книги из ГПНТБ / Теория и конструкция боевых колесных машин

чаемых шестерен. Это может быть достигнуто установкой синхрони­ затора в коробке передач пли специального тормоза, который при выключении сцепления притормаживает ведомый диск. Тормозки устанавливаются редко и главным образом в сцеплениях грузовых автомобилей большой грузоподъемности, когда невозможно обес­ печить малый момент инерции ведомых частей.

Отвод тепла от трущихся поверхностей

При буксовании сцепления, наблюдающемся главным образом во время трогания с места и в меньшей степени при переключении передач, на поверхностях трения выделяется тепло.

Для надежной работы сцепления тепло, выделяемое при буксо­ вании, должно отводиться, иначе температура обшивки повысится и коэффициент трения упадет. В этом случае сцепление может бук­ совать не только во время трогания автомобиля с места но и при его движении. Вследствие этого детали сцепления могут нагревать­ ся до высокой температуры, при которой возможны коробление дис­ ков, появление трещин на нажимном диске и выход сцепления из строя.

Рассмотрим процесс буксования сцепления при трогапин авто­ мобиля с места. Работа двигателя при этом может быть разделена на два этапа.

трогания автомобиля с места, т. е. до того момента, когда крутящий момент двигателя М д станет равным моменту внешних сопротивле­ ний М а, приложенному к ведомому валу. При этом двигателем за ­ трачивается работа Lai-

В т о р о й э т а п — с начала трогания автомобиля с места до конца буксования сцепления. Условно разделим работу двигателя, расходуемую на ускорение ведомого вала и на преодоление внеш­ них сопротивлений, на две части:

1) работу двигателя La,, расходуемую на ускорение ведо­ мого вала с начала трогания автомобиля с места до конца бук­

мента внешних сопротивлений Ма.

Вся работа двигателя от начала включения сцепления до конца

За время трогания автомобиля с места только часть работы двигателя является полезной; остальная часть расходуется на бук­ сование.

1.30

Вся работа буксования может быть выражена площадью гра­ фика М с = /(« ), где <р— угол буксования (рис. 55).

Отложим на графике момент внешних сопротивлений М а , при­ ложенный к ведомому валу, приняв этот момент постоянными счи­ тая постоянным сопротивление участка дороги, на котором проис­ ходит трогание автомобиля с места. На рис. 55 площадь L\ эквива­ лентна работе буксования на первом этапе; площадь L2 + L3 — ра­ боте буксования на втором этапе. Площадь L2 соответствует части

% f

Рис. 55. Зависимость момента трения сцепления гг угла буксования при троганин колесной машины

внешних сопротивлений. Таким образом, вся работа, расходуемая на буксование,

Па первом этапе, если принять, что за время включения сцепле­ ния число оборотов двигателя остается постоянным, полная работа, ; 'трачиваемая двигателем,

До тех нор, пока крутящий момент двигателя Мд не пре­ высит момента внешних сопротивлений Ми, вся работа дви­

Работа буксования на этом этапе может быть произвольно боль­ шой в том случае, если Мс < М а . Работа двигателя до того момен­ та, пока не будет достигнуто равенство М с — М а, является беспо­ лезной, поэтому этот период включения должен быть по возмож­ ности более коротким.

На втором этапе на ускорение ведомого вала от 0 дошй, что соот­ ветствует периоду от 11 до Т (полное включение сцепления), двига­ тель затрачивает работу

Вычитая полезную работу из всей работы, затраченной двига­ телем, получим работу буксования первой части второго этапа

L'> Ja мд J а J а ^ ( 114)

Из этого выражения видно, что работа буксования первой части второго этапа равна работе, затраченной двигателем на ускорение ведомого вала, и совершенно не зависит от времени включения сцеп­ ления. Величина этой работы прямо пропорциональна квадрату угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя. Поэтому для уменьшения работы буксования включение сцепления необхо­ димо производить при возможно малом числе оборотов двигателя.

Работа двигателя на втором этапе, расходуемая на преодоле­ ние момента внешних сопротивлений,

Т

б

132

Полезная работа

Т

( 116)

Работа буксования этой части второго этапа

Т

(117)

.Минимальная работа буксования L3 может быть получена толь­ ко при минимальном значении разности Т —

Па основании проведенного анализа можно сделать вывод, что минимальная работа буксования при трогапии автомобиля с мес­ та получается при минимальном времени включения сцепления. На графике (рис. 55) можно видеть, что площадь, эквивалентная ра­ боте буксования, при этом сокращается. При уменьшении времени включения сцепления уменьшается только работа L\ и /-3, а работа буксования Z-2, затрачиваемая на ускорение ведомого вала, остает­ ся постоянной. Поэтому сокращение общей площади графика

сию увеличивается.

Для предохранения сцепления от вредных последствий буксова­ ния в конструкции сцепления необходимо предусмотреть хороший отвод тепла от трущихся поверхностей.

В картере сцепления делают вентиляционные отверстия, закры­ тые металлическими сетками, для циркуляции воздуха *.

Нажимной диск изготовляют массивным для лучшего отвода тепла. Обшивки ведомого диска имеют канавки, в которых при вра­ щении сцепления циркулирует воздух, отводящий тепло непосред­ ственно от трущихся поверхностей. Следует отметить, что канавки одновременно служат для удаления продуктов износа обшивок, сни­ жающих коэффициент трения, а также в некоторой степени способ­ ствуют чистому выключению сцепления, так как устраняется воз­ можность присасывания обшивки к поверхности маховика пли нажимного диска.

Для создания более интенсивной циркуляции воздуха кожух сцепления делают по возможности ажурным; в некоторых конструк­ циях рычагам выключения придается такая форма, при которой они выполняют роль вентилятора. Для той же цели иногда нажим­ ной диск снабжают специальными ребрами.

Исключение составляют некоторые армейские автомобили, приспособлен­ ные для преодоления водных преград вброд. В картерах сцеплений таких ма­ шин вентиляционные отверстия отсутствуют (например, ЗИЛ-131, «Урал-375>).

Для сохранения при нагреве сцепления работоспособности пру­ жин последние должны устанавливаться на термоизоляционных прокладках пли на некотором удалении от сильно нагревающихся деталей (см. рис. 50).

Предохранение трансмиссии от динамических нагрузок

От конструкции сцепления в значительной степени зависит ве­ личина динамических нагрузок в трансмиссии. Динамические на­ грузки в трансмиссии возникают в следующих случаях:

1)при резком изменении скорости движения автомобиля, на­ пример, при интенсивном торможении с включенным сцеплением:

2)при наезде на неровность;

3)при резком включении сцепления;

4)вследствие неравномерной работы двигателя.

Резкое изменение скорости движения вызывает динамическое нагружение трансмиссии инерционным моментом главным образом вращающихся частей двигателя.

Для предохранения трансмиссии от динамических нагрузок при изменении скорости движения автомобиля желательно устанавли­ вать сцепления с небольшим коэффициентом запаса. В этом отно­ шении предпочтительно применять сцепления с восстанавливаемым коэффициентом запаса |3 (сцепления с регулируемыми нажимными пружинами).

Резкое изменение угловой скорости вращения колес (блокиров­ ка колес при торможении, переезд через неровность) может вы­ звать динамическую нагрузку на трансмиссию, при которой сцеп­ ление не сможет играть роль предохранителя. Это возможно в тех случаях, когда в трансмиссии имеются значительные промежуточ­ ные массы между сцеплением и колесами.

Резкое включение сцепления, как уже отмечалось, вызывает резкое повышение момента трения сцепления за счет кинетической энергии поступательно движущегося нажимного диска.

Для уменьшения нагрузки трансмиссии при резком включении сцепления необходимо, чтобы она имела упругое звено, снижающее общую жесткость трансмиссии.

Инерционный момент, передаваемый через трансмиссию при резком включении сцепления, прямо пропорционален коэффициен­ ту жесткости трансмиссии и углу закручивания ее валов. Не учи­ тывая промежуточных масс, можно написать

где с — коэффициент жесткости трансмиссии; у. — угол закручивания валов трансмиссии. Элементарная работа

dA = с у. dy\

134

интегрируя это выражение, получим

А = с эг

~2‘

В момент резкого включения сцепления кинетическая энер­

установленных между ступицей и диском.

Неравномерность крутящего момента двигателя может вызы­ вать значительные перегрузки в трансмиссии вследствие возникно­ вения крутильных колебаний и резонанса при совпадении частот возмущающих нагрузок с частотами собственных колебаний транс­ миссии.

Упругие колебания трансмиссии приводят к возникновению шу­ ма, главным образом, в шестернях, а иногда и к поломкам деталей, когда амплитуды достигают большой величины.

Устранение возможности возникновения резонансных крутиль­ ных колебаний в трансмиссии может быть осуществлено тремя пу­ тями:

1)изменением упругой характеристики трансмиссии, с тем что­ бы резонанс не мог наступить при эксплуатационных режимах;

2)введением в трансмиссию гасящего элемента, поглощающе­ го энергию колебаний;

3)введением в трансмиссию элемента, обеспечивающего нели­ нейность упругой характеристики трансмиссии.

Устанавливаемый в сцеплении гаситель колебаний в зависимо­ сти от его конструкции может влиять на крутильные колебания лю­ бым нз указанных выше путей. Пружинный гаситель колебаний, у которого отсутствуют фрикционные элементы, поглощающие энер-

13Л

Гию колебаний, изменяет упругую характеристику трансмиссии, ис­ ключая возможность возникновения высокочастотного резонанса.

Пружины гасителя колебаний обеспечивают нелинейность упру­

Рис. 57. Гасители крутильных колебаний, устанавливае­ мые в ведомом диске сцепления

136

плунжер перегоняет масло через калиброванное отверстие. Момент сопротивления гасителя колебаний регулируют подбором диаметра отверстия и вязкости масла.

Минимальная затрата физических усилий на управление

Для управления сцеплением, особенно на автомобилях большой грузоподъемности, требуется значительная затрата физических сил. Основные этапы управления сцеплением: выключение сцепления, удержание сцепления в выключенном положении и включение сцепления. Второй и третий этапы составляют наибольшую часть общей работы но управлению сцеплением. Известно, что чрезмер­ ная затрата физических сил на управление автомобилем вызывает у водителей профессиональные заболевания.

Из основного расчетного уравнения (107) можно найти давле­ ние пружин сцепления

При выключении сцепления необходимо сжать пружины. У вы­ ключенного сцепления усилие пружин на 15—20% больше вычис­

Коэффициент запаса сцепления необходим для обеспечения на­ дежной передачи крутящего момента двигателя, однако величина его зависит от конструкции сцепления. При износе обшивок усилие пружин уменьшается и, следовательно, снижается коэффициент за ­

П7

паса сцепления. Если в конструкции сцепления не предусмотрена регулировка усилия пружин, то коэффициент запаса устанавливает­ ся повышенный (р = '1 ,5 —2,5); при наличии регулировки коэффи­ циент запаса может быть небольшим (р = 1,2—1,3).

Применение в сцеплении диафрагменной пружины (см. рис. 51) способствует уменьшению физического усилия, необходимого для удержания сцепления в выключенном состоянии. При увеличении деформации, соответствующей выключенному сцеплению, усилие падает.

Установка полуцентробежных сцеплений (рис. 58) также спо­ собствует уменьшению затраты физических усилий. В полуцентробежном сцеплении коэффициент запаса является величиной пере­ менной и зависит от числа оборотов двигателя, так как нажимное усилие в этом случае равно сумме сил давления пружин и центро­ бежных сил грузов (рис. 59, а).

В полуцентробежных сцеплениях коэффициент запаса, завися­ щий только от давления пружин, выбирают близким к единице. Это позволяет устанавливать пружины, создающие сравнительно не­ большое усилие, что облегчает управление сцеплением при малом числе оборотов двигателя. Удержание сцепления в выключенном состоянии не требует большого усилия, так как в это время число

13S

оборотов двигателя падает. На графике (рис. 59, б) показано из­ менение усилия на педали полуцентробежного сцепления в зависи­ мости от времени Р пел — f(t ) при выключении сцепления. В пер­ вый момент, когда число оборотов двигателя высоко, для выключе­ ния сцепления требуется значительное усилие, но после падения числа оборотов для удержания сцепления в выключенном состоя­ нии требуется значительно меньшее усилие.

Следует отметить, что в настоящее время полуцентробежные сцепления применяются редко и только на легковых автомобилях.

В грузовых автомобилях отказались от установки сцеплении такого типа в связи с гем, что на тяжелой дороге при движении с малой скоростью, когда число оборотов двигателя невысоко, сцеп­ ление может буксовать из-за снижения коэффициента запаса на та­

ком режиме.

Уменьшение усилия на педали сцепления за счет улучшения ка­ чества обшивки пока не дает значительного эффекта.

Применяемые обшивки из асбобакелита, асбокаучуковой компо­ зиции и феродо имеют коэффициент трения обычно не более 0,4 при наиболее благоприятных условиях работы (малые удельные давле­ ния, малая скорость скольжения, низкая температура).

Металлокерамическне обшивки хотя и имеют более высокий коэффициент трения, но пока не получили распространения глав­ ным образом из-за большого износа поверхностей маховика и на­ жимного диска. Кроме того, момент инерции ведомого диска с ме­ таллокерамической обшивкой получается несколько повышенным.

Нецелесообразно также уменьшать усилие на педали сцепления путем увеличения среднего радиуса ведомого диска и поверхностей трения, так как при этом резко возрастает момент инерции ведомо­ го диска.

Передаточное число привода в существующих сцеплениях равно 25—50 и в редких случаях бывает более высоким. Это связано глав­ ным образом с тем, что рабочий ход педали у автомобилей различ­ ного назначения находится в сравнительно узких пределах (70— 130 мм). Поэтому значительно снизить усилие на педали сцепле­ ния, увеличив передаточное число его привода, также невозможно.

Усилие на педали сцепления можно уменьшить, повысив к. и. д. его привода, который в некоторых конструкциях не превосходит

0,5-0,6.

Увеличение к. и. д. привода сцепления достигается применением отжимных рычагов на шариковых, роликовых пли ножевых опорах (рис. 60), уменьшением числа втулок в приводе и другими меро­ приятиями, направленными на замену трения скольжения трением качения.

Более высоким к. и. д. обладает гидравлический привод (см. рис. 49), который начинает получать довольно широкое распростра­ нение. Его дополнительным преимуществом является удобство ком­ поновки, особенно, если моторная установка размещается в задней части машины.

139