Email this article Mathematical model of test bench
- Authors: Gorobtsov A.S.1, Lyashenko M.V.1, Sokolov-Dobrev N.S.1, Shekhovtsov V.V.1, Potapov P.V.1, Klementyev E.V.1, Dolotov A.A.1
-
Affiliations:
- Volgograd State Technical University
- Issue: Vol 10, No 2 (2016)
- Pages: 20-25
- Section: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/2074-0530/article/view/66903
- DOI: https://doi.org/10.17816/2074-0530-66903
- ID: 66903
Cite item
Full Text
Abstract
The description of multifunctional test bench construction to determine the basic operational characteristics of transmissions of automobiles and trucks designed in Volgograd State Technical University is provided. The description of its mathematical model created on the basis of the spatial dynamic schema is given and the results of calculation of test bench mass and inertia parameters are provided. The models of moving masses are the masses of transmission rotating elements, which transmit torque, transmission housing, test bench frame, that consists of two subframes, two hubs, DinaPack loading device, including a hydraulic machine. The values of parts inertia moments and stiffness of its joints are obtained by DASP software package and SolidWorks 3D CAD system. On the first stage to carry out the simulation capabilities at various loading conditions and forecast their results without a long-term field tests, on the basis of the structural scheme of test bench the flat dynamic model was created, which besides the data on composition and communication of the masses, contains data on elastic, inertial and dissipative parameters of its elements. On the next stage the spatial structural test bench scheme was created, on the basis of which in “Universal mechanism” program the spatial dynamic model was made. The dynamic model of test bench includes 31 inertial masses influenced by linear, contact, bipolar and special forces. To check the adequacy of the created model at the initial stage the calculation of fundamental frequencies of its masses in the range from 0 to 10000 Hz was made. The comparison of its values with the results of processing of experimental digital oscillograms of test bench masses oscillations showed sufficient for the solution of engineering problems convergence of results.
Full Text
Введение На кафедре «Транспортные машины и двигатели» ВолгГТУ для определения основных эксплуатационных характеристик трансмиссий автомобилей создан многофункциональный испытательный стенд [1-3]. Общее устройство стенда показано на рис. 1. Рис. 1. Общее устройство стенда: 1, 2 - рамы, 3 - испытуемый мост, 4 - приводной электродвигатель, 5 - карданный вал, 6 - нагружающие устройства, 7 - фланец, 8 - кронштейны, 9 - корпус межосевого дифференциала Цель исследования Целью исследования является разработка математической модели оригинального многофункционального испытательного стенда для определения основных эксплуатационных характеристик трансмиссий легковых и грузовых. а) б) Рис. 2. а - структурная схема стенда, б - динамическая модель его силовой передачи Математическая модель стенда Для осуществления возможностей моделирования [4-9] различных режимов нагружения и прогнозирования их результатов без проведения длительных натурных испытаний на первом этапе на основе структурной схемы стенда (рис. 2а) создана его плоская динамическая модель (рис. 2б), которая, кроме сведений о составе и связи масс, содержит данные об упругих, инерционных и диссипативных параметрах ее элементов. На следующем этапе разработана пространственная структурная схема стенда (рис. 3), на основе которой в среде «Универсальный механизм» создана его пространственная динамическая модель (рис. 4). Рис. 3. Трехмерная структурная схема стенда Модель включает в себя 31 инерционную массу; на массы действуют линейные, контактные, биполярные и специальные силы (рис. 4). Подвижными массами модели являются массы вращающихся элементов трансмиссии, передающих крутящий момент (массы 1-25), корпуса трансмиссии (масса 26), рамы стенда, состоящей из двух подрамников (массы 27, 28), двух хабов нагружающего устройства DinаPack (массы 29 и 30), включающих в себя гидромашины (массы 30, 31). Рис. 4. Динамическая модель стенда в программном пакете «Универсальный механизм» Значения моментов инерции деталей и жесткости их соединений, полученные с помощью программного комплекса DASP и системы 3D автоматизированного проектирования SolidWorks [4, 6, 7, 8], приведены в табл. 1 и 2. Таблица 1 Упругие и диссипативные характеристики элементов стенда № уч-ка Приведенные к участку жесткости элементов Линейная жесткость элемента х106 Н/м Угловая жесткость элемента х106 Н*м/рад Сx Сy Сz Сxx Сyy Сzz 1-3, 2-4 2 вала, 1 шлиц. соед. - - - 0,573749 3-5 1 вал,1 шлиц. соед. - - - 0,459650 - - 4-6 1 вал, 1 шлиц. соед. - - - 0,57737 - - 5-7,6-7 4 зубч. зацепления 291,75 - - - - - 9-10 1 зубч. зацепление - 329,662 - - - 10-11 1 вал,1 шпон. соед. - - - 0,36309 - - 11-12 1 зубч. зацепление - 47.842 - - - - 12-13 4 вала,1 шлиц. соед. - - - 0,83878 - - 13-14 4 зубч. зацепления - 22,158 - - - - 14-16 4 зубч. зацепления - 22,158 - - - - 16-24 1 вал, 2 шлиц. соед. - - - - 0,0270 - 24-25 1 ступица - - - - - - 17-18 1 вал - - - - 1,0299 - 20-21 2 вала - 0,65598 - - - - 27-г Резин. виброизолят. - - 2,60416 - - - 27-28 Хомут - - - - - - 26-28 Хомут - - - - - - 29-г Резин. виброизолят. - - 5,20833 - - - 30-г Резин. виброизолят. - - 5,20833 - - - Таблица 2 Массо-инерционные параметры элементов стенда № массы Наименование элемента Момент инерции, кг×м2 Масса, кг Jx Jy Jz m 1, 2 Тормозной механизм стенда Dinаpack и переходная ступица 0,42547 1,46696 1,41717 36,9 3 Ступица 5320-3103015-02 и половина полуоси 5320-2403071 0,51152 0,60070 0,60070 37,39 4 Ступица 5320-3103015-02 и половина полуоси 5320-2403070 0,50134 0,34901 0,34901 35,19 5 Полуосевая шестерня 53205-2403050 и половина полуоси 5320-2403071 0,00789 0,46767 0,46767 12,77 6 Полуосевая шестерня 53205-2403050 и половина полуоси 5320-2403070 0,00669 0,39641 0,39641 10,57 7 Сателлит межколесного дифференциала 53212-2403054 0,0004 0,00023 0,00023 0,488 8 Крестовина дифференциала 0,00949 0,00494 0,00494 2,78 9 Колесо ведомое 5320-2402120-10 и две чашки дифференциала 53205-2403018 0,62530 0,428 0,428 43,69 10 Шестерня цилиндрическая ведущая 5320-2402110-10 0,00441 0,01112 0,01112 6,695 11 Колесо коническое ведомое 5320-2402060 0,05319 0,03413 0,03413 14,72 12 Шестерня ведущая коническая 5320-2502017 0,03032 0,00591 0,03032 5,62 13 Шестерня привода среднего моста 5320-2402017 0,00210 0,00329 0,00210 4,05 14 Сателлит межосевого дифференциала 53212-2506054 0,00001 0,00011 0,00001 0,19 15 Крестовина межосевого дифференциала 5320-2506060, 0,00062 0,00114 0,00062 0.705 16 Шестерня 5320-2506130 и половина вала промежуточного моста 5320-2502201 0,05308 0,00181 0,05308 4,685 17 Две чашки межосевого дифференциала 5320-2506018, 5320-2506019 0,08296 0,04114 0,08296 15,68 18 Фланец первичного вала 5320-2506037 0,00657 0,00515 0,00657 2,000 19, 22 Крестовина карданной передачи 5320-2201025-02 0,00095 0,00180 0,00095 1,4 20 Половина карданного вала 5320-2205011 0,20842 0,02614 0,21174 17,05 21 Половина карданного вала 5320-2205011 0,20842 0,02614 0,21174 17,05 23 Фланец вала электродвигателя 0,02065 0,02518 0,01447 7,4 24 Фланец заднего моста и ведущий вал 0,06426 0,01224 0,06426 6,96 26 Картер моста 5320-2501010 1,59 38,097 38,278 127,6 27 Передняя рама стенда 6,82 1,45 8,26 24,83 28 Задняя рама стенда 3,19 7,52 10,704 27,07 29, 30 Корпус хаба DinаPack без гидромашины 4,69 9,37 10,21 88,32 31 Электродвигатель и рама 12,68 8,51 12,01 186,7 Подчеркнутыми являются те массо-инерционные значения, которые используются при расчете крутильных колебаний Рис. 5. Пример осциллограммы колебаний момента на левой и правой полуосях при частоте вращения вала электродвигателя 1000 мин-1 Заключение Для проверки адекватности созданной модели на начальном этапе выполнен расчет собственных частот колебаний ее масс в диапазоне от 0 до 10000 Гц. Сравнение их значений с результатами обработки экспериментальных цифровых осциллограмм колебаний масс стенда (рис. 5) показало достаточную для решения инженерных задач сходимость результатов.×
About the authors
A. S. Gorobtsov
Volgograd State Technical University
Email: ts@vstu.ru
Dr.Eng.; +7 8442 24-81-61
M. V. Lyashenko
Volgograd State Technical University
Email: ts@vstu.ru
Dr.Eng.; +7 8442 24-81-61
N. S. Sokolov-Dobrev
Volgograd State Technical University
Email: ts@vstu.ru
Ph.D.; +7 8442 24-81-61
V. V. Shekhovtsov
Volgograd State Technical University
Email: ts@vstu.ru
Dr.Eng.; +7 8442 24-81-61
P. V. Potapov
Volgograd State Technical University
Email: ts@vstu.ru
Ph.D.; +7 8442 24-81-61
E. V. Klementyev
Volgograd State Technical University
Email: ts@vstu.ru
+7 8442 24-81-61
A. A. Dolotov
Volgograd State Technical University
Email: ts@vstu.ru
+7 8442 24-81-61
References
- Шеховцов В.В., Ходес И.В., Шевчук Вл.П., Соколов-Добрев Н.С., Шеховцов К.В., Клементьев Е.В. Стендовое оборудование для испытаний силовых передач тракторов // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 1. C. 36-40.
- Горобцов А.С., Долотов А.А., Клементьев Е.В., Ляшенко М.В., Потапов П.В., Шеховцов В.В. Испытательный стенд для исследования условий работы механизмов ведущего моста грузового автомобиля // Известия ВолгГТУ. Сер. Наземные транспортные системы. Вып. 11. Волгоград, 2015. № 5 (165). C. 10-13.
- Горобцов А.С., Ляшенко М.В., Соколов-Добрев Н.С., Шеховцов В.В., Потапов П.В., Клементьев Е.В., Долотов А.А. Исследование виброактивности элементов заднего моста грузового автомобиля // Известия ВолгГТУ. Сер. Наземные транспортные системы. Вып. 10: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. Волгоград, 2015. № 4 (162). C. 8-11.
- Шеховцов В.В., Ляшенко М.В., Соколов-Добрев Н.С., Долгов К.О. Моделирование динамических процессов в узлах автотранспортных средств с использованием пакета визуального моделирования Matlab/Simulink: учеб. пособ.(гриф). Доп. УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов - Волгоград, ВолгГТУ. 2013. 147 с.
- Шеховцов В.В., Ходес И.В., Соколов-Добрев Н.С., Шеховцов К.В. Формирование динамических характеристик силовой передачи стенда для испытания трансмиссий // Техника машиностроения. 2012. № 1. C. 42-49.
- Соколов-Добрев Н.С., Шеховцов В.В., Иванов И.А., Ляшенко М.В. Динамическая модель силовой передачи гусеничного сельскохозяиственного трактора тягового класса 6 // Известия ВолгГТУ. Сер. Наземные транспортные системы. Вып. 3. Межвуз. сб. науч. ст. / Волгоград, ВолгГТУ. 2010. № 10. C. 92-96.
- Ляшенко М.В., Шеховцов В.В., Дейниченко Е.М., Соколов-Добрев Н.С. Методы исследования динамических процессов в узлах силовых передач и системах подрессоривания гусеничных сельскохозяйственных тракторов: учеб. пособ. (гриф). Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов - Волгоград, ВолгГТУ. 2009. 150 с.
- Dynamic Model with Reaction Nodes of Tracked Agricultural Tractor / Z.A. Godzajew, M.V. Lyashenko, V.V. Shekhovtsov, Vl.P. Shevchuk, N.S. Sokolov-Dobrev, B. Michalowski // Journal of KONES Powertrain and Transport. 2007. Vol. 14, No.4, pp. 101-112.
- Тескер Е.И., Шеховцов В.В., Салолыкин М.Ф. Анализ динамических моделей, характеризующих нагруженность силовых элементов трансмиссий // Наука, техника и высшее образование: проблемы и тенденции развития: сб. науч. тр. / Ростовский филиал Моск. гос. ун-та технол. и управл. Ростов н/Д, 2006. C. 13-17.
Supplementary files
