Delist.ru

Оценка влияния переменности инерционных характеристик силового агрегата на параметры колебательной системы двигателя - подвеска. (17.10.2008)

Автор: Карпов Максим Анатольевич

? 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

Предполагая, что КВ вращается относительно своей оси по заранее заданному закону, возможно исключить угол поворота коленчатого вала (ПКВ) из числа свободных кинематических параметров системы и перейти к анализу кинематического нагружения системы или, иначе, – нагружения путем поддержания заданного закона изменения угла ПКВ. При этом те внешние силы, которые поддерживают заданный закон изменения угла ПКВ, в явном виде не будут участвовать в полученных впоследствии уравнениях динамики. На холостом ходу момент внешней нагрузки равен нулю, индикаторный момент равен моменту внутренних механических потерь. Величина мгновенного значения индикаторного момента определяется мгновенным значением газовой силы, которая изменяется в течение рабочего цикла двигателя. Соответствующее для поддержания баланса сил изменение момента механических потерь всегда несколько отстаёт от изменения индикаторного момента. Таким образом, при постоянной средней частоте вращения КВ его мгновенная скорость варьируется в течение рабочего цикла. Однако предполагая, что рабочие циклы в различных цилиндрах и последовательные циклы в одном цилиндре полностью идентичны, а моменты инерции вращающихся деталей обеспечивают малую неравномерность вращения, использовалось допущение о постоянстве угловой скорости КВ и линейном законе изменения угла ПКВ. Для учёта демпфирования в упругих элементах к соответствующим точкам крепления опор были приложены внешние силы в виде произведения коэффициентов линейного демпфирования на скорость удлинения соответствующих опор. Эти силы элементарно выражаются через основные кинематические параметры и необходимые геометрические размеры конструкции.

Во втором разделе представлен вывод основных уравнений динамики силового агрегата с учетом переменности массово-инерционных характеристик двигателя по методу Лагранжа. Уравнения Лагранжа второго рода имеют вид

где qi - обобщенное перемещение;

L - функция Лагранжа, которая выражается как

загрузка...