1.4. Работа двигателя при трогании автомобиля.

I этап – с момента включения сцепления до начала трогания, т.е. до момента, когда М_д = М_Ψ.

Работа двигателя на I этапе – L_{д 1}.

II этап – с начала трогания (t₁) до конца буксования сцепления (t₂)

Условно разделим работу двигателя на II этапе на две части:

1. работу L_{д 2} – на ускорение ведомого вала с начала трогания до конца буксования

2. работу L_{д 3} на преодоление внешних сопротивлений.

Суммарная работа двигателя с начала включения сцепления до конца буксования

L_д = L_{д 1} + L_{д 2} + L_{д 3} (1. 1.)

Только часть работы двигателя является полезной, остальная расходуется на буксование, т.е. превращается в тепло.

Работа буксования эквивалентна площади графика М_c = f (φ), где М_c – момент сцепления; φ – угол буксования.

Вся работа расходуемая на буксование:

L _δ = L _δ1 + L _δ2 + L _δ3 (1. 2.)

где L _δ1 – площадь, эквивалентная работе буксования на I этапе; L _δ3 + L _δ2 – площади, эквивалентные работе буксования на II этапе (L _δ2 – при ускорении ведомого вала, L _δ3 – при преодолении внешних сопротивлений).

I ЭТАП.

Вся работа двигателя затрачивается на буксование

IIЭТАП.

1. Работа двигателя на ускорение ведомого вала от 0 до ω_д (период времени от t₁ до t₂)

(1. 3.)

где J_a – приведенный к валу сцепления момент инерции автомобиля: он находится из равенства кинетической энергии вращающейся массы с моментом инерции J_a:

(1. 4.)

где r_к – радиус колеса.

Из этой работы полезна только часть:

(1. 5.)

Найдем работу буксования:

(1. 6.)

Эта работа не зависит от времени. Для уменьшения работы буксования включение сцепления следует производить при возможно малом числе оборотов двигателя.

2. Работа двигателя на преодоление внешних сопротивлений

(1. 7.)

Работа полезная:

(1. 8.)

Работа буксования:

(1. 9.)

Эта работа зависит от времени.

При уменьшении времени включения сцепления сокращается работа L _δ1 и L _δ3, а работа L _δ2, затрачиваемая на ускорение ведомого вала, остается постоянной. Поэтому сокращение общей площади графика Мc = f (φ) при уменьшении времени включения приводим к тому, что площадь L _δ2, оставаясь равновеликой, вытягивается по оси ординат. При этом нагрузка на трансмиссию увеличивается. Определить величину работы буксования по приведенным формулам можно, если заданы: время включения, обороты двигателя при включении, приведенный момент инерции автомобиля и момент сопротивления движению М_Ψ, отнесенный к валу сцепления

(1. 10.)

где ψ – коэффициент сопротивления движению; η_т – к.п.д. трансмиссии; U_т = U_к· U_г – передаточное число трансмиссии.

Существует ряд формул, базирующихся на статистической обработке экспериментальных данных, например: формула Г.М. Щеренкова, предложившего упрощенную формулу для определения работы буксования

(1. 11.)

В этой формуле М_д определяется по скоростной характеристике по значению ω_д; в = 1,23 для автомобилей с карбюраторным двигателем и 0,72 – с дизельным.

1.5. Оценка конструкций сцеплений по требованиям.

Надежная передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии.

Максимальный момент передаваемый сцеплением М_с, рассчитывается по формуле:

(1.12)

где b - коэффициент запаса сцепления;

M_emax - максимальный крутящий момент двигателя;

Р_c - усилие пружин сцепления;

m - коэффициент трения;

R_экв – радиус приложения равнодействующей сил трения;

i - число пар поверхностей трения.

Коэффициент запаса сцепления b определяется в зависимости от M_emax:

при M_emax = 100-260 Н×м................................................................. b = 1,75;

при M_emax = 280-600 Н×м.................................................................. b = 2,2;

при M_emax = 700-1000 Н×м................................................................. b = 2,5.

Плавность включения – наиболее высока при многодисковых сцеплениях, однако, они применяются редко, только на автомобилях особо большой грузоподъемностью. В однодисковых и двухдисковых сцеплениях плавность включения обеспечивается:

• упругостью ведомого диска (разрезкой диск, пластинчатые пружины между ведомым диском и одной из фрикционных накладок)

• применением фрикционных материалов, обеспечивающих плавное нарастание силы трения

• пружинами гасителями крутильных колебаний (в небольшой степени)

• упругостью механизма выключения.

Полнота включения необходима для передачи полного момента двигателя без пробуксовки, достигается регулировкой сцепления и привода.

Чистота выключения в однодисковых сцеплениях хорошо обеспечивается отводом нажимного диска; в двухдисковых сцеплениях должно предусматриваться специальное приспособление для принудительного отвода внутреннего нажимного диска. Например, в сцеплении автомобиля КамАЗ (рис.1.3.) для этой цели служат четыре равноплечных рычажка, расположенных на торце внутреннего нажимного диска. Величина отвода должна обеспечивать необходимый зазор между дисками при выключении.

Рис. 1.3.

Тип сцепления	Величина отвода (ММ) S = δ ∙ і
Однодисковые Двухдисковые Многодисковые	S = (0,5 …0,7) ∙ 2 S = (0,5 …0,7) ∙ 4 S = (0,25 …0,3) ∙ i
δ – зазор между поверхностями трения при выключении i – число пар поверхностей трения

Как чистота, так и полнота включения должны поддерживаться монтажной и эксплуатационной регулировкой.

Монтажная регулировка предусматривает точную установку концов рычажков сцепления в одной плоскости. В некоторых сцеплениях (напр. при установке диафрагменной пружины) такая регулировка отсутствует.

Эксплуатационная регулировка – регулировка привода. Правильность эксплуатационной регулировки определяется холостым ходом педали сцепления. Холостой ход педали находится в пределах 25 – 40 мм. В сцеплениях с периферийными пружинами чистота выключения обеспечивается также кратным отношением числа нажимных пружин и рычагов выключения, вследствие чего исключается перенос нажимного диска.

Сцепление	Число пружин	Число рычагов
М – 408 (с периф. пружинами)	6	3
ГАЗ – 24	9 х 2	3
ЗИЛ – 130	16	4
ГАЗ – 53	12	3
КрАЗ	28	4

Минимальный момент инерции ведомых частей – необходим для уменьшения ударных нагрузок при переключении передач.

Рис. 1.4.

Рассмотрим упрощенную эквивалентную схему:

где – момент инерции автомобиля приведенный к вторичному валу КП

; (1.13.)

J_д – момент инерции двигателя и ведущих частей сцепления; J_с – суммарный приведенный момент инерции ведомых частей сцепления и деталей КП, вращающихся вместе с ведомыми частями сцепления в нейтральном положении КП; r_ω – радиус начальной окружности переключаемой шестерни.

Если переключение передач происходит без выключения сцепления, ударный импульс момента

(1.14.)

где Р_о – окружное усилие на шестерне; t – время действия силы.

При переключении передач с выключенным сцеплением ударный импульс

(1.15.)

В этом случае ударный импульс в несколько десятков раз меньше, чем в предыдущем. Его величина прямо пропорциональна моменту инерции ведомых частей сцепления.

Уменьшить момент инерции ведомых частей сцепления можно за счет уменьшения массы самого диска и массы фрикционных накладок. Толщина диска 2 – 3 мм.

Постоянство теплового режима при работе необходимо для стабильной работы сцепления.

При температуре поверхностей трения равной 200 ⁰ коэффициент трения падает вдвое. Высокая температура приводит к вытеканию пропитки накладок. Они становятся пористыми, сухими и быстро изнашиваются.

Для отвода тепла предусматриваются следующие меры:

• вентиляция картера сцепления

• массивные нажимные диски (вентилируемые)

• ажурный кожух сцепления

• радиальные канавки на фрикционных накладках, которые также способствуют удалению продуктов износа, снижающих коэффициент трения.

Для сохранения работоспособности нажимных пружин при нагреве сцепления они должны устанавливаться на термоизоляционных прокладках.