Анализ динамических характеристик автотракторной силовой передачи

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра: «Автомобиле - и тракторостроение»

Анализ динамических характеристик

автотракторной силовой передачи

по дисциплине: “САПР в тракторостроении”

Выполнил:

студент группы АТФ-4С

Дитковский Р.С.

Проверил:

Соколов-Добрев Н.С.

Волгоград, 2010

Введение

Нагруженность силовых передач тягово-транспортных средств в эксплуатации имеет динамический характер. Она формируется в результате действия как внешних, так и внутренних возмущений. Основными среди внешних считаются флуктуации тягового сопротивления и крутящего момента двигателя, возмущения от колебаний остова на подвеске, для гусеничных машин – от неравномерности перемотки гусеницы, а также воздействия со стороны системы управления. Основными среди внутренних считаются кинематические и силовые возмущения от перезацепления шестерен, несоосности валов, неравномерности вращения кардана, деформаций и смещений корпусных деталей.

Неравномерность действия внешних нагрузок вызывает крутильные и изгибные колебания в валопроводе силовой передачи. Их роль в процессе накопления усталостных повреждений значительна. По современным данным, до 80 % отказов в передачах обязано своим происхождением именно колебаниям.

Выполняемые в этом курсе лабораторные работы основаны на используемых в инженерной практике методах анализа динамических характеристик передач на этапе проектирования.

Лабораторная работа № 1

РЕДУЦИРОВАНИЕ МОДЕЛИ СИЛОВОЙ ПЕРЕДАЧИ И ПОЛУЧЕНИЕ В ЕЕ СПЕКТРЕ ЗАДАННЫХ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ

1.1 Исходные данные для выполнения исследований

Исследования выполняются на базе динамической модели силовой передачи трактора ВТ-100 производства ВгТЗ. Начальная динамическая модель передачи приведена на рис. 1а, редуцированная до 10 масс динамическая модель приведена на рис. 1б.

В таблице 1 приведены значения моментов инерции масс модели и жесткости их связей при включенной в КПП третьей передаче, на которой выполняется основная часть сельскохозяйственных работ.

Каждый студент для выполнения исследования получает у преподавателя задание, в соответствии с которым он должен изменить (пересчитать) величины моментов инерции масс и жесткости связей исходной 10-массовой модели на основе предложенных преподавателем коэффициентов. Пример задания для каждого студента показан в таблице 2. В соответствии с приведенными в таблице коэффициентами должны быть изменены параметры соответствующих элементов исходной модели.

Упруго-инерционные параметры динамической модели передачи

Таблица 1

Коэффициенты для изменения параметров элементов

Таблица 2

1.2 Редуцирование модели

1.2.1 Метод редуцирования

Каждый студент должен выполнить дальнейшее редуцирование 10-массовой модели до 6-массовой. Редукция модели проводится по методу Ривина и основана на замене отдельных элементарных двухмассовых колебательных систем (рис. 2а) одномассовыми (рис. 2б) путем объединения двух масс в одну и пропорционального изменения податливости связей объединенной массы.

I_k-1 C_k I_k+1 C'_k-1 I'_k C'_k+1

а) б)

Рис. 2. Схемы парциальных систем

Величина момента инерции объединенной массы и новые величины жесткости ее связей рассчитываются в соответствии со следующими формулами:

,

,

,

где - момент инерции объединенной массы;

- моменты инерции объединяемых масс;

- крутильная жесткость связей объединенной массы;

- крутильная жесткость связи объединяемых масс.

При этом способе первая и последняя массы системы не участвуют в редукции - их масса не может быть распределена между другими, также и к ним не может быть добавлена масса, иначе редуцированная модель может отличаться по динамическим свойствам от нередуцированной. Таким образом, метод позволяет редуцировать модель, включающую в себя не менее трех масс.

1.2.1 Выполнение редуцирования

Редуцирование выполняется при помощи программного комплекса DASP1.

После расчета на экран выдаются новые значения момента инерции объединенной массы и жесткость ее связей с предыдущими и последующими массами, а также распечатываются значения моментов инерции масс и жесткости связей новой системы и ее парциальные частоты.

На последующем шаге для редуцирования снова выбираем массу с наивысшей парциальной частотой и повторяем операции. В результате будет получена модель, редуцированная до 6 масс. Ход редуцирования отражаем в таблице 3.

Последовательность редуцирования модели

Таблица 3

1.3 Получение в спектре модели заданных собственных частот

1.3.1 Исследование влияния параметров элементов модели на собственные частоты

Выбираем в главном меню программного комплекса DASP1 пункт «Формирование собственного частотного спектра». Вводим параметры полученной 6-массовой модели – моменты инерции масс и жесткость связей. Рассчитываем и заносим в таблицу собственные частоты. По запросу программы вводим диапазон поиска собственных частот в 0 с шагом 0,1 Гц.

Далее выполняем исследование влияния на эти частоты параметров каждого элемента модели. Заготавливаем таблицу 4, в которую заносим рассчитанные значения параметров указанных элементов и собственные частоты, соответствующие модели с этими параметрами.

Параметры элементов модели и собственные частоты

Таблица 4

На основе таблицы 4 строим графики, отражающие влияние изменения параметров каждого элемента на собственные частоты.

Далее за счет варьирования выбранных параметров получаем в собственном частотном спектре модели значения второй и четвертой собственных частот сначала в два раза меньшие, чем при номинальных параметрах, потом в два раза большие. Изменение параметров элементов осуществляется путем ввода их скорректированных значений. Для этого в главном меню выбирается пункт «Вносим произвольные изменения» и изменяется значение момента инерции выбранных по графикам масс и жесткость связей, оказывающих на изменение этих частот наибольшее влияние. Процесс поиска в соответствии с распечаткой должен быть отражен таблицами следующего вида (на каждом шаге изменения параметров).

Таблица 5.

Лабораторная работа № 2

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ УПРУГО-ИНЕРЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ МОДЕЛИ СИЛОВОЙ ПЕРЕДАЧИ НА ПРОХОЖДЕНИЕ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ПО ВАЛОПРОВОДУ

2.1 Исходные данные и методика выполнения исследований

Для исследований используется полученная в первой части этого курса 10-массовая динамическая модель силовой передачи трактора ВТ-100 (измененная в соответствии с вариантом задания). Исследуется дополнительная динамическая нагруженность участков передачи от неравномерности действия основных эксплуатационных нагрузок. Для этого при выполнении расчетов на элементы модели прикладываем соответствующие возмущающие воздействия.

К массе I₁₀ модели (поступательно движущиеся массы трактора и орудия, см. рис. 1) прикладываем возмущающие воздействия от неравномерности тягового сопротивления с частотой 0,1 Гц и 1 Гц. Обычно в этом частотном диапазоне помещаются нагрузки от неравномерности тягового сопротивления при выполнении трактором основной сельскохозяйственной работы - пахоты. К массе I₉ модели (ведущее колесо, ходовая система и подвеска) прикладываем нагрузку с частотой 2 Гц, имитирующую воздействие от колебаний остова на подвеске, а также нагрузки с частотами 12 Гц и 24 Гц - это средние величины диапазона, в котором для данного трактора помещаются воздействия от неравномерности перемотки гусеницы при движении трактора с разными скоростями и при несинфазной работе гусеничных движителей левого и правого борта. И, наконец, приложением моментов к массе I₁ имитируется воздействие на силовую передачу гармоник двигателя. Момент с частотой 30 Гц имитирует воздействие первой гармоники, с частотой 45 Гц - полуторной, с частотой 60 Гц - второй, с частотой 75 Гц - двухсполовинной, с частотой 90 Гц - третьей, с частотой 105 Гц - трехсполовинной, с частотой 120 Гц - четвертой. Все моменты, прикладываемые ко всем массам, единичные. Это позволяет при анализе результатов легко определять полученную дополнительную нагруженность участка в процентах по сравнению с величиной приложенного момента.

Для выполнения расчетов следует в главном меню программного комплекса DASP1 выбрать пункт «Считаем вынужденные колебания» и ввести запрашиваемые программой параметры элементов модели. Далее из следующего меню следует выбрать «Делаем расчет для нерезонансных частот», указать величину прикладываемого момента (1.) и номер массы, к которой он приложен (10). Программой запрашивается диапазон частот, в котором будет изменяться прикладываемый момент. Исследование для каждой из выбранных частот следует выполнить поочередно. Например, вы выбрали массу 10 и приложили к ней единичный момент, далее для нагрузки с частотой 0,1 Гц диапазон частот указывается следующим образом:

0.1,0.1

Шаг изменения частоты выбрать равным 1 Гц - ввести (1.)

После этого расчета выбрать «Считаем снова амплитуды и отношения моментов» и выполнить расчет по той же схеме для нагрузки с другой частотой.

Когда все расчеты для модели с номинальными параметрами выбраны, следует в заданное преподавателем для каждого студента число раз сначала уменьшить, потом увеличить жесткость одного из участков и выполнить для этой модели такие же исследования. После этого следует так же увеличить и уменьшить момент инерции одной из масс и повторить расчеты. Номера участков и масс для каждого студента определяет преподаватель.

2.2 Представление и анализ результатов исследования

Результаты исследования прохождения колебаний разных частот по валопроводу силовой передачи отразим на графиках.

Литература

Барский И.Б., Анилович В.Я., Кутьков Г.М. Динамика трактора. - М.: Машиностроение, 1973.

Вейц В.Л., Кочура А.Е., Мартыненко А.М. Динамические расчеты приводов машин. - Л.: Машиностроение, 1971.

Маслов Г.С. Расчеты колебаний валов: Справочник. - М.: Машиностроение, 1980.

Шеховцов В.В. Анализ и синтез динамических характеристик автотракторных силовых передач и средств для их испытания. Монография.- Волгоград, изд-во РПК «Политехник», 2004. – 224 с.