сцеплен-лаб

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ КАДРОВОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ

ЧЕЛЯБИНСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Тракторы и автомобили»

УТВЕРЖДАЮ. Проректор по УР А.А. Патрушев

СЦЕПЛЕНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Челябинск 2005

Методические указания составлены в соответствии с - про граммой учебной дисциплины «Тракторы и автомобили» федерального компонента цикла СД.04 для подготовки дипломированного специалиста по направлению110300-Агроинженерия, по специальности

110301-Механизация сельского хозяйства применительно к учебной базе ЧГАУ, а так же для студентов других инженерных факультетов ЧГАУ.

Указания содержат сведенья по требованиям к автомобильным сцеплениям, их классификации, анализу и оценки конструкции. Рассмотрены традиционные автомобильные сцепления, а также сцепления специальных типов.

СОСТАВИТЕЛЬ

Русанов М. А. – канд. техн. наук, доцент (ЧГАУ)

РЕЦЕНЗЕНТЫ

Попов Г.П. – канд. техн. наук, доцент (ЧГАУ)

Марков М.В. – канд. техн. наук (Челябинский танковый институт)

Ответственный за выпуск

Суркин В.И. – зав. кафедрой «Тракторы и автомобили»

Печатается по решению редакционно-издательского совета ЧГАУ

Ó Челябинский государственный агроинженерный университет, 2005

2

Лабораторная работа «СЕПЛЕНИЯ»

Задание на работу. Изучить назначение, требования, классификацию, применяемость, конструкцию, работу сцеплений. Порядок регулировки, причины и возможные неисправности сцеплений.

Оборудование рабочего места. Для выполнения лабораторной работы необходимы: плакаты картограммы разрезы и натурные -об разцы автомобильных сцеплений.

1.ТРЕБОВАНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ, ПРИМЕНЯЕМОСТЬ

СЦЕПЛЕНИЙ

При анализе конструкций сцеплений, следует руководствоваться предъявляемым к ним требованиям, которые, в общем, то определяются назначением.

Сцепление предназначено; -для плавного отсоединения и присоединения двигателя и

трансмиссии автомобиля; -для защиты деталей трансмиссии от перегрузок.

При анализе и оценке конструкций сцеплений, как и других механизмов, следует руководствоваться предъявляемыми к ним требованиями:

надежная передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии;

плавность и полнота включения; чистота выключения; минимальный момент инерции ведомых элементов;

хороший отвод теплоты от поверхностей трения; предохранение трансмиссии от динамических нагрузок; поддержание нажимного усилия в заданных пределах в процес-

се эксплуатации; минимальные затраты физических усилий на управление;

хорошая уравновешенность.

Кроме того, к сцеплению, как и ко всем механизмам автомобиля, предъявляют такие общие требования: обеспечение минимальных размеров и массы, простота устройства и обслуживания.

Сцепления классифицируют по:

-по виду связи между ведомыми и ведущими элементами на гидравлическое, электромагнитное, фрикционное; -по способу управления на автоматическое и не автоматиче-

ское (с усилителем, без усилителя );

3

Фрикционные сцепления классифицируют:

-по способу создания нажимного усилия на центробежное, полуцентробежное, электромагнитное, пружинное (с центральной (коническая, цилиндрическая, диафрагменная) или с периферийной);

-по форме элементов трения на специальные (конусное, барабанное, и др.); дисковые (одно, двух, многодисковые, сухие и мокрые);

-по характеру работы на постоянно и не постоянно замкнутые; -по типу привода с механическим, гидравлическим, смешанным. На большинстве автомобилей устанавливают постоянно замкну-

тые сцепления, т. е. постоянно включенные и выключаемые водителем при трогании, переключении передач и торможении. Постоянно разомкнутые сцепления, применяются сравнительно редко, главным образом при автоматическом управлении.

На легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности устанавливаются однодисковые сухие сцепления. Двухдисковые сцепления применяют для грузовых автомобилей повышенной грузоподъемности (КамАЗ, КрАЗ, МАЗ), но иногда с целью упрощения конструкции и для них используют однодисковое сцепление («Магирус-290»). Многодисковые сцепления применяются крайне редко и только на автомобилях большой грузоподъемности.

Гидравлические сцепления (гидромуфты) применялись на отечественных автомобилях ЗИМ (ГАЗ-12) и МАЗ-525. В настоящее время гидромуфты в качестве отдельного агрегата не применяют. В некоторых гидромеханических передачах в определенных условиях гидротрансформатор переходит на режим гидромуфты.

Электромагнитные порошковые сцепления и сцепления с электромагнитным созданием нажимного усилия в40—50-е годы получили некоторое применение благодаря хорошей приспособленности к автоматизации управления. Однако широкого распространения, так же как и автоматические сцепления других типов, они не получили, что главным образом обусловлено их сложностью. В нашей стране электромагнитные порошковые сцепления устанавливались на автомобилях ЗАЗ для инвалидов-

Привод сцеплений легковых автомобилей в основном гидравлический, часто с сервопружиной, что облегчает управление. В последнее время на легковых автомобилях нередко стали применять механический тросовый привод — достаточно надежный, простой и меньшей стоимости. Для грузовых автомобилей малой и средней грузоподъемности также используют механический или гидравлический привод, иногда с сервопружиной. На грузовых автомобилях большой грузоподъемности устанавливают комбинированный привод: механический с пневмоусилителем (МАЗ) или гидравлический с пневмоусилителем (КамАЗ).

2. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС

'При трогании автомобиля с места, а также при переключении

4

передач мощность двигателя Ne расходуется на ускорение автомобиля и преодоление внешних сопротивлений движению, а также на

трение в сцеплении (буксование сцепления) N б :

Соответственно работа двигателя может быть разделена на полезную работу и работу буксования:

Рассмотрим процесс работы сцепления при трогании автомобиля с места.

Угловая скорость ωе коленчатого вала двигателя(рис. 1, а) при включении сцепления задается водителем и в процессе включения может увеличиваться, уменьшаться или оставаться постоянной. Опытные водители стремятся поддерживать угловую скорость постоянной.

включению сцепления.

Тогда работа двигателя в процессе включения сцепления определится из уравнения движения ведущих частей системы:

Полезная работа двигателя, используемая на разгон автомобиля и преодоление внешних сопротивлений при трогании автомобиля, оп-

ределяется из уравнения движения ведомых частей системы

работа буксования сцепления за период его включения

Анализ работы буксования представляет некоторые трудности, поскольку момент Мс для общего режима включения сцепления является переменной по времени величиной и, как правило, нелинеен.

для расчета работы буксования используют формулы, базирующиеся на статической обработке экспериментальных данных. Приведем пример формулы

где— МΨ момент сопротивления движению при трогании, приведенный к ведущему валу коробки передач, МΨ определяется по формуле

МΨ= Gа rд Ψ /(uтр η тр)

где Gа- вес автомобиля;

rд- динамический радиус колеса;

uтр η тр - передаточное число и к.п.д. трансмиссии.

Для горизонтальной асфальтовой дороги (Ψ=0,015... 0,020); Ja— момент инерции автомобиля (автопоезда), приведенный к веду-

щему валу коробки передач, определяется по формуле

Ja =δ M r2к/ uтр

М- масса автомобиля;

δ =1+ δ1 uкп+ δ2- коэффициент учитывающий вращающие массы автомобиля δ1≈ δ2=0,04; uкп - передаточное число коробки передач.

ωe=0,75ωN для двигателей; Ь=0,72— для дизелей, Ь=1,23—для карбюраторных двигателей. Расчет производится для легковых автомобилей и автопоездов на первой передаче; для грузовых одиночных автомобилей на второй передаче.

Оценочным параметром буксования служит удельная работа буксования, которая также, отражает износостойкость сцепления:

Lбу = Lб / Fп.с

где Fп.с— суммарная площадь накладок сцепления.

Удельная работа буксования при указанных выше условиях трогания автомобиля с места для легковых автомобилей[Lбу ] =50...70 Дж/см2; для грузовых автомобилей [Lбу ] == 15...120 Дж/см2; для авто-

поездов [Lбу ] = 10...40 Дж/см2.

Нагрев деталей сцепления. Чрезмерный нагрев деталей сцепления при буксовании может вывести его из строя.

6

Нагрев деталей за одно включение при трогании с места Т=γLб/.(m.детс.дет)

где γ— коэффициент перераспределения теплоты между деталями (γ=0,5— для нажимного диска однодискового сцепления и среднего диска двухдискового сцепления; γ=0,25— для наружного диска двухдискового сцепления); Сдет—теплоемкость детали; m.дет— масса детали.

Допустимый нагрев нажимного диска за одно включение

[ΔТ ]=10...15°С.

3.АНАЛИЗ И ОЦЕНКА КОНСТРУКЦИЙ ФРИКЦИОННЫХ СЦЕПЛЕНИЙ

Анализ и оценку конструкций сцепления (рис. 2), следует проводить соответственно тем требованиям, которые к нему предъявляются

(см.1).

Надежная передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии.

Сцепление автомобиля должно обеспечивать возможность передачи крутящего момента, превышающего крутящий момент двигателя. При износе фрикционных пар, когда сила нажатия пружин ослабевает, сцепление может пробуксовывать. Длительное пробуксовывание сцепления приводит к выходу его из строя.

Максимальное значение передаваемого сцеплением момента определяется уравнением

Обычно принимают коэффициент запаса β= 1,2...2,5 в зависимости от типа сцепления и его назначения.

Сцепления с регулируемым давлением пружин(рис. 2, б) и сцепления с диафрагменными пружинами (рис. 2, в) имеют наиболее низкое значение коэффициента запаса. Большие значения β принимают для сцеплений грузовых автомобилей и автобусов.

(маховиком, нажимным диском). Рассмотрим процесс этого взаимодействия, используя рис. 3. Выделив на поверхности ведомого диска элементарную площадку ds, найдем элементарную силу трения

и элементарный момент

7

Рис. 2. Основные типы конструкции сцеплении: а—однодисковое с пе-

риферийными пружинами; б—однодисковое с центральной конической пружиной; в—однодисковое с диафрагменной пружиной; г — двухдисковое;1—ведомый диск; 2—пружина; 3— главный цилиндр; 4— выжимной подшипник; 5— регулировочная гайка; 6— рабочий цилиндр; 7— маховик двигателя; 8— нажимной диск; 9— рычаг выключения;10— пружина гасителя крутильных колебаний;11— прокладки; 12— центральная пружина; 13— диафрагменная пружина

8

Момент, передаваемый одной парой поверхностей трения:

диус приложения результирующей сил трения или средний радиус ведомого диска,

который с достаточной степенью приближения может быть принят Момент, передаваемый сцеплением, у

которого i пар трения,

Плавность и полнота включения.

Наиболее высокую плавность включения имеют многодисковые сцепления, однако они применяются редко. В однодисковых и двухдисковых сцеплениях плавность включения достигается рядом мероприятий: применением фрикционных материалов, обеспечивающих плавное нарастание силы трения; использованием упругих ведомых дисков (разрезной диск, имеющий некоторую конусность или выпуклость секторов, пластинчатые пружины между ведомым диском и одной из фрикционных накладок и др.); созданием упругих элементов в механизме выключения (лепестки диафрагменной пружины).

В очень небольшой степени способствуют плавности включения пружины гасителя крутильных колебаний.

Для обеспечения полноты включения, необходимой при передаче полного момента двигателя без пробуксовывания, предусматривают специальные регулировки сцепления и его привода. Эти регулировки предназначены для создания необходимого зазора между подшипником муфты выключения сцепления и концами рычагов выключения,

9

а следовательно, пропорционального этому зазору холостого хода педали. При значительном износе трущихся поверхностей зазор уменьшается и рычаги выключения упираются в подшипник муфты выключения, что препятствует созданию пружинами необходимого нажимного усилия (сцепление буксует).

В ряде конструкции сцеплении с гидроприводом, например в автомобиле ГАЗ-3102 (см. рис. 2, а), регулировка зазора между подшипником муфты выключения и концами рычагов отсутствует и подшипник муфты выключения постоянно прижимается с небольшой силой к концам рычагов. По мере износа трущихся поверхностей концы рычагов перемещают подшипник с муфтой выключения сцепления и через вилку выключения и толкатель рабочего поршня вытесняют соответствующее количество жидкости в главный цилиндр привода сцепления. При этом регулировочный размер между толкателем и поршнем главного цилиндра сохраняется. Такая конструкция упрощает обслуживание сцепления.

Чистота выключения.

При неполном выключении, сцепление передаёт часть крутящего момента, передача включается с шумом или вообще не включается (сцепление ведёт). Полное разъединение двигателя и трансмиссии в однодисковых сцеплениях достигается созданием необходимого отвода нажимного диска; в двухдисковых сцеплениях (а также в трехдисковых, имеющих унифицированные с двухдисковыми элементы) должно предусматриваться, для принудительного отвода, внутреннего диска специальное устройство. Оно предназначено для установки внутреннего нажимного диска в положение, при котором оба ведомых диска находятся в свободном состоянии, когда наружный нажимной диск принудительно отводится при выключении сцепления.

Конструктивные различные решения устройств принудительного отвода внутреннего нажимного диска показаны на рис. 4.

В сцеплениях автомобилей КамАЗ равноплечий рычаг автоматически устанавливает средний нажимной диск на одинаковом -рас стоянии от маховика и наружного нажимного диска (рис. 4, а).

В сцеплениях автомобилей МАЗ стержень связан со средним нажимным диском, имеющим разрезное пружинное кольцо, которое позволяет перемещаться этому диску на расстояние, равное зазору между пружинным кольцом и скобой(рис. 4, б). При износе накладок ведомого диска пружинное кольцо усилием нажимных пружин сцепления устанавливается в новое положение. Таким образом, регулирование происходит автоматически.

На рис. 4, в показан периодически регулируемый в эксплуатации упорный стержень.

Величина отвода s=i 1наружного нажимного диска должна обеспечивать необходимый зазор 1 между трущимися поверхностями,

10