WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

КАРПОВ Максим Анатольевич

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПЕРЕМЕННОСТИ ИНЕРЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СИЛОВОГО АГРЕГАТА НА ПАРАМЕТРЫ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДВИГАТЕЛЬ – ПОДВЕСКА

(05.04.02 – Тепловые двигатели)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2008

Работа выполнена на кафедре “Теплотехника и автотракторные двигатели” Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета)

Научный руководитель -

кандидат технических наук, доцент Сафронов П.В.

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Тольский В.Е.

кандидат технических наук, доцент Галевко В.В.

Ведущая организация -

ОАМО «Автомобильный завод им. И.А. Лихачева» (АМО ЗИЛ).

Защита состоится «18» ноября 2008 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.126.04 ВАК РФ при Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125319, г. Москва, Ленинградский пр-т, д.64, ауд. 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « » 2008 г.

Отзывы на автореферат просим представлять в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью, в адрес диссертационного совета.

Телефон для справок: (495) 155-93-24

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор В. А. Максимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. К числу основных задач автомобилестроения и двигателестроения относится снижение уровня акустических и вибрационных нагрузок от силовой установки на конструкцию транспортных средств. Эта важнейшая задача непосредственно связана с увеличением ресурса узлов и агрегатов двигателей и транспортных средств, снижением их материалоемкости, повышением комфортности и акустической экологичности, улучшением условий труда на транспорте.

Актуальность предлагаемой работы определяется тем, что практические меры по снижению виброактивности двигателя невозможны без глубокого изучения динамических эффектов, производимых движением элементов кривошипно-шатунного механизма (КШМ). К числу способов такого изучения относятся как экспериментальные, так и расчетно-аналитические методы, а также различные их комбинации.

Цель работы. Провести анализ влияния переменности инерционных характеристик силового агрегата, вызванной подвижностью элементов КШМ, и расположения его опор на колебания двигателя на подвеске. Построить расчётную динамическую модель системы двигатель - подвеска, проверить её адекватность в ходе экспериментальных исследований.

Методы исследования. В работе сочетались методы расчетно-аналитического и экспериментального исследования. Теоретические исследования проводились в программном комплексе «Эйлер» по модели, разработанной автором, базирующейся на уравнениях Лагранжа второго рода. Экспериментальные исследования проводились на двигателе ВАЗ-21083 в моторном боксе №15 кафедры «Теплотехника и автотракторные двигатели» и на базе кафедры «Дорожно-строительные материалы» МАДИ (ГТУ). Для регистрации результатов экспериментов использовались акселерометры типа 4334 фирмы Brel&Kjaer, виброизмерительный прибор производства НП Robotron-Messelektronik, а также плата запоминающего измерительного аналогово-цифрового осциллографа ЛА-н10М4 производства ЗАО «Руднев-Шиляев», сопряжённая с персональным компьютером типа IBM PC.

Научная новизна. Разработана трёхмерная динамическая модель поведения силового агрегата на подвеске, учитывающая влияние подвижности элементов КШМ. Показано существенное отличие расчетного характера колебаний от результатов, полученных по методикам, не учитывающим влияние указанных факторов. Проведён анализ влияния перемещений масс внутри корпуса двигателя, связанных с поступательным движением поршня и плоско-параллельным движением шатуна.

Достоверность и обоснованность научных положений работы обеспечена применением фундаментальных законов классической механики Ньютона, а также подтверждением результатов расчёта математических моделей экспериментальными данными, полученными с использованием оборудования и приборов, отвечающих требованиям государственных стандартов.

Практическая ценность. Результаты выполненной работы могут быть использованы при проектировании и доводке элементов подвески и конструкции двигателя. Разработанная методика позволяет ещё на стадии проектирования определить нагрузки, действующие на упругие элементы подвески двигателя, и дает возможность снизить виброактивность двигателя путем варьирования расположения его опор и их упругих характеристик.

Реализация работы. Результаты данного исследования использованы в совместной научной работе кафедры «Теплотехника и автотракторные двигатели» МАДИ (ГТУ) и УКЭР отдела двигателей АМО ЗИЛ. Алгоритм моделирования колебаний двигателя на подвеске принят к использованию НПФ «ЭВА» для решения задач по исследованию вибрации поршневых компрессоров, выпускаемых ОАО «Транспневматика» для нужд железнодорожного транспорта и метро. Методика расчетного моделирования динамики КШМ и анализа уравновешенности двигателей различных компоновочных схем в среде программного комплекса «Эйлер» используется в учебном процессе кафедры «Теплотехника и автотракторные двигатели» МАДИ (ГТУ) при подготовке бакалавров и магистров по специальности «Тепловые двигатели».

Основные положения, выносимые на защиту

Алгоритм расчёта динамического поведения системы силовой агрегат – подвеска с использованием методов классической механики на основе уравнений Лагранжа второго рода.

Трёхмерная модель силовой агрегат – подвеска рядных четырёх- и двухцилиндрового двигателей.

Анализ влияния на достоверность расчётов следующих допущений, традиционно используемых при исследовании колебаний двигателя на подвеске:

постоянство инерционных характеристик силового агрегата;

приложение сил инерции к центру масс силового агрегата;

применение эквивалентной двухмассовой схемы вместо реального шатуна.

Личный вклад автора

Проведен анализ работ, посвященных методам исследования колебаний силового агрегата автомобиля и проектирования амортизационных конструкций, вопросам виброизоляции двигателей внутреннего сгорания.

Разработана математическая модель, описывающая динамическое поведение рядного четырёхцилиндрового двигателя на подвеске с использованием методов классической механики.

Реализовано решение разработанной модели в программном комплексе «Эйлер», предназначенном для расчёта многокомпонентных механических систем.

Адекватность предложенной модели проверена экспериментально в Проблемной лаборатории транспортных двигателей МАДИ (ГТУ).

Апробация работы. Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, докладывались на научных конференциях МАДИ (ГТУ) в 2005-2006 гг. и экспонировались на выставке научных достижений МАДИ (ГТУ) 2006 г.

Публикации. Материалы исследований опубликованы в четырёх печатных работах, из них 1 статья в журнале по списку ВАК.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов и списка литературы. Общий объем работы 113 страниц, включая 3 таблицы, 60 иллюстраций, библиографию из 54 наименований и 1 приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, научная новизна, практическая ценность, приводятся сведения о реализации и апробации работы.

Первая глава посвящена анализу динамических процессов, связанных с колебаниями двигателя на подвеске и постановке задачи исследования. В первом разделе рассмотрены предпосылки для исследования поведения двигателя на подвеске, влияние вибраций и шума двигателя на работоспособность и производительность труда водителя, утомляемость пассажиров и надёжность автомобиля. Одним из способов снижения негативных последствий от вибрации двигателя является правильный выбор параметров его подвески, т.е. упругих и демпфирующих свойств опор, а также точек их расположения.

Во втором разделе рассмотрены факторы, вызывающие колебания двигателя на подвеске и параметры, влияющие на поведение двигателя на упругих опорах.

В третьем разделе проведён анализ моделей, применяющихся при расчёте колебаний двигателя на подвеске, рассмотрены их методы построения и сферы применения, сделан обзор работ по данной тематике. Вопросы поведения двигателя на упругой подвеске были освещены в трудах И.В. Алексеева, В.В. Галевко, Л.В. Корчемного, Г.В. Латышева, В.Н. Луканина, Л.М. Минкина, О.К. Найденко, П.П. Петрова, П.В. Сафронова, В.Е. Тольского, М.Г. Шатрова и др.

В четвёртом разделе рассматриваются основные допущения, присущие современным расчётным моделям поведения двигателя на подвеске. В данной работе анализу подверглись следующие три допущения:

постоянство инерционных характеристик силового агрегата;

приложение сил инерции КШМ как внешних к центру масс силового агрегата;

применение эквивалентной двухмассовой схемы вместо реального шатуна.

Кроме того, были поставлены следующие задачи данного исследования:

1. Модернизировать метод расчетного анализа динамического поведения двигателя на подвеске, предложенный Сафроновым П.В., применительно к трёхмерной модели силовой агрегат – подвеска рядного четырёхцилиндрового двигателя.

2. По разработанной модели провести расчетные исследования с целью проверки её адекватности и оценки влияния жeсткостных характеристик упругих элементов подвески, положения центра масс, точек размещения опор на колебания двигателя на подвеске.

3. Провести экспериментальные исследования колебаний двигателя ВАЗ-21083 на опорах для режима холостого хода и сравнить с данными, полученными по расчётной модели.

Во второй главе рассмотрена методика расчёта динамического поведения рядного четырёхцилиндрового двигателя на упругих опорах на холостом ходу. Выбор режима холостого хода обусловлен тем, что на минимальной частоте вращения холостого хода частота силовых факторов, вызывающих колебания двигателя на подвеске, ближе всего находится к частоте собственных колебаний системы.

В первом разделе описываются предпосылки к выбору расчётной схемы и метода расчёта. В качестве расчетной модели использовалась трёхмерная схема четырёхцилиндрового двигателя на опорах. Корпус, элементы КШМ и поршни представлялись в виде абсолютно твердых тел, составляющих кинематически изменяемую структуру, а опоры – в виде элементов линейной жесткости с параллельно присоединенными линейными демпферами (рис. 1 и рис. 2).

Рис. 1. Расчетная схема четырёхцилиндрового двигателя на подвеске

Изображенная на рис. 1 и рис. 2 конструкция имеет семь степеней свободы - ее положение в произвольный момент времени может быть однозначно задано следующими кинематическими параметрами:

q1, q2 и q3 – горизонтальное, вертикальное и продольное смещения центра инерции агрегата;

q4 - угол отклонения агрегата в плоскости XoY;

q5 - угол отклонения агрегата в плоскости XoZ;

q6 - угол отклонения агрегата в плоскости YoZ;

q7 - угол поворота коленчатого вала двигателя.

Работу действующих в конструкции силовых факторов можно выразить как

где pгi – давление газа в i-м цилиндре,

Pсi – сила сопротивления перемещению i-го поршня в i-м цилиндре,

Mс – момент сопротивления вращению коленчатого вала (КВ) в его подшипниковых опорах,

Mе – момент внешней нагрузки, действующий на КВ,

i – виртуальное приращение хода i-го поршня.

Рис. 2. Расчетная схема четырёхцилиндрового двигателя на подвеске

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»