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

Transkript

1 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 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 3.4 Výzkum metod posuzování deformací části automobilových převodů 1M Str. 1 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

2 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 1M Str. 2 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

3 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 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 DIN 3990 Část 41 1M Str. 3 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

4 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 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 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 M Str. 4 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

5 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 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) 1M Str. 5 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

6 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 / 2006, VŠB-TU Ostrava Další postup řešení v roce 2007 Bude provedena odpovídající analýza vlastností zakoupené převodovky FORD Konec etapy v roce M Str. 6 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

7 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 tak, aby bylo možno v jeho rámci provádět kontrolu HCR ozubení. Pevnostní přepočet převodovky Peugeot (DP Ing. Vajďák, viz bod 3.1.2). 1M Str. 7 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

8 3.1.3 Vývoj metody posuzování únosnosti ozubených kol automobilních převodů úpravou dosud užívaných standardů a s využitím metody konečných prvků (nově zahájený úkol) 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 Zkušební skříň Snímače úhlové rychlosti Mechanismus pro vyvození předpětí Spodní spojovací hřídel zk. okruhu Poháněcí elektromotor Rám zkušebního okruhu Uspořádání zkušebního okruhu 1M Str. 8 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

9 3.1.3 Vývoj metody posuzování únosnosti ozubených kol automobilních převodů úpravou dosud užívaných standardů a s využitím metody konečných prvků (nově zahájený úkol) Návrh zkušebního stavu Mechanismus pro vyvození předpětí Odvzdušňovací zátka Válečkové ložisko Zkušební soukolí Snímače úhlové rychlosti Párované kuželíkové ložisko Aretační hřídel Torzní hřídel Distanční kroužky Těsnění Svěrný kroužek MAV 1004 Aretace Vodící ložiska Svařovaná skříň Řez zkušební převodovkou Víka skříně 1M Str. 9 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

10 3.1.3 Vývoj metody posuzování únosnosti ozubených kol automobilních převodů úpravou dosud užívaných standardů a s využitím metody konečných prvků (nově zahájený úkol) Tok výkonu 1. Byla nakreslena sestava Zkušebního zařízení ozubených kol automobilových převodovek 2. Specifikovány kupované díly 3. Provedena pevnostní kontrola rozhodujících část zkušebního okruhu 4. Dle toku výkonů byl navržen elektromotor 1M Str. 10 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

11 3.1.3 Vývoj metody posuzování únosnosti ozubených kol automobilních převodů úpravou dosud užívaných standardů a s využitím metody konečných prvků (nově zahájený úkol) Dosažené výsledky a výstupy nabízené pro praxi Zpracování programu pro výpočet únosnosti soukolí HCR na bázi původního programu ČSN (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 M Str. 11 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

12 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 zkouškyřazení Studie úpravy stávajícího otevřeného stavu pro zkoušky převodovek úprava není reálná Zkoušky řazení automobilových převodovek pro příčnou zástavbu EM Původní setrvačníkový stav pro zkoušky kotoučových brzd v laboratořích Ústavu vozidel ČVUT v Praze DB Inertia Belt Drive shaft G Současný setrvačníkový stav prodloužený o možnost zkoušek vnitřního mechanismu řazení 1M Str. 12 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

13 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 zkouškyřazení Zkoušky řazení automobilových převodovek pro příčnou zástavbu Zařízení pro přenos tenzometrického měření točivého momentu výstupního hřídele převodovky do A/D karty Návrh robota řazení 1M Str. 13 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

14 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 zkouškyřazení Algoritmy řazení převodovek, měření spekter zatížení a četnosti řazení Simulační model pro porovnání různých strategií řazení Časové využití převodových stupňů Dráhové využití převodových stupňů 1M Str. 14 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

15 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 zkouškyřazení 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 M Str. 15 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

16 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 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 1M Str. 16 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

17 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 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 1M Str. 17 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

18 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 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 M Str. 18 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

19 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 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 1M Str. 19 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

20 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 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 Konec etapy v roce M Str. 20 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

21 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 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 1M Str. 21 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

22 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 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 Konec etapy v roce M Str. 22 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

23 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 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 1M Str. 23 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

24 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů Realizace spekter zatížení na zkušební stanici, verifikace výpočtových metod Byla provedena verifikace metod výpočtu životnosti šroubu lůžka motoru na základě naměřených spekter zatížení 1M Str. 24 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

25 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů Realizace spekter zatížení na zkušební stanici, verifikace výpočtových metod Výpočtový list Vstupní parametry pro výpočet Mez únavy SIGMA c 75.7 Limitní počet cyklů Nlim Exponent wöhlerovy křivky q 30 Exponent wöhlerovy křivky pro Haibacha q' 59 Výsledná intenzita poškození Výsledná životnost, km Režim jízdy motoru 1,9 l - EWP SB řazení SB brzda K0-K1 K1-K6 K13 K11 K13 K11 K10 K7 K9 K7 Záznam Maximální amplituda [MPa] Intenzita poškození z jednotlivých úseků 5.8 E E E E E E E E E E E E-07 Počet opakování úseku Intenzita poškození z opakovaných úseků 3.0 E E E E E E E E E E E E-03 Intenzita poškození z jízd E-03 Režim jízdy motoru 1,9 l - EWP K1-K6 K13 K11 K13 K11 K10 K7 K9 K8 couv. K8-cou-K0 Záznam Maximální amplituda [MPa] Intenzita poškození z jednotlivých úseků 3.0 E E E E E E E E E E-08 Počet opakování úseku Intenzita poškození z opakovaných úseků 1.5 E E E E E E E E E E-06 Intenzita poškození z jízd E+00 Stupeň poškození z opakovaných úseků Stupeň poškození z opakovaných úseků E+00 1 E-05 1 E-10 1 E-15 1 E-20 1 E-25 1 E E+00 1 E-05 1 E-10 1 E-15 1 E-20 1 E-25 1 E M Str. 25 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

26 3.3 Výzkum metod pro simulaci zatížení dílů převodů automobilů 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 Konec etapy v roce M Str. 26 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

27 3.4 Výzkum metod posuzování deformací částí automobilových převodů 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 c a na hlavě zubu a c b na boku zubu Doporučené hodnoty c a pro výškovou modifikaci Název Veličina Označení Rozměr Hodnota Normálný modul m n mm < 2 2 3,5 3, > 16 Doporučená výšková modifikace c a µm M Str. 27 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

28 3.4 Výzkum metod posuzování deformací částí automobilových převodů Teoretický rozbor vlivu deformací na záběr ozubených soukolí, modifikace Doporučené hodnoty c b pro modifikaci boční křívky Stupeň přesnosti ČSN/ISO < 20 Velikost podélné modifikace c b [µm] pro šířku kola b w [mm] > 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 1M Str. 28 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

29 3.4 Výzkum metod posuzování deformací částí automobilových převodů 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 Konec etapy v roce M Str. 29 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

30 3.4 Výzkum metod posuzování deformací částí automobilových převodů 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 1M Str. 30 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

31 3.4 Výzkum metod posuzování deformací částí automobilových převodů 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 Konec etapy v roce M Str. 31 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava

32 Děkuji za pozornost 1M Str. 32 Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava