Конструкция и оптимизация параметров автоматического клиноременного вариатора мототранспортных средств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.02, кандидат технических наук Михеев, Сергей Станиславович

• Михеев, Сергей Станиславович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Михеев, Сергей Станиславович

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СХЕМ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК АВТОМАТИЧЕСКИХ КЛИНОРЕМЕННЫХ ВАРИАТОРОВ МОТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

1.1. Классификация клиноременных автоматических вариаторов мототранспортных средств. Краткий обзор конструкций и предъявляемые к

ним требования

1.2. Анализ существующих теоретических разработок по тягово - динамическому расчету мототранспортного средства с автоматическим клино-ременным вариатором в трансмиссии

1.3. Постановка задачи исследований

2. ФИЗИЧЕСКАЯ И МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛИ МОТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С АВТОМАТИЧЕСКИМ КЛИНОРЕМЕННЫМ ВАРИАТОРОМ В ТРАНСМИССИИ.

ТЯГОВО- ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

2.1. Описание кинематической схемы автоматического клиноременного вариатора мототранспортного средства

2.2. Физическая и математическая модель автоматического клиноременного вариатора мототранспортного средства

2.3. Тягово - динамичский расчет мототранспортного средства

с автоматическим клиноременным вариатором

2.3.1. Уравнение движения и определение начальных условий

2.3.2. Определение коэффициента О

2.4. Блок - схема и описание программы тягово - динамического расчета

3. НАХОЖДЕНИЕ ДОПУСКОВ ПРИ ПОМОЩИ АЛГОРИТМА ОПТИМИЗАЦИИ

3.1 Постановка задачи оптимизации

3.2. Поиск по деформируемому многограннику при наличии ограничений

3.3. Блок - схема расчета и описание программы оптимизации

3.4. Нахождение допусков на параметры автоматической трансмиссии при помощи программы оптимизации

4. МЕТОДИКА ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ МОТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА С АВТОМАТИЧЕСКИМ КЛИНОРЕМЕННЫМ ВАРИАТОРОМ В ТРАНСМИССИИ

4.1. Методика выбора оптимальных параметров

4.2. Оптимизация параметров мокика с автоматическим

клиноременным вариатором в трансмиссии

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА МОКИКА С АВТОМАТИЧЕСКИМ КЛИНОРЕМЕННЫМ ВАРИАТОРОМ

5.1. Задачи эксперимента. Конструкция опытного образца мокика с автоматическим клиноременным вариатором в трансмиссии

5.2. Определение КПД автоматического клиноременного вариатора

5.2.1. Описание экспериментального стенда и измерительной

аппаратуры

5.2.2. Обработка экспериментальных данных, сравнение результатов экспериментального и теоретического исследований

5.3. Стендовые и дорожные испытания

6. ВЫВОДЫ

7. ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЕ I

ПРИЛОЖЕНИЕ II

ПРИЛОЖЕНИЕ III

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Конструкция и оптимизация параметров автоматического клиноременного вариатора мототранспортных средств»

ВВЕДЕНИЕ

В плане конверсии оборонной промышленности и расширения выпуска товаров народного потребления предусматривается проектирование и внедрение в производство новых механизмов и машин, в частности мототехники, обладающей более высокими технико-эксплуатационными свойствами. Это определяет необходимость разработки патентоспособных конструкций мототехники, а также совершенствования и создания новых методов расчета. Настоящая работа проведена с целью создания конструкции кли-ноременной автоматической передачи для мототранспорта, в частности мо-кика, разработки методики расчета его конструктивных параметров на основе теоретического и экспериментального исследования тягово-динамических качеств мокика.

Клиноременный вариатор относится к передачам с гибкой связью, которая позволяет значительно упростить конструкцию трансмиссии. При этом обеспечивается наиболее оптимальное бесступенчатое регулирование передаточного отношения. Кроме того, он позволяет повысить проходимость машин и уменьшить ударные нагрузки в трансмиссии. Эта передача достаточно надежна и компактна.

Применение автоматической бесступенчатой передачи в мототранспорте вызвано стремлением к максимальному упрощению управления машиной (манипулирование сцеплением и коробкой передач отсутствует), а также необходимостью более рационального использования мощности двигателя. Бесступенчатые клиноременные трансмиссии являются привилегией мототранспорта с ограниченной скоростью, главным образом, мопедов, моки-ков и мотовелосипедов,то есть таких видов транспорта, которые не требуют водительских прав.

Несмотря на то, что первые конструкции клиноременных вариаторов для мототранспортых средств появились в 40-х годах нашего столетия, их интенсивное исследование ведется лишь в последних двадцать лет. Это свя-

зано с прогрессирующим ростом, с начала 70-х годов, выпуска указанных машин с двигателем рабочим объемом 50 смЗ, что свидетельствует об устойчивом спросе на них.

Большой комплекс работ по изучению и совершенствованию клино-ременных вариаторов для мототранспортых средств выполнен исследователями ВНИИМОТОпрома (г. Серпухов.), Московского автомеханического, Одесского технологического, Ижевского механического, Ярославского технологического институтов, Ижевского машиностроительного, Ковровского им.В.А.Дегтярева заводов и других организаций. Из анализа исследований, которые сообщались на конференциях, публиковались в различных научных журналах и работах, следует, что главный недостаток клиноременного вариатора - низкий КПД трансмиссии по сравнению со ступенчатой коробкой передач, а также малая долговечность приводного ремня.

В большинстве проведенных работ и исследований отражен характер взаимодействия ремня со шкивами. Важным итогом этих исследований явилось создание теории расчета клиноременных вариаторов [34,36,52], уравнения движения автоматического клиноременного вариатора мототранспортного средства [11], а также методика тягово-динамического расчета мототранспортного средства с автоматическим клиноременным вариатором в силовой передаче [35].

В настоящее время конструкции клиноременных вариаторов считаются отработанными и отвечают современному уровню техники [34]. Однако указанные материалы, а также сведения, имеющиеся в других источниках в большинстве случаев носят частный характер и поэтому не всегда позволяют рассчитать динамику разгона мокика, с учетом влияния большинства определяющих факторов и конструктивных параметров передачи. Так, например работы Пронина Б.А. [52,53,54,55,59],Верницкого В.В.[16], Галад-жаева Р.С.[19], Петрова В.А. [34,50] и других сводятся к исследованию и расчету отдельных узлов клиноременных вариаторов. В связи с изложен-

ным возникает актуальная научная задача, направленная на создание более совершенной конструкции клиноременного вариатора для мототранспортного средства, на основе разработки тягово-динамического расчета с учетом всех определяющих факторов и конструктивных параметров передачи, с целью повышения динамических качеств мототехники, КПД трансмиссии.

В данной диссертации предложена конструкция клиноременного вариатора для мототранспортного средства, в частности для мокика.Разработана методика расчета и оптимизация параметров мототранспортного средства с автоматическим клиноремен-ным вариатором в силовой передаче, а также осуществлено внедрение партии мокиков с клиноремен-ным вариатором в производство.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений.

В первой главе дается обзор литературы по клиноременным вариаторам мототранспортных средств, анализируются различные схемы клиноре-менных вариаторов, оцениваются их достоинства и недостатки. Рассматриваются существующие теоретические разработки. На основе проведенного анализа ставятся задачи исследования.

Во второй главе описывается предложенная нами конструкция клиноременного вариатора для мототранспортного средства. Показана кинематическая схема. Раскрывается физическая модель, разрабатывается математическая модель с автоматической клиноременной передачей и дается алгоритм расчета динамики разгона мокика.

В третьей главе формулируется задача оптимизации параметров трансмиссии, которые оказывают определяющее влияние на тягово-динамические качества мокика. Критерием оптимизации принято время разгона мокика до достижения определенной скорости. Для решения поставленной задачи ис-

пользуется метод прямого поиска с использованием алгоритма деформируемого многогранника Нелдера и Мида [61,69]. На основе разработанной математической модели, предложенного алгоритма исследуется различные режимы работы клиноременного вариатора. Оценивается влияние конструктивных параметров на процесс разгона мокика.

В четвертой главе представлена методика выбора оптимальных параметров узлов и механизмов клиноременного вариатора, а также расчет конструктивных оптимальных параметров мокика с автоматической клиноре-менной передачи.

В пятой главе ставятся задачи экспериментальных исследований. Дается описание стенда и методика проведения экспериментальных исследований. Производится обработка результатов и сравнение с результатами теоретических расчетов.

В конце диссертации даются выводы и список литературы.

В приложениях содержатся программы разработанных алгоритмов, использованных в работе при расчете динамики разгона мокика, а также программы определения оптимальных параметров клиноременного вариатора мототранспортного средства. Акт внедрения результатов работы в производстве.

Заключение диссертации по теме «Машиноведение, системы приводов и детали машин», Михеев, Сергей Станиславович

Выводы.

1. Сформулированы требования к мототранспортным средствам с объемом двигателя 50см3 и автоматическим клиноременным вариатором в трансмиссии. Определены наиболее перспективные их схемы.

2. Разработанная математическая модель и методика тягово-динамического расчета мототранспортного средства с автоматическим клиноременным вариатором позволяет на этапе проектирования выбрать оптимальные параметры клиноременного вариатора. Модель реализована в виде программы на ЭВМ.

3. На основании обобщения результатов экспериментальных исследований получена зависимость КПД клиноременного вариатора от изменения крутящего момента и передаточного отношения.

4. Разработана методика выбора параметров автоматической трансмиссии мокика при тягово-динамическом расчете.

5. По результатам расчета определено влияние основных конструктивных параметров клиноременного вариатора на динамику разгона.

6. Разработаны алгоритм и программа оптимизации основных параметров клиноременного вариатора на ЭВМ по критериям - максимально возможные отклонения на основные характеристики деталей, участвующих в процессе вариации передаточного отношения и включения муфты сцепления.

7. Проведенные экспериментальные исследования опытного образца мокика с автоматическим клиноременным вариатором подтвердили основные положения теоретической части работы и достаточное соответствие разработанной математической модели реальным образцам.

8. Проведенные теоретические и экспериментальные исследования содержат рекомендации и данные, необходимые для разработки автоматических кли-ноременных вариаторов мототранспортных средств с объемом двигателя до

100см , а также позволяют обоснованно подойти к проектированию промышленных образцов.

9. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использовались при разработке, испытании и внедрении в производство мокика с автоматическим клиноременным вариатором в трансмиссии.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Михеев, Сергей Станиславович, 1998 год

ЛИТЕРАТУРА

1. A.c.362959 (СССР) Автоматический клиноременный вариатор / В.Ф. Мальцев, П.А. Ковалев, А.Г. Аванесян, А.Н. Колосов-Опубликовано в БИ 1972, №3.

2. А.с.351010 (СССР) Автоматический клиноременный вариатор /В.Ф. Мальцев, П. А. Ковалев, А.Г. Аванесян, А.Н. Колосов - Опубликовано в БИ 1972, №23.

3. А.с.381824 (СССР) Клиноременная бесступенчатая передача / Ю.М. Марты-хин, В.И. Панин - Опубликовано в БИ 1973, №22.

4. А.с.464732(СССР) Клиноременный вариатор скорости / В.Ф. Мальцев, Г.В. Архангельский, B.C. Юзюк, Ю.П. Поздняков -Опубликовано в БИ 1975,

№11.

5. A.c.724845 (СССР) Автоматический клиноременный вариатор / Г.В. Архангельский, В.Ф. Мальцев, Ю.П. Поздняков, E.H. Щербаков - Опубликовано в БИ 1980, №12.

6. А.с.1188412А (СССР) Бесступенчатая силовая передача для транспортных средств / B.C. Миронов - Опубликовано в БИ 1985, №40.

7. А.с. 1244414AI (СССР) Автоматический клиноременный вариатор / Ю.С. Григорьев, H.A. Можегов, А.И. Панюхин, В.П. Кучеров - Опубликовано в БИ 1986, №26.

8. А.с. 1642141AI (СССР) Бесступенчатая силовая передача для транспортных средств / В.Н. Рябченко - Опубликовано в БИ 1991, №14.

9. A.c. 1739143AI (СССР) Клиноременный вариатор / Б.Н. Черняев - Опубликовано в БИ 1992, №21.

10. А.С.1772478А1 (СССР) Клиноременный вариатор / В.Ф. Мальцев, М.Б. На-биев - Опубликовано в БИ 1992, №40.

11. Архангельский Г.В. Динамика машинных агрегатов с автоматическим кли-ноременным вариатором. Деп. в УкрНИИНТИ - 18.01.90 - №56 -Ук.90 -78с.

12. Архангельский Г.В. Динамический анализ и синтез вариаторных приводов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. - Одесса, 1995. - 29с.

13. Баловнев Н.П. Исследование динамики автоматического клиноременного вариатора мототранспортного средства. Диссертация кандидата технических наук. - Москва, 1979. -204с.

14. Безбородова Г.В., Галушко В.Г. Моделирование движения автомобиля. -Киев, издательское объединение "Вища школа", 1978. - 168с.

15. Верницкий В.В., Мартынов В.К. Оценка изгибной жесткости клиновых ремней. - Механика, 1977, № 6. - 169с.

16. Верницкий В.В. Силовые параметры клиноременных передач с учетом упругих характеристик ремня и режимов его работы - В кн.: Бесступенчато-регулируемые передачи. Ярославский политехнический институт, 1978, вып.2. - с. 40-46.

17. Воробьев И.И. Передачи с гибкой связью в приводах станков. - М.: Машиностроение, 1971.-143с.

18. Воркуев С.А., Заплаткин A.A., Рябов Г.К., Аверьянов С.С., Михеев С.С., Ширягин В.В. Исследование динамики автоматического клиноременного вариатора мототранспортного средства. /Тезисы докладов первой международной научно-технической конференции по бесступенчатым передачам, приводным механизмам и промысловому оборудованию. - Калининград, 1997.

19. Галаджаев P.C. Определение осевых усилий, действующих шкив со стороны клинового ремня. /Труды НИИ. Новочеркасск, т. 153. - с.35 -42 .

20. Галаджаев P.C. Исследование деформаций клиновидного ремня методом электротензометрирования /Труды НПИ. Новочеркасск, 1963, т. 149- с.105-111.

21. Гервас К.И. К определению механических характеристик клиновых ремней при изгибе. - Каучук и резина, 1967, №2. - с. 13-15.

22. Гервас К.И., Пронин Б.А. К расчету КПД клиноременных передач. "Вестник машиностроения", 1967, №3. - с.27-30.

23. Дерунов Г.П. Анализ особенностей автоматических клиноременных вариаторов снегоходов. В кн.: Бесступенчато-регулируемые передачи,-Ярославль, 1982. - с.93 - 100.

24. Добронравов В.В. Основы аналитической механики: Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1976. - 264с. с ил.

25. Долинский Е.Ф. Обработка результатов измерений - М.: Издательство стандартов, 1973. - 192с.

26. Зажигаев JI.C, Кимьян П.А, Романиков Ю.И. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. - М.: Атомиздат, 1978. -232с.

27. Заплаткин A.A., Михеев С.С. Экспериментальное исследование автоматического клиноременного вариатора мокика. /Тезисы докладов V научно-практического семинара "Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС". -Владимир, 1995. - с.152.

28. Иваницкий С.Ю. и др. Мотоцикл. Теория, конструирование и расчет - М.: Машиностроение, 1971. -408с.

29. Илларионов В.А. Эксплуатационные свойства автомобиля: Теоретический анализ. - М.: Машиностроение, 1966. - 280с.

30. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров: Определения, теоремы, формулы. -М.: Наука, 1978. - 832с.

31. Касандрова О.Н., Лебедев B.B. Обработка результатов наблюдений. - М.: Наука, 1970. - 104с.

32. Мальцев В.Ф., Архангельский Г.В., Умняшкин В. А., Поздняков Ю.П. К расчету автоматического клиноременного вариатора. В сб. "Детали машин", 1982, вып.34. - Киев: Техника - с.9-15.

33. Мартынов В.К. Некоторые вопросы теории и расчета клиноременных вариаторов. - Автомобильная промышленность, 1974, № 9. - с. 14 - 16.

34. Мартыхин Ю.М. Клиноременные вариаторы мототранспортных средств. //Труды ВНИИМОТОпрома. - Серпухов, 1973, вып.8. - 89с.

35. Мартыхин Ю.М. Методика тягово-динамического расчета мототранспортного средства с автоматическим клиноременным вариатором в силовой передаче. - Серпухов: ВНИИМОТОпром, 1975. - 18с.

36. Мартыхин Ю.М. Характер взаимодействия клинового ремня со шкивами вариатора в переходном режиме. В кн.: Бесступенчато-регулируемые передачи. Ярославский политехнический институт, 1976, вып. 1. - с. 11-15.

37. Матвеев Н.М. Методы интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений. - М.: Высшая школа, 1963. - 546с.

38. Михеев С.С. Конструктивные особенности автоматической трансмиссии мокика. /Тезисы докладов первой международной научно-технической конференции по бесступенчатым передачам, приводным механизмам и промысловому оборудованию. - Калининград, 1997. - с.30.

39. Михеев С.С., Рябов Г.К., Терновой A.B. Экспериментальное исследование бесступенчатой автоматической трансмиссии. /Материалы XVII научно-технической и научно-методической конференции. - Ковров, 1995. - с.40.

40. Михеев С.С., Рябов Г.К., Терновой A.B. Разработка метода тягово- динамического расчета мототранспорта с автоматической трансмиссией. /Материалы XVII научно-технической и научно-методической конферен-

ции. - Ковров, 1995. - с.42.

41. Михеев С.С., Ширягин В.В., Воронцов A.A. Эксплуатационные свойства МТС с автоматической трансмиссией. /Тезисы докладов первой международной научно-технической конференции по бесступенчатым передачам, приводным механизмам и промысловому оборудованию. - Калининград, 1997.-c.31.

42. Мотоцикл. Карманов Б.С, Рогожин В.В, Волков А.Т. - М.: Машиностроение, 1971.-408с.

43. Никитин H.H. Курс теоретической механики: Учебник для машиностроительных и приборостроительных специальностей вузов. Издание 5-е, переработанное и дополненное. - М.: Высшая школа, 1990. - 607с. с ил.

44. Осенчуков В.В., Фрумкин А.К. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета: Учебник для студентов вузов по специальности "Автомобили и автомобильное хозяйство". - М.: Машиностроение, 1989. - 304с. с ил.

45. Панов В.В., Белов В.В., Заплаткин A.A., Михеев С.С., Ледащев В.Ф. Результаты исследования двигателя для микромотоцикла. /Тезисы докладов V научно-практического семинара "Совершенствование мощностных, экономических и экологических показателей ДВС". - Владимир, 1995. - с.28.

46. Параметры мотоциклов, мотороллеров и мопедов, выпускаемых за рубежом. Справочник. - Серпухов, вып. 1955-1980гг.

47. Патент Франции № 1.107.259

48. Передаточные механизмы: Сборник статей под редакцией Мальцева В.Ф. -М.: Машиностроение, 1966. - 336с.

49. Петров В.А. Автоматическое управление бесступенчатых передач самоходных машин. - М.: Машиностроение, 1968. - 384с.

50. Петров В.А., Назаренко С.А. Исследование автоматического регулирования клиноременной передачи. - Автомобильная промышленность, 1964, №3. -с. 18-22.

51. Петров В.А., Назаренко С.А. Экспериментальное определение отношения осевых сил клиноременного вариатора. - Вестник машиностроения, 1963, № 7. - с.35-38.

52. Пронин Б.А., Ревков Г.А. Бесступенчатые клиноременные и фрикционные передачи. Издание 3-е, переработанное и дополненное. - М.: Машиностроение, 1980. - 320с. с ил.

53. Пронин Б.А., Верницкий В.В. Влияние изгибной жесткости ремня на силовые параметры ременной передачи. - Вестник машиностроения, 1978, №1 .-с.39-42.

54. Пронин Б.А., Верницкий В.В. Влияние поперечной жесткости клинового ремня на тяговую способность передачи. - Машиностроительные материалы, конструкции и расчет деталей машин, 1977, №10. - с.67.

55. Пронин Б.А., Мартынов В.К. Выбор углов клина шкивов клиноременных вариаторов. - Вестник машиностроения, 1968, № 12. - с.24-27.

56. Пронин В.А., Мартыхин Ю.М. Расчет автоматических трансмиссий мототранспортных средств с клиноременным вариатором. - Автомобильная промышленность, 1979, № 9. - с.15-18.

57. Пронин Б.А., Петров М.С., Мартыхин Ю.М., Рождественский В.В., Балов-нев Н.П. Характеристики автоматических трансмиссий с клиноременным вариатором. - Автомобильная промышленность, 1978, № 7. - с.21-23.

58. Пронин Б.А., Петров М.С., Баловнев Н.П. Уравнения движения автоматического клиноременного вариатора мототранспортного средства. - Автомобильная промышленность, № 9, 1979.

59. Пронин Б.А., Шмелев А.Н. Об определении скольжения в клиноременной передаче. - Вестник машиностроения, 1973, № 9 - с.37-38.

60. Пронин Б.А., Шмелев А.Н. Потери в вариаторе с широким клиновым ремнем. - Вестник машиностроения, 1970, № 9. - с.37-38.

61. Реклейтис Г. и др. Оптимизация в технике. Перевод с английского, в 2-х кн. -М.: Мир, 1986.-351с.

62. Решетов Д.Н., Иванов A.C., Фадеев А.З. Надежность машин - М.: Высшая школа, 1988. - 238с.

63. Румянцев JI.A. Проектирование автоматизированных автомобильных сцеплений. - М.: Машиностроение, 1975. - 176с. с ил.

64. Рябов Г.К., Михеев С.С., Наумов Д.В. О тягово-динамическом расчете и оптимизации параметров мокика. Известия вузов №7 - 9. - М.: Машиностроение, 1995г.-с.87-91

65. Селифонов В.В., Гируцкий О.И. Автоматические сцепления автомобилей. Учебное пособие. - Издательство МГААТМ, 1994. - 49с.

66. Тензометрия в машиностроении / Под ред. P.A. Макарова. - М.: Машиностроение, 1975.-288с.

67. Умняшкин В.А., Панов В.И. Динамика трансмиссии мотоцикла // Сборник: Механические передачи. - Ижевск, 1974. - с.53-56.

68. Фараонов В.В. Программирование на персональных ЭВМ в среде Турбо-Паскаль. - 2-е издание - М.: Издательство МГТУ, 1992. - 448с.

69. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. Перевод с английского. - М.: Мир, 1975. - 534с.

70. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. Перевод с английского. - М.: Мир, 1982.-236с.

71. Яковлев H.A. Теория и расчет автомобиля. - М.: Машгиз, 1949. - 370с.