Ресурс коробки передач для болидов Формулы-1 с семью ступенями и одной реверсивной передачей должен быть проанализирован для нескольких различных по конфигурации гоночных трасс.
Различные передаточные числа ступеней следуют за конической и цилиндрической передачами. Позднее был встроен цилиндрический дифференциал.
Цель: сравнить различные модификации зубьев для достижения предопределенного ресурса и получения полного аналитического отчета нажатием одной кнопки.
Завершенная коробка передач представлена с ее кинематической схемой для всех семи ступеней вперед и одной реверсивной передачи. Передачи могут меняться (активироваться или деактивироваться), используется процедура накопления повреждений, представленный ресурс для всех механических элементов рассчитан для спектра нагрузок, считываемого из файла.
Коробка передач включает семь ступеней вперед и одну назад, используя цилиндрические косозубые передачи (рис. 1). Реверсивная передача использует дополнительный вал.
Рисунок 1. Структура коробки передач
Кинематика, на которой основан анализ, включает все свойства реальной коробки передач (рис. 2).
Рисунок 2. Кинематическая схема трансмиссии
KISSsys представляет несколько видов модели (рис. 3). Модель структуры показана в древовидной схеме. Здесь отображается то, как различные элементы упорядочены по отношению друг к другу.
Рисунок 3. Вид рабочей области модели
В случае анализа без спектра нагрузок для выбранного момента, скорости, оборотов ресурс считается для всех передач и подшипников. Для этого требуется задать несколько параметров в таблицах:
- Выбранная скорость
- Момент и обороты
- Распределение оборотов в дифференциале
- Смазка, температура и тип смазывания
- Коэффициенты нагрузки и запасы прочности
- Тип анализа подшипников (L10, FAG, ISO 281)
После определения этих параметров производится анализ ресурса. Определение номинальной мощности и выбор активной скорости производятся в диалогах, представленных на рис. 4 и 5 соответственно.
Рисунок 4. Выбор мощности
Рисунок 5. Выбор скорости
Для анализа ресурса со спектром нагрузки кроме параметров, о которых было сказано выше, необходимо выбрать спектр нагрузок. Он хранится в виде массива и может быть представлен графически (рис. 6 и 7). Частота, обороты, выбранная скорость, момент могут быть легко заданы в спектре. Благодаря этой функции имеется возможность симулировать целый гоночный трек.
Рисунок 6. Спектр нагрузок в табличном виде
Рисунок 7. Спектр нагрузок в графическом виде
По результативным нагрузкам на механические элементы (деактивированные скорости не испытывают нагрузок) рассчитывается часть повреждений. Эти части далее суммируется на всех шагах спектра нагрузок.
Расчет повреждений зубьев выполняется согласно DIN 3990, ISO 6336 или AGMA 2001. Анализ подшипников выполняется согласно L10, FAG или ISO 281.
В таблице отображаются результаты расчетов для передач и подшипников (рис. 8).
Рисунок 8. Таблица результатов расчетов
Цель оптимизации коробки передач для гоночных автомобилей – достичь требуемых ресурсов и минимума массы. Так как вес передачи напрямую связан с ее размерами, то ширину колес стараются сделать как можно меньшей.
Используя модель KISSsys, можно сэкономить колоссальное количество времени, так как готовая коробка передач пересчитывается в течение нескольких минут (если используется спектр нагрузок) после модификации, например, формы зубьев.
Также весьма эффективной представляется возможность анализа коробки передач при симуляции поведения болида на различных гоночных трассах. Влияние материалов, формы зубьев или смазки может быть оценено количественно очень быстро.