 |
|
Розрахунок пробуксовування фрикційного зчеплення і його тепловий режим
Зчеплення
Загальні відомості
Зчеплення призначене для передачі крутного моменту від двигуна, короткочасного від'єднання двигуна від трансмісії і плавного їх з'єднання при перемиканні передач і рушання з місця.
Робота механізму зчеплення основана на використанні сил тертя. Ведучий диск з'єднаний з маховиком, а ведений посаджений на ведучому валу коробки передач. Диски зжимаються пружинами і в результаті виникнення між ними сил тертя крутний момент передається від двигуна на ведучий вал коробки передач. Плавність ввімкнення забезпечується за рахунок пробуксовування дисків до моменту плавного приживання їх один до одного.
На автомобілях встановлено сухе, постійно замкнуте зчеплення. Сухим зчеплення називається тому, що для забезпечення передачі крутного моменту поверхні наживного і веденого диску повинні бути сухими. Постійно замкнутим воно називається тому, що ведучий і ведені диски завжди прижаті і розжимаються тільки на короткий час при перемиканні передач або гальмуванні автомобіля.
Крім дисків, до зчеплення відносять кожух, вилки, ричаги вимкнення, нажимні пружини і привод зчеплення. Кожух зчеплення виштампуваний із сталі і прикріплений до маховика гвинтами. З середини до кожуха на опорних гвинтах кріпляться ричаги вимкнення, зовнішні кінці котрих шарнірно з'єднанні з наживним диском. Завдяки такому кріпленні ведучий диск може переміщатись, віддаляючись чи наближаючись до кожуха, обертаючись разом з маховиком. Між ведучим диском і кожухом зчеплення по колу розміщенні пружини, зжимаючи ведений диск між ведучим диском і маховиком.
Визначення основних параметрів зчеплення
Габаритні розміри зчеплення вибираємо з забезпечення умови повної передачі через зчеплення максимального моменту двигуна Мe max.
В якості розрахункового моменту зчеплення приймаємо:
Мс = β ·Меmax = 1,8 ·975,9 =1756,6 Н·м ;
де β – коефіцієнт запасу зчеплення, який являє собою відношення моменту тертя зчеплення до максимального моменту двигуна, β = 1,8;
Меmax - максимальний момент двигуна.
Момент, який передається через зчеплення, спостерігається при взаємодії веденого диска з фрикційною накладкою (рис.4.1)
Рис.4.1. Схема для визначення середнього радіуса веденого диска зчеплення.
Елементарна сила тертя на накладку:
dF = μ · Po · dS = μ ·Po ·ρ · dρ ·dα,
а елементарний момент:
dT = μ · P0 · ρ2 ·dρ · dα ;
де, μ – коефіцієнт тертя, μ = 0,30;
P0 - тиск між поверхнями тертя, P0 = 0,15…0,25 МПа,приймаємо P0 = 0,20 МПа.
Момент тертя всієї накладки:
Внутрішній радіус фрикційного кільця r в залежності від зовнішнього радіуса R лежить в межах r = (0,5…0,6)R = 0,5R = 0,5 · 200 =100мм.
Діаметр веденого диска:
D = 2R = 2 · 200 = 400 мм.
Розрахунок пробуксовування фрикційного зчеплення і його тепловий режим
На рис.4.2 наведений робочий процес рушання автомобіля.
Рис.4.2. Робочий процес рушання автомобіля
Точка А відповідає початку його руху, коли момент зчеплення Тс стає рівним приведеному моменту опору дороги Та. Таким чином:
де, Мa – маса автомобіля, кг;
uт – передаточне число трансмісії;
Мв. – маса вантажу, кг;
rк – радіус колеса, м;
ηт – ККД трансмісії;
ψ – коефіцієнт опору дороги.
В залежності від відношення моменту двигуна і моменту тертя зчеплення в процесі включення, кутова швидкість колінчастого валу ωе спочатку зростає до точки В,а потім спадає до точки С,що відповідає припиненню буксування. Час рушання автомобіля, під час якого ωе стає рівною кутовій швидкості ωа веденого валузчеплення, називається часом буксування tб. Момент тертя зчеплення Мс в період включення зчеплення tв зростає приблизно пропорційно часу його включення. Таким чином, Мс = K · t. Коефіцієнт К характеризує швидкість включення зчеплення.
Для визначення основних параметрів, які відповідають роботі зчеплення, розглянемо модель двигун-автомобіль, рис.4.3.
Рис.4.3 Система розрахунку роботи і часу буксування.
Для визначення роботи буксування складемо диференціальне рівняння руху мас цієї системи:
де Je – момент інерції обертових мас двигуна і ведучих деталей зчеплення.
Приведений момент інерції поступово рухаючої маси автомобіля:
Робота буксування:
,
де dα – елементарний кут буксування зчеплення.
Виразимо dα через частоту буксування ωб. Тоді
dα = ωб dt =(ωe - ωa)dt
В той же час:
Інтеграл в попередній формулі відповідає площі, між віссю ординат і прямими лініями, які характеризують зміну кутових швидкостей колінчастого валу двигуна і первинного валу коробки передач. Площа цього трикутника по величині відповідає куту буксування. Таким чином:
L = Tc · 0,5 · ω0 · tб = 1643,90 · 0,5 · 100 · 0,32 = 2630 кДж .
При визначенні теплового режиму зчеплення розраховують температуру ведучих дисків. Маховик має значно більшу масу, ніж ведучі диски, температура нагріву його порівняно невелика. При розрахунку умовно приймаємо, що не виникає тепловіддача в навколишнє середовище. Тоді рівняння теплового балансу:
γ ·L = mд · с · τ,
де mд – маса нагріваючи деталей зчеплення;
γ – доля теплоти, яка приходиться на одну деталь;
τ – перепад температур;
с – теплоємність.
Відповідно:
