Исследование работы ведущего моста легкового автомобиля: Методические указания по выполнению практических работ на учебном стенде. Часть 1. Устройство и принцип работы стенда

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный технологический университет» (ГОУ ВПО ВСГТУ) Методические указания по выполнению практических работ на учебном стенде для исследования работы ведущего моста легкового автомобиля со студентами специальностей: «Автомобили и автомобильное хозяйство» «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)» Часть 1. Устройство и принцип работы стенда

Методические указания по выполнению практических работ на учебном стенде для исследования работы ведущего моста легкового автомобиля со студентами специальностей «Автомобили и автомобильное хозяйство» «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)» при изучении специальных дисциплин (ОКА; ОПЭТО; ПГО и др.). Часть 1 Устройство и принцип работы стенда. Изложены конструктивные особенности узлов и деталей учебного стенда, их назначение, принцип работы, а также список рекомендуемой литературы. Рецензент В.М. Алексеев

Ключевые слова: Легковой автомобиль, ведущий мост, тормозные механизмы, гидравлический привод, крутящий момент, тензометрирование, тарировка, токосъемники, карданная передача.

Составители: В.Ц. Раднатаров А.В. Быков

Улан-Удэ Издательство ВСГТУ 2006

© ВСГТУ, 2006

От авторов Как известно, методы и средства обучения, в том числе технические средства обучения (ТСО), включающие всевозможные стенды, макеты и прочие устройства, дают возможность доступно и наглядно показать конструкцию того или иного узла, принцип его действия, существенно облегчают процесс усвоения изучаемого материала. С этой точки зрения наибольший интерес представляют ТСО, с помощью которых имеется возможность моделировать реальные процессы, происходящие внутри самого объекта изучения в лабораторных условиях. Автомобиль представляет собой сложную машину, состоящую из множества деталей, узлов, механизмов, агрегатов и систем, которые образуют три основные части: двигатель, кузов и шасси. В данных методических указаниях рассмотрены принципы работы одной из основных частей автомобиля – шасси, куда входят трансмиссия, несущая система, передняя и задняя подвески, колеса, мосты, рулевое управление и тормозные системы. Из этой совокупности для рассмотрения в качестве объекта исследования выделены: трансмиссия, мост и тормозная система, относящиеся к легковому автомобилю классической компоновки. Описываемое техническое средство обучения (именуемое в дальнейшем учебный стенд) позволяет при сохранении конструктивных особенностей объекта имитировать работу ведущего моста легкового автомобиля со всеми процессами в его элементах и узлах, происходящими во время разгона и торможения. Конструкция стенда позволяет имитировать полный или частичный отказ привода тормозов и при этом с помощью регистрирующих приборов фиксировать необходимые показатели. Стенд наглядно и доступно демонстрирует работу отдельных механизмов и узлов трансмиссии: дифференциала, полуосей, карданного вала, тормозных дисков, суппортов и т.д. Данный учебный стенд является во многом универсальным, что дает возможность его использования при проведении практических занятий по ряду специальных

дисциплин, таких как «Основы конструкции автомобилей», «Основы проектирования и эксплуатации технологического оборудования», «Техническая эксплуатация автомобилей» и др. На рисунке 1.1 показана схема возможного применения разработанного стенда в учебном процессе. Таким образом, при помощи стенда лучше усваивается теоретический материал по специальным дисциплинам, закладываются основы практических знаний по устройству и принципу работы ведущих мостов легковых автомобилей. Настоящие методические указания состоят из двух частей. Первая часть посвящена конструктивным особенностям учебного стенда, назначению и принципу работы его основных узлов, описанию конструкций вспомогательных элементов. Дана техническая характеристика стенда. Вторая часть методических указаний раскрывает методику проведения испытаний: теорию и практику выполнения экспериментального исследования. Изложены мероприятия по обеспечению безопасности труда при работе на учебном стенде.

1. УСТРОЙСТВО УЧЕБНОГО СТЕНДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ ВЕДУЩЕГО МОСТА ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ

Рис. 1.1. Схема использования учебного стенда в учебном процессе

1.1. Кинематическая схема В основу конструкции данного учебного стенда заложена конструкция ведущего моста легкового автомобиля ВАЗ классической компоновки с видоизмененной тормозной системой. На рис. 1.2 представлена кинематическая схема рассматриваемого стенда. Видоизменение продиктовано по следующим соображениям: во-первых, дисковые тормоза, как известно, более надежные, не требуют особого ухода и частой регулировки по сравнению с барабанными тормозами; во-вторых, в плане обозрения у дисковых тормозов на виду находятся все основные элементы (диски, колодки, суппорты), что создает наглядность и доступность; в-третьих, чисто по конструктивным соображениям проще выполнить работы, связанные с выносом наружу токосъемных колец, по установке индуктивных датчиков и зубчатых сенсорных колес. Кроме того, такой подход к конструктивному решению существенно упрощает выполнение необходимых регулировочных работ и мероприятий по техническому обслуживанию данного узла без его разборки. Карданный вал 5 (использована только его передняя часть) модернизирован. Соединение передней части карданного вала с маховиком осуществляется посредством штатного треугольного фланца 6, сваренного соосно с вилкой карданного шарнира через специальный переходник. Маховик 8 заимствован от двигателя ВАЗ. Для передачи крутящего момента карданному валу он соосно присоединен с помощью специальных болтов к ведомому шкиву 9, закрепленному на оси с двумя последовательно расположенными радиально-упорными подшипниками 10, посаженными на опоры с лапками для закрепления их на раме. Вращение ведомого шкива, соответственно и маховика осуществляется посредством клиноременной передачи 11 от асинхронного трехфазного электродвигателя 12 через фрикционную муфту 13,

смонтированную на его наружном фланце. Фрикционная муфта включается в работу путем нажатия ногой на предназначенную для этой цели педаль, поэтому частота вращения шкива, расположенного на выходном валу муфты, зависит от величины хода этой педали. Использование фрикционной муфты дает возможность плавно, без рывков набирать обороты маховика и таким же образом уменьшать их. Кроме этого, применение данной муфты способствует защите электродвигателя от перегрузки в случае применения экстренного торможения.

Рис. 1.2. Кинематическая схема стенда: 1 – задний мост; 2 – тормозной диск; 3 – тормоз; 4 – индуктивный датчик; 5 – карданный вал; 6 – треугольный фланец; 7 – шайба; 8 – маховик; 9 – шкив; 10 – опора; 11 – ремень; 12 – электродвигатель; 13 – фрикционная муфта

Питание электродвигателя стенда осуществляется от сети переменного тока напряжением 380 В. Плавная передача крутящего момента от электродвигателя к ведомому шкиву карданного вала, а также выполнение процесса торможения оператором выполняются посредством двух педалей, смонтированных в педальном узле рамы, под панелью управления стендом. 1.2. Конструкция рамы стенда Рама как составная часть стенда состоит из двух самостоятельных рам 1 и 2 (рис.1.3), сваренных между собой из стальных уголков сортамента 55 в виде буквы «Т» и образующих цельную конструкцию. Для транспортирования стенда с одного рабочего места на другое он оснащен тремя обрезиненными колесами на подшипниках (на рисунке они показаны пунктиром). При этом задние два колеса смонтированы на одной оси и не являются управляемыми. Переднее колесо может вращаться вокруг вертикальной оси на полный оборот, что создает достаточную маневренность стенду на ограниченной площади. Для удобства в работе, обслуживании, наладке, а также для монтажа присоединяемых дополнительных устройств, измерительных, регистрирующих приборов плоскость рамы находится на расстоянии полуметра от уровня пола. Для этого, как видно из рисунка, траверсы передних и задних колес 3, 4 оснащены стойками 5, 6, которые дополнительно усилены косынками 7 и стяжками 8. Наверху рамы сварены из уголков два кронштейна 9, служащие для крепления реактивных штанг заднего моста. С целью обеспечения достаточной жесткости они усилены двумя полосовыми тягами 10. Для монтажа педального узла предусмотрена самостоятельно изготовленная из профиля коробчатого сечения конструкция 11, которая приварена к основной раме снизу. В задней части рамы имеются приваренные к ней кронштейны 12, 13, 14 и 15, предназначенные для закрепления на них контрольно-регулирующей аппаратуры.

Рис.1.3. Общий вид рамы стенда

На задней раме 2 имеются выполненные из уголков направляющие 16 для монтажа ограждений вращающихся тормозных дисков. Подобное назначение имеют ушки с отверстиями 17 на передней раме. К этой же раме приварена снизу поперечина 18, предназначенная для монтажа щеточного узла карданного вала; к верхней траверсе переднего колеса – рукоять 19 П-образной формы для ручного транспортирования стенда в нужном направлении. В целях антикоррозионной защиты и придания эстетичного вида рама предварительно загрунтована, а затем окрашена эмалью светло-зеленого цвета. 1.3. Устройство привода ведущего моста В качестве привода ведущего моста стенда предусмотрен электропривод (рис.1.4), состоящий из трехфазного асинхронного электродвигателя 1 с короткозамкнутым ротором и однодисковой фрикционной муфтой сухого трения 2, шкива 6, который соединяется со шкивом маховика клиновым ремнем.

Рис. 1.4. .Электропривод с фрикционной муфтой: 1 – электродвигатель; 2 – муфта; 3 – диск сцепления; 4 – тормоз; 5 – подвижная втулка; 6 – шкив; 7 – ведомый маховик; 8 – пружина; 9 – рычаг

При нажатии на ножную педаль рычаг управления 9 поворачивается против часовой стрелки, перемещая при этом подвижную часть 5 фрикционной муфты влево. Диск 2 отходит от тормозной колодки 4 и прижимается к маховику 7. Ведомый вал разгоняется и через шкив 6 и клиноременную передачу вращает карданный вал и далее посредством редуктора главной передачи – тормозные диски, закрепленные на фланцах полуосей. Электропривод крепится снизу к раме винтами с помощью кронштейна 1, П-образного сечения, имеющего продольный паз для регулирования усилия натяжения клинового ремня (рис. 1.5). Данный кронштейн, в свою очередь, прикрепляется к траверсе 2 с упором 3 болтами 4 через амортизаторы 5. Ход подвижной части фрикционной муфты и положение рычага можно регулировать в зависимости от величины износа фрикционных колец. Частота вращения карданного вала регулируется усилием нажатия на педаль 1 (рис.1.6).

Рис. 1.5. Крепление электропривода: 1 – кронштейн; 2 – траверса; 3 – упор; 4 – болт; 5 – амортизатор; 6 – кронштейн

Рис. 1.6. Педальный узел: 1– педаль «газа»; 2 – тяга

Соединение педали с рычагом управления, имеющего на конце Г-образной формы пластинчатый кронштейн 6 с пазом (см. рис.1.5), выполнено с помощью хомута через тягу 2. Для быстрого разгона маховика необходимо резко нажать на педаль. В целях обеспечения передачи крутящего момента от вышеупомянутого электропривода к карданному валу стенд оснащен узлом привода (рис. 1.7). Данный узел включает в себя несколько деталей, а именно маховик 1, устанавливаемый штатно на двигатели автомобилей ВАЗ; шкив 2, являющейся ведомым и изготовленным из алюминиевого сплава АЛ6; ось 3, имеющей на свободном конце проточку для посадки радиально-упорного подшипника 4 с опорой 5, а на другом – две аналогичные проточки, но разного назначения: первая – для посадки такого же подшипника с опорой и вторая – со шпоночным пазом и резьбой для завинчивания контргайки 6. Вышеупомянутые маховик и шкив представляют собой единую деталь, так как они соединены между собой жестко по периметру стягивающими винтами 8 с гайками 7.

Рис. 1.8. Общий вид карданного вала стенда

Рис. 1.7. Узел привода карданного вала: 1– маховик; 2 – шкив; 3 – ось; 4 – подшипник; 5 – опора; 6 – гайка; 7 – гайка; 8 – винт; 9 – болт; 10 – маркер

На противоположной шкиву 2 поверхности маховика 1 на равноудаленном расстоянии от центра его вращения смонтированы с помощью болтов 9 Г-образной формы проволочные стержни 10 в количестве 6 штук, служащими маркерными штифтами для индуктивного датчика. Следует отметить, что на свободный конец оси запрессован стальной колпачок 11 с небольшим коническим углублением в центре для вставки фигурного конуса механического тахометра при замере числа оборотов карданного вала. Также необходимо отметить, что на маховике со стороны прикрепления к нему карданного вала имеется центровочное углубление величиной 2 мм и четыре сквозных отверстия диаметром 8 мм под болты закрепления к нему фланца вилки карданного шарнира. Выше отмечалось, что в конструкции стенда использована передняя часть карданного вала автомобиля ВАЗ21063 совместно с его задним мостом. Следует отметить, что данный карданный вал существенно модернизирован (рис.1.8).

Во-первых, использование в работе переднего карданного вала ставит перед необходимостью присоединения к нему фланца с вилкой карданного шарнира. Чисто механически это осуществить невозможно, поскольку заводом-изготовителем не предусмотрен такой вариант. Поэтому для решения возникшей проблемы использована концевая часть заднего карданного вала с приваренной к ней вилкой и фланцем. Для соединения концевой части карданного вала с треугольным фланцем переднего карданного вала использована муфта, вариант, соединения которого представлен на общем виде (рис. 1.9). Во-вторых, весьма важным аргументом в пользу модернизации передней части карданного вала является то, что открывается возможность измерения его крутящего момента при различных фазах разгона и торможения.

Рис. 1.9. Общий вид муфты карданного вала: 1 – треугольный фланец; 2 – фланец круглый; 3 – концевая часть карданного вала; 4 – переходник

На практике известно большое разнообразие методов измерения крутящего момента, в том числе и валов. Одним из наиболее эффективных методов по наглядности и надежности является тензометрический, который и реализован в этой работе. Как известно, данный метод предусматривает обязательное выполнение тарировочных работ, большинство из них производятся в статических условиях с имитацией эксплуатационной нагрузки на испытуемую конструкцию. Поэтому для осуществления процесса нагружения данного карданного вала кручением и фиксирования при этом величины крутящего момента внесены дополнительные элементы (рис.1.10): вышеупомянутый треугольный фланец 4, фигурная шайба 7, а также токосъемник 8 с тензодатчиками 9.

предварительно выполнено их растачивание с последующим шлифованием места наклейки (рис.1.11). Место наклейки находится посередине полуоси и составляет 40 мм, что вполне достаточно для размещения попарно наклеенных и соединенных между собой по мостовой схеме четырех тензодатчиков. Применение мостовой схемы увеличивает чувствительность и улучшает линейность характеристики. Следует отметить, что во время эксплуатации соединительные провода, идущие от датчиков к штекерному разъему, никоим образом не должны соприкасаться с токопроводящими металлическими деталями полуосей и тем более пострадать их изолирующие оболочки. С целью обеспечения неподвижности соединительных проводов и последующей укладки их на поверхности вала полуосей от места расположения тензодатчиков до поперечного отверстия выфрезерована продольная канавка наподобие шпоночного паза.

Рис. 1.10. Карданный вал в сборе: 1 – вал кардана; 2 – фланец задний; 3 – фланец передний; 4 – фланец треугольный; 5 – муфта; 6 – переходник; 7 – шайба; 8 – токосъемник; 9 – тензодатчики

В данном случае фланец 4 служит для фиксации карданного вала от проворачивания. Фигурная шайба 7, устанавливаемая неподвижно на противоположном конце карданного вала, необходима для прикрепления к ней нагрузочного рычага и противовеса. В связи с необходимостью определения экспериментальным путем крутящих моментов как на ведущих, так и на и ведомых элементах трансмиссии выполнена задача по наклейке тензодатчиков на обе полуоси. Для обеспечения надежности соединения тензодатчиков с поверхностью полуосей

Рис. 1.11. Полуось, подготовленная для наклейки тензодатчиков: 1 – полуось; 2 – запорное кольцо; 3 – подшипник; 4 – щиток; 5 – фланец; 6 – место для наклейки тензодатчиков

Штекерный разъем прикреплен на пластинчатой траверсе фланца полуоси с помощью крепежных винтов (рис.1.12). В связи с тем, что полуоси автомобилей в процессе их эксплуатации находятся в постоянном контакте с трансмиссионным маслом, достаточно агрессивным по отношению ко многим полимерным материалам, то задача

защиты тензодатчиков от первостепенное значение.

его

воздействия

приобретает

Рис. 1.12. Вид на полуось со стороны ее фланца

С целью обеспечения надежной защиты тензодатчиков и соединительных проводов от воздействия трансмиссионного масла выполнена работа по их гидроизоляции. Они вначале покрыты двумя слоями термореактивного клея БФ-2, а затем еще двумя слоями эпоксидного клея марки ЭД-20 с промежуточным наложением слоя из армирующего материала. На рисунке 1.13 изображена полуось после нанесения на нее гидроизоляционного покрытия.

Рис. 1.13. Полуось с гидроизоляционным покрытием

1.4. Конструкции токосъемников карданного вала и полуосей При измерении деформации движущихся и вращающихся деталей с использованием тензодатчиков, как известно, возникают определенные трудности, вызванные тем, что

находящиеся в движении тензодатчики должны быть электрически связаны с неподвижной регистрирующей аппаратурой. Если деталь или объект совершает быстрые и продолжительные движения, то под влиянием усталостных явлений соединительные провода разрываются, что приводит к разрывам электрической цепи. Поэтому для съема сигналов с тензодатчиков, расположенных на вращающихся деталях, применяются токосъемные устройства, которые в зависимости от электрической связи тензодатчик – измерительная аппаратура делятся на контактные и бесконтактные. Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки, поэтому в каждом конкретном случае выбирают наиболее оптимальный вариант с учетом требуемой точности измерения выходного сигнала, продолжительности эксперимента, скорости вращения и других параметров, а также материальных и финансовых возможностей. Учитывая степень сложности изготовления деталей и узлов токосъемных устройств, а также трудоемкость сборочных работ, предпочтение здесь отдано контактным токосъемникам. Основными составляющими контактных токосъемников являются контактные кольца и щеточный узел. Поэтому к таким токосъемникам выдвигается основное требование – переходное сопротивление в месте контакта вращающихся и неподвижных частей токосъемника должно быть минимальным по абсолютной величине и не изменяться во времени. Основными источниками помех являются контактная термоЭДС и переходные сопротивления контактирующих пар. При этом основная роль при определении переходного сопротивления контакта принадлежит пленкам, образующимся на поверхностях кольца и щеток, причем толщина их при работе токосъемника непрерывно меняется. Для уменьшения переходного сопротивления применяются различные способы. Хорошие результаты по стабилизации и уменьшению переходного сопротивления дает применение многократного сопряжения неподвижных и вращающихся частей токосъемника, при котором с одним кольцом сопрягается одновременно несколько симметрично расположенных щеток.

Рис. 1.14. Схема монтажа контактных колец: 1 – втулка; 2 – кольцо; 3 – изолирующая шайба; 4 – гайка; 5 – канавка; 6 – отверстие

Значение переходного сопротивления контактов токосъемника зависит от конструкции щеточного устройства, усилия прижатия щеток и материала трущейся пары кольцо – щетка. Допустимое изменение переходного сопротивления контактов токосъемника колеблется обычно в пределах от 5 · 10-7 до 10-6 Ом. На рисунке 1.14. в разрезе показана схема монтажа контактных колец для токосъемника карданного вала. Ввиду того, что тензодатчики на карданный вал наклеиваются непосредственно на его полый корпус, то целесообразно контактные кольца разместить на нем же и как можно ближе к ним. Поскольку контактные кольца должны быть тщательно изолированы от металлических частей карданного вала, то это требование реализовано применением специально изготовленной текстолитовой втулки 1, имеющей с одной стороны буртик с одним сквозным отверстием 6 для установочного винта, а с другой – резьбу, куда завинчивается гайка с насечкой 4. На внутренней поверхности втулки имеется канавка 5, служащая для проводки соединительных проводов от тензодатчиков к контактным кольцам. Отверстия на стенке втулки под эти

провода на рисунке условно не показаны. Контактные кольца 2 в количестве 4 штук изготовлены из бронзы марки Бр.ОФ6,5-04. Для изготовления колец могут применяться и другие материалы, например латунь, серебро. Наружная поверхность этих колец после тонкого точения подвергнута полированию войлочным кругом с использованием пасты ГОИ. Для исключения короткого замыкания колец между собой установлены изолирующие шайбы 3 из копролона. Необходимо отметить, что ток питания к тензодатчикам подводится через два крайних кольца, а через внутренние кольца снимается ток разбаланса. Щеточный узел в сборе, предназначенный для карданного вала, представлен на рисунке 1.15. Он состоит из фигурного стального кронштейна 1 с продольным пазом, на котором с помощью двух болтов с гайками закреплена прямоугольной формы площадка 2 из текстолита. Данная площадка имеет с обоих торцов по четыре одинаковые прорези, где на двух стержневых осях 3 установлены плоские штанги 4, выпиленные из стеклопластика, в количестве 8 шт. На этих штангах с помощью винтов с потайной головкой 5 смонтировано соответствующее количество графитовых щеток 6. Плотное прилегание этих щеток к контактным кольцам обеспечивается пружинами 7, стягивающими щетки навстречу друг другу посредством плоских штанг, изготовленных из стеклопластика. Выводные провода щеток 8 соединяются попарно пайкой, а затем их спаренные выводы припаиваются уже к клеммам разъемного гнезда 9, жестко закрепленного с нижней стороны вышеупомянутой текстолитовой площадки 2 с помощью профильного уголка 10. Общий вид токосъемника представлен на рисунке 1.16. Конструкция узла контактных колец для токосъемника полуоси имеет отличительные признаки. На рисунке 1.17 показан сборочный чертеж данного узла по месту монтажа. Узел контактных колец полуоси состоит из держателя контактных колец 3, соединенных воедино тарельчатого фланца и втулки, которая имеет на конце внешнюю и внутреннюю резьбу. На этом фланце просверлены шесть отверстий: четыре из них диаметром 13 мм предусмотрены под болты крепления тормозного диска 2 к

фланцу полуоси, а два отверстия предназначены для винтов 11 фиксации изолирующей втулки 8, изготовленной из текстолита. Контактные кольца 6, выполненные из бронзы, насаженны один за другим на эту втулку через изолирующие шайбы 7. Неподвижная посадка колец и шайб обеспечивается с помощью тарельчатой гайки 9. Заглушка 10, имеющая коническое углубление, предназначена для подсоединения рабочей головки валика механического тахометра с полуосью во время замера частоты ее вращения. Конструкция узла контактных колец для токосъемника полуоси имеет отличительные признаки. На рисунке 1.17 показан сборочный чертеж данного узла по месту монтажа. Состоит узел контактных колец полуоси из держателя контактных колец 3, соединенных воедино тарельчатого фланца и втулки, имеющей на конце внешнюю и внутреннюю резьбу. На этом фланце просверлены шесть отверстий: четыре из них диаметром 13 мм предусмотрены под болты крепления тормозного диска 2 к фланцу полуоси, а остальные два отверстия диаметром 8 мм – под направляющие штифты 5 (на рисунке не показаны). Выступ фланца 3 имеет два симметричных отверстия, которые предназначены для винтов 11 фиксации изолирующей втулки 8, изготовленной из текстолита. Контактные кольца 6, выполненные из бронзы насаженны один за другим на эту втулку через изолирующие шайбы 7. Из рисунка 1.17 видно, что узел монтируется на внешней стороне фланца полуоси и контактирует с ним через ступицу тормозного диска. Плотное прилегание держателя контактных колец к ступице тормозного диска обеспечивается посредством зубчатого сенсорного колеса, привинчиваемого к фланцу полуоси с помощью двух штатных направляющих штифтов. Так как на внешней стороне фланца полуоси имеется цилиндрический выступ, то по нему базируются как тормозной диск, так и фланец держателя контактных колец. Поэтому их радиальное биение сведено к минимуму. В равной мере это можно сказать и в отношении вышеназванного сенсорного колеса, поскольку оно внутренним своим отверстием базируется на внешней стороне выступа фланца держателя контактных

колец. На рисунке 1.18 показан общий вид узла контактных колец токосъемника полуоси.

Рис. 1.15. Щеточный узел карданного вала: 1 – кронштейн; 2 – площадка; 3 – ось; 4 – штанга; 5 – винт; 6 – щетка; 7 – пружина; 8 – провод; 9 – разъем; 10 – уголок

.

Рис. 1.18. Общий вид узла контактных колец полуоси

Рис. 1.16 Общий вид токосъемника карданного вала

Рис. 1.19. Щеточный узел токосъемника полуоси

Рис. 1.17. Схема монтажа контактных колец полуоси: 1 – полуось; 2 – тормозной диск; 3 – держатель; 4 – зубчатое колесо; 6 – кольцо; 7 – изолятор; 8 – втулка; 9 – гайка; 10 – заглушка; 11 – винт

Щеточный узел токосъемника полуоси, представленный на рисунке 1.19, по внешним признакам практически не отличается по конструктивному признаку от щеточного узла токосъемника карданного вала.

Если сравнить оба токосъемника, то последний в отличие от предыдущего оснащен дополнительно кронштейном, один конец которого прикреплен неподвижно к опоре заднего моста, а другой удерживает щеточный узел в нужном положении относительно его контактных колец. Общий вид токосъемника полуоси изображен на рисунке 1.20.

Рис. 1.20. Общий вид токосъемника полуоси

1.5. Устройство системы гидропривода тормозов В основе гидропривода тормозной системы стенда лежит двухконтурная система, выполненная по схеме и поэлементно заводом-изготовителем «ВАЗ». При проектировании стенда предусмотрены некоторые возможные изменения в традиционной системе гидропривода в сторону расширения вариантов управления. В итоге имеется схема гидропривода (рис.1.21) дисковых тормозов для учебного стенда. Как видно из этой схемы, вслед за главным тормозным цилиндром 1 (ГТЦ) установлен манометр 3 марки М-3/1, показывающий величину

давления гидравлической жидкости в нагнетающей полости ГТЦ в момент торможения. Далее, на магистрали имеются контрольный манометр 4 модели 11202, подключенный через кран 5 и предохранительный клапан 6 модели 7505. С помощью контрольного манометра выполняются поверка рабочих манометров 3, 16 , 17 и тарировка датчиков давления 7, 14 и 15. Во время проведения экспериментов кран 5 должен быть закрыт. Предохранительный клапан обеспечивает сброс избыточного давления рабочей жидкости в бачок ГТЦ. В случае его отсутствия могут быть повреждены рабочие манометры, имеющие предельное значение измеряемого давления 0,4 МПа. Срабатывание предохранительного клапана происходит при избыточном давлении 0,3 МПа. Полное затормаживание тормозных дисков происходит, по результатам предварительных испытаний, при давлении рабочей жидкости в системе примерно 0,25 МПа. Датчики давления (модель М393), имеющие электрический разъем, предназначены для фиксирования величины избыточного давления жидкости в различных фазах торможения с помощью регистрирующих приборов. С помощью дросселя 8, установленного на магистрали, регулируется количество нагнетаемой жидкости в полости рабочих цилиндров 18 и 19 во время выполнения процесса торможения. Тем самым может имитироваться неисправность ГТЦ (например, износ манжет, утечка жидкости по присоединяемым трубкам), что вполне реально на практике. Параллельно дросселю смонтирован обратный клапан 9 (модель 502), который закрыт при нагнетании жидкости и открывается при обратном ее движении. Краны-распределители 10 и 11 (или просто краны) ручного управления служат для изменения направления потока жидкости в момент торможения. Кран 11 трехпозиционный, а 10 – двухпозиционный. На пути следования тормозной жидкости установлены два одинаковых вентиля 12 и 13. Слева и справа симметрично им установлены рабочие манометры 16 и 17, о которых уже выше упоминалось. Вентили предназначены для полного или частичного ограничения потока жидкости в равной или в неравной пропорции в правый и (или) левый рабочие цилиндры 20 и 21.

Рис. 1.21. Схема гидропривода тормозов стенда ( условные обозначения элементов в тексте)

Работа гидропривода стенда заключается в следующем. После заправки бачка 2 ГТЦ тормозной жидкостью, например «Нева», «Томь», приступают к прокачке тормозной системы. По завершении прокачки уровень тормозной жидкости в бачке должен быть не менее половины его высоты. Для контроля уровня тормозной жидкости предусмотрен поплавок с мерной шкалой. Следует отметить, что в момент прокачки оба вентиля, кран и дроссель должны быть открыты полностью. Ручки крановраспределителей необходимо вывести из положения «0» в любое другое. При нажатии на педаль тормоза рабочая жидкость под давлением поршня ГТЦ подается на манометр 3, который показывает величину избыточного давления в магистрали. Затем жидкость по трубопроводу следует через кран 5 на вход контрольного манометра 4 и одновременно поступает на предохранительный клапан 6. Дальнейшее продвижение рабочей жидкости происходит через дроссель 8 на краны-распределители 10 и 11. В том случае, если рукоятка крана-распределителя 11 будет занимать вертикальное положение, т.е. позицию «0», а КР 10 – правое, т.е. позицию «I», рабочая жидкость под давлением равномерно поступает через КР 10 в полости рабочих цилиндров 20 и 21, вызывая тем самым одновременное притормаживание левых и правых тормозных дисков. Однако оно будет при условии, что оба вентиля – 12 и 13 полностью открыты или приоткрыты на одинаковую величину. Давление тормозной жидкости в рабочих цилиндрах контролируется манометрами 17 и 18. В это время все датчики давления, подключенные к регистрирующей аппаратуре, зафиксируют возрастание давления рабочей жидкости в виде диаграмм. В том случае, если один из этих вентилей будет закрыт частично или полностью, то притормаживание будет происходить на этой половине с запаздыванием или отсутствовать полностью. Об этом можно будет судить не только по показаниям рабочего манометра и датчика давления, но и по показаниям индукционных датчиков,

фиксирующих число оборотов левого и правого тормозных дисков (на гидросхеме условно они не показаны). Если ручка крана-распределителя КР 10 установлена на позиции «0», а ручка КР 11 переведена на позицию «I» или «II» и вентили 12 и 13 соответственно закрыты, то поступление рабочей жидкости будет либо только в левый, либо только в правый рабочие цилиндры. Предполагаемые варианты имитации проявления неисправностей в тормозной системе можно представить в следующем. Вариант 1-й: дроссель 8 закрыт частично; при этом рукоятка крана-распределителя КР 11 находится в среднем положении, т.е. на позиции «0», а ручка КР 10 – на позиции «I». В этом случае тормозная жидкость через этот КР 11 не движется ни в прямом, ни в обратном направлении. Поэтому она из ГТЦ поступает в полости левых и правых рабочих цилиндров только через КР 10. Вентили 12 и 13 полностью открыты. Показания рабочих манометров 16 и 17 будут по величине примерно одинаковыми и могут существенно отличаться от показаний рабочего манометра 3 в момент нажатия на педаль тормоза. В результате проведенного испытания будем иметь фактически позднее торможение обоих тормозных дисков, что может иметь место, например, при неисправности ГТЦ, засорении тормозных трубопроводов и др. Вариант 2-й: все элементы управления на прежней позиции, за исключением того, что один из вентилей – 12 или 13 полностью или частично закрыт. При нажатии на педаль тормоза на «исправной» половине рабочий манометр покажет наличие избыточного давления, а на противоположной – полное его отсутствие или же сравнительно малое его значение. Этим самым может быть имитирована закупорка или разрыв трубопровода на «неисправной» линии. Вариант 3-й: положение рукоятки крана-распределителя КР 11 либо в левом, либо в правом положении, а ручка КР 10 – в вертикальном положении. Дроссель 8 открыт полностью. Если ручка КР 11 находится в левом положении, т.е. на позиции «II», то вентиль 12 должен быть закрыт полностью. Состояние вентиля 13 здесь не имеет никакого значения, так как рабочая жидкость

пойдет только в правый колесный узел. Следовательно, торможение будет происходить именно на правой стороне. Из этого следует, что в данном варианте имитируется отказ левого тормозного узла, например в результате разрыва тормозного шланга или возможного заклинивания поршня в рабочем цилиндре. 1.6. Описание схем монтажа датчиков и контрольных приборов на стенде Понятием «датчик» обычно обозначают приемник и преобразователь измеряемой физической величины. Датчик состоит, по меньшей мере, из чувствительного элемента, преобразующего неэлектрический сигнал чувствительного элемента в электрический. По назначению датчики современных легковых автомобилей принято подразделять на четыре группы: датчики контрольных приборов, датчики аварийных режимов, датчики систем зажигания и датчики электронных систем управления. Датчики контрольных приборов являются элементами информационно-измерительной системы, обеспечивающей водителя информацией о режиме движения, работоспособности или состоянии агрегатов и автомобиля в целом. Датчик вместе с указателем (приемником) и элементами электрической связи между ними составляют контрольный (контрольноизмерительный) прибор. Датчик устанавливается в месте измерения и преобразует измеряемую физическую величину в пропорциональный электрический сигнал. В приемнике этот сигнал испытывает обратное преобразование. Одними из наиболее важных показателей, характеризующих эксплуатационные свойства трансмиссии любого автомобиля, являются скоростные и тормозные. Общеизвестно, что для увеличения скорости движения автомобиля требуется повышение частоты вращения ведущих колес. У заднеприводных автомобилей при этом должна возрасти и частота вращения карданного вала. Поэтому здесь для точной оценки скоростных показателей необходимо знать не только частоту вращения карданного вала, но и частоту вращения каждой полуоси,

поскольку при совершении поворота автомобиля они вращаются с разными угловыми скоростями. Безотказность тормозной системы, как известно, зависит от множества факторов, но бесспорным остается то, что чем выше давление в гидроприводе тормозов, тем надежнее тормозная система. Исходя из этого, следует, что непрерывный контроль давления рабочей жидкости в гидравлической системе тормозов и его готовности к работе способствует повышению безопасности эксплуатации автомобиля. Справедливости ради необходимо отметить, что на некоторых современных автомобилях установлены датчики аварийных режимов и в том числе датчики снижения давления тормозной жидкости в одном из контуров раздельной системы тормозов. В основе работы индуктивных датчиков частоты вращения лежит явление электромагнитной индукции. Датчики выполнены в виде катушек 2 с магнитными сердечниками 3 (рис.1.22). При прохождении под сердечником 4 сенсорного колеса 7 магнитный поток Ф датчика изменяется, и в катушке датчика индуцируется электродвижущая сила.

Рис. 1.22. Схема работы индуктивного датчика: 1 – провод экранированный; 2 – корпус; 3 – обмотка возбуждения; 4 – магнитный сердечник; 5 – подпятник; 6 – воздушный зазор; 7 – колесо

Амплитуда импульсов зависит от частоты вращения маховика и зазора между сердечником и зубцом колеса. Как уже было отмечено, установка датчиков контроля давления тормозной жидкости на автомобилях в настоящее время не практикуется, а только ограничиваются установкой аварийных датчиков. Между тем небезынтересно отслеживать динамику его изменения за определенный эксплуатационный промежуток времени или величину пробега автомобиля. В рамках поставленной задачи возникает необходимость определения давления рабочей жидкости во время торможения. Поэтому здесь предпринята попытка в качестве измерителя давления тормозной жидкости использовать датчик давления моторного масла типа ММ393А, применяемого на двигателе автомобиля ВАЗ - 2106 и др. В основе работы такого датчика лежит свойство упругих элементов деформироваться под действием давления жидкости. В качестве упругих элементов используются гофрированные металлические мембраны, жестко закрепленные по краю. Из технической характеристики следует, что его значение максимального давления составляет 0,8 МПа. Предварительными испытаниями установлено, что полное блокирование обоих тормозных дисков наступает примерно на значении давления 0,25 МПа. Таким образом, установка данного датчика для определения давления тормозной жидкости технически оправдана. Как было выше отмечено, для нормальной работы индуктивного датчика необходимо, чтобы его магнитный сердечник как можно ближе располагался к маркерным штифтам, и этот зазор должен быть стабильным даже при наличии вибраций. Из этого следует, что конструкция его кронштейна должна быть достаточно жесткой и практичной с точки зрения удобства установки, снятия, а также для выполнения регулировки. На рисунке 1.23 представлен общий вид кронштейна, предназначенного для монтажа индуктивного датчика на раме стенда. Кронштейн смонтирован на раме стенда так, чтобы если смотреть на этот датчик сверху, то ось его магнитного стержня находится под прямым углом к оси маховика и под углом 45º при виде на него сбоку. Так как корпус датчика снабжен двумя

гайками, то необходимый зазор между его стержнем и маркерным штифтом маховика выставляется достаточно легко. Следует отметить, что данный кронштейн с двух боковых сторон имеет ребра жесткости, и поэтому заданный зазор не нарушается. Взаимное расположение датчика и маховика показано на рисунке 1.24.

раме или заднему мосту узлы, за исключением суппорта. Поэтому в данном случае для обеспечения необходимой жесткости этот кронштейн прикрепляется к суппорту болтами дважды, по одной паре спереди и сзади. Аналогичную конструкцию имеет и кронштейн для крепления индуктивного датчика на другой стороне моста.

Рис. 1.24. Взаимное расположение индуктивного датчика и маховика

Рис. 1.23. Схема монтажа индуктивного датчика на раме: 1 – маховик; 2 – штифт; 3 – датчик; 4 – кронштейн; 5 – рама стенда

Вторая конструкция кронштейна предназначена для крепления такого же индуктивного датчика в зоне плоскости вращения зубчатого сенсорного колеса, смонтированного с помощью направляющих штифтов на фланец полуоси. По сравнению с предыдущей данная конструкция крепления более сложной формы и состоит фактически из двух сваренных между собой самостоятельных кронштейнов. Сложность данной конструкции обусловлена, во-первых, тем, что в этой зоне практически отсутствуют жестко закрепленные к

Конструкция кронштейна крепления датчиков давления довольно простая. Как видно из представленного ниже рисунка 1.25, он состоит из основания Т-образной формы, изготовленного из листового металла толщиной 4 мм, трех стальных одинаковых втулок, смонтированных на одинаковом друг от друга расстоянии на этом же основании с помощью гаек.

Рис.1.25. Кронштейн крепления датчиков давления

Все втулки имеют как снизу, так и сверху внутренние метрические резьбы. Наружная резьба втулке необходима для монтажа ее на основании, а две внутренние резьбы, одна, т.е. верхняя, – для присоединения к ней датчика давления, а другая, нижняя, – для присоединения штуцера тормозной трубки. При монтаже на раму данный кронштейн прикрепляется болтами через текстолитовую прокладку, чтобы изолировать корпус датчиков давления от массы (нуля). Такая необходимость обусловлена тем, чтобы от самих датчиков получить дифференцированный сигнал. Здесь уместно отметить, что наряду с изоляцией корпуса датчиков то же самое касается и трубок тормозной жидкости. Поэтому небольшие участки металлических трубопроводов заменены рукавами высокого давления. Герметичность в местах их соединений обеспечивается с помощью специальных винтовых хомутов. Монтаж всех входящих в конструкцию стенда узлов и агрегатов оформляет его общий вид, который представлен на рисунке 1.26. Завершение монтажа на раме узлов и агрегатов дает возможность размещения на ней панели приборов. Панель приборов – это, как известно, один из основных элементов пульта управления. Во время проведения исследования экспериментатор постоянно держит в поле зрения панель приборов, поэтому при конструировании и проработке его интерьера было продумано расположение как приборов, так и остальных аксессуаров панели. Приборы и важнейшие рукоятки, рычаги и кнопки управления располагают в зоне видимости и досягаемости экспериментатора. Количество приборов на панели определяется потребностью управления установкой и контролирования за ее работой. Все контрольные приборы и ручки управления имеют надписи. Вместо надписей, а в некоторых случаях обязательно наносят условные обозначения. Для удобства приборы на панели условно разделены на две части – механические и электрические. Механические приборы расположены на левой панели 1, а на правой панели 2 контрольные приборы (рис. 1.26). Посередине вышеназванных панелей на индивидуальном кронштейне закреплен контрольный манометр 3, предназначенный для сверки показаний рабочих манометров в

случае необходимости, а также применяемый при проведении тарировки измерительной системы стенда, когда требуется более точный замер избыточного давления тормозной жидкости в гидросистеме. В остальное время манометр не задействован. Внизу, с лицевой стороны панели приборов, находится блок питания стенда 4, а сбоку – его электронный блок управления 5.

Рис. 1.26. Вид на пульт управления стенда: 1 – панель управления гидроприводом; 2 – панель контрольных приборов; 3 – контрольный манометр; 4 – блок питания стенда; 5 – электронный блок управления; 6 – педаль газа; 7 – педаль тормоза

В целях обеспечения безопасности труда стенд оснащен тремя ограждающими металлическими сетчатыми экранами 8 и 9 – один на карданный вал, а остальные два – на тормозные диски. При разработке конструкции арматуры вышеупомянутых приборных панелей учтены как эксплуатационные, так и эргономические требования.

Каркас панелей представляет собой незамкнутый прямоугольник, изготовленный из уголков с помощью сварки. В нижней части их под некоторым углом дополнительно приварены такие же уголки, но с большей шириной полки. Это связано, во-первых, для обеспечения большей устойчивости их при закреплении на раме стенда; во-вторых, для удобства визуального наблюдения за показаниями приборов и управления ими; в-третьих, для монтажа и демонтажа приборов в случае необходимости их ремонта или замены перегоревших элементов, например лампочек. Для большей устойчивости и снижения вибронагрузки на контрольно-измерительные приборы панели снабжены в верхней части поперечными штангами, которые при необходимости можно снять.

Рычаг 1 с отверстиями на конце предназначенными для прикрепления с помощью штатных болтов к фланцу полуоси. Рычаг имеет сравнительно большую массу и поэтому для снижения погрешности измерения, в результате возникновения момента на рычаге, предусмотрено применение противовеса 4 с грузом, который по своей направляющей может перемещаться в ту или другую сторону. Закрепление груза на этой направляющей после уравновешивания системы осуществляется винтом.

1.7. Назначение и конструкция приспособлений для тарировочных работ Одним из основных условий получения достоверных экспериментальных данных в тензометрии является грамотное выполнение всех подготовительных работ. В эту работу в обязательном порядке входит, как правило, тарировка измерительной системы или устройства. В связи с тем, что достоверность конечных результатов во многом определяется достоверностью тарировочных данных, то последние зависят в немалой степени от оснащенности экспериментатора необходимой технологической оснасткой и приспособлениями. Так как выполнение исследований на данном стенде предполагает в основном измерение деформации кручения, то конструктивное их исполнение применяемых при этом приспособлений должно быть соответствующим. Для выполнения тарировки тензометрических датчиков, наклеенных на полуоси, имеется специальное приспособление, представленное на рис.1.27. Оно состоит из нагружающей и уравновешивающей частей. Нагружающая часть включает в себя несколько самостоятельных деталей, а именно рычаг 1, снабженный на конце крюком; подвес со штангой 2; калиброванные гири 3.

Рис. 1.27. Комплект приспособлений для тарировки датчиков карданного вала и полуоси: 1 – нагрузочный рычаг с болтами; подвес; 3 – гири; 4 – противовес; 5 – фиксатор; 6 – ключ; 7 – блокиратор с крепежом; 8 – тахометр

Фиксатор 5 предназначен для того, чтобы исключить проворачивание карданного вала при нагружении одной из полуосей вышеупомянутым рычагом 1 во время тарировки ее тензодатчиков. Он состоит он из двух частей – вилочного рычага и винта с гайкой. С помощью винта регулируется начальное положение рычага по горизонтали при нагружении полуосей крутящим моментом. Как известно, при блокировании одного из колес автомобиля другое колесо на этой же оси ведущего моста может,

находясь навесу, свободно вращаться. Для осуществления межколесной блокировки имеется специальный ключ 6. Чтобы заблокировать полуоси между собой, данный ключ вставляется в зазор между зубьями сателлитных шестерен. Для выполнения этой операции в верхней части балки заднего моста сделан специальный лючок прямоугольной формы с крышкой. С помощью изображенного на рисунке блокиратора 7 осуществляется фиксирование переднего карданного вала в нужном положении за его треугольный фланец. Это необходимо для того, чтобы удержать карданный вал от проворачивания, когда на другом его конце подвешиваются калиброванные гири для тарировки его тензодатчиков. Представленный на рисунке механический тахометр 8 предназначается для замера числа оборотов карданного вала и полуосей во время проведения тарировки их индуктивных датчиков. 2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА УЧЕБНОГО СТЕНДА 2.1. Измерительный мост Важным классом устройств, предназначенных для измерения параметров электрических цепей: сопротивления, силы тока, напряжения и др., а в тензометрии за этими величинами в результате тарировок подразумеваются неэлектрические величины – напряжения, деформации, усилия и других, являются мосты. Применение мостовой схемы увеличивает чувствительность и улучшает линейность характеристики. В процессе деформации кручения происходит парное изменение сопротивлений тензодатчиков моста R1 - R4 (рис. 2.1), наклеенных на валы, что приводит к его разбалансу, и ток разбаланса фиксируется миллиамперметром. С помощью добавочного сопротивления Rб, восстанавливается баланс моста. Принципиальная электрическая схема тензометрического преобразователя представлена на рисунке 2.1.

мА1

R2 R5

R4

R1

ТМ1 R3 R6

R7

R8

Рис. 2.1. Принципиальная электрическая схема тензометрического преобразователя

Тензодатчики R1, R2, R3, R4, наклеенные на вал под углом 45° к оси, соединены по мостовой схеме Уитстона, питание которой осуществляется от стабилизированного источника питания с выходным напряжением 9 В. При недостаточном уровне выходного сигнала для его регистрации применяют усилители постоянного тока. Для преобразования напряжения с диагонали измерительного моста в дифференциальный сигнал с током напряжения, которого было бы достаточно для его регистрации на регистрирующей аппаратуре, использован трехканальный дифференциальный усилитель постоянного тока. Ее электрическая схема представлена на рис. 2.3. За основу данного дифференциального усилителя принята схема тензометрического усилителя марки «ТОПАЗ-3-01» с некоторыми изменениями. На рис. 2.2 представлена ее монтажная схема.

2.2. Рис. Электрическая схема усилителя постоянного тока

Рис. 2.3. Схема монтажной платы усилителя постоянного тока

Рис. 2.4. Принципиальная интегральная схема усилителя

Усилитель представляет собой блок каскада предусилителя, выполненного на операционном усилителе (ОУ) DA1, и усилителя мощности на транзисторах V2, V3 и V4, V5. В качестве предварительного ОУ использована микросхема типа К118УД1Б.

Принципиальная интегральная схема усилителя состоит из дифференциальной пары транзисторов VТ1, VТ4 с коллекторными нагрузками R1, R5 генератора стабильного тока, выполненного на транзисторе VТ2, цепи смещения, состоящей из резисторов R3, R4, R2 и транзистора VТ3 в диодном включении (рис. 2.4). Цепь смещения служит для задания режима работы генератора стабильного тока и температурной стабилизации этого режима. Корпус микросхемы типа 238.14-4, назначение выводов: 2 – вывод эмиттера генератора стабильного тока (VТ2); 3 – вход 1; 5 – выход 1; 7 – питание ( + Uр ); 8 – вывод смещения; 9 – выход 2; 11 – общий; 12 – вывод базы генератора стабильного тока; 14 – питание ( - Uр ). В таблице 2.1 представлены сводные электрические параметры дифференциального усилителя постоянного тока. Электрические параметры ДУПТ

Напряжение смещения

Примечание

Величина ± 6,3

В

Uвх=0, Т =+25°С

1,3

мА

Uвх=0, Т =+25°С

2,4

мА

Uвх=0, Uпит=Uном, Т =+25°С Uвх=0, Uпит=Uном, Т =+70°С Uвх=0, Uпит=Uном, Т =-10°С Uпит=Uном, Uвх. 5-9≤12, Т =+25°С

4…4,9 3,8…4,7 4,1…5,1

В В В

-5…+5

мВ

-30…+30

мкВ/ °С

10

мкА

6

мкА

25

мкА

Uпит=Uном, Uвх. 5-9≤12, Т =+25°С

Входной ток

Uпит=Uном, Uвх. 5-9≤12, Т =+25°С Uпит=Uном, Uвх. 5-9≤12, Т =+70°С Uпит=Uном, Uвх. 5-9≤12, Т =10°С

Коэффициент усиления напряжения Коэффициент усиления напряжения Коэффициент ослабления синфазных входных напряжений Коэффициент гармоник Входное сопротивление Выходное напряжение

Величина

Е. И.

-2…+2

мкА

-5,5…+5,5

мкА

22

Нет

8

Нет

Uвх=Uпит, Т =+25°С

60

дБ

Uвх=Uпит, Т =+25°С Uпит=Uном, Т =+25°С, f=12 кГц Uпит=Uном, Т =+25°С, f=12 кГц

5

%

6

кОм

3…7

кОм

Е. й.

Нет

Температурный дрейф напряжение смещения в диапазоне температур – 10…+70°С

Разность входных токов

Примечание Uпит=Uном, Uвх. 5-9≤12, Т =+25…+70°С Uпит=Uном, Uвх. 5-9≤12, Т =10°С Uпит=Uном, Uвх= 10мВ, Т =+25°С, f=12 кГц Uпит=Uном, Uвх= 10мВ, Т =+25°С, f=5 кГц

Предельные эксплуатационные данные по вышеупомянутому усилителю представлены ниже в таблице 2.2.

Таблица 2.1 Параметр Номинальное напряжение питания (двухполярное) Ток потребления от положительного источника Ток потребления от отрицательного источника Выходной ток покоя Входное напряжение покоя Входное напряжение покоя

продолжение таблицы 2.1 Параметр

Таблица 2.2 Предельные эксплуатационные данные Параметр Примечание Величина Напряжение питания источника положительного напряжения Напряжение питания источника отрицательного напряжения Напряжение, подаваемое на любой вход при заземленном другом Максимальное синфазное напряжение Максимальный ток по выходу 14 Температура окружающей среды

Е. й.

Нет

2,7…6,9

В

Нет

-6,9…2,7

В

Нет

-3…+1

В

Нет

±3

В

Нет

2,5

мА

Нет

-10…+70

°С

2.2. Система электронного слежения 2.2.1. Блок электропитания стенда Для питания учебного стенда, предназначенного для исследования работы ведущего моста легкового автомобиля, предусмотрен силовой блок электропитания (СБП), вид которого с лицевой стороны представлен на рисунке 2.5. На рисунке 2.6 изображена ее электрическая схема. Подача силового напряжения осуществляется путем включения автоматического выключателя (ПВ), при этом однофазное переменное напряжение 220В через предохранитель (Пр-1), понижающий трансформатор, поступает на выпрямитель и питает светодиодную лампочку V1 «СЕТЬ». Данная лампочка смонтирована на лицевой панели электроизмерительных приборов стенда (рис.2.7). При нажатии кнопки Вк3 «ПУСК» происходит подключение обмотки магнитного пускателя МП к однофазному напряжению 220 В.

Рис. 2.6. Электрическая схема электропитания стенда

При этом в магнитном пускателе замыкается группа контактов, вследствие чего подается к асинхронному электродвигателю М1 силовое напряжение 380 В. Для выключения данного электродвигателя достаточно разомкнуть цепь обмотки магнитного пускателя путем нажатия кнопки «СТОП». Для предотвращения запуска электродвигателя при снятом ограждающем устройстве предусмотрен концевой выключатель Вк2.

Рис. 2.5. Блок электропитания стенда

регистраторов оборотов Т (рис. 2.9). Электрические сигналы с тензодатчиков ТД1-ТД3, проходя через усилитель, поступают на линейку регистраторов крутящих моментов Н. Разъемы Х7 и Х5 предназначены для подключения внешних регистрирующих приборов для определения частоты вращения карданного вала и полуосей; давления тормозной жидкости как в магистрали, так и в рабочих цилиндрах; крутящих моментов на карданном валу и полуосях.

Рис. 2.7. Панель электроизмерительных приборов: 1 – лампочка «СЕТЬ»; 2 – лампочка «СТОП»; 3 – индикаторы числа оборотов; 4– индикаторы крутящих моментов; 5 – разъемы подключения тензодатчиков

2.2.2. Устройство и работа электронного блока управления Рис. 2.8. Общий вид электронного блока управления

В состав электронного блока управления, общий вид которого представлен на рисунке 2.8, входит: источник питания; трехканальный тензоусилитель; трехканальный блок электронного тахометра; трехканальный мостовой блок резисторов датчиков давления тормозной жидкости. Принцип работы электронного блока заключается в следующем. Выпрямительный блок БВ осуществляет питание напряжением 12В блок резисторов РБ датчиков давления, а также через стабилизатор напряжения СТ электронный тахометр напряжением 5В. Электрические сигналы с датчиков давления ДД1-ДД3, проходя через резисторный блок РБ поступают на разъем Х7 для подключения внешних регистрирующих приборов. Электрические сигналы с индукционных датчиков ДИ1-ДИ-3 через электронный тахометр ТХ поступают на линейку

Электронный тахометр представляет собой комплексную систему, содержащую показывающий прибор, который работает совместно с первичным преобразователем типа 1ППТ-26. Принцип действия тахометра основан на преобразовании числа импульсов в напряжение. Преобразователь выполнен в виде магнитноэлектрического устройства с усилителем переменного тока. На рисунке 2.10 приведена принципиальная схема одного из каналов электронного тахометра. При вращении зубчатого диска (рис. 2.11), укрепленного на фланце полуоси, происходит изменение зазора 6 между подпятником 5 первичного преобразователя и поверхностью зубьев зубчатого диска. В результате чего в обмотке 3 упомянутого преобразователя наводится переменная Э.Д.С., которая усиливается усилителем.

Рис. 2.10. Электрическая схема тахометра

Рис. 2.9. Принципиальная электрическая схема учебного стенда: БУ – электронный блок управления; СБП – силовой блок питания; БП – блок питания; ДД – датчик давления; ДИ – индукционный датчик; ТД – тензодатчик; БВ – выпрямительный блок; СТ – стабилизатор напряжения; ТХ – электронный тахометр; АКБ – аккумуляторная батарея; ИП – источник питания; У – тензоусилитель; РБ – блок резисторов

Частота его выходных импульсов пропорциональна частоте вращения зубчатого диска, следовательно, и частоте вращения вала. Переменная Э.Д.С., наведенная в катушке L через подстроечный резистор R1, подается на базу составного эмиттерного повторителя, собранного на двух транзисторах V1 и V2, импульсы которого запускают ждущий одновибратор, состоящий из двух логических элементов D1.1, D1.2. Импульсы с одновибратора поступают на базу транзистора транзисторного ключа V4, который устраняет влияние нагрузки на работу одновибратора. В эмиттерную цепь ключа V4 включен дифференциальный усилитель с общей базой на транзисторах V5 и V6 разной проводимости. Измерительный прибор – миллиамперметр Р1 включен на выходе дифференциального усилителя V5 и V6. Так как амплитуда и длительность импульсов одновибратора постоянны, средний ток, протекающий через миллиамперметр, пропорционален частоте запускающих импульсов, т. е. частоте вращения полуоси (карданного вала). Подстроечный резистор R1 служит для задания режима работы транзисторов V1 и V2. Светодиод V3 (с красным свечением) служит индикатором работы одновибратора. По частоте мерцания светодиода V3 судят о частоте вращения вала. Его постоянное свечение V3 свидетельствует об обрыве в цепи между датчиком преобразователя и блоком тахометра. Предельное значение частоты вращения вала устанавливается с помощью построечного резистора R4.

Рисунок 2.12. Электрическая схема подключения датчика давления

2.3. Подключение внешних регистрирующих приборов Рис. 2.11. Индуктивный датчик: 1 – экранированный провод; 2 – корпус; 3 – обмотка; 4 – магнитный сердечник; 5 – подпятник; 6 – зазор; 7 – зубчатое колесо

2.2.3. Система слежения за давлением рабочей жидкости в тормозной системе Определение давления тормозной жидкости в ГТЦ, а также на каждом из двух рабочих цилиндров осуществляется с помощью датчиков давления. Электрическая схема подключения этих датчиков приведена на рисунке 2.12. Использование персонального компьютера (ПЭВМ) в процессе проведения исследований позволяет проводить измерения в реальном масштабе времени с одновременной архивацией и визуализацией экспериментальных данных, просматривать и анализировать результаты. В реальном масштабе времени производятся первичная математическая обработка и допусковый контроль значений измеряемых параметров. Вся информация сохраняется в формате базы данных и доступна для последующей обработки и анализа.

Для регистрации частот вращения полуосей и карданного вала, а также крутящего момента на них и фиксирования давления рабочей жидкости в тормозной системе предусмотрена возможность подключения вышеописанного электронного блока управления к ПЭВМ. Схема подключения внешних регистрирующих приборов к стенду представлена на рисунке 2.13.

Рис. 2.13. Схема подключения внешних регистрирующих приборов: У – трехканальный усилитель; ПС – самопишущий прибор; АЦП – аналогоцифровой преобразователь; БП – блок питания; ЭВМ – персональный компьютер

Их подключение выполняется через промежуточный элемент – аналого-цифровой преобразователь (АЦП) типа – Е330 фирмы «L-card», общий вид которого изображен на рисунке 2.14. Для этого выходной дифференциальный сигнал тахометра подключается на аналоговый вход АЦП в дифференциальном режиме, а цифровой выход с АЦП – на «LPT» порт ПЭВМ.

Рис. 2.14. Аналого-цифровой преобразователь Е-330

С помощью программного обеспечения «Oscil» непосредственно на экране монитора (рис. 2.15) экспериментатору предоставляется возможность сделать просмотр и в последующем проанализировать полученные результаты испытаний. АЦП осуществляет преобразование аналоговых сигналов измерительных систем комплекса в цифровые коды, поступающие на вход переносного портативного компьютера. Он имеет 16 входных дифференциальных каналов, или 32 канала с общей землей. Максимальная частота преобразования составляет 500 кГц, время преобразования – 1,7 мкс, полоса пропускания – 370 кГц, диапазон измеряемого входного сигнала – от 0 до 5,12 В.

Рис. 2.15. Вывод результатов измерения в графическом виде на экран дисплея компьютера

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТЕНДА

1

2 3 4 5 6 7 8 9

10

Частота вращения, об/мин: электродвигателя 71А4ШУАЛ4 карданного вала полуосей Передаточное отношение редуктора Номинальный крутящий момент, Н· м: на карданном валу на полуосях Номинальное давление в тормозной системе, МПа Напряжение питания мостовой схемы, В тензодатчиков полуоси тензодатчиков карданного вала Мощность электродвигателя, кВт Напряжение электродвигателя, В Объем тормозной жидкости в системе, л Габаритные размеры стенда, мм: длина ширина высота Снаряженная масса, кг

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

2940 1060 58 4,1 16,4 72,2 0,25 2,0 5,0 0,75 переменный, 380 0,75 1680 1680 1070 240

1. Альтшуль А.Д. Примеры расчетов по гидравлике. – М.: Стройиздат, 1977. – 255 с. 2. Вахламов В.К. Автомобили ВАЗ. – М.: Транспорт, 1993. – 192 с. 3. Вахламов В.К. Автомобили. Основы конструкции. – М.: Академия, 2004. – 525 с. 4. Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А.А. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя. – М.: Изд. центр «Академия», 2004. – 528с. 5. Вишняков Н.Н., Вахламов В.К., Нарбут А.Н. и др. Автомобиль: Основы конструкции. – М.: Машиностроение, 1986. – 304 с. 6. Игнатов А.П., Новокшонов К.В., Пятков К.Б., Яметов В.А. Руководство по ремонту, эксплуатации и техническому обслуживанию автомобилей ВАЗ-2103 и ВАЗ-2106 и их модификаций. – М.: «Третий Рим», 2000. – 164 с. 7. Касаткин Б.С., Кудрин А.Б., и др. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений. – Киев: Наукова Думка, 1981. – 583 с. 8. Косенков А. Устройство тормозных систем иномарок и отечественных автомобилей. – Ростов-на-Дону : Феникс, 2003. – 224 с. 9. Литвиненко В.В., Майструк А.П. Автомобильные датчики, реле и переключатели. краткий справочник. – М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004. – 176с. 10. Мотовилин Г.В., Масино М.А., Суворов О.М. Автомобильные материалы: справочник. – М.: Транспорт, 1989. – 461 с. 11. Немец И. Практическое применение тензорезисторов: пер. с чешск. – М.: Энергия, 1970. – 180 с. 12. Осепчугов В.В, Фрумкин А.К. Автомобиль. Анализ конструкций, элементы расчета. – М.: Машиностроение, 1989. – 304 с. 13. Степин В.Г. Сопротивление материалов. – М.: Машиностроение, 1980. 210 с. 14. Тензометрия в машиностроении: справочное пособие /под ред. Р.А. Макарова. – М.: Машиностроение, 1975. – 186 с. 15. Тимофеев Ю.Л., Тимофеев Г.Л., Ильин Н.М. Электрооборудование автомобилей. Устранение и предупреждение неисправностей. – М.: Транспорт, 2000. – 301 с.

СОДЕРЖАНИЕ

От авторов……………………………………………………... 1. Устройство учебного стенда для исследования работы ведущего моста легкового автомобиля……………………… 1.1. Кинематическая схема…………………………………… 1.2. Конструкция рамы стенда……………………………….. 1.3. Устройство привода ведущего моста…………………… 1.4. Конструкции токосъемников карданного вала и полуосей……………………………………………………….. 1.5. Устройство системы гидропривода тормозов………….. 1.6. Описание схем монтажа датчиков и контрольных приборов на стенде……………………………………………. 1.7. Назначение и конструкция приспособлений для тарировочных работ……………………………………………

3

2. Электрическая схема учебного стенда…………………….. 2.1. Измерительный мост……………………………………… 2.2. Система электронного слежения………………………… 2.2.1. Блок электропитания стенда……………………… 2.2.2. Устройство и работа электронного блока управления………………………………………………… 2.2.3. Система слежения за давлением рабочей жидкости в тормозной системе………………………….. 2.3. Подключение внешних регистрирующих приборов……

39 39 45 45

Список рекомендуемой литературы…………………………. Содержание…………………………………………………….

56 57

6 6 8 10 18 25 30 37

47

Составители В.Ц. Раднатаров, А.В. Быков

51 52

Редактор Т.Н. Чудинова Компьютерный набор и верстка В.Ц. Раднатаров

Подписано в печать 27.11.2006 г. Формат 60х84 1/16. Печать операт., бумага писч. Усл. п.л. 3,49. Тираж 50 экз. Заказ № 266. __________________________________________________ Издательство ВСГТУ 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40 в.