CC BY
14
1 2 3
Крылов М.В. , Пономарев А.И. , Плахов С.А.
1 2 3
студент; к.т.н., доцент; к.т.н. доцент; кафедра автомобиле- и тракторостроения, Калужский филиал Московского государственного технического университета имени Н.Э.
Баумана
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКИ ПОДКЛЮЧАЕМОГО ПОЛНОГО ПРИВОДА НА АВТОМОБИЛЕ ШЕВРОЛЕ НИВА
Аннотация
В данной работе показано, что установка автоматической электрогидравлической муфты на задний мост автомобиля Шевроле Нива увеличивает проходимость по бездорожью и управляемость на твердом покрытии.
Ключевые слова: автоматическая муфта, трансмиссия, полный привод. Keywords: automatic clutch, transmission, four-wheel drive.
Автоматически подключаемый полный привод - самая сложная и дорогая схема полного привода: при нормальной эксплуатации момент передаётся только на одну ось, а при необходимости подключается вторая ось.
Эти трансмиссии позволяют двигаться как с отключенным полным приводом для экономии топлива, так и в режиме постоянного полного привода без ущерба для управляемости и риска повредить трансмиссию. Фактически, это трансмиссия, которую можно принудительно перевести в режим, при котором крутящий момент передается только на два колеса.
Конструкция системы полного привода, подключаемого автоматически, аналогична постоянному полному приводу. Исключение составляет наличие муфты подключения задней оси [1]. Вал, который передает крутящий момент на ведущую ось, через специальную муфту связан с колесами другой оси. Муфта обычно устанавливается в непосредственной близости к заднему мосту. В нормальных условиях движения муфта разблокирована, а в экстремальных ситуациях - блокирует и передает крутящий момент на колеса вспомогательной оси.
Механическая часть муфты состоит из цилиндрического входного вала с шестеренчатым насосом и рабочим поршнем, ведомого вала с приводной головкой и дисковым кулачком, а также набора фрикционных дисков. Наружные диски соединены с ведущим валом, а внутренние диски через продольное зубчатое зацепление с ведомым валом.
При пробуксовке одного из колес автомобиля возникает разница в частоте вращения между ведомым и ведущим валами, и на поршень направляется то выступающая, то опускающаяся часть кулачковой шайбы. В результате возвратно-поступательного движения поршня давление масла в гидравлической системе повышается и рабочий поршень давит на нажимной диск набора фрикционных дисков. Набор фрикционных дисков сжимается, и между входным и выходными валами возникает таким образом сцепление.
В отличие от традиционных систем постоянного привода система с автоматической муфтой имеет ряд преимуществ: автомобиль сохраняет характеристику переднеприводного, время срабатывания муфты очень мало и задний привод подключается очень быстро, различные размеры шин (аварийное колесо) не вызывают никаких проблем. На рис. 1 представлена схема автоматической электрогидравлической фрикционной муфты [2].
Рисунок 1 - Схема автоматической муфты
Конструкция электрогидравлической муфты [2]. Гидравлическая часть муфты состоит из электрического подпиточного насоса, масляного фильтра, впускных и нагнетательных клапанов, регулятора давления с регулировочным клапаном, предохранительного клапана и гидроаккумулятора. Для того чтобы система могла быстро срабатывать, подпиточный электрический насос, начиная с частоты вращения 400 об/мин, нагнетает в гидравлической системе муфты давление подпитки 0,4 МПа. Давление подпитки поддерживается гидроаккумулятором и воздействует как на поршни насоса, так и на рабочий поршень. Преимуществом такой компоновки, является то, что, с одной стороны, поршень насоса прилегает к дисковому кулачку и, с другой стороны, благодаря легкому давлению подпора устраняется зазор из набора фрикционных дисков. Гидроаккумулятор наряду с поддержанием давления подпитки имеет еще одну задачу -выравнивать колебания давления в системе.
Предохранительный клапан предотвращает подъем управляющего давления свыше 10 МПа, защищая детали муфты от перегрузок. Клапан открывается, если действующее на его запорный орган давление преодолевает усилие предварительно сжатой пружины. При повышении давления до 10 МПа клапан открывается, перепуская масло в питающую магистраль и в резервуар через гидроаккумулятор, в результате чего давление масла в системе снижается до заданного уровня.
Основной элемент гидравлики - регулировочный клапан регулятора давления, определяет величину давления на диски и управляется от исполнительного двигателя, который в свою очередь работает по сигналам блока управления.
Когда регулировочный клапан закрыт, то при разнице в частоте вращения между входным и выходным валами создается рабочее давление, величина которого ограничивается предохранительным клапаном. Крутящий момент через муфту передается на задний мост.
Блок управления через шину данных (САК-Вш) получает от АБС информацию о частоте вращения колес, продольном ускорении, сигнале торможения и включении ручного тормоза. Блок управления двигателя также через САК-Вш выдает информацию о
частоте вращения двигателя и положении педали акселератора. Наряду с входными сигналами через САКБш блок управления муфты получает также дополнительные сигналы непосредственно от выключателя сигнала торможения ручного тормоза (муфта размыкается при включенном ручном тормозе) и от датчика температуры муфты.
Для установки электрогидравлической муфты на автомобиль Шевроле Нива необходимо демонтировать карданный вал, передающий крутящий момент от раздаточной коробки к задней главной передачи, и разобрать редуктор заднего моста [3]. Вместо старого ведущего вала задней главной передачи установить новый удлинённый, входящий своим концом со шлицами в корпус муфты. Далее устанавливается новый укороченный карданный вал и подсоединяются провода к блоку управления.
Рисунок 2 - Муфта в сборе с задним мостом Шевроле Нива
Расчет конструкции муфты. Расчет производится для проверки работоспособности муфты при её установке на автомобиль Шевроле Нива. Для передачи крутящего момента от карданной передачи на главную передачу используется многодисковая фрикционная муфта, которая, помимо передачи вращающего момента, также выполняет функцию предохранительной муфты при высоком вращающем моменте происходит проскальзывание.
Схема многодисковой фрикционной муфты показана на рис. 3 [1].
Рисунок 3 - Схема фрикционной муфты
Рассчитаем условие передачи муфтой требуемого момента [4]:
тТр = К • Т
где К=1,25...1,5 — коэффициент запаса сцепления; Т — крутящий момент, передаваемый муфтой [Нм];
Крутящий момент Т, передаваемый муфтой, примем равным 127,5, что соответствует максимальному крутящему моменту создаваемому двигателем автомобиля Шевроле Нива. Таким образом, учитывается ситуация, когда автомобиль эксплуатируется только как заднеприводный, т.е. весь крутящий момент передается на заднюю ось.
Ттр = 1,3 • 127,5 = 165,75 Нм
Необходимо рассчитать рабочие поверхности дисков на износостойкость по возникающему на них давлению [4]:
_ 8КТ ! " #
где Эн, Эв, Эс — наружный, внутренний и средний диаметры рабочей поверхности дисков [м]; f — коэффициент трения для дисков; ъ — число поверхностей трения; р — расчетное давление на рабочей поверхности диска [МПа]; [р] — допускаемое давление для дисков [МПа].
Коэффициент трения для материала дисков металлокерамика по закаленной стали f
= 0,4.
Допускаемое давление для материала дисков металлокерамика по закаленной стали [р] = 2 МПа.
8-1,3-127,5 . дугтт
$ = г—;—^—^—5-г = 1,51 МПа
^ [3,14(0,122 -0,062 )0,092 0,4-8]
Для того чтобы муфта не пробуксовывала, необходимо рассчитать осевую силу сжатия дисков, по которой в дальнейшем будет выбрано давление масла, подаваемого в муфту. Осевую силу рассчитаем по формуле [4]:
Расчет фрикционной муфты показал, что расчетное давление на рабочей поверхности диска не превышает допустимое. Поэтому диски из выбранного материала выдержат оказываемое на них давление. Рассчитана величина осевой силы сжатия фрикционных дисков, необходимая для надежной работы муфты.
Выводы. Система полного привода с автоматической фрикционной многодисковой муфтой является наиболее выгодной и высокотехнологичной. Она обеспечивает безопасность движения автомобиля по мокрой дороге, подключая, когда это необходимо, полный привод; помогает преодолеть труднопроходимые участки дороги. Полный привод с автоматической муфтой гораздо экономичнее постоянного полного привода, т.к. подключает заднюю ось только в случае пробуксовки одного или нескольких колес, а в обычном режиме ведущей является только передняя ось.
Литература:
1.Полный привод с муфтой «НаМех». [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://vwts.ru/vw_doc2/awd_haldex_rus.pdf.
2.Полноприводная трансмиссия. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/polnoprivodnaya-transmissiya/mufta-haldex.
3.Погребной С.М., Горфин И.С. Руководство по ремонту и эксплуатации Шевроле Нива. -М.: Третий Рим, 2010.
4.Фрикционные (асинхронные) муфты. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.metiz-krepej.ru/mufta/friktcionnye_mufty.html.
