авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Выбор и обоснование конструктивных параметров межколесного самоблокирующегося дифференциала легкового автомобиля

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Каверина Эвелина Витальевна

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЕЖКОЛЕСНОГО САМОБЛОКИРУЮЩЕГОСЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛА

ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ

Специальность: 05.05.03 – «Колесные и гусеничные машины»

Автореферат диссертации на соискание

ученой степени кандидата технических наук

Ижевск 2008

Работа выполнена в Чайковском технологическом институте (филиал)

Ижевского государственного технического университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Умняшкин Владимир Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Баранчик Виталий Павлович

кандидат технических наук, доцент

Зыков Сергей Николаевич

Ведущая организация ОАО «ИжАвто», г. Ижевск

Защита состоится «17» октября 2008 года в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.065.03 ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет» по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, д. 7, ИжГТУ, корп. 7

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Ижевского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «__» сентября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор Турыгин Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время в мире наблюдается устойчивая тенденция использования в автомобилях самоблокирующихся дифференциальных механизмов, разнообразие и назначение которых позволяет значительно улучшать эксплуатационные свойства транспортных средств.

Применение автомобильных межколёсных дифференциалов, вызвано необходимостью качения колес без скольжения на закруглениях дороги и неровной поверхности, при различии радиусов качения шин, предотвращением появления в трансмиссии циркулирующей мощности. Это повышает устойчивость и управляемость автомобилей и уменьшает износ шин и ходовой части транспортных средств. При этом с увеличением скоростей движения современных автомобилей, особенно легковых, большая разница между скоростями колес может привести к заносу и опрокидыванию, тем самым, уменьшая устойчивость и управляемость.

Движение в условиях, в которых возможно появление большой разницы между сцеплением ведущих колес, также ограничивает применение обычного дифференциала, позволяющего использовать только часть этого сцепления, значительно ухудшает проходимость автомобиля, и отдает преимущество

«жесткой оси». Разрешить противоречия позволяет отключение дифференциала – его блокировка, способ осуществления и степень которой во многом определяют взаимосвязанное изменение эксплуатационных показателей транспортных средств, а именно проходимости, устойчивости, управляемости т.д.

Межколёсные самоблокирующиеся дифференциалы (МСД) за рубежом используются на легковых автомобилях различных классов. При этом в российском автомобилестроении их использование, как правило, рассматривается только в применении к специальному транспорту и грузовым автомобилям, в крайнем случае, в спортивных автомобилях. Сложившаяся ситуация объясняется недостаточностью научно-обоснованных рекомендаций по выбору наиболее рациональных конструктивных параметров и характеристик при создании МСД для заданного автомобиля и неполными исследованиями влияния таких дифференциалов на различные эксплуатационные свойства. Особенно мало работ изучающих влияние МСД на эксплуатационные свойства легковых автомобилей, которым, в отличие от грузовых транспортных средств, свойственно движение с высокими скоростями.

Целью диссертационной работы является анализ влияния межколёсного самоблокирующегося дифференциала на тягово-скоростные свойства, устойчивость и управляемость движения легкового автомобиля и разработка методики выбора и обоснования базовых конструктивных параметров и характеристик межколёсного самоблокирующегося дифференциала.

Для достижения цели диссертационного исследования в работе решаются следующие основные задачи:

- проведение анализа существующих конструкций МСД, выявление их основных преимуществ и недостатков;

- выбор и обоснование математической модели движения легкового авто-

мобиля для теоретического исследования его устойчивости и управляемости;

- разработка алгоритма расчета показателей устойчивости и управляемости движения легкового автомобиля с учетом расположения ведущих мостов и работы МСД;

- разработка методов анализа влияния МСД на тягово-скоростные свойства легкового автомобиля;

- выполнение расчетных исследований по обоснованию конструктивных параметров МСД легкового автомобиля;

- разработка конструкции МСД для легкового автомобиля.

- проведение комплекса лабораторно-дорожных испытаний МСД легкового автомобиля.

Методы исследования. В работе использованы математические и экспериментальные методы исследования. Решение задач базируется на экспериментальных данных и известных теоретических положениях теоретической механики, теории автомобиля, эксплуатационных свойств и математического моделирования. Достоверность исследования обеспечена обоснованностью теоретических положений, экспериментальной проверкой их в лабораторных и дорожных условиях на экспериментальных образцах самоблокирующихся дифференциалов с использованием математической статистики и методов метрологии при оценке погрешностей.

На защиту выносятся:

  1. Математическая модель движения легкового автомобиля с МСД для теоретического исследования устойчивости и управляемости.
  2. Методика анализа и алгоритм исследования влияния МСД на эксплуатационные свойства легкового автомобиля.
  3. Расчетные исследования и обоснование конструктивных параметров МСД легкового автомобиля.
  4. Комплекс лабораторно-дорожных исследований влияния МСД на основные эксплуатационные свойства легкового автомобиля ИЖ-21261.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Математическая модель движения автомобиля с МСД учитывает влияние коэффициента блокировки на устойчивость и управляемость автомобиля с передним и задним приводом.
  2. Метод исследования влияния МСД на устойчивость и управляемость легковых автомобилей с передним и задним приводом реализован в виде комплекса программных средств на ПЭВМ.
  3. Обоснованы наиболее рациональные базовые конструктивные параметры и характеристики МСД для легковых автомобилей с передним и задним приводом.
  4. Разработаны научно-обоснованные рекомендации по созданию МСД для легковых автомобилей с передним и задним приводом, учитывающие условия эксплуатации и требования, предъявляемые к эксплуатационным свойствам проектируемых или модернизируемых автомобилей.

Практическая значимость. Проведенные исследования позволяют определить влияние МСД на тягово-скоростные свойства, устойчивость и управ-

ляемость легковых автомобилей и обосновывать конструктивные решения на начальной стадии их проектирования.

Реализация результатов. Методы анализа влияния МСД на эксплуатационные свойства легкового автомобиля использовались при создании опытных конструкций межколёсных дифференциалов для автомобиля ИЖ-21261. Методические разработки и результаты исследований используются в учебном процессе при изучении курса «Теория автомобиля» в Чайковском технологическом институте Ижевского государственного технического университета и в Удмуртском государственном университете.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на IX региональной научно-практической конференции «Социально-экономические проблемы развития региона» (г. Чайковский, 2005 г.), на III Всероссийской научно-практической конференции «Транспортные системы Сибири» (г. Красноярск, 2005), на научно-методической конференции «Значение научной работы в процессе подготовки конкурентно способных специалистов для предприятий Удмуртской республики» (г. Воткинск, 2006 г.), на Всероссийской конференции «Теория динамических систем в приоритетных направлениях науки и техники» (г. Чайковский, 2006 г.), на Всероссийской конференции «Применение теории динамических систем в приоритетных направлениях науки и техники» (г. Чайковский, 2007 г.), на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы автомобилестроения в России» (г. Ижевск, 2007 г.), на Международной научно-технической конференции «Современное состояние и инновации транспортного комплекса» (г. Пермь, 2008 г.).

Диссертация неоднократно докладывалась и обсуждалась на кафедре ИжГТУ "Автомобили и металлообрабатывающее оборудование" и кафедре «Автомобильный транспорт» Чайковского технологического института (филиал) ИжГТУ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, одна принята в печать, в том числе две научные статьи в издании, рекомендуемом ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, списка литературы из 107 наименований и приложения. Работа изложена на 211 листах машинописного текста, содержит 83 рисунка и 17 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации. Сформулированы цель и задачи исследования, определены научная новизна и практическая значимость работы, приведено краткое содержание работы по разделам.

В первой главе проведен общий обзор методик анализа управляемости и устойчивости движения легкового автомобиля, представлена классификация и анализ конструкций дифференциалов автотракторного типа. Особенно выделены работы по исследованию тягово-скоростных свойств, устойчивости и управляемости транспортных средств с учетом работы МСД, авторами которых являются А.Ю. Барыкин, С.В. Бахмутов, В.В. Ванцевич, А.Б. Гредскул, Н.В. Диваков, И.А. Дьяков, Н.И. Коротоношко, И.А. Левин, А.Х. Лефаров, А.С. Литвинов, И.С. Лунев, М.А. Носенков, В.А. Петрушов, И.С. Степанов, А.М. Хлебников, Е.А. Чудаков, С.А. Шуклин, О.К. Шахбазов, Б.Ф. Юдаков, З. Яскевич и другие. Выполненный критический анализ работ в области исследования влияния МСД на некоторые основные эксплуатационные свойства автомобиля позволил отметить следующее:

  1. Возросшие требования к безопасности езды ведут к увеличению выпуска моделей легковых автомобилей с МСД, повышающих комфортабельность, безопасность и конкурентоспособность автомобиля.
  2. Разнообразие условий эксплуатации автомобиля, специфика езды водителя требует применения дифференциалов с различными блокирующими свойствами.
  3. Дифференциалы с возрастающим внутренним трением позволяют более полно реализовать тяговое усилие при движении в плохих дорожных условиях, но ухудшают устойчивость и управляемость при движении с большой нагрузкой в хороших дорожных условиях.
  4. МСД улучшают проходимость и тяговые способности грузовых автомобилей.
  5. Ряд работ содержит противоречивые выводы в отношении влияния МСД на устойчивость движения автомобиля, в особенности при исследовании движения по дорогам с низкими сцепными качествами.
  6. Недостаточно исследовано влияние МСД на эксплуатационные свойства легковых автомобилей и отсутствуют методы анализа этого влияния на стадии проектирования.
  7. Отсутствуют работы по исследованию влияния МСД на устойчивость и управляемость автомобилей с передним приводом.

Выявленные особенности и недостатки изучения влияния МСД на эксплуатационные свойства автомобилей позволили сформулировать и обосновать задачи исследования, необходимые для достижения поставленной цели работы.

Во второй главе обоснована необходимость изучения двух схем динамических моделей при исследовании управляемости и устойчивости легковых автомобилей с МСД, в которых отражено разное направление касательных реакций, в зависимости от привода на передние и задние колеса, что позволяет учесть изменение величин продольных и поперечных реакций, действующих на каждое колесо и вызванное этим изменение углов увода, а также возможность их влияния на поворачиваемость автомобиля. Показана возможность существенной разницы выходных параметров поворота для переднеприводных и заднеприводных автомобилей при неизменных углах поворота управляемых колес и практически постоянной скорости движения, если по каким-либо причинам увеличивается и уменьшается тяговая сила на колесах. На основе проведенного анализа существующих математических моделей движения автомобиля для исследования влияния параметров и характеристик МСД на управляемость и устойчивость была принята четырехмассовая модель, включающая в себя подрессоренную массу m0, две передние m1, m2 и одну заднюю m34 неподрессоренные массы, в двух вариантах - с приводом на задние и передние колеса (рис.1).

При этом принято, что центры неподрессоренных передних масс совпадают с центрами колес, а центр задней неподрессоренной массы находится на пересечении оси задних колес с плоскостью симметрии автомобиля. Подвижная система координат OXYZ зафиксирована в центре масс автомобиля и ее линейные и угловые перемещения свя­заны с соответствующими перемещениями подрессоренной массы. Принято, что в начальный момент оси подвижной и неподвижной систем координат - О'X'Y'Z' сов­падают, причем плоскости XOY и X'O'Y' параллельны поверхности дороги; плоскость симметрии автомобиля – плоскость XOZ; автомобиль движется по ровной горизонтальной поверхности, в результате чего вертикальные перемещения отсутствуют. Таким образом, положение неподрессоренной массы в пространстве характеризуется пятью обобщенными координатами: перемещением вдоль осей Х и Y; углом поперечного крена р, углом продольного крена r и углом поворота автомобиля относительно вертикальной оси .

Для описания движения принятых расчетных моделей, как систем взаимосвязанных масс, использовались уравнения Лагранжа второго рода в независимых координатах. При установке связей между скоростями перемещений подрессоренных и неподрессоренных масс, перераспределения нормальных реакций в результате крена подрессоренных масс использовались производные подвески, позволяющие не уменьшая числа принятых степеней свободы упростить математическую модель. В итоге были получены две системы уравнений Лагранжа, общая запись которых имеет вид:

(1)

где А - матрица коэффициентов инерции; В – матрица демпфирования; С – матрица жесткости; D – матрица обобщенных сил, q – вектор-столбец пяти обобщенных координат системы х, у, r, р, ; - вектор-столбец обобщенных скоростей системы; - вектор-столбец обобщенных ускорений системы;

Q – вектор-столбец внешних сил.

Реакция опорной поверхности дороги на действие колеса была представлена в виде трех составляющих силы: продольной - Хi, поперечной - Yi, нормальной - Zi и стабилизирующего момента Mi. Для решения дифференциальных уравнений, описывающих движение автомобиля, вычислялось перераспределение их значений в зависимости от действия внешних сил, изменения условий движения и работы МСД, включение и отключение которого, т.е. его «разблокировка» и «блокировка» определяется отношением между моментами на отстающем и забегающем колесе и характеризуется коэффициентом блокировки:

, (2)

где Мотст – момент, подводимый от дифференциала к отстающей полуоси, т. е. к полуоси, угловая скорость которой меньше угловой скорости дифференциала;

Мзаб – момент, подводимый от дифференциала к забегающей полуоси, т. е. к полуоси, угловая скорость которой больше угловой скорости дифференциала;

Мтр – суммарный момент внутреннего трения в дифференциале.

Момент трения определяется конструкцией дифференциала и является переменной величиной, которую можно рассматривать как сумму двух составляющих, из которых одна (МН) не зависит от передаваемого крутящего момента, а другая пропорциональна передаваемому крутящему моменту М0. Следовательно, момент трения дифференциала можно определить как:

, (3)

Для дифференциалов с повышающим трением k>0, с постоянным трением k=0 и с убывающим трением k<0.

Для сравнения различных типов и выбора наиболее рациональных конструктивных параметров МСД в работе предложена методика анализа влияния величины коэффициента блокировки и параметров характеристики трения дифференциалов МН и k на реализацию тяговых усилий на ведущих колесах автомобиля. Для этого предлагается:

1. Определить и проанализировать максимально реализуемый дифференциалами тяговый момент при различных коэффициентах сцепления колес с дорогой:

, (4)

где М1 - меньший момент (на забегающем колесе); М2 - больший момент (на отстающем колесе); Gк - вес автомобиля, приходящийся на одно колесо (сцепной вес); заб - коэффициент сцепления забегающего колеса с дорогой; rд – динамический радиус колеса.

2. Оценивать влияние характеристик трения дифференциала на тяговое усилие в случае внезапного уменьшения сцепления с дорогой одного из двух ведущих колес по величине относительного тягового усилия FТ/FТ(-0):

(5)

Здесь (6), , (7)

где FТ(-0) - величина тягового усилия в момент, непосредственно предшествующий внезапному падению сцепления с дорогой одного из ведущих колес; 2 – меньший коэффициент сцепления ведущего колеса с дорогой; Ме – крутящий момент двигателя; - к.п.д. трансмиссии; i0, iк, - передаточные числа главной передачи и коробки передач на к-ой передаче; Fc – сила сопротивления движению автомобиля; Gа – вес автомобиля; IМ, Iк - суммарный момент инерции вращающихся частей двигателя и колес соответственно; В – постоянный коэффициент характеристики двигателя.

В третей главе представлены результаты теоретических исследований влияния конструкций МСД на реализацию тяговых усилий, управляемость и устойчивость легковых автомобилей. В качестве основного объекта исследования диссертационной работы выбран заднеприводный легковой автомобиль ИЖ-21261 (ЗП) и возможная его конструкция с передним приводом (ПП).

При определении влияния МСД на управляемость и устойчивость прямолинейного движения рассматривалось равномерное движение автомобиля по асфальту со скоростью 27,8 м/с при фиксированном рулевом управлении в условиях равноценного сцепления колес. Внешнее возмущение задавались боковой силой РY, приложенной в центре масс автомобиля, и моментом МY, действующим на автомобиль в горизонтальной плоскости. В различных вариантах величины РY и МY варьировались по величине и направлению. Расчеты выполнялись для автомобиля с серийным дифференциалом и блокированным приводом для конструкций автомобилей с задним приводом и передним приводом.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.