Прогнозирование динамической нагруженности трансмиссий транспортных машин. Часть 1

Московский государственный технический университет  
имени Н.Э. Баумана 
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  
ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ  
ТРАНСМИССИЙ  
ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН 
 
Часть 1 
 
Под редакцией Е.Г. Юдина 
 
Рекомендовано Государственным образовательным  
учреждением высшего профессионального образования  
«Московский автомобильно-дорожный государственный  
технический университет (МАДИ)» в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, обучающихся  
по направлению подготовки 190100 «Наземные транспортные 
системы» специальности 190202 «Многоцелевые  
гусеничные и колесные машины» 
 
 
 
 
 
 
 
М о с к в а  
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2 0 1 0  
 

УДК 629.1.02+621.1.032(075.8) 
ББК 39.33-01 
П78 
Рецензенты: Г.О. Котиев, О.А. Наказной 
П78 
 
 
  
 
      Прогнозирование динамической нагруженности трансмиссий транспортных машин : учеб. пособие. — Ч. 1 / В.Б. Держанский, Е.Б. Сарач, И.А. Тараторкин, Е.Г. Юдин ; под ред.  
Е.Г. Юдина. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. — 
63, [1] с. : ил.  
ISBN 9-785-7038-3332-2 
В учебном пособии рассмотрены современные методы прогнозирования динамической нагруженности трансмиссий транспортных 
машин при переходных процессах и установившихся режимах управляемого движения с учетом взаимодействия машины с внешней средой и динамических свойств системы «двигатель — трансмиссия —
корпус».  
Пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся по 
специальности « Многоцелевые гусеничные и колесные машины», 
может быть полезно для аспирантов, научных и инженернотехнических работников, занимающихся исследованием и созданием 
транспортных машин.  
 
 
УДК 629.1.02+621.1.032(075.8) 
ББК 39.33-01 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 9-785-7038-3332-2 
 
 
     © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010 
 

ВВЕДЕНИЕ 
При разработке перспективных многоцелевых транспортных 
машин обычно решается задача повышения их подвижности за счет 
увеличения мощности силовой установки, совершенствования ходовой части, трансмиссии и систем управления движением машины 
при обеспечении необходимой долговечности данных элементов. 
Долговечность элементов современных и перспективных трансмиссий транспортных машин во многом ограничивается их высокой 
динамической нагруженностью. Неравномерность нагрузок вызывает изгибные и крутильные колебания в агрегатах транспортной 
машины, что является серьезной причиной их выхода из строя. 
Для перспективных и модернизируемых транспортных машин 
разрабатываются гидромеханические трансмиссии, так как принято 
считать, что введением гидротрансформатора (активного фильтра 
колебаний на входе и выходе из трансмиссии) можно обеспечить 
требуемый уровень долговечности элементов трансмиссии. 
Результаты теоретических и экспериментальных исследований 
динамической нагруженности гидромеханических трансмиссий 
(ГМТ) гусеничных машин (быстроходных, транспортных повышенной проходимости — лесопромышленных, снегоболотоходов) 
и полноприводных автомобилей с колесной формулой 4×4, 6×6 и 
8×8 показывают, что динамическая нагруженность формируется: 
• режимом движения машины, взаимодействующей с внешней 
средой; 
• динамическими свойствами агрегатов машины, их техническим состоянием и температурным режимом работы при переходных процессах и на установившихся режимах движения машины. 
Таким образом, можно сделать вывод о необходимости проведения глубоких исследований, направленных на снижение динамической нагруженности агрегатов транспортных машин.  
Снижению динамической нагруженности механических приводов посвящены многочисленные научные исследования, в результа 
3 

те которых разработан ряд методов динамического гашения колебаний, возникающих в механическом приводе. Однако до настоящего 
времени проблема ограничения динамической нагруженности 
трансмиссий машин высокой проходимости в условиях интенсивного изменения сопротивления движению машины не решена. Вследствие высокой стоимости современных трансмиссий и дополнительных затрат на их восстановление в течение ресурса машины, 
проблема прогнозирования и снижения динамической нагруженности трансмиссии транспортных машин является актуальной.  
Решения по целенаправленному снижению динамической нагруженности элементов трансмиссии, синтез программы управления переходными процессами в трансмиссии базируются на исследовании динамики процессов системы «машина — водитель — 
внешняя среда». В этой системе водитель выполняет две функции: 
создание упреждающего управления и осуществление обратной 
связи. Ограниченность психофизиологических характеристик водителя и их крайняя нестабильность в процессе движения во многом снижают управляемость машины и, соответственно, возможность реализации ее потенциальных скоростных качеств. 
В пособии рассматриваются методы прогнозирования динамической нагруженности трансмиссии и результаты, полученные в 
ходе исследования: 
• динамики управляемого движения системы «машина — водитель — внешняя среда»; 
• динамических свойств системы «двигатель — трансмиссия — 
машина». 
Исследования динамики управляемого движения перспективных и модернизируемых транспортных машин осуществлялись на 
кафедре «Гусеничные машины» при поддержке грантами Президиума РАН, РФФИ, Министерства образования и науки РФ. 
Учебное пособие может быть использовано при изучении курсов «Методы расчета и проектирование трансмиссий гусеничных 
машин» и «Управление техническими системами» студентами вузов, обучающимися по специальности «Многоцелевые гусеничные 
и колесные машины», и может быть полезным для аспирантов, научных и инженерно-технических работников, занимающихся исследованием и созданием транспортных машин.  
 
 
4 

Глава 1. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ  
ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ ТРАНСМИССИИ 
ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ, ФОРМИРУЕМОЙ  
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ С ВНЕШНЕЙ СРЕДОЙ 
Наиболее эффективным методом прогнозирования динамической нагруженности является математическое моделирование. Для 
описания динамики сложной неоднородной системы переменной 
структуры, взаимодействующей с внешней средой, необходимо 
составить систему дифференциальных уравнений, в том числе в 
частных производных, описывающих процессы при определенной 
совокупности начальных и граничных условий. В свою очередь, 
изменение граничных условий задается своей системой дифференциальных уравнений. Большая размерность системы затрудняет не 
только интегрирование, но и анализ полученных результатов. Разработка упрощенных математических моделей требует экспериментальной оценки корректности основных допущений с последующим уточнением модели. В данном пособии построение 
расчетных схем и упрощенных математических моделей базируется на результатах экспериментального исследования. 
1.1. Экспериментальное исследование  
динамической нагруженности силового блока  
быстроходной гусеничной машины, взаимодействующей  
с внешней средой 
Экспериментальным исследованием динамики управляемого 
движения быстроходной гусеничной машины установлено, что 
значения сил нагружения соединительных валов трансмиссии, 
формируемых параметрами внешней среды и динамическими процессами, в 3–6 раз превышают принимаемые при расчете. Фраг 
5 

мент осциллограммы динамического нагружения соединительных 
валов трансмиссии гусеничной машины (частота вращения вала 
двигателя nдв и момент на входном валу трансмиссии M) приведен 
на рис. 1.1. 
Анализируя рисунок, можно сделать вывод о том, что силы на 
соединительных валах трансмиссии формируются не только сопротивлением грунта и динамикой гусеничного движителя, но и в 
наибольшей степени, динамикой движения машины. С увеличением скорости движения машины эти силы возрастают.  
M, Н м
.
nдв, об/мин
2000
1000
0
t, c
10
20
0
30
40
 
Рис. 1.1. Фрагмент осциллограммы динамического нагружения соединительных валов трансмиссии гусеничной машины: 
1 — частота вращения вала двигателя; 2 — момент на входном валу трансмиссии 
 
Если считать, что при движении машины с определенной скоростью процесс нагружения трансмиссии является стационарным, 
то динамическую нагруженность можно определить по спектральной плотности процесса нагружения S(ν). На рис. 1.2 представлена 
спектральная плотность процесса нагружения соединительных валов трансмиссии гусеничной машины при движении по грунтовой 
дороге со скоростью 30…32 км/ч, полученная с использованием 
компьютерной программы PowerGraph, реализующей алгоритм 
быстрого преобразования Фурье. Анализ спектральной плотности 
процесса нагружения показывает, что в полосе частот 0…100 Гц 
спектр колебаний нагрузок в трансмиссии имеет три ярко выраженных диапазона доминирующих частот: 0,25…0,50 Гц; 1,5…2,5 Гц; 
60…75 Гц. 
 
6 

На основе спектрального анализа динамических сил и фильтрации осуществлена идентификация структурных составляющих 
динамической нагруженности. Анализ процессов движения, формирующих нагруженность соединительных валов трансмиссии 
при движении машины, показывает, что диапазон доминирующих 
частот 0,25…0,50 Гц вызван изменением продольного ускорения 
корпуса машины при движении по грунту; диапазон 1,5…2,5 Гц, 
соответствующий более высоким частотам, — изменением углового ускорения корпуса машины при движении по траектории (процесс увода и рысканья), а диапазон 60…75 Гц — вызван взаимодействием ведущих колес с гусеницами («траковая» частота 
нагружения). 
 
S (n)
, Гц
0,25...0,5
1,5...2,5
60...75
n
 
 
Рис. 1.2. Спектральная плотность процесса нагружения соединительных 
валов трансмиссии гусеничной машины при движении по грунтовой дороге со скоростью 30…32 км/ч: 
1, 2, 3 — диапазоны частот, определяемые ускорениями продольных колебаний 
корпуса, угловых колебаний машины при повороте и зацеплением ведущего колеса с гусеницей соответственно 
 
Вид спектральной плотности процесса нагружения позволяет 
произвести соответствующую фильтрацию и разделение нагрузки 
в соединительных валах на компоненты (рис. 1.3). 
Амплитудные значения ускорения продольных колебаний корпуса машины с ростом скорости движения увеличиваются, а час 
7