Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka 2. kolokvium Josefa Božka, Praha

Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka 2. kolokvium Josefa Božka, Praha 31. 1. – 1. 2. 2007

3. Mechanická převodná ústrojí

Obecné cíle Zlepšení parametrů: Mechanická převodná ústrojí: Výzkum vlastností čelních ozubených kol automobilových převodů. Vývoj metodiky predikce pittingu na čelním ozubení automobilových převodovek. Životnostní zkoušky, metodiky rozboru poškození a vývoj nových metodik pro popis pittingu simulací růstu trhliny metodou konečných prvků. Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů. Výzkum metod posuzování deformací části automobilových převodů.

Řešené dílčí etapy 3.1 Výzkum vlastností čelních ozubených kol automobilových převodů 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 3.4 Výzkum metod posuzování deformací části automobilových převodů

1M6840770002

Str. 1

Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava


3. Mechanická převodná ústrojí 3.1 Výzkum vlastností čelních ozubených kol automobilových převodů 3.1.1 Optimalizace geometrických parametrů ozubení s prodlouženým trváním záběru (HCR) a s modifikacemi při použití v automobilních převodovkách z hlediska únosnosti a hluku

Postupný vývoj a úpravy programů pro geometrický a pevnostní výpočet soukolí HCR (GEOMETRIE, PROFIL, PROFILDATA) GEOMETRIE PROFIL

Přepracovány výpočetní programy (prac. verze), nyní možnost zadávání vůlí třemi způsoby (zeslabením zubů, odsunutím kol, přídavnými korekcemi);

Vypracována příručka pro upravené programy (GEOMETRIE, PROFIL, PROFILDATA)

PŘÍRUČKA 1M6840770002

Str. 2




Výpočet součinitele koncentrace napětí Ysa pro ozubení HCR zařazen do programu, probíhají kontrolní výpočty a úpravy porovnání ČSN, DIN, ISO

Definitivně dokončen překlad a úpravy normy DIN pro automobilové převody a příprava pro aplikaci ve výpočtových programech. VCJB

Výpočet únosnosti čelních ozubených kol Uživatelská norma pro navrhování automobilních převodů

1M6840770002

Str. 3

DIN 3990 Část 41




Dosažené výsledky a výstupy nabízené pro praxi Upravené programy pro geometrický výpočet soukolí HCR (GEOMETRIE, PROFIL, PROFILDATA) Vypracována příručka (manuál) pro upravené programy Výpočet součinitele koncentrace napětí Ysa pro ozubení HCR zařazen do programu Překlad a úprava normy DIN 3990 – díl 41 pro automobilové převody v souladu s českými standardy Publikován článek v časopise Mecca a článek ve Sborníku vědeckých prací VŠB-TU Ostrava, řada strojní

Další postup řešení v roce 2007 Příprava aplikací DIN 3990 - díl 41 pro výpočtové programy Výzkum vlastností vnitřního ozubení, diagramy mezních korekcí pro extrémní počty zubů Doplnění programu GEOMETRIE o modul „ Měření “ a možnost variabilního zadávání profilu při znalosti tvaru nástroje

Konec etapy v roce 2009 1M6840770002

Str. 4



3. Mechanická převodná ústrojí 3.1 Výzkum vlastností čelních ozubených kol automobilových převodů 3.1.2 Rešerže a analýza provedení mechanických převodů předních evropských výrobců z hlediska geometrie, modifikací, přesností a deklarovaných dimenzí Provedeny úpravy metodiky hodnocení převodovek na základě podnětů a podkladů z r. 2005

Postupné ukládání vypočtených a změřených údajů převodovek Škoda, Renault, Peugeot do databáze, porovnávání údajů Zpracování dílčího rozboru převodovky Peugeot také v rámci DP (Ing. Vajďák) 1M6840770002

Str. 5



3. Mechanická převodná ústrojí 3.1 Výzkum vlastností čelních ozubených kol automobilových převodů 3.1.2 Rešerže a analýza provedení mechanických převodů předních evropských výrobců z hlediska geometrie, modifikací, přesností a deklarovaných dimenzí

Dosažené výsledky a výstupy nabízené pro praxi Analýza geometrických, záběrových a pevnostních vlastností ozubení všech převodů převodovky PEUGEOT Naměřené a vypočtené údaje zařazeny do databáze převodovek Výsledky z převodovky PEUGEOT zpracovány ve zprávě č. D13-VCJB 3.1.2 / 2006, VŠB-TU Ostrava

Další postup řešení v roce 2007 Bude provedena odpovídající analýza vlastností zakoupené převodovky FORD


Str. 6



3. Mechanická převodná ústrojí 3.1 Výzkum vlastností čelních ozubených kol automobilových převodů 3.1.3 Vývoj metody posuzování únosnosti ozubených kol automobilních převodů úpravou dosud užívaných standardů a s využitím metody konečných prvků (nově zahájený úkol)

Zrealizovány úpravy programu pro pevnostní kontrolu ozubení dle ČSN 01 4686 tak, aby bylo možno v jeho rámci provádět kontrolu HCR ozubení.

Pevnostní přepočet převodovky Peugeot (DP Ing. Vajďák, viz bod 3.1.2).

1M6840770002

Str. 7




Návrh zkušebního stavu (doktorand Ing. T. Vágner) Levá větev okruhu Spoj. hřídel levé větve okruhu (Snímač krout. momentu)

Pravá větev okruhu Spojovací hřídel pravé větve okruhu Technologická skříň

Mechanismus pro vyvození předpětí Zkušební skříň Spodní spojovací hřídel zk. okruhu Snímače úhlové rychlosti Poháněcí elektromotor Rám zkušebního okruhu Uspořádání zkušebního okruhu

1M6840770002

Str. 8




Návrh zkušebního stavu

Mechanismus pro vyvození předpětí

Odvzdušňovací zátka Válečkové ložisko

Zkušební soukolí

Aretační hřídel

Snímače úhlové rychlosti

Párované kuželíkové ložisko

Torzní hřídel

Těsnění Distanční kroužky

Svařovaná skříň

Svěrný kroužek MAV 1004

Aretace

Vodící ložiska

Víka skříně

Řez zkušební převodovkou 1M6840770002

Str. 9




Tok výkonu

1. 2. 3. 4.

1M6840770002

Str. 10

Byla nakreslena sestava „Zkušebního zařízení ozubených kol automobilových převodovek“ Specifikovány kupované díly Provedena pevnostní kontrola rozhodujících část zkušebního okruhu Dle toku výkonů byl navržen elektromotor




Dosažené výsledky a výstupy nabízené pro praxi Zpracování programu pro výpočet únosnosti soukolí HCR na bázi původního programu ČSN 014686 (varianta podle DIN 3990, díl 41 a Linkeho)

Publikován článek na mezinárodní konferenci „Strojné inženierstvo 2006“ (STU Bratislava) o metodice výpočtu součinitele podílu zatížení jednotlivých párů zubů v průběhu záběru

Pro realizaci zkoušek ozubených soukolí automobilních převodovek zpracován návrh zkušebního stavu s osovou vzdáleností 65 mm, která odpovídá převodovkám vyráběným v ČR

Návrh zkušebního stavu popsán ve zprávě č. D9 – VCJB 3.1.3/2006, VŠB-TU Ostrava Publikován článek v časopise Mecca

Další postup řešení v roce 2007 Další vývoj software pro pevnostní výpočet ozubení automobilových převodů Zpracována výrobní dokumentace zkušebního stavu Výroba zkušebního stavu Konec etapy v roce 2009 1M6840770002

Str. 11



3. Mechanická převodná ústrojí 3.1 Výzkum vlastností čelních ozubených kol automobilových převodů 3.1.4 Studie opravy a úpravy stávajícího (t.č. nefunkčního) otevřeného stavu pro zkoušení malých automobilových převodovek pro příčnou zástavbu. Studie možnosti využití stavu pro zkoušky řazení

Studie úpravy stávajícího otevřeného stavu pro zkoušky převodovek – úprava není reálná

Zkoušky řazení automobilových převodovek pro příčnou zástavbu

EM DB

Původní setrvačníkový stav pro zkoušky kotoučových brzd v laboratořích Ústavu vozidel ČVUT v Praze

Belt

G Inertia

Drive shaft

Současný setrvačníkový stav prodloužený o možnost zkoušek vnitřního mechanismu řazení

1M6840770002

Str. 12




Zkoušky řazení automobilových převodovek pro příčnou zástavbu Zařízení pro přenos tenzometrického měření točivého momentu výstupního hřídele převodovky do A/D karty

Návrh robota řazení 1M6840770002

Str. 13




Algoritmy řazení převodovek, měření spekter zatížení a četnosti řazení

Časové využití převodových stupňů

Simulační model pro porovnání různých strategií řazení 1M6840770002

Str. 14

Dráhové využití převodových stupňů




Dosažené výsledky a výstupy nabízené pro praxi Studie možnosti využití stavu pro zkoušky řazení ukázala, že je toto využití reálné Byl zpracován návrh pro využití tohoto stavu pro zkoušky řazení u převodovky MQ 200, který obsahuje: - konstrukční návrh řešící prodloužení stavu, uchycení převodovky a její pohon - konstrukční návrh rámu automatizovaného řadicího zařízení - konstrukční návrh pohonů automatizovaného řadicího zařízení - návrh měřených dat a specifikaci odpovídajících snímačů

Předpokládá se výroba tohoto zařízení v roce 2007 návrh na využití stavu a realizace jeho úprav je součástí habilitační práce paní Dr. Ing. Gabriely Achtenové s názvem „Automated gearbox“

Dílčí etapa skončila v roce 2006 1M6840770002

Str. 15



3. Mechanická převodná ústrojí 3.1 Výzkum vlastností čelních ozubených kol automobilových převodů 3.1.5 Vývoj metodik měření spekter zatížení převodovek při provozu vozidla, vývoj doplňujících snímačů a metodik pro využití naměřených hodnot jako trénovací množiny neurální sítě

Pro měření spekter zatížení převodovky byl na základě studie z r. 2005 vybrán systém snímání krouticího momentu a otáček z předních poloos vozidla aplikovaný na vozidlo Škoda Fabia 1,4 HDi

Byl realizován měřicí řetězec založený na dvoukanálovém telemetrickém bezkontaktním systému ESA München a měřicí aparatuře YOKOGAWA

Měřicí systém byl ověřen v laboratorních podmínkách na zkušebním stavu pro deformační testy převodovek včetně metodiky zpracování naměřených dat do zátěžného spektra 1M6840770002

Str. 16




Byl vyvinut a realizován systém měření reakcí v uložení pohonného agregátu sestávající: - z měřicího lůžka motoru - z měřicího lůžka převodovky - z měřicí momentové vzpěry

Systém byl vyzkoušen při jízdních testech vozu Škoda Roomster Byl realizován systém cejchování všech tří měřicích prvků

1M6840770002

Str. 17




Dosažené výsledky a výstupy nabízené pro praxi Návrh a realizace metodiky měření spektra zatížení automobilové převodovky na základě měření krouticího momentu a otáček obou hnacích poloos

Návrh a realizace měřicího lůžka motoru, měřicího lůžka převodovky a měřicí momentové vzpěry Návrh a realizace tří měřicích ramen motoru se snímáním tří sil a klopného momentu pro tři různé motorizace vozu Škoda Fabia

Jsou k dispozici dvě samostatné zprávy: - č. D10 – VCJB 3.1.5/2005, VŠB-TU Ostrava (měření reakcí v uložení pohonného agregátu) - č. D11 – VCJB 3.1.5/2006, VŠB-TU Ostrava (měření zátěžných spekter převodovky)

Dílčí etapa skončila v roce 2006 1M6840770002

Str. 18



3. Mechanická převodná ústrojí 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 3.3.2 Verifikace počítačových modelů jízdních testů na definovaných tratích

Model „JÍZDA“ byl nejprve převzat katedrou ČaMS VŠB-TU Ostrava a částečně zde osvojen, po dohodě s autorem

modelu probíhají nyní na Ústavu vozidel a letadlové techniky FS ČVUT v Praze úpravy a doladění

Pro realizaci jízdních testů bylo zakoupeno zkušební vozidlo Škoda Fabia 1,4 HDi, 55 kW, od a.s. ŠkodaAuto Mladá

Boleslav včetně navigačního přístroje GARMIN GPS 60CS

Byla uzavřena předběžná dohoda s a.s. TATRA Kopřivnice o realizaci našich jízdních testů na zkušebním polygonu

a.s. TATRA Kopřivnice

Jsou připraveny čtyři tratě (A-okruh svahů, B-zatáčkový okruh ve svahu, C-obvodový okruh, D-rovný úsek) včetně

přípravy jejich dat

1M6840770002

Str. 19



3. Mechanická převodná ústrojí 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 3.3.2 Verifikace počítačových modelů jízdních testů na definovaných tratích

Dosažené výsledky a výstupy nabízené pro praxi Je připraveno měřicí vozidlo a kompletní ověřený měřicí řetězec pro měření zátěžných spekter převodovky z výstupních poloos

Jsou připraveny čtyři tratě pro jízdní testy na zkušebním polygonu a.s. TATRA Kopřivnice

Další postup řešení v roce 2007 Instalace měřicího systému pro měření zátěžných spekter převodovky na zkušební vozidlo, doplnění o snímání zařazeného rychlostního stupně, spotřeby paliva v případně polohy volantu, ověření měřicího systému

Jízdní testy na vybraných úsecích polygonu Zpracování naměřených dat pro účely verifikace modelu „JÍZDA“


Str. 20



3. Mechanická převodná ústrojí 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 3.3.3 Metody vyhodnocování provozních spekter zatížení pohonu automobilů a jejich využití pro predikaci životnosti vybraných dílů Byl navrhnut nový program „ŽIVOT“ pro výpočet životnosti ozubených kol, hřídelů a ložisek. Umožňuje přímé zadání spektra zatížení (až 20 hladin zatížení) a rovněž umí provést analytický výpočet spektra podle způsobu zatěžování

1M6840770002

Str. 21



3. Mechanická převodná ústrojí 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 3.3.3 Metody vyhodnocování provozních spekter zatížení pohonu automobilů a jejich využití pro predikaci životnosti vybraných dílů

Dosažené výsledky a výstupy nabízené pro praxi Program „ŽIVOT“ pro výpočet životnosti ozubených kol, hřídelů a ložisek v převodových skříňích automobilů Zpráva č. D2 – VCJB 3.3.3/2006, VŠB-TU Ostrava zabývající se analytickým vyjádřením tvaru zátěžných spekter součástí pohonů automobilů

Další postup řešení v roce 2007 Doplnění programu „ŽIVOT“ o zcela nové prvky Přehled metod vyhodnocování zátěžných spekter pro vybrané díly pohonu automobilu


Str. 22



3. Mechanická převodná ústrojí 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 3.3.4 Realizace spekter zatížení na zkušební stanici, verifikace výpočtových metod Zpracován obecný návrh spekter zatížení podle normy DIN 3990, díl 41 v souladu s parametry spekter podle zprávy D2 – VCJB 3.3.3/2006 Realizace spekter zatížení na zkušebním stavu ČVUT zatím neprovedena s ohledem na to, že zkušební vozidlo pro měření spekter bude připraveno v únoru 2007 Bylo provedeno měření axiálních posuvů předlohového a výstupního hřídele převodovky pro vícestupňové spektrum zatížení s cílem stanovit vliv velikosti otáček na měřený údaj

1M6840770002

Str. 23



3. Mechanická převodná ústrojí 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 3.3.4 Realizace spekter zatížení na zkušební stanici, verifikace výpočtových metod Byla provedena verifikace metod výpočtu životnosti šroubu lůžka motoru na základě naměřených spekter zatížení

1M6840770002

Str. 24



3. Mechanická převodná ústrojí 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 3.3.4 Realizace spekter zatížení na zkušební stanici, verifikace výpočtových metod Výpočtový list Vstupní parametry pro výpočet Mez únavy Limitní počet cyklů Exponent wöhlerovy křivky Exponent wöhlerovy křivky pro Haibacha

SIGMA c 75.7 Nlim 5 000 000 q 30 q' 59

Výsledná intenzita poškození

2.435

Výsledná životnost, km

41 070

Režim jízdy motoru 1,9 l - EWP SB řazení SB brzda Záznam 003 004 Maximální amplituda [MPa] 41.59 36.88 Intenzita poškození z jednotlivých úseků 5.8 E-23 3.8 E-26 Počet opakování úseku 510 1020 Intenzita poškození z opakovaných úseků 3.0 E-20 3.9 E-23 Intenzita poškození z jízd 003-069

K0-K1 005 49.75 1.8 E-18 510 9.0 E-16

K1-K6 061 53.83 5.6 E-16 1020 5.7 E-13

K13 062 44.09 1.5 E-21 1020 1.5 E-18

Režim jízdy motoru 1,9 l - EWP K1-K6 Záznam 081 Maximální amplituda [MPa] 78.48 Intenzita poškození z jednotlivých úseků 3.0 E-07 Počet opakování úseku 510 Intenzita poškození z opakovaných úseků 1.5 E-04 Intenzita poškození z jízd 081-089

K11 083 74.48 3.8 E-08 510 2.0 E-05

K13 084 64.40 7.2 E-12 510 3.7 E-09

K11 K10 085 086 108.35 82.30 4.7 E-03 1.2 E-06 510 510 2.4 E+00 6.3 E-04 2.4 E+00

K13 082 86.96 6.4 E-06 510 3.3 E-03

K11 K13 063 064 46.00 54.69 1.7 E-20 4.7 E-16 1020 1020 1.8 E-17 4.8 E-13 1.2 E-03

K10 066 69.28 7.2 E-10 1020 7.4 E-07

K7 067 75.30 1.5 E-07 1020 1.5 E-04

K9 088 40.58 1.3 E-23 510 6.5 E-21

K8 couv. K8-cou-K0 089 090 56.71 73.01 4.0 E-15 1.2 E-08 510 510 2.0 E-12 6.3 E-06

K9 068 49.27 2.0 E-18 1020 2.0 E-15

K7 069 79.84 9.9 E-07 1020 1.0 E-03

Stupeň poškození z opakovaných úseků 081-090

Stupeň poškození z opakovaných úseků 003-069 1 E+00 1 E-05 1 E-10 1 E-15 1 E-20

Str. 25

090

089

088

087

086

085

084

083

082

1 E-30 081

069

068

067

066

065

064

063

062

061

005

004

1 E-25 003

20

1 E+00 1 E-05 1 E-10 1 E-15 1 E-20 1 E-25 1 E-30

1M6840770002

K7 087 90.40 4.2 E-05 510 2.2 E-02

K11 065 60.72 2.2 E-13 1020 2.3 E-10



3. Mechanická převodná ústrojí 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 3.3.4 Realizace spekter zatížení na zkušební stanici, verifikace výpočtových metod

Dosažené výsledky a výstupy nabízené pro praxi Výsledky měření axiálních posuvů hřídelů automobilové převodovky jsou ve Sborníku mezinárodní konference kateder částí a mechanismů strojů, ČZU Praha, 2006

Výsledky verifikace výpočtu životnosti šroubu lůžka motoru jsou v doktorské práci Ing. Šárky Hurníkové, Ph.D. na téma Stanovení technické životnosti předepjatého šroubu při stochastickém zatížení. VŠB – TU Ostrava, 2006

Další postup řešení v roce 2007 První realizace životnostního testu převodovky MQ 200 na zkušební stanici ČVUT v Praze


Str. 26



3. Mechanická převodná ústrojí 3.4 Výzkum metod posuzování deformací částí automobilových převodů 3.4.1 Teoretický rozbor vlivu deformací na záběr ozubených soukolí, modifikace

byl zpracován podrobný přehled výškových a podélných modifikací evolventního ozubení byly vypracovány návrhy na volbu modifikací, např. velikost modifikace ca na hlavě zubu a cb na boku zubu

Doporučené hodnoty ca pro výškovou modifikaci Veličina Název

Hodnota

Označení

Rozměr

Normálný modul

mn

mm

<2

2 ÷ 3,5

3,5 ÷ 6

6 ÷ 10

10 ÷ 16

> 16

Doporučená výšková modifikace

ca

µm

3÷8

6 ÷ 14

10 ÷ 20

15 ÷ 35

20 ÷ 50

≥ 30

1M6840770002

Str. 27



3. Mechanická převodná ústrojí 3.4 Výzkum metod posuzování deformací částí automobilových převodů 3.4.1 Teoretický rozbor vlivu deformací na záběr ozubených soukolí, modifikace Doporučené hodnoty cb pro modifikaci boční křívky Velikost podélné modifikace cb [µm] pro šířku kola bw [mm] Stupeň přesnosti ČSN/ISO 1328-1

< 20

20 ÷ 40

40 ÷ 80

80 ÷ 160

160 ÷ 250

250 ÷ 400

> 400

5

3÷6

4÷7

4÷8

5 ÷ 10

6 ÷ 12

7 ÷ 14

8 ÷ 17

6

4÷8

5 ÷ 10

5 ÷ 11

6 ÷ 12

9 ÷ 18

10 ÷ 20

12 ÷ 24

7

6 ÷ 12

8 ÷ 16

9 ÷ 18

10 ÷ 20

13 ÷ 25

14 ÷ 29

17 ÷ 34

8

10 ÷ 20

11 ÷ 22

22 ÷ 25

15 ÷ 30

17 ÷ 34

20 ÷ 40

25 ÷ 50

9

14 ÷ 28

15 ÷ 30

17 ÷ 35

20 ÷ 40

25 ÷ 50

28 ÷ 58

34 ÷ 68

Je zpracován postup pro stanovení hodnot úhlové modifikace ∆β na základě průhybových čar hřídelů s uvažováním dosažené přesnosti ozubení

Je rozpracován rozbor vlivu deformace na záběr ozubených kol

1M6840770002

Str. 28



3. Mechanická převodná ústrojí 3.4 Výzkum metod posuzování deformací částí automobilových převodů 3.4.1 Teoretický rozbor vlivu deformací na záběr ozubených soukolí, modifikace

Dosažené výsledky a výstupy nabízené pro praxi Závěrečná zpráva č. D14 – VCJB 3.4.1/2006, VŠB-TU Ostrava podává přehled modifikací, soubor podkladů pro návrhy modifikací, metodiku návrhu úhlové modifikace na základě průhybových čar hřídelů s ozubenými koly a popisuje vliv deformací zubů a deformací hřídelů a jejich uložení na tvar a polohu záběrového pole


Str. 29



3. Mechanická převodná ústrojí 3.4 Výzkum metod posuzování deformací částí automobilových převodů 3.4.2 Experimentální stanovení tuhosti hřídelů a skříní a jejich vliv na kvalitu záběru ozubených kol

Na převodovce MQ 200 byla vybrána reálná měřicí místa a provedeny její úpravy pro účely měření Byl navržen nový měřicí rám a provedeno první osazení novými tenzometrickými průhyboměry

1M6840770002

Str. 30



3. Mechanická převodná ústrojí 3.4 Výzkum metod posuzování deformací částí automobilových převodů 3.4.2 Experimentální stanovení tuhosti hřídelů a skříní a jejich vliv na kvalitu záběru ozubených kol

Dosažené výsledky a výstupy nabízené pro praxi Zpráva č. D15 – VCJB 3.4.2/2006, VŠB-TU Ostrava obsahuje popis výběru měřicích míst na převodovce MQ 200 a umístění průhyboměrů při deformačních testech

Další postup řešení v roce 2007 Ověření vlivu tuhosti uchycení průhyboměrů na měřený údaj První měření průhybových čar hřídelů v závislosti na velikosti zatížení, zařazené rychlosti a zatížené straně zubů


Str. 31



3. Mechanická převodná ústrojí

Děkuji za pozornost

1M6840770002

Str. 32


Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka 2. kolokvium Josefa Božka, Praha

Recommend Documents