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 вала вначале 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 сцепления в 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 и заключается в том, что моменты , и являются 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 изменения и от 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.