2454
.pdfМинистерство образования Российской Федерации
Воронежская государственная лесотехническая академия
Кафедра тракторов и автомобилей
Автомобили и двигатели
Методические указания к лабораторным занятиям по разделу - Конструирование и расчет автомобиля для студентов
специальности 150200 - Автомобили и автомобильное хозяйство
Воронеж 2002
2
УДК 629.113.1 Волков В.С. Автомобили и двигатели: раздел Конструирование и
расчет автомобиля / В.С. Волков, В.И. Прядкин, Ф.Ф. Фатхулин. Методические указания к лабораторным занятиям для студентов специальности 150200 - Автомобили и автомобильное хозяйство / - Воронеж: ВГЛТА, 2002 - 44 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТА
Научный редактор - д-р техн. наук, профессор В.С. Волков
Рецензент - канд. техн. наук, доц. В.Т. Жуков
3
Методические указания состоят из шести лабораторных работ с описанием теоретической части, методики их выполнения и обработки полученных результатов. Кроме того, в каждой работе содержатся перечень контрольных вопросов для самостоятельной работы и перечень литературы.
Каждая из лабораторных работ рассчитана примерно на 4 часа аудиторного времени и выполняется студентами самостоятельно под руководством преподавателя. После выполнения каждой работы на стенде студенты, разбитые в рабочие бригады по 2-3 человека, оформляют индивидуальный отчет, в котором должны быть указаны название, цель работы, краткая методика ее выполнения, все формулы без их вывода с описанием входящих параметров, численные значения величин, полученных экспериментально на стенде и расчетами, необходимые таблицы и графики.
Правила техники безопасности при работе на стенде по испытанию агрегатов и систем автомобиля
Перед началом лабораторных работ все студенты должны ознакомиться с правилами техники безопасности и расписаться в журнале.
Все работы на стенде производятся только под руководством учебного мастера или преподавателя.
Запрещается:
-производить работы на стенде, если на нем присутствуют посторонние предметы;
-затормаживать ведущие колеса случайными предметами (ломом, трубой и т.п.). Для этой цели использовать специальные рычаги-упоры, ручной тормоз;
-трогать руками вращающиеся детали стенда и прикасаться к ним одеждой;
-нажимать на педаль сцепления, если его вал нагружен рычагом с грузами;
-соединять проушины динамометра с рамой стенда, деталями трансмиссии и цапфой колеса без установки стопорных гаек с шайбами;
-переключать передачи в коробке при загруженной трансмиссии (рычагом с грузами).
Для переключения передач необходимо снять грузы, рычаг, а затем произвести переключение передач. При необходимости можно выключить сцепление;
-нарушать изложенную в методических указаниях последовательность выполнения лабораторной работы;
-заниматься посторонними разговорами и работами возле стенда;
4
-чрезмерно закручивать трансмиссию путем установки излишнего груза на рычаге;
-подставлять пальцы в стопорное устройство вала маховика;
-курить, сорить, пользоваться открытым огнем;
-открывать дверцу электрошкафа.
После выполнения работы студенты обязаны убрать свое рабочее место даже без указаний рабочего мастера или преподавателя, вымыть руки и повесить рабочую одежду в специальный шкаф.
Результаты измерений и испытаний студенты обязаны показать преподавателю.
При несоблюдении изложенных правил студент может быть отстранен от выполнения лабораторной работы.
1 Испытание сцепления
Лабораторная работа № 1
Целью работы является определение:
-коэффициента запаса сцепления;
-усилия на педали сцепления и передаточных чисел привода сцепления;
-параметров, характеризующих надежность работы фрикционных элементов сцепления.
1.1 Теоретический анализ
Момент трения сцепления Mc определяется по формуле
Мс = β Мemax = Pн i µ Rср , Hм, (1)
где β - коэффициент запаса сцепления;
Me.max - максимальный крутящий момент двигателя: (для двигателя
ЗМЗ - 24 Мemax = 186,3 Hм);
Pn - усилие на нажимном диске при включенном сцеплении (суммарное усилие от всех пружин нажимного диска), Н;
i - число поверхностей трения. Для однодискового сцепления i = 2;
µ - коэффициент трения фрикционных поверхностей (для используе-
мых типов материалов µ = 0,3); |
|
|
|
|
Rср - средний радиус трения, м. |
|
|
||
R ср |
= |
D + d |
, |
(2) |
|
||||
|
4 |
|
|
|
где D и d - соответственно наружный и внутренний диаметры фрикционной накладки, м.
5
Момент трения сцепления Мс определяется при заторможенных колесах автомобиля в статике путем нагружения гирями весового рычага храпового механизма ведущего вала сцепления до момента пробуксовки сцепления во включенном положении.
Коэффициент запаса сцепления определяется по формуле
β = |
M c |
. |
(3) |
|
|||
|
M emax |
||
|
|
||
Усилие на нажимом диске Рн при включенном сцеплении определяется по формуле
P = |
Мс |
. |
(4) |
|
|||
н |
iµR . |
||
|
ср |
|
|
Усилие на нажимном диске при полностью выключенном сцеплении
будет
Pн max = K Pн , |
(5) |
где K - коэффициент, учитывающий увеличение усилия пружин нажимного диска при полностью выключенном сцеплении, K = 1,15.
Работа водителя при выключении сцепления определяется по фор-
муле |
|
|
|
|
A = |
Рн max |
, |
(6) |
|
ηтр |
||||
|
|
|
где - суммарный зазор между ведомыми и ведущими поверхностями механизма при выключенном сцеплении (ход нажимного диска), м;
ηтр - коэффициент, учитывающий потери на трение в приводе сцепления при его выключении, ηтр = 0,9.
Работу водителя при выключении сцепления можно также опреде-
лить по усилию Рп на педали сцепления из выражения |
|
A = PпS p , |
(6) |
где Sр- рабочий ход педали в метрах (без свободного хода) при выключении сцепления;
P = |
A |
. |
|
|
(7) |
||
п |
Sp |
||
|
|
||
Силовое передаточное число привода сцепления
U |
с |
= |
Pн max . |
(8) |
|
|
|
Pп |
|
||
|
|
|
|
||
Давление на поверхность накладки определяется по формуле
6
ρ |
|
= |
Рн |
|
|
|
0 |
F |
, Пa , |
(9) |
|||
|
|
|||||
|
|
|
тр |
|
||
где Fтр - суммарная площадь трения фрикционных накладок (в эту площадь не входят площадь под заклепки и площадь вентиляционных канавок), м2 .
Fтр = 0,95F,
|
F = |
π (D2 |
− d 2 ) |
|
где |
|
, м2. |
(10) |
|
|
|
|
4 |
|
Работа буксования сцепления при его включении определяется, исходя из следующих условий.
Работа буксования сцепления имеет место при трогании автомобиля с места на первой передаче. При этом сцепление преодолевает инерционный момент, создаваемый всей массой автомобиля. Для расчетов массу автомобиля заменяют моментом инерции условного маховика, величина этого момента инерции Iу определяется из условия равенства кинетической энергии поступательно движущегося автомобиля и вращающегося маховика, т.е.
Iyω y2 = maVa2 ,
22
где ωу - угловая скорость условного маховика, с-1; mа - масса полностью груженого автомобиля, кг.
(для ГАЗ-3102 mа= 1820 кг);
Vа - скорость автомобиля, м/с.
Зная, что ω у = ωкUoU1 |
|
ωу |
= |
VaU0U1 |
, |
и |
|
||||
|
|
|
|
rк |
|
где ωк - угловая скорость вращения колеса, с-1; rк - радиус качения колеса (rк = 0,33 м);
U0- передаточное число главной передачи (U0= 4,1);
U1 - передаточное число коробки передач на первой передаче, (U1 =
3,5), момент инерции маховика определится из выражения
Iу = m2ark2
UoU1
7
Работа буксования сцепления определяется из выражения
L = Iуωе2 , 2
где ωе - угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя, с−1 . При замене ωе частотой вращения, т.е.
ωе = πne , 30
окончательно получается
L = |
π 2n2m r |
|
|
|
||
|
e a k |
, |
|
|
||
2 |
302Uo2U12 |
Дж. |
(11) |
|||
|
|
|||||
По величине работы буксования определяется удельная работа буксования сцепления
q = |
L |
, |
|
|
|
2 |
(12) |
||
|
|
Дж/м |
|
|
|
Fтр |
|
|
|
Зная эквивалентность тепла и работы, можно записать, что
Lν = mнcτ ,
где ν - доля тепла, идущая на нажимной диск (для однодискового сцепления ν = 0,5);
mн - масса нажимного диска, кг;
с - удельная теплоемкость, равная 482 Дж
кго С;
τ- температура нагрева диска при разовом выключении сцепления, 0С.
τ = Lν
Следовательно, |
m с . |
(13) |
|
н |
|
1.2Методика выполнения работы
1.2.1Посредством штангенциркуля и динамометра определяются следующие параметры сцепления (табл. 1.1).
8
|
Таблица 1.1 |
Параметры сцепления |
|
|
|
Измеряемый параметр |
Обозначение в фор- |
|
мулах, размерность |
Наружный диаметр фрикционной накладки |
D, м |
|
|
Внутренний диаметр фрикционной накладки |
d, м |
Длина большего плеча отжимного рычага |
Е, м |
Длина меньшего плеча отжимного рычага |
F, м |
Длина плеча вилки выключения сцепления от вы- |
d, м |
жимного подшипника до опоры |
|
Длина плеча вилки выключения сцепления от опоры |
с, м |
до оси штока рабочего цилиндра |
|
Длина плеча педали сцепления от центра оси до |
b, м |
штока главного цилиндра |
|
Длина плеча педали сцепления от центра оси до се- |
а, м |
редины педали |
|
Внутренний диаметр главного цилиндра привода |
D1, м |
Внутренний диаметр рабочего цилиндра привода |
D2, м |
Полный ход педали сцепления |
Sn, м |
|
|
Рабочий ход педали сцепления |
Sp м |
Ход нажимного диска при выключении сцепления |
, м |
Усилие на педали сцепления при его полном выклю- |
Рп, Н |
чении |
|
15. Масса нажимного диска |
Mн, кг |
1.2.2 Включить прямую передачу в коробке передач, соединить ее вторичный вал с рамой стенда с помощью малого рычага с захватом. Установить на вал маховичка большой рычаг ( l1=1 м ) с захватом под углом ≈ 30…400 к горизонту. Навесить на свободный конец этого рычага подвес для гирь. Постепенно увеличивая массу гирь mг на подвесе, добиться пробуксовки сцепления. Опыт повторить три раза, используя в последующих расчетах среднее значение mг.
9
Δl |
Рис. 1.1 Схема гидропривода сцепления
1.2.3 Рассчитать параметры сцепления по следующим 14 показателям (табл.1.2)
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.2 |
||
|
Параметры сцепления |
|
|
|
|
|
||
№ |
Параметр |
Обозначе- |
|
Расчетная формула |
|
|||
|
|
ние, размер- |
|
|
|
|
|
|
|
|
ность |
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
4 |
|
|
|
1 |
Момент трения сцепления |
Мс, нм |
|
Мс = (mг+m)l1q |
|
|||
|
|
|
Mп-масса рычага и подвеса, |
|||||
|
|
|
приведенная к точке подвеса, |
|||||
|
|
|
Mп = 4 кг |
|
|
|
||
2 |
Коэффициент запаса сце- |
ß |
|
|
β = М с |
М еmax |
|
|
|
пления |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Средний радиус трения |
Rср, м |
|
|
Rср = |
D + d |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Площадь трения фрикци- |
Fтр, м2 |
F |
тр |
=1,6(D2 |
− d 2 ) |
(15) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
онных поверхностей |
|
|
|
|
|
|
|
10
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 1.2 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
Суммарное усилие на- |
Рн, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
(4) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
жимных пружин при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
включенном сцеплении |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6. |
Усилие нажимных пру- |
Рнmax, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
(5) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
жин при полностью вы- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ключенном сцеплении |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. |
Работа водителя при вы- |
А, Dж |
|
|
|
|
|
|
|
|
(6) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
ключении сцепления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8. |
Давление на поверхность |
ρо , Па |
|
|
|
|
|
|
|
|
(9) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
накладок |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9. |
Силовое передаточное |
Uс |
|
|
|
|
|
|
|
|
(8) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
число привода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
. Кинематическое переда- |
Uк |
|
|
|
= |
|
a c e |
( |
d |
2 |
|
)2 = |
S p |
||||||||
|
точное число привода |
|
|
U |
к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
b d |
|
f |
d |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(16) |
||
11 |
Фактический КПД приво- |
ηпрф |
|
|
|
|
ηпрф |
|
= Uc |
|
|
Uк |
|
|
|
|||||||
|
да |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
Работа буксования сцеп- |
L, Dж |
L = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
× |
|
|
|
|||||
|
ления при трогании авто- |
|
56Mcmaxmark |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
U U 104 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
мобиля |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
c 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
× |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
no2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(0,95MemaxUoU1 −10mork Ψ) |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(17) |
|
|
|
|
|
nо - частота вращения колен- |
|||||||||||||||||||
|
|
|
чатого вала |
двигателя при |
||||||||||||||||||
|
|
|
трогании. N0=3400 мин-1; |
|||||||||||||||||||
|
|
|
ψ - суммарный коэффициент |
|||||||||||||||||||
|
|
|
сопротивления |
|
|
|
движению |
|||||||||||||||
|
|
|
при |
|
трогании |
|
автомобиля, |
|||||||||||||||
|
|
|
ψ =0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
13 |
Удельная работа буксова- |
q, Dж/м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(12) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
ния сцепления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
Повышение температуры |
τ, 0С |
|
|
|
|
|
|
|
|
(13) |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
нажимного диска при тро- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гании автомобиля |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|