Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Колесные и гусеничные машины

Диссертационная работа:

Буторин Василий Александрович. Обоснование и разработка рациональных схем многопоточных комбинированных передач колесных машин : диссертация ... кандидата технических наук : 05.05.03, 05.02.18.- Ижевск, 2006.- 163 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/873

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ТЕНДЕНЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИЛОВЫХ
ПРИВОДОВ С КОМБИНИРОВАННЫМИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМИ

ПЕРЕДАЧАМИ 11

1.1. Анализ бесступенчато-регулируемых силовых приводов 11

  1. Бесступенчатые вариаторные передачи 15

  2. Инерционно-импульсные передачи 18

  3. Гидромеханические передачи 21

  4. Гидростатические передачи 25

  5. Электрические передачи 26

1.2. Анализ комбинированных дифференциальных силовых приводов 30

  1. Разветвленные дифференциальные передачи 3 2

  2. Двухдвигательные передачи 37

1.3. Выводы, постановка цели и задач исследования 51
ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ

МНОГОПОТОЧНЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ ПЕРЕДАЧ 55

  1. Преобразующие свойства элементов силового привода 55

  2. Аналитические связи в силовом приводе колесных машин 58

  3. Многопоточные комбинированные передачи 63

  4. Динамика дифференциального механизма колесных машин 71

  5. Дифференциальные передачи с односторонними динамическими связями75

  6. Замкнутые многопоточные передачи дифференциального типа 82

  7. Разветвленные регулируемые передачи 93 ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ

КОМБИНИРОВАННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ 105

3.1. Формальная постановка задачи оптимального проектирования 105

  1. Силовой привод с комбинированной энергетической установкой параллельной схемы 106

  2. Синтез КЭУ с планетарным дифференциальным суммирующим редуктором 112

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

МНОГОПОТОЧНЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ ПЕРЕДАЧ В СОСТАВЕ

СИЛОВОГО ПРИВОДА ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ 122

4.1. Объект экспериментального исследования 122

  1. Самоблокирующиеся дифференциалы 124

  2. Комбинированная энергетическая установка 125

  1. Аппаратура для экспериментальных исследований 128

  2. Лабораторно-дорожные исследования топливно-скоростных свойств автомобиля с комбинированными передачами в силовом приводе 131 4.3 Л. Испытания с самоблокирующимися дифференциалами 131 4.3.2. Испытания с комбинированной энергетической установкой 137

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ 141

ЛИТЕРАТУРА 145

Введение к работе:

Актуальность темы. К началу XXI века в машиностроении Российской Федерации сложилась ситуация, требующая качественного совершенствования как выпускаемой, так и создаваемой на перспективу продукции. Проблематичность улучшения качества и удовлетворения постоянно ужесточающихся требований к машинам, в частности автомобилям, предопределяется сложностью и противоречивостью их свойств.

Для повышения эффективности создания автомобильной техники удовлетворяющей требованиям ЕС, Правилами ЕЭК ООН и рыночному спросу НАМИ разработаны типоразмерные ряды автомобилей и их основных агрегатов. В данных условиях создаются предпосылки конструктивного развития автомобилей, что в 'свою очередь диктует актуальность тематики научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ на период до 2010 года [49].

Одним из путей улучшения отдельных свойств (динамичность, экономичность, экологичность и др.) является использование бесступенчато-регулируемых передач, позволяющих оптимизировать ряд показателей качества колесных машин. Реализация потенциальных свойств автомобиля на более высоком уровне также обеспечивается полноприводными трансмиссиями (TOYOTA, MITSUBISHI, VOLVO, AUDI, Mercedes-Benz, BMW и др.) и комбинированными энергетическими установками (TOYOTA, LEXUS, HONDA и др.). В этих направлениях выделяется общая тенденция - автоматизация процессов управления силовым приводом и его отдельными элементами. Эффективным решением в этой области является применение многопоточных комбинированных передач, имеющих регулируемые потоки [33, 34]. Такие передачи легче поддаются автоматизации и имеют более высокий КПД, чем обычные регулируемые передачи.

Общие конструктивные схемы автоматических бесступенчатых силовых передач, рассмотренные в работах [34,43, 87], чаще всего реализуются с помощью механизмов с двумя и более степенями свободы - дифференциальных механизмов. Из

множества механизмов, обладающих дифференциальными свойствами, наиболее распространенными и изученными являются зубчатые планетарные дифференциальные механизмы или дифференциалы [61, 64, 85, 157]. Эти механизмы рационально решают конструкторские вопросы разработки сложных трансмиссий не только автомобилей, но и гусеничных, строительных и дорожных машин [33, 60, 62, 88, 135, 150, 151]. Перспективно применение дифференциалов в качестве суммирующего редуктора комбинированных энергетических установок [142]. По оценке агентства «Change wave research» в развитии автомобилестроения на ближайшие 30-40 лет определяющими могут стать гибридные автомобили с дифференциальными передачами в трансмиссии [108, 141].

Использование дифференциальных механизмов расширяет сферу применения зубчатых, фрикционных, инерционно-импульсных, электрических, гидродинамических и гидростатических передач, что позволяет создавать новые типы элементов силового привода: трансформаторы вращающего момента (ТВМ) - инерционные, фрикционные и гидростатические; механизмы распределения потока мощности -дифференциалы повышенного трения, самоблокирующиеся; перспективные комбинированные передачи - многоступенчатые, дифференциальные замкнутые с внутренним разделением потока мощности, непрерывные автоматические с динамическими связями, двухдвигательные и др [10,127,135, 138].

Таким образом, обоснование и разработка рациональных схем многопоточных комбинированных силовых передач с оптимальными параметрами является одной из актуальных и значимых задач, решение которой способствует повышению эффективности многих отраслей промышленности.

Цель и задачи диссертационного исследования. Настоящее диссертационное исследование направлено на разработку методического обеспечения анализа и синтеза рациональных схем многопоточных комбинированных передач силовых приводов колесных машин.

Повышение эффективности разработки перспективных конструкций силовых приводов, при реализации поставленной цели, обеспечивается решением следующих задач:

анализ преобразующих свойств силовых передач и связей между звеньями силовых приводов колесных машин;

- разработка метода анализа и синтеза структурных схем многопоточных
комбинированных передач с регулируемым звеном;

обоснование рациональных схем бесступенчато-регулируемых автоматических элементов силового привода колесных машин;

обоснование конструктивной схемы энергетической установки с учетом оптимальности показателей топливно-скоростных свойств легкового автомобиля;

- аналитическое исследование динамических процессов комбинированной
энергетической установки (КЭУ) с дифференциальным суммирующим редуктором;

экспериментальное исследование влияния конструктивных параметров комбинированных передач на топливно-скоростные свойства легкового автомобиля.

Методы исследования. Решение поставленных задач реализовано на: принципах системного подхода и положениях теории эксплуатационных свойств автомобилей; методах математического анализа динамики механизмов и машин по классическим дифференциальным уравнениям механики; методах имитационного моделирования рабочих процессов машинных агрегатов; методах лабораторно-дорожных испытаний,

Достоверность и обоснованность разработанных научных положений и принятых конструктивных решений диссертационного исследования подтверждается согласованностью теоретических выводов и результатов имитационного моделирования со статистическими данными о влиянии конструктивных параметров многопоточной комбинированной передачи на свойства колесной машины, полученных при испытаниях опытного легкового автомобиля Иж-21261 в лабораторных условиях ОАО «ИжАвто» и на дорогах Удмуртской Республики.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

разработан метод структурного анализа и синтеза схем многопоточных комбинированных передач колесных машин, инвариантный к типу разделителя мощности и месту его расположения в передаче;

определены особенности и рациональные схемы дифференциальных замкнутых передач с односторонними динамическими связями и выявлены условия движения колесной машины, при которых в ее силовом приводе возникают неголо-номные, реактивные и динамические связи;

теоретически показано, что автоматический ТВМ должен иметь число степеней свободы не менее двух, а условия бесступенчатого изменения передаточного отношения ТВМ без специального регулирующего звена могут быть обеспечены только передачами с динамическими связями (в теоретическом плане - механизмы, в уравнениях кинетической энергии которых, содержатся члены с произведением скоростей);

научно обосновано, что для бесступенчато-регулируемых ТВМ увеличение КПД при увеличении диапазона регулирования и минимальных габаритов, возможно только в двухпоточных передачах с внутренним разделением потока мощности;

в применении к силовым приводам колесных машин проведен анализ и синтез конструктивной схемы комбинированной энергетической установки с параллельным соединением двигателей через планетарный дифференциальный суммирующий редуктор.

Практическая ценность. Результаты диссертационной работы способствуют реализации подпрограммы «Транспорт» научно-технической программы Министерства образования РФ «Научные исследования высшей школы по транспортным направлениям науки и техники» [96], проводимой в рамках гранта Министерства образования РФ по фундаментальным исследованиям в области технических наук [99] по планам аналитической ведомственной целевой программы Министерства науки и образования РФ 2006-2008 г.г. «Развитие научного потенциала высшей школы» [97].

Разработанные теоретические положения позволяют формализовать процесс расчета оптимальных параметров силовых приводов с многопоточными комбинированными передачами, что создает предпосылки для разработки прикладных библиотек САПР комбинированных силовых приводов, как колесных машин, так и машиностроения в целом.

Реализация результатов. Разработанное методическое обеспечение анализа и синтеза структурных схем многопоточных комбинированных передач используется при создании прикладных библиотек САПР комбинированных силовых приводов, применяемых в проектировании новых и модернизации выпускаемых колесных машин ОАО "Ижевский автомобильный завод", также в учебном процессе научно-образовательного центра ГОУ ВПО МГТУ «МАМИ» по автомобильному транспорту с гибридными силовыми установками при ГОУ ВПО ИжГТУ для подготовки дипломированных инженеров и магистров по специальности «Автомобиле- и тракторостроение» [136].

Результаты диссертационного исследования используются при выполнении Государственного контракта 2006-РИ-16.0/005/146 «Научно-организационное, методическое и техническое обеспечение организации и поддержки научно-образовательных центров в области транспортных технологий и осуществление на основе комплексного использования материально-технических и кадровых возможностей совместных исследований и разработок (VII очередь), 2006 г. [101].

Апробация работы. Основные положения диссертационного исследования обсуждались на заседаниях кафедр «Автомобили и механообрабатывагощие оборудование» Ижевского государственного технического университета, «Автомобильный транспорт» Чайковского технологического института (филиал) ИжГТУ и докладывались на научных конференциях: «Социально-экономические проблемы развития региона: Региональная НПК, Чайковский, 2004-2006 г.г.; «Улучшение технико-эксплуатационных показателей мобильной техники» - НПК вузов Поволжья и Предуралья, Ижевск, 2003 г.; «Современные тенденции развития автомобилестрое-

ния в России» - Всероссийская НТК, Тольятти, 2005 г.; «Проблемы и перспективы автомобилестроения в России» - Международная НТК Ассоциации автомобильных инженеров, Ижевск, 2006 г.

Публикации. Материалы по теме диссертации отражены в одиннадцати печатных работах, в том числе шесть научных статей в сборниках конференций, две научных статьи в издании, реферируемом ВАК РФ, три отчета о научно-исследовательских работах, выполненных в рамках программ Министерства образования и науки РФ.

Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 163 страницах текста, в том числе 51 рисунок, 11 таблиц, 163 наименования списка литературы и состоит из введения, четырех глав, выводов и заключений.

В первой главе отражены тенденции и перспективы развития комбинированных силовых приводов с дифференциальными бесступенчато-регулируемыми передачами, в том числе механизмов распределения мощности, двухдвигательных энергетических установок, автоматических ТВМ и трансмиссий наземных транспортных машин. На основании анализа исследовательских работ в области силовых приводов наземных транспортных машин и полученных выводов определены цель и задачи выполняемой работы.

Во второй главе выявлена общность энергетических и кинематических характеристик механических, электрических и гидравлических передач, обеспечивающих суммирование, трансформацию и распределение потока мощности силового привода колесных машин, предложен метод структурного анализа многопоточных комбинированных передач и синтеза конструктивных схем элементов силового привода колесных машин и на его основе проведено теоретическое исследование кинематических и силовых характеристик передач с регулируемым звеном: автоматических трансформаторов вращающего момента и самоблокирующих дифференциалов.

В третьей главе рассмотрен синтез конструктивной схемы комбинированной энергетической установки (КЭУ) с параллельным соединением тепловой и обрати-

мой электрической машин через планетарный дифференциальный суммирующий редуктор, отражены результаты исследования влияния конструктивных параметров силовых установок на топливно-скоростных свойства колесной машины при имитационном моделировании режимов движения легкового автомобиля.

В четвертой главе отражены положения и результаты экспериментального исследования топливно-скоростных свойств легкового автомобиля в силовой привод, которого входят элементы с многопоточными комбинированными передачами: самоблокирующиеся дифференциалы ведущего моста и КЭУ параллельной схемы с ременным суммирующим редуктором.

Подобные работы
Мельников Олег Анатольевич
Синтез кинематических схем планетарных коробок передач со сдвоенными сателлитами для перспективных гусеничных машин
Набиев Ильфир Сабирянович
Разработка и обоснование рациональных схем инерционных трансформаторов вращающего момента для транспортных средств
Гребеньков Дмитрий Васильевич
Метод прогнозирования технического ресурса инерционной гидродифференциальной автоматической передачи мобильных машин
Лелиовский Константин Ярославич
Разработка методики виброакустической оценки нагруженности и дефектов коробок передач колесных машин
Попов Виктор Сергеевич
Исследование динамической нагруженности трансмиссии колесной машины с инерционной автоматической передачей на эксплуатационных режимах работы
Мавлеев Ильдус Рифович
Разработка рациональных схем и конструкций высокомоментных гидромеханических вариаторов для транспортных средств
Лазарева Анна Николаевна
Разработка методики расчета базовых параметров и характеристик гибридной энергосиловой установки параллельной компоновочной схемы для легкового автомобиля
Яковлев Петр Витальевич
Повышение динамики переключения передач в раздаточной коробке полноприводного автомобиля применением новой кинематической схемы
Буторин Василий Александрович
Обоснование и разработка рациональных схем многопоточных комбинированных передач колесных машин
Чепикова Татьяна Петровна
Разработка и обоснование рациональных схем дифференциальных бесступенчато-регулируемых передач с внутренним разделением потока мощности

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net