Методические указания к расчетным работам по теме рабочие процессы и рассчеты агрегатов автомобиля мади

20

Рис. 13. Схема коробки передач для оценки рабочего процесса синхронизатора

где J1′, J1″ – моменты инерции ведомых частей сцепления и коробки передач, приведенные соответственно к ведомому диску сцепления и включаемой шестерне (J1′ = 0,03 кгм2; J1″ = J1′∙Uкп22); Ја = 1,05∙Gа∙rк2/ (g∙U02) – момент инерции автомобиля, приведенный к вторичному валу коробки передач; MΨ = Gа∙Ψ∙rд2/(U0∙ηт) – момент сопротивления движению, приведенный к вторичному валу коробки передач; Mтр = = (μ∙Pр∙Kр/sinδ)∙rc – момент трения на поверхностях выравнивающих элементов синхронизатора.

Решая уравнения получаем:

При разгоне автомобиля:

Решая уравнения получаем: 1) время синхронизации

21

2)конечную угловую скорость синхронизатора и шестерни включаемой передачи

3)падение скорости автомобиля за время переключения передач

Построить график изменения угловых скоростей ω1 и ωa за время синхронизации tс (рис. 14).

Рис. 14. Зависимость угловых скоростей от времени при переключении с помощью синхронизатора

После обработки результатов по всем вариантам расчетов построить график зависимости времени синхронизации tс и падения скорости Vа от дорожных условий (Ψ) для гружѐного и порожнего автомобиля (рис. 15).

Рис. 15. Зависимости времени синхронизации tс и падения скорости Vа от дорожных условий Ψ для гружѐного (------) и порожнего (––––) автомобиля

22

2.2. Рабочий процесс синхронизатора

При движении по дороге с коэффициентом сопротивления Ψ < < 0,15 допустимо в процессе переключения считать скорость автомобиля Vа постоянной. С принятым допущением при переключении передач с помощью синхронизатора со второй передачи на третью определить время синхронизации, удельное давление на выравнивающей поверхности, работу сил трения и нагрев синхронизатора за одно включение.

Определить максимально допустимый угол блокирующего элемента β (рис. 12), при котором исключается включение до выравнивая угловых скоростей.

Варианты расчетов представлены в табл. 5.

Таблица 5 Варианты расчетов рабочего процесса синхронизатора

С принятым допущением (Vа = const) рабочий процесс описывается только уравнением: .

Время синхронизации tс:

где

Удельное давление на выравнивающих поверхностях p0:

Работа сил трения L:

23

Удельная работа сил трения: L’ = L/ F.

Для низших передач [L’] = 0,3…0,5 МДж/м2. Для высших передач [L’] = 0,2 МДж/м2. Нагрев за 1 включение:

где γ = 0,5 – коэффициент перераспределения тепла.

= 15…30°С.

Максимально допустимый угол блокирующего элемента β:

По результатам расчетов строится график (рис. 16) зависимости tc, L’, о от момента инерции J1’ ведомых частей сцепления и коробки передач.

Рис. 16. Зависимости tc, L’, о от момента инерции J1’ ведомых частей сцепления и коробки передач

ЛИТЕРАТУРА

1.Автомобили. Конструкция и рабочие процессы / А.М. Иванов [и др.]; под ред. В.И. Осипова. – М.: Академия, 2012. – 384 с.

2.Лукин, П.П. Конструирование и расчет автомобиля / П.П. Лукин, Г.А. Гаспарянц, В.Ф. Радионов. – М.: Машиностроение, 1984. – 376 с.

3.Осепчугов, В.В. Автомобиль. Анализ конструкций и элементы расчѐта / В.В. Осепчугов, А.К. Фрумкин. – М.: Машиностроение, 1989. – 304 с.

4.Островцев, А.Н. Теория рабочего процесса сцепления / А.Н. Островцев. –

М.: МАДИ, 1984. – 40 с.

24

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Компьютерное моделирование рабочих процессов агрегатов автомобиля

Моделирование – исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.

Существует множество видов моделирования, в том числе компьютерное, под которым будем понимать программную реализацию модели объекта исследования (в нашем случае, программную реализацию математической модели).

Компьютерное моделирование при разработке даже самых простых устройств ведет к огромной экономии средств и улучшению качества изделий. Математическое моделирование позволяет понять физическую сущность моделируемых процессов, позволяет обосновать оптимальные подходы к проектированию и занимает важную роль в образовательном процессе.

Математические модели представляют собой формализованные описания объекта или системы с помощью некоторого абстрактного языка, например, в виде совокупности математических соотношений или схемы алгоритма. Чаще всего математическая модель описывается уравнениями, которые явно вытекают из рассмотренной физической сущности моделируемого процесса или системы.

Имитационная модель – математическая модель, служащая для имитации поведения какого-либо реального объекта во времени.

Для поддержки математического моделирования разработаны системы ком-

пьютерной математики, такие как: Maple, Mathematica, Mathcad, MATLAB, VisSim и

другие. Далее будем рассматривать графическую среду имитационного моделирования Simulink программного комплекса MATLAB.

MATLAB – это высокоуровневый язык и интерактивная среда для программирования, численных расчетов и визуализации результатов. С помощью MATLAB можно анализировать данные, разрабатывать алгоритмы, создавать модели и приложения.

Simulink – это графическая среда имитационного моделирования, позволяющая при помощи блок-диаграмм в виде направленных графов строить динамические модели, включая дискретные, непрерывные и гибридные, нелинейные и разрывные системы.

Расчет рабочего процесса сцепления при трогании автомобиля

Рабочий процесс сцепления при трогании автомобиля описывается системой дифференциальных уравнений вида (см. описание на стр. 12):

–

25

Рис.17. Математическая модель рабочего процесса сцепления при трогании автомобиля,

реализованная в MATLAB/Simulink

26

Реализация математической модели на языке графического программирования MATLAB/Simulink показана на рис. 17.

Исходные данные для моделирования рабочего процесса сцепления при трогании автомобиля заимствованы из раздела 1.3 данного методического указания, вариант 1 (стр. 11).

Пояснения к блокам структурной схемы математической модели:

–блок «Clock» выводит текущее время моделирования;

–блок «Product» перемножает входящие в него переменные;

–блок «Saturation» ограничивает верхний и нижний пределы переменной;

–блок «To Workspace» записывает массив данных в рабочую область памяти, удобно для дальнейшего построения графиков;

–блок «Gain» умножает переменную на константу;

–блок «Integrator» производит интегрирование переменной по времени, в самом блоке задаются начальные интегрирования;

–блок «Relational Operator» представляет собой логический оператор, сравнивающий входные значения и выдающий в случае истинны логическую единицу, в противном случае – ноль (установлен для прекращения расчетов, когда ωе < ωа);

–блок «STOP» останавливает процесс моделирования при подаче на него числового значения, отличного от нуля;

–блок «Mux» служит для объединения сигналов в шину;

–блок «Scope» представляет собой осциллограф.

Отличительной особенностью расчета систем дифференциальных уравнений в MATLAB/Simulink является то, что в результате мы получаем функции времени интересующих нас параметров, в то время, как при решении уравнений способом, изложенным на страницах 13–16, мы получаем значения лишь некоторых контрольных точек.

Отметим, что для решения рассматриваемой системы дифференциальных уравнений (стр. 12) были введены три допущения, но, как видно из рис. 17, для решения в MATLAB/Simulink эти допущения не являются строго необходимыми, так мы можем задавать любые характеристики, в том числе нелинейные, изменения крутящего момента ДВС, крутящего момента, реализуемого сцеплением, и приведенного крутящего момента от сил сопротивления движению.

Для удобства использования имитационной модели, показанной на рис. 17, исходные данные для расчета были вынесены во вспомогательный файл, так называемый m-файл, содержание которого приведено ниже:

%% Исходные данные для расчета рабочего процесса сцепления при трогании а/м g = 9.81; % ускорение свободного падения, м/с^2

Ga = 95000; % вес автомобиля, Н

Psi = 0.036; % коэффициент сопротивления движению, - rk = 0.48; % динамический радиус колеса, м

Uk1 = 7.44; % передаточное число 1 передачи КПП, - Uk2 = 4.1; % передаточное число 2 передачи КПП, - Uk3 = 2.9; % передаточное число 3 передачи КПП, - U0 = 6.32; % передаточное число главной передачи, -

27

Mkmax = 410; % максимальное значение крутящего момента ДВС, Н*м betta = 1.9; % коэффициент запаса сцепления, -

Ie = 2; % момент инерции ведущих частей сцепления, кг*м^2 K1 = 750; % темп включения сцепления, Н*м/с

kpd = 0.9; % КПД трансмиссии,-

w_N = 320; % обороты, соответствующие макс. мощности ДВС, рад/с d1 = 34.2; % наружный диаметр фпикционной накладки, см

d2 = 18.6; % внутренний диаметр фпикционной накладки, см i = 2; % количество поверхностей трения, -

Utr = Uk1*U0; % передаточное число трансмиссии при движении на 1 передаче, -

Ia = 1.05*Ga*rk^2/(g*Utr^2); % момент инерции а/м, приведенный к ведомым частям сцепления, кг*м2

w_e0 = 1.5*0.15*w_N+30*Ia/Ie; % начальная угловая скорость коленчатого вала, рад/с

Результаты расчетов рабочего процесса сцепления при трогании автомобиля показаны на рисунках 18, 19, 20.

Рис. 18. Зависимости крутящих моментов от времени

Рис. 19. Зависимости угловых скоростей от времени

28

Отметим, что на основе приведенной математической модели работы сцепления, реализованной в MATLAB/Simulink, с минимальными дополнениями модели, можно рассчитывать процесс переключения передач, разрабатывать алгоритмы автоматизированного управления сцеплением, решать множественные задачи оптимизации, т.е. потенциал приведенного инструментария существенно выше, нежели простое рассмотрение работы сцепления в процессе трогания автомобиля.

Рис. 20. Функция удельной работы буксования сцепления во времени

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Расчѐтные работы

№1: «Оценка совместной работы двигателя со сцеплением с диафрагменной пружиной».

№2: «Расчѐт синхронизатора».

Расчѐтные работы № 1 и № 2 выполняются в компьютерном классе кафедры «Автомобили» с помощью специально разработанных программ.

При выполнении расчѐтных работ необходимо последовательно пройти все стадии соответствующей расчѐтной работе программы, выполнить появляющиеся на экране компьютера указания и произвести с еѐ помощью необходимые вычисления.

29

Рис. 21. Окно № 1 программы: ввод исходных данных