The features of durability prediction of automotive clutches friction paddings



Cite item

Abstract

This article proposes an approach for the adaptation of durability prediction methods of tractor clutches friction paddings to automotive clutches, taking into account specifics of its operation.

Full Text

В работе [1] отмечено, что существенное различие в условиях и режимах эксплуатации тракторов и автомобилей влечёт необходимость внесения корректив в известную методику прогностического расчёта ресурса фрикционных накладок сцеплений, изложенную в [2-4]. Также в [1] предложена одна из таких корректив, связанная с определением средней темпе- ратуры поверхности трения  * , которая согласно гипотезе А.В. Чичинадзе [2 - 4] является составляющей максимальной температуры на поверхности: max V  *В , (1) где: V объёмная температура теплового равновесия (температура насыщения) контртел в узлах трения; В температура вспышки в микроконтакте. Очевидно, требуемые изменения не ограничиваются упомянутыми выше, в связи с чем следует продолжить рассмотрение данной темы. С учётом преимущественных тенденций современного массового автомобилестроения все нижеследующие рассуждения будут касаться однодисковых сухих сцеплений с наклад- ками, изготовленными из асбофрикционных или безасбестовых полимерных материалов. Кроме того, будучи ограниченными форматом журнальной статьи, рассмотрим здесь лишь те закономерности, что характерны для пар трения с кольцевыми накладками, которые характе- ризуются коэффициентом взаимного перекрытия, равным единице. Исходя из данных посылок, температурой В циями[2-4] можем пренебречь. в сумме (1) в соответствии с рекоменда- Формулы, при помощи которых в [2-4] рассчитывается температура V , как утвержда- ется в [1], могут быть использованы для решения интересующей нас задачи. Действительно, структура этих формул не претерпевает каких-либо изменений в связи с отнесением их к сцеплениям автомобилей, однако возникают затруднения, связанные с определением акту- альных для расчёта значений некоторых входящих в них величин. Согласно [2-4]: V V     1 ТП  LKLд , (2) tохл Aв где: V - начальная температура деталей сцепления; ТП коэффициент распределения тепловых потоков в паре трения; L - работа буксования; KLд доля работы буксования, идущая на нагрев контртела;  - коэффициент внешней теплоотдачи; tохл - время охлаждения сцепления (временной интервал между двумя последовательными его включениями); сцеплении. Aв - площадь вентилируемой поверхности при включенном Величины V , ТП , KLд и Aв являются константами или могут быть приняты в качестве таковых: значение V , будучи обусловлено совместным влиянием окружающей среды и ДВС, выбирается из диапазона 2080 C ; коэффициент ТП зависит от физических свойств материалов, из которых изготовлены элементы пар трения, и рассчитывается по формуле Ф. Шаррона [2-4]; KLд 1 2 (для однодисковых сцеплений); наконец, площадь Aв определяется конструктивными особенностями сцепления [2-4]. Работа буксования L не является постоянной величиной, однако методика её расчёта для каждого отдельно взятого процесса трогания автомобиля с места достаточно подробно изложена в работе [5]. Коэффициент внешней теплоотдачи для маховика ДВС и нажимного диска сцепления [2-4]:   0, 4в p , в где: в - коэффициент теплопроводности воздуха при температуре V ; в - коэффициент кинематической вязкости воздуха при температуре V ; p - угловая скорость коленчатого вала двигателя при эксплуатационной загрузке [2-4]. Понятно, что если V  const , то вне зависимости от особенностей эксплуатации машины в  const и в  const . Таким образом, отмеченные ранее затруднения относятся лишь к величинам p и tохл . При оценке температуры насыщения контртел тракторных сцеплений эти величины принимаются в качестве постоянных. Первая из них определяется исходя из характеристик ДВС, а вторая - в зависимости от вида работ, выполняемых машинно-тракторным агрега- том [2-4]. В случае же если расчёт ведётся применительно к сцеплению автомобиля, подобное допущение не оправдано, так как у неспециализированных автомобилей значения p и tохл изменяются в достаточно широком диапазоне (иногда даже за сравнительно короткий промежуток времени), и изменения эти носят случайный характер. В связи с этим предлагается использовать стохастический подход, чья суть описана в работах [5, 6]. Допустим, нам известны плотности распределения вероятностей pp  ƒ p . ptохл = ƒ tохл  и Поскольку вероятность возникновения в эксплуатации тех или иных значений tохл и p зависит от множества взаимно независимых (или слабо зависимых) случайных факторов (до- рожной ситуации, погодных условий, психофизиологического состояния водителя, его инди- видуального стиля вождения и т. п.), можно предположить, что сообразно центральным пре- дельным теоремам данные распределения близки к нормальным [7]. Разумеется, подтвердить или опровергнуть данную гипотезу (как и выявить основные числовые характеристики рас- пределений) возможно только проведением соответствующих натурных статистических ис- следований, которые, впрочем, не являются предметом рассмотрения настоящей статьи. Также положим, что при идентичных условиях и режиме эксплуатации в различных процессах включения сцепления одинаков будет и линейный износ фрикционных накладок. Комплексными характеристиками нагруженности фрикционных узлов в рассматриваемой модели изнашивания являются величины max и L . Тогда каждому сочетанию материала накладок и материала контртел эмпирико-теоретическими методами может быть сопостав- лена характеризующая его трибологические свойства функциональная зависимость числа циклов включения сцепления до предельного допустимого износа накладок от вышеупомянутых величин: nц  ƒ max ; L . Пользуясь представленными в [6] формулами, можем сформировать линейно упорядо- ченные конечные множества эквивалентных значений угловой скорости коленчатого вала p  и времени охлаждения сцепления tохл  , а также сопоставленные им упорядоченные конечные множества вероятностей появления этих значений в эксплуатации Pp  охл и Pt  . Аналогично следует поступить по отношению к тем случайным величинам, которые фигури- руют в соотношениях для расчёта работы буксования L . Стремясь к лаконичности изложе- ния, не станем уточнять здесь их минимальный перечень, определённый в работе [5] приме- нительно к автоматическому сцеплению, тем более перечень этот при иных обстоятельствах может быть расширен. В результате получим тензор эксплуатационных ситуаций (ТЭС), компонентами кото- рого являются эквивалентные значения случайных величин и вероятности их появления в эксплуатации. Понятие «тензор» здесь, как и в [6], будем трактовать в узком смысле, пони- мая под таковым совокупность упорядоченных по нескольким признакам математических объектов. Для каждой принимаемой на рассмотрение эксплуатационной ситуации, характеризуе- мой уникальным сочетанием эквивалентных значений случайных величин, последовательно найдём соответствующие ей значения L (сообразно [5]),  * (по предложенной в [6] методике), V (по формуле (2)), и max (по формуле (1)). Это позволит нам с помощью того или иного конкретизирующего зависимость nц  ƒ max ; L средства (номограммы, таблицы или аналитического выражения) сформировать ещё одно упорядоченное конечное множество nц  , состоящее из чисел включений сцепления до предельного износа накладок в рассматривае- мых эксплуатационных ситуациях. При этом общее число ситуаций (а значит, и требуемых циклов расчёта): n nэ.с.  mi , i1 где: n - общее число фигурирующих в математической модели случайных величин; i 1; n - порядковый номер случайной величины; mi  - общее число принимаемых к рассмотрению эквивалентных значений случайной величины с порядковым номером i . Доля влияния конкретной эксплуатационной ситуации на результирующую долговеч- ность фрикционных накладок в смешанных условиях и режимах эксплуатации зависит, вопервых, от значения nц , которое соответствует этой эксплуатационной ситуации, а вовторых, от частоты её встречаемости, характеризуемой в пределе вероятностью возникнове- ния Pj [5]. Здесь j   j1;; ji ;; jn  есть вектор индексов компонентов ТЭС, а ji 1; mi - порядковый номер эквивалентного значения случайной величины с порядковым номером i . Согласно теореме умножения вероятностей [7] и упомянутому ранее предположению о взаимной независимости факторов, влияющих на значения параметров эксплуатационной ситуации: Pj  n  i1 i j Px  , i i j где: Px  i - вероятность возникновения в эксплуатации ji -го эквивалентного значения случайной величины xi . Поскольку в нашем случае прогнозируемая долговечность фрикционных накладок вы- ражена числом включений сцепления до их предельного износа и является по сути средней взвешенной по вероятности возникновения эксплуатационных ситуаций величиной, для её обозначения уместно применить диакритический надстрочный знак макрон: 1  m1 mi mn P  j nц   n   ,    j1 1 ji 1 jn 1 ц j  j где: nц  - число включений сцепления до предельного износа накладок в ситуации, соответствующей сочетанию эквивалентных значений из ТЭС, определяемому набором индексов в j .
×

About the authors

A. E. Esakov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: ravn@mail.ru
Ph.D.

B. A. Ivobotenko

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Dr. Eng., Prof.

References

  1. Есаков А.Е. К вопросу о применении методики прогнозирования долговечности фрикционных накладок к автомобильным сцеплениям // Известия МГТУ «МАМИ». - 2014. - № 3 (21). - Т. 1. - С. 12-15.
  2. Барский И.Б., Борисов С.Г., Галягин В.А. и др. Сцепления транспортных и тяговых машин / Под ред. Ф.Р. Геккера, В.М. Шарипова, Г.М. Щеренкова. - М.: Машиностроение, 1989. - 334 с.
  3. Шарипов В.М. Конструирование и расчет тракторов. - М.: Машиностроение, 2009. - 752 с.
  4. Шарипов В.М., Шарипова Н.Н., Шевелев А.С., Щетинин Ю.С. Теория и проектирование фрикционных сцеплений колёсных и гусеничных машин / Под общ. ред. В.М. Шарипова. - М.: Машиностроение, 2010. - 170 с.
  5. Есаков А.Е. Методика создания алгоритмов для систем управления фрикционными сцеплениями автомобильных автоматических трансмиссий: Дис…канд. техн. наук. - М., 2010. - 161 с.
  6. Есаков А.Е., Кретов А.В. Об уточнённой постановке задач синтеза алгоритмов автоматического робастного управления техническими системами // Известия МГТУ «МАМИ». - 2014. - № 4 (22). - Т. 1. - С. 83-88.
  7. Королюк В.С., Портенко Н.И., Скороход А.В., Турбин А.Ф. Справочник по теории вероятностей и математической статистике. - М.: Наука, 1985. - 640 с.

Copyright (c) 2015 Esakov A.E., Ivobotenko B.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies