Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблематики проектирования преобразователей момента инерционных передач трансмиссий колесных машин
1.1. Формирование возмущающего момента в трансмиссии 11
1.2. Теоретические основы моделирования микропрофиля как случайной функции 17
1.3. Методы моделирования и оптимизации конструктивных параметров преобразователей момента 31
1.4. Методы автоматизированного проектирования объектов с дискретными параметрами 40
1.5. Средства графического моделирования редактора КОМПАС- График 44
Выводы 47
Глава 2. Математическое моделирование рабочего процесса преобразователей момента инерционных передач трансмиссий колесных машин
2.1. Моделирование микропрофиля опорного основания 48
2.1.1. Моделирование микропрофиля, заданного дисперсией ординат и аналитическим описанием автокорреляционной функции 48
2.1.2. Моделирование микропрофиля, заданного массивом дискретных наблюдений 57
2.2. Моделирование возмущения в трансмиссии 65
2.3. Разработка и анализ уточненной математической модели пре* образователя момента 69
2.4. Разработка алгоритма расчета совместной характеристики приводного двигателя и инерционной передачи с ПМ
Выводы 79
Глава 3. Структура программного обеспечения 80
3.1. Декомпозиция процесса проектирования преобразователя момента 82
3.2. Применение метода последовательного анализа вариантов при оптимальном проектировании преобразователя момента 83
3.3. Разработка методов и алгоритмов использования редактора КОМПАС-График для решения задач графического моделирования 100
3.4. Структура и взаимосвязь комплекса разработанных программ и базы данных 108
Выводы 114
Глава 4. Результаты анализа проектных вариантов 115
4.1. Сравнительный анализ характеристик преобразователей момента 115
4.2. Разработка технического задания на проектирование 121
4.3. Выбор оптимального проектного решения 123
Выводы 131
7 Основные выводы и результаты работы 132
Библиографический список 134
Приложение 146
- Методы моделирования и оптимизации конструктивных параметров преобразователей момента
- Моделирование микропрофиля, заданного дисперсией ординат и аналитическим описанием автокорреляционной функции
- Применение метода последовательного анализа вариантов при оптимальном проектировании преобразователя момента
- Сравнительный анализ характеристик преобразователей момента
Введение к работе
Тенденции улучшения эксплуатационных свойств вновь проектируемых и модернизируемых машин в современном машиностроении требуют от инженера — конструктора и исследователя — необходимости использовать при разработке новой техники математический аппарат анализа и синтеза и реализовы-вать его с применением средств автоматизированного проектирования и современной вычислительной техники.
Одним из наиболее сложных объектов в автотракторостроении для изучения и проектирования является трансмиссия колесной машины, предназначенная для передачи вращающего момента от приводного двигателя внутреннего сгорания к движителю. Значительная часть современных исследований направлена на использование в конструкции трансмиссий бесступенчатых передач, передаточное отношение в которых автоматически или полуавтоматически изменяется в зависимости от величины сил сопротивления движению.
Из всего многообразия существующих типов механических бесступенчатых передач автоматические нефрикционные, т.е. содержащие дифференциальную инерционно-импульсную передачу с механическим преобразователем момента (ПМ), до настоящего времени наименее изучены. Данное обстоятельство объясняется, в основном, переменностью структуры и нелинейностью связей, что порождает сложность математического описания и исследования динамики. В то же время, инерционные передачи имеют больший, по сравнению с гидродинамическими, кпд, а по своим массогабаритным показателям незначительно превосходят ступенчатые механические и вписываются в монтажное пространство силовых передач большинства современных колесных машин.
В технике используют преобразователи момента на основе замкнутых многозвенников (паралеллограммные, непаралеллограммные, кривошипно-кулисные), планетарных зубчатых механизмов (преобразователи схем Левина, Хоббса, Чалмерса) и другие. Для использования в трансмиссиях колесных машин наибольший интерес представляют планетарные ПМ5 обладающие наи-
большей компактностью и позволяющие реализовать передачу вращающего момента в режиме динамической муфты.
Объектом диссертационного исследования являются преобразователи момента инерционно-импульсных передач трансмиссий колесных машин (далее - преобразователи момента), в основе конструкции которых лежит планетарный зубчатый механизм, в общем случае содержащий четыре звена (коронное колесо, сателлиты, водило и солнечное колесо), одно из которых (сателлит) содержит неуравновешенную массу, являющуюся источником инерционного момента центробежных сил. Каждое из звеньев, кроме сателлита, может быть ведущим или ведомым, что определяется конкретной схемой ПМ.
Предметом диссертационного исследования является математическая модель рабочего процесса преобразователей момента, используемая при их автоматизированном проектировании.
Сложность расчетов конструктивных параметров и характеристик инерционных передач требует поиска средств, значительно сокращающих время проектирования новых конструкций, автоматизирующих расчеты с момента выбора исходных данных до графического моделирования. Современные средства вычислительной техники значительно упрощают и ускоряют процесс проектирования новых конструкций, обеспечивая автоматизированный расчет с использованием математического аппарата анализа и синтеза, автоматизированное формирование графических моделей.
Вместе с тем, использование современных средств вычислительной техники при проектировании позволяет использовать сложный математический аппарат уточненных математических моделей и соответствующие вычислительные алгоритмы, реализация которых в недавнем прошлом была невозможна. К такому математическому аппарату можно отнести спектральную теорию подрессоривания колесных машин, которая определяет механизм учета корреляционных свойств микропрофиля опорного основания при исследовании колебаний подвески и сил сопротивления движению. Несмотря на необходимость автоматизации расчетов при анализе и проектировании инерционных передач, в
7 настоящее время подобные работы проведены лишь на уровне решения отдельных, частных задач.
Таким образом, актуальность диссертационной работы определяется реальными практическими потребностями в разработке и реализации в виде комплекса программ математических моделей и средств автоматизации проектирования ПМ трансмиссий колесных машин.
Целью работы является разработка и алгоритмизация методов математического моделирования рабочего процесса преобразователей момента с учетом эксплуатационных режимов нагружения для реализации в виде комплекса программ автоматизированного проектирования, с целью снижения затрат на создание и модернизацию трансмиссий колесных машин.
Для достижения указанной цели были поставлеїіьт следующие задачи исследования;
провести анализ существующих методов и алгоритмов моделирования рабочего процесса ПМ3 нагрузки в трансмиссиях колесных машин и микропрофиля опорного основания как случайной функции;
разработать методы математического моделирования рабочего процесса ПМ с учетом случайного характера изменения момента, нагружающего трансмиссию колесной машины при движении по различным видам опорного основания с заданными спектрально-корреляционными свойствами;
разработать методы и вычислительные алгоритмы моделирования микропрофиля опорного основания, заданного массивом дискретных наблюдений ординат неровностей или коэффициентами аппроксимации аналитического описания автокорреляционных функций;
разработать и программно реализовать алгоритм проектирования оптимальной конструкции ПМ путем его последовательной декомпозиции на независимые этапы с применением метода последовательного анализа вариантов;
разработать комплекс программных средств автоматизированного рабочего места (АРМ) конструктора, позволяющее автоматизировать процесс проектирования и формирования графических моделей;
- на основе разработанного АРМ провести анализ различных схем ПМ,
Выработать рекомендации по их применению в трансмиссиях колесных машин, спроектировать ПМ трансмиссии перспективного грузового автомобиля.
Методы исследования базируются на применении теории исследования операций, теории случайных функций» теории приближения функций, методов математического моделирования и объектно-ориентированного программирования.
В диссертационной работе получены следующие результаты, отличающиеся научной новизной:
методы математического моделирования рабочего процесса ПМ трансмиссии колесной машины, отличающиеся от известных учетом и моделированием случайного характера микропрофиля опорного основания, заданного либо массивом данных, либо дисперсией и коэффициентами аппроксимации аналитического описания автокорреляционной функции, и как следствие, учетом случайного характера изменения момента сил сопротивления в трансмиссии;
методы моделирования случайной функции ординат неровностей опорного основания методами интегрирования дифференциальных уравнений формирующего фильтра и дискретизации его передаточной функции с помощью билинейного z-преобразования;
алгоритм последовательной декомпозиции процесса проектирования ПМ на независимые этапы и алгоритм поиска оптимальной конструкции ПМ, отличающийся от известных применением метода последовательного анализа вариантов;
специальное программное обеспечение АРМ конструктора ПМ, позволяющее в результате поиска оптимальной конструкции с использованием разработанных математических моделей решать задачи графического моделирования с применением интерфейса IDispatch в чертежно-графическом редакторе КОМПАС-График.
Практическая значимость работы заключается в разработке и внедрении в практику промышленного применения математических моделей, программного
9 обеспечения АРМ для решения задач промышленного проектирования перспективных конструкций трансмиссий и подвесок колесных машин.
Разработанные методы математического моделирования, алгоритмы и программное обеспечение могут быть использованы НИИ и предприятиями автомобильной и авиационной промышленности для моделирования нагрузок в шасси от воздействия неровностей микропрофиля опорного основания.
Теоретические и практические результаты работы применены в отделе САПР ОАО «Липецкий Трактор» для проектирования перспективных конструкций трансмиссий и ходовых систем тракторов и многоцелевых колесных машин, в ОАО «Липецкий опытно-экспериментальный завод «Гидромаш» при проведении опытно-конструкторских работ по созданию ПМ для автомобилей КАМАЗ, в учебном процессе ЛГТУ в рамках дисциплин «Математические модели динамических систем» и «Основы САПР в автотракторостроении», в курсовом и дипломном проектировании.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Первой Международной научно-технической конференции «Бесступенчатые передачи, приводы машин и промысловое оборудование» (г. Калининград, 1997); на первой Международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера» (г. Казань, 1999); на международной научно-практической конференции «Прогресс транспортных средств и систем» (г. Волгоград, 1999); на IV международной научно-технической конференции «Вибрационные машины и технологии» (г, Курск, 1999), Положения диссертации неоднократно докладывались на научных конференциях факультета инженеров транспорта Липецкого государственного технического университета.
По теме диссертации опубликовано 15 работ. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателем предложены: в [6] - размещение механизмов свободного хода внутри реактора ПМ, в [20] - анализ возможностей программного создания графических моделей в чертежно-графическом редакторе КОМПАС-График, в [23] - средства автоматизации расчетов колебаний в под-
10 весках колесных машин, в [28] - последовательность автоматизированного расчета ПМ, в [104] - методы математического моделирования планетарных ПМ.
Диссертационная работа изложена на 145 с, 46 рис, состоит из введения, четырех глав, выводов и приложения. Библиографический список содержит 113 наименований.
В первой главе анализируются работы, посвященные оценке влияния микропрофиля опорного основания на формирование момента сил сопротивления трансмиссии колесной машины, а также теоретические основы моделирования микропрофиля как случайной функции. Рассмотрены методы моделирования и оптимизации конструктивных параметров ПМ. На основании анализа рассмотренных работ сформулированы задачи диссертационного исследования.
Во второй главе проведено математическое моделирование микропрофиля опорного основания и рабочего процесса ПМ. Полученная математическая модель рабочего процесса ПМ учитывает влияние случайного характера микропрофиля опорного основания на колебания ведущего моста и, как следствие, на величину и характер изменения момента сил сопротивления, а также сглаживание шиной неровностей опорного основания,
В третьей главе разработана структура прикладного программного обеспечения на основе последовательной декомпозиции задачи проектирования оптимальной конструкции ПМ и метода последовательного анализа вариантов, разработаны алгоритмы использования КОМПАС-График для решения задач графического моделирования.
В четвертой главе проведен сравнительный анализ характеристик преобразователей момента разных схем- На основе разработанного программного обеспечения спроектирован ПМ динамического автоматического сцепления перспективного грузового автомобиля, проведена оценка влияния учета статистических характеристик опорного основания на динамические качества автомобиля и нагруженность трансмиссии.
Заключение обобщает результаты проведенных исследований и отражает основные результаты работы.
Методы моделирования и оптимизации конструктивных параметров преобразователей момента
Анализ рассмотренных способов синтеза формирующего фильтра показывает, что наиболее трудной вычислительной задачей является синтез фильтра без методической погрешности по АКФ по формулам (1.26)„,(L27), При этом возникает методическая погрешность по спектральной плотности [11] Выражения табл. і J2 позволяют получить уравнения нерекурсивного фильтра, имеющего методическую погрешность как по АКФ, так и по спектральной плотности. При этом необходимо решать задачу численного интегрирования системы дифференциальных уравнений. Рациональным является использование рекурсивного фильтра, получаемого из нерекурсивного билинейным z-преобразованием (1.24) по следующим причинам; - в дальнейших расчетах при определении момента сил сопротивления используется выражение именно спектральной плотности, а не АКФ, поэтому отсутствие такой методической погрешности приведет к большей точности вычислений; - формула (1.24) рекурсивного фильтра проще выражений табл. 1.2 и формул (1,26)...(1.27), т.е. реализующих другие рассмотренные фильтры, и ее использование позволит более экономно расходовать машинные ресурсы. Недостатком данного метода является значительная подготовительная работа по отысканию коэффициентов а и b выражения (1-24). При моделировании нормального случайного процесса необходимо использовать датчик случайных величин, в котором генерируемые числа распределены также по нормальному закону с нулевым математическим ожиданием и единичной дисперсией [101]. При выборе метода формирования случайных чисел необходимо обратить особое внимание на качество используемого датчика. Существуют следующие методы формирования случайных чисел на ЭВМ [49], [110]: - использование встроенного датчика нормальных случайных чисел применяемой среды программирования; - стандартный метод; - точный обратный метод Бокса-Мюллера и его различные модификации; - метод Фон Неймана. Все эти методы используют преобразование равномерно распределенных величин в нормально распределенные. Встроенный датчик случайных чисел языка Паскаль среды программирования Borland Delphi генерирует с помощью команды random псевдослучайное число на отрезке ]0Д[- Последовательность псевдослучайных чисел распределена по равномерному закону. Такой датчик применяют в качестве задающего при формировании последовательности чисел с нормальным законом распределения. Кроме того, используют другие методы получения равномерно распределенных случайных величин: конгруэнтные (линейный, квадратичный и инверсивный)» Вичмана-Хилла, который также можно отнести к конгруэнтным, алгоритм Фиббоначи и др.
В Borland Delphi используется модуль math.pas, содержащий функцию RangG(Mean,STDev) для получения случайных величин с нормальным законом распределения методом Марсальи-Брея с математическим ожиданием Mean и среднеквадратичным отклонением STDev Стандартный метод преобразования ряда равномерно распределенных величин в нормально распределенные основан на центральной предельной теореме. Более точной его модификацией является метод Тичроу, Недостатком этих методов является более сложный алгоритм по сравнению с остальными, что требует большего времени счета, и низкая точность для величин с малым математическим ожиданием Чаще всего при моделировании случайных процессов используется метод Бокса-Мюллера и его модификации, исключающие тригонометрические выражения для ускорения счета.
Для проверки статистических характеристик датчиков случайных величин используют спектральный тест [112]. Исследователями Martin Potuznik и Peter Hinow в [110] изучены статистические характеристики различных комбинаций генераторов равномерно и нормально распределенных величин с визуальным представлением распределения на плоскости. При этом значение уделялось также числу наблюдений. Получены практические результаты, показывающие преимущество перед остальными генераторами с равномерным распределением алгоритма Уичманна и Хилла [113], а также встроенного генератора случайных чисел языка Pascal. В качестве трансформирующего наилучшие результаты показал точный обратный метод Бокса-Мюллера, что определило его использование в дальнейших расчетах,
Преобразователи момента, в основе конструкции которых лежит планетарная зубчатая передача, т.е. передача, содержащая хотя бы одну перемещающуюся в пространстве ось зубчатого колеса [51], будем далее называть планетарными преобразователями момента.
Обобщенная схема планетарного преобразователя момента, приведена на рис, 1.5. Звено 1 является ведущим маховиком, звено 2 - выходное, звено 3 -неуравновешенное, называемое грузовым. Как правило, для снижения динамической нагруженности передачи применяют максимально возможное по конструктивным соображениям количество грузовых звеньев, В точке S расположен центр тяжести грузового звена. При вращении ведущего звена 1 грузовые звенья 3 создают на выходном звене 2, называемом реактором, знакопеременный момент. Углы а, р, (р обозначают углы поворота ведущего звена, реактора, грузового звена соответственно. При повороте ведущего маховика из положения А в положение А на угол а центр масс S грузового звена займет положение S , а радиус ОВ - положение ОВ\
Моделирование микропрофиля, заданного дисперсией ординат и аналитическим описанием автокорреляционной функции
Таким образом, контроль погрешности вычислений производился лишь в одной работе [66]. Его отсутствие приводит к систематическому накоплению ошибки- При большом временном интервале, что имеет место при моделировании рабочего процесса ПМ, такая ошибка может существенно исказить результат машинного эксперимента в целом. Разработаны методы, позволяющие получать апостериорные оценки погрешности в процессе вычислений и поддерживать точность вычисления решения изменением шага интегрирования [1], [2]. Наиболее распространенным является использование правила Рунге, состоящее в том, что решение в одной точке вычисляется дважды с разными малыми шагами (обычно h и h/2), а полученные значения используются для оценки погрешности. Более эффективные методы Мерсона, Инглэнда, Фельберга позволяют производить оценку погрешности с помощью специально рассчитываемого контрольного члена за меньшее количество вычислительных операций [2]. Изменение шага интегрирования в процессе вычисления возможно двумя путями: - шаг интегрирования удваивается, если оценка погрешности меньше заданной величины и делится пополам, если оценка погрешности больше заданной величины; при количестве делений шага более 20 на одну точку метод Рун-ге-Кутга признается несостоятельным для решения; - шаг интегрирования выбирается максимальным на каждом шаге из условия соблюдения заданной точности. Во втором случае сокращается общее количество шагов и снижаются вычислительные затраты. Анализ литературных источников показал, что расчеты конструктивных параметров планетарных ПМ и инерционно-импульсных передач в целом большинством авторов сводились: - к совершенствованию математических моделей с целью точного учета упругих характеристик звеньев [43], [93], [94] и влияния учета потенциальной энергии на решение уравнений (1.39)—(1.42); - к совершенствованию математических моделей с целью точного учета потерь на трение, демпфирование и др, [4], [43], [72] и влияния учета диссипа-тивной функции рассеивания на решение уравнений (1.39)..,(1.42); - к исследованиям отдельных режимов работы ГЕМ: в [12] - режима динамической муфты; - к исследованию совместной работы приводного двигателя и ПМ [87], Основными результатами проведенных исследований являлись алгебраические решения прямой задачи анализа различных математических моделей рабочего процесса ПМ. Отдельными исследователями для решения узких задач отыскания конструктивных параметров звеньев ПМ использовались оптимизационные расчеты: - С. П- Баженовым в [10] разработана методика оптимизации параметров трансмиссии с ПМ по критерию минимума упругих моментов в валопроводах; - В. И. Пожбелко в [72], [73], [74] предложены методы синтеза ПМ с заданными динамическими свойствами с использованием графоаналитических методов, одновременно показано, что в рамках одной схемы ПМ невозможен его синтез без перебора вариантов; - В. Н. Филимоновым в [95] разработан алгоритм оптимизации конструктивных параметров реактора и грузовых звеньев из условия минимизации напряжений в пластинах МСХ методом штрафных функций.
Рассмотренные работы лишь частично затрагивают проблему автоматизации расчетов при проектировании ПМ, решая узконаправленные задачи оптимального функционирования отдельных звеньев либо ПМ, либо МСХ. Нерешенной остается задача выбора из множества различных типов ПМ конструкции с параметрами, оптимальными для конкретных условий наїружения.
Современное автоматизированное проектирование достигло наибольших успехов в задачах оформления чертежно-консгтрукторской документации и в инженерных расчетах, требующих высокой производительности стандартных вычислений. Вместе с тем гораздо более сложные задачи компьютерного моделирования сложных объектов, составляющие наибольшую часть материальных затрат на проектирование, слабо автоматизированы [5] Для автоматизации проектирования ПМ с целью получения оптимальных конструктивных параметров необходимо решить достаточно сложную обрат ную задачу: по требуемым характеристикам проектируемого автомобиля получить решение Х = {a3b,e,n,h,m,q}T представляющее множество конструктивных параметров уравнений (1.39) ... (1.42).
Все звенья ПМ, кроме водила, представляют собой зубчатые колеса, характеризующиеся модулем зацепления mw и количеством зубьев Zi, однозначно определяющих диаметр. Для каждого планетарного ряда, являющегося конструктивной базой ПМ, числа зубьев и диаметры связаны условиями (1-36) ... (1.38). В существующих силовых передачах транспортных маишн модуль зацепления составляет 3.,,6 мм. Радиальные габариты ПМ определяются границами монтажного пространства сцепления. Следовательно, множество всех возможных комбинаций параметров зубчатых колес в заданном диапазоне радиальных габаритов коронного колеса является конечной величиной.
Таким образом, задача поиска оптимальной конструкции ПМ является об ратной задачей дискретного программирования. Класс таких задач достаточно широк, но для их решения можно выделить некоторые основные методы. Задача целочисленного программирования сводится в общем случае к определению экстремального значения целевой функции [50]: Метод отсекающих плоскостей, или метод Гомори, состоит в добавлении на каждой итерации линейного ограничения, удовлетворяющего целочисленному решению исходной задачи, но исключающего текущее нецелочисленное решение. В конечном итоге вводится такое число дополнительных ограничений, что экстремальная точка усеченной области является целочисленным решением исходной задачи. Более часто используется метод ветвей и границ, основанный на решении множества задач линейного программирования. На каждой итерации п имеется нижняя оценка функции Fn(X) и список задач линейного программирования, подлежащих решению. Процедура решения состоит в последовательном улучшении оценки Fn(X) и приближении ее к оптимальному значению (1.44). Использование методов математического программирования для решения задач оптимизации сложных технических объектов требует значительной подготовки для исследования пространства решений и требует учета факторов, влияющих на корректность постановки задачи оптимального проектирования, так как она сопряжена с большой размерностью пространства конструктивных переменных [50],
В случаях проектирования сложных технических объектов эффективными оказываются методы последовательного анализа вариантов. Значительный интерес при решении обратных задач на пространстве с конечным числом целочисленных значений переменных представляют работы [45], [63], [65] и др. акад. B.C. Михалевича и его учеников, посвященные методам и алгоритмам последовательного анализа вариантов, развиваемые в [5], [37], [52], [53] в математическую теорию последовательного проектирования.
Суть метода заключается в последовательном отборе из всего множества решений, удовлетворяющих определенным условиям, сложность которых с каждым шагом возрастает. В конце процедуры проектирования остается один или несколько вариантов, удовлетворяющих всем поставленным условиям. Алгоритм метода базируется на принципе оптимальности динамического программирования для решения многошаговых задач оптимизации [5].
Применение метода последовательного анализа вариантов при оптимальном проектировании преобразователя момента
Разработанное проіраммное обеспечение АРМ состоит из трех программ и двух баз данных: - программы MicroProf, позволяющей рассчитывать и строить автокорре ляционные функции, спектральные плотности дисперсий микропрофиля раз личных типов опорного основания и возмущения в трансмиссии, определять время корреляции, верхнюю граничную частоту спектра с заданной точностью; - программу MicroStat, позволяющую вычислять статистические характе ристики массивов дискретных наблюдений ординат микропрофиля опорного основания и строить их графики, а также моделировать методами формирую щего фильтра и процессом авторегрессии-скользящего среднего реализации случайной функции ординат микропрофиля; осуществлять ввод и сохранение _ массивов дискретных наблюдений ординат микропрофиля для различных типов опорного основания; - программу PM_Optim? позволяющую с помощью параметрического син теза формировать выборочное пространство кинематических параметров ПМ, производить поэтапный поиск оптимальной конструкции ПМ методом после довательного анализа вариантов, моделировать рабочий процесс ПМ с исполь зованием разработанных математических моделей, КОМПАС-График для объ емного графического моделирования грузовых звеньев ПМ, автоматического построения плоских графических моделей зубчатых колес, формировать результаты расчетов в виде файлов и на бумажных носителях. - базы данных auto и profil в формате Paradox 7, хранящие информацию о конструктивных параметрах автомобилей и коэффициентах аппроксимации автокорреляционной функции микропрофилей различных опорных оснований. Аппаратная часть АРМ представлена графическим дисплеем, системным блоком, клавиатурой, манипулятором «мышь» и графопостроителем HP DesignJet 430D, Разработанное программное обеспечение тестировалось на персональиых IBM-совместимых компьютерах с частотой процессора от 333 MHz (Pentium II) до 3 GHz (Celeron D) и с операционными системами Windows 98SE, Windows 2000 + SP4, Windows ХР + SP1. При обработке массивов ординат микропрофиля размерностей более 10000 время статистической обработки на компьютерах с процессорами Pentium 2 составляло до 40 минут и более. Тем не менее, разработанное обеспечение демонстрировало совместимость со всеми указанными операционными системами и высокую скорость обработки информации на современных компьютерах,
Взаимосвязь разработанного комплекса программ представлена на рис, ЗЛЬ Последовательность проектирования оптимальной конструкции ПМ представлена на рис, 3.12. База данных в разработанном комплексе программ управляется стандартным средством Borland Delphi — Borland Database Engine (BDE), Таким образом, работа проектировщика ПМ строится следующим образом: К Моделирование микропрофиля опорного основания в программе Micro-Stat в зависимости от способа его описания - интерполяцией кубическими сплайнами при описании микропрофиля массивом его наблюдений и интегрированием формирующего фильтра либо реккуревтным уравнением авторегрессии — скользящего среднего при описании микропрофиля аналитическим выражением автокорреляционной функции и дисперсией и сохранение результата в файл. 2, В последнем случае производится расчет автокорреляционной функции и функции спектральной плотности с заданной точностью в программе Micro-Prof и определение времени корреляции и верхней граничной частоты пропускания фильтра. 2. Поэтапный расчет ПМ в программе PM_Optim; моделирование на 5 этапе проектирования реальных условий нагружения инерционной передачи при движении по разным видам опорного основания.
Сравнительный анализ характеристик преобразователей момента
Для оценки влияния статистических характеристик опорного основания на динамические качества машины был проведен машинный эксперимент, моделирующий движение автомобиля с инерционной передачей и спроектированным ПМ по некоторым характерным опорным основаниям: асфальт, изношенный асфальт, булыжник (щебеночная дорога)» изношенный булыжник» грунтовая дорога, В результате эксперимента выявлено: непосредственно на среднюю за длительный период наблюдения величину момента сил сопротивления неровности дорожной поверхности оказьгаают слабое влияние: рост момента сил сопротивления составляет до 1-4% при высоких скоростях движения. Однако амплитуда момента сил сопротивления достигала 3,15 среднего значения. Отрыв колеса от опорного основания начинался со скорости движения 13,4 — 16,7 м/с в зависимости от вида опорного основания.
В результате анализа характеристик ПМ в диапазоне значений диаметра коронного колеса от 320 до 460 мм, в диапазоне модулей зубчатых колес от 3 до 6 мм было установлено, что механизм схемы Левина позволяет при прочих равных условиях трансформировать наибольший момент. ПМ схемы Чалмерса непригоден для использования в инерционных передачах колесных машин, так как не трансформирует момент в требуемом диапазоне частот вращения. По сравнению с механизмом схемы Хоббса, механизм Левина трансформирует вращающий момент в большем диапазоне частот вращения ведущего звена. 2. В результате проектирования с помощью разработанного комплекса программ создана конструкция ПМ схемы Левина и изготовлено четыре опытных образца. Инерционная передача с разработанным ПМ в машинном эксперименте показывает преимущество динамических качеств по сравнению с прототипом - ступенчатой коробкой передач, 3. При моделировании движения перспективного грузового автомобиля с ПМ в силовой передаче в результате машинного эксперимента выявлено: учет статистических характеристик опорного основания не оказывает существенного влияния ни на величину времени разгона, ни на средний момент сил сопротивления, который может как незначительно уменьшаться, так и увеличиваться на 2-4% по отношению к моменту сил сопротивления, найденному без учета колебаний подвески. Однако амплитуда колебаний момента сил сопротивления может более, чем в три раза превышать среднюю величину, что необходимо учитывать при прочностных расчетах. 1. В работе решена важная научно-практическая задача: разработаны теоретические и методические положения для создания оптимальной конструкции Преобразователя момента инерционных передач трансмиссий колесных машин на основе предложенных математических моделей, методов расчета и разработанных программных средств автоматизированного проектирования, 2. Разработана математическая модель преобразователя момента с учетом случайного характера изменения момента, нагружающего трансмиссию, представляющая собой систему из шести нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка с переменными коэффициентами, отличительной особенностью которой является учет случайного характера высоты неровностей микропрофиля опорного основания, и как следствие, случайного характера момента, нагружающего трансмиссию. 3- Разработаны математические модели микропрофиля опорного основания с различным аналитическим описанием автокорреляционной функции, Представляющие собой систему дифференциальных уравнений и реккурентный алгоритм авторегрессии — скользящего среднего. 4. Разработано математическое обеспечение, реализованное в виде прикладной программы MicroStat, позволяющее моделировать микропрофиль опорного основания по его автокорреляционной функции и по массиву ординат его наблюдений, рассчитывать и графически представлять статистические характеристики микропрофиля. 5. Разработан алгоритм последовательной декомпозиции процесса проектирования конструкции ПМ на независимые этапы и получения оптимального проектного решения конструкции ПМ методом последовательного анализа вариантов, реализованные в виде прикладной программы PM-Optim, позволившей существенно сократить затраты ресурсов на проектирование конструкции ПМ. 6- Разработаны алгоритмы построения плоских и объемных графических моделей звеньев ПМ в графическом редакторе КОМПАС-График, реализованный с применением интерфейса iDispatch в разработанной программе РМ Optim 7. Используя разработанное программное обеспечение, на основании ма шинного эксперимента проведен сравнительный анализ 1692 конструктивных вариантов ПМ разных схем, который показал следующее: - ПМ схемы Чалмерса трансформирует вращающий момент в диапазоне номинальных частот вращения приводного двигателя от 500 до 1200 об/мин, При этом его цикличность меняется от 2,2 до 4,5, выходит в режим динамической муфты в области параметров реактора, которые технически реализовать невозможно; - ПМ схемы Хоббса трансформирует вращающий момент в диапазоне номинальных частот вращения приводного двигателя от 3400 до 5000 об/мин, при этом его цикличность меняется от 0,38 до 2,5, выходит на режим динамической муфты при внутреннем передаточном отношении ПМ 0,65-0,74 в области параметров, реализуемых конструктивно; - ПМ схемы Левина трансформирует вращающий момент в диапазоне номинальных частот вращения приводного двигателя от 1600 до 8000 об/мин, при этом его цикличность меняется от 0,30 до 1,6 при внутреннем передаточном отношении ПМ 0,62-0,77 в области параметров, реализуемых конструктивно; по сравнению с ПМ схемы Хоббса имеет меньшие нагрузки в зубчатых зацеплениях и меньшую массу грузовых звеньев при прочих равных условиях.
