на правах рукописи

Воробьёв Вениамин Вениаминович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ

КОНСТРУКЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ

ИНЕРЦИОННО-ФРИКЦИОННОГО АМОРТИЗАТОРА

ПОДВЕСКИ АТС

Специальность 05.05.03 – «Колесные и гусеничные машины»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 2006

Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Рябов Игорь Михайлович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кузнецов Николай Григорьевич, кандидат технических наук, доцент Балакина Екатерина Викторовна.

Ведущее предприятие ООО “Волгоградская машиностроительная компания “Волгоградский тракторный завод””.

Защита состоится «15» декабря 2006г в 1000 ч часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.03 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400131, г. Волгоград, проспект В.И. Ленина, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан 8 ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета В. А. Ожогин

-2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Демпфирующий элемент подвески автомобиля существенно влияет на плавность хода и другие, связанные с ней, эксплуатационные свойства. Тотально применяемый на АТС телескопический гидравлический амортизатор (ГА) за последние 50 лет по структуре практически не изменился.

Проведённые автором исследования и анализ недостатков ГА показывают, что их очень много и их особенность состоит в том, что потенциальные возможности ГА по улучшению виброзащитных свойств подвески АТС практически исчерпаны.

В 1999 году учёные ВолгГТУ И.М. Рябов и В.В. Новиков получили патенты на амортизаторы, которые, в отличие от существующих ГА, создают определённый круг преобразования (рекуперацию) энергии в цикле колебаний подвески АТС. Они получили название инерционно-фрикционные амортизаторы (ИФА). Сравнительные испытания показали, что данный тип амортизатора позволяет получать «идеальную»

АЧХ колебаний подвески и существенно повысить плавность ход АТС, что недоступно при использовании обычного ГА. При этом ИФА представляют собой простые механические конструкции, стоимость которых соизмерима и может быть ниже стоимости производства существующих телескопических амортизаторов.

Однако в работах упомянутых авторов не раскрыты некоторые вопросы функционирования ИФА, в частности, не выявлено, какие из параметров, входящих в ИФА структурных элементов, оказывают определяющее воздействие на функциональные свойства и на габаритно-массовый аспект конструкции;

отсутствуют методики расчёта элементов ИФА. Поскольку именно от исследований данных вопросов во многом зависит применяемость данного типа амортизатора в подвесках АТС, тема диссертации является актуальной.

Цель работы – улучшение конструкционных параметров и структурных схем инерционно-фрикционных амортизаторов и оценка их влияния на виброзащитные свойства подвески АТС.

Задачи исследования 1. Получить экспертную оценку значимости свойств подвески для пользователей серийных легковых автомобилей; на основе сведений из печатных и электронных изданий собрать, проанализировать и классифицировать недостатки, присущие гидравлическому телескопическому амортизатору.

2. Разработать структурные схемы различных ИФА; предложить новые показатели для оценки конструкций ИФА и вывести расчётные зависимости, определяющие функциональность ИФА; провести предварительный расчёт элементов конструкции.

3. Разработать математические модели колебательных систем, имитирующих подвеску АТС, с учётом работы в ней ИФА различных структурных схем.

4. Создать опытные образцы ИФА и разработать методики их испытаний.

5. Провести расчётно-теоретическое исследование колебаний подвески АТС с ИФА и установить характер влияния различных структурных схем и параметров ИФА на её виброзащитные свойства.

6. Провести стендовые и дорожные испытания опытных образцов ИФА.

7. На основе полученных результатов предложить варианты конструкций ИФА с улучшенными параметрами и функциональными свойствами и разработать методики их расчёта.

-3Объекты исследований: экспериментальные ИФА с червячным редуктороммультипликатором и с реечной передачей, автомобиль “Газель” – ГАЗ 2705 с экспериментальным ИФА в задней подвеске.

Научная новизна – выявлены, описаны и впервые классифицированы недостатки телескопического гидравлического амортизатора;

– определены структурные схемы подвески АТС с ИФА, на основе которых можно синтезировать различные конструкции данного амортизатора;

– впервые введены оценочные показатели конструкции ИФА;

– разработаны математические модели подвески АТС с использованием различных ИФА;

– определено влияние структурных элементов ИФА и их параметров на виброзащитные свойства подвески АТС с его применением;

– разработаны методики расчёта различных конструкций ИФА.

Методы исследования. Методы исследования основаны на применении фундаментальных уравнений механики. При решении системы дифференциальных уравнений второго порядка использован численный метод Рунге-Кутта. В экспериментальном исследовании использовались разработанные методики с использованием поверенного оборудования и приборов, в частности, вибрационного анализатора 01022 фирмы “Robotron”(Германия) и универсального вибростенда, аккредитованного для проведения испытаний подвесок АТС при ВолгГТУ.

Достоверность результатов обеспечивается корректностью постановки задачи; обоснованностью используемых в математической модели уравнений и принятых допущений; применением известных математических методов;

использованием фундаментальных уравнений механики, деталей машин, теории подрессоривания. А так же качественной и количественной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Практическую ценность работы представляют:

- прикладная программа для ЭВМ, обеспечивающая возможность целенаправленно го и рационального подбора конструкционных параметров ИФА для любого значения подрессоренной массы;

- разработанные и изготовленные экспериментальные образцы ИФА;

- предложения по размещению ИФА в подвеске АТС;

- техническое решение, направленное на повышение плавности хода АТС, а также уменьшению габаритов и массы конструкции ИФА, на которое подана заявка на изобретение по группе B 60 G 11/26 от 21.04.2006г;

- методики расчета ИФА различных конструкций.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на следующих научно-технических конференциях: межвузовской конференции студентов и молодых учёных Волгограда и Волгоградской области (1999-2005гг);

международной научно-технической конференции «Прогресс транспортных средств и систем»; «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» ( 2003г, г. Тольятти, ТГУ); 49-я международная научно-техническая конференция ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» ( 2005г, Москва, Московский государственный технический университет «МАМИ»).

числе три – в центральной печати.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Структурные схемы ИФА и подвески АТС с ИФА;

2. Математические модели различных конструкций ИФА;

3. Результаты теоретических и экспериментальных исследований ИФА;

4. Разработанные конструкции ИФА с улучшенными параметрами/свойствами;

5. Методики расчёта ИФА и его элементов.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 88 наименований, 17 приложений.

Работа содержит 232 страницы, 25 таблиц и 112 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, сформулированы основные идеи и дана краткая аннотация работы.

В первой главе “АНАЛИЗ РАБОТЫ ДЕМПФИРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА ПОДВЕСКИ СОВРЕМЕННЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ” рассматривается влияние амортизатора подвески на ряд важных эксплуатационных параметров автомобиля. Для оценки значимости демпфирующего элемента подвески автором был проведён опрос среди пользователей серийных легковых автомобилей.

Полученное высокое значение согласия экспертов по заданным вопросам, опредёленное с помощью коэффициента конкордации, показало, что для потребителя важна плавность хода его автомобиля и при этом подавляющее большинство желает улучшить существующий вариант подвески или иметь возможность выбора в данном вопросе.

В подвесках современных автомобилей тотально применяются ГА. Попытки улучшить виброзащитные свойства подвески и плавность хода АТС, представленные в трудах А. А. Дмитриева, А. Д. Дербаремдикера и других, приводят к усложнению конструкции ГА и снижению их надёжности. ГА обладают целым комплексом различных недостатков, но в технической литературе они не систематизированы.

Поэтому после всестороннего изучения была составлена классификация недостатков гидроамортизаторов (рис.1). Анализ показал, что потенциальные возможности ГА практически реализованы и для дальнейшего повышения виброзащитных свойств подвески нужно использовать амортизатор с новой структурой и свойствами. Поэтому проблема создания демпфера, не имеющего названных недостатков и обеспечивающего повышение плавности хода АТС, а также имеющего простую конструкцию, сегодня становится всё значимее.

В данном контексте автором рассмотрены уже известные два варианта конструкций ИФА, представленные в работах учёных И.М. Рябова, В.В. Новикова, К.В. Чернышова и А.С. Горобцова. Первый вариант конструкции ИФА (патент РФ №2142585; рис.2а) был основан на использовании реечной передачи, преобразующей возвратно-поступательное движение штока (рейки) во вращательное движение маховика через фрикционную муфту.

-5НЕДОСТАТКИ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКИХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ АМОРТИЗАТОРОВ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ

деталей амортизатора экологичность однотрубных ГА утилизации ГА Рис.1. Классификация недостатков телескопических ГА б) с передачей винт-гайка исследователями во время стендовых испытаний 3 - фрикционная муфта; получены безгорбовые АЧХ. Это было достигнуто Исследования И.М. Рябова и В.В. Новикова установили, что существует оптимальная зависимость дополнительного момента трения на маховике Мтрдоп от момента трения в муфте Мтр, при которой обеспечивается наилучшее гашение колебаний. Однако она не была реализована в базовых конструкциях. Анализ работ также выявил, что при исследовании ИФА не было обращено внимание на явление скольжения во фрикционной муфте, а именно на то, что с ростом скорости скольжения момент трения во фрикционной муфте снижается вследствие падения коэффициента трения. Остаётся неизученным вопрос о том, как изменение момента трения в муфте ИФА влияет на виброзащитные свойства подвески АТС.

Во второй главе “ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ

ПАРАМЕТРОВ ИФА НА ВИБРОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ПОДВЕСКИ АТС ” на

основе анализа общего устройства и принципов работы ИФА определяются его структурные схемы; определяется, какой из структурных элементов оказывает решающее воздействие на функционирование и на габаритно-массовый аспект конструкции.

ИФА состоят из следующих элементов (рис. 3):

1) механизма преобразования движения (МПД) из поступательного во вращательное; 2) инерционного элемента в виде сцепления, образующей связь между первыми Для преобразования поступательного различные механизмы, которые и определяют варианты конструкций ИФА: а) зубчатое колесо с рейкой; б) передачу винт – гайка; в) редуктормультипликатор с рычагом (зубчатый, червячный, волновой). К МПД предъявляется ряд требований.

Он должен обладать обратимостью, т.е. одинаково функционировать при изменении направления движения (ход сжатия\ход отбоя), оптимальным R rш КПД и достаточной надёжностью. МПД не должен блокироваться, иначе ИФА потеряет возможность рекуперации энергии колебаний.

В качестве варианта муфты сцепления в конструкции используется фрикционная муфта (ФМ). Она не только исключает блокирование подвески при резком наезде колеса на препятствие, инерционного амортизатора но и обеспечивает гашение высокочастотных 1 – маховик: R – радиус колебаний колёс за счёт сухого трения и при этом маховика; 2 – МПД: реечная имеет стабильный момент трения при нагреве, что в передача, rш – радиус валаотличие от ГА обеспечивает стабильность шестерни / hраб – длина демпфирующих свойств ИФА.

части цикла колебаний, накапливает определённую реализующая момент трения кинетическую энергию. Затем на другой части цикла колебаний, когда скорость штока снижается, он замедляет вращение и создаёт активную силу. Он является консервативным звеном и создаёт силы, пропорциональные относительному ускорению, что приводит к снижению частоты собственных колебаний.

Диссипативными звеньями в ИФА являются МПД, обладающий определённым КПД, и фрикционные муфты.

Таким образом, на основании проведённого описания можно выделить общую структурную схему ИФА (рис.4) и шесть частных схем, характеризующих различные конструкции ИФА (рис.5). Пунктирной линией отмечено влияние одного элемента на другой в процессе функционирования. Это влияние носит определённый характер, который устанавливается во время разработки конструкции.

ИНЕРЦИОННЫЙ

неподрессоренная неподрессоренная Влияние на моменты трения через МПД (и наоборот – в случае 5е) позволяет осуществлять их регулировку в зависимости от параметров колебаний:

подрессоренной массы, амплитуды и частоты возмущения.

При разработке математических моделей (ММ) по данным структурным схемам вводятся следующие допущения: движение машины по местности прямолинейно; угол наклона пути машины к горизонтальной плоскости мал и им можно пренебречь; профиль пути под обоими колёсами одной стороны одинаков;

профиль возмущений под правым и левым колесом АТС одинаков; упругая характеристика подвески аппроксимируется линейной зависимостью с постоянной величиной жесткости; трение в элементах подвески учитывается постоянной величиной сухого трения; коэффициент распределения подрессоренных масс равен единице ( y=1).

Суммируя все допущения, берём за основу двухмассовую одноопорную колебательную модель. В качестве расчётного кинематического возмущения используем гармонический профиль, позволяющий получить АЧХ колебаний подвески, характеризующие её виброзащитные свойства.

Расчётная схема подвески АТС с ИФА по структурной схеме, показанной на рисунке 5а, имеет вид, представленный на рисунке 6.

Рис.6. Расчётная схема модели подвески АТС с ИФА Разработанная ММ позволяет использовать в расчёте различные конструкционные схемы ИФА и варьировать параметрами структурных элементов, определять перемещение подрессоренной массы, относительные и абсолютные скорости и ускорения в подвеске АТС в процессе колебаний.

ММ описывается следующей системой дифференциальных уравнений:

Для сравнительной оценки различных конструкции ИФА в диссертации впервые вводятся несколько показателей. Основные из них представлены в таблице.

ход рейки/сошки коэффициент собственных рассчитывать размеры маховика в форме диска, кольца и комбинированной формы для обеспечения гашения колебаний заданной величины подрессоренной массы.

После некоторых математических преобразований для подбора маховика была получена формула, устанавливающая связь между моментом инерции маховика Jм, передаточным отношением iМПД и коэффициентом снижения частоты собственных колебаний K подвески АТС:

где iМПД – передаточное отношение редуктора-мультипликатора (для реечной передачи i = 1), 01 – частота собственных колебаний подрессоренной массы М;

02 – частота собственных колебаний подрессоренной массы при использовании ИФА; M – подрессоренная масса; rIII – плечо действия возмущающей силы (длина рычага/сошки; радиус вала–шестерни для реечного МПД).

С учётом введенных показателей Зная момент инерции, форму и материал, определяются габариты маховика.

В работе разрабатывается вариант ИФА с использованием в качестве МПД трения на маховике за счёт потерь на трение в зацеплении (рис.7). Значение дополнительного момента трения определяется по формуле ( 5 ), использующихся при расчёте червячной передачи: 2 Мтр ~Мтр_зацеп – сила воздействия на привод амортизатора (величина неподрессоренной массы), m – модуль, q – коэффициент диаметра червяка, d1- диаметр червячного колеса, z1- число заходов резьбы червяка, - угол наклона резьбы червяка, - угол трения.

Выявлено, что функционирование ИФА с использованием червячного редуктора возможно при условии, что число заходов винта z1 > 2, что исключает явление самоторможения. Анализ зависимости ( 5 ) показывает, что увеличение Мтрдоп возможно за счёт коэффициента диаметра червяка q.

Разработана методика расчёта оптимальных параметров МПД в виде червячной передачи для использования в ИФА.

- 11 МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ ИФА” описываются методики расчёта АЧХ колебаний подвески АТС с использованием ИФА с помощью ММ и методики экспериментальных исследований опытных конструкций ИФА.

Лабораторные испытания опытных образцов ИФА проводились на универсальном вибростенде, расположенном на кафедре «Автоматические установки» ВолгГТУ. При испытаниях имитировалась подвеска автомобиля, включавшая в ( инерционный элемент ) фрикционный диск подрессоренная масса Рис.8. Общий вид экспериментальной диска сцепления и тормозного барабана в установки для испытаний реечного качестве маховика. Диск сцепления гайкой (рис.8). Эта конструкция имела следующие параметры: rIII – радиус валашестерни – 10 мм, максимально возможный ход рейки до ограничителя – 110 мм, масса маховика – 8,5 кг, максимальный внешний радиус – 150 мм, момент инерции маховика – 0,108 кг·м2.

Целью экспериментов заключалась в получении АЧХ перемещения подрессоренной массы при различных амплитудах кинематического возмущения.

Частота кинематического возмущения ступенчато увеличивается от 0 до 5 Гц, а затем уменьшается. Также ступенчато изменялась амплитуда гармонического возмущения (от 15 до 30 с шагом 5 мм). Частота колебаний определялась пересчётом показаний тахометра, установленного на валу электродвигателя привода с учётом его передаточного числа с точностью 0,1 Гц.

точностью 0,1 мм. Общая подрессоренная масса изменялась от 500 до 1500 кг.

Момент трения, обеспечивающий минимальные амплитуды колебаний в зоне резонанса после испытаний определяется с помощью динамометра с точностью 0,1Н.

Дорожные испытания опытной модели ИФА проводились по асфальтовым и грунтовым дорогам на автомобиле “ГАЗель”– ГАЗ-2705 (версия “Скорая медицинская помощь”), на котором (рис.9) дополнительно к штатным амортизаторам задней подвески между центром балки заднего моста 6 и продольными лонжеронами кузова был установлен первый экспериментальный образец ИФА с червячным редуктором 3. При движении автомобиля конструкция амортизатора позволяла включать и выключать его, сцепления через трос автомобиля в процессе проведения испытаний не изменялось. Техническое состояние автомобиля соответствовало условиям Для регистрации Рис. 9. Опытная конструкция ИФА в задней виброускорений был подвеске автомобиля ”ГАЗель”: 1 – маховик, 2 – использован вибрационный трос системы включения ИФА, 3 – червячный анализатор фирмы “Robotron” редуктор, закреплённый на раме, 4 – кронштейн (Германия). Датчик ускорений крепления шатуна, 5 – шатун ИФА, связанный с устанавливался на сошкой ч/редуктора, 6 – задний мост автомобиля металлической плите по центру лежачего места (носилок) для перевозки больного. Прибором фиксировалось число ускорений, превышающих величину 10 м/с2. В качестве трассы были выбраны:

1) участок асфальтированной дороги через трамвайный переезд; 2) участок разбитой грунтовой дороги длиною около двух километров. Для повышения точности измерений делалось по три заезда на каждом участке дороги в оба направления, на основании которых рассчитывалось среднее значение виброускорений.

Результаты экспериментального исследования приводятся в четвёртой главе.

ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИФА” приведены результаты расчётов на ММ, а так же результаты стендовых и дорожных испытаний опытных 1) реечный МПД; 2) МПД в виде менты ИФА и на конструкцию в целом.

АТС и диапазон возможных/рекомендуемых значений.

Из шести рассматриваемых параметров на функционирование ИФА и виброзащитные свойства подвески АТС главенствующее влияние оказывают:

радиус маховика, передаточное отношение в МПД и момент трения основной муфты.

Кроме того, для конструкции ИФА с муфтой на маховике было установлено явление скольжения, которое присутствует во всем диапазоне частот, но влияние на функционирование наблюдается при высокочастотных колебаниях (рис.10).

Скорость скольжения после 2 Гц возрастает от 3 м/с до 20 м/с (5 Гц) и выше для МПД без передаточного числа. При использовании редуктора-мультипликатора скорость скольжения на среднем радиусе трения фрикционных дисков увеличивается многократно и достигает значений 40 м/с и выше.

Исходя из свойств фрикционных материалов, коэффициент трения в диапазоне скоростей скольжения до 10 м/с уменьшается от 5 до 30%, а в диапазоне свыше 10 м/с падение может составить 50% и выше. Это ведёт к изменению момента трения в муфте ИФА, что негативно отражается на его виброзащитных показателях.

В тоже время анализ свойств различных материалов, применяемых при изготовлении фрикционных дисков, позволяет утверждать, что подобрать необходимый материал, который обеспечил бы реализацию требуемого момента трения и обладал бы минимальными размерами (а также массой) и высокими эксплуатационными свойствами, будет несложно. Проектные расчёты показали, что размеры фрикционных дисков муфты и её масса невелики.

В ходе расчётов было установлено, что с увеличением iМПД происходит уменьшение амплитуды колебаний в зоне резонанса (рис.11); при этом она смещается влево, в область низких частот (с 1,4 до 0,6 Гц), что позволяет говорить дальнейшим увеличением iМПД на АЧХ появляется зона резонанса, продолжительная (2…2,8 Гц), но незначительная по амплитуде.

Расчёты на моделях также показали, что для каждого значения длины рычага l существует определённое значение передаточного числа iпред, после превышения которого дальнейшее снижение значения перемещения в резонансе не происходит, а в зоне высоких частот наблюдается рост АЧХ.

0. 0. 0. 0. 0. 0. Рис. 11. АЧХ перемещений подрессоренной массы М в зависимости от передаточного отношения i в МПД.

Mтр = 39 Нм, l = 0.1м, q = 0,05м, m = 50 кг; М = 1000кг Исходя из расчётов, по формуле ( 4 ), была составлена диаграмма зависимости радиуса маховика от параметров МПД (рис.12), на которой видно, что чем больше длина рычага и меньше передаточное отношение, тем больше радиус маховика.

Поэтому для уменьшения габаритов и массы ИФА в целом необходимо данные параметры выбирать, опираясь на кинематический показатель МПД – Y. Таким образом, использование передаточного отношения в МПД возможно в определенном диапазоне.

одними и теми же параметрами) с использованием ИФА и гидроамортизатора показало, что гидроамортизатор может обеспечить аналогичное демпфирование колебаний только при условии = 0,4 (обычно не превышает 0,25); при этом инерционный амортизатор (в отличие от ГА) позволяет избежать резонанса в области низких частот, что подтверждает его высокие виброзащитные показатели.

Результаты стендовых экспериментов (опытная конструкция ИФА с редуктором) представлены в виде АЧХ перемещения подрессоренного груза (кривые 1, 2 и 3 на рис.13). На графиках видно, что в зоне резонанса амортизатор существенно уменьшает амплитуды перемещений подрессоренной массы за счёт снижения частоты собственных колебаний.

Одной из целей стендовых испытаний являлось получение материалов для проверки достоверности разработанных во второй главе математических моделей работы подвески АТС с ИФА. Проверка адекватности показала, что расхождение находится в пределах от 2,9 до 14,3%, а по абсолютным значениям почти во всем диапазоне составляет 1..2 мм. Полученная сходимость оценок значений параметров АЧХ свидетельствует как о достоверности воспроизведения качественной стороны процесса, так и о правильности принятых допущений.

Дорожные испытания показали, что при проезде трамвайного переезда без подключения испытываемого амортизатора ускорения достигали 11...13 м/с2 при скорости движения 50-55 км/ч (по спидометру автомобиля), а при его включении – 9…10 м/с2 при скорости 55-60 км/ч.

При движении по разбитой асфальтогрунтовой дороге без подключения амортизатора количество ускорений, превысивших 10 м/с2, составило 12…17 при скорости автомобиля 20-30 км/ч, а при его подключении – 8...9 при скорости автомобиля 35-40 км/ч, то есть максимальные и средние величины ускорений

“АНАЛИЗ И СИНТЕЗ

Рис. 14. Конструкция комбинированным реечной передачи. Синтез этих двух условий позволяет получить комбинированный МПД; положение фрикционной муфты до или после МПД также позволяет создавать новые конструкции ИФА.

После описания возможных вариантов конструкций (12шт) приводится анализ диапазон изменения параметров и технологичность/надёжность.

первого отказа.

Результаты сравнения показывают, что комбинированные сравнению с базовыми вариантами.

По количеству набранных Рис. 15. Конструкция (рис.14) получает максимально реечным МПД высокую оценку. А один из самых простых и надёжных вариантов – реечный – получил по трём критериям минимальную оценку, поэтому его применение в подвеске АТС возможно при определённом реечная с внутренним зацеплением, напротив, одна из немногих конструкций, получивших итоговую высокую оценку; столько же баллов набрал и червячно-реечный вариант ИФА (рис. 15).

После детального описания новой конструкции реечного ИФА (рис.16) с внутренним зацеплением маховиков (на которую оформлена заявка на изобретение) Рис. 16. Реечная предлагаются две кинематических схемы для размещения конструкция ИФА с базового реечного ИФА в подвеску АТС. Первая схема комбинированным обозначена как «ножничная», вторая – «качающийся МПД:

треугольник». Смысл обоих вариантов заключается в 1 – реечная передача горизонтальном (окологоризонтальном) расположении 2 – шестерня с ИФА, когда амортизатор повёрнут на 900 относительно внутренним вертикальной оси таким образом, что нижний конец рейки зацеплением по-прежнему связан с неподрессоренной массой (колесом), (редуктор);

а противоположное крепление на корпусе соединено с 3 – маховик (4шт);

АТС и позволяют применять реечный вариант ИФА в подвеске большинства серийных автомобилей типа «ГАЗель».

В заключение работы на основании проведённых исследований и принципов конструирования была предложена методика расчёта конструкций ИФА. Она позволяет целенаправленно рассчитать конструкцию ИФА под заданные условия работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В соответствии с целью и поставленными в работе задачами обобщим полученные результаты.

1. Проведена экспертная оценка, которая показала, что подавляющее большинство пользователей автомобилей желают улучшить существующий вариант подвески или иметь возможность выбора в данном вопросе.

Впервые разработана классификация недостатков гидравлических амортизаторов, согласно которой они делятся на конструкционные, эксплуатационные и функциональные. Системный анализ недостатков ГА позволил определить, что возможности их совершенствования практически исчерпаны.

2. Разработана общая структурная схема ИФА и шесть частных структурных схем подвески АТС с ИФА. Основное различие заключается в расположении муфты и в характере обратных связей. Введены новые показатели для оценки различных ИФА: удельный ход штока, удельный поворот маховика, число оборотов маховика за полный ход рейки/сошки, коэффициент снижения частоты собственных колебаний, кинематический показатель МПД. Получены формулы, которые позволяют рассчитывать размеры маховика с учётом параметров МПД.

Предварительный расчёт показал, что наибольшее влияние на функциональность ИФА и, как следствие, на виброзащитные свойства подвески оказывает радиус маховика, а также параметры МПД.

3. Разработаны математические модели двухмассовой колебательной системы для анализа виброзащитных свойств подвески АТС с использованием ИФА.

Математические модели основаны на предложенных структурных схемах и учитывают влияние зависимости момента трения основной муфты ИФА от скорости скольжения её дисков, а также влияние дополнительной муфты маховика и несимметричность характеристики демпфирования (разные величины момента трения на ходах сжатия и отбоя). Расчёты на динамических моделях подтвердили верность разработанных структурных схем ИФА и принятых допущений при разработке ММ, что было подтверждено достаточной сходимостью результатов с натурными экспериментами.

4. Созданы два опытных образца ИФА и разработаны экспериментальные установки их испытаний, а также методики. На основании опыта создания экспериментальных образцов ИФА, можно сделать вывод, что для производства и технологических особенностей и сложностей.

5. Проведённые на разработанных математических моделях исследования позволили установить характер влияния параметров ИФА, таких как: передаточное отношение в МПД, параметры инерционного элемента, а также момента трения основной и дополнительной фрикционных муфт на виброзащитные свойства подвески АТС.

6. Стендовые испытания опытных конструкций ИФА наглядно показали, что использование в подвеске АТС данного типа демпфера повышает её виброзащитные свойства, т.к. уменьшает амплитуду колебаний подрессоренной массы в зоне резонанса в 1,5 – 2 раза по сравнению с подвеской с гидравлическими амортизаторами.

В ходе дорожных испытаний экспериментального ИФА на автомобиле “ГАЗель” было отмечено улучшение плавности хода автомобиля, поскольку максимальные и средние величины виброускорений в салоне автомобиля уменьшались на 20…30% по сравнению со штатной подвеской.

7. На основании анализа результатов проведённых теоретических и экспериментальных исследований, опираясь на структурные схемы, предложены различные конструкции ИФА, позволяющие устранить недостатки базовых конструкций и тем самым уменьшить массу и габариты ИФА и повысить его надёжность и технологичность.

Предложена общая методика расчёта конструкции ИФА, которая позволяет целенаправленно рассчитать конструкцию ИФА под заданные условия работы.

Основные материалы диссертации опубликованы в ниже перечисленных публикациях:

1. Чернышов К.В., Васильев А.В., Воробьёв В.В., Бурякова М.В. Изыскание способов регулирования амортизаторов // IV Межвузовская конференция студентов и молодых учёных Волгограда и Волгоградской области: Тезисы докладов / Волгоградский государственный технический университет. – Волгоград, 1999. – С. 81– 82.

2. Новиков В.В., Рябов И.М., Чернышов К.В., Быкодоров Д.В., Воробьёв В.В., Галлов А.В. Исследование инерционно-фрикционного амортизатора “СКАРН”// Прогресс транспортных средств и систем: Материалы международной научно-практической конференции Ч.2. / – Волгоград, 1999. – Часть 2. – С. 160 – 161.

3. Воробьев В.В., Лободин Д. А., Мозгунов В. А., Новичков С. А., Новиков В. В., Некрасов А. С. Технические решения по обеспечению плавности хода автомобилей с помощью демпфирования // Тез. докл. юбилейного смотра-конкурса науч., конструкт. и технолог. работ студентов ВолгГТУ. / ВолгГТУ. – Волгоград. – С.71 – 73.

4.*Воробьёв. В.В. Конструкции инерционно-фрикционного амортизатора // сборник «VI межвузовская региональная конференция студентов и молодых учёных Волгограда и Волгоградской области»: тезисы докладов.– Волгоград, 2001. – С.52 – 53.

5. Рябов И.М., Новиков В.В., Чернышов К.В., Воробьев В.В., Галов А.В.

Амортизаторы с рекуперацией энергии в цикле колебаний // Справочник. Инженерный журнал. – М.: Машиностроение, 2001. – №7. – С. 31– 34.

6. Чернышов К.В., Новиков В.В., Рябов И.М., В.В.Воробьев. Результаты исследования математической модели инерционного гасителя колебаний с линейными материалы научно-практической конференции. – Волгоград,. 2002. Часть 2.– С.320 – 323.

7. Воробьёв В.В. Классификация недостатков гидравлических амортизаторов // сборник «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» всероссийская научно-техническая конференция. – Тольятти, ТГУ, 2003. – С 70 – 71.

8. Воробьёв В.В., Данилов С.В. Инерционный амортизатор с трением на маховике // сборник «IХ региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области»:

тезисы докладов. – Волгоград, 2005. – С. 73 – 74.

9. Воробьёв В.В., Данилов С.В. Виброзащитные свойства инерционного амортизатора с несимметричной характеристикой // сборник «IХ региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области»:тезисы докладов.– Волгоград, 2005– С.76–77.

10. Воробьёв В.В., Рябов И.М. Влияние параметром инерционно фрикционного амортизатора на его демпфирующие свойства // материалы 49-ой международной научнотехнической конференции ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров» Москва, МГТУ «МАМИ» Часть1, – С. 49 – 55.

11. Рябов И.М., Новиков В.В., Воробьев В.В., Данилов С.В., Смолянов О.В.

Инерционные амортизаторы со сдающим элементом для подвесок АТС // Грузовик &. – М.: Машиностроение, 2005. – № 4. – С 9 – 10.

12. Воробьев В.В., Рябов И.М., Чернышов К.В., Данилов С.В. Оценка плавности хода автомобиля // Грузовое и пассажирское автохозяйство.– 2005.- № 3.– С 35 – 38.

13. Данилов С.В., Воробьёв В.В. Экспериментальное исследование собственных частот колебаний кузова маршрутного такси // сборник «Х региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области»: тезисы докладов. – Волгоград, 2006.– С.

67 – 68.

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ

ИНЕРЦИОННО-ФРИКЦИОННОГО АМОРТИЗАТОРА

ПОДВЕСКИ АТС

Специальность 05.05.03 – «Колесные и гусеничные машины»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук