Original title:
Modelování vibrací pohonných jednotek aplikací virtuálních prototypů
Translated title:
Powertrain Vibration Modelling using Virtual Prototypes
Authors:
Prokop, Aleš ; Bauer, František (referee) ; Dundálek, Radim (referee) ; Novotný, Pavel (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2017
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství Abstract:
[cze][eng]
Tato práce se zabývá problematikou snižování vibrací pohonných jednotek se zaměřením na převodová ústrojí. Tyto celky v závislosti na účelu užití sestávají z velkého množství tvarově složitých komponent vyžadujících pro bezproblémový a tichý chod souhru několika vlastností, jež je nutné stanovit už při konstrukčním návrhu. Mezi nejvýznamnější patří například správně navržený tvar ozubení a s ním související předepsaná přesnost výroby. Z podstaty funkce a účelu užití převodových ústrojí vyplývá poměrně široký rozsah provozních otáček a přenášených zatížení, které v kombinaci s nevhodně zvoleným parametrem řetězce mohou způsobovat řadu problémů. Mezi nejvýznamnější patří vznik vibrací při záběru ozubení a s nimi související hluk, přičemž existuje více mechanizmů vzniku těchto kmitání. I při užití nejmodernějších trendů v oblasti vývoje ozubení, kdy je jejich tvar uzpůsobován a vyvíjen přímo pro daný rozsah zatížení, nelze vznik výše uvedených nerovnoměrností chodu zcela omezit, proto je nutné již při návrhu zároveň přistoupit k eliminaci přenosových cest, jimiž se vibrace šíří na další součásti, do uložení či na povrch struktur. Člověk vnímá tento děj v podobě vibrací a hluku, či změnou teploty v okolí. Se zvyšující se úrovní komfortu a množstvím dopravních prostředků je snahou snížení vibrací a hluku strojních součástí, převodovek nevyjímaje. K posouzení správnosti navržené převodovky se využívají především technické experimenty, které však jsou značně časově a finančně náročné. Z tohoto důvodu je nutné vyvinout postup, jenž využívá jak numerických simulací, tak i experimentálního přístupu, avšak spojuje klady obou přístupů, zejména časovou a finanční úsporu a porovnatelnost výsledků. Za tímto účelem je navržen a fyzicky vyhotoven experimentální stav spolu s jednostupňovou převodovkou umožňující variabilní uspořádání z hlediska změny převodového poměru. Převodovka je podrobena jak numerickým simulacím různé úrovně složitosti, tak i technickému experimentu. Dále je vytvořen univerzální virtuální prototyp v Multibody systému ADAMS, který zohledňuje vliv několika klíčových parametrů z hlediska správné funkce, jako je osová vzdálenost ozubených kol, boční vůle v ozubení, tuhost záběru ozubení, tuhost uložení hřídelů (ložisek) a modální vlastnosti hřídelů a skříně převodovky. V neposlední řadě je zde zakomponován i vliv nevývahy či nerovnoměrnosti otáček vstupního hřídele. Poslední část práce je věnována stručnému popisu aplikace popsané metodiky modelování vibrací na traktorovou převodovku.
This work deals with the matter of powertrain vibration reduction, focusing on the transmission. These units, depending on the purpose of utilization, consist of a high number of dimensionally complex components. These need to possess features, selected already in the design phase, which would guarantee smooth and quiet operation. A properly designed tooth profile and the related specified accuracy of manufacturing are one of the most important features. The basic function and the purpose of transmissions application indicate a relatively wide range of operating speeds and transmitted loads. Moreover, combination of both loading with improperly designed string’s parameter can cause a number of various problems. The vibration initiation with related noise from gear mesh belong to the most significant sources of issues. There are multiple mechanisms of oscillation initiation. Even when using the latest trends in the development of teeth, when their shape is upgraded and developed to meet specifically given load range, the above mentioned irregularity of transferred torque cannot be completely eliminated. Therefore, it is necessary, already in the design phase, to eliminate the transmission paths by which are vibrations transmitting to other components. People perceive this action in the form of vibration, noise, or temperature change in the surroundings. With the increasing comfort levels and number of produced vehicles the reduction of vibration and noise of machinery parts becomes stricter, including gears. The experimental approach is primarily used to assess the accuracy of designed gearboxes, but it is a very expensive and a time consuming method. Therefore, it is necessary to develop a process that utilizes both numerical simulation and experimental approach but also combines the advantages of both, particularly time and cost savings and comparability of results. For this purpose, the experimental gearbox is designed and manufactured including the single-stage gear enabling variable configurations in terms of the ratio change. The gearbox is subjected to numerical simulation of different complexity levels, as well as technical experiment. Furthermore, the universal virtual prototype in Multi-Body System ADAMS is created, which reflects the impact of several key parameters for proper functionality, such as axial distance, backlash, gear mesh stiffness, shaft mounting stiffness (bearings) and modal properties of the shafts and gearbox housing. Last but not least, the impact of imbalance or irregularity of input shaft speed is incorporated. The last part focuses on a brief description of the application of the presented methodology – modelling of vibrations on the tractor gearbox.
Keywords:
backlash; finite element method; gearbox; multi-body simulation; noise; rattle; surface normal velocity; Vibration; hluk; metoda konečných prvků; multibody simulace; normálová rychlost povrchu; převodovka; Vibrace; zubová vůle; řinčení
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/63309
guest ::
