Мультидисциплинарные подходы компьютерного инжиниринга к цифровому производству изделий для передачи крутящего момента

Полное название проекта: «Развитие мультидисциплинарных подходов компьютерного и суперкомпьютерного инжиниринга в интересах реализации цифрового производства изделий для передачи крутящего момента без разрыва потока мощности от двигателей к исполнительным механизмам».

Источник финансирования: Министерство образования и науки Российской Федерации (выполнение в 2017–2019 годах проекта по теме «Развитие мультидисциплинарных подходов компьютерного и суперкомпьютерного инжиниринга в интересах реализации цифрового производства изделий для передачи крутящего момента без разрыва потока мощности от двигателей к исполнительным механизмам»). Приоритетное направление: Транспортные и космические системы. Задание: 9.2580.2017/ПЧ.

Получатель субсидии: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» (СПбПУ). Исполнитель: СПбПУ, Инжиниринговый центр «Центр компьютерного инжиниринга» (ИЦ «ЦКИ») СПбПУ. Индустриальный партнер: ООО «Завод Спецтехники».

Цели и задачи проекта

• Развитие подходов компьютерного и суперкомпьютерного инжиниринга для исследования характеристик современных инженерных решений передачи крутящего момента от двигателей к исполнительным механизмам без разрыва потока мощности в условиях высокой нагрузки.
• Апробация разрабатываемых подходов при реализации совместного с промышленным партнером проекта по созданию новой коробки переключения передач для отечественных тракторов пятого тягового класса.

Результаты

Выполнено в 2017 году:

• каскадирование целевых значений, основанное на последовательной детализации требований к изделию от общих до конкретных характеристик компонентов;
• анализ материалов и технологических ограничений индустриального партнера;
• анализ представленных на рынке аналогов разрабатываемого изделия;
• анализ современной научно-технической, нормативной, методической литературы;
• патентные исследования в предметной области;
• разработка функциональной схемы изделия.

Сравнительная характеристика диапазона скоростей тракторов

1. Разработана кинематическая модель изделия с учетом компоновки:

• разработано несколько вариантов кинематических моделей изделия с учетом компоновки;
• проведен предварительный анализ прочности и ресурса всех зубчатых зацеплений, валов и подшипников;
• разработаны гидродинамические и кинематические модели управления элементами включения передач.

Кинематическая модель с учетом компоновки

2. Разработан альбом виртуальных испытаний, в состав которого входят:

• кинематические модели изделия;
• трехмерные компоновочные модели изделия;
• упрощенная кинематическая модель трактора;
• информация о шинах, грунтах, характеристика двигателя, распределение масс по осям трактора, необходимые для проведения виртуальных испытаний;
• методика расчета спектра нагружения;
• трехмерная модель трактора в сборе.

Трехмерная модель трактора в сборе

3. Разработаны рекомендации по выбору материалов и покупных изделий для разрабатываемого изделия.

Выполнены:

• анализ материалов для изготовления основных компонентов изделия с точки зрения стоимости, прочности, доступности и технологических возможностей производства;
• анализ рынка покупных компонентов с точки зрения компоновки, стоимости и доступности.

Разнесенная схема элементов коробки передач

4. Результаты интеллектуальной деятельности:

• проведен полный патентный поиск в предметной области с глубиной поиска 10 лет;
• разработаны новые технические решения;
• поданы заявки на патентую защиту результатов интеллектуальной деятельности.

Выполнено в 2018 году:

• Проектирование элементов изделия с применением simulation-based design и методов многовариантной и структурной оптимизаций конструкции на основании матрицы целей.
• Конструкторская интерпретация результатов оптимизации.
• Построение конечно-элементной модели обновленной полной конфигурации КПП и выполнение и выполнение расчетных проверок разработанной конструкции в конечно-элементной постановке.
• Гидродинамические расчеты потоков технических жидкостей в КПП.
• Оценка уровня вибрационных и акустических колебаний.
• Построение пространственной модели КПП с учетом всех принятых инженерных решений.
• Проведение дополнительных патентных исследований.
• Получен патент №183689.
• Публикация в журнале, индексируемом в базе данных SCOPUS.
• Разработка конструкторской документации для изготовления макета изделия.