автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Новые принципы и пути совершенствования мотоциклов на основе применения и развития оптимизационных методов исследования динамических процессов в их подсистемах

Московский ершена Трудояого Красного Знамени , автомобильно-лорсгангсй иногкту?

На нравах pvKonix;-;

Баранчик В irr aJL.il Павлович

новые прищиш и ПУТИ совепшютвозанш шгоцшов НА основе пршшекш и развития ошшшдашх методов ИЗСВДСВАНШ дишичыжйх ПРОЦЕССЕ в их ПОДЗИЗИГ'АХ

Специальность Q5.05.03 - Автомобили и тракторы

Автореферат диссертации tía соискание ученой степени доктора технических наук

Рвосса выполнена л ордена Лонина, ордена Октябрьской революции, ордена Красного Знамени к ордена Трудового Красного Знамени прошводствоиксм объединении "КШАШ" к в Ижевском шханичвскш институте.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ввфин Р.К. доктор технических наук, профессор Нарйут А.Н. доктор технических наук, профессор Статнкков Р.Б.

Зодушач организация: Бессоюзный научно-исследовательский, конструкторский и технологически?! институт мотоциклов и малолит-радннх двягатвлзй внутреннего сгорания (ВНЯЙмотопром).

Задета состоится 1991 г. в »/<?» часов на за-

седании специализированного совета Д.053.30^02 при Московском ордена Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожном институте по адресу: 12&319, Москва, и-319, Лешшградский пр., 64.

С диосертациэй мамно ознакомиться в «Злилиотеке Моокозского автомобально-дорояного института.

Ученый секретарь

ОПСЩШЛЧЗИРОБЛНИОГО

ОЩАЯ ХАРШЕРИСТШ РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТБШ. Реаьклз проблема сокращения сроков создания и повышения. качественных характеристик новых машш тесно связано с применением элективных методов расчёта и огпчмкзшши проектных решений, орле¡ггированшх на использование современной вычислитилыгсй техники» В мотоциклах и автомобилях особое значение имеет оптимальное управление динамическими произошли з конструкции, которые фактически определяют эксчлуата^иочшго своРст -ва машины. Колебания, тт вибрации не т еда к о отрицательно влияпгг человека, груз к конструкцию, но и сопровождаются значит олышми потерши мощности, что приводит к ухудшению тягово-скорсстних свойств и тоашзно'1 экономичности машин. Поа ори мощности при колебаниях пода о соя, шш и трапа.крепй мотоциклов при дшиошот по ас? гльтобетошшм дорогам составляют до 40 % мощности сопротгглс-шя качешго, а при дчигеппл по неровным дорогам в 1,4-3,2 раза. превышают мопдюст» сопротивления качении,1 Уменьшение потерь равносильно соответствуй-ому уменьшаю® расхода топлива. Однако пс~ пользование этого неконтролируемого резерва, образующегося в процессе проектирования конструкщ.л, затруднено отсутствием дзета -точно прбстого а поденного метода динамического расчёта система, прй неполной информации о структуре л параметрах её частей.

Существующпэ метода расчета колебаний слояной конструкции основаны па том, что структура л параметры система известии. Но при проектировании структура нашим, агрегатов л узлов известна лишь ■ концептуально, сна формируется постепенно г результате принятия конструктивных реншпЙ, от которых зависят передаточные фукхщшх и характер дгакаяггсских процессов в кснструщии. Недостаточное развитие теории приводит к тему, что процесс форглнрова лтя дгсгекпчзеккх процессов по донтроллруется, а оптимизация. возмсйота липа на заключителыгой стадии проектирования, ког, .а проанализировать вса возмошшо варианта конструктивных решений подсистем не-возмолено .

В работе репепа научная проблема динамического расчета н-многокритериальной оптимизаций конструкции мотоцикла как'оистеш о априорно неопределенной, структурой и параметрами, имеющая'вак-поэ зпачопдо. для. рстэгазя паролпочязяАответой .проблемг повыше -пш! качественных характеристик автшотстралспорпшх средств, утяеяшбншх сроков л затрат на опытно-копструкторскш работа.

Работа выполнена в соствотствпи о координационными планами

Ail СССР ка 1986-1990 г. г. по проблема автоматизации проектирования технических ензгок (код I.I2.5) и по комплексной научно-технической програшэ САПР Минвуза РСФСР ira 1906 год (шифр 2.3.83) .

ЦЕЛЬ ГАВОШ. Разработать ноше принципы и пути совершенствования мотоциклов на основа контроля и оптимального управления ди-ка..шчсскыли п^ оцеооами в конструкции иа стадии проектирования.

¡ЗАДАЧИ ШСЖЦОВАКШ. Разработать метод определения верхней оценки уровня колебаний полконструкзиш при концептуально заданной схеме компоновки мотоцикла; создать методологическую основу динамического анализа несущей системы; ка основе единой методологии исследовать пространство вибрационных состояний мотоцикла, его подсистем , агрегатов а узлов, вдентифшщроватъ источники колебаний и вибраций, исследовать взаимовлияние подсистем и проверять разработашшй метод построения моделей подсистем; разработать обос щенные маг. статические модели динамического расчёта неоущой сисге-ыы; провести вычислительные эксперименты на моделях а на основе панучвршх результатов осуцествить математическую постановку задачи оптимального проектирования подсистем и всей несущей систем, мотоцикла по динашческш принципам; разработать автоматизирован-цую систему оптимального проектирования, исследовать типовыо проект.ле решения и тем самым найти путл совершенствования конструкций мотоциклов .

ОБЪЕКТЫ ШСЯЕД0Ь.»НШ. Исследования. проводились иа coprfiHi"i я опытных мотоциклах "Ж" и зарубежных моделях мотоциклов классов 250, 350, 500, 70Q шэ ;.ородного, спортивного и специального назначения в ПО "ИШАШ", ВНЩкуговрдае, в лабораториях и на испытательных полигонах США. а Канады при личном участил автора, общее число объектов мс следовai ий- более 30 моделей мотоциклов. •

МЕГ ОДЫ Г'ВДДСВАНШ. Дш решения доставленных зада1! щлгле-шшюь экспериментальные и теоретические метода исследования, в основу которых был положен црищип системности, Экспорк.'.опта'&ЕЦс •исследования проводились па структурных уроышзс мащш-ш, агрегата и узла в стендовых и в дородных условиях и соиповоздались математическим моделированием дшгшчолак процессов с использование:,! методов статистической динамики, оптимизации и систошого анапига,

ШЧНЛЯ НОВИЗНА . Разработан принципиально новый подход к оп^г^дхБсуу проектированию олоаиой дешамичеоиой окот ему струга-ура и параметры которой априорно неизвестны,, Си основан на тс?л, что дзш щжиятпя текущее рзшеиш по подашиох.укцш. *oi?î'.vr>n«;a

нижняя оценка показателей качества, даодая уверенность, что в действительности показатели качества выше, чем расчётные. Изходя из такой предпосылки, разработан метод построения моделей колебаний подконструкций при неопределенной структуре остальных подкон- . струкций. Применение новых принципов динамического анализа сложной конструкции к мотоциклу позволило представить происходящие в его конструкции динамические процессы в виде совокупности формально самостоятельных процессов, происходящих в подсистемах, связанных между собой общими конструктивными параметрами, реакциями связей и внешними возмущениями. Разработаны обобщенные модели динамического расчета при различных схемах компоновки, алгоритм оптимального проектирования несущей системы мотоцикла. Впервые обоснована п осуществлена математическая постановка и решение задач многокритериальной оптимизации основных функциональных подсистем мотоцикла. Новый принцип построения система динамических моделей в сочетании с гибким алгоритмом многокритериальной оптимизации подсистем представляет собой ц.лостяую й единообразную методику оптимального . проектирования несущей системы мотоцикла, открывающую возможность углубленной оптимизации» максимального использования резервов конструкции и оптимального управления динамическими процессами.

На защиту выносятся слодупаае полого тэт, объединяемые общей идеей совершенствования мотоциклет па основе оптимизации динами -чооких процессов в юс подсистемах:

- новый принцип решения проблемы и декомпозиционный метод оптимизационного расчета конструкции на каздем пагё её формирования в процессе проектирования;

- комплекс информационно связанных обобщенных моделей динамического расчёта несущей системы;

- общий алгоритм поэтапного формирования оптимальной конструкции мотоцикла;

- математическая постановка и решение задач оптимизации динамических процессов в конструкций мотоцикла.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Применение созданной единой методики оптимального проектирования несущей системы мотоцикла позволяет минимизировать потери модности при колебаниях 'и вис'пациях конструкций, улучшить эксплуатационные свойства, а также сократят» сроки и затраты на опытно-конструкторские работы за счет устранения неэффективных конструкторских решений на стадии проектирования и

уменьшения времени на доводку конструкция .

РЕАЛИЗАЦШ РАБОТЫ. Результаты работы реализованы в виде методики, комплекса программ расчёта колебаний и вибраций я автоматизированной системы оптимизации конструкций мотоциклов, которая применена при разработке 16 новых моделей мотоциклов "Ш", Результаты работы используются ЛО "ИШАПГ , в ВНЩютопроме, на Ковровокоы заводе им.В.А. Дегтярева, Тульской машиностроительном заводе им.В.М.Ряб'-кова. Применение разработанных методик, дрог-раш и системн оптимального проектирования мотоциклов позволило повысить качество проектов, приблизительно на 20$ сократить сроки проектирования, уменьшить расход топлива на асфальтобетонных дорогах на 2-3$, аа разовых грунтовых дорогах - на 15-23^. Народнохозяйственный экономический эффект оценивается приблизительно в 3 идн.руб.

АПРОБАЦШ РАБОТЫ, Основные положения работы неоднократно докладывались на совете главных конструкторов мотоциклетных за' водов» на нзучно-техшгческях советах ВШШотопрома, ДО ."ИШАШ", завода им.Б.А.Дегтярева (г,Ковров), йкевского механического института} на третьей и седьмой Всесоюзных научно-технических конференциях по управляемым и автоматическим механическим цриво-дам и передачам гибкой связью (г.Одесса, 1968,1986 г.г.); на втором и третьем Всесоюзных научно-технических совещаниях по динамике и прочности автомобиля (г.Москва, 1385,1988 г.г.); на . Всесоюзной научно-технической конференции по автоматизированному проектированию в машностроэшш (гЛкевск, 1986 г.){ на десятом Всесоюзном симпозиуме по логическому управлению с использованием ЗШ (г.йаевок, 1987 r,)î на Всесоюзной научцо-технической конференции по вибрации и вибродиагвостине (г.ГорькиЙ, 1988 г.) ; на Всесоюзной научно-технической конференции по математическому и машинному моделировании САПР, АСНИ и ГАП (г.Тамбов, 1989 г.).; на отраслевой научно-технической конференции по вибрации мотоциклов (г.Ксзрсв, 1977 г.); на отраслевой школе передового опыли по метс.'.агл сшивши шума и вибрации автомобилей и двигателей (г.Ддитров, 1983 г.); на'зональных научно-технических конферен -циях по современным вопросам динамики и прочности в машиностроении (г,Пермь, 1986 г.) л по математическому моделировании в инженерной практике (г.Ижевск, 1988 г.); на Всеооюзном постоянно действующем семинаре по динамщ.е и прочности машин (г.Москва, МА.'/Ш, 1989 г. ^, на заоедашшх кафедр "Автомобили" МАМИ к МАДИ (г.Москш, №83 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам выполненных исследований опубликованы 52 научные работы, получено 3 авторских свидетельства', подготовлено 9 отчётов по научно-исследовательской работе.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация содержит 320 страниц машинописного текста с 96 рисунками и 6 таблицами, список литератур! (279 литературных источников ), приложения а состоит из введения, б глав и общих выводов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. КРАТКИЙ ОБЗОР РАБОТ ПО АНАЛИЗУ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕСС® В КОНСТШЩШХ АКГШОТОТРАНСГОРГНЫХ СРЕДСТВ И МЕТОДОВ ОШШИЭДЮШШ РАСЧЕТ®

Процессн, возникающие в конструкции мотоцикла, носят ярко выраженный колебательный характер. Случайные возмущения микропрофиля дороги и гармонические возмущения двигателя, црелсшяясь через собственные характеристики конструкции, возбуждает в ней колеба»-ния и вибрации, которые яе только оказывают вредное воздействие на человека, груз и конструкций, но и сопровождаются рассеянием значительной части мощности двигателя, что вызывает увеличение расхода топлива и снижение других эксплуатационных показателей. В мотоциклах "И" потери мощности при колебаниях составляет до 40^ мощности сопротивления качению на асфальтобетонной дорого. а на разбитой грунтовой дороге потери мощности >1,4-3,2 раза .больше, чей мощность, затрачиваемая на качение. -

Вопросы теории и исследования конструкций мотоциклов рассматривали и развивали Н.В .Арбузов, Н.Б.Баловнев, В.В.Бекмая, Р.В.Бесчастнов, Е.И.Бшшов, Н.А. Бодунов, А.Т.Волков, Ю.А.Врубель, Л.Н.Гродко, Н.В.Диваков, Ю.А.Ечеистов, Е.Л.Кичкин, А.М.Иеруоалшс-кий, С.Ю.Иваницкиа, Б.С.Карманов, В.Т.Кузнецов, О.В.Ковнер, С.И.Корзинкин, Ю.М.Мартыхин, И.Т.Маслов, В.И.Макаров, А.Д.Перво'', В,В,Рогожин, В.И.Рязшщев, В.Ф.-Святненко, В.С.Сологуб, А.Н.Стрельников, О.И.Ткаченко, В.А.Умшшкин, Р.И.Фролов, Н.К.Шаколин, Буз P.P., Даннер М., Дюринг Е., Пачернегг С.,Рёдо~, К., Рох Д., Сейно Т., Спиринг П.Т., Хейп Д., Шарп Р.С.,Янза В. и др.

Выполненные работа посвящены общей методологии проектирования, решению отдельных вопросов теории и конструкции мотоцикла, исследованию влияния некоторых конструктивных параметров на конкретные эксплуатационные показатели и на динамические процео-

сн в агрегатах - в их взаимосвязи. Вопросы оптимизации колебаний подвески мотоцикла рассматриваются в работах Е. И. Блинова, но и в нг: из-за однокритериальной постановки оптимизационной задачи и цршенения упрощепа моделей, динамические процессы в подсистема; рассматриваются изолированно.

Исследования- по колебаниям, вибрациям я моделированию процессов автомобиля, которые выполнили Ы. Д. Агеев, Р.А.Акопян, В.Л.Афанасьев, Ю.Б.Беленький, Ю.Ю.Беленький, Н.Ф.Бочаров, Р.К.Вафин, Н.Я.Говорущенко, Г.Г.Гридасов, А.И.Гришевич, А.Д.Дврбаревдикер, В.П.Жпгарев, Й.Г.Зацерковный, В.А.Иларионов, В.И.Кнороз,В.И.Ко -втошй, С.П.Контанястов, И.А.Девин, А.С.Литвинов, А.А.Ыельшшов, Б.И.Мороасв, А.Н.Иарбуг, И.Г.ПархшювскиЯ, Я.М.Яевзнер, В.А.Пет-русов, А.А.Подукгян, Р.В.Ротенберг, В.М.Семенов, А.А.Силаев, В.Е.Тодьский, И.Н.Успенский, Я.Е.Фаробин, А.К.Фрумкин, Р.И.Фурук-киев, А.А.Хачатуров, И.С.Цитович, В.С.Щушшков, Н.Н.Яценко и другие уче'1ше, упрощает решение задача оптимизации динамических процессов, но ке шгут быть применены к мотоциклам без дополнятель -шх теоретических и экспериментальных исследований. Главная особенность мотоцикла как динамической системы- высокая связан -ноегь колебаний, которая является следствием применения форсированных одно- и двухцилиндровых двигателей, относительно жестких шин, соизмеримости масс человека и машны. Поэтому характеристики агрегатов после установки , их на машину как правило изменяется. Необходима оценка и .контроль динамических характеристик подсистец на всех стадиях проектирования. Применение сложных математических моделей колебаний на заключительной, стации проектирования не позволяет провести достаточно полный анализ всех альтернатив в подсистемах.При проектировании структура и параметры ыадшны известны лишь концептуально, поэтому невозмсено построить расчетную охеуу. Существующие метода динамического расчета сложных конструкций (по подконструшдош, использования "слабых связей",, пони-яенда порядка расчетных моделей и другие) предполагают, что известны характеристики всех подсистем. Создшнсеся полоязние диктует необходимость нового подхода г проблеме оптимального проектирования мотоцикла как связанной динамической системы, который кроме ойдих могло нтов, додкэн -учитывать специфику мотоцикла.

2. -ПР1ШШПШ МЕТОД© СЖГЕЛЮГО АНАЛИЗА

к ттшстл шслвдовашэ иотоцшш

2.1. Мотод докомозпцш! ДПЯСМПЧОСКОЯ СПСТС>™ о априорно неопределенно;! структурой г: параметрам::.

Декомпозиция слаглгой системы означает оЗ разлсиоксе'па болео простые системы (модели), совокупность когорте эквивалентна са -мой система. Под ахазгаалзютостыз понимается достпешаэ црл по -могд совокупности простых слотом тех г.о целой (откликов), что л цолп (отклики) с.чо.т.поГ1 системы. Если вход п отклик слг^шой системы известии и необходимо гкйтд математическое описание системы, то хгссм задачу лдситиТжадтет iroi структурного синтеза ог.стат, ро-полно которой неоднозначно. Если-so структуру сложной chctcwi представить з виде некоторой совокупности простшс систем, поводе— п;тэ которых известно ::з сппсаводаях ra ураяпвияй, то по известному входу г:с.~но отилл; на заданный зхотгиоЗ сши для каждой просто:! систему и все;'! их совокупности. Нсэяска «шишка' совокуп-ксс?я простых слогом л отк&зяа елглой спстстл- ото погрешность-ре~ап:гл задачи ддвйтг5:дацет систслх. Поскольку природа хсслсдуе-.vux процессов по тжоггеа кзвестпа, ío задачу адеяи^евпцшх "езрого место рггтгь путем вокторпой эдепт^шздгог по пе-

стгл.;:;сз. Пусть поз^депио некоторых с;:сте:т, прпяздлозпшх ссзопупяостп,. но згашо оггродзлЗнно. Тогда nao будет пнторосо-зать сцояха пезодеппя, цри которой отхлзш or$'- e.íso? допустзгт4 уровень. ПЬмспояхз кодсбанх: подскстсми (объекта:)1 поело присоединения к ней в 5 точках смехшг подсистем (срздаТ определяется патр;1Ч'Ш"л опораторел Н(Р) разморяоетьэ S-<s . Исдуль элемента Нт кагрдцц II (Р) сокасшаст, зо сколько раз увеличится едшг-туда колебаний точки k сбьехста посла дрцсоедгаюппя среды в точно т , если все осталышо связи объекта свободны,

!и 7= А Акт/! /-л

"кщ '/л/я * Lmr¡x )

где - диагональный элемент матрица Н(Р),

1,1 - соответственно динамические податдивсатл свободного объекта и среды в точка возможной.связи.

Суша модулей элементов т -го столбца матрицы Н(Р) является оценкой увеличения уровня колебаний объекта при подсое-дшю1ши к нему среда в точке т .

Поэтому, 6СЛЕ

iiu^. <2>

k'i

то в модели объекта моает не учитываться характеристика среди, с которой объект соединен в точке т , так как учёт её характеристик приводит к улучшению показателей качества (уменьшению колебаний) объекта. После оптимизационною расчета колебаний объекта А определяются колебания его точек, в которых он в действительности связан со средой, в том числе о подсистемой В , При раочете колебаний ь-д системы В она рассматривается как объект, а подсистема А становится частью окружаидей его среда. Колебания точек подеко-теш А при расчете подсистемы В считаются возмущениями. Исходя из свойств клеточной матрицы, Et совокупности которых приводится матрица козффвцкенгов при частотных характеристиках координат сложной конструкции, вами доказано, что если идентичны, собственные спек"рц подматриц клеточной матрицы и соответствующих подсистем реального объекта, то идентичны такае реакции связей в модели и в реальном объекте. Коэффициенту матрицы Н(Р) по своему смыслу являются относительными податливостяьш сред-" по отношению к объекту в точках их связей и как всякие относительные величины устойчивы к изменению абсолютных податливостей объекта и среда. Следовательно матрицы II(Р) , получению из реально существуодих конструкций и полученные из них условия (2), справедливы и для проектируемых конструкций.

2.2.,2.3. гДетодологаческие аспекты системного

анализа и схемы исследования мотоциклов

Общая схема системного исследования динамических процессов в конструкции мотоцикла (Рш.Т) Jäieer двуединую цель - разработку математических моделей процессов на основе натурных экопери -ментов и на основе разработанного метода декомпозиционного анализа о целью его проверки и обобщения моделей. Исследование проводилось на структурных уровнях мотоцикла, подсистемы и агрегата. В стационарных условиях испытания проводились на барабанном стенде, на стенде с плавным регулированием частоты вращения колончатого вала при неработающем двигателе, на нагрузочных и вибрационных стечдах, Последние использовались для измерения собственных спектров, снятия амплитудно-фазовых частотных характеристик и ди-

> s <4 ?? i ^ 3 fJ- nj 0 У 1 tí S 3 <• "4

I a ^ h ^ ■vi

R 5: ^ Í ? £t а Sf *

< V 1i i VA tÄ ïl 13^ s

if s ¡1

.0 J * г *

e-î t ï Оч * " •еЛ*

Я S Vît •e. \ 5»

ea

Ц

IH

Я

»i tí

t-<

a

3

о «

о f-l

о

а о

о

а

к

о

и о

H

о M о

ä ы

M о

rï

4J

о

M

о

f«

- 12 -

нашмеских податливостей. Для измерения, регистрации, записи и обработки виброакустических сигналов использовались современные приборы и аппаратура, применяемые в ПО "ИЗЛАЕТ.'

Конкретные схе:/>и (Рлс.2,3) определения динамических податли-востей подсистем ьигоцикла вытекает из основного принципа разрабо-таиного метода декомпозиции системен: выделить объект, определить критерии (2) в точках 1,2,3,4 связей со средой (I', 2[ з',4' — -точки, пришадяе~ацие сред§) и последовательным присоединением к объекту части среды найти ту границу, в рамках которой удовлетворяется условие (2) и отодвигать которую дальиа нецелесообразно из-за неоправданного усложнения модели объекта. Такш образом, разработка, динамической модели подсистемы сводится к построению матриц Н(Р)коэффициентов влияния, проверке выполнения условия (2} и идентичнооти собственных спектров модели п ранее иошггшшого реального объекта;

3. РАЗРАБОТКА. ОБОНДЕШШХ МОДЕЛЕЙ ДШАШПЕСКИХ" ПРОЦЕССОВ В КОНСТРУКЦИИ МОТОЦИКЛОВ

Прогнозирование поведения реальных объектов является одыш из вакнейших применений'моделей. Математические модели предстал -ляшт: аналитические системы, отобрачалдиз объест и способные заш-.апь его так, что исследование модели доставляет новую, по имевшуюся до экспериментальной проверки пнфориацшз об объекте. Экспериментирование с моделью реальной систеиы и использование ее для анализа поведения с?:сте:.щ в условиях, которые задаются окспзрпмен-татором, и выбора решения из числа альтеркатшлшк, получаемых ка основе количественной информации и опыта и шггупщш исследователя, • иногда называют шнгацдоши моделированием. Елитационная модель в нашем случае включает математическую модель объекта< набор возмущений и модель обработки количественной информации в фощу, . удобную для анализа оксперикзнтаторсы." Цршепенио разработанного наглы метода дейошгоэищщ ушишае? неоднозначность процесса разработки модели. Учитывая, цели моделирования, в качество объекта приняты установившееся динамические процессы, которые по отношению к неустановившимся процессии являются обобщающим, а по отношению к эксплуатационным показателям- болво информативными.

3,1. Анализ пространства вибрационных состояний и влияния связей на частотные характеристика функциональных подоиотеи.

Вибрационное состояние оценивалось по наиболее высокому

Psoe2.Cxei.ia определения дшашргоских податлив остей рамы а прнсоедшеншх подсвет«.!

Рис.3.Схема определения динамических податливостой трансмиссии и присоединенных подсистем -

уровни вибрации, который обнаруживается при медленной увеличении частоты вращения вала двигателя и скорости мотоцикла на каздой передаче и на различных типах дорог. Проведенные автором наблюдения я исследования колебаний и вибраций более 30 моделей отечественных и зарубежных мотоциклов классов 125-750 см3 различного назначения позволили сделать следущие выводы: качество мотоциклов в основной определяется динамическими процессами в конструкции; основными источниками колебаний и вибраций на частотах до 20 Гц является мыропрофиль, на частотах до 50 Гц- колебания маятника задней подвески, возмущающие трансмиссию, на частотах свыше 20 Гц - силы инещии 1-го и 2-го порядка двигателя! собственный спектр мотоциклов пересекается со спектром возмущений, причем, наиболее высокий уровень колебаний наблвдается в диапазоне до 100 Гц;уровень вибрации мотоциклов клаоса 350 ш3 и более о одноцилиндровым двигателем на частотах выше 80 Гц близок к предельно допустимому уровню воздействия на человека, что тре -бует обязательной виброизоляции точек контакта человека о конструкцией. Анализ собствешшх частот и форд, колебаний показал, что в юнструхции наблвдаются связанные колебания. Преимущественные колебания туловища, головы и рук водителя, происходят на частотах т0~12 и 32-34 1ц, подвесок- на частотах от 2 до 6 Гц, колёс и шин - от 12д> 30 Щ, трансмиссии- от 16 до 51 раж - выше 50 Гц (при упругой подвеске двигателя»- от 23 Гц). Собственные частоты крут*оькых колебаний несущей системы относительно продольной оси составляет 2-5 Гц . Анализ частотных характеристик при прилозашш возбувденияв различных точках показал сильное взаимное влияние передней и задней подвесок , на частотах выше 40 Гц подвеска усиливает вибрации, передаваемые от колео на раму, из-за трения & амортизаторах и ыснтажшх узлах. Колебания маятниковой вилки т частотах 40-60 Гц усиливает угловые колебания двигателя;и траномиссни, то связано с резонансами. Из полученных результатов напрямую следуют однозначные вывода о структуре моделей колебаний подсистем. Для обобщения выводов на широкий класс конструкций были исследованы характеристики изолиро- . ванных подсистем и систем с частичными связями (соответственно схемам на рисунках 2,3 . Это позволило построить матрицы коэффициентов влияния и проверить разработанный метод декомпозиции.. Анализ динамических податливостей. показывает, что при аестксы креплении картер двигателя, являясь по существу стержнем, раш, уменьшает её податливость на порядок по сравнению о ухфугш креп-

лениом. Это оказываар кардинальное влияние на характер колебаний всего мотоцикла, так как при упругом креплении двигателя динамическая податливость раны на низких частотах соизмерила о динамической податливостью пшг. Динамическая податливость подвесок на порядок больше, чем шин, поэтому при установке рамы на подвески в8 динамическая податливость в вертикальном направлении определяет- " ся податливостью подвесок, а в горизонтальном- остаётся преяней. Динамическая податливость трансмиссии достигает максимума на частотах 20-90 Гц, а затем падает а стабилизируется на частотах выше 50 Гц . Угловая динамическая податливость подсисте:.. двигатоль--рама, двигатсль-рама-подвеска и двигатель-рама-подвеска-колеса-шины на 1-2 порядка больше, чем трансмиссии. При упругом креплении двигателя, эта разница увеличивается.

Влияние колебаний а вибраций на тягово-скоростшо показатели реализуется через увеличение сопротивления движения и через снгое-нке мощности двигателя вследствие ухудшения смесеобразования (вспенивание топ~пва в карбвраторе) а перебоез в работе системы заииганпя. При этом всегда увеличивается расход топлива и умень--шается наработка на отказ» Яра двияэшш по разбитой грунтовой дороге 56-68$ всей энергия рассеивается э результате колебаний подвески» шш н тргнсглсспз. Это соответствует увеличению спротив-леная яачошш в 2,25-3,2» раза, а на асфальтобетонных дорог&т-- в 1,13-1,4 раза.

3.2, Обобгцешгэ ввда и структуры математической модели кофогшкла п е§ декошюзшцш ч

Хотя коЕструющг! глотоцтедоз достаточно разьиобразны, число копстружтивнюс схем пезелжко, а зге модели колебаний модно огра -нетпть следуицггп: модель колебаний додепвл пря.яееткем кропления: двигателя, модель колебаний подвески ж ратагнря упругом нреп-ленки дзагагедя, шделв, колебаний трапсашсети." Однако перечисленные модели должны быть достаточно универсальными в отношения возможности изменения геоматршг ж зотрукцпй д точек приложения возмущений. Соотношение задача исследования, п вычислительных возможностей их решения привело нас л выводу^ что мотоцикл долкен быть представлен в виде динамической систеш о сосредоточенными параметрами. Демпфирование в. подвесках считается согласно модели Фогта пропорциональным скорости деформаций, а внутреннее трение в материале- самим деформациям согласно гипотезе Е.С.Сорокина.

Возцущешш представлены сумлой формально независшлшг случайного воклущэния ьгикропрофкдя к гарлонячэскях era шэрдпд двигателя,, Скетеиа уравнений даезеция в комплексной форио ишет вед

ABi* +(< + ¿V?г* = hji} + , (3)

где Z* - вектор комплексных координат; А,В,С- матрицы, инерции, демпфирования и упругости; Г - коэффициент внутреннего трения в материале; h2(i)- функции шшропрофши под передшш и

задним колосом, к,> ГгК- комплексные векторы н матрицы когФ!к-циентов возцуцонпй; комплексный вектор гармонически?;

B02L"V Д. ШЙ.

Действительная О к инимая V части вектора частотных характеристик координат определяются из систош

'С-ыА

где U + iV, L - колесная база, V - скорость мотоцикла, - угловая частота. Спектральные плотности S(iJj и среднеквадратичные значения € находятся о помощью комплексных частотных характеристик (и) по каздсыу воздействию с послодувдш сугашрованиегл спектральных.плотностей отшшкез на каадоо возмущение, ^_!__

S(4 = '%(u)lZ- S^J, € * W>t

гду - спектральная плотность возмущения кикропрофшш,

- ашии; ;а гармонического возмущения двигателя, Ф$(") - частотные характеристика вшеодашх показателей, являющиеся функциями Ф(ш) .

3.3. Матеиатичсекая модель подвески

Качество подвески оценивается вибронагруаэшюстьн раш в точках контакта с ней человека и груза в диапазоне до 22,4 Гц, Следовательно, рама является объектом, а все остальные подсистемы являются средой; с которой рша связана в точках 1,2,4 (Рта.2). Пользуясь дшшшческиш! податливоотяша рш.ш в этих точках и оро-ды (т.е. передней, задней подвесок, тела человека и двигателя), построена матрица коэффициентов влияния и вычислен по формула (2) критерий влияния ореды на частотные характеристикой рш.ш (Рис.4). Из характера кришх в диапазоне до 22,4 Гц следует, что:

к V — 5. ¡Л

V -lQiin(uL) о"; к

(4 )

I) двигатель модно по наделять из подрессоренной массы при жестком креплении и надо выделять при упруги,! креплении; 2) биомеханическая модель человека долшга быть выделена из подрессоренной массы, особенно при мостком кропленая двигателя; 3) передняя ж задняя подвески .^олгхны быть предстаплош в модели отдельно; 4) характеристики трансмиссии не влияют колебания подвески. Эти в ив оды полностью совпадают с результатами экспериментов , но по огноаешго к последит яшшзтея обобгцатимл. Динамическая модель колебаний подвески при яеетком креплении двигателя (Рло.5) содержит точки связи с трансмиссией и ракой. С трансмиссией связь осуществляется через нормальную реакцию колес г порез, поворот маятникового рыпага, а о разой- через точки кропленая подвесок п через сиденье. Молоть позволяет вычислять собственные частоты и Фор.«, ервдпегазддргшгкша- сшгоепдо ускорений па сиденье водителя в диапазоне до 5,6 Гц и до 22,4 Гц , нормальных рэаадвЗ дороги и угла поворота маятника задней подвеекп. Спектральная плотнеетъ ердашат шшропгрофпля представлена шаялтичосдим внразв-нисм. Модель реализовала в виде программ*, позволяющей рассчитывать подвеску при двпяошга по 6 типам дорог о 9 значениями скоростей. Проверка модели в ПО "ВШ" показала, что она адекватна отражает колебания подвесок разных тшов.

3»4. Моделирование колебаний трансмиссии

Трансмиссия как объект моделирования связана со ородой через подаитиийдвягатолп я коробки передач к через подшипник звездочки заднего колоса (Рио.З). Пользуясь динаяпчосдимл по-датливостями игралсмксслл в этих точках и среды ( I) двигателя в системе дазтатоль-рама, двлгатоль-рама-пс.изоскп пял двп™ гатсль-рама-цодвоскп-колеса-пшш, 3) маятниковой вгеякл в спстеио колесочлииа), построена матрица ко5ф1ациепгов влияния п вычислен критерий влияния сродя ла частогзше характеристики тралсштссот (Рис.6). Из графиков следуоп упругость рамы в модели трзншпе-сии гяойко но учитывать (кривая I) , двигатель на упругой, подвеске должен быть выделен из подрессоренной массы (кривая, 2), подвеска и шиш влияет па частотные характеристика трансмиссия и долшш присутствовать в её модели. Эти выводы совпадают с ро ~ эультаташ экспериментов, но от позволяют обобщить их на болът«о число кокструктшмшх схем. Обобщенная динамическая модель трансмиссии (Рис.7) представляет упруго-дисошативную крут ильную систему, вкличогоицш) основные участки трансмиссии, реактивную

ад 2

! 1 .Л

Г"* /I •ч / ч Ч

\' | / ч

* \ - /ч V ■/ т г лс;

•V,

С 20 60 £0 Гц

ну

г

\ %

_ г.

1

^Г4 3 /

ч

*

5

20 40 ВО- Гц

Рис.4. Критерий влияния на частоишз характеристики рана; а) двигателя (I) Хщщ

ша; а) двигателя (I) и тела человека (2) закреплен упруго); б) з иен им, задней подвесок и трансмиссия

! [ Г^™"

1--ЙГл» •

Рис. 5. Динамическая, модель дош исследования колебаний подвески

зу

а)

2 .-J

/ I ■ Ч 1 \

1

2í¡>; 2

Q го ?Э CD . 29 Üj . ' О 10 40 S6 14 Гц

Pec.So Kprrroprá влгяши на-частотою характорпсипса траиаляспя подсястомг о) дппгатоль-рст (I), двягатоль-упртгся подвеска двигателя-раа (2) s • б) даахатоль-рога-подаеска (3)D двигатель-рг^а--п^двосгоь-золеса-сшш (4), глятшгковая вплкаг--нодосо-пяна (5). .

Рлс.7» Динамическая модель трансмиссии

массу двигателя, его подвсску, подрессоренную массу, подвеску, колеса и шиш. Возмущениями являются спектралъше плотности нормальных решсцй дороге, угла поворота маятниковой вилки и гармоники крутящего момента двигателя, которые определяются из расчета подвески и ивдикат рной диагра&ш двигателя. Система уравнений с комплексными коэффициентами шеет вед, аналогичный (3), Решение производится методом комплексных част от шя; характеристик. Частот-ше характеристики моментов в трансмиссии вычисляется через частотные характеристики координат, спектральные плотности е среднеквадратичные значения моментов определяется при помощи известных СООТ1ШСНЕЙ теории стацконаршх случаИшсс процессов. Модель реализована в виде программа, позволяющей рассчитывать собственные частоты, формы и среднлазадратичше моменты на участках трансмяс-сш1 при движении шяощшла по 6 типам дорог о 9 значениями скоростей. Сравнение результатов расчетов с применением модели л акопс-рпмоигов показало, что частотные характеристики п значения собственных частот отличается мснео, чем па 18$.

3.5. Разработка модели дишшгческого расчета раш п уравноззсионностц двигателя

Рама, шс объект цодолировашй» рассматривалась пра коделс-

рованяи колебшпы!' подвеекп в диапазоне частот до 22,4 Гц, однако оэ собственный сасетр ъштошю шцрз, поэтому к критерии влкя-iiïli срадц (Рис.4} надо анализировать в белое шрокш частотном диапазоне. lu р::супка 4 следует, что двигатель дашен быть вцце-лсе несавпсцло от констррсцпа ого крослеши:; характеристики трапс;,иос;ш и тела челоззка (ешло 15 Гц) на влияют на частотные характеристики ремц, а свойства подвески наоборот влшшг па характеристики раш ira всех частотах . Зге вшзодц, как и вывода по подвеске к трансмиссия:, обойдете экспора^оиталышо результата и позволяет вродстшнш, обобщена/» модель динамического р-ао-четп (Рпо.8), которую полно попользовать к дт расчете пэдвоокг при упруго:,! креилешш двигателя,

Коночнозлемо1ш;аа иодеаг дшшлкчеокого расчета pa.ai чаот двигатель, !>:аятш.гковую вилку, породило и ззднш подвеогш, кслеоа п предогавлешшо в вдце стержневых полочных олзмел-

ïOxj; двигатель, облидагеай инерцией поворота,ciaxuau с рамой так, что восмскнь laïuiaïuia рашшчшх конструкций ото крошюшш. Возмущения, доIÎстBYioîiiiio со огорош иодаески, двигателя п трсикшо-ошг, находится аз моделой подвески и трансмиссии. иозцущвгот

ар оел ¡тлорцо возпрггтно-ггостуиательно двияуцнхия а щльдищихоп мясо ирстояшто-лптушюго кезшпздш даигаголя содзрлат пярзчвтдо

».'эхаиясма, a такг.з уточ поклона цмл'УЩра, козф£гд:;ент ур:шиогн«;'.м ноет и угол рг.сг;олст.епгя противовеса коленчатого П'ла. Урзвнпци» ¡пзкзоигл пг.со сторт-тпопсЯ cjictcmi n-íerrr смд

/Í ■/1* Ф (<t*¿Y}3* = Р гдэ fA'aj m¿ , ( i « л,... , ;

полагллвоотоИ; P ~ "вектор вовмуцзииа.

(5)

J1 - кнтршщ

V.-Í,. f*

\ Ml),'.г

i), '

í/Sí

■S2

m- ;

Fv: а,/:

'::г"по<са.'! "Í)'?::^ pe :;

•/7'г-.- А.И. '"■ i?- o:ryv:" г^г^'С! • .-.j-j.t гтп

■ r, . 7 ,,.v . (V-'V ;•■"•;•';{.'. i'fí i' "jT'M ¿-ri-'J •

_>; nj-rr-'T^rrr: л дм^гту Во i;ro[v;¡

я тгT¡T;Л ачгопгп* лор'=гa :u"i;>, Сечи;!'

-■У'чЩ » ^-^[WS]^ ,

ос^сулопкоэ значение Î : v:p: vn 'O;

"ЧГП ""'Г^с;-! П.;

Л;—j - оо ососглопкоэ значение î : v:p: i11 su, ¡-.илил-а

f, .г г/, -,

П"ПП»£ C?j -тгу'". ■¡•■П;'" í Yf ~ ссопг"еН!"1л ВИКТОР, OOOi'BOíOTUV'J «•¡.i 'ij

Частотная характерчстика / -ой форели определяется по формуле •

ф. Пш) = ____1_ .

где " - собственная форма массы /я4- при "олебаниях с собственной частотой Лу , . Частотные характернстяйк координат равны <Р(¡и) — ф,(¿ш)) , а частотные хараеторпо-

' / ■

тики внутренние усилий определятся по формуле

—Е("^(4и,}) • " внутреннее усилие в Л-ох

сечении "' при ] -ой собственной форм§0 Щ'-^у^С^кС^*^) $ В(.. - то хе усилие от единичной статической силыр прккояеиноЗ по I -ой координате, определяемое ез матрицы жёсткости«, Сгакт -раяьная плотность^ обобщенной силы7 эквивалентной калплэйсу возиуцз-ний,равна 5 («4=£ ({. Комплексная обобщенная сита

Р^у.Ф- '*' ° Спектральные плотности координат и внутренних усилий' от всего комплекса возодденжй соответственно равны

, $&(*>) — (^(¿ш!1' $а(«/ о Среднеквадратичные значения коордггнат г внутренних усилий.находятся из выракогай

Модель дишшческого расчета рама бала реализована в ввдб программы, шйюрьщционио ■. связанной с моделями подвески а траио-миссии „ Проверка модели на адекватность при выполнения опытно -конструкторских работ в ПО "КШШ" дала положительные-розультеш» '

4. ДНШЗ ЗАДАЧИ ОШШШШИ ДЩАШНЕШК ПРОЦЮСШ

в консгрш"и ташк

4.1. Роль п и- -то вычислительного экспорЕмэита, сдитсдеоз-ного моделирования и оптимизации дпшаяеслюс процессов в стапоз-. лении конструктивной Форш,

Процесс проектирования реальной систеш не мелет быть формализован и сведен к решению одной задачи едл даде цепочке задач. Наиболее логично к репешт проблема подходить с позиций системного анализа, коцда ЭВМ готовит количественную инфорлащэ* а резонив принимает человек на основе иофорыального анализа подученных рэ- . зультатов оптдизациовшх расчетов и ксыщшисса мезду противоречивши требованиями "к . конструкции. Дня осуществления оптимального проектирования математические модели долины быть дополнена алгоритмами г.лтшизации. Параметры, оптимальные для одних условий (возыу-

*

вдшй), по обязательно опгийальни для других условий. Оптимизация долзаа проводиться для различию? условна двпяонгл, кагрузкя и спорости мотоцикла. Наборы оптимальных параметров, получопнне для различиях условий эксплуатации, служат исходной шгрормацией для принятия ропеппя. Кштацташое иоделироваидэ понимается дал. процесс наблюдения с поисцыо математических и ошутмнзациотзгх моделей за изменением оценочных показателей при- подаче возмуцешй на вход моделя л при изменении зозмуцений и параметров модели ло аеланип экспериментатора. Последовательность расчетов подсистем должна бить тахгоЗ, чтобы: учитшзалось направление передачи колебаний; чйсдо ограниченна на активные параметру других подсистем после приятия решения го дашюй подсистема было мипталыслл; эксплуа -тксгсгашэ показатели шелл приоритет лерод остальными критериями качества подсистем. Автором разработал алгоритм оптимального проектирования носуцей сястему мотоцикла (Рнс.9) , который отвечает этпл требовании!« и позволяет провести системный анализ мотоцикла. На рисунке указали , а в райого обоснована копкрэт'кио параметры, нотернэ доаэдш оптпшкзпроваться на каздом этапа;-се.хнозясь сграни-■-у.тг'-л на послодугдих этапах проектирования,

4,2., 4,3. Анализ мотодоз окгиддзацнп я исследование мно - • яззгва рехеялЗ, близких к оптсиальному, применительно к задаче хсследозапхл колебаний. . _/

3 мадгокряторпадышя задачах оптимизации подсистем мотощцуш гхясматптаского программирования целесообразно использовать уточнения пространства поиска п исследования' допустимых росе-пгтц , о цэдьэ удушения показателей качества за счёт уступок з огрзихтекж ала з отдельных показателях качества. Учитывая внео-«уэ трудоёмкость получеши одной точки пространства проектирования, предпочтптельш поисковое метода . В основу алгоритма исследования пространства параметров проектирования подсистем мотоцикла подо-лшг: метод равномерно распределенных точек (ЛП-поиск), позволяки-5нй! менять з ходе имитационного' эксперимента математическую постановку гяюгокрггориальной задачи баз пересчета точек.

5. ШЕЩ1ЯВЗКАЯ ПОСТАНОВКА И РШШЙЕ ЗАДШ . ОШШЬЯОГО ЛРОЕКГИРСВШЯ МОТСЦША КАК ' ДИНАМИЧЕСКОЙ СШТЕШ "

5.1. Обоснование л исследование целеаих функций подсистем.

Показатели эксплуатационных свойств мотоцикла являются

■i 3

at

ä ?

tí ■=c

1

к

2 <j

«

а t»

S «

Гт»

«ï V

3:

« г Ï § t ъ

ij î! îf

Ч) V

I

<8

я

<¡J

o

v: O

D Э"

3 *

4

L tu

b в

o

и и

а К Рч

яптогрировашшмл величинами, которые зависят по только от характеристик двигателя:, массы малины и во вэродинтжчоских парг-'.отров, ко л от качества подвески, трансмиссии, пан, рапы, горм^аов п т.д. Уменьшение потерь мощности при колебаниях подсистем приводит к улучяэнпя эксплуатационных показатилей. Поэтому среди показателе« качества подсистем выделены т:.::ке, которцо однозначно связаны с эксплуатацпошшмп показателя!.«!. Другую .группу оценочных показателей подсистем составляет их возыущавдее действие на смежные подсистемы. Осталышо показатели (например, динамический ход подвески, углы закручивания цуфх п т.д.) являются цодешнительшаш а считаются функциональными ограничениями, Исходя ни такого распределения приоритетов, подвеска оценивается сродимшадрагвсчшг/л значениями ускорения да сиденье водителя С до 22,4 Гц), нормальных реакций дорога п угла поворота маятниковой вилки задней подвески. Дополнительными критериями являются среднеквадратичные деформации подвесок а сиденья.

Целью оптимизации трансмиссии является минимизация упругих моментов в моторной перэдаче, коробке передач и в колесной передаче, а упругие моменты на шше, в ступице заднего колоса и реактивный момент, передаваемый на корпус двигателя и на рагду, являются дополнительными критериями. При оптимизации рамы критериями яв -дяются собстьхшше частоты, масса л. максимальная амплитуда вибро-перемещенка характерных точек.

Варианты собственных спектров сравнивается по максимальным папрязешшн • при собственных формах, на частотах, примыкающих к частотам гармоник двигателя. Вариант оценивается по максимальному значения критерия в заданном диапазоне скоростей мотоцикла на данном типа дорога отдельно на низшей и на виспой передаче. Целевые Функция подвески плавные, монотонные или с одним экстремумом, !1ацбатьшое влияние на критерии оказывают лесткости подвесок. Цо-деше функции трансмиссии имеют несколько экстремумов. Характерно ешкенив упругих моментов по кинематической цепи от двигателя к зторнчному валу, а затем возрастание до пшны заднего колеса. Влияние яёсткостсй участков неодинаково и неоднозначно. На собстввп-тв частоты и па напряжения и массу рамы решающее влияние оказы -зае™ число га координаты точек крепления двигателя, при этом изгоняется распределение напряжений по евчониям. При проиорционапь-тм изменении моментов инерция сечений стержней распределение нан-нгаешй остается постоянным .

5.2., 5.3. Параметры проектирования, ограничения 1! решение задач оптшального проектирования подсистем

Алгоритмы, основанные на методе Ж-поиска, позволяют менять математическую постановку задачи в ходе вычислительного эксперимента . Конструктор выбирает решение из числа допустимых, удовлетворяю ата заданным ограничениям. Изменяя ограничения, он мояет исследовать варианты близкие к оптимальному. Возможна также автоматическое нахождение вариантов, удовлетворявших всем ограничения^, заданным для каждого типа дорог я передач. На рисунках 10,11,12 приведены алгоритмы оптимизации подвески, трансмиссии и рамы.

6. ПРШНШИЕ СЖТ1Ш ОЕОНЦШНЫХ МОДЕЛЕЙ И ОНГЙШЩШНЫХ

мигодда жсадсвАшй лдошшвзких процессов в додзизте-

Ш ПРИ РАЗРАБОТКЕ МОТЩШСВ

Разработанные математические модели реализованы в виде комплекса програш ЕЗ ЭШ "САПР Мотоцикл" и прошли опытную эксплуатацию при выполнении опытно-конструкторских работ в ПО "ИШАШ", в процессе которых была водтверэдэка адекватность моделей, отработаны вычислительные аспекты а методика постановки оптшгпзацяон-ных задач.' Поламтаяыше результаты прзшевэния моделей вослузшш основанием для разработка автоматизированной сиетеш оггтягаацил конструкций мотоциклов, которая включает нощшеко ^чётных програш, базу данных и прогркаш изучения результатов, роализущие алгоритмы оптимизация подсистем. Систем применяется в ПО "ИЗМАЕ", о сё помощь» было разработа-о 5 моделей мотоциклов "И2", что позволило улучшить качество конструкторских решений за счет отбраковки но~ г^Фектввных вариантов на стадаш проектирования и значительно снизить колебания и вибрации мотоциклов. Б результата оптимизации динашгчэских процессов угленызшга^ь потери мощности на трение црз колебаниях шин, подвесок, трансмиссии и риги, что обзопечихо снижение расхода тошшва црп двшении по 'асфальтобетонному шоссе на 2-3 %, по грунтовым цорогаи- на 0-22$ .

Опыт применения имитационного моделирования и оптимизации конструкций с применением разработанного програгадного комплекса позволил сделать ряд обобщений относятельно типовых конструктив -них решений и выявить типичные ошибки, допускаемые конструктором при проектировании несущей системы, когда в погоне за качеущейся выгодой принимаются такие решения, которые ограничивают или де -лают безуспешными дальнейшие мероприятия по снижению вибраций и улучшили качественных показателей мотоцикла. Б работе сформули-ровр;ш безусловные требования к расположению и креплению двигателе к из^ибной и крутильной жёсткости рамы и всей несущей системы '

о

Ряс. 10. Алгоритм исследования пространства nap¿u.;¿vpüa проектирования подвески

Рис.II. Алгоритм ;;сслодоваш!я пространства параметров 'прооктпроЕалкя трансмиссии

Рис.12. Алгоритм лсслодоттшя пространств^ параметров проектирования ра:ш

мотоцикла, шощне целью обеспечить минимальную связанность колебаний и избегать появления плк ограничит» величину дополнитоль-лнх моментов неуравновешенных сил . Совладение безусловных тробо-ваний к конструкции уменьшает вероятность возникновения носшщал-та и иолселатольшсс динамических эффектов и создает основу для последуидей элективной оптимизации конструкция,

В работе приводится пример оптимального проектирования ¡лото цикла, лллюстрпрукцк.1 возможную схег.!у действий конструктора при использовании предложенных подходов к оптимальному проектировани мотоциклов на основе имитационного моделирования динамических процессов в их конструкциях. Показаны практические возможности нового подхода к проектированию, позволяющего найтк резервы совершенствования конструкций, которые ранее не замечались, я создающего научную основу для разработки мотоциклов с управляемой ходовой частью.

Технико-экономический о|>]«кт от применения новых принципов проектирования мотоциклов образуется в результате улучшения эксплуатационных свойств (тягово-скоростных, топливной экономичности, плавности хода, вибрации, иума л вредных выбросов, ресурс сокращения затрат на устранение ноэйоктгапгых конструкторских рояошй и уменьшения сроков освоения новых мотоциклов. Сокрецо-ние чкела циклов проектгрование-язготовлониэ опытных образцох^ -испытание позволило сократить сроки проектирования приблизитслс по на 20$. Экономический зффзкт от применения полученных езгорсы пауч1шх результатов оценивается приблизительно в 3 кшг.руб. в го,

окуш вшо ш

1. В диссертационной работе решена проблог/л динамического расчета к мюгокрлт оркальноУ оптимизации сложной конструкции с априорно неопределенной структурой к параметра.'®, имеющая вшшое значение для повышения качественных показателей автомототранопор них средств, сокращения сроков и затрат на опытно-конструктороки работа,

2, Разработай метод построения моделей, колебаний цодконст -рукций, явяяэдмхея частью сложной конструкция» структура и параметры которой известны концептуальное Метод позволяет на основании передаточных функций типовых конструкций определять няясшэ» оцош:у уровня колебаний и показателей качества и принимать решение по структуре и параметрам рассматриваемой подсистемы неаави

сто от конструкция смежных подснстом.

3. Системное исследование вибрационного состояния констру. ди;1 мотоциклов, источников и нутоИ породами вибраций, провединноо нь структурных уровнях машины, подсистема и агрегата о целью получения фактического материала для построения моделей, показало, что динамические процессы, сопрова.дающиеся значительными потерями мощности, фактически определят эксплуатационные свойства магашш, вследствие чего .оптимальное управление процессами в конструкты является большим резервом для совершенствования мотоциклов.

4. Исследование характеристик и свяией подсистем подтвердили рабочую гипотезу о возможности декошюзшцш системы о помощью единого критерия связанности подсистем, который молет быть получен

из динамических характеристик реальных конструкций, претил л структурном уровне мгаппш модели динамических процессов оказалось возможным в результате решения задачи идентификации подсистем привести г! единому виду независимо от принципиальной схеиц и параметров машины, что позволило с учетом целей моделирования принять ранение о единствопностл деления неоущей системы на три иодсисто шл подвоски, трансмиссии и подсистег.!у рама-двигатель,

5. Применение единого критерия связанности динамических процессов позволило решить задачу структурного синтаза подсистем

я обосновать выбор моделей с позиции минимальной сложности, а достаточно представительная выборка, вкличешца. болае 30 моделей мотоциклов, дала возможность опродолить параметры, существенно влияющие на динамические процессы в копстртт<щш .

6. Разработан комплекс информационно связанных математических моделей колебаний подвески, трансмиссии, pat.ii ц уравновеиш-вания двигателя, проверка которых при создании II новых мотоци лов "На" показала, что ош адекватно отражают реальные объекты н происходящие в ша процессы. Алгоритмы расчетов, оспсвшшые на т -■¿■одал кимшшношх частотных характеристики, раз юления по глав-1ШМ формам и конечных элементов, обеспечивают блочную структуру вычислительной оистемы, что открывает возможность синтеза опт и -малышх характеристик ходовой части и оптимального управления дн.. ношчосинми процессами в зависимости от условий движения,

7. Разработанный алгоритм оптимального проектирования не ■ сущей системы мотоциклов является целостной и единообразной методикой проектирования мотоцикла, предусматривающей току:) т.с.ю

донателыюсть решения цепочки оптимизационных задач для подсистем» погорая обеспечивает позтвпное формирование констру!шш с опте-малыша протоканяем динамзчесяпх процессов в подсистемах.

Выделены конструктивше параметры, активна влкяыцие одновремзп-по на несколько эксплуатационных показателей, обоснованы приоритеты целей и связанных с ними параметров.

8. Алгоритмы оптимизации подсчетом допускают изменение математической постановки задачи по желанна экспериментатора и позволяют исследовать альтернативные варианты решений, близкие к оптимальному, что отвечает целям оптимального проектирования, так как обсснечгпастся рациональное распределено функции мезду человеком и ЭВМ.

9. На основе комплекса математэтсских моделей и алгоритмов оптимизации создчна автоматизированная система оптимизации конструкций мотоциклов, применение которой при разработке 5 новых моделей мотоциклов "ИГ* позволило улучать качество конструкторских реконла за счёт отбраковки неэффективных вариантов на стадии проектирования и значительно слезить колебания л вибрация мох-одег-лов. В розультаге оптимизации динамических процесса. уизгеьшлге:. потери модности на трение щкг кою банках пик, яодвесок/ трак&зх-сш» к раха, что обоспвчкло улучшение тятово-скоростшк свойств

л еппкенпе расхода топл.^.а.

10. В результате пргг.знения смитадяоиного моделирования и оптимизации конструкции с использованием автоматизированной снстсг^г сформулированы требования п конструкции, безусловноо выполнение которых ирг проектировании гарантирует досппэнсо при оптгмлзоще: ■ паивышнх качествеь.лх показателей.

11. Экономический эфаект от применения полученных автором научных результатов образуется за счет сниаешя. затрат на устранение неэффективных конструкторских решений, уменьшения сроков проектирования, снижения расхода топлива л ориентировочно оценивается

в 3 шт.руб.в год. Работа является научной основой для создания мотоциклов с автоматически управляемыми характеристиками подсистем.

ПО ТИЛЕ ДЖСЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЩИЕ РАБОТЫ:

1. Бара!гак В.П. Динамические нагрузка па цошшо передачи мотоциклов // Механические передачи / под ред. Н.В.Воробьева,--К:евск,1968.- С.68-85 .

2. Баранчик В.П. Об увеличении срока слузбы цепной передачи мотоциклов // Механические передачи / под ред,Н.В.Воробьева,--Йгсевск, 1968,- С.65-67 .

3. Баранчик В.П. Износостойкость втулочво-родлковых цепей мотоциклов //^Механические передачи / под ред,Н.В.Воробьева.-

- .Ьсевск, 1968 .- 0.86-90.

4. Умняшкин В.А., Макаров В.П., Первой А.Д., Баранчик В.П. Прочностной расчет мотоциклетных трансмиссий // Механические по« редачи/ Под ред. Н.В.Воробьева В.Ы.Ястребова.-ИгеЕСК, 1967.- С.91-102.

5. Умняшкин В.А., Панов В.И. .Баранчик В.П. Кинематические особенности работы задней цепной передачи мотоцикла // Мехами.-ческие передачи / Под ред. Н.В.Воробьева,- йкевск,1968,'- С.97-100.

6. Баранчик В.П. .Исследование влияния нагрузки на износ втулочно-роликовых цепей // Известия вузов. Машиностроение

- 1968^-5 1.-0.59-62.

7. Баранчик В.П. Исследование'усталостной прочности допой мотоциклов // Известия вузов.Машшостроение,- 1960.- \Ь 6.- 0.70-73.

8. Баранчик В.П., Умшшкин В.А. Кинематика и динамика задних цепных передач мотоциклов // Ш Всесовз. иаучн.конЛ. по вариаторам и передачам ыбкой связью: Тез.докл.- Одесса, Г960,-

- С.79-80.

9. Баранчик В.П. К вопросу определения работы сил трети в шарнирах приводных цепей мотоциклов // Автомобильная пгюг.вд-ленность,- 1970.- II.- С.16-17.

10. Баранчик В.П. Основы расчета цепных передач мотоциклов на долговечность по износу // Мотовелопроиыгшзнность,- 1971,- I,-.

- С.20-23 .

11. 2ичкпн В.Аз, Баранчик В.П. Теоретическое исследование сепаратора роликового подшпшика нишей головки иатуна // Авто мобильная промышленность.- 1971,- Я 4 С.10-1Г.

12. Баранчик В.П., Ушшккпн В.А. Кипематика п динамика згщ-них цепнше передач мотоциклов // Передаточные механьзш / 'Ъ-н род,В.Ф.Мальцева,Б.А.Прошша.^'Лоскоа, Т971,- ,

13. Рябов Т.К.,Баранчик В.П. Проектирование задней цепной передачи мотоцикла // Мотовел опрошшенность1972,- Я 5.-С.З-10,

14. Рябов Г.К., Баранчик В.П. Экспериментальное исследование динамики задней цепной передачи мотоцикла // Ыотовелопродат-ленность.- 1972.- й 6.- С.18-24.

15. Баранчик В.П., Ничкин Б.А. Исследование вибраций мотоцикла с одноцилиндровым двигателей // Цотовелопромшленность.-1973.-

- В 6.- С.19-25.

16. Баранчик В.П., Кичкпн Е.А. Влияние коэффициента уравновешенности и угла расположения противовеса »а вибрацию мотоцикла о одноцилиндровым двигателем // Мотовелопромшленность.- 1973,- № 4,- С.16-21.

17. Баранчик В.П., Ккчнин Е.А. Оптимальное уравновешивание мотоциклетных одноцилиндровых двигателей // Прокзводственно--техничесяий бюллетень.- 1973.- № I.

18. Баранчик В.П. Влияние вращающихся тсс на разгон мотоцикла // Ыотовелопроыышленность 1975 Н I,- С.9-14 .

19. Баранчик В.П. Оценка уровня и выбор методов снижения вибрации мотоциклов // Мотовелоцромшдленпость .- 1977.- £ 2,-С.5-11

20. Баранчик В.П. Проектирование упругой подвыски мотоциклетного двигателя // Мотовелопроыышленность .- 1977 К 4

- С.5-9.

21. Баранчик В.П. Расчет маховика мотоциклетного двигателя // // Мотовелопромшиенность.- 1977,- № 5,- С.3-6 .

22. Баранчик В.П. Крутильные колебания в трансмиссии мотоциклов // Мотовелопрошшгенносгь 1977,- й 6.- С Л 5-23.

23. Баранчик В.П. Выбор передаточного числа первой передачи-в коробке передач лотоцикла. // Ыотовелопромшиепность.- 1979.- 3 6.- С.II-15.

24. Баранчик В.П.,Моснн С.А. Пагругеннооть дисков муфты сцепления мотоцикла // Мотовелопромшленность .-1981.- И 3,- 15-17.

25. Баранчик В.П. Расчет маховика двигателя из условия допустимого буксования муфгы сцепления мотоцикла // Мотовело -промышленность.- 1981,- й 4.- С.14-19.

26. Баранчик В.П. Оптимальное уравновешивание мотоциклотно-ного длпгпгедя //Мотовелопромшлешюсть 1961,- $ 5.-С.5-И .

27. Баранчик В.П. Исследование влияния нелинейности подвески двигателя, на вибрации мотоцикла // Мотоввлопромышленность.

- 1981,- 4 6.- С,9-15.

28. Баранчик В.П. Влияние скоростной характеристики двигателя на динамику мотоцикла // Мотсвелопромшвлвниость.- 1982,- Я 3,- С. 10-12.

29. Баранчик В.П., Оптимизация колесной цепной передачи мотоцикла // УП Всесоюз.науч.конф. по управляемым и автоматическим механическим приводам н передачам гибкой связыи Тез.докл.-

- Одесса, 1986.- С.271-272 .

30. Баранчик В.П. Оптимальное проектирование мотоциклов // // И Всосовэ.научн.совец. "Динамика и прочность автомобиля " 1-3 октября 1986 г.: Тез .докл..-»Л., 1986.- С.22-23.

31. Баранчик В.П., Коган Я.С. Автоматизированная система оптимизации конструкций мотоциклов // Автоматизированное проекти-рованиа машин, оборудования, приборов и технологических процессов

в машиностроении : Тез.докл .Всесоюз.науькон. 14-16 октября 1986 г.- Устинов, 1986,- С.191-192.

32. Баранчик В.П., Хичкгн Е.А., Коган Я.С. Применение метода ЛП-пояска в плохо формализуемых задачах оптимального проектирования // Математическое и программное обеспечение интегрированных систем САДР-ГАП : Тез.докл. УШ коорднпац. совей;.-Устинов, 198?.-С.110-112.

33. Баранчик В.П., Коган Я.С. Многокритериальная оптимяза-ция трансмиссии самоходной ыашинн // Автоматизированное проектирование элементов трапсмиссий: Тез.докл.науч.семянера.-Шевсд, 1387,- С.93.

34. Баранчик В.П. Математическое моделирование слсшюй дшга-гачесии нагруленяой конструкции в условиях неопределенности

зй структуры /'/' ¡«атомлтичеокоа моделирование в инженерной практике: Тез.докл. зопальной науч.кокф. 4-6 мая 1988 г.- ¡ксвск, £988.- С. 68-69.

35. Баранчик В.П, Поотроеняэ модачей для расчетов колебаний I вибраций пра проектировании сложной конструкции // Вибрация ш зпбродиагностлка, о!роблеш стандартизации: Тез.докл. П Всосогоз. 1Яуч.кокф.- Горький, 1988.- С.54-55 ,

36. Баранчик В.П. Формулировка я решение задачи оптимального 1роектирования мототранспортных средств // Ш Всесоюз.науч1ьсоке;!!. 'Динамика и прочность автомобиля 22-25 ноября 1988 г.: Теа.док.8,•-■ М., 1988.- С.35-36.

37. Баранчик В.П. Динамический расчет конструкции, имеющей неопределенную структуру // Моделирование систем автоматизирова] иого проектирования, автоматизированных систем научных исследоввг ний и гибких автоматизированных производств: Тез.доял.Всесога. ковф. 30 мая-I июня 1989 г.-Тамбов, 1989.-л .106.

38. Баранчик В. П. Оптимизация конструкции неопределенной динамической системы при проектировании // Моделирование систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем научных исследований и гибких автоматизированных производств: Тез.докл. Всесого. конф, 30 мая - I июня 1989 г.- Тамбов, 1989.-C.I07.

39. Баранчик В.П. Построение моделей колебаний подсистем при проектировании сложной конструкция // Науч.конф» Икевокого механического инстута : Тез.докл.- йкевск, 1990 С,197.

40.Баранчик В.П. Оптимизация динамических процессов в конструкции мотоцга. .а // Науч.конф. Икевского механического института Тез.докл.- йкевск, 1990^- С.196 . •

41. A.C. 297525 СССР, МПК B62m II/08. Механизм перекличени передач / В.П.Баранчии, В,А.Коробейников (СССР).-4 о.: ил,

42. A.c. 359439 СССР М. Юг. ГШ 31/04 . Устройство длй оо& дяне1шя двух деталей / В.П.Баранчик , В.А.Коробейников (СССР)—

- 4 е.: ил.

43. A.c. 467845 СССР, М. Кл.ВбОк 17/08 . Коробка передач/ / В.П.Баранчик, В,А.Коробейников (СССР)- 4 е.: ил.

Ооновные научно-исследовательские работы, выполненные под руководством" и при личном участии автора по теме диссертации:

44. Исследор ние вибрации мотоцикла! Отчет о НИР / ПО ИШАШ

- Инв. П 55-56.- Ижевск, 1973 - Г43 с.

* •

45. Выбор маховых масс мотоциклетных двигателей : Отчет о НИР / ПО ИШАШ .- Инв. Ä 54-57 .- йкевск, 1973,- 53 с.

46. Исследование вибрации мотоцикла: Отчет о НИР / ПО ИШАШ

- НГ5-407-73;' А ГР У02675,- йкевск, 1974,- 129 с.

47. Изыскание и исследование перспективных решений для использования в моделях мотоциклов и мотороллеров 1980-1985 г.г.: Отчет о НИР / Тульский машиностроительный завод им. В.М.Рябикова

- Щ 5-404-76j » IT У51536,- Тула, 1978.- 148 с.

, 4.8о1 Разрабооена методики расчета' силовой части шасси я трало-тззопл мотоцикла о пртюябшгсм БВМ (САПР "Мотоцикл") : Отчет о 1ПР / ПО тт НГ5-403-73{]5 ГР У60838;— Изеэся, 1981,™ 00 с.

49. Разработка иэтодшщ расчета силовой части таеои и траяо-етогп мотоцикла о применением ЕБ'Л (САП? ^стопинл") j Отчет О НИР/ ' ТЬеорскиЗ: юзшшческиа. институт.- 113-5-80» JS ГР 80022424; Шз»а 02830003213и~ йаовок, I982.~ 146 с,

50; Проведение пзра^этричесной оптимизации конструкций проен-'irpyеивс кстоцшшов "1.1" о хгогаганашем программ САПР "Иотогшкд"? ¡тчет о НИР / йгевокяй мэханичеонгй институт.- И2-5-83| i Г? 01830024367} Ипэ.Л 02850036061.- йхевсн, IS84.~ 154 с,

51. Разработка я прдаонэнмэ автоматизированной систсш оптея-пщш копструкцяй' мотоциклов : Отчет о НИР ( птюматуточн. ) /

' ШогоккЗ кохаяэтесгяй пнстптут,« К-5-85& J3 ГР01С500Ш50$ Ьз. S 0206003239Э,'«- 162 о.

52. Разработка я применение аягоматизпровшшо?* ссс„"зш1 опт^мл-РЦШ1.КОНОТрЗГВДЯ9 МОТОЦИКЛОВ* Отчет О КИР <3*JUOTS5.) / îfeeBOKK'i лхзттесяЕЙ пнстятут,« Ш-5-85} Л ГР 01850044150?

toi; ii 02870053895¿« 151 О.