное повышение предела те­кучести стали и сопротивления разрыву.

 

Повреждения деталей автомобиля. Основные виды расчетов

Во время эксплуатации на детали автомобиля действуют различные нагрузки, влияющие на состояние деталей:

- внешние климатические факторы;

- дорожные условия;

- величина и характер нагрузки и др.

В результате этих воздействий возникают повреждения: поломки, изменения формы и размеров.

Основные факторы:

- максимальные нагрузки, носящие, как правило, динамический характер вызывают повышенные напряжения в деталях, следствием которых являются поломки;

- длительно действующие циклические нагрузки – накапливаются усталостные повреждения и поломки деталей;

- трения в контакте деталей – износ;

- температурное и химическое воздействие – старение и коррозия.

Воздействуют, как правило, все факторы, но есть определяющие:

- накладки сцепления, тормозные накладки – следствием является износ;

- зубчатые колеса, полуоси, упругие элементы подвесок – усталостные поломки и поломки от перегрузок;

- рабочие поверхности шлиц, зубчатых муфт – фреттинг коррозия, бринеллирование, смятие активных поверхностей;

- кузовные детали – коррозия (может создать условия для микротрещин.

В зависимости от характера повреждений выполняют расчеты:

На прочность, усталость, износостойкость, жесткость, устойчивость.

Расчетный режим при расчете деталей трансмиссии на статическую прочность

Расчетными называют нагрузки, которые принимаются для расчета деталей. Это могут быть реальные или условные нагрузки, они должны в наибольшей степени определять статическую прочность.

Можно выделить три расчетных режима.

1.Расчетная нагрузка, определенная по максимальному моменту двигателя. Т_р = Т_емах∙u_сум, где Т_емах - максимальный момент двигателя; u_сум – суммарное передаточное число трансмиссии от двигателя до рассчитываемой детали (с учетом деления мощности в дифференциалах, если такие имеются). Запас прочности при этом виде расчетной нагрузки принимается n = 2…3.

2.Расчетная нагрузка, определенная по максимальному сцеплению колес с дорогой. Т_р = G_φ∙φ_max∙r_k /u_сум, где G_φ – сцепной вес (вес, приходящийся на ведущие колеса); φ_max – коэффициент сцепления (φ_max = 0,8); r_k - радиус колеса. Как и в первом случае коэффициент запаса выбирается равным n = 2…3.

Из полученных двух значений расчетного момента для расчета деталей выбирается наименьший.

3. Расчетная нагрузка, определенная по максимальному динамическому моменту. Т_р = к_д∙Те_мах∙u_сум, здесь к_д – коэффициент динамичности, определяемый как отношение максимального момента, действующего на первичном валу коробки передач во время эксплуатации, к максимальному моменту двигателя. Величину коэффициента динамичности принимают: для легковых автомобилей

к_д = 1,5…2,0; для грузовых - к_д = 2,0…2,5; для автомобилей повышенной проходимости - к_д = 2,5…3,0.При наличии в трансмиссии гидротрансформатора или гидромуфты к_д близок к единице. Для этого случая коэффициент запаса принимают равным n = 1,25…1,5.

Изложенный метод назначения расчетной нагрузки носит достаточно приближенный характер и оправдан для расчета трансмиссий автомобилей имеющих типовую схему трансмиссии и конструкцию трансмиссионных агрегатов. Учитывая тот факт, что максимальные нагрузки в трансмиссии являются следствием колебательных процессов в трансмиссии, более точным является расчетный способ определения расчетных нагрузок. При этом составляется расчетная колебательная система трансмиссии автомобиля и на основе решения системы дифференциальных уравнений находят все параметры динамического нагружения.

Сцепление

 

Назначение и основные типы сцепле­ний. Сцепление предназначено для крат­ковременного разобщения коленчатого вала двигателя от трансмиссии и после­дующего их плавного соединения, необ­ходимого при трогании автомобиля с места и после переключения передач во время движения.

Вращающиеся детали сцепления отно­сят или к ведущей части, соединенной с коленчатым валом двигателя, или к ведомой части, разобщаемой с веду­щей при выключении сцепления. В зави­симости от характера связи между ведущей и ведомой частями различают фрикционные, гидравлические и элек­тромагнитные (порошковые) сцепления. Наиболее распространены фрикционные сцепления, у которых крутящий момент передается с ведущей части на ведомую силами трения, действующими на по­верхностях соприкосновения этих ча­стей. У гидравлических сцеплений (ги­дромуфт) связь ведущей и ведомой частей осуществляется потоком жидко­сти, движущимся между этими частями, а у электромагнитных сцеплений — маг­нитным полем.

Крутящий момент передается через сцепления без преобразования — момент на ведущей части М₁ равен моменту на ведомой части М₂.

Фрикционное сцепление показано на рис. 3.1. К ведущей части относят махо­вик 3 двигателя, кожух 1 и нажимной диск 2, к ведомой — ведомый диск 4. Нажимной диск 2 соединен с кожухом 1 упругими пластинами 5 или какой-то другой подвижной связью. Это обеспечивает передачу крутящего момента от кожуха на нажимной диск и перемеще­ние нажимного диска 2 в осевом напра­влении при включении и выключении сцепления. Кроме того, во фрикцион­ном сцеплении выделяют группу дета­лей, осуществляющих включение — вы­ключение и привод сцепления.

Включение сцепления происходит под действием силы, создаваемой пружина­ми 6, а выключение — в результате пре­одоления этой силы при повороте рыча­гов 7 (обычно их три или четыре) относительно точек их крепления к ко­жуху 1. Рычаги 7 вращаются вместе с кожухом, поэтому для передачи на них воздействия от невращающихся де­талей используется муфта выключения с выжимным подшипником 8. Муфта перемещается вилкой 9. К приводу сце­пления относят педаль 10, тягу 12, пру­жину 11, вилку 9.

Если педаль 10 отпущена, то сцепле­ние включено, так как ведомый диск 4 зажат между маховиком 3 и на­жимным диском 2 усилием пружин 6. Крутящий момент передается от веду­щей части на ведомую через поверхно­сти соприкосновения ведомого

 

 

Сцепление

 

Назначение и основные типы сцепле­ний. Сцепление предназначено для крат­ковременного разобщения коленчатого вала двигателя от трансмиссии и после­дующего их плавного соединения, необ­ходимого при трогании автомобиля с места и после переключения передач во время движения.

Вращающиеся детали сцепления отно­сят или к ведущей части, соединенной с коленчатым валом двигателя, или к ведомой части, разобщаемой с веду­щей при выключении сцепления. В зави­симости от характера связи между ведущей и ведомой частями различают фрикционные, гидравлические и элек­тромагнитные (порошковые) сцепления. Наиболее распространены фрикционные сцепления, у которых крутящий момент передается с ведущей части на ведомую силами трения, действующими на по­верхностях соприкосновения этих ча­стей. У гидравлических сцеплений (ги­дромуфт) связь ведущей и ведомой частей осуществляется потоком жидко­сти, движущимся между этими частями, а у электромагнитных сцеплений — маг­нитным полем.

Крутящий момент передается через сцепления без преобразования — момент на ведущей части М₁ равен моменту на ведомой части М₂.

Фрикционное сцепление показано на рис. 3.1. К ведущей части относят махо­вик 3 двигателя, кожух 1 и нажимной диск 2, к ведомой — ведомый диск 4. Нажимной диск 2 соединен с кожухом 1 упругими пластинами 5 или какой-то другой подвижной связью. Это обеспечивает передачу крутящего момента от кожуха на нажимной диск и перемеще­ние нажимного диска 2 в осевом напра­влении при включении и выключении сцепления. Кроме того, во фрикцион­ном сцеплении выделяют группу дета­лей, осуществляющих включение — вы­ключение и привод сцепления.

Включение сцепления происходит под действием силы, создаваемой пружина­ми 6, а выключение — в результате пре­одоления этой силы при повороте рыча­гов 7 (обычно их три или четыре) относительно точек их крепления к ко­жуху 1. Рычаги 7 вращаются вместе с кожухом, поэтому для передачи на них воздействия от невращающихся де­талей используется муфта выключения с выжимным подшипником 8. Муфта перемещается вилкой 9. К приводу сце­пления относят педаль 10, тягу 12, пру­жину 11, вилку 9.

Если педаль 10 отпущена, то сцепле­ние включено, так как ведомый диск 4 зажат между маховиком 3 и на­жимным диском 2 усилием пружин 6. Крутящий момент передается от веду­щей части на ведомую через поверхно­сти соприкосновения ведомого

 

 

Сцепление

 

Назначение и основные типы сцепле­ний. Сцепление предназначено для крат­ковременного разобщения коленчатого вала двигателя от трансмиссии и после­дующего их плавного соединения, необ­ходимого при трогании автомобиля с места и после переключения передач во время движения.

Вращающиеся детали сцепления отно­сят или к ведущей части, соединенной с коленчатым валом двигателя, или к ведомой части, разобщаемой с веду­щей при выключении сцепления. В зави­симости от характера связи между ведущей и ведомой частями различают фрикционные, гидравлические и элек­тромагнитные (порошковые) сцепления. Наиболее распространены фрикционные сцепления, у которых крутящий момент передается с ведущей части на ведомую силами трения, действующими на по­верхностях соприкосновения этих ча­стей. У гидравлических сцеплений (ги­дромуфт) связь ведущей и ведомой частей осуществляется потоком жидко­сти, движущимся между этими частями, а у электромагнитных сцеплений — маг­нитным полем.

Крутящий момент передается через сцепления без преобразования — момент на ведущей части М₁ равен моменту на ведомой части М₂.

Фрикционное сцепление показано на рис. 3.1. К ведущей части относят махо­вик 3 двигателя, кожух 1 и нажимной диск 2, к ведомой — ведомый диск 4. Нажимной диск 2 соединен с кожухом 1 упругими пластинами 5 или какой-то другой подвижной связью. Это обеспечивает передачу крутящего момента от кожуха на нажимной диск и перемеще­ние нажимного диска 2 в осевом напра­влении при включении и выключении сцепления. Кроме того, во фрикцион­ном сцеплении выделяют группу дета­лей, осуществляющих включение — вы­ключение и привод сцепления.

Включение сцепления происходит под действием силы, создаваемой пружина­ми 6, а выключение — в результате пре­одоления этой силы при повороте рыча­гов 7 (обычно их три или четыре) относительно точек их крепления к ко­жуху 1. Рычаги 7 вращаются вместе с кожухом, поэтому для передачи на них воздействия от невращающихся де­талей используется муфта выключения с выжимным подшипником 8. Муфта перемещается вилкой 9. К приводу сце­пления относят педаль 10, тягу 12, пру­жину 11, вилку 9.

Если педаль 10 отпущена, то сцепле­ние включено, так как ведомый диск 4 зажат между маховиком 3 и на­жимным диском 2 усилием пружин 6. Крутящий момент передается от веду­щей части на ведомую через поверхно­сти соприкосновения ведомого

 

 

 

Рис. 3.1 Схема фрикционного сцепления

 

диска с маховиком и нажимным диском. При нажатии на педаль 10 сцепление выклю­чается, так как муфта выключения с подшипником 8, перемещаясь вдоль оси по направлению к маховику, пово­рачивает рычаги 7 и они отодвигают нажимной диск 2 от ведомого диска 4.

Рассмотрим процесс трогания авто­мобиля с места. Выключив сцепление, включают необходимую для движения передачу в коробке передач. Если авто­мобиль стоит на месте, то при включе­нии передачи ведомый диск сцепления соединяется через валы трансмиссии с неподвижными колесами автомобиля. Отпуская педаль, соединяют вращаю­щийся маховик и нажимной диск с не­подвижным ведомым диском. За счет сил трения на ведомый диск передается крутящий момент. Когда он станет до­статочным для преодоления сил сопро­тивления движению, ведомый диск и ко­леса начнут вращаться, автомобиль тронется с места и начнет разгоняться.

При включении сцепления некоторое время происходит проскальзывание ве­домого диска относительно прижи­маемых к нему поверхностей маховика и нажимного диска, сопровождаемое выделением значительного количества теплоты. При этом частота вращения ведомого диска увеличивается, а часто­та вращения маховика обычно умень­шается. Чтобы избежать остановки дви­гателя, необходимо, плавно отпуская педаль сцепления, одновременно плавно нажимать на педаль подачи топлива, увеличивая момент на маховике и его частоту вращения.

Слишком медленное отпускание педа­ли сцепления, хотя и обеспечивает очень плавное трогание автомобиля с места, но приводит к перегреву сцепления из-за длительного буксования. Автомо­биль при этом разгоняется очень мед­ленно. При слишком быстром отпускании педали сцепления очень резко нара­стает передаваемый на колеса крутящий момент, что приводит к резкому троганию автомобиля с места. Следователь­но, при включении сцепления плавность трогания автомобиля с места и интен­сивность его разгона в начальной фазе в значительной степени зависят от ма­стерства водителя. Нагрузки и буксова­ние при включении сцепления после переключения передач гораздо меньше, чем при трогании автомобиля с места.

С целью интенсификации отвода те­плоты, выделяемой при включении сце­пления, в кожухе и в картере выпол­няют отверстия для циркуляции возду­ха. Большие массы маховика и нажим­ного диска также позволяют снизить температуру сцепления.

Для выключения сцепления необходи­мо, чтобы зазор с каждой стороны ве­домого диска составлял 0,8—1 мм (перемещение нажимного диска 1,6—2 мм). Этому обычно соответствует рабо­чий ход педали, равный 70—130 мм. Полный ход педали сцепления (100—180 мм) составляет рабочий ход и сво­бодный ход (30—50 мм). Наличие сво­бодного хода гарантирует полное вклю­чение сцепления. Величина свободного хода педали определяется в основном зазором а между рычагами 7 выключе­ния сцепления и подшипником 8.

Фрикционные сцепления по числу ве­домых дисков делят на однодисковые, двухдисковые и многодисковые. Для включения фрикционных сцеплений ис­пользуют усилие одной центральной пружины или нескольких периферийных, а иногда давление жидкости, магнитное поле, центробежные силы.

Привод фрикционного сцепления мо­жет быть механическим, гидравличе­ским, электромагнитным. На большин­стве отечественных легковых и грузовых автомобилей применены механические или гидравлические приводы. Электро­магнитные приводы используют при ав­томатизации управления сцеплением главным образом на легковых автомо­билях. Для облегчения управления сце­плением устанавливают механические (сервопружины), пневматические или ва­куумные усилители.

Определение основных параметров сцепления

Габаритные размеры сцеплений выбирают из обеспечения усло­вий полной передачи через сцепление максимального момента дви­гателя Те_max. Основным параметром фрикционного сцепления яв­ляется наружный диаметр ведомого диска.

В качестве расчетного момента сцепления принимается Т_с =b Те_max,

где b — коэффициент запаса сцепления, представляющий собой от­ношение момента трения сцепления к максимальному моменту дви­гателя. Для легковых автомобилей коэффициентзапаса сцепления принимают 1,2...1,75, для грузовых - 1,5...1,75, повышенной проходимости - 1,8...3,0

Момент, который передается через сцепление, наблюдается при взаимодействии ведомого диска с фрикционной накладкой (рис. 3.2). Элементарный момент трения, передаваемый через накладку dT = μp₀ρ²dρdα, здесь μ – коэффициент трения, p₀ - давление между поверхно­стями трения. Интегрирование последнего выражения по углу и радиусу диска дает выражение для момента трения фрикционного сцепления, имеющего i пар трения.

 

 

Значение

 

представляет собой средней радиус приложения

результирующей касательной силы трения. Средний ра­диус с достаточной степенью точности может быть определен также по прибли­женной формуле R_c = 0,5(R + r).

 

Рис. 3.2 Схема накладки ведомого диска

Внутренний радиус фрикционного кольца г в зависимости от наружного радиуса R лежит в пределах г = (0,55…0,65) R.. 3aменив значение радиуса г через радиус R

(г = 0,6 R), получим формулу диаметра ведомого диска.

В существующих конструкциях сцеплений принимается р₀ = 0,15…0,25 МПа; причем меньшее значение имеют сцепления, предназначенные для автомобилей большой грузоподъемности или автомобилей, работающих в тяжелых дорожных условиях. Величину наружного радиуса фрикционного кольца определяют по окружной скорости при максимальной частоте вращения коленчатого вала. Для нажимных дисков, изготовленных из чугуна марок СЧ 18 и СЧ 25, окружная скорость, ограниченная прочностью под действием центробежных сил, не должна превышать 65—70 м/с.

В соответствии с ГОСТ 1786—80 наружный диаметры фрикцион­ных колец для сцеплений автомобиля лежат в пределах 180—420 мм. Расчетный коэффициент трения при проектировании сцеплений μ = 0,30. Его значение зависит от материала поверхностей, трения, их состояния и обработки, относительной скорости скольжения дисков, давления и температуры.

Суммарная сила сжатия дисков Р_Σ = b Те_max /R_срμi..

Для фрикционных сцеплений с периферийным расположением пру­жин Р_Σ = Р_п n_п,

где Рп — рабочее усилие одной пружин; — n_п число пружин должно быть кратным числу рычажков выключения сцепления.