Муфты сцепления траткоров

 

 

 

 

 

АННОТАЦИЯ

 

 

Муфты сцепления тракторов.

 

Цель курсового проекта  – более углублённое, всестороннее и детальное изучение принципов работы муфт сцепления тракторов.

 

В ходе выполнения работы были рассмотрены основные принципы работы, условия работы и требования, предъявляемые, к муфтам сцепления тракторов, расчеты фрикционной муфты и прогнозирование несоосности ее элементов, а так же была рассмотрена гидродинамическая муфта и особенности ее конструкции и расчета.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1.ВВЕДЕНИЕ. 4

2. КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ФРИКЦИОННОЙ МУФТЫ 4

3. РАСЧЕТ РАБОТЫ ТРЕНИЯ ФРКЦИОННОЙ МУФТЫ 11

4. ВОЗМОЖНЫЙ ИЗНОС ФРИКЦИОННЫХ НАКЛАДОК И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СРОКА СЛУЖБЫ МУФТЫ 20

5. ОСНОВЫ ТЕПЛОВОГО РАСЧЕТА ФРИКЦИОННОЙ МУФТЫ 23

6. НЕСООСНОСТЬ ВАЛОВ ФРИКЦИОННОЙ МУФТЫ 30

7. ГИДРОМУФТА 34

8. ВОЗМОЖНЫЕ УЛУЧШЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ 41

9. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 44

 

 

 

1.ВВЕДЕНИЕ.

 

Фрикционные муфты на современных  тракторах зачастую используются в  качестве основных муфт сцепления, значительно реже — гидродинамические. Фрикционные муфты должны обеспечивать быстрое и полное отключение трансмиссии от двигателя, плавное включение, надежную передачу крутящего момента в течение всего срока службы трактора и предохранение трансмиссии от перегрузок. Если параметры процессов выключения и включения муфты зависят в основном от квалификации тракториста, конструктивного исполнения и параметров механизма управления муфты, то надежность передачи крутящего момента и способность предохранять трансмиссию от перегрузок определяются стабильностью коэффициента запаса муфты. В свою очередь на величину коэффициента запаса и срок службы влияют интенсивность износа пар трения, их конструктивные параметры и тепловой режим.

Подход к оценке стабильности выходных параметров и срока службы фрикционных элементов муфты должен быть вероятностным, так как износно-фрикционпые характеристики пар трения и осевое усилие нажимных пружин не имеют точных значений у наиболее распространенных постоянно замкнутых муфт сцепления одной и той же конструкции, изготовленных в одних и тех же производственных условиях. Эти значения подчинены вероятностным зависимостям. Нагрузки, действующие на элементы муфты (работа трения и передаваемый крутящий момент), также переменны. Их значения могут быть описаны вероятностными характеристиками.

2. КОЭФФИЦИЕНТ ЗАПАСА ФРИКЦИОННОЙ МУФТЫ

 

Одним из основных выходных параметров муфты сцепления, существенно влияющих на динамические качества тракторного агрегата, нагруженность и срок службы элементов трансмиссии и самой муфты является коэффициент запаса β. Его величина определяется по формуле:

 

где М_ф—момент трения полностью включенной муфты, М_дн — номинальный крутящий момент двигателя; Р — суммарное осевое усилие нажимных пружин, c_П и λ_Р — жесткость и величина деформации нажимной пружины включенной муфты, k_П — число пружин в муфте; μ — коэффициент трения, r_ТР — радиус трения; z — число пар поверхностей трения.

Для теоретических расчетов чаще всего используют номинальное, или расчетное, значение коэффициента запаса, исходя из предпосылок, что все входящие в (6.1) параметры в процессе производства и эксплуатации не меняются. Однако в реальных условиях постоянными можно принимать лишь параметры z,k_П и r_ТР, так как в производстве и эксплуатации они либо не претерпевают изменений (z и k_П), либо меняются незначительно (r_ТР). Параметры λр, с_П, μ и М_ДН изменяются случайно, отклоняясь от своих номинальных значений. Они имеют первоначальный разброс, обусловленный нестабильностью свойств материала и технологического процесса. Кроме того, с течением времени эксплуатации трактора эти параметры также претерпевают постепенные изменения, вследствие чего меняется также коэффициент запаса. По этой причине номинальным значением коэффициента запаса целесообразно оперировать лишь при ориентировочных расчетах муфты в основном на стадии эскизного проектирования. Для оценки способности спроектированной муфты выполнять свои функциональные свойства более правильно определять вероятность того, что величина коэффициента запаса β будет находиться в области допустимых значений в течение всего заданного срока службы трактора.

При этом необходимо выбирать область допустимых значений коэффициента запаса следующим образом. Нижняя граница области допустимых значенийдолжна быть такой, переход через которую может привести при прочих равных условиях к интенсивному росту работы трения муфты при ее включении и прогрессирующему износу пар трения, т.е.  С другой стороны, при установившемся режиме работы трактора муфта должна надежно передавать крутящий момент двигателя с учетом его колебаний, т.е. При несоблюдении этого условия возможно проскальзывание ведомых элементов муфты относительно ведущих и как следствие потеря скорости движения трактора и производительности агрегата, а также повышенный износ пар трения. Следовательно,

 

 

За искомую величину принимается большее из найденных значений или . Верхнюю границу области допустимых значений коэффициента запаса можно выбирать из условий, что при β>не достигается ощутимого уменьшения работы трения муфты. Следует учитывать, что при анализе неустановившегося режима работы муфты (ее буксования) в расчет нужно принимать динамический коэффициент трения μ_д, а установившегося режима работы — статистический μ_ст. При этом μ_ст>μ_д. Разница между μ_ст и μ_д зависит от материала пар трения, состояния и продолжительности контакта поверхностей трения. Для фрикционного материала КФ-2 и серого чугуна СЧ 18-36 μ_ст ≈1,25μ_д при незначительной продолжительности контакта (t_конт ≈ 0). Анализ зависимости L = f(β) свидетельствует о том, что для тракторов «Беларусь» можно принимать с учетом

 

При этом большая стабильность коэффициента запаса обеспечивает более  высокие функциональные свойства муфты  и ее долговечность. Однако сузить границы области допустимых значений можно лишь при условии применения высококачественных дорогостоящих материалов, особенно пар трения, и трудоемких технологических процессов изготовления деталей муфты. Все это может привести в конечном счете к увеличению стоимости муфты и трактора в целом и к снижению его экономической эффективности.

Определяем предельные значения коэффициента запаса, отвлекаясь от вероятностной природы изменения параметров отдельных элементов муфты, и сравниваем их с областью допустимых значений. При этом воспользуемся так называемым критерием «худшего случая», в силу которого муфта должна нормально функционировать при условии, что отдельные параметры ее элементов в любых комбинациях одновременно принимают наихудшие значения на границах областей допустимых значений. Тогда с учетом износа

 

 

 

где , , — верхние, а , , — нижние отклонения от номинальных значений соответственно деформации и жесткости пружин и крутящего момента двигателя, — износ рабочих поверхностей фрикционных накладок и сопряженных деталей. Здесь верхние знаки (+) или (—) берутся, при определении , а нижние — . Деформация нажимных пружин определяется по методу «максимума—минимума», когда учитываются предельные отклонения размеров (рис.2.1.) :

 

 

 

где (i=l, 2, ..., n) — положительные звенья цепи (с их увеличением деформация пружин и осевое усилие Р возрастают), (i = l, 2, ..., п) — отрицательные звенья размерной цепи (с их увеличением деформация пружин и усилие Р уменьшаются), — предельные отклонения размеров.

 

Рис.2.1.Конструктивная схема  постоянно замкнутой муфты сцепления

 

 

 

При = 0 подсчитывается номинальное значение деформации, а для неизношенных фрикционных пар принимается = 0. Верхние и , и нижние и отклонения жесткости и деформации нажимных пружин подсчитываются с учетом предельных отклонений размеров по рабочим чертежам деталей муфты. Максимальное и минимальное значения коэффициента трения μ выбираются по соответствующим ГОСТ, а отклонения и номинального крутящего момента подсчитываются с учетом отклонений мощности и частоты вращения коленчатого вала по техническим условиям на двигатель.

Если за основу взят вероятностный  подход к определению возможных значений коэффициента запаса той или иной муфты, то сначала определяют его математическое ожидание

 

 

 

где , , , — математическое ожидание соответственно деформации и жесткости нажимных пружин муфты, коэффициента трения фрикционных пар и номинального крутящего момента двигателя.

 Далее определяем математическое ожидание (среднее значение ) величины деформации для какой-то определенной продолжительности эксплуатации трактора, согласно теоретико-вероятностному методу расчета размерных цепей

 

 

 

и половина поля допуска на величину деформации

 

 

 

где (i=l, 2, ..., п) и (i = 1, 2  т) — средние размеры (по чертежу) положительных и отрицательных звеньев размерной цепи, — половина допуска положительного или отрицательного звена, — коэффициент относительной асимметрии, характеризующий несимметричность распределения отклонений случайной величины относительно середины поля допуска размеров детали, — координата середины заданного поля, —верхний предел звена, — нижний предел звена, — математическое ожидание, — коэффициент относительного рассеивания, служащий для сопоставления величины рассеивания данного звена с рассеиванием при нормальном распределении,— относительное среднее квадратическое отклонение i-гo составляющего звена, — среднее квадратическое отклонение, — относительное среднее квадратическое отклонение при нормальном распределении.

Один из выходных параметров муфты сцепления, ее коэффициент запаса β, связан с параметрами ее элементов ,, μ и крутящим моментом двигателя некоторой зависимостью, f, т. е. β = (,, μ, ). Параметры ,, μ и являются неизвестными случайными величинами. В первом приближении можно принять, что все они подчинены нормальному закону распределения. Поэтому закон распределения значений β также нормальный. Для этого случая среднее квадратическое отклонение σβ при известных средних квадратических отклонениях величин ,, μ и :

 

 

 

Таким образом, определив распределение значений коэффициента запаса β, а также зная область его допустимых значений, можно установить вероятность того, что β находится в области допустимых значений. Для вновь изготовленной муфты (время эксплуатации трактора t_Э=0) решение этой задачи не представляет трудностей. Однако с учетом временного фактора, т. е. продолжительности эксплуатации трактора, решение задачи значительно усложняется, так как в этом случае β = (,, μ, )., где ,, μ, в свою очередь зависят от продолжительности эксплуатации трактора. Изменение этих параметров (особенно с учетом износа Δ_И) в процессе работы трактора происходит под влиянием постоянно действующих факторов, имеющих и случайный, и детерминированный характер. Такими факторами для муфты являются характеристика почвенно-климатической зоны, вид выполняемой работы и состав агрегата, квалификация тракториста, структура машинно-тракторного парка хозяйства и др. Однако установить вероятность того, что βϵ() для какого-то фиксированного момента времени, например t_э= 1000, 2000, ..., 6000 моточасов, можно в первом приближении, если располагать данными по изменению параметров муфты ,, μ и двигателя в процессе эксплуатации трактора, а также знать интенсивность износа фрикционных пар трения.

Рис. 2.2. Распределение плотности вероятностей коэффициента запаса муфты сцепления

 

Распределение плотности вероятностей коэффициента запаса муфты сцепления с учетом продолжительности эксплуатации трактора показано на рис.2.2., нанесена также область допустимых значений коэффициента запаса . Как видно из графика, в начальный момент (t_э = 0) рассеивание величины коэффициента запаса вокруг среднего значения сравнительно небольшое, так как определяется только стабильностью технологических процессов изготовления деталей. С увеличением продолжительности эксплуатации трактора математическое ожидание коэффициента запаса вначале несколько возрастает по мере приработки пар трения, затем уменьшается, а рассеивание относительно растет. Уменьшение связано с ростом износа пар трения, появлением осадки нажимных пружин (уменьшением с_П), ухудшением фрикционных свойств пар трения. Рост объясняется усиливающимся рассеиванием величин Δ_И, μ,  вокруг их средних значений, вызванным значительным различием условий эксплуатации. Вероятность выхода коэффициента запаса за пределы допустимых значений возрастает по мере увеличения продолжительности эксплуатации.

Исходя из данных, полученных в процессе анализа, а также опираясь на опыт конструирования, доводки, испытаний, производства и эксплуатации муфт сцепления можно сделать вывод о том, что основными направлениями повышения стабильности коэффициента запаса являются повышение стабильности фрикционных свойств и износостойкости материалов пар трения, уменьшение жесткости и увеличение деформации нажимных пружин во включенном состоянии муфты с учетом конструктивных и технологических возможностей. При уменьшении с_П и увеличении в значительной мере будет компенсироваться влияние отклонений размеров, влияющих на деформацию нажимных пружин и их суммарное осевое усиление, и износа пар трения.

3. РАСЧЕТ РАБОТЫ ТРЕНИЯ ФРКЦИОННОЙ МУФТЫ

 

Наибольшая величина работы трения достигается при трогании с места тракторного агрегата, поэтому от нее зависит износ рабочих поверхностей пар трения и нагрев элементов муфты. Работа трения муфты за одно включение в свою очередь не остается постоянной. Она зависит от вида сельхозоперации, состава агрегата, почвенно-дорожного фона, номера включенной передачи коробки, квалификации тракториста и др. В основном предлагаются упрощенные аналитические выражения, выведенные для случая мгновенного включения муфты:

 

 

 

Момент инерции I_С тракторного агрегата, приведенный к ведомому валу муфты, рекомендуется определять для высшей транспортной передачи, когда масса прицепа ограничивается силой тяги на крюке, определяемой тяговым расчетом. Однако найденная таким образом величина I_С может оказаться завышенной, так как для обеспечения трогания с места транспортного агрегата на высшей передаче требуется резервировать часть мощности двигателя.