Пензенские ученые впервые предложили повысить КПД вариатора, накладывая при производстве волнистость, и зарегистрировали веб-приложение для моделирования деталей
Ученые Пензенского государственного университета (ПГУ) в рамках реализации национального проекта «Производства транспорта» создали веб-приложение для моделирования и визуализации микрорельефа поверхности детали для автомобилестроения — шкива вариаторной коробки передач. Благодаря модернизации запчасти техника станет потреблять меньше топлива. С веб-приложением экономия горючего составит около 20 процентов. Предложением заинтересованы производители сельхозтехники.
Вариатор — тип автоматической трансмиссии, где передача крутящего момента осуществляется бесступенчато. При движении не ощущается переключения передач и толчков, провалов скорости.
Автоконцерны стали чаще выбирать вариатор для своих автомобилей. Он идеально подходит для городских кроссоверов — плавность движения без рывков. К прочим достоинствам относится низкая стоимость этой коробки передач.
Важные элементы вариаторной автокоробки — два шкива (ведущий и ведомый). Первый связан с силовой установкой, а второй передает усилия на колеса. Шкивы напоминают своеобразные конусы, заостренная часть которых закреплена на валу. Усилия передаются с помощью ремня. Диски шкивов сходятся и расходятся, меняя диаметр в точке контакта с ремнем. Так получается плавный разгон автомобиля, без рывков и рева мотора. Вариатор словно «застревает» на средних оборотах, но это вовсе не так. Вариаторная трансмиссия работает также на полную мощность, ее «тишина» связана с особенностями ее функционирования.
«Ремень и шкивы осуществляют ременную передачу. В ней идет перенос крутящего момента, и, как следствие, его потеря, связанная с проскальзыванием ремня. Из-за этого снижается коэффициент полезного действия коробки передач и автомобиля в целом. В свою очередь, это влечет за собой лишний расход топлива», — рассказала один из разработчиков веб-приложения, канд. техн. наук, доцент кафедры «Математическое обеспечение и применение ЭВМ» ПГУ Александра Генералова.
В Пензенском госуниверситете зарегистрировали программу и создали веб-приложение, позволяющие минимизировать потерю КПД. Научный коллектив ПГУ обращает особое внимание на поверхность шкивов. Веб-приложение способно структурировать и моделировать желаемую поверхность этих деталей. Компьютерная программа позволяет исследовать влияние параметров обработки (частота и амплитуда колебаний, геометрия резца, подача) на формирование текстуры поверхности.
Исследователь Александра Генералова подчеркивает, что контроль качества поверхности — одна из основных операций в технологическом процессе производства любых деталей, в том числе шкивов. Кроме того, к качеству поверхности шкивов предъявляются очень высокие требования.
Поверхность шкива практически зеркальна. Для ее обработки используют резцы, с их помощью на ней формируются различные элементы. Для вариаторных шкивов важен показатель шероховатости. Ученые ПГУ впервые предлагают также накладывать на поверхность детали во время обработки волнистость. А контролировать момент ее нанесения будет специальный прибор для определения и записи колебания волн — волнограф.
«Обычно в машиностроении в целом волнистость считается негативной составляющей поверхности, но в нашем случае она позволяет и обеспечивает лучшее прилегание ремня к шкиву. Такое решение уменьшает проскальзывание, увеличивая КПД», — поделилась Александра Генералова.
Ученые разработали алгоритмы и уникальную математическую модель, учитывающие при построении и структурировании поверхности автоколебания режущего инструмента. По словам Александры Генераловой, на это важно обращать внимание. Этот «внешний шум» влияет на конечный результат. Их математическая модель способна учитывать параметры технологической обработки и наличие колебаний во время лезвийной обработки поверхности шкива.
В ПГУ также удалось проанализировали кинематику движения режущего инструмента.
«Мы делаем упор на подачу, глубину, скорость режущего инструмента. И самое важное — его геометрические параметры, так как углы резца тоже влияют на конечный результат», — продолжила ученый.
Алгоритмы и математическая модель встроены в программу, которая реализована в формате веб-приложения. Для ее использования необходимо кликнуть по ссылке. В всплывшее окно вводятся исходные данные: углы резца, амплитуда колебания и параметры обработки. Указывается также масштаб детали или ее определенной области. После происходит моделирование. На экране выводится текстура будущей поверхности, из которой можно снять профилограмму или волнограмму в любом месте. Эти данные нужны для контроля поверхности шкива.
Так открывается возможность подбирать оптимальные технологические режимы для ожидаемого результата. Затем полученные данные передаются технологам для изготовления детали.
«Веб-приложение подбирает и оптимизирует технологический процесс обработки поверхности шкива таким образом, что удается получать нужные параметры не только шероховатости, но и волнистости», — добавила Александра Генералова.
Совместно с пензенскими машиностроительными предприятиями ученые ПГУ изготовили пять образцов шкивов по техпроцессам, выведенным веб-приложением.
Их протестировали на базе ПГУ с помощью стенда для испытания механических и бесступенчатых коробок передач легковых автомобилей. Напомним, ранее научный коллектив ПГУ получил патент на изобретение на этот стенд. Стенд для испытания вариаторов легковых автомобилей состоит из рамы с тяговым электродвигателем, нагрузочного электродвигателя, соединенного с выходным валом вариатора, и блока управления. Вариатор оснащен электронными приборами для регистрации температуры, давления и уровня масла.
Ученые могут задавать определенные параметры для испытания коробки передач. Весь процесс полностью контролируется.
Топливная экономичность, по сравнению со штатным шкивом, оказалась на 18 процентов выше.
«Модель дает хорошую сходимость с малой погрешностью. Поэтому будет экономия топлива за счет увеличения коэффициента полезного действия вариаторной трансмиссии», — рассказала о результатах эксперимента Александра Генералова.
ПГУ сотрудничает с предприятием в Тамбовской области, специализирующимся на производстве сельхозтехники. Промышленники заинтересованы предложением пензенских ученых, так как в комбайнах повсеместно установлены вариаторные коробки передач.
Источник: ФГБОУ ВО "Пензенский государственный университет"
