3.2. Определение основных параметров сцепления

К основным размерам и параметрам сцепления относятся: наружный и внутренний диаметры фрикционных накладок ве­домых дисков; число ведомых дисков; коэффициент запаса сцепления; нажимное усилие пружин; расчет­ный коэффициент трения; число и жесткость нажимных пружин; удель­ная нагрузка на фрикционные на­кладки.

Указанные параметры должны со­ответствовать требованиям соответствующих ГОСТов, в которых указаны наружные диаметры ведомых дисков сцепления, частота вращения и крутящие моменты двигателей, ого­ворены типы, основные параметры, размеры, технические требования и ме­тоды испытаний фрикци­онных накладок.

Габаритные размеры сцепления выбирают из обеспечения условия полной передачи через сцепление максимального крутящегося момента двигателя.

В качестве расчетного момента сцепления принимается статический момент трения сцепления, определяемый по формуле:

, (3.1)

где – максимальный крутящий момент двигателя;– коэффициент запаса сцепления.

Значение коэффициента запаса сцепления выбирается с учетом неизбежного уменьшения коэффициента трения накладок в процессе эксплуатации, усадки нажимных пружин, наличия регулировки нажимного усилия, числа ведомых дисков. С другой стороны, пиковые нагрузки в трансмиссии, независимо от их происхождения, должны ограничиваться пробуксовыванием сцепления. По этой причине коэффициент запаса сцепления не должен превышать определенного значения.

Как правило, в выполненных конструкциях – = 1,2 ÷ 2,5.

Момент , передаваемый сцеплением, создается в результате взаимодействия фрикционных накладок ведомого диска с нажимным диском и маховиком.

Выделив на поверхности ведомого диска элементарную площадку , найдем элементарную силу трения:

, (3.2)

и элементарный момент:

, (3.3)

где – коэффициент трения;– давление между поверхностями трения.

Давление между поверхностями трения можно определить как отношение суммарного нажимного усилия пружин к площади ведомого диска:

. (3.4)

Момент трения всей накладки можно определить как:

. (3.5)

Подставив в полученное выражение величину , получим:

, (3.6)

где – средний радиус приложения результирующей касательной силы трения (средний радиус ведомого диска).

С достаточной точностью можно считать, что

. (3.7)

Момент, передаваемый сцеплением, у которого пар трения, можно определить по формуле:

. (3.8)

Таким образом, коэффициент запаса сцепления оценивает возможность сцепления передавать максимальный крутящий момент двигателя, а величина давления между поверхностями трения – надежность сцепления в отношении износостойкости. Однако оценивает износостойкость лишь косвенно.

3.3. Рабочий процесс сцепления

Сцепление представляет собой теплообъемное устройство, преобразующее в теплоту часть мощности при включении. Выделяющаяся теплота вызывает повышение температуры поверхностей трения, которое влияет на коэффициент трения и скорость изнашивания. Причем нагрев, а, следовательно, и износостойкость фрикционных элементов обусловлены не только работой буксования, но и массой деталей, воспринимающих выделенную теплоту.

Рабочий процесс сцепления при трогании автомобиля с места приведен на рисунке.

Точка соответствует началу движения, когда момент, передаваемый сцеплением, становится равным приведенному моменту сопротивления движения. В зависимости от отношения момента двигателя и момента трения сцепления угловая скорость коленчатого валавначале возрастает до точки, а затем падает до точки, что соответствует прекращению буксования.

Время трогания автомобиля с места, в течении которого становится равной угловой скорости ведомого вала сцепления, называется временем буксования. Момент трения сцепленияв период включения сцепления возрастает приблизительно пропорционально времени его включения:

, (3.9)

где – коэффициент нарастания момента (темп включения сцепления).

Для анализа и расчета работы буксования сцепления в процессе трогания автомобиля обычно рассматривают эквивалентную двухмассовую модель автомобиля.

Движение масс этой системы можно описать системой дифференциальных уравнений:

; (3.10)

, (3.11)

где – момент инерции вращающихся деталей двигателя и сцепления.

Момент инерции автомобиля, приведенного к валу сцепления, определяется по формуле:

. (3.12)

Приведенный момент сопротивления движению рассчитывается по формуле:

. (3.13)

Если принять, что дорога твердая, горизонтальная с небольшим сопротивлением качению (= 0). Тогда работу буксования в процессе включения сцепления можно определить как

, (3.14)

где – элементарный угол буксования сцепления, соответствующий элементарному времени буксования.

Если выразить элементарный угол буксования через угловую скорость, получим

, (3.15)

и тогда

. (3.16)

Сложность решения этих уравнений относительно изаключается в том, что моменты,иявляются переменными величинами и, как правило, нелинейны. Так, крутящий момент двигателя зависит от частоты вращения; момент трения сцепления – от темпа включения, коэффициента трения, температуры нагрева поверхностей трения.

Поэтому работу буксования обычно рассматривают при следующих допущениях:

1. момент сопротивления движению – величина постоянная (= const);

2. угловая скорость коленчатого вала двигателя в процессе включения также постоянна (= const);

3. крутящий момент двигателя, равный передаваемому сцеплением моменту, растет пропорционально времени (==).

Интеграл в формуле (3.16) соответствует площади, заключенной между осью ординат и линиями и. При принятых допущениях после интегрирования можно получить зависимости измененияиот времени.

Для ведущих элементов (уравнение (3.10)):

, (3.17)

и тогда

, (3.18)

отсюда

. (3.19)

Для ведомых элементов (уравнение (3.11)):

, (3.20)

тогда

, (3.21)

откуда

. (3.22)

Процесс буксования заканчивается, когда =; приравняв, получим

, (3.23)

и тогда

. (3.24)

Как видно из формулы (3.24), работа буксования резко возрастает, если трогание начинается при высоких и на высших передачах в коробке передач.

Работа буксования, подсчитанная по формуле (3.24) является минимально возможной, не зависящей от плавности включения, и пригодна для сопоставления работы различных сцеплений. Оценку износостойкости проводят по величине удельной работы буксования, т.е. по работе буксования, отнесенной к площади трения ведомых дисков.