Influence of vehicle acceleration intensity on dual-mass flywheel elements and transmission load

Abstract

Сучасні високомоментні низькообертові двигуни внутрішнього згорання (ДВЗ) генерують крутильні коливання близькі за частотою збурення до власних частот коливань ланок коробок передач (КП). Ефективне поглинання таких коливань вимагає нового конструктивного виконання демпфера крутильних коливань між ДВЗ і КП, що реалізовано у вигляді двомасового маховика (ДММ). Однією з головних причин виходу з ладу ДММ є руйнування його пружних ланок. У статті розроблено математичну й симуляційну (у середовищі Matlab Simulink) моделі приводу автомобіля з ДММ у період рушання з місця, яка враховує залежність величини крутного моменту і потужності ДВЗ від кількості обертів колінчастого вала та нерівномірність його обертання, інерційні та жорсткісні параметри приводу автомобіля, опір дороги. Встановлено, що при рушанні автомобіля з місця на першій передачі максимальне навантаження на пружні ланки ДММ і трансмісії виникає у початковий момент вмикання зчеплення і перевищує максимальний ефективний крутний момент ДВЗ в 1,6 рази, має виражений коливальний характер і в міру розгону автомобіля стабілізується. При плавному розгоні автомобіля, коли крутний момент ДВЗ досягає, але не перевищує, свого максимального значення 250 Н∙м, пружний момент у ланках приводу стабілізується на рівні 230 Н∙м. За інтенсивного розгону та переходу через екстремум на кривій залежності крутного моменту ДВЗ від кількості обертів колінчастого вала максимальне навантаження на пружні ланки ДММ і трансмісії у початковий момент за величиною істотно не змінюється, але зменшуються тривалість протікання коливальних процесів і величина пружного моменту в ланках приводу до 165 Н∙м після затухання коливань. Аналогічний характер зміни напружень спостерігається і в пружних ланках ДММ, що з часом призводить до їх втомного руйнування і виходу з ладу ДММ. Для підвищення ресурсу ДММ доцільно розгін автомобіля при рушанні з місця здійснювати інтенсивно, доводячи кількість обертів до величини, яка розташована за екстремумом крутного моменту ДВЗ на його зовнішній швидкісній характеристиці, з подальшим перемиканням на наступну передачу

Modern high-torque low-speed internal combustion engines (ICEs) generate torsional vibrations close in disturbance frequency to gearboxes natural oscillation frequencies. Effective absorption of such oscillations requires a new torsional vibration damper between the internal combustion engine and gearbox design, which is implemented in the form of a dual-mass flywheel (DMF). One of the main reasons for DMF failure is its spring components destruction. The article develops mathematical and simulation (in MATLAB Simulink environment) model of a car with DMF in the period of starting, which takes into account the dependence of torque and power of the internal combustion engine on the number of the crankshaft revolutions and uneven rotation, car inertial and stiffness parameters, road resistance. It is established that when the car starts in first gear, the maximum load on spring components of DMF and transmission occurs at the initial moment of clutch engagement and exceeds the maximum effective torque of the internal combustion engine 1.6 times, has a pronounced oscillatory character and stabilizes as the car accelerates. With smooth acceleration of a car, when torque of internal combustion engine reaches, but does not exceed its maximum value of 250 N∙m, elastic moment in transmission components is stabilized at 230 N∙m. During intensive acceleration and transition through the extremum on torque curve of internal combustion engine on number of crankshaft revolution, the maximum DMF spring components and transmission load initially doesn’t change significantly, but reduces the duration of oscillatory processes and elastic moment of 160 N·m after attenuation of oscillations. A similar nature of stress changes is observed in the elastic links of DMF, which eventually leads to their fatigue failure and DMF failure. To increase a DMF service life, it is advisable to accelerate a car when moving intensively, bringing a number of revolutions to a value that is located at the extreme of torque of internal combustion engine on its performance characteristic, followed by switching to the next gear.