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
Моменты инерции масс (приведены к оси ведущего колеса) | |||
Обозначение массы | Узел | Момент инерции, кгм2 | |
I1 | Двигатель и ведущие элементы муфты сцепления | 2604,8 | |
I2 | Ведомые элементы муфты сцепления | 101,01 | |
I3 | Карданный вал | 11,99 | |
I4 | Ведущие элементы коробки передач | 94,691 | |
I5 | Ведомые элементы коробки передач | 163,2 | |
I6 | Главная передача | 126,95 | |
I7 | Водило планетарного механизма поворота и шкив фрикциона | 11,388 | |
I8 | Конечная передача и шкив остановочного тормоза | 10,422 | |
I9 | Гусеничный обвод и вращающиеся детали ходовой системы | 80,64 | |
I10 | Поступательно движущиеся массы трактора и плуга | 4518,2 | |
Жесткость участков валопровода (приведена к оси ведущего колеса) | |||
Обознач. Участка | Участок | Жесткость связи, Нм/рад | |
С1 | Двигатель - ведомые элементы муфты сцепления | 24960000 | |
С2 | Ведомые элементы муфты - карданный вал | 427560000 | |
С3 | Карданный вал - ведущие элементы коробки | 6688000 | |
С4 | Ведущие - ведомые элементы коробки | 80753000 | |
С5 | Ведомые элементы коробки - главная передача | 1874448000 | |
С6 | Главная передача - механизм поворота | 327750000 | |
С7 | Механизм поворота - конечная передача | 50596000 | |
С8 | Конечная передача - ходовая система | 45009000 | |
С9 | Ходовая система - массы трактора и плуга | 58380000 |
Параметр | I1 | I2 | I3 | I4 | I5 | I6 | I7 | I8 | I9 | I10 | |
Коэффициент | 2 | 2,1 | 2,2 | 2,3 | 2,4 | 2,5 | 2,6 | 2,7 | 2,8 | 2,9 | |
Параметр | С1 | С2 | С3 | С4 | С5 | С6 | С7 | С8 | С9 | ||
Коэффициент | 2 | 2,1 | 2,2 | 2,3 | 2,4 | 2,5 | 2,6 | 2,7 | 2,8 |
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.
Ik-1 Ck Ik+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
Число | Номер массы или связи | ||||||||||
масс | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
Моменты инерции масс, кгм2 | |||||||||||
2604,8 | 101,01 | 11,9 | 94,691 | 163,2 | 126,95 | 11,388 | 10,422 | 80,64 | 4518,2 | ||
10 | Крутильная жесткость связей, Нм/рад | ||||||||||
0,25*108 | 0,428*109 | 0,669*107 | 0,808*108 | 0,187*1010 | 0,328*109 | 0,506*108 | 0,45*108 | 0,584*108 | |||
Парциальные частоты колебаний масс, Гц | |||||||||||
15,6 | 337 | 961 | 153 | 551 | 663 | 917 | 482 | 180 | 18,1 | ||
Моменты инерции масс, кгм2 | |||||||||||
2604,8 | 101,01 | 112,91 | 163,2 | 126,95 | 11,388 | 10,422 | 80,64 | 4518,2 | |||
9 | Крутильная жесткость связей, Нм/рад | ||||||||||
0,25*108 | 0,735*107 | 0,355*108 | 0,187*10 | 0,328*109 | 0,506*108 | 0,45*108 | 0,584*108 | ||||
Парциальные частоты колебаний масс, Гц | |||||||||||
15,6 | 90 | 98,1 | 544 | 663 | 917 | 482 | 180 | 25,6 | |||
Моменты инерции масс, кгм2 | |||||||||||
2604,8 | 101,01 | 112,91 | 163,2 | 126,95 | 138,388 | 80,64 | 4518,2 | ||||
8 | Крутильная жесткость связей, Нм/рад | ||||||||||
0,25*108 | 0,735*107 | 0,355*108 | 0,187*1010 | 0,472*108 | 0,419*108 | 0,584*108 | |||||
Парциальные частоты колебаний масс, Гц | |||||||||||
15,6 | 90 | 98,1 | 544 | 619 | 128 | 178 | 25,6 | ||||
Моменты инерции масс, кгм2 | |||||||||||
2604,8 | 101,01 | 112,91 | 163,2 | 290,15 | 80,64 | 4518,2 | |||||
7 | Крутильная жесткость связей, Нм/рад | ||||||||||
0,25*108 | 0,735*107 | 0,351*108 | 0,467*108 | 0,419*108 | 0,584*108 | ||||||
Парциальные частоты колебаний масс, Гц | |||||||||||
15,6 | 90 | 97,6 | 113 | 88 | 178 | 25,6 | |||||
Моменты инерции масс, кгм2 | |||||||||||
2604,8 | 101,01 | 112,91 | 163,2 | 290,15 | 370,79 | ||||||
6 | Крутильная жесткость связей, Нм/рад | ||||||||||
0,25*108 | 0,735*107 | 0,351*108 | 0,249*108 | 0,448*108 | |||||||
Парциальные частоты колебаний масс, Гц | |||||||||||
15,6 | 90 | 97,6 | 96,6 | 78 | 84 |
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
Моменты инерции, кгм2 | Собственные частоты, Гц | ||||||
Жесткость связей, Нм/рад | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
I1/10 | 260,48 | 21,3 | 53,7 | 91,2 | 101,1 | 128,799 | |
10I1 | 26048 | 11,1 | 52,1 | 87,9 | 94,6 | 128,699 | |
I2/10 | 10,101 | 12,7 | 52,8 | 91,8 | 127,299 | 285,893 | |
10I2 | 1010,1 | 12,7 | 31,2 | 54,5 | 92,1 | 128,099 | |
I3/10 | 11,291 | 13,0 | 61,7 | 89,6 | 98,7 | 316,592 | |
10I3 | 1129,1 | 10,9 | 29,1 | 82,1 | 91,3 | 108,099 | |
I4/10 | 16,32 | 13,3 | 61,7 | 89,1 | 96,7 | 314,292 | |
10I4 | 1632 | 9,8 | 33,3 | 85,2 | 91,7 | 105,1 | |
I5/10 | 29,015 | 36,2 | 59,4 | 123,99 | 253,594 | 10000,05 | |
10I5 | 2901,5 | 31,9 | 57,5 | 61,4 | 126,799 | 10000,05 | |
I6/10 | 37,079 | 12,3 | 52,2 | 84,1 | 92,6 | 128,199 | |
10I6 | 3707,9 | 7,9 | 51,8 | 58,4 | 91,5 | 127,199 | |
С1/10 | 0,25*107 | 7,8 | 40,2 | 60,9 | 92,5 | 128,499 | |
10С1 | 0,25*109 | 13,8 | 54,0 | 92,1 | 127,999 | 258,694 | |
С2/10 | 0,735*106 | 5,0 | 48,6 | 81,7 | 91,1 | 125,599 | |
10С2 | 0,735*108 | 15,5 | 20,0 | 74,1 | 100,2 | 163,897 | |
С3/10 | 0,351*107 | 8,1 | 15,5 | 47,8 | 63,7 | 97,8 | |
10С3 | 0,351*109 | 12,8 | 15,5 | 54,6 | 94,4 | 368,499 | |
С4/10 | 0,249*107 | 8,0 | 15,5 | 29,9 | 84,2 | 120,299 | |
10С4 | 0,249*109 | 12,8 | 15,5 | 69,2 | 107,299 | 256,594 | |
С5/10 | 0,448*107 | 11,5 | 25,3 | 66,0 | 92,0 | 128,199 | |
10С5 | 0,448*109 | 12,8 | 57,0 | 91,6 | 127,399 | 266,494 | |
Номинальные частоты | 12,7 | 52,2 | 88,4 | 94,9 | 128,699 |
Страницы: 1, 2