автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Выбор рациональных характеристик трансмиссионных вязкостных муфт легковых полноприводных автомобилей

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ 4 Г' УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ»

, М|Л|| то!)

На правах рукописи ИСХАКОВ НАИЛЬ МЯГСУМОВИЧ

УДК 629.001.026

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАНСМИССИОННЫХ ВЯЗКОСТНЫХ МУФТ ЛЕГКОВЫХ ПОЛНОПРИВОДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Специальность 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1998

Работа выполнена на кафедре "Автомобили " Московскго государственного технического университета «МАМИ»

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ -

[ЛЕВИН И.А.| - профессор, кандидат технических наук

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ

АКСЕНОВ В.П. - профессор, доктор технических наук БАРЫКИН А.Ю. - доцент, кандидат технических наук

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ АО "Москвич"

Защита диссертации состоится 24 июня 1998г. в 14.00 часов на заседании специализированного Совета К 063.49.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук при Московском государственном техническом университете «МАМИ» по адресу: 105023, г. Москва, ул. Б.Семеновская, 38, МАМИ, ауд. Б-301.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке университета.

Автореферат разослан 22 мая 1998г.

Ученый секретарь

специализированного Совета , /Порядков В.И./

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертации. Одним из важнейших аспектов проектирования и расчета автомобилей является обеспечение их активной безопасности. Именно стремлением повысить уровень активной безопасности объясняется повышенный интерес к полноприводным легковым автомобилям, т.е. рациональному использованию сцепного веса автомобиля, особенно при большой удельной мощности двигателя и на дорогах с низкими и неравномерными сцепными свойствами. Поиски эффективных и экономически целесообразных решений для автоматического распределения мощности в трансмиссии автомобиля привели к использованию вязкостных муфт ( ВМ ). Однако работа вязкостных муфт, методы их расчета, требования к ним изучены недостаточно полно. Существующие методики выбора конструктивных параметров не полностью отражают всех требования к ВМ с точки зрения обеспечения активной безопасности автомобиля, поэтому диссертация, посвященная вопросу о выборе рациональных характеристик и конструктивных параметров ВМ, является актуальной.

Целью работы является методики выбора рациональных параметров трансмиссионных вязкостных муфт для обеспечения требуемого уровня активной безопасности движения легкового автомобиля.

Методы исследований. В теоретических исследованиях применен метод математического моделирования движения автомобиля и функционирования вязкостной муфты. Экспериментальные исследования осуществлялись при помощи стендовых испытаний вязкостных муфт.

Объект исследования - полйоприводный автомобиль малого класса, экспериментальные вязкостные муфты (МГТУ «МАМИ» и АО «Москвич»).

Научная новизна диссертации заключается в следующем: 1. Разработана математическая модель функционирования ВМ в режиме вязкого трения и при 'Ъитр "-эффекте с учетом нестационарного температурного поля.

2. Разработана методика выбора рациональных конструктивных параметров ВМв соответствии с требованиями к ее характеристикам.

Практическая ценность. Полученные результаты позволяют:

- рассчитать характеристики ВМ по ее конструктивным параметрам, в том числе при «А«т/»>-эффекте;

- выбирать конструктивные параметры ВМ по требуемым характеристикам;

- проводить теоретические исследования движения и поведения автомобиля, снабженного ВМ.

Реализация диссертации. Методики расчета и выбора рациональных параметров ВМ внедрены в УГК АО "Москвич", НТЦ А/О "КамАЗ" и используются при разработке вязкостных муфт для перспективных автомобилей, а также в учебном процессе в Московском государственном техническом университете «МАМИ» и Камском политехническом институте.

Апробация работы. Диссертация рассмотрена и одобрена на заседании кафедры "Автомобили" Московского государственного технического университета «МАМИ». Основные ее положения докладывались на республиканских и международных конференциях.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. Работа содержит 114 страниц машинописного текста, 5 таблиц, 52 рисунка, список использованных источников включает 140 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу работ, посвященных исследованию трансмиссий полноприводных автомобилей. Вопросы распределения крутящего момента при применении различных конструкций межосевых и межколесных дифференциалов исследовались в работах Агейкина Я.С., Аксенова П.В., Антонова Д.А., Карузина О.И.,

Левина И.А., Лефарова А.Х., Литвинова A.C., Певзнера Я.М., Пирковского Ю.В., Селифонова В.В., Б.С., Фаробина Я.Е., Чудакова Е.А., Lorenz К., Uhl IV., Lonzer H., Peschke W., Rompe К., Scott D. и др.

Однако, незначительное число работ посвящено вопросам использования вязкостных муфт в трансмиссиях полноприводных автомобилей. В работах Агеева A.B., Барыкина А.Ю., Lorenz К., Uhl IV., Lonzer H., Peschke IV., Scott D. и др. исследуются вопросы влияния ВМ на устойчивость движения автомобиля, на тяговые свойства и проходимость и пр.

В результате анализа литературы можно отметить следующее:

- недостаточно полно определены требования к характеристикам ВМ для некоторых схем привода;

- теория процессов, происходящих при функционировании ВМ, недостаточно изучена;

- аналитические описания работы ВМ, базирующиеся на определении среднеобъемной температуры, приводят к значительным погрешностям в расчетах и не учитывают многие аспекты работы ВМ, что ограничивает возможности их практического применения;

- допущение о концентрации имеющегося внутри ВМ воздуха у ее оси, а жидкости - на периферии, вследствие центробежных сил, требует уточнения;

- предложенная оценка характеристик ВМ коэффициентом сопротивления кинематическому рассогласованию не является исчерпывающей, т.к. не учитывает нестационарность протекания процессов при функционировании ВМ;

- в полной мере не определена взаимосвязь конструктивных параметров и условий функционирования с характеристиками ВМ, особенно, в процессе ее разблокировки.

Таким образом, можно сформулировать следующие задачи:

- определить требования к характеристикам ВМ;

- разработать математическую модель ВМ с учетом специфики ее работы на различных режимах;

- провести экспериментальные исследования для проверки адекватности математической модели реальным физическим процессам;

- разработать методику выбора конструктивных параметров ВМ, позволяющих получить требуемые характеристики.

Во второй главе на основе математических моделей определены требования к характеристикам вязкостных муфт с точки зрения управляемости и устойчивости движения автомобиля и разработана математическая модель вязкостной муфты.

В связи с тем, что изложенная ниже модель вязкостной муфты достаточно сложна и исследование по отдельным конструктивным параметрам не дает общего представления, характеристику вязкостной муфты представим кусочно-линеаризированным коридором (рис. I).

Рис. 1 Кусочно-линеаризированная и реальная характеристики ВМ

Угол наклона участка I будем оценивать максимальным и минимальным коэффициентами сопротивления кинематическому рассогласованию или «жесткостью» ВМ и а участок II максимальным и минимальным моментом ВМ и Мд^} или соответствующим этим моментам кинематическими рассогласованиями Дсот и Лсо02

(использование последних более удобно). Ниже будет показано, что участок I характеризует работу ВМ с малым изменением температуры силиконовой жидкости, а участок II - при ее значительном изменении.

В данной работе рассматриваются и обобщены наиболее чувствительные инструментальные оценки управляемости и устойчивости автомобиля с ВМ, которые по условиям определения можно разделить на две группы: при установившихся реакциях и не установившихся. С помощью пакета программ «СТАБКОН», разработанного на кафедре «Автомобили» МГТУ МАМИ, была произведена оценка влияния вязкостных муфт на устойчивость и управляемость полноприводного автомобиля при установившихся реакциях по следующим критериям: запасу стабилизирующего момента 1/с , который определяется максимально возможным приращением стабилизирующего момента при изменении угла дрейфа и постоянном угле поворота управляемых колес; чуствительности автомобиля к управлению О (производной поворачиваемости по углу поворота управляемых колес); эффективности стабилизации Ср (производной величины запаса стабилизирующего момента по углу дрейфа).

В пакет «СТАБКОН» была добавлена модель трансмиссии. Для определения реакций на каждом колесе решалась система уравнений:

<1<±)1„ ; ; ;

= к-к< 0)

где Зк - момент инерции колеса; со1к - угловая скорость /-го колеса; М1К -крутящий момент, подводимый к /-ому колесу; Я1^ - продольная реакция

на /-ом колесе; г^ - радиус качения 1-го колеса.

Потребный момент двигателя определялся из условия поддержания заданной скорости движения автомобиля:

Ме = М/ + М„+\2 (2)

где М - момент двигателя; М ,-■ приведенный момент сопротивления е /

качению; М - приведенный момент сопротивления воздуха; Му -^ 1,2

приведенный момент сопротивления движению от боковых сил на управляемых колесах.

Моменты, подводимые к колесам, связаны с моментом двигателя как (здесь и далее для простоты принимаем, что все дифференциалы симметричны):

м1К=<Ме1КП/2М°ВМ>'10-МВМ

МЬ(Ме1КП/2-МВМ)10 + МВМ

Мк=(^кп/2+м°вм>1о-мвм <3>

М4к=(Ме1кп/2+М°вм)10+М2ш где ¡ки,1д- передаточные отношения коробки передач и главной пере-0 12

дачи; ^ВМ'^ВМ'^ВМ" моменты соответственно межосевого,

переднего и заднего дифференциалов.

0 7 2

Моменты Мивм,М,Мдд/ определяем согласно выше изложенной кусочно-линеаризированной характеристики ВМ:

м\

0 -кО („П „3 .

ВМ=КЛсо(б}К-'0}2К) (4)

ВМ=КАсо(фК-а,К)

м

0 12

где Кд №дю~ сопротивления кинематического рассогла-

сованию ВМ установленных соответственно в межосевом, переднем и

П ?

заднем дифференциалах; w^ - угловые скорости на соответствующих валах межосевого дифференциала.

В результате расчетов были определены рациональные значения

«жесткости» ВМ ПРИ их использовании для блокировки диффе-

ренциалов.

Рис. 2 Зависимость 1/с от бокового ускорения при комбинированной установке ВМ

Рис. 3 Зависимость от бокового ускорения при комбинированной установке ВМ

0.16 С, 0.12

0.08

0.04

0.00

2.5 3.5 4.5 ./у,м/с2 5.5

Рис. 4 Зависимость Св от бокового ускорения при комбинированной установке ВМ

На рис. 2-4 показаны зависимости вышеуказанных критериев от бокового ускорения при установке ВМ в задний, передний и межосевой дифференциалы.

Анализа показал, что «жесткость» вязкостных муфт целесообразно ограничивать для ВМ установленной в переднем дифференциале величиной КЛа> не более 6 Нмс, а при установке в центральном или заднем дифференциалах - не более 8 Нмс. При комбинированной установке «жесткость» центральной ВМ К&ш можно увеличить до Ю Нмс.

Исследования при неустановивших реакциях проводились с помощью сертифицированного пакете программ "МИДАС" , разработанного совместно ЛИИ им. Горбунова и УГК А/О «Москвич». Критерием оценки принималась максимальная скорость автомобиля У™ах при выполнении маневров «поворот», «переставка», «змейка».

С помощью данного пакета программ "МИДАС" были получены требования к вязкостным муфтам в виде диапазона рациональных значений (рис.1), т.е. и К™^1 и, соответствующих Асо01 и Аа02- Некоторые результаты расчетов представлены в табл.1.

Таблица 2.1.

Диапазоны рациональных значений КЛа и Аа>0%пя некоторых видов ВМ

Вариант установки Каш Ла>о Вид маневра Увеличение скорости, %*

Для заднего моста 185... ...200 2,5... ...1,0 «Поворот» 14

«Переставка» 1

«Змейка» 3

Для переднего моста 268... ...280 1,2... ...1,6 «Поворот» 7

«Переставка» 1

«Змейка» 8

Для установки во всех дифференциалах: «Поворот» 7

«Переставка» 1

переднем заднем центральном

Кла = 4...5 Ао)0~ 3...6 КЛш = 6.. .10 Ащ- 6...12 Каю ~ 8...12 Аа>0= 8... 12 «Змейка» 20

Основываясь на результатах теоретических и экспериментальных исследованиях, была разработана математическая модель ВМ, позволяющая произвести расчет момента вязкого трения и момента трения при "hump"-эффекте с учетом нестационарных температурного поля и поля давления силиконовой жидкости, а также при изменении зазоров между дисками.

ВМ представляет собой многодисковый механизм, в котором момент передается за счет жидкостного трения в режиме вязкого трения, а в случае отсутствия распорных колец между дисками при так называемом "hump " - эффекте.

В общем случае на элементарный объем жидкости между двумя дисками на радиусе г действуют касательные напряжения сдвига, нормальные напряжения по оси вращения и по радиусу, а также массовые силы: гравитации и инерции, но наибольшую значимость несут касательные напряжения, описываемые уравнением вязкого трения Ньютона:

дт=рдУЩл^0 (5)

где дх - касательное напряжение, Н/м; ц - динамическая вязкость жидкости, Па с; 0 - производная скорости сдвига Упо нормали.

Опуская промежуточные выкладки из уравнения (5) получаем дифференциальное уравнение для передаваемого ВМ момента йМвм'.

—г'<1/, (6)

5

В уравнении ( 6 ) следует учесть наличие перфорации дисков. Аналитически это сделать достаточно сложно, что оправдывает введение поправочного параметра - коэффициента перфорации дисков к,1 ( принимая кл = 1 для сплошных дисков ). Суммируя по количеству зазоров при вязком трении, получаем:

(7)

I $

Как отмечалось в исследованиях Барыкина А. Ю. шероховатость поверхности дисков практически не влияет на момент ВМ, но при специальной химической обработке дисков за счет повышения адгезии момент вязкого трения ВМ может быть значительно увеличен, что обуславливает введения коэффициента поверхности кс в формулу (3):

¿М вм =1 ру—г 2 кл кс <1/, (8)

< *

Сложность интегрирования уравнения ( 5) состоит в том, что необходимо учитывать неоднородность температурного поля ВМ, влияющую на вязкость рабочей жидкости по всему рабочему объему ВМ, из-

меняющуюся величину зазоров между дисками, процент заполнения ВМ силиконовой жидкостью, а также рассматриваемый ниже "hump"-эффект.

В настоящее время природа "hump "-эффекта еще недостаточно изучена, поэтому, прежде чем выдвинуть гипотезу о причинах его возникновения, выделим несколько отправных пунктов:

1.Как отмечается в исследованиях ряда авторов, для получения "hump"-эффекта необходимы два условия: определенный тип перфорации и возможность осевого перемещения дисков хотя бы одного пакета.

2.При исчезновении кинематического рассогласования момент ВМ резко падает и для вторичного его достижения нужно снова пройти фазу вязкого трения.

3.Гипотеза Барыкина А.Ю о "прижатии" дисков разноименных пакетов и возникновении "полусухого" трения при "hump"-эффекте не объясняет механизма разблокировки ВМ и требует дополнительной проверки.

4. "Hump"-эффект возникает при достижении температуры и давления силиконовой жидкости определенных значений и сопровождается их резким повышением.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что следующие факторы влияют на наступление "hump"-эффекта: смещение дисков, т.е. перераспределение зазоров между дисками; наличие перфорации дисков определенного типа; достижение определенных значений температуры и давления; коэффициент заполнения ВМ силиконовой жидкостью. Предлагается следующая гипотеза о возникновении "hump "-эффекта. При возникновении кинематического рассогласования возникает момент вязкого трения, сопровождаемый ростом температуры и давления. Имеющийся в ВМ воздух, сжимаясь, сдерживает рост давления жидкости. Из-за неравномерности охлаждения ВМ возникает неравномерное температурное поле ВМ и, следовательно, неравномерное поле давления силиконовой жидкости. Неравномерное поле давления силиконовой жидкости вызывает смещение дисков в осевом направлении, т.е. изменяются зазоры между дисками. Делаем предположение, что при опре-

делснных значениях температуры и давления жидкости, а также при уменьшении зазоров до определенной величины, возникает "склеивание" дисков силиконовой жидкостью (т.е. силиконовая жидкость связывает диски на молекулярном уровне). Таким образом, возникает «китр»-пара дисков. При исчезновении кинематического рассогласования температура и давление начинают падать и "склеивающее" действие силиконовой жидкости исчезает. Дальнейшая стабилизация температуры и давления вызывает смещение дисков в сторону однородности зазоров. Несмотря на отсутствие данных о физико-химических основах данного эффекта, для успешного практического использования можно экспериментально получить взаимосвязь момента при «/штрл>-эффекте, времени его наступления от кинематического рассогласования и конструктивных параметров ВМ.

Для оценки момента ВМ при «/ггтг/^-эффекте введем коэффициент псевдовязкости кпи как функцию зазора температуры жидкости Тж и давления Рж . Таким образом, уравнение ( 8 ) примет вид:

При неполном заполнении внутреннего объема ВМ силиконовой жидкостью при решении уравнения ( 6 ) следует рассчитывать эффективный внешний радиус дисков, основываясь на эффекте Вайсермана, т.е. при вращении неньютоновская (в т.ч. силиконовая) жидкость концентрируется у оси ВМ, а воздух на периферии.

Для расчета температурного поля ВМ и поля давлений силиконовой были введены ряд общепринятых допущений и положений.

Расчет температуры делим на два этапа: на первом этапе без учета движения жидкости и смещения дисков, т.е. учитываем только диссипацию энергии трения, а на втором этапе корректируем температуру для учета движения жидкости и смещения дисков (изменения зазоров).

Для расчета нестационарного температурного поля ВМ необходимо решить дифференциальное уравнение теплопроводности для каждого элемента ВМ, которое запишем в цилиндрических координатах:

"pjPi

дт г дг

дТ\ о д2Т

где ер, - удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(кг К); г; -плотность, кг/м; lr,zji - коэффициент теплопроводности соответственно по координате г, г и у, Вт/(м К); q,j =/(r,zJ) - объемная мощность тепловыделения, Вт/м; j - номер элемента ВМ,у = 1,2,3.... Граничные условия:

awi (Ts h -ЯгУГ¡дп j (11)

где awi - коэффициент теплоотдачи между / - поверхностью и окружающей средой, Вт/(мК); Т, - температура среды, К; Tw« - температура /-ой поверхности объекта, К.

= (12)

где йн.< - коэффициент теплоотдачи между / - поверхностью диска и жидкостью, Вт/(м К); Td - температура диска, К; Tu - температура жидкости со стороны /-ой поверхности объекта, К.

Начальные условия: Т(0)= То (13)

Решения уравнения (10) осуществлено методом конечных разностей по "неявной " схеме, ввиду ее абсолютной устойчивости, представляя элементы ВМ в виде сеточных областей ( рис. 5 ). Составив разностные уравнения для всех элементов ВМ, получим систему линейных алгебраических уравнений диагонального типа, решение которой определяет нестационарное поле температур ВМ.

Как уже отмечалось выше, с ростом температуры жидкость значительно расширяется, что ведет к росту давления внутри ВМ. В процессе работы ВМ можно выделить два этапа работы по давлению: изменение давления ввиду роста температуры жидкости и изменение давления ввиду движения жидкости и смещения дисков.

Рис. 5 Представление вязкостной муфты в виде сеточной области

Изменение объема жидкости с учетом коэффициента заполнения ВМ определяется следующим образом:

У'= 7*1(1 + Р(Т,-Т0)) (14)

где у- коэффициент заполнения ВМ жидкостью при То, К; - внутренний объем ВМ, м3 ; коэффициент объемного расширения жидкости, К"'; То,1 - температура жидкости в начальный и текущий моменты времени, К.

Давление для любого момента времени рассчитываем из условия того, что для каждого элемента давление воздуха и жидкости одинаково. Расчет давления в каждой точке сеточной области позволит определить силы взаимодействия между разноименными дисками, а, следовательно, время наступления второго этапа - "Иитр "-эффекта и величину момента трения ВМ.

Время и условия наступления "Иитр "-эффекта важны для применения ВМ в трансмиссии автомобиля. Поэтому важно иметь возможность рассчитывать изменение зазоров между дисками.

Рассмотрим процесс наступления "Иитр "-эффекта. Пусть линейно растет кинематическое рассогласование на элементах ВМ до максимальной величины и поддерживается на этом уровне. Момент ВМ будет

монотонно возрастать и затем плавно падать из-за нагрева силиконовой жидкости. В связи с неоднородностью температурного поля ВМ и поля давлений заливаемой в нее силиконовой жидкости возникает перепад давлений с разных сторон подвижного диска. В процессе работы ВМ перепад давлений сначала плавно увеличивается за счет сдерживающего влияния воздуха, имеющегося в рабочем пространстве ВМ. Затем, при достаточно сильном сжатии воздуха этот перепад давления начинает резко возрастать. Осевая сила от перепада давления не может сместить диск до тех пор, пока ее величина меньше величины силы трения между диском и корпусом (валом) ВМ. Эта сила трения зависит от приложенного к диску момента и сначала возрастает с ростом момента ВМ, а затем плавно уменьшается с его падением. При незначительной осевой силе, действующей на диск, колеблется около среднего значения, но При резком росте перепада давлений происходит смещение диска, и зазор становится достаточно малым для "склеивания" дисков силиконовой жидкостью -образуется "hump"-пара дисков. Следует также отметить, что в процессе работы ВМ жидкость перетекает из зазоров с более высоким давлением в зазоры с более низким давлением, что приводит к изменению поля температур и поля давления в сторону однородности. При расчетах необходимо учитывать гидравлическое сопротивление перетекания жидкости. Кроме того, если "склеивания" силиконовой жидкости не происходит, то в более узком зазоре силиконовая жидкость разогревается быстрее, давление в зазоре растет и происходит обратное движение подвижного диска к среднему положению.

Расчет смещения подвижных дисков производится по принципу суперпозиции. Первоначально определим смещение диска за малый интервал времени Ат без учета перетекания жидкости из одного зазора в другой, а затем внесем поправки в термодинамические параметры от перетекания жидкости.

Рассмотрим силы, действующие на подвижный диск. Как указывалось выше, неоднородность температурного поля ВМ приводит к неод-

нородности поля давления силиконовой жидкости, заполняющей ВМ. Перепад давления определяет осевую силу на диск, которая может сместить диск в осевом направлении. Между диском и валом возникает трение, которое зависит от приложенного к диску вращающего момента, и движение диска возможно только при превышении осевой силы сил трения в шлицах, т.е. при выполнении условия:

Рос > А* (15)

Определив силы, действующие на подвижный диск, мы можем определить скорость движения диска, а, следовательно, его смещение и сопряженные с ним зазоры.

Особым вопросом при исследовании ВМ, видится необходимость исследования ее теплоустойчивости. В настоящее время полной теории теплоустойчивости агрегатов автомобиля не существует. Однако, в работах Исхакова Х.И. заложены основы такой теории, которые позволяют решать ряд задач на основе критерия теплоустойчивости Кту , который определяется следующим образом:

К ту = (16)

где £+ - отводимая тепловая нагрузка в стационарном режиме, Вт; Е. -тепловая нагрузка внешних и внутренних источников теплоты, Вт; С -теплоемкость объекта, Дж/К; и - скорость нагрева объекта, К/с.

Использование критерия теплоустойчивости для всей ВМ невозможно ввиду значительной неравномерности температурного поля. Поэтому видимо целесообразно, выделить зону с максимальной температурой: объем жидкости между дисками в центре муфты и между внешним и внутренним радиусами дисков. Таким образом можно предохранить ВМ от перегрева на стадии проектирования и определить необходимость использования «Иитр»-эффекта.

В третьей главе была разработана оригинальная методика экспериментальных исследований процесса функционирования ВМ с целью проверки адекватности математической модели ВМ.

Для оценки влияния конструктивных факторов на работу ВМ были созданы шесть экспериментальных вязкостных муфт, которые позволили варьировать конструктивные параметры. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях УГК АО «Москвич» на базе стенда для испытания синхронизаторов и коробок передач фирмы "Carl Schenck AG"(ФРГ), адаптированного для исследований ВМ.

В ходе испытаний определялось влияние на момент ВМ следующих конструктивных параметров: геометрических размеров (внешнего и внутреннего радиусов дисков, зазора между ними (рис.6), перфорации дисков); типа силиконовой жидкости и степени заполнения ею рабочего объема муфты (рис. 7); химической обработки поверхности дисков. В результате были определены коэффициенты перфорации kj и поверхности кс. При исследовании были определены коэффициент псевдовязкости кпи, условия наступления «Лши/да-эффекта и время его окончания.

В результате проведенных экспериментальных исследований было получено удовлетворительное совпадение экспериментальных и теоретических результатов для режима вязкого трения. Погрешность составила не более 10%. Были определены коэффициенты перфорации дисков и коэффициент поверхности. При исследовании "/шш/?"-эффекта были установлено:

- использование «Ашя/то-эффекта в качестве рабочего режима предъявляет высокие требования к уплотнениям;

- для ускорения «разблокировки» ВМ необходимо стремиться к большим начальным зазорам между дисками;

- тип перфорации и химическая обработка значительно влияют на время наступления «hump»-эффекта (рис 8).

- время наступления «/¡«^/»»-эффекта можно оценивать по температуре, при которой силиконовая жидкость занимает весь рабочий объем ВМ.

Мвм, Нм 200

150

100

50

Рис. 6 Влияние зазора между дисками на момент ВМ при различных кинематических рассогласованиях

Л/ям, H м

0 2 4 6 8 4®, С'1

Рис. 7 Влияние коэффициента заполнения ВМ на момент ВМ

V Л - расчет - — — эксперимент

х \ ч Хч

\\ Хч XX 1

2 3

0,2 0,4 0,6 0,8 .V, мм

Рис. 8 Влияние установившегося кинематического рассогласования на время наступления «Лмлир»-эффекта для дисков с химической обработкой (1) и без нее (2)

Четвертая глава посвящена методике выбора конструктивным параметрам вязкостных муфт, удовлетворяющих заданной кусочно-линеаризированной характеристике. Теоретические и экспериментальные исследования позволяют выделить четыре этапа работы ВМ. На первом этапе определяются взаимосвязь конструктивных параметров

и при начальной температуре силиконовой вязкости. На втором

этапе корректируют тип силиконовой жидкости, учитывая падения ее вязкости при А(о01 ■ На третьем этапе рассчитывают соотношение между зазором между дисками и средним радиусом дисков и определяют условия охлаждения вязкостной муфты и необходимость «Литр»-эффекта. На четвертом этапе определяют условия наступления и окончания «Иитр»-эффекта.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель вязкостной муфты (ВМ) применительно к легковому автомобилю. В предложенной модели, в отличие от ранее известных, учитывается: температурное поле вязкостной муф-

ты; поле давлений рабочей жидкости; внешний эффективный радиус дисков, зависящий от степени заполнения ВМ рабочей жидкостью. При этом она позволила описать процесс перехода от режима вязкого трения к "/шт/;"-эффекту и наоборот. Достоверность модели подтверждается стендовыми экспериментальными исследованиями. Расхождение расчетных и экспериментальных данных - не более 10 %.

2. Для проведения теоретических исследований движения автомобиля предложена характеристика ВМ в кусочно-линеаризированном виде,

определяемая максимальной и минимальной «жесткостью» ВМ и и соответствующими кинематическими рассогласованиями

Лфт и А со02, задающие ограничения по моменту ВМ.

3. Разработан алгоритм расчета движения автомобиля с трансмиссионными ВМ, реализованный в пакетах программ «СТАВКОЙ» и «МИ-ДАС» с помощью соответствующих модулей.

4. Теоретическими исследованиями обосновано, что улучшение статических показателей управляемости и устойчивости достигается при ограничении «жесткости» вязкостных муфт, установленной в переднем дифференциале величиной КЛш не более 6 Нмс, а при установке в центральном или заднем дифференциалах - не более 8 Нмс. При комбинированной установке (в центральном и заднем дифференциалах) «жесткость» центральной ВМ КЛа можно увеличить до 10 Нмс.

5. Улучшения динамических показателей управляемости и устойчивости достигается при установке ВМ для подключения заднего моста и составляет от 1 до 14% в зависимости от маневра доя КЛш= 185...200 Нмс и Aûjo - 1,0...2,5 с-' и при установке для подключения переднего моста соответственно от 1 до 8% для КЛа= 268...280 Нмс и Аа0- 1,2...1,6 с">. Аналогичные получены для дифференциального полного привода с ВМ: для передней муфты Кйа = 4...5 Нмс и Аы0 = 3...6 с1, для задней -

КЛа = 6...10 Нмс и Асоо - 6...12 с-1 и для центральной (межосевой) -КЛш = 8... 12 Нмс и Асоо = 8... 12 с-'.

6. Доказано, что использование критерия теплоустойчивости для наиболее теплонагруженной зоны ВМ позволяет получить соотношения конструктивных факторов (геометрических размеров, свойств и типа рабочей жидкости и др.), предотвращающие перегрев ВМ как в режиме вязкого трения , так и при Ъитр"-эффекте, а также оценивать влияние конструктивных изменений на теплонагруженность ВМ.

7. На основе результатов стендовых экспериментальных исследований установлено, что при использовании химической обработки поверхностей дисков (например, сульфационирование) достигается, при прочих равных условиях, повышение момента ВМ до 50 %, а применение рациональной перфорации дисков позволяет повысить передаваемый ВМ момент до 30% и допускает возникновение "Лия?//'-эффекта.

8. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана методика выбора рациональных конструктивных параметров ВМ в соответствии с требованиями к ее характеристикам.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Исхаков Н.М. К расчету автомобильных трансмиссионных вязкостных муфт. Тезисы докладов международной научно-технической конференции МАМИ. М.: МАМИ, 1991.

2. Исхаков Н.М. Математическая модель автомобильной трансмиссионной вязкостной муфты. // Тезисы докладов Международной науч. -техн. конференции'Механика машиностроения". -Набережные Челны: КамПИ, 1995.

3. Исхаков Н.М. Экспериментальное исследование автомобильных трансмиссионных вязкостных муфт // Тезисы докладов Международной науч. - техн. конференции 'Механика машиностроения". -Набережные Челны: КамПИ, 1995.

4. Матюшев С.И., Агеев В.Б., Исхаков Н.М. Аналитическое определение параметров функционирования вязкостной муфты. // Вопросы проек-

тирования и исследования автомобилей: Межвуз. сб. науч.тр. - М.: МАМИ, 1989. -с. 138-146.

5. Матюшев С.И., Исхаков Н.М. К вопросу о тепловом расчете автомобильных трансмиссионных вязкостных муфт. // Материалы науч. -техн. конференция МАМИ-АЗЛК, 18-21 февраля 1991 г. - М.: МАМИ, 1991.-с.

6. Матюшев С.И., Исхаков Н.М. К расчету вязкостных муфт применяемых в трансмиссиях автомобилей. // Материалы науч. - техн. и науч. - методич. конференции, посвященной 50-летию МАМИ.4.1.- М.: МАМИ, 1989,-с. 138-146.

7. Мерзликин П.А., Матюшев С.И., Исхаков Н.М. Стенд для исследования автомобильных вязкостных муфт. // Совершенствование эксплуатационных свойств автомобиля. Межвуз. сб. науч. тр. М.: МАМИ, 1990, с.95-97.

Исхаков Наиль Мягсумович

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

"ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ТРАНСМИССИОННЫХ ВЯЗКОСТНЫХ МУФТ ЛЕГКОВЫХ ПОЛНОПРИВОДНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ"

Лицензия ЛР №021209 от 17 апреля 1997 г. Подписано в печать 20.05.98 Заказ 129-98 Тираж 100 Бумага типографская_Формат 60x90/16_

МГТУ "МАМИ", Москва, 105839 Б. Семеновская ул., 38