Автомобили и автомобильное хозяйство

Сила сцепления  с дорогой  зависит от веса, приходящегося  на колесо, от состояния покрытия дороги, давления воздуха в шинах и  рисунка протектора.

Коэффициент сцепления зависит от вида покрытия дороги и от его состояния: наличие  влаги, грязи, снега, льда.

На дорогах  с асфальтобетонным покрытием коэффициент  сцепления резко уменьшается, если на поверхности имеется влажная  грязь, пыль. В жаркую погоду на асфальте появляется маслянистая пленка из выступающего битума, которая снижает коэффициент  сцепления.

Уменьшение  коэффициента сцепления колес с  дорогой наблюдается также при  увеличении скорости движения на сухой  дороге с асфальтобетонным покрытием  с 30 до 60 км/час, коэффициент сцепления  уменьшается на 0,15.

Сила сопротивления  качению - сила, затрачиваемая на:

деформирование шины и дороги; трение шины о дорогу; трение в подшипниках ведущих колес.

Сила сопротивления  воздуха - величина этой силы зависит  от формы или обтекаемости автомобиля, относительной скорости движения и плотности воздуха.

Значение  коэффициента лобового сопротивления  и лобовая площадь определяется заводом-изготовителем. Изменение этих параметров может произойти из-за установки на кузове-кабине автомобиля разных вспомогательных устройств: дополнительное зеркало заднего  вида, багажник на крыше автомобиля.В большинстве случаев это отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах автомобиля.

Установка на крыше автомобиля багажника и  езда с ним без груза увеличивает  силу сопротивления воздуха настолько, что расход топлива возрастает на 5% - 10%.

Особенно  опасно изменение обтекаемости автомобиля при его движении. Если при движении автомобиля со скоростью более 80 км/час  открыть, а затем захлопнуть боковую  дверь, то весьма вероятна, даже на сухой  дороге, потеря автомобилем курсовой устойчивости.

Сила сопротивления  подъему - зависит от веса автомобиля и угла подъема.

Опрокидывающая  сила - действует на автомобиль при  торможении и разгоне.

11 а) Фрикционное сцепление.

Фрикционное сцепление передает крутящий момент за счет сил трения. В гидравлическом сцеплении связь обеспечивается за счет потока жидкости. Электромагнитное сцепление управляется магнитным  полем.

Самым распространенным типом сцепления является фрикционное  сцепление. По виду фрикционное сцепление  различается:

 однодисковое  сцепление; 

двухдисковое  сцепление;

многодисковое сцепление.

В зависимости  от состояния поверхности трения может быть сухое сцепление и  мокрое сцепление. В сухом сцеплении  используется сухое трение между  дисками. Мокрое сцепление предполагает работы дисков в жидкости.

На современных  автомобилях устанавливается в  основном сухое однодисковое сцепление.

Однодисковое  сцепление имеет следующее устройство:

маховик; картер сцепления; нажимной диск; ведомый диск; диафрагменная пружина; подшипник выключения сцепления; муфта выключения; вилка сцепления.

Схема однодискового  сцепления

Маховик устанавливается  на коленчатом вале двигателя. Он выполняет роль ведущего диска. На современных автомобилях применяется, как правило, двухмассовый маховик. Такой маховик состоит из двух частей, соединенных пружинами. Одна часть соединена с коленчатым валом, другая - с ведомым диском. Конструкция двухмассового маховика обеспечивает сглаживание рывков и вибраций коленчатого вала.

В картере  сцепления размещаются конструктивные элементы сцепления. Картер сцепления крепиться болтами к двигателю.

Нажимной  диск (обиходное название - корзина  сцепления) прижимает ведомый диск к маховику и при необходимости  освобождает его от давления. Он оснащен диафрагменной пружиной. Диафрагменная пружина представляет собой металлические упругие  лепестки, закрепленные по окружности нажимного диска.

Ведомый диск располагается между маховиком  и нажимным диском. Ступица ведомого диска соединяется шлицами с  первичным валом коробки передач  и может перемещаться по ним. На ведомом  диске с двух сторон установлены  фрикционные накладки. Для обеспечения  плавности включения сцепления  в ступице ведомого диска размещены демпферные пружины.

Подшипник выключения сцепления (обиходное название - выжимной подшипник) воздействует на лепестки диафрагменной  пружины. Подшипник располагается  на муфте выключения.

Перемещение муфты с подшипником обеспечивает вилка сцепления.

Работу сцепления  обеспечивает привод сцепления.

11 б) Оценка нагруженности сцепления.

Актуальность  темы. Фрикционные сцепления (ФС) широко используются в трансмиссиях тракторов  и автомобилей. Однако, как показывает опыт эксплуатации, их срок службы значительно  ниже других узлов трансмиссии. Основной причиной отказов ФС является повышенный износ фрикционных накладок. Низкая долговечность ФС приводит к необходимости  их частого ремонта. Известно, что  затраты на техническое обслуживание и ремонт машины за срок службы примерно в 3 раза превышают стоимость трактора и в 7 раз - стоимость автомобиля. В связи с этим важное значение приобретают исследования, посвященные долговечности ФС.

12 а) Устройство ведомого диска  сцепления.

Нажимной  диск отлит из серого чугуна. Одна сторона диска, которой он прижимается к фрикционной накладке ведомого диска, шлифована. На другой стороне имеются 16 бобышек для центровки нажимных пружин. G этой же стороны на диске имеются пазы для установки рычагов,

Ведомый диск / стальной, с приклепанными с  двух сторон (каждая отдельно) фрикционными накладками 8 ( 3.2). Для повышения упругости и возможности правки диска при сборке в нем сделаны радиальные прорези. Для уменьшения динамических нагрузок в трансмиссии, а также частоты собственных колебаний трансмиссии ведомый диск снабжен гасителем крутильных колебаний (демпфером). Упругим элементом гасителя являются восемь тангенциальных пружин 2. Каждая пружина вместе с двумя опорными пластинами 3 помещается в прямоугольных окнах, сделанных в ведомом диске и дисках 4 гасителя колебаний,

которые крепятся к фланцу ступицы 5 ведомого диска  заклепками 6.

Фрикционным элементом гасителя крутильных колебаний  является дисковая муфта с трением  без смазочного материала сталей. Пара трения состоит из упругих дисков 4 фрикционных накладок 7. Фрикционные  пары демпфера поглощают низкочастотные колебания, возникающие в силовой  передаче, а пружины демпфера —  высокочастотные   крутильные   колебания.

12 б) Методы снижения динамических  нагрузок в трансмиссии.

Способы снижения динамических нагрузок от крутильных колебаний 

- изменение  жесткости элементов системы  (не всегда возможно в силу  конструктивных ограничений);

- изменение  порядка зажигания в цилиндрах,  что позволяет уменьшить резонансный  пик для одних гармоник, но  в этом случае резонансные  пики увеличиваются для других  гармоник;

- введение  динамических гасителей колебаний,  настроенных на частоту определенной  формы, что не влияет на смещение  и уменьшение резонансных пиков  на других частотах;

- введение  демпферов трения (не всегда могут  встраиваться в существующие  схемы, могут отстраиваться от  частот для которых они предназначены в результате износа своих элементов, действуют не только при резонансах).

Таким образом, снижение напряжений крутильных колебаний  в ДВС и трансмиссии автомобиля с помощью подбора жесткостей, применения демпферов и динамических гасителей имеет определенные недостатки.

13 а) Кинематическая схема многоступенчатой КПП

В механической трансмиссии преобразование крутящего  момента осуществляется, как правило, с помощью зубчатых колес и  является ступенчатым. Ступенчатые  коробки передач имеют высокий  КПД  (0,96—0,98 при передаче полной мощности), отличаются простотой конструкции  и меньшей стоимостью по сравнению  с бесступенчатыми. Поэтому они получили широкое применение на автомобилях различных типов.

Различают два  основных вида ступенчатых коробок  передач - с неподвижными осями валов  и планетарные. Первые кратко называют вальными.

Вальные коробки  широко применяют как в механических трансмиссиях, так и в гидромеханических. Планетарные используют в основном в гидромеханических трансмиссиях. В дальнейшем будем рассматривать ступенчатые вальные коробки передач механических трансмиссий.

Коробки передач  классифицируют по следующим признакам: числу ступеней (передач прямого  хода); взаимному расположению ведущего и ведомого валов; числу элементов  управления, которые должны быть включены для получения определенной передачи; числу ветвей в передаваемом силовом  потоке.

На автомобилях  с механической трансмиссией применяют  коробки с числом передач 3—16 (очень  редко больше 16). По взаимному расположению ведущего и ведомого валов коробки  передач разделяют на соосные и несоосные. Наиболее распространены коробки, в которых для получения определенной передачи включается одна зубчатая муфта или передвижное зубчатое колесо. На автопоездах устанавливают коробки передач с двумя, иногда тремя одновременно включаемыми элементами управления. Такие коробки имеют, как правило, число передач восемь и более. Поэтому их называют многоступенчатыми.

Увеличение  числа ступеней приводит к повышению  степени использования мощности двигателя, топливной экономичности, средней скорости движения С другой стороны, увеличение числа передач усложняет и утяжеляет конструкцию коробки передач, возрастают ее размеры, стоимость, усложняется управление. При ручном механическом приводе быстрое и безошибочное переключение более пяти передач на прямом ходу осуществлять трудно. Поэтому верхним пределом для коробок передач с ручным переключением принято считать пять передач. Дальнейшее повышение числа передач вызывает необходимость в усложнении привода или установке дополнительной коробки передач со своим независимым приводом, который используется только на определенных режимах движения.

Подавляющее большинство коробок передач  механических трансмиссий выполнены  с неразветвленным силовым потоком, так что через каждое зубчатое зацепление включенной передачи проходит весь силовой поток. Известны, однако, коробки с разветвленным потоком, включающим две или три ветви.

Коробки передач  с одним одновременно включаемым элементом управления имеют обычно не более шести передач. В механических трансмиссиях их выполняют или по трехвальной соосной схеме (рис. 1—3), или двухвальной несоосной (рис. 4).

Рис.1.Схемычетырехступенчатых  соосных  коробок передач:а - автомобиля ГАЗ-53,УАЗ-451; б – ГАЗ-24; в – ВАЗ-2101 г – FORD 4-410; д – Turner T.4.200

Рис. 2. Схемы  пяти- и шестиступенчатых соосных коробок передач с передвижным зубчатым колесом:а - автомобиля ЗИЛ-130; б - Сlагk 280V; в - New process NР541; г - Spicer 8000;

д - Leyland GB 241; е - Spicer 5000

Рис. 3. Схемы  пяти- и шестиступенчатых соосных коробок передач с постоянным зацеплением всех шестерен:

а – КамАЗ, тип 14; б – ZF AK-5; в – IFA W50L; г – ZF AK 6-80

Рис. 4. Схемы  четырехступенчатых несоосных коробок  передач:а – Citroen GS, Skoda 1000 MB; б – Audi; в – Hillman Imperial; г – ЗАЗ-968

 

Рис. 5. Схемы  коробок передач с разветвленным  силовым потоком:а – Fuller RT-915 с двумя промежуточными валами (показана основная часть без дополнительного редуктора); б - Mack TRL-107 с тремя промежуточными валами

13 б) Отличия делителя и демультипликатора.

Демультипликатор  — деталь коробки передач, расположенная  на рычаге переключения мощности.Переключение расположено на рычаге КПП.Все переключения ведутся через педаль сцепления.В ней больше зубчатых колёс, которые имеют меньшие размеры, а следовательно, меньшие моменты инерции и окружные скорости. Такая конструкция повышает срок службы трансмиссии при большой передаваемой мощности. Демультипликатор в конструкции автомобиля - дополнительная коробка передач, устанавливаемая после основной (обычно в одном блоке с ней), предназначенная для увеличения количества низших передач. Как правило, демультипликаторы имеют две ступени (передачи) - прямую и понижающую. Передаточное число понижающей передачи выбирается довольно большим, так что при ее включении все передаточные числа трансмиссии смещаются в диапазон ниже первой передачи основной коробки. В этом, кстати, состоит функциональное отличие демультипликатора от делителя. Функцию демультипликатора может выполнять раздаточная коробка.

Применение  делителя передач улучшает тягово-экономические  качества автомобиля, облегчает управление автомобилем, так как при его  использовании уменьшается частота  переключения передач рычагом переключения. Делитель передач — механический, состоит из одной пары цилиндрических шестерен и синхронизатора.

13 в) Диапазон и плотность  ряда передаточных чисел.

Диапазоном  называют частное от деления передаточных чисел низшей и высшей передачи. Он должен быть тем больше, чем разнообразнее  дорожные условия, в которых работает грузовой автомобиль, и меньше удельная мощность его двигателя. 

 Для коммерческих  автомобилей, работающих преимущественно  в городских условиях, диапазон  передаточных чисел современных  коробок передач составляет 5,0—8,0; для магистральных тягачей и  грузовых автомобилей повышенной  проходимости он уже равен  10—20. Число передач в механических  коробках грузовых автомобилей  варьируется от 5 до 16.

Плотность ряда характеризуется отношением передаточных чисел соседних передач. Чем больше число передач, тем выше плотность  ряда, тем в большей степени  выполняется требование обеспечения  тяговых и экономических свойств  автомобиля. В современных конструкциях коробок передач плотность ряда принята в пределах 1,1…..1,5. На высших передачах показатель плотности  должен быть ближе к нижнему значению.