21A412: Optimalizace geometrických parametrů a pevnostních výpočtů ozubených kol automobilních převodovek zahrnující reálné provozní podmínky.

Transkript

1 21A412: Optimalizace geometrických parametrů a pevnostních výpočtů ozubených kol automobilních převodovek zahrnující reálné provozní podmínky. Popis aktivity: Zpracování výsledků rozborů geometrických a pevnostních parametrů ozubených kol čtyř zahraničních automobilních převodovek. Návrh metodiky optimálního dimenzování ozubených kol převodovek na základě těchto rozborů. Úpravy programů pro geometrické a pevnostní výpočty ozubení na základě nejnovějších poznatků a reálných provozních podmínek. Hlavní činnosti: Vyhodnocení výkresové dokumentace převodovky MQ100 (Škoda Auto a.s.) a měření geometrických parametrů a přesnosti reálných převodovek výrobců Honda (Jazz), Fiat (Panda) a Toyota (AyGo). Geometrické a pevnostní výpočty všech převodovek a jejich zhodnocení, posouzení modifikací ozubení a přesnosti výroby ozubení zejména z hlediska buzení hluku a vibrací. Posouzení tuhosti uložení hřídelů a provedení odlitků skříní na záběrové poměry a hluk. Celkové zhodnocení a závěry pro optimální dimenzování. Úpravy programového vybavení pro výpočet geometrie a pevnosti s ohledem na hodnocení reálných převodů (vůle, nástroj, identifikace reálného soukolí, vliv ozubení v provedení HCR atd.). 1M Str. 1 Zdeněk Dejl, Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava

2 Postup řešení a příklady dílčích výsledků Posouzení hlavních koncepčních a konstrukčních rozdílů Kinematická schémata převodovek 1M Str. 2 Zdeněk Dejl, Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava

3 Výsledky hodnocení vybraný přehled geometrických a záběrových parametrů jednotlivých soukolí převodovek 1M Str. 3 Zdeněk Dejl, Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava

4 Výsledky hodnocení geometrické a záběrové poměry převodovek Problém - jak stanovit základní geometrické parametry (m n, α n, β, x) bez dokumentace. Řešení: - navržen postup na základě numerického řešení transcendentních matic pro tři měřené rozměry soukolí, - vypracován software pro identifikaci čelních kol. 1M Str. 4 Zdeněk Dejl, Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava

5 Výsledky hodnocení kvalitativní ukazatele záběru ozubených kol trvání záběru profilu ε α se převážně pohybuje kolem 2, celkové trvání záběru ε γ je pro soukolí 3. až 5. stupně větší než 3, použit je vždy nestandardní základní profil HCR. 1M Str. 5 Zdeněk Dejl, Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava

6 Výsledky hodnocení - únosnosti ozubených kol bezpečnost v ohybu a v dotyku jsou u převodovek Fiat a Toyota zcela srovnatelné s MQ100 s výjimkou 5. stupně, celkově jdou bezpečnosti v ohybu i v dotyku zcela dostatečné pro vstupní točivý moment 100 Nm porovnávací točivý moment 100 Nm je pro převodovku Honda příliš nízký. 1M Str. 6 Zdeněk Dejl, Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava

7 Výsledky hodnocení základní doporučení pro optimální dimenzování ozubených kol převodovek volit menší moduly a tím, pro dané osové vzdálenosti, větší počty zubů, volit šikmé zuby s úhlem šroubovice nad 30⁰ (mimo zpátečky přímé zuby), použít soukolí s vysokým trváním záběru ε α >2 a ε γ = 2,5...4 u všech soukolí (mimo 1. stupeň a zpátečku), soukolí stálého záběru má velký převodový poměr (i S = 3...5), což vede k malému počtu zubů pastorku, pročež nelze realizovat ε α >2 a je nutno řešit dosažení velkého ε γ větším sklonem zubů (ε β ), pro dosažení ε α >2 je optimální volba valivého úhlu α tw = (16,5...18,5) ⁰, tuto hodnotu lze dosáhnout úhlem záběru základního profilu v rozmezí α n = ( ) ⁰, tloušťku zubu na hlavách pastorku volit v rozmezí 0,9...1,2 mm, možno připustit měrné skluzy na patách až 3. Základní cíl: dosáhnout optimálních hodnot trvání záběru a tím zajistit kvalitu záběru soukolí, rozložení zatížení na více zubů, snížení vibrací a hluku 1, Valivý úhel záberu v celní rovine α tw 1M Str. 7 Zdeněk Dejl, Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava Trvání záberu profilu ε α 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 HCR Oznacení soukolí 5. ST. 4. ST. 3. ST 2. ST. 1. ST. ST. ZÁB

8 Úpravy programů pro geometrické a pevnostní výpočty ozubení doplnění software Geometrie o možnost uvažování boční vůle a dalších měr soukolí, rozšíření GEOMETRIE o utilitu Identifikace čelního ozubení, rozšíření GEOMETRIE o utilitu Nástroj pro možnost výpočtu ozubení s výběhem na patě či se sražením hlavy, 1M Str. 8 Zdeněk Dejl, Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava

9 Dosažené výsledky a výstupy převáděné do praxe vyhodnocení geometrických parametrů a přesnosti 4 převodovek výrobců VW (MQ100), Honda (Jazz), Fiat (Panda) a Toyota (AyGo) včetně pevnostních výpočtů na základě výzkumných zpráv: Moravec, V., Němček, M., Havlík, J. a Hurníková, Š. Kontrolní geometrické a pevnostní výpočty převodovky MQ100,č. zprávy D5-VCJB21A412/2010, Moravec, V., Němček, M., Havlík, J. a Hurníková, Š. Měření a kontrolní výpočty převodové skříně osobního automobilu: Toyota AyGo, č. zprávy D8-VCJB21A412/2010 Honda Jazz, č. zprávy D6-VCJB21A412/2010 Fiat Panda, č. zprávy D7-VCJB21A412/2010 doplnění výpočetního software GEOMETRIE o možnost uvažování boční vůle a dalších měrčelního ozubení, 1M Str. 9 Zdeněk Dejl, Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava

10 Dosažené výsledky a výstupy převáděné do praxe rozšíření uvedeného software o nové utility: Identifikacečelního ozubení z naměřených hodnot Nástroj pro výpočet ozubení se sražením hlav a patní protuberancí. Němček, M., Dejl, Z.: Geometric calculation of the Chambered Tip and the Protuberance Undercut of a Tooth Profile. Proceedings of ASME 2011 Internacional Design Engineering Technical Conference. August 28-31, 2011, Washington, USA. návrh a kontrola ozubení pro převodovku elektromobilu MBeVito TAXI pro firmu MB tech Praha, úprava ozubení reduktoru WG 600 (T = Nm) pro firmu ADS. 1M Str. 10 Zdeněk Dejl, Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava

11 Výhled na další činnost pokračování v rozborech geometrických a pevnostních parametrů ozubených kol u převodovek se vstupním točivým momentem 280 až 350 Nm, s dvojspojkovým uspořádáním, celkové vyhodnocení výsledků rozborů ze všech hodnocených převodovek Ford, Peugeot, Toyota, Fiat, Renault, VW, Honda, Škoda, výzkum v oblasti aplikací nelineárních hypotéz kumulace poškození při výpočtech životnosti ozubení na ohyb a na dotyk. 1M Str. 11 Zdeněk Dejl, Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava

12 Návrh implementačního plánu aktivity Partner: ŠkodaAuto, a.s., Mladá Boleslav: technická zpráva č. D9-347/2011 Zhodnocení vlastností převodovky MQ100 v porovnání s převodovkami zahraničních výrobců, termín předání: 2010, termín zavedení: 2011, posouzení vlastností převodovky MQ200 včetně zahraničních konkurenčních vzorků, termín předání: 2012, termín zavedení: 2012, měření poměrných deformací a napětí ve vybraných částech tělesa odlitku převodové skříně MQ100, termín předání: 2011, termín zavedení: 2011, měření průhybů hřídelů převodovky MQ100 a vyhodnocení záběrových poměrů, termín předání: 2012, termín zavedení: M Str. 12 Zdeněk Dejl, Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava

13 Resumé aktivity Hodnocení geometrických, záběrových a skluzových poměrů včetně únosnosti ozubení v dotyku a v ohybu u čtyř vybraných převodovek pro malé automobily. Doporučení pro optimální dimenzování. 1M Str. 13 Zdeněk Dejl, Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava

14 V02 - New Concepts and Optimization of Adaptive Powertrains Mechanical Transmissions and Power Splitting 21A412: Optimization of geometric parameters and loading capacity calculations of automobile gearboxes gearings including real service conditions. Resume of the activity Evaluation of geometric, meshing and sliding parameters including a loading capacity in contact and bending for four selected gearboxes of small personal cars. 1M Str. 14 Zdeněk Dejl, Vladimír Moravec, VŠB-TU Ostrava