Применение модального и гармонического анализа для прогнозирования вибрационного состояния автомобильной коробки передач на ранней стадии проектирования

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

1. Тихомиров А.Д. Ворота качества // Эффективные системы менеджмента – гарантии устойчивого развития. – 2016. – Т. 2. – № 5. – С. 271–275.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. Компьютерно-информационные технологии в двигателестроении / Яманин А.И. [и др.]. – М.: Машиностроение, 2005. – 480 с.

10. 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).

11. Vibration and shock handbook / De Silva C.W. [and et.]. – CRC press, 2005.

12. Мачнев В.А. Вибрации в зубчатых колёсах коробки передач // Нива Поволжья. – 2008. – № 2. – С. 55–57.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Леонтьев Н.В. Применение системы ANSYS к решению задач модального и гармонического анализа. – Н. Новгород: Изд-во ННГУ, 2006. – 101 с.