Расчет крутильных колебаний в трансмиссии полноприводного легкового автомобиля при движении по неровным дорогам и оптимизация параметров демпфирующей муфты Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

№ 1 2008

ли и пригодности ее для проведения практических расчетов при исследовании свойств устойчивости и управляемости и при отработке алгоритмов управления поворотом колес задней оси.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Павловский М,А,,Путята Т.В. Теоретическая механика, — Киев: Вища Школа, 1985. — 327 с.

2. Смирнов Г. А. Теория движения колесных машин: Учеб. для студентов машиностроительных специальностей вузов. — М.: Машиностроение, 1990. — 352 с.

3. Рождественский Ю.Л.,Машков К.Ю.О формировании реакций при качении упругого колеса по недеформируемому основанию / Труды МВТУ — 1982. — № 390. — С. 56—64.

4. А к с е н о в П. В. Многоосные автомобили. — М.: Машиностроение, 1980. — 206с.

5. Антонов Д. А, Теория устойчивости движения многоосных автомобилей. — М.: Машиностроение, 1978.— 216 с.

629.431.73.62-752

РАСЧЕТ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ В ТРАНСМИССИИ ПОЛНОПРИВОДНОГО ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ ПРИ ДВИЖЕНИИ ПО НЕРОВНЫМ ДОРОГАМ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ

ДЕМПФИРУЮЩЕЙ МУФТЫ

Канд. техн. наук проф.В. В. ЛОМАКИН\ асп. НГУЕНГУЙ ЧЫОНГ

Представлена методика расчета крутильных колебаний в трансмиссии автомобиля при его движении по неровным дорогам. Предложена оптимизация параметров д емпф i ipyto t if eu муфт ы.

The article relates to the torsional vibration calculation method in transmissions of the car when it moves on the rough roads. Also optimization of dampening muff parameters is offered.

Силовой агрегат автомобиля состоит из значительного количества частей: двигателя, маховых масс, соединяющихся через редукторы валами, муфтой и другими элементами с различной угловой жесткостью (рис. 1). Эти конструктивные элементы в совокупности образуют колебательные системы с рассредоточенными массами, поэтому силовой агрегат является одним из значительных источников колебаний в автомобиле.

Для уменьшения резонансов и снижения динамической нагруженности в трансмиссии автомобиля применяются упругодемпфирующие муфты. Важнейшим направлением эффективного использования пассивной виброизоляции муфты является оптимизация ее параметров.

ь

Методика расчета крутильных колебаний в трансмиссии автомобиля

при его движении по неровным дорогам

Динамическая модель для расчета колебаний в трансмиссии полноприводного легкового автомобиля (рис. 1 ), предложенная в работе, отражает взаимосвязи между крутильными колебаниями силового агрегата, трансмиссии, вертикальными, продольно-угловыми колебаниями масс автомобиля и силового агрегата. В предложенной модели также учитываются возмущающие воздействия на автомобиль со стороны неровностей дороги [1].

№ 1 2008

Рис. 1. Динамическая модель для расчета колебаний силового агрегата и крутильных колебаний в трансмиссии

полноприводного легкового автомобиля

При определении собственных частот в трансмиссии влиянием трения в системе можно пренебречь, так как оно не оказывает существенного воздействия на их величины. Систему дифференциальных уравнений, описывающую данную модель, можно записать в виде [2]

Мф,+*ф,+Сф,=е(о, (1)

где ф. — вектор-столбец перемещений и угловых колебаний масс; М— матрица инерционных коэффициентов частей автомобиля; С — матрица коэффициентов жесткостей и крутильных жесткостей; К— матрица коэффициентов демпфирования; Q{t) — вектор-столбец возмущающих сил и моментов.

Известно, что спектральная плотность на выходе колебательной системы составляет

(®) = И'"Ю)Г ^ (®), (2)

где (со) — спектральная плотность возмущения системы; ^(усо) — частотная характеристика колебательной системы (у = >М), здесь IV = ; £) = (-со2А/4-+ и О — вектор, определяющий характер возмущения колебательной системы.

57 2008

Решение (1) имеет вид: <р(. = 5111(03; / + ос), где со, — вектор собственных частот масс колебаний трансмиссии, определяемый решением уравнения

С-щМ = 0. (3)

Результаты расчета собственных частот масс трансмиссии полноприводного легкового автомобиля в среде МАТЛАБ при использовании (3) представлены в табл. 1.

Таблица 1

Собственные частоты масс трансмиссии автомобиля ВАЗ 2121

Гц 1-П 2-П 3-П 4-П 5-П

со 2,8578 4,455 6,1571 7,483 8,2581

16,4685 16,4171 16,3136 16,2015 16,1215

со, 3 16,6094 16,6099 16,6096 16,6095 16,6102

37,0638 34,7934 32,4957 31,1665 30,1704

со5 48,687 54,7835 63,5576 73,6634 83,4287

ю6 112,466 112,44 112,286 112,337 112,316

°°7 141,894 142,015 142,01 142,176 142,529

Упругий момент в муфте (М1г) определяется отношением

М

23

С2з(Ф2 "Фа)'

(4)

где ф2, ф3 — угловые перемещения масс коробки передач и раздаточной коробки.

Спектральная плотность угловых перемещений масс коробки передач (¿>ф2(со)) и раздаточной коробки (£ (со)) определяются так:

Фэ

5ф2 (со) = [.АТ- (со)]2 (со) + [А* (со)]2 sb (со) + [а* (со)]2 5fc (со);

(5)

S. (со) = [а? (со)]2 5Д (со) + (со)]2 (со)

Фз

(т)

\ (со),

(6)

где ^2(со) = |^дф2(7"со)|и ^ (со) = (усо)| —амплитудно-частотные характеристики (модули амплитудно-фазовой характеристики) крутящего момента двигателя для масс коробки

передач и раздаточной коробки; Д?2(со)

К О'®), (со)

К' 0'°>)и Аь (")

С а©)

Л* (со)

К: о®)

х .. ^ — амплитудно-частотные характеристики (модули амплитудно-фазо-вой характеристики) момента сопротивления движению переднего, заднего мостов полноприводного легкового автомобиля для масс коробки передач и раздаточной коробки;

спектральная

Фурье

Iм,

—ею

м

л

М08т(2соО; амплитуду М{) принимаем для максимального крутящего момента

двигателя; 5 (со), ^ (со) — спектральнь заднего мостов автомобиля определяются:

микропрофили

а Да, St/(co) = —г^-Чт 1 7с(со" + а")

р

тс

со2 + а" -В2)2 +4ог(3

№ 1

2008

В табл. 2 приведены параметры микропрофиля дорожной поверхности для трех типов

дороги: асфальтированной, грунтовой и крупнобулыжной.

Таблгща 2

Параметры микропрофиля дорожной поверхности

Коэффициенты корреляционной связи а, м Л «01» 1/м ОС,,2, 1/м Ро2> 1/м

Асфальтированное шоссе 0,008 0,85 0,15 0,2 0,05 0,6

Разбитая грунтовая 0,028 0,85 0,15 0,5 0,2 2

Крупнобулыжный участок 0,0249 0,668 0,336 1,1 10,60 19,71

Из (4) можно определить значение спектральной плотности углового момента в муфте

ч (и)

М

Л

23

(со)]2 (со)

где А^ (со) = Г" О'®)

I

Ч\

(со)]2 (со) + (ш)]' (со) э

42

(8)

Кг 0'«)| . (»)=\к О'®) - К (-Ни

Л?

к: см

- И/Ь (усо)— амплитудно-частотные характеристики (модули ампли-

* £* I

тудно-фазовой характеристики).

Среднеквадратическое значение упругого момента в муфте (М™) описывается выражением

сю

м

ск 23

-V (со)г/со

(9)

Результаты расчета спектральных плотностей упругого момента в муфте с учетом и без учета крутящего момента двигателя в диапазоне частот 0...200 Гц представлены на рис. 2, а в диапазоне частот 0...20 Гц — на рис. 3.

А

к

Р.

л о

9С $

л

£

1

№ 120 частота (Гц)

з 4 л **

№ 100 120 частота (Гц)

Рис. 2. Спектральная плотность упругого момента в муфте (со)) (когда обороты двигателя 3900 об/мин):

П-2, П-3, П-4 — при движении автомобиля на второй, третьей, четвертой передачах; А — при движении автомобиля на асфальтированной дороге; К — при движении автомобиля на крупно булыжном участке; Д, — с

учетом крутящего момента двигателя; Д — без учета крутящего момента двигателя

№ 1

10

О

А

"•г-.....

2-П Ц

3-п !!

4-п

г (

......• I

i

щ ... * -

..-к.............. ¿,..„..............s......

$ 10 12 частота (Гц)

н

16

13

20

2005

10*

К

И»------,

2-П :

3-П

4-П

частота (Гц)

Рис. 3- Спектральная плотность упругого момента в муфте: (ш)) (когда обороты двигателя 3900 об/мин) П-2, П~3, П-4 — при движении автомобиля на второй, третьей, четвертой передачах; А — при движении автомобиля на асфальтированной дороге; К — при движении автомобиля на крупнобулыжном участке

При анализе результатов расчета спектральных плотностей упругого момента в муфте с учетом влияния крутящего момента двигателя и без него (рис. 2 и 3), отмечаем, что в диапазоне частот 0...20 Гц моменты сопротивления движению автомобиля значительно влияют на крутильные колебания в трансмиссии. А в диапазоне частот 20...200 Гц (эквивалентно оборотами двигателя от 600 до 6000 об/мин) крутильные колебания в трансмиссии зависят от крутящего момента работающего двигателя.

Методика оптимизации крутильной жесткости муфты трансмиссии

Критериями для оптимизации крутильной жесткости муфты трансмиссии являются [3]: разность (ф'2к - ф™) угловых перемещений масс коробки передач (ф™) и раздаточной коробки (ФзК); среднеквадратическое значение упругого момента в муфте (М2С3К).

Можно предложить следующую методику оптимизации крутильной жесткости муфты трансмиссии, состоящую из следующих этапов:

1) расчета угловых перемещений масс коробки передач (ф™), раздаточной коробки (ф(3к) и среднеквадратического значения упругого момента в муфте (), которые зависят от крутильной жесткости муфты;

2) определения минимальных областей разности угловых перемещений масс раздаточной коробки, коробки передач и среднеквадратического значения упругого момента в муфте: А = min [ ф2к - ф$к]; Б = min [ М™ ];

3) определения области оптимальных значений крутильной жесткости муфты (О):

(0 = Ап Б).

Результаты оптимизации крутильной жесткости муфты трансмиссии полноприводного

легкового автомобиля представлены на рис. 4.

На рис. 4 показана целевая область оптимизации крутильной жесткости муфты трансмиссии от 1100 до 1500 Н-м/рад. Все точки, лежащие внутри этой области, являются оптимальными для уровня углового момента в муфте.

№ 1

2008

Ü "3

л ги

со О-

о —

л о

X

о л

Q-

X

а>

3"

<и S а>

а.

ш с:

300

700

Крутильная жёсткость муфты

1100 1500 1900

Н.м/рад

Рис. 4. Области оптимизации крутильной жесткости муфты трансмиссии: П-2, П-3, П-4 — при движении автомобиля на второй, третьей, четвертой передачах; А — целевая область оптимизации зависит от разности; Б — целевая область оптимизации зависит от среднеквадратического значения крутящего момента муфты;

О = А о Б — области оптимизации

Выводы

1) В результате проведенных расчетов (табл. 1) были получены значения собственных частот колебаний трансмиссии полноприводного легкового автомобиля на первых пяти передачах, которые лежат в интервале от 2,86 до 142,53 Гц и подразделяются на семь диапазонов (2,86-8,26; 16,12-16,47; 16,6-16,61; 30,17-37,1; 48,69-83,43, 112,3-112,46, 141,9-142,53 Гц).

2. В диапазоне частот 0...20 Гц моменты сопротивления движению полноприводного легкового автомобиля значительно влияют на крутильные колебания в трансмиссии. А в диапазоне частот 20...200 Гц (эквивалентно оборотами двигателя от 600 до 6000 об/мин) крутильные колебания в трансмиссии в большой степени зависят от крутящего момента работающего двигателя.

3. Предложенная методика оптимизации параметров демпфирующих муфт позволяет определить целевую область оптимизации крутильной жесткости муфты трансмиссии (О = А п Б) в диапазоне от 1100 до 1500 Н-м/рад. Формы крутильных колебаний, которые были получены в результате оптимальных величин, имеют минимальные значения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ломакин В. В,, H г у е и Г у й 4 ы о н г. Алализ и выбор динамических схем для расчета сложений колебаний силового агрегата автомобиля // Сборник науч. конф. «Колесные машины» МГТУ им. Н. Э. Баумана. — М.,

2006. —С. 216—224.

2. Латышев Г. В.,Минкин Л.М.Дольский В. Е. Метод расчета колебаний силового агрегата автомобиля, возникающих от воздействия дорожных неровностей // Сб. трудов НАМИ — М., 1973. — Вып. 145. — С. 41—54.

3. Ломакин В. В., 4 е р е п а н о в Л. А. Оптимизация передачи колебаний от силового агрегата на кузов автомобиля. Изд. МВТУ им. Н. Э. Баумана. — М., 1979. — С. 101—106.