Моделирование колебаний двигателя на подвеске на режимах с высокой цикловой нестабильностью тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.02, кандидат технических наук Сафронов, Павел Владимирович

• Сафронов, Павел Владимирович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сафронов, Павел Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Анализ динамических процессов, связанных с

неравномерностью частоты вращения коленчатого

вала и подвижностью элементов КШМ

1.1. Неравномерность частоты вращения коленчатого вала двигателя как показатель неидентичности последовательных рабочих циклов

1.2. Классификация неидентичности последовательных рабочих циклов

1.3. Показатели количественной оценки неравномерности частоты вращения коленчатого вала

1.4. Моделирование колебаний двигателя на подвеске

Глава 2. Экспериментальное исследование закона изменения

частоты вращения коленчатого вала двигателя на

режиме холостого хода

2.1. Разработка экспериментальной методики исследования колебания частоты вращения коленчатого вала двигателя

на режиме холостого хода

2.1.1. Объект испытаний и средства измерения

2.1.2. Выбор углового интервала измерения мгновенной

скорости вращения коленчатого вала

2.1.3. Выбор критериев оценки неравномерности частоты вращения и необходимого объема выборки для его определения

2.2. Экспериментальный анализ неравномерности частоты

вращения коленчатого вала двигателя на режиме холостого хода

2.3. Выводы по Главе 2

Глава 3. Расчетный анализ динамического поведения силового

агрегата на упругих опорах

3.1. Обоснование расчетной схемы и выбор метода расчета

3.2. Вывод основных дифференциальных уравнений динамики силового агрегата с учетом подвижности внутренних масс и переменности массово-инерционных характеристик двигателя

3.3. Моделирование нестационарных режимов вращения коленчатого вала

3.4. Численная реализация анализа движения силового агрегата

3.5. Анализ результатов, полученных с помощью разработанной модели двигатель - подвеска на стационарных режимах

3.6. Анализ результатов расчетов динамического поведения двигателя на режимах заданного закона изменения угловой скорости вращения КВ

3.7. Обсуждение результатов Главы 3

Выводы

Литература

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование колебаний двигателя на подвеске на режимах с высокой цикловой нестабильностью»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. К числу основных задач

автомобилестроения и двигателестроения относится снижение уровня динамических нагрузок в двигателе и в транспортных средствах. Эта важнейшая тенденция непосредственно связана с увеличением ресурса узлов и агрегатов двигателей и транспортных средств, снижением материалоемкости, повышением комфортности и акустической экологичности транспортных средств, улучшением условий труда на транспорте.

Среди причин возникновения динамических нагрузок, порождаемых работающим двигателем, важное место занимают динамические эффекты, производимые движением элементов кривошипно-шатунного механизма. Эти эффекты усугубляются неизбежной неравномерностью вращения коленчатого вала.

Актуальность разработки мероприятий, направленных на снижение виброактивности двигателя, усиливается тем, что даже небольшие изменения среднестатистических значений нагрузок могут вызвать существенное изменение ресурса.

Актуальность предлагаемой работы определяется тем, что практические меры по снижению виброактивности двигателя невозможны без серьезного изучения причин возникновения указанных динамических эффектов. К числу способов такого изучения относятся как чисто экспериментальные, так и расчетно-аналитические методы, а также различные их комбинации.

Цель работы. Разработка методов анализа динамического поведения двигателя на подвеске с учетом переменности инерционных

характеристик, вызванной подвижностью элементов кривошипно-шатунного механизма и неравномерностью вращения коленчатого вала.

Методы исследования. В работе сочетались методы расчетно-аналитического и экспериментального исследования. Основным инструментом расчетно-аналитического исследования были методы аналитической механики (уравнения Лагранжа второго рода) в сочетании с методами численного интегрирования. Экспериментальные исследования неравномерности частоты вращения коленчатого вала проводились путем регистрации временных интервалов поворота коленчатого вала на определенный угол.

Научная новизна. Разработана динамическая модель поведения двигателя на подвеске, учитывающая влияние подвижности элементов кривошипно-шатунного механизма и неравномерности частоты вращения коленчатого вала двигателя на колебания двигателя на подвеске. Показано существенное отличие расчетного характера колебаний от результатов, полученных по методикам, не учитывающим влияние указанных факторов.

Практическая ценность. Результаты выполненной работы могут быть использованы при проектировании и доводке элементов подвески двигателя. Разработанная методика позволяет определять нагрузки, действующие на упругие элементы подвески двигателя, и дает возможность снизить виброактивность двигателя путем варьирования расположения его опор.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на 3-й Международной научно-технической конференции «Решение экологических проблем в автотранспортном комплексе» (1999 г.), на семинарах и заседаниях кафедры "Теплотехника и автотракторные двигатели" МАДИ (ТУ).

Публикации. По материалам работы опубликованы три работы.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы и приложений. Она изложена на 103 страницах машинописного текста, содержит 32 иллюстраций и 6 таблиц. Список использованной литературы включает 66 наименований, в том числе 12 иностранных.

Заключение диссертации по теме «Тепловые двигатели», Сафронов, Павел Владимирович

Выводы по работе.

Подводя итоги выполненных исследований, целесообразно указать на следующие обстоятельства.

1. Разработана методика экспериментального исследования изменения угловой скорости вращения КВ двигателя на режиме холостого хода.

2. Разработан метод расчетного анализа динамического поведения двигателя на подвеске, учитывающий влияние переменности массово-инерционных характеристик двигателя из-за подвижности вну тренних масс.

3. Разработанный метод основан на применении хорошо опробованного аппарата аналитической механики и численном интегрировании полученных дифференциальных уравнений движения. Это дает основание относиться к полученным результатам, как к точным в пределах действия использованных допущений.

4. Полученные результаты выявили существенное влияние подвижности внутренних масс двигателя и непостоянства угловой скорости вращения КВ на характер колебаний двигателя.

5. Разработанный метод позволяет производить расчетные прогнозы динамических характеристик двигателя с учетом реальных особенностей - схемы расположения и жесткостных характеристик опор.

6. Результаты, получаемые с помощью разработанного метода, могут быть использованы при оценке уровня нагруженности опор и смежных с двигателем агрегатов, что весьма существенно при расчете на усталостную прочность.

Вместе с тем, необходимо признать два обстоятельства, которые ограничивают применимость разработанного метода и полученных на его основе результатов, и могут рассматриваться как повод к дальнейшим исследованиям: разработанный метод анализа динамического поведения двигателя основан на плоской схеме и реализован применительно к одноцилиндровому двигателю, закон движения поршня двигателя предполагается заданным, что соответствует кинематическому нагружению, и пока не позволяет ввести в расчетную схему рабочий процесс в цилиндре.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сафронов, Павел Владимирович, 1999 год

Литература

1. Автомобильные двигатели / Под ред. М.С. Ховаха. - М.: Машиностроение, 1977. - 591с.

2. Архангельский В.М., Злотин Г.Н. Работа карбюраторных двигателей на неустановившихся режимах. -М.: Машиностроение, 1979. - 152 с.

3. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. / Пер. с англ. - М.: Мир, 1974. - 463 с.

4. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. / Пер. с англ. -М.: Мир, 1989. - 540 с.

5. Бидерман В.Л. Прикладная теория механических колебаний: Учеб. для вузов. - М:, Высшая школа, 1972. 416 с.

6. Борьба с шумом на производстве: Справочник/ Под ред. Е.Я. Юдина. -М.: Машиностроение, 1985. 400 с.

7. Булыгин Ю.Н. О точных формулах определения экстремумов функции смещения, скорости и ускорения поршня в двигателях внутреннего сгорания. //Из-в. вузов. Машиностроение. - 1993. -№3-5. -С.73-77.

8. Бурдасов Е.И., Кисиль В.В. К впрросу об оценке эксплуатационной долговечности амортизаторов подвески силового агрегата автомобиля. -«Каучук и резина», 1974, № 7, с. 29-31.

9. Вибрации в технике: Справочник в 6 т. М.: Машиностроение 1978-1981. Т. 1-6.

10. Голов Ф.В. Методы и средства вибрационного контроля ДВС. Куйбышевский ин-т ж-д трансп. - 12с. Деп. в ЦНИИТЕП МПС № 4583-жд88 от 30.08.88.

11. ГОСТ 14846-81. Двигатели автомобильные. Методы стендовых испы-таний.-М.: Издательство стандартов, 1981. -53стр.

12. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Медоды обработки экспериментальных данных при измерениях. - JL: Энергомашиноиздат, 1990. - 288 с.

13. Гребенников A.C. Способ диагностирования неравномерности работы цилиндров поршневого ДВС// Двигателестроение.-1983.-№10.-с.27-29.

14. Двигатели внутреннего сгорания. Конструирование и расчет на прочность поршневых и комбинированных двигателей / Под ред. A.C. Ор-лина, М.Г. Круглова. -М.: Машиностроение, 1984. -383 с.

15. Зоробян С.Р., Зоробян A.C. Моделирование динамики транспортного двигателя. / Подмос. филиал трансп. ин-та. - Чехов, 1994. -с.34-46. Деп. в ЦНИИТЭК транспортсельмаш 18.04.94, №1581-ТС94.

16. Иванов А.И., Рогачев В.М. Об определении критериев вибрационного состояния двигателей // Двигателестроение. - 1989. - № 4. - С. 30-31.

17. Иванов Н.И. Борьба с шумом и вибрациями на путевых и строительных машинах. М.: Транспорт, 1979. 272 с.

18. Кабаев А.Н. Совершенствование методов проектирования ДВС с заданными виброакустическими характеристиками. Дисс... канд. техн. наук. М., 1993.

19. Клеветенко E.H., Соболев Б.Ю. Устройство для измерения колебаний чатоты вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. -А. с. 1040339, 1983.

20. Колесников А.Е. Акустические измерения: Учеб. для вузов. - Л.: Судостроение, 1983. 256 с.

21. Колесников А.Е. Шум и вибрация: Учеб. для вузов. -Л.: Судостроение, 1988. 248 с.

22. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Изд. 2. М. Наука, 1970. - с.720.

23. Корчемный Л.В., Минкин Л.М., Тольский В.Е. Математическое моделирование колебаний силового агрегата автомобиля и оценка его виброизоляции // Автомобмльная промышленность. 1979. № 2. С. 20-23.

24. Крузе А.О., Павелицин Е.Р., Лисуненко С.Г. Влияние неустановившегося движения легкового автомобиля на его шум. Моск. авт. дор. ин-т. - 9с. Деп. в ЦБНТИ Минавтотранса 762-ат 90 от 23.08.90.

25. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений. - М.: Энергоиздат, 1986. - 112 с.

26. Луканин В.Н., Кныш Г.А., Антонов C.B. Основные источники акустической мощности в моторном отсеке автомобиля КамАЗ // Снижение шума ДВС. Тр. МАДИ. М.: 1984. С. 14-24.

27. Лукин A.M., Хавкин В.И. Способ оценки устойчивости работы ДВС по неравномерности угловой скорости вращения коленчатого вала . Двигателестроение. - 1984. - № 2. с. 17-19.

28. Лукин A.M., Куске Е.Я., Хавкин А.И., Хавкин В.И. К исследованию изменения угловой скорости бензиновых двигателей на установившихся режимах // Труды ЦНИТА. - 1984. - Вып. 83. -С. 101-107.

29. Лукин A.M., Хавкин А.И., Хавкин В.И. Способ определения идентичности последовательных циклов. Двигателестроение. - 1981. -№ 7. с. 5-7.

30. Макаренков А.И., Миносян М.А. Нетрадиционные способы виброизоляции дизеля // Двигателестроение - 1991. - № 3. - С. 36-39.

31. Найденко O.K., Петров П.П. Амортизация судовых двигателей и механизмов. Судпомгиз. - 1962. 287с

32. Никитин H.H. Курс теоретической механики: Учеб. для вузов. - М.: Высш. шк., 1990.-607 с.

33. Никитюк Н.М. Програмно-управляемые блоки в стандарте КАМАК. М.: Энергия, 1977.

34. Отставалов A.A., Никитин A.B. Устройстово для измерения неравномерности частоты вращения коленчатого вала. - А. С.1035521, 1983.

35. Отставнов A.A. Гребенников A.C. Оценка неравномерности работы цилиндров двигателя внутреннего сгорания по неравномерности ско-

рости вращения коленчатого вала// В кн.: Повышение эффективности использования автомоб. трансп. -Саратов, 1978.-С.68-79.

36. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. - JL: Политехника, 1990. - 272 стр.

37. Поздеев Г.В. Пути совершенствования техники эксплуатации и ремонта машин АТК: Тез. докл. Науч.-практ. семинар., Владимир 1995. -

С.85-86.

38. Покровский Т.П., Ефременков С.А., Банников В.В. Измерение частоты вращения коленчатого вала двигателя на переменных режимах // Автомоб. пром-сть. - 1978. - № 8. - С. 6-8.

39. Поляков Д.Б., Круглов И.Ю. Программирование в среде Турбо Паскаль. Спра.-метод. Пособие. - М.: Изд-во МАИ, 1992. с-576.

40. Пустыльник Е.В. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. - 1974. М.: Наука, 1968. - 288 с.

41. Резвяков Е.М., Ильясевич И.А. Снижение уровней шума и вибраций отечественных автомобилей// Автомобильная промышленность. 1981. №7. С. 14-17.

42. Румянцев П.Г. Разработка показателей межцикловой неравномерности двигателя для выбора его регулировок: Дисс....канд.техн.наук: специальности 05.04.02 - Тепловые двигатели. М., 1985. - 205.

43. Румянцев П.Г., Черняк Б.Я. Расчет неравномерности вращения коленчатого вала двигателя с усетом упругости трансмиссии // Двигателе-строение. - 1986. - № 4 - С. 18-20.

44. Скучик Е. Простые и сложные колебательные системы. М.: Мир, 1971, 557 с.

45. Случайные колебания. Под ред. С.М. Кренделла, Мир, 1967, 356с.

46. Тольский В.Е. Виброакустика автомобиля. -М.: Машиностроение, 1988.- 144 с.

47. Тольский В.Е., Корчемный JI.B., Латышев Г.В., Минкин Л.М. Колебания силового агрегата автомобиля. М.: Машиностроение. 1976. - 266 с.

48. Тольский В.Е., Портнов С.И., Минкин Л.М. Уменьшение вибрации двухцилиндровых автомобильных двигателей при применении уравновешивающего механизма // Двигателестроение, 1984. № 10. С. 39-41.

49. Финогенов К.Г.Средства связи измерительной аппаратуры с ЭВМ: Учеб. пособие. М.: МИФИ, 1987.

50. Хавкин В.И. Различные виды неидентичности последовательных рабочих циклов двигателя внутреннего сгорания и их классификация. Деп. в НИИИНАвтопром № 1513 АП. - Л.: 1987. -21с.

51. Хавкин В.И. Разработка метода автоматизированной оценки технического состояния автомобильного двигателя:

Дисс...канд.техн.наук:специальности: 05.22.10 - эксплуатация автомоб. транспорта, 05.04.02 -тепловые двигатели. -Л., 1986. - 167с.

52. Черняк Б.Я., Волчек И.И. Моделирование влияния нестабильности сгорания на индикаторные показатели и равномерность работы двигателя // В кн.: рабочие процессы автотракторных ДВС. - М., 1981. -

С.107-114.

53. Яблонский В.В. Определение частотных характкеристик и колебательной мощности механических систем // Вибрации в технике: Справочник. Т.5. М.: Машиностроение. 1979. С. 41-82.

54. Angelovski М., Angelovski D. Uticaj nelintamosti gume na vibroizolackju dizel agregata. // Jugosloven. Kongr. Teor. I. Primenjene meh.,Nis, 29 maj -3 jum, 1995.-C. 63-68.

55. Augustynowicz A. "Wskazniki pracy garnikowego silnika samochodo wego w stanach nienstalonych". Zesz. nauk. WSI Opolu. Mech. - 1995, № 51.-p.31-41.

56. Bachvarov St., Poulev St., Kunchev L.. "A teoretical study on vertical vibration of an internal combustion engine". J. Theor. and Appl. Mech. -

1994.-25, № 1-2.-p. 34-39.

57. Fung Rong-Fong, Lin Faa-Jeng, Huang Jeng-Sheng, Wang Yun-Chen. "Applicanion of sliding mode control with low passfilter to the constantly rotation slider-crauk mehanisms". JSME Int. J.C.- 1997. - 40, № 4. p. 717 -722.

58. Li Junbao, Yang Oingfo. "Neiranji gongcheng". Chin. Inter. Comb. Eng.. -

1995.- 16, №3. P. 9- 16.

59. Pan Ching-Hung. "Analysis of the effects of torque, engine geometry, and speed on choosing an engine inertia model to minimize prediction errors". Trans. ASME. J. Dym. Syst., Meas. and contr.. - 1996. - 118, № 1. p. 181184.

60. Sehaberg P.W., Pritde T., Dutkiewic Zr.K. "Effects of rapid pressure rise on engine vibration and noise". SAE Techn. Pap. Ser. - 1990. № 900013. P. 113.

61. Yokomichi Isao, Aisaka Masaharn, Araki Yoshiaki, Inoh Takeshi // Nihon lcikai garrai ronbunshu. c.= Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. - 1996. - 63, № 608.-p. 1074-1080.

62. Wen Reulin, Zhong Dinglin, Yan Jingpin. "Donguan daxue xuebao". J. Southeast Univ. - 1996. - 26, № 6a. - p. 105-110.

63. Xu Zhenzhoug. "Neiranji gongcheng". Chin. Inter. Comb. Eng.. - 1995. -16, №4. P. 63-66.

64. Rades Mirsea. "Diagnosis of an auxiliary diesel engine vibration problem with signature analysis" / Mach. Vibr.. - 1992. -1, № 1. - P.58-63.

65. Otto Norman C., Wakefield Gregory H. "The design of automotive acoustic environments: using subjective methods to improve engine sound quality". /Proc. Fact. Soc. 36-th Annu. Meet., Atlanta, Ga, Oct. 12-16, 1992. Vol 1. -Santa Monica (Calif.), 1992. - P.475-479.

66. Ohta Kazuhide, Fukuzawa Yorihiro, Shimogonchi Miroko. "Prediction of engine noise". Mitsubishi Meavi Ind. Techn. Rev.. - 1994. - 31, №1. -P. 37-44.

АДА-ЭКСПРЕСС

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ФИРМА

ВНЕДРЕНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

г. Москва

ул. Онежская, 23. Тел. [phone]

№ / от У*?А? 1999 г.

ТВ ЕР Ж ДАЮ" апьный директор

Антропов Р.А.

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы

инженера Сафронова Павла Владимировича "Моделирование колебаний двигателя на подвеске на режимах с высокой цикловой нестабильностью".

Разработанный в диссертационной работе Сафронова П.В. метод расчетного моделирования колебаний силового агрегата и созданное для его реализации программное обеспечение использованы в технической документации на проведение доводочных работ по виброизоляции силовых агрегатов устанавливаемых на спортивных автомобилях.

Начальник технического отдела ^Куроптев О.Г.