Лабораторная работа №2

Условие. Однородный каток В весом Q=4 кН и радиусом R и груз А весом Р=2 кН, соединенные гибкой нерастяжимой и невесомой нитью, помещены на шероховатую поверхность, наклоненную к горизонту под углом a=30⁰ (рис. 3.9). Нить переброшена через невесомый блок О радиусом 30 см. К свободному концу нити приложена сила F, линейно зависящая от величины перемещения s: F=9, 0+0, 15× s (кН). Каток катится без скольжения; коэффициент трения скольжения груза о плоскость f=0, 1, момент сил сопротивления в подшипнике блока М=300 Н м. Определить скорость груза А, когда он переместится на величину s=3 м. В начальный момент система находилась в покое.

Рис. 3.9

Решение. Формула, выражающая теорему об изменении кинетической энергии механической системы в конечной (интегральной) форме, имеет вид

(1)

где T, T₀ – кинетическая энергия системы соответственно в конечный и начальный моменты времени;

– суммы работ соответственно всех внешних и внутренних сил, действующих в данной системе.

В рассматриваемой задаче система состоит из катка, груза, блока и нити. Система сил, действующих на систему, включает активные силы Q, P, F, реакции связей N_A, N_B, F_сц, F_тр, R_x, R_y и момент трения в блоке M.

Найдем сумму работ всех внешних сил системы на соответствующих перемещениях точек их приложения:

Работы сил N_А и N_B равны нулю, так как направления этих сил составляют прямой угол с направлениями перемещений точек их приложения. Работа силы сцепления F_сц и работы реакций R_x и R_у равны нулю, так как эти силы приложены к неподвижным точкам. Работы сил F, Р, Q, F_тр и пары сил с моментом М определим следующим образом:

После суммирования получим

. (2)

Рассматриваемая механическая система состоит из абсолютно твердых тел, соединенных идеальной нитью. Для таких систем с идеальными связями сумма работ всех внутренних сил равна нулю

. (3)

Рассчитаем кинетическую энергию системы в начальном и конечном положениях.

По условию задачи система в начальный момент находилась в покое, следовательно, ее кинетическая энергия в этот момент равна нулю T₀=0.

Кинетическая энергия груза А, движущегося поступательно, равна

,

где – масса груза А; – скорость груза.

Кинетическая энергия катка В, совершающего плоское движение, равна

,

где – масса катка В;

v_C – скорость центра масс С катка, ;

– момент инерции катка относительно оси, проходящей через его центр масс;

w_В – угловая скорость катка, .

Кинетическая энергия системы равна сумме кинетических энергий всех тел, входящих в нее:

(4)

Подставляя выражения (2) – (4) в формулу (1), выражающую теорему об изменении кинетической энергии системы, получим

,

откуда искомая скорость груза А, в момент, когда он переместится на расстояние 3 м, равна

 

Список литературы

Основная:

1. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики: Учеб. для втузов / 19-е изд., стер.- М.: Высш.шк., 2009.- 416 с.: ил.

2. Мещерский И.В. Задачи по теоретической механике: Учебное пособие, 50-е изд., стер. / Под ред. В.А. Пальмова, Д.Р. Меркина.- СПб.: Издательство «Лань», 2010.-448 с.: ил.

 

Дополнительная:

1. Бать М.И., Джанелидзе Г.Ю., Кельзон А.С. Теоретическая механика в примерах и задачах: Учеб. пособ. – М.: Политехника, 1995 – 670с.

2. Голубев Ю.Ф. Основы теоретической механики: Учеб. для вузов. – М.: Изд-во МГУ, 1992. - 524 с.

3. Сборник задач по теоретической механике: Учеб. пособие для студентов вузов / Будник Ф.Г., Зингерман Ю.М., Зеленский Е.И.; под ре. Кельзона А.С. – Высш. шк., 1987. – 176 с.

4. Никитин Е.М. Теоретическая механика для техникумов.- 12-е изд., испр.- М.: Наука. Гл.ред.физ.-мат.лит., 1988.- 336 с.

5.Техническая механика: Учеб. для техникумов / Эрдеди А.А. и др.- 2-е изд. перераб.- М., Высш. школа, 1980.- 446 с., ил.

 

 

Задания и методические указания

к выполнению контрольных работ по дисциплине

«Теоретическая механика»

 

 

Подписано в печать. Формат 60х84/16. Бумага для множ. аппаратов. Печать плоская. Усл. печ. л. ____. Уч.- изд. л.___. Тираж____ экз. Заказ____

ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет, Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.

Ризограф ФГАОУ ВПО РГППУ. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.

Лабораторная работа №2.

Сцепление автомобиля

Главное назначение сцепления состоит в плавном присоединении маховика двигателя к первичному валу коробки передач во время движения с места и во время переключения коробки передач. Если уж совсем просто, сцепление - это выключатель крутящего момента. Очень важный момент – при резком торможении на включённой скорости, сцепление убережет трансмиссию от механической перегрузки и, как следствие, от дорогостоящего ремонта. Рассмотрим виды сцепления. По количеству ведомых дисков сцепления делятся на однодисковые и многодисковые. Наиболее распространено однодисковое сцепление. Из-за того в какой среде работает сцепление, оно бывает сухим и «влажным».

" Мокрое" сцепление означает, что оно работает в масляной ванне для смазки рабочих компонентов с целью снижения трения и ограничения выделения тепла. Существуют версии сухих сцеплений, но все производители автоматической коробки передач с двойным сцеплением используют мокрое решение.

Аналогично гидротрансформатору влажные многодисковые сцепления используют гидравлическое давление для включения. Когда сцепление включено, гидравлическое давление внутри поршня разжимает пружины, что приводит к прижиманию набора дисков сцепления к фиксированной пластине давления. Фрикционные диски имеют зубцы по внешнему диаметру размером и формой с пазами внутри барабана сцепления. В свою очередь барабан сцепления соединен с набором шестерней, который получит крутящий момент. Автоматическая коробка передач с двойным сцеплением Audi использует комбинацию витых и диафрагмовых пружин в многодисковых сцеплениях.

Конструктивно двойное сцепление объединяет два пакета фрикционных дисков, размещенных в корпусе. Часть дисков обоих пакетов жестко соединено с корпусом сцепления. Корпус, в свою очередь, через ступицы соединен с двигателем. Другая часть дисков закреплена на своих ступицах, которые посажены на первичные валы соответствующих рядов передач.

Нормальное положение сцепления – разомкнутое. Замыкание сцепления (сжатие пакетов дисков) производится с помощью гидроцилиндров под управлением электрогидравлического модуля. В исходное положение диски возвращаются с помощью пружин.

В зависимости от конструкции сцепления пакеты фрикционных дисков могут иметь:

· концентрическое расположение (муфты расположены в одной плоскости, перпендикулярно первичному валу);

· параллельное расположение (муфты расположены друг за другом параллельно).

Концентрическое расположение муфт более компактное, поэтому применяется в трансмиссии переднеприводных автомобилей (поперечное расположение двигателя). При концентрическом расположении внешняя муфта обслуживает нечетные передачи, внутренняя – четные передачи. В силу своей конструкции (большая площадь дисков) внешняя муфта рассчитана на передачу большего крутящего момента. Двойное сцепление с параллельным расположением дисков применяется, в основном, на заднеприводных автомобилях.

Сухие сцепления самые популярные у автопроизводителей, если сцепление работает в масляной ванне, оно считается «влажным». По приводу в действие механизма сцепления существуют механические, гидравлические, электрические и комбинированные варианты. Более подробно привод рассмотрим ниже. Конструктивно сцепление различается по способу нажатия на прижимной диск, существует два вида: круговое расположение пружин и сцепления с центральной диафрагмой.

Схема сцепления автомобиля: 1 - картер сцепления; 2 - подшипник выключения сцепления; 3 – втулка опорная вала вилки выключения сцепления; 4 - вилка выключения сцепления; 5 - нажимная пружина; 6 - ведомый диск; 7 - маховик; 8 - нажимной диск; 9 - кожух сцепления; 10 - первичный вал коробки передач; 11 - трос; 12 - педаль сцепления; 13 - муфта подшипника выключения сцепления; 14 - пластина соединяющая кожух сцепления с нажимным диском; 15 - пружина демпфера; 16 - ступица ведомого диска. В состав узла (сцепления) входят: нажимной диск, диск сцепления (ведомый), выжимной подшипник, вилка привода выжимного подшипника, система привода и педаль выключения сцепления.

Схема сцепления: 1 — маховик; 2 — ведомый диск сцепления; 3 — корзина сцепления; 4 —выжимной подшипник с муфтой. Нажимной диск, в народе именуемый «корзиной», представляет собой основание выпуклой круглой формы. В основание встроены выжимные пружины, которые соединены с прижимной площадкой, так же круглой формы. Площадка имеет диаметр соизмеримый с диаметром маховика и отшлифована с одной стороны. Нажимные пружины сводятся к центру «корзины», где на них, во время выжима, воздействует выжимной подшипник. Нажимной диск жестко соединен с маховиком. В зазор между прижимной площадкой и маховиком вставляется, ведомый диск сцепления. Диск сцепления (ведомый) имеет округлую форму и конструктивно состоит из лучевого основания, фрикционных накладок, шлицевой муфты, для присоединения первичного вала коробки передач. Так же в состав входят пружины – успокоители, или демпферные пружины, которые расположены по кругу шлицевой муфты. Предназначены для сглаживания вибраций во время включения сцепления. Фрикционные накладки изготавливаются из углеродного композитного материала, существуют накладки из кевларовых нитей, керамики и т.д. Накладки крепятся к основанию при помощи заклепок, так же как и шлицевая муфта, которая расположена внутри накладок. Выжимной подшипник представляет собой подшипник, у которого одна сторона выполнена в виде нажимной площадки круглой формы соизмеримой с диаметром расположенных в центре «корзины» выжимных пружин. Выжимной подшипник располагается на выступающем из коробки передач первичном вале. Правда, крепится подшипник не на сам вал, а на защитный кожух вала. Подшипник в действие приводит «коромысло» или вилка привода, которая нажимает на оправку подшипника, имеющую специальные выступы. В некоторых случаях вилка и подшипник фиксируются стопорными пружинами. Выжимной подшипник может быть нажимного действия, или оттягивающего. Оттягивающий принцип работы подшипника применяется во многих моделях автомобилей Peugeot. Система привода в действие сцепления, как говорилось выше, может быть механическая, гидравлическая, электрическая или комбинированная. Механическая система привода предполагает передачу усилия нажатия на педаль сцепления на выжимную вилку тросом. Подвижный трос находится внутри кожуха. Кожух фиксируется перед педалью выжима сцепления и перед выжимной вилкой. Гидравлическая система привода состоит из главного гидравлического цилиндра и рабочего цилиндра, соединённых между собой трубкой высокого давления. При нажатии на педаль, в действие приводится шток главного цилиндра, на конце которого установлен поршень с масло-бензо-стойкой манжетой. Поршень в свою очередь нажимает на рабочую жидкость, обычно тормозную, и создает давление, которое передается по трубке к рабочему цилиндру. Рабочий цилиндр, так же имеет рабочий шток, соединенный с поршеньком. Под давление поршенек приводится в действие и толкает шток. Шток нажимает на выжимную вилку. Рабочая жидкость находится в специальном бачке и самотеком подается в главный цилиндр. Электрическая система привода сцепления включает в себя электромотор, который включается при нажатии на педаль сцепления. К электромотору присоединен трос. Далее выжим происходит как в механическом варианте. Педаль сцепления находится в салоне автомобиля, всегда является крайней слева. В автомобилях с АКПП педали сцепления нет. Самое распространенное на данное время это сухое однодисковое, постоянно включенное сцепление. Принцип работы сцепления автомобиля сводится к плотному сжатию между собой рабочих поверхностей маховика, накладок диска сцепления и прижимной поверхности «корзины». В рабочем положении, под действием выжимных пружин прижимной диск «корзины» плотно прилегает к диску сцепления и прижимает его к маховику. В шлицевую муфту заходит первичный вал, соответственно и крутящий момент передается на него от диска сцепления. При нажатии на педаль водителем в действие вступает система привода, выжимной подшипник нажимает на выжимные пружины и рабочая поверхность «корзины» отходит от диска сцепления. Диск высвобождается, и первичный вал коробки передач прекращает вращение, хотя двигатель продолжает работать. В двух дисковых вариантах применяются два диска сцепления и «корзина», которая имеет две рабочие поверхности. Между рабочими поверхностями ведущего диска расположена система регулировки синхронного нажатия и ограничительные втулки. Весь процесс отсоединения маховика от первичного вала происходит, как и в однодисковом варианте. В автоматических коробках передач применяется в основном многодисковое влажное сцепление, хотя существуют АКПП с сухим сцеплением. Только вот выжим происходит не нажатием на педаль (педали просто нет), а специальным сервоприводом. Кстати, переключение передач происходит так же при помощи этих механизмов. Различаются несколько видов актуаторов: электрический, представляющий собой шаговый двигатель и гидравлический выполненный в виде гидроцилиндра. Управление сервоприводами осуществляется при помощи электронного блока управления (для электрических сервоприводов) и гидравлическим распределителем (для гидро актуаторов). В роботизированных коробках передач применяются два сцепления, которые работают попеременно. При выжиме первого сцепления для автоматического переключения, например первой передачи, второе ожидает команды для выжима для переключения следующей передачи. Рассмотрим два варианта выжима сцепления электрическим и гидравлическим актуатором. В блок управления АКПП поступают данные о скорости вращения двигателя и при достижении нужного значения, подается управляющий сигнал на сервопривод. Двигатель приходит в движение и при помощи передаточного механизма разъединяет двигатель от коробки. Дальше происходит небольшая пауза, автоматика определяет, повышаются ли обороты, и стоит ли включать повышенную передачу. Вот этот «провал» так сильно не нравится автолюбителям. Роботизированные коробки лишены этого недостатка. При увеличении оборотов двигателя, масляный насос в АКПП нагнетает масло в распределитель и, по достижении определенного значения давления, распределитель по маслопроводящим каналам предает давление на актуатор. Последний приводит в движение механизм нажатия сцепления. После переключения передачи, давление сбрасывается, и двигатель присоединяется к коробке. Есть еще один вид сцепления применяется в вариаторе. Классический вариатор это шкив, у которого от центробежной силы начинают «сходиться» «щеки». Между ними располагается клиновидный ремень, который натягивается во время сжатия «щек». После сжатия ремень начинает вращать ведомый шкив. Вариатор применяется еще не так часто.

Привод сцепления

Сцепление предназначено для эластичного отсоединения и последующего присоединения силового агрегата к трансмиссии. Однако при неисправности привода, сцепление полностью утрачивает свою функциональность. Из этого можно понять, что привод предназначен для обеспечения функционирования сцепления, а именно – для дистанционного воздействия на нажимной диск (корзину сцепления) посредством нажатия педали в салоне автомобиля. Разновидности привода сцепления.

На большинстве легковых автомобилей с механической КПП устанавливается два вида привода сцепления; механический (тросовый); гидравлический.

Механический привод устанавливается преимущественно на легковых автомобилях, оснащенных силовыми агрегатами малой мощности. Данный вид привода отличается предельно простым устройством и дешев при производстве. Кроме того, механический привод весьма прост в обслуживании и ремонте, так как содержит минимальное количество конструктивных элементов. Устройство механического привода Как уже было сказано, механический привод имеет предельно простое устройство и состоит из следующих конструктивных элементов: педаль привода сцепления; трос; устройство регулирования; рычажный привод; выжимной подшипник. Основным элементом механического привода является гибкий трос, заключенный в оболочку. Педаль привода расположена в салоне автомобиля и посредством гибкого троса связана с рычажным устройством (вилка сцепления). В соединении троса и вилки сцепления имеется регулировочное устройство, предназначенное для выставления свободного хода педали. Работа механического привода предельно проста: водитель воздействуя на педаль, приводит в движение рычажное устройство, которое в свою очередь перемещает по направляющей выжимной подшипник, тем самым выключая сцепление.

Устройство гидравлического привода Гидравлический привод имеет более сложное устройство в сравнении с механическим. В его устройстве также присутствуют педаль и вилка сцепления, однако гибкий трос заменен следующими элементами: главный цилиндр; бачок для жидкости; рабочий цилиндр; гидравлическая магистраль. Несмотря на большее количество конструктивных элементов и более сложное устройство, гидравлический привод более совершенен, нежели механический. Главной особенностью гидравлического привода является отсутствие троса, который является механическим элементом, подверженным износу и поломкам. Главный цилиндр сцепления соединен при помощи штока с педальным узлом. Соединительный шток имеет регулируемую конструкцию, при помощи которой обеспечивается регулировка свободного хода педали. Рабочий цилиндр наиболее часто располагается непосредственно на корпусе картера сцепления и также при помощи штока связан с рычажным механизмом. Бачок для жидкости может располагаться непосредственно на главном цилиндре сцепления или в любом другом более удобном месте. При раздельном расположении, бачок соединяется с главным цилиндром при помощи гибкого резинового патрубка или жесткой металлической магистрали. Также стоит отметить, что на некоторых автомобилях гидропривод сцепления и гидравлическая тормозная система имеют общий бачок для жидкости. Главный цилиндр сцепления соединен с рабочим посредством жесткой металлической магистрали, наполненной рабочей жидкостью. Принцип работы гидравлического привода аналогичен действию гидравлической тормозной системы и в его основе лежит свойство несжимаемой рабочей жидкости. Усилие с педали сцепления передается на вилку выключения через жидкость, в качестве которой выступает тормозная жидкость. Конструктивно, главный цилиндр сцепления имеет аналогичное устройство с главным тормозным цилиндром. Основными конструктивными элементами главного цилиндра являются: корпус; шток (толкатель); резервуар (бачок) для жидкости; поршень; уплотнительные манжеты. Рабочий цилиндр также имеет аналогичное устройство. В конструкции рабочего цилиндра имеется клапан для удаления воздуха из системы.