Расчет статического момента трения сухого однодискового сцепления

 В практике проектирования автомобильных сцеплений и постановки ТЗ на производство, будь то собственное, либо контрактное производство, особое место занимает простая, но очень важная характеристика передачи статического момента трения. По сути, этот параметр отражает, выдержит ли сцепление максимальный крутящий момент двигателя с учетом условий грузоподъемности ТС и условий эксплуатации, как то – буксировка прицепа, езда по бездорожью или в горной местности.

Автор - Владимир Решетников, технический эксперт.

Специально для CAR-PR

Базой расчета служит коэффициент запаса сцепления по передаваемому моменту B, который можно выразить следующей формулой:

Современный ГОСТ Р 53409-2009 предлагает нам следующие коэффициенты запаса:

1.     1,20 — 1,75 — для легковых автомобилей;

2.     1,60 — 2,25 — для грузовых автомобилей и автобусов;

3.     2,00—3,00 — для грузовых автомобилей с прицепом и большегрузных автомобилей;

И здесь, благодаря широкому разбросу коэффициентов, кроется весьма вариативное поле для творчества. Зачастую, в aftermarket-сегменте и сопутствующем реверс-инжиниринге заказчик сам решает, какой коэффициент применить, ориентируясь на совокупность факторов, таких как грузоподъемность ТС, условия эксплуатации, возможное увеличение крутящего момента и другие практические или маркетинговые запросы рынка.

Для практического расчета удобно использовать ориентиры по коэффициенту запаса, которые автор статьи привязывает не только к типу транспортного средства, но и грузоподъемности ТС:

Однако, автор слукавил бы, не упомянув о существовании точных аналитических методов определения оптимальных значений B. Минимальный коэффициент запаса должен обеспечивать надежную передачу крутящего момента при трогании, включая движение с прицепом на уклоне 15% на первой передаче. Максимальный коэффициент не должен превышать сцепной момент на ведущих колесах, иначе сцепление не будет выполнять защитную от динамических нагрузок функцию. Детальный расчет оптимального коэффициента запаса применяется зачастую только для OEM-сегмента и будет рассмотрен в рамках отдельной статьи.

Дальше переходят к основной зависимости для сухого однодискового сцепления. Данная формула является основополагающей для расчета статического момента трения, с учетом усилия прижима и коэффициента трения:

Коэффициент трения фрикционного материала определяется составом фрикционной смеси и не является строго постоянной величиной. В практике расчетов, особенно при использовании зарубежных методик и реверс‑инжиниринга, для органических накладок часто принимают ориентировочное значение μ=0,25 как упрощающее допущение. 

Вместе с тем развитие технологий привело к появлению широкого спектра фрикционных материалов с различными значениями коэффициента трения, а как в советской, так и в современной литературе указывается возможность выбора μ в достаточно широких пределах. Поэтому при инженерных расчетах сцепления рационально опираться на данные, предоставленные производителем конкретной фрикционной накладки, при условии, что они подтверждены испытаниями и указаны в технической документации.

Для кольцевой фрикционной накладки строгое определение среднего радиуса трения имеет вид:

Из основной формулы удобно выразить требуемую силу прижима:

Величина N напрямую связана с конструкцией корзины и усилием на педали. Чем больше сила прижима, тем проще обеспечить передачу момента, но тем сложнее уложиться в комфортный диапазон усилия выжима для водителя. Расчет самой корзины, характеристики диафрагменной пружины, кинематики привода — отдельная тема, однако уже на этапе расчета момента видно, в какую сторону придется смещать баланс между запасом по моменту и удобством управления.

Если требуемый момент занижен, сцепление, скорее всего, начнет буксовать на пиковых нагрузках. Если коэффициент запаса выбран слишком высокий, растут усилие выключения, термический стресс и требования к корзине. Себестоимость комплекта сцепления при этом необоснованно завышается, а комфорт водителя и ресурс фрикционных накладок, а также ресурс сопряженных механизмов привода сцепления – стремительно снижаются.

Смысл базового расчета как раз в том, чтобы увидеть эти связи заранее. По набору простых формул можно оценить, укладывается ли требуемый момент в выбранный диаметр, какое осевое усилие прижима потребуется от корзины и т.д. На основе этих оценок формируют технические требования к сцеплению: фиксируют момент двигателя, выбранный коэффициент запаса, расчетный момент сцепления, диапазон допустимого усилия прижима и рабочие размеры диска; выбирают фрикционный материал с учетом основных характеристик.

Даже минимальное техническое задание, основанное на таких расчетах, позволяет заметно точнее задавать требуемые свойства сцепления и осознанно выбирать компромисс между надежной передачей крутящего момента, комфортом водителя и стабильностью всей системы в целом.

ОБ АВТОРЕ:

Решетников Владимир Фёдорович, 35 лет. 

Технический эксперт и тренер, автор тематических публикаций, спикер АвтоФорума «ТехноДрайв» и других отраслевых конференций. Технический эксперт брендов STARCO, EnESPRA и HOTTECKE с многолетним опытом в автокомпонентном бизнесе.

Своё увлечение техникой начал, как и многие, с карбида и «шабрения» алюмомагниевых дисков от 154й «Тушки». В более созидательном ключе оно продолжилось в отцовском гараже. Там же заложилось и такое понятие, как «дзен» - в ходе скурпулезной разборки, сборки и доводки всех систем ВАЗ-2121 и прочих представителей «современного» на тот момент автотранспорта.

С 2017 года работает с контрактными производствами в Китае: ведёт переговоры, проводит технический аудит фабрик и совместно с партнёрами повышает качество продукции и корпоративную культуру производства.

Ключевой девиз – «Дёшево могут все; надо сделать качественно и в соответствии с запросами целевой аудитории».

Благодаря глубокому пониманию технологий и специфики взаимодействия сторон выступает связующим звеном между заказчиком и заводом‑изготовителем, учитывая как технические требования, так и менталитет участников процесса.

Отдельным направлением деятельности стало создание лаборатории испытаний автокомпонентов, где тестируются сцепления, системы осушения воздуха и другие узлы, в том числе для специализированной техники. В настоящее время Владимир принимает непосредственное участие в разработке сцеплений. В числе достижений — успешные проекты для OEM‑производств (вездеходы «Бурлак», СКБ МО РФ и др.) и aftermarket‑сегмента (ГАЗ‑2330 «Тигр» и др.), что требует высокого уровня экспертизы и ответственности. Параллельно выступает техническим тренером и автором практических методик контроля качества автокомпонентов, делится опытом в статьях и на профильных мероприятиях, в том числе организованных CAR-PR.

   Другие статьи автора: