Analýza vibrací kardanové hřídele pohonu nákladního automobilu

Jiří Struž

Doctoral thesis

Analysis of Cardan Shaft Vibration of a Truck Drive

Abstract:

Předkládaná disertační práce se zabývá analýzou vibrací kardanové hřídele nákladního automobilu. Téma disertační práce vychází z práce diplomové vypracované na katedře částí a mechanismů strojů v roce 2018. Cílem této práce je zodpovědět některé otázky, které vyvstaly při řešení diplomové práce. Původní zadání mělo za úkol popsat vliv délky kardanové hřídele na projevujících se vibracích. V rámci tohoto šetření byl proveden detailní kinematický rozbor, na který bylo navázáno i v této disertační práci. Byla vysvětlena příčina posunu charakteristik o hodnotu π/2, která při řešení diplomové práce vnášela do výsledků často nejasnosti. Získané vztahy a grafické průběhy byly poté využity při rozboru zatížení kardanové hřídele. Pomocí analytických metod byly stanoveny průběhy točivých momentů napříč celou kardanovou hřídelí, které byly poté ověřovány pomocí metody konečných prvků. V další části se práce věnuje analýze zkoumající podmínky, při kterých dochází k projevům nežádoucích vibracích a také u jakých vozidel se vibrace nejčastěji vyskytly. Mimo to je také věnována pozornost poruchám, které vznikají. Na základě zkušeností pocházející z řešení původní práce byl odvozen vztah popisující závislost úhlů mezi hřídelemi β1 a β2 díky kterému je možné pro danou konfiguraci a zástavbové rozměry najít délku kardanové hřídele při které bude platit β1=β2, popř. jakých úhlu bude při zvolené délce dosaženo. Matematické vztahy stanovené pro výpočet zatížení kardanové hřídele jsou použity při simulaci experimentu, který byl navržen za účelem ověřit vliv kardanové hřídele na projevujících se vibracích. Experiment byl proveden v teoretické rovině pomoci simulace metodou konečných prvků.

Abstract:

The present dissertation deals with the analysis of the vibration of a truck cardan shaft. The topic of the dissertation is based on the thesis developed at the Department of Machine Parts and Mechanisms in 2018. The aim of this thesis is to answer some questions that arose during the thesis. The original assignment was to describe the effect of the length of the cardan shaft on the vibration manifested. As part of this investigation, a detailed kinematic analysis was carried out, which has been followed up in this thesis. The cause of the shift of the characteristics by π/2, which often introduced ambiguity into the results during the dissertation, was explained. The obtained relationships and graphical waveforms were then used in the analysis of the cardan shaft loading. The analytical methods were used to determine the torque waveforms across the entire cardan shaft, which were then verified using the finite element method. In the next part of the thesis, the analysis examines the conditions under which undesirable vibrations are manifested and which vehicles are most likely to experience vibrations. Besides, attention is also paid to the disturbances that arise. On the basis of experience from the original work, a relationship describing the dependence of the angles between the shafts β1 and β2 was derived, thanks to which it is possible to find the length of the cardan shaft at which β1=β2 will be valid for a given configuration and bay dimensions, or what angles will be achieved at the selected length. The mathematical relationships established for the calculation of the cardan shaft load are then used in the simulation of an experiment designed to verify the effect of the cardan shaft on the vibration manifested. The experiment was carried out in the theoretical plane using finite element simulation

Keywords

Vibrace, délka kardanové hřídele, vlastní frekvence, hnací trakt, úhel mezi hřídelemi, nerovnoměrnost chodu, dynamická analýza, zrychlení, Fourierova transformace.

Keywords

Vibration, length of cardan shaft, eigen frequencies (natural frequencies), drivetrain, deflection angle, non-uniformity, transient structural analysis, acceleration, Fourier transform.

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 1. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 5. 4. 2023
• Supervisor: Jiří Havlík
• Reader: Leopold Hrabovský, Slavomír Hrček, Róbert Kohár

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Stavba výrobních strojů a zařízení