namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»10.51187/0135-3152-2021-3-30-36nami-195Research ArticleАВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕAUTOMOBILE DEVELOPMENTПрименение модального и гармонического анализа для прогнозирования вибрационного состояния автомобильной коробки передач на ранней стадии проектированияApplication of modal and harmonic analysis to predict the automotive transmission vibration at an early stage of designНовиковД. С.NovikovD. S.

Новиков Дмитрий Сергеевич, канд. техн. наук, главный конструктор по КПиС

г. Ярославль 150040, Российская Федерация

Novikov D.S., PhD (Eng), chief design-engineer

Yaroslavl 150040, Russian Federation

novikovds81@gmail.comПАО «Автодизель» (ЯМЗ)РоссияPJSC “Avtodizel”Russian Federation202105102021033036Copyright © Новиков Д.С., 20212021Новиков Д.С.Novikov D.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/195

Введение (постановка задачи и актуальность). В связи с необходимостью повышения рабочих частот вращения и входного крутящего момента автомобильных трансмиссий проблема их вибрации становится всё более актуальной.

Цель исследования – обоснование применимости гармонического анализа, позволяющего определить фактические значения вибрационных величин при установившемся колебательном процессе, для начальной оценки виброактивности коробки передач (КП).

Методология и методы

Методология и методы. Расчёт виброактивности КП выполнен с помощью модального и гармонического анализов, реализованных методом конечных элементов, с последующим экспериментальным исследованием вибрации КП на обкаточном стенде.

Результаты и научная новизна. Представленные результаты экспериментальных и расчётных исследований показывают, что различие между экспериментальными и расчётными значениями составляет не более 4,2%. Это доказывает возможность применения модального и гармонического анализа для прогнозирования вибрационного состояния КП на стенде на ранней стадии проектирования изделия.

Практическая ценность

Практическая ценность. Приведённый алгоритм расчёта позволяет прогнозировать с достаточной степенью точности вибрации КП до изготовления опытного образца в экспериментальном производстве.

Introduction (problem statement and relevance). The need to increase the operating speeds and input torque of automobile transmissions because of their vibration is becoming a more and more urgent problem.

The purpose of the study was to substantiate the applicability of harmonic analysis, which makes it possible to determine the actual values of vibration values during a steady oscillatory process, for the initial assessment of the gearbox vibration activity.

Methodology and research methods. The calculation of the gearbox vibration activity was carried out by modal and harmonic analyses, implemented by the finite element method, and followed by the experimental study of gearbox vibration on a test bench.

Scientific novelty and results. The presented experimental and calculated results of the research show that the difference between the experimental and calculated values is no more than 4.2%. This proves the possibility of applying modal and harmonic analysis to predict the gearbox vibration state at an early stage of product design at the stand.

Practical significance. The given calculation algorithm makes it possible to predict, with a sufficient degree of accuracy, the vibration of the gearbox before the manufacture of a prototype in experimental production.

коробка передачмодальный анализсобственные частотыметод конечных элементовгармонический анализиспытательный стендgearboxmodal analysisnatural frequenciesfinite element methodharmonic analysistest benchReferencesТихомиров А.Д. Ворота качества // Эффективные системы менеджмента – гарантии устойчивого развития. – 2016. – Т. 2. – № 5. – С. 271–275.Tikhomirov A.D. [Quality gate]. Effektivnye sistemy menedzhmenta – garantii ustoychivogo razvitiya, 2016, vol. 2, no. 5, pp. 271–275. (In Russian)Choy F.K. et al. Modal simulation of gear box vibration with experimental correlation // Journal of Propulsion and Power. – 1993. – V. 9. – No. 2. – P. 301–306.Choy F.K. et al. Modal simulation of gear box vibration with experimental correlation. Journal of Propulsion and Power, 1993, vol. 9, no. 2, pp. 301–306.Inoue K., Townsend D.P., Coy J.J. Optimum design of a gearbox for low vibration / Proposed for presentation at the Sixth International Power Transmission and Gearing Conference, 1992. – P. 13–16.Inoue K., Townsend D.P., Coy J.J. Optimum design of a gearbox for low vibration. Proposed for presentation at the Sixth International Power Transmission and Gearing Conference, 1992, pp. 13–16.Jacobson M.F., Singh R., Oswald F.B. Acoustic radiation efficiency models of a simple gearbox / ASME International Power Transmission and Gearing Conference, DE-88. – San Diego, CA, October 6–9 1996. – P. 597–601.Jacobson M.F., Singh R., Oswald F.B. Acoustic radiation efficiency models of a simple gearbox. ASME International Power Transmission and Gearing Conference, DE-88. San Diego, CA, October 6–9 1996, pp. 597–601.Vijaykumar M., Shivaraju M., Srikanth M. Vibration Analysis for Gearbox Casing using Finite Element Analysis // The International Journal of Engineering and Science (IJES). – 2014. – V. 3. – No. 2. – P. 18–36.Vijaykumar M., Shivaraju M., Srikanth M. Vibration Analysis for Gearbox Casing using Finite Element Analysis. The International Journal of Engineering and Science (IJES), 2014, vol. 3, no. 2, pp. 18–36.Шилов С.М. Применение модального анализа, реализованного в пакете ANSYS, для оценки динамического поведения картера коробки передач транспортного дизеля / Сборник трудов Четвёртой конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH. – Москва, 2004. – С. 124–126.Shilov S.M. [Application of modal analysis, implemented in the ANSYS package, to assess the dynamic behavior of the transmission crankcase of a transport diesel engine]. [Proceedings of the Fourth Conference of Software Users CAD-FEM GmbH]. Moscow, 2004, pp. 124–126. (In Russian)Kumar A., Patil P.P. Dynamic Vibration Analysis of Heavy Vehicle Truck Transmission Gearbox Housing Using FEA // Journal of Engineering Science & Technology Review. – 2014. – V. 7. – No. 4. – P. 66–72.Kumar A., Patil P.P. Dynamic Vibration Analysis of Heavy Vehicle Truck Transmission Gearbox Housing Using FEA. Journal of Engineering Science & Technology Review, 2014, vol. 7, no. 4, pp. 66–72.Zhao G.Y., Peng F., Shu W.Z., Shan G.T. Dynamic Mechanical Analysis of Automotive Gearbox Casing // Advanced Materials Research. – 2011. – V. 230. – P. 539–543.Zhao G.Y., Peng F., Shu W.Z., Shan G.T. Dynamic Mechanical Analysis of Automotive Gearbox Casing. Advanced Materials Research, 2011, vol. 230, pp. 539–543.Компьютерно-информационные технологии в двигателестроении / Яманин А.И. [и др.]. – М.: Машиностроение, 2005. – 480 с.Yamanin A.I. et al. [Computer information technology in engine design]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 2005. 480 p. (In Russian)Новиков Д.С., Шилов С.М. Влияние степени детализации конечно-элементных моделей коробки передач транспортного двигателя на собственные частоты и формы колебаний картера коробки [Электронный ресурс] / Сборник трудов Восьмой конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH. – Москва, 2008. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM).Novikov D.S., Shilov S.M. [Influence of the degree of detailing of finite element models of a transport engine gearbox on natural frequencies and vibration modes of the gearbox crankcase]. [Proceedings of the Eighth Conference of CAD-FEM GmbH Software Users]. Moscow, 2008. 1 CD-ROM. (In Russian)Vibration and shock handbook / De Silva C.W. [and et.]. – CRC press, 2005.De Silva C.W. et al. Vibration and shock handbook. CRC press, 2005.Мачнев В.А. Вибрации в зубчатых колёсах коробки передач // Нива Поволжья. – 2008. – № 2. – С. 55–57.Machnev V.A. [Vibrations in the gears of the gearbox]. Niva Povolzh’ya, 2008, no. 2, pp. 55–57. (In Russian)Двигатели ЯМЗ-6565, ЯМЗ-65651, ЯМЗ-65652, ЯМЗ-65653, ЯМЗ-65654, их модификации и комплектации. Дополнение к руководству по эксплуатации 236Н-3901150РЭ. – 2013. – 89 л.[Engines YaMZ-6565, YaMZ-65651, YaMZ-65652, YaMZ-65653, YaMZ-65654 and their modifications and configuration. Supplement to the operation manual 236N-3901150RE]. 2013. 89 p. (In Russian)Шилов С.М. Оценка динамического поведения картера коробки передач транспортного двигателя с помощью модального анализа / Сборник трудов Шестой конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH. – Москва, 2006. – С. 95–100.Shilov S.M. [Evaluation of the dynamic behavior of the transmission crankcase of a transport engine using modal analysis]. [Proceedings of the Sixth Conference of CAD-FEM GmbH Software Users]. Moscow, 2006, pp. 95–100. (In Russian)Мачнев В.А., Мачнев А.В., Комаров В.А., Салмин В.В. Формирование вибрационных сигналов в коробке передач трактора // Нива Поволжья. – 2015. – № 1. – С. 50–55.Machnev V.A., Machnev A.V., Komarov V.A., Salmin V.V. [Formation of vibration signals in the tractor transmission]. Niva Povolzh’yа, 2015, no. 1, pp. 50–55. (In Russian)Леонтьев Н.В. Применение системы ANSYS к решению задач модального и гармонического анализа. – Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2006. – 101 с.Leont’ev N.V. [Application of the ANSYS system to solving problems of modal and harmonic analysis]. N. Novgorod, NNGU Publ., 2006. 101 p. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.