Прогнозирование динамической нагруженности трансмиссий полноприводных колесных машин при преодолении единичных неровностей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, кандидат технических наук Комиссаров, Александр Игоревич

• Комиссаров, Александр Игоревич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Комиссаров, Александр Игоревич

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ РАБОТ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2. МОДЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛАСТИЧНОГО КОЛЕСА С ТВЕРДЫМИ ЕДИНИЧНЫМИ НЕРОВНОСТЯМИ, РАЗМЕРЫ КОТОРЫХ СОПОСТАВИМЫ С ЕГО ДИАМЕТРОМ.

2.1. Модель взаимодействия эластичного колеса с твердыми единичными неровностями, размеры которых сопоставимы с его диаметром, учитывающая точечный контакт колеса с дорогой.

2.2. Модель взаимодействия эластичного колеса с твердыми единичными неровностями, размеры которых сопоставимы с его диаметром, учитывающая распределенный контакт с неровностью.

2.3. Проверка моделей взаимодействия эластичного колеса с единичными неровностями, размеры которых сопоставимы с его диаметром, при вертикальном статическом нагружении.

2.4. Результаты и выводы.

3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ РАСЧЕТА ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В ТРАНСМИССИИ АВТОМОБИЛЯ.

3.1. Составление математической модели для расчета динамических нагрузок в трансмиссии автомобиля.

3.2. Исследование и проверка математической модели для расчета динамических нагрузок в трансмиссии автомобиля.

3.2.1. Определение собственных частот динамической системы автомобиля.

3.2.2. Проверка моделей взаимодействия колеса с твердыми единичными неровностями.

4 3.3. Результаты и выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРУЖЕННОСТИ ТРАНСМИССИИ ПРИ

ВЪЕЗДЕ НА НАСЫПЬ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ,УЧИТЫВАЮЩЕЙ

РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ КОНТАКТ КОЛЕСА С НЕРОВНОСТЬЮ.

4.1. Влияние скорости движения.

4.2. Влияние параметров подвески.

4.3. Влияние схемы расположения осей.

4.4. Влияние демпфирования в системе подрессоривания.

4.5. Влияние демпфирования в шинах в окружном направлении.

4.6. Влияние демпфирования в шинах в направлении нормальном к плоским участкам опорной поверхности.

4.7. Влияние учета изменения величины крутильной жёсткости шины при изменении нагрузки на колесе.

4.8. Результаты и выводы.

5. методика аналитического определения максимальных динамических нагрузок в трансмиссрш полноприводной многоосной колесной машины для преодоления единичных неровностей, размеры которых сопоставимы с

ДИАМЕТРОМ КОЛЕСА.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование динамической нагруженности трансмиссий полноприводных колесных машин при преодолении единичных неровностей»

Полноприводные колёсные машины значительную часть времени эксплуатируются в условиях грунтовых дорог и бездорожья. Характерными особенностями эксплуатации в таких условиях являются: взаимодействие колёс с единичными неровностями; несимметричное пространственное нагружение конструкции; вывешивание отдельных колёс и осей. При этом на трансмиссию, ходовую часть и несущую систему действуют увеличенные нагрузки.

Для того чтобы обеспечить прочность деталей трансмиссии необходимо при проектировании учитывать максимальные нагрузки, возникающие при преодолении различных препятствий, в том числе и таких типовых единичных неровностей как насыпи, эскарпы, траншеи, треугольные неровности, размеры которых сопоставимы с диаметром колеса.

Очевидно, что колёсная машина представляет собой единую пространственную систему, все агрегаты и составные части которой взаимодействуют друг с другом. Поэтому при расчете максимальных нагрузок необходимо использовать модель автомобиля, учитывающую взаимное влияние систем подрессоривания и трансмиссии.

В настоящее время для определения максимальных нагрузок в трансмиссии колесных машин повышенной проходимости используется коэффициент динамичности, представляющий собой отношение реальной нагрузки к нагрузке, подсчитанной в статике. Однако величина данного коэффициента не всегда может быть определена для вновь создаваемых машин. В связи с этим возникает потребность в достоверных аналитических методах расчёта максимальных нагрузок в трансмиссии на стадии проектирования.

Существующие методики не позволяют на этапе проектирования определить максимальные нагрузки в трансмиссии колесной машины при движении через единичные неровности, размеры которых сопоставимы с диаметром колеса. Основной причиной этого является отсутствие модели взаимодействия упругого колеса с подобными неровностями.

Заключение диссертации по теме «Колесные и гусеничные машины», Комиссаров, Александр Игоревич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1) Разработана методика аналитического определения максимальных динамических нагрузок в трансмиссии многоосной полноприводной колесной машины на стадии проектирования при преодолении единичных неровностей, размеры которых сопоставимы с диаметром колеса.

2) Данная методика апробирована на неровностях прямые холмы и насыпь. При въезде на насыпь среднее отклонение расчетных динамических нагрузок на колесах от экспериментальных значений на всей длине процесса по четырем колесам не превышает 10.3 %, а среднее отклонение максимальных значений моментов 16.3 %, соответствующие значения при движении по прямым холмам составили 11.4 % и 10.3 %.

3) Разработана оригинальная модель взаимодействия упругого колеса с твердыми единичными неровностями, размеры которых сопоставимы с диаметром колеса, учитывающая распределенный контакт. Модель позволяет определять силы и моменты, действующие на колесо, участвующее в плоском движении и учитывать отрыв колеса от опорной поверхности.

4) Составлена математическая модель полноприводной колесной машины с бортовой схемой трансмиссии и независимой подвеской всех колес, позволяющая определить динамическую нагруженность трансмиссии при преодолении единичных неровностей, размеры которых сопоставимы с диаметром колеса.

5) Проведено исследование влияния средней скорости движения на величины максимальных нагрузок в трансмиссии автомобиля 8x8 при въезде на насыпь, показавшее, что при въезде на насыпь максимальные моменты увеличиваются при росте средней скорости движения примерно по линейной зависимости: при увеличении скорости движения в 2.3 раза (от 1.2 м/с до 2.8 м/с) величина максимального момента на первой и второй осях увеличилась в 1.3 раза, на третьей в 1.4 раза, на четвертой в 1.2 раза.

6) Проведённые исследования показали, что увеличение хода и уменьшение жесткости подвески оказывает незначительное влияние на величины максимальных нагрузок автомобиля 8x8 при въезде на насыпь со средней скоростью 2.3 м/с.

7) При въезде на насыпь наиболее рациональной схемой расположения осей автомобиля 8x8 с точки зрения обеспечения минимальных нагрузок в трансмиссии является схема 2-2. При переходе от схемы 1-2-1 к схеме 2-2 максимальные нагрузки на колесах уменьшились: на первой оси в 1.2 раза, на второй оси в 1.7 раза, третьей оси в 2.2 раза, на четвертой в 1.3 раза.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Комиссаров, Александр Игоревич, 2005 год

1. Автомобильные шины: Конструкция, расчёт, испытания, эксплуатация/ В.Л. Бидерман, Р. Л. Гуслицер, С.П. Захаров и др.; Под общ. ред. В.Л. Бидермана. -М.: Госхимиздат, 1963. -384 с.

2. Агейкин Я.С. Проходимость автомобилей. -М.: Машиностроение, 1981. -232 с.

3. Антонов. Д.А. Теория движения боевых колесных машин. -М.: Бронетанковая академия им. Малиновского, 1993. -384 с.

4. Активная безопасность автомобиля. Основы теории / В.Г. Бутылин, М.С. Высоцкий, М.С. Иванов и др. -Минск.: НИУРП Белавтотракторостроение, 2002-184 с.

5. Барахтанов Л.В., Беляков В.В., Кравец В. Н. Проходимость автомобиля. -Нижний Новгород.: Нижегородский государственный технический университет , 1996. -198 с.

6. Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность-машина/Пер. с англ. В. В. Гуськова-М.: Машиностроение, 1973. -520 с.

7. Белобров В.Н. Исследование нагруженности трансмиссии автомобиля 8x8 с блокированным приводом от воздействия со стороны неровностей дороги: Дис. канд. техн. наук. -М., 1977. -232 с.

8. Белоусов Б.Н. Методы оценки вертикальных нагрузок в ходовой части сочленённых колёсных машин и обоснование параметров узла сочленения звеньев: Дис. . канд. техн. наук. -М., 1986. -273 с.

9. Бухин. Б.Л. Введение в механику пневматических шин. -М.: Химия, 1988, 244 с.

10. Галевский Е.А. Исследование нагруженности трансмиссии полноприводного автомобиля при трогании: Дис. . канд. техн. наук.-М., 1971.- 156 с.

11. Галевский Е.А., Купреянов А.А. К выбору методики определения крутильной жёсткости шины //Автомобильная промышленность — 1971. — № 1.-С. 21-23.

12. Дик. А.Б. Расчет стационарных и нестационарных характеристик тормозящего колеса при движении с уводом: Дис. . канд. техн. наук. -Омск, 1988.-228 с.

13. Дмитриев П.Е. Снижение динамической нагруженности силового привода сочленённой машины на шинах низкого давления: Дис. . канд. техн. наук. -Нижний Новгород, 2000. -190 с.

14. Каболов Т.Х. Аналитическое и экспериментальное исследование нагруженности трансмиссии автомобилей высокой проходимости в экстремальных условиях эксплуатации: Дис. . канд. техн. наук- Оренбург, 1998. -135 с.

15. Келдыш М.Ф. Шимми переднего колеса трехколесного шасси // Труды ЦАГИ. -1945. -№ 564 . 46 с.

16. Кемурджиан A.JL Передвижение по грунтам Луны и планет. -М.: Машиностроение, 1986 . -267 с.

17. Ковальчук А.С. Разработка методики имитационного моделирования динамики движения и снижения максимальных нагрузок в трансмиссии перспективных грузовых автомобилей: Дис. . канд. техн. наук: 05.05.03. -М., 1990.-142 с.

18. Куприянов А.А. Разработка методов расчёта динамических нагрузок в трансмиссиях колесных машин при взаимодействии движителя с опорной поверхностью: Дис. . канд. техн. наук: 05.05.03./МВТУ им. Н.Э. Баумана. -М., 1985.-290 с.

19. Левин М. А., Фуфаев Н.А. Теория качения деформируемого колеса. -М., Наука, 1989. -269 с.

20. Ломакин В.В. Исследование совместных колебаний систем трансмиссии и подвески трёхосного автомобиля при его движении по неровностям: Дис. . канд. техн. наук-М., 1971.-180 с.

21. Мондиас Видаль Мигель Альберто Оценка колебаний трансмиссии, возбуждаемых дорожными неровностями: Дис. . канд. техн. наук. -Минск, 1990.-128 с.

22. Неймарк Ю. И., Фуфаев Н.А. Динамика неголономных систем -М.: Наука, 1967.-519 с.

23. Немцов В.В. Снижение динамических нагрузок в трансмиссии полноприводных автомобилей 4x4 при движении в составе автопоезда: Дис. канд. техн. наук. -М., 1983. 172 с.

24. Ненахов А.Б., Бухин Б.Л. Динамическая нагруженность шин при вертикальных колебаниях // Исследование механики пневматической шины. -М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1988. С . 77-95.

25. Павлов И. С. Математическое моделирование пространственного движения автомобиля: Дис.канд. физ-мат. наук.-М., 1998. -207 с.

26. Петрушов В.А., Шуклин С.А., Московкш В.В. Сопротивление качению автомобилей и автопоездов. —М.: Машиностроение, 1975. -224 с.

27. Пирковский Ю.В., Шухман С.Б. Теория движения полноприводного автомобиля (прикладные вопросы оптимизации конструкции шасси). -М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.-230 с.

28. Полунгян А.А., Фоминых А.Б. Некоторые способы определения коэффициентов затухания в механических системах // Изв. ВУЗов. Машиностроение. -1982. -№ 12. С. 55-59.

29. Полунгян А.А., Фоминых А.Б. Определение эквивалентных коэффициентов затухания в механических системах // Изв.ВУЗов. Машиностроение. —1982. № 2. - С. 90-92.

30. Полунгян А.А., Фоминых А.Б., Скуднов Ю.Ф. ОС-направленная икрутильная жёсткости шин 1200x500x508 на треугольных и пороговых неровностях большой длины. // Труды МВТУ 1973. -№166. - С. 91-102.

31. Попов С. Д. Разработка и исследование динамической модели автомобильного колесного движителя: Дис. . канд. техн. наук. -М., 1981. — 254 с.

32. Работа автомобильной шины /В.И. Кнороз, А.С. Шелухин, И.П. Петров и др.; Под ред. В.И. Кнороза. -М.: Транспорт, 1976. -233 с.

33. Рязанцев В.И. Исследование динамических нагрузок трансмиссии многоосного автомобиля при движении по неровностям с помощью ЭЦВМ: Дис. . канд. техн. наук. -М., 1969. — 139 с.

34. Смирнов Г.А. Распределение тяговых усилий по колёсам полноприводных многоосных автомобилей при движении их по неровностям//Известия Вузов. Машиностроение. -1965. № 17. - С 25-36.

35. Смирнов Г.А. Теория движения колёсных машин -М.: Машиностроение, 1990.- 352 с.

36. Толстопятенко Э.И. Исследование вертикальных колебаний колёсных самоходных бесподвесочных машин: Дис. . канд. техн. наук. -М., 1971. -127 с.

37. Фоминых А.Б. Разработка методов оценки динамической нагруженности трансмиссии многоприводной колёсной машины при пространственном нагружении: Дис. . канд. техн. наук. -М., 1988. -259 с.

38. Фрумкин А. К. Теоретическое и экспериментальное исследование динамических нагрузок в колёсной машине: Дис. . докт. техн. наук. -М., 1955.-259 с.

39. Хачатуров А.А. Динамика системы дорога шина -автомобиль -водитель. -М.: Машиностроение, 1976. -534 с.

40. Чудаков Е.А. Качение автомобильного колеса. -М.: Машгиз, 1947. -72 с.

41. Чуенко С.А., Черняга И.М. Исследование структурной жёсткости пневматических шин // Исследование механики пневматической шины.-М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1988. 158-172 с.

42. Яценко Н.Н. Колебания, прочность и форсированные испытания грузовых автомобилей. -М.: Машиностроение, 1972. -368 с.

43. Bian M., Lee К., Feng N. An Empirical Model for Longitudinal Tire-Road Friction Estimation //SAE 2004 World Congress & Exhibition. -Detroit (MI, USA), 2004. 10 p.

44. Darnell I., Hulbert G. M., Mousseau C. W. An Efficient Three-Dimensional Tire Model for Vehicle Dynamics Simulation // Mechanics of Structures and Machines. -1997. -Vol. 25 (1). -P. 1-19.

45. Davis D. C. A Radial-Spring Terrain-Enveloping Tire Model // Vehicle System Dynamics.-1974.-Vol. 3.-P. 37-45.

46. Fukushima Т., Shimonishi H. Simulation of a Vehicle Runing onto a Curb by Using Tire and Vehicle FE models// Proceedings of the 4th European LS-DYNA Users Conference. -Ulm, 2003. P. 1-10.

47. Gafvert M., Svendenius J. Construction of Novel Semi-Empirical Tire Models for Combined Braking and Cornering. Lund.: Lund Institute of Technology, 2003.66 p.

48. Щ 48.Guo, K.; Liu, Q. A model of tire enveloping properties and its application onmodelling of automobile vibration systems // SAE report. -1998. -Report number 980252-P. 21-27.

49. Gipser M. DNS-Tire ein dynamisches raeumlishes, nichtlineares Reifenmodell // VDI-Berichte. - 1987. - Nr 650-S 1-21.

50. Harth V., Fayet M., Maiffredy L. A Modelling Approach to Tire-Obstacle Interaction//Multibody System Dynamics. 2004. - Vol 11(1).-P. 23-39.

51. Hayashi K. Simulation of Vehicle Passing a Curb Using FEM Tire Model //Proceedings of the 5-th International LS-DYNA Users Conference. -Detroit, 1999.-P. 1-10.

52. Kao, B.G., Muthukrishnan M. Tire Transient Analysis with an Explicit Finite Element Program //Tire Science and Technology. 1997. -Vol 25 , No. 4. -P. 230-244.

53. Mitschke M., Wiegner R. Der Blockirworgang eines gebremsten Rades ^ // Automobiltechnische Zeitschrift. -1970. -Bd.72, Nr. 10. -S. 25-35.

54. Oertel Ch. On Modeling Contact and Friction. Calculation of Tyre Response on Uneven Roads //Procedings 2nd International Colloquium on Tire Models for Vehicle Dynamics Analysis, Berlin, February 20-21, 1997 Amsterdam, 1997 -P. 289-302.

55. Pacejka H.B., Bakker E. The Magic Formula Tire Model //Procedings 1st International Colloquium on Tire Models for Vehicle Dynamics Analysis, Delft, October 21-22, 1991-Amsterdam, 1993 -P. 145-160.

56. Sayers M., Riley S. Modeling Assumptions for Realistic Multibody Simulations of the Yaw and Roll Behavior of Heavy Trucks //SAE report -1996. -Report number 960173.-29 p.

57. Sturt R. Tyre Modeling in LS-DYNA //4th International LS-DYNA Users Conference in Japan Tokyo, 1997. -P. 1-10 .

58. United States Patent 5 880 362. Method and system for simulating vehicle and roadway interaction/ Tang , et al. 1999, March 9.