Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ работы демпфирующего элемента подвески современных транспортных средств 8
1.1. Экспертная оценка значимости свойств подвески для пользователей серийных легковых автомобилей 8
1.2. Недостатки телескопических гидравлических амортизаторов 14
1.2.1. Конструкционные недостатки гидравлического амортизатора 15
1.2.2. Эксплутационные недостатки гидравлического амортизатора 20
1.2.3. Функциональные недостатки гидравлического амортизатора 25
1.3. Направления и тенденции по улучшению виброзащитных характеристик подвесок автомобиля 28
1.3.1. Анализ базовых конструкций инерционно-фрикционных амортизаторов 30
1.4. Цель и задачи исследования 37
ГЛАВА 2. Оценка влияния конструкционных параметров ИФА на виброзащитные свойства подвески АТС 38
2.1. Разработка структурных схем подвески АТС исходя из принципов работы ИФА 38
2.2. Оценочные показатели конструкций ИФА 41
2.3. Определение параметров структурных элементов ИФА 46
2.3.1. Определение формы и размеров инерционного элемента 46
2.3.2. Определение параметров муфты с учётом свойств фрикционных материалов 54
2.3.3. Влияние параметров МПД на структурные элементы ИФА 63
2.4. Особенности расчёта конструкции ИФА с винтовой передачей 70
2.5. Разработка конструкции ИФА с МПД в виде червячного редуктора 74
2.6. Разработка математической модели подвески АТС, включающую ИФА 75
2.6.1. Допущения, принятые при разработке математической модели подвески АТС 76
2.6.2. Обоснование выбора возмущающего профиля 77
2.6.3. Математические модели подвески АТС, с различными конструкциями ИФА 78
2.7. Выводы 86
ГЛАВА 3. Методики экспериментальных исследований ИФА 89
3.1. Методика определения виброзащитных свойств подвески АТС, включающую ИФА в цикле колебаний 89
3.1.2. Методика расчёта скорости скольжения в ФМ ИФА 96
3.2. Методики стендовых испытаний опытных конструкции ИФА 97
3.2.1. Методика стендовых испытания опытной конструкции ИФА с МПД в виде редуктора 97
3.2.2. Методика стендовых испытаний опытной конструкции ИФА с МПД в виде рейки 100
3.3. Методика дорожных испытаний опытной конструкции ИФА 103
3.4. Выводы 105
ГЛАВА4. Расчетно-теоретические и экспериментальные исследования ИФА 106
4.1. Стендовые испытания опытных конструкций ИФА 107
4.1.1. Стендовые испытания опытной конструкции ИФА с МПД в виде редуктора 107
4.1.2. Стендовые испытания опытной конструкции ИФА с МПД в виде рейки 111
4.2. Оценка достоверности математической модели 113
4.3. Влияние конструкционных параметров ИФА на виброзащитные свойства подвески АТС 115
4.3.1. Зависимость виброзащитных свойств подвески АТС от момента трения муфты ИФА 115
4.3.2. Зависимость момента трения от положения муфты в ИФА. Явление скольжения 121
4.3.3. Зависимость виброзащитных свойств подвески АТС
от параметров маховика ИФА 124
4.3.4. Зависимость виброзащитных свойств подвески АТС от параметров МПД 128
4.3.5. Зависимость виброзащитных свойств подвески АТС от параметров МПД и маховика 132
4.3.6. Зависимость виброзащитных свойств подвески АТС от параметров комбинированного МПД 134
4.3.7. Сравнение виброзащитных свойств ИФА и ГА 136
4.4. Определение параметров МПД в виде червячного редуктора и анализ их влияния на свойства ИФА 137
4.5. Дорожные испытания опытной конструкции ИФА 141
4.6. Выводы 142
ГЛАВА 5. Анализ и синтез конструкций ИФА 147
5.1. Комбинированные варианты конструкций ИФА 147
5.2. Методика расчёта МПД в виде червячного редуктора 153
5.2,1. Задняя подвеска грузового автомобиля с использованием червячного ИФА 154
5.3. Реечная конструкция ИФА с внутренним зацеплением 158
5.4. Кинематические схемы подвесок для установки реечного ИФА 165
5.5. Сравнение ИФА по конструкционным критериям 168
5.5.1. Надёжность конструкций ИФА на этапе проектирования 171
5.6. Методика расчёта конструкций ИФА 176
5.7. Выводы 178
Общие выводы 179
Список литературы 182
Приложения 190
- Направления и тенденции по улучшению виброзащитных характеристик подвесок автомобиля
- Математические модели подвески АТС, с различными конструкциями ИФА
- Методика стендовых испытания опытной конструкции ИФА с МПД в виде редуктора
- Зависимость виброзащитных свойств подвески АТС от момента трения муфты ИФА
Введение к работе
Демпфирующий элемент подвески автомобиля, сконструированный в виде телескопического гидравлического амортизатора, за последние 50 лет практически не изменился. Большинство вопросов по гашению вынужденных колебаний кузова автомобиля, то есть параметры виброзащиты (комфорта), связанные с плавностью хода, определяются его функциональными характеристиками.
Несмотря на своё массовое распространение, гидравлический амортизатор ( ГА ) обладает некоторыми недостатками, приводящими к ухудшению виброзащитных свойств подвески. Однако в профильной литературе отсутствует их классификация. К этому следует добавить, что в среде водителей существует чёткое стремление к высокому уровню ездового комфорта. Подавляющее большинство водителей, согласно проведённому в работе опросу, предпочли бы автомобиль с более совершенной подвеской тому, что эксплуатируют в данный момент.
Это говорит о том, что, во-первых, существующий уровень развития виброзащиты подвесок серийных автомобилей не удовлетворяет пользователей; во-вторых, они позитивно реагируют на возможность выбора не только двигателя и трансмиссии, но и подвески своего автомобиля.
Эти выводы хорошо соотносятся с тем, что на автомобильный рынок в последнее время (с 2000 года) зарубежные фирмы-производители стали серийно выпускать модели автомобилей, у которых применяется активная подвеска, виброзащитные свойства которой выше чем у существующих подвесок.
Главным элементом такой подвески стал гидроамортизатор, преобразованный в упруго-демпфирующий модуль, связанный с электронным блоком управления. Однако такой симбиоз значительно усложнил конструкцию подвески в целом, снизил надёжность и увеличил её стоимость.
Другой путь решения указанной проблемы, представленный в научных разработках отечественных учёных, - переход от существующих нерегулируе -5 мых амортизаторов на саморегулируемые, без изменения упругих и направляющих элементов подвески.
В работах учёных И.М. Рябова, В.В. Новикова, К.В. Чернышова, А.С. Го-робцова рассмотрен амортизатор инерционного типа, реализующий принцип рекуперации энергии в цикле колебаний подвески АТС. Авторы утверждают, что данный тип амортизатора по своим виброзащитным свойствам превосходит обычный ГА и при этом имеет простую конструкцию. На основе этого принципа предложены две конструкции, которые получили название инерционно-фрикционных амортизаторов ( ИФА ). Они представляют собой простые механические устройства, поэтому их стоимость соизмерима со стоимостью существующих телескопических амортизаторов. Они не содержат каких-либо элементов электроники и дорогостоящих гидравлических приводов, что определяет малые затраты на их изготовление, установку и эксплуатацию.
В данной работе исследуются принципы работы различных конструкций ИФА, определяются параметры структурных элементов и их влияние на виброзащитные свойства подвески АТС.
Работа состоит из пяти глав.
В первой главе приводится экспертная оценка значимости свойств подвески для пользователей серийных легковых автомобилей, а также рассматривается влияние демпфирующего элемента подвески АТС (амортизатора) на некоторые основные эксплуатационные свойства автомобиля. Проводится анализ недостатков современных ГА, на основе которого приводится их классификация.
Исходя из рассмотренного материала, указываются направления по улучшению виброзащитных характеристик подвески АТС, существующие в настоящее время. В данном контексте рассматриваются уже известные две конструкции ИФА; проведён анализ их свойств, на основе которого обозначены требующие дополнительного исследования направления по созданию более компактных, функциональных и надёжных конструкций ИФА.
Во второй главе, опираясь на анализ устройства базовых конструкций ИФА, определяется его общая структурная схема, на базе которой создаются различные структурные схемы подвесок АТС с ИФА, на основе которых разрабатываются динамические модели подвески АТС с ИФА.
Введены оценочные показатели конструкции ИФА.
В третьей главе разрабатываются методики определения виброзащитных свойств колебательной системы в зависимости от параметров ИФА. Приведено описание установок для экспериментального определения виброзащитных свойств подвески АТС с использованием опытных образцов ИФА.
В четвертой главе излагаются расчётно-теоретические и экспериментальные исследования ИФА. Определяется влияние параметров структурных элементов конструкции на её функциональность в целом, а так же на виброзащитные свойства подвески АТС. Результаты, представленные в виде АЧХ, наглядно иллюстрируют большинство выводов, полученных в ходе исследования ИФА.
Экспериментальные исследования в настоящей работе представлены стендовыми испытаниями опытных конструкций ИФА и дорожными испытаниями одного из опытных образцов.
В пятой главе на основании анализа результатов проведённого исследования предлагаются различные конструкции ИФА с улучшенными, по сравнению с базовыми, свойствами. Проводится сравнение полученных вариантов ИФА по конструкционным критериям, таким как: габариты, масса, технологичность и надёжность.
Приводится методика определения параметров МПД ИФА с одноступенчатым червячным редуктором, позволяющим реализовать эффект дополнительного трения на маховике без дополнительных устройств за счёт потерь в передаче; описание варианта задней подвески для грузового автомобиля с использованием червячного ИФА. Детально описывается новая конструкция реечного ИФА с внутренним зацеплением маховиков; на предложенную конструкцию подана заявка на изобретение.
Разработана методика расчёта ИФА в зависимости от параметров подвески и характера нагружения. В заключение работы даны общие выводы о выполнении задач исследования.
В приложениях к работе представлены: анкеты проведённого опроса среди водителей автомобилей, обзор подвесок серийно выпускаемых автомобилей отечественного производства, описание стенда для испытания шин и элементов подвески автотранспортных средств, расчёт фрикционного механизма ИФА (и других параметров и элементов конструкции, в частности определение параметров конструкции ИФА с ШВП), ЗО-изображения новых конструкций ИФА.
Проведённые исследования показали, что подвеска АТС с использованием улучшенных конструкций ИФА обладает высокими виброзащитными свойствами; разработанные варианты применения ИФА и методики определения параметров его структурных элементов позволяют создавать ИФА для различных подвесок современных АТС; это позволяет улучшить уровень существующих систем подрессоривания путём простой замены гидроамортизаторов на ИФА.
Автор глубоко признателен своему научному руководителю - д.т.н., профессору Рябову Игорю Михайловичу, который предоставил возможность заниматься интересным научным и полезным на практике исследованием вопроса повышения плавности хода автомобиля, быть продолжателем традиций конструкторской школы подрессоривания при ВолгГТУ, что не только почётно, но и весьма ответственно.
Автор пользуется случаем, чтобы поблагодарить друзей и коллег, содействовавших написанию диссертации, которые помогли многими полезными советами, вселили понимание и уверенность в значимости выполненной работы, в особенности, к.т.н. Константина Чернышова за участие в разработке математического аппарата диссертации и создании прикладной программы расчёта.
Автор рад продолжающемуся сотрудничеству с доцентом кафедры «АУ» к.т.н. В.В. Новиковым, который оказал практическое содействие в организации и подготовке лабораторных экспериментов опытных образцов ИФА.
Автор адресует слова благодарности работникам кафедры «Автомобильные перевозки» во главе с заведующим кафедрой д.т.н., профессором В.А. Гудковым за конструктивные замечания.
Направления и тенденции по улучшению виброзащитных характеристик подвесок автомобиля
Недостатком большинства существующих амортизаторов является то, что сила сопротивления зависит только от скорости штока и не зависит от перемещения. Между тем желательно, чтобы в случае малых перемещений (до 5 мм) работал только упругий элемент с малым трением; при этом движение автомобиля осуществляется по дороге с неровностями небольшой глубины, что не может вызвать раскачивание кузова, а возбуждает лишь высокочастотные колебания. При значительных перемещениях во избежание пробоя подвески необходимо увеличить неупругое сопротивление амортизатора. При нелинейной упругой характеристике подвески сопротивление амортизатора также должно изменяться вместе с жесткостью подвески. Однако такими свойствами ГА пока не обладают.
Сегодня повсеместное распространение получили ГА двустороннего действия с калиброванными отверстиями, обеспечивающими нелинейную (прогрессивную) и несимметричную характеристику на начальных участках.
Из-за несимметричности характеристик применяемых ГА при гармоничном или близком к нему возмущающем вибрационном воздействии объект виброзащиты опускается ниже положения нейтрального статического равновесия. Такое явление в транспортных машинах нежелательно, так как приводит к ухудшению обзорности и повышению вероятности пробоя подвески [5].
Квадратичная зависимость усилия от скорости штока всех амортизаторов приводит к значительному увеличению времени переходного процесса колебаний подвески. При относительно небольших амплитудах время затухания колебаний некоторых серийно устанавливаемых подвесок достигает 2.. .3 с [83].
Следовательно, резкие перемещения колеса вызывают значительное возрастание сопротивления амортизатора. Это приводит как к увеличению нагрузки на детали самого амортизатора, так и к передаче динамических воздействий на корпус. В то же время существенной пользы в гашении колебаний эти пиковые сопротивления принести не могут [83].
При анализе осциллограмм вынужденных гармонических колебаний подвески при кинематическом возбуждении было выявлено, что в цикле колебаний есть две зоны, в которых ГА не тормозит, а разгоняет подрессоренную массу, так как в этих зонах действие силы сопротивления направлено в сторону движения подрессоренной массы. Эти зоны характеризуются совпадением направления действия силы со стороны демпфера на подрессоренную массу с направлением движения массы.
Это возможно при совпадении направлений движения подрессоренной массы и возмущающего основания и при условии, что скорость перемещения возмущающего основания больше по абсолютному значению скорости перемещения подрессоренной массы. Начало каждой зоны соответствует моменту изменения направления движения массы, а конец - моменту изменения направления деформации подвески (рис.1.10). Причиной возникновения зон неэффективной работы амортизатора является сдвиг фаз /? между колебаниями массы и относительными колебаниями подвески. Ширина неэффективной зоны зависит от величины относительного коэффициента затухания ц/ и относительной частоты возмущения. Ширина неэффективной зоны в области применяемых для АТС значений относительного коэффициента затухания (у/ = 0,2-0,4) превышает четверть периода колебаний, Таким образом, работа амортизатора за цикл колебаний частично направлена на гашение колебаний, а частично - на их увеличение [80]. На основании выше представленной информации можно утверждать, что демпфирующий элемент подвески оказывает влияние на многие эксплуатационные свойства автомобиля, такие как тягово-скоростные, тормозные, топливная экономичность, управляемость, устойчивость, плавность хода. Широко распространённый тип демпфера - гидравлический амортизатор имеет множество недостатков, над устранением которых работают многие исследователи. Ведущие производители гидравлических амортизаторов стараются в своих последних моделях избежать выявленных недостатков, но при этом конструкция амортизатора значительно усложняется. Основным недостатком простых пассивных виброзащитных систем с ГА является противоречие между качеством виброзащиты в зарезонансной и резонансной областях частот возмущающего воздействия. Если сопротивление демпфера мало, то в области зарезонансных частот имеет место отличная виброзащита, но в области резонансных частот амплитуда вынужденных колебаний объекта виброзащиты значительно превышает амплитуду колебаний возмущающего основания. Увеличение сопротивления демпфера с целью снижения амплитуды колебаний объекта виброзащиты в области резонанса приводит к ухудшению виброзащитных свойств системы виброзащиты в зарезонансной области. В настоящее время можно выделить три основных направления, по которым идёт совершенствование подвески АТС: 1. Разработка активной подвески, содержащей элементы (пневматические, гидравлические или электрические), к которым подводится энергия. 2. Оптимизация параметров подвески на пассивных (не требующих подвода энергии) элементах для заданного диапазона условий эксплуатации. 3. Создание подвески на пассивных упругих и демпфирующих элементах с регулируемыми характеристиками [68]. Каждый из путей имеет своих приверженцев и используется в тех или иных отраслях конструирования транспортных средств. Проблема создания демпфера, не имеющего названных недостатков и обеспечивающего требуемую плавность хода АТС, а также имеющего простую конструкцию, сегодня становится всё значимее, В работах учёных И.М. Рябова, В.В. Новикова, К.В. Чернышева, А.С. Го-робцова представлен амортизатор инерционного типа, реализующий принцип рекуперации энергии в цикле колебаний подвески АТС. Авторы утверждают, что данный тип амортизатора по своим виброзащитным свойствам превосходит обычный ГА и при этом имеет простую конструкцию. Его нельзя отнести к пассивным демпферам, так как он содержит активный инерционный элемент (маховик), накапливающий и отдающий энергию в каждом цикле колебаний подвески. С другой стороны, к нему не подводиться энергия извне, то есть можно утверждать, что это демпфер нового поколения с активным внутренним звеном.
Математические модели подвески АТС, с различными конструкциями ИФА
Определенно, что наибольшее влияние на габариты ИФА оказывает радиус маховика R, что использование в МПД повышающего передаточного отношения імпд позволяет значительно уменьшить размер маховика, сохранив при этом высокие демпфирующие показатели ИФА. Таким образом, использование в конструкции ИФА МПД в виде редуктора-мультипликатора позволяет легко адаптировать конструкцию к подвеске большинства АТС,
Разработана методика определения параметров фрикционного механизма. Даны рекомендации по использованию фрикционных материалов. Проведено дополнительное исследование винтового ИФА, Определены возможные значения КПД и іМПд шариковинтового МПД. Расчёт МПД конструкции дополнен проверкой на динамическую устойчивость. 6. Разработана расчётная схема и проведён вывод формул для определения параметров МПД в виде червячного одноступенчатого редуктора мультипликатора, реализующего эффект дополнительного трения Мтрдоп на маховике. 7. Разработаны математические модели для анализа виброзащитных свойств подвески АТС с использованием ИФА, которые основаны на предложенных структурных схемах. 8. В ходе исследования были выявлены вопросы, требующие отдельного теоретического изучения. Интересным и важным направлением дальнейших исследований является решение проблемы регулировки характеристики ИФА с помощью двух инерционных элементов в амортизаторе или изменения момента трения муфты на противоположных ходах подвески; создание новых систем кинематики звеньев для встраивания ИФА в подвеску АТС; объединение/комбинирование базовых вариантов ИФА. В третьей главе разрабатываются методики определения виброзащитных свойств колебательной системы в зависимости от параметров ИФА. Приводятся разработанные методики и установки для экспериментального определения виброзащитных свойств подвески АТС с использованием опытных образцов ИФА.
В соответствии с задачами исследования необходимо определить показатели, которые дают представления об эффективности системы виброзащиты. В настоящее время принято оценивать плавность хода автомобиля трёхуровневой шкалой значений вертикальных виброускорений от частоты воздействия на организм человека в зоне вибрации [12.1.012-78]. Назначение же амортизаторов подвески АТС заключается преимущественно в гашении вертикальных и продольных колебаний подрессоренных масс (кузова), которые возникают и происходят при движении практически непрерывно. Поэтому оценки эффективности виброзащитных свойств подвески упрощают и основывают на измерениях (расчётах) вертикальных и горизонтальных (продольных и поперечных) колебаний в характерных точках машин (в частности на рабочих и пассажирских местах) [26].
При исследовании влияния параметров нелинейного сопротивления и определении гасящих свойств систем подвески рекомендуется рассматривать амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) системы [26].
Таким образом, АЧХ является универсальной характеристикой, позволяющей анализировать процесс колебания системы по различным параметрам: перемещению, скорости и ускорению в любом диапазоне частот.
Решение систем дифференциальных уравнений (2.87), (2.88), (2.89) проводилось численным методом Рунге-Кутта четвёртого порядка. Для его использования была составлена программа вычисления с помощью ЭВМ на языке Turbo Pascal (рис.3.la).
После ввода всех необходимых условий эксперимента, задается частота вынужденных колебаний. Решение изображается графически на дисплее ЭВМ и представляет собой совокупность различных кривых (рис 3.16), соответствующих определённым (искомым) параметрам исследований, которые отображают процесс колебаний во времени (то есть, в динамике).
Опишем методику расчёта полученных результатов на примере определения влияния на виброзащитные свойства подвески одного из параметров ИФА.
Определим наиболее эффективный вариант гашения колебаний при заданном кинематическом возмущении q, изменяя значение момента трения. Для заданных параметров (рис. 3.2), которые в ходе эксперимента остаются постоянными, изменяем величину момента трения в муфте в диапазоне 5...30Ям с шагом I Им. Нижняя граница диапазона (минимальная граница) определяется величиной допустимого резонанса (не более 0,5 м), верхняя - отсут-ствием\прекращением изменений в характере АЧХ. Для каждого значения M-pp строим АЧХ, исходя из полученных расчётных значений (рис. 3.3 и 3.4).
Методика стендовых испытания опытной конструкции ИФА с МПД в виде редуктора
В четвертой главе изложены расчётно-теоретические и экспериментальные исследования ИФА. Определяется влияние параметров структурных элементов конструкции на её функциональность в целом, а также на виброзащитные свойства подвески АТС в цикле колебаний.
Функционирование всего амортизатора зависит от свойств его основных элементов; габариты и масса конструкции - от размеров входящих в него элементов. При производстве и конструировании важно знать, какой из структурных элементов будет определять основные размеры ИФА и каким образом его характеристики влияют на другие элементы конструкции.
Расчёты проводились с учётом полученных ранее (Глава_2) формул и методик (Глава_3). Расчёты представлены в приложении к диссертации (расчёт фрикционного механизма ИФА (включая расчёт пружины) -приложение 7; влияние материала на массу маховика ИФА - в приложении 8; влияние передаточного отношения МПД на величину внешнего радиуса маховика - приложение 9; определение параметров конструкции ИФА с винтовой передачей - приложение 10).
Результаты, полученные с использованием математической модели, отражают характер влияния параметров структурных элементов ИФА на виброзащитные свойства подвески АТС. Представленные в виде АЧХ, они наглядно иллюстрируют большинство выводов, полученных в ходе исследования ИФА.
Экспериментальные исследования в настоящей работе представлены стендовыми испытаниями опытных конструкций ИФА и дорожными испытаниями одного их опытных образцов. Стендовые испытания преследовали следующие цели: 1) получить АЧХ колебательной модели, имитирующую подвеску АТС с экспериментальной конструкцией ИФА для анализа её (подвески) виброзащитных свойств; 2) убедиться в работоспособности опытной конструкции для последующих дорожных испытаний; 3) получить данные для проверки достоверности разработанной во второй главе (Глава_2, п.2.6.3) математической модели подвески АТС с инерционно-фрикционным амортизатором. Результаты стендовых испытаний, в процессе проведения которых изменялись параметры ИФА, а также режимы нагружения, имитирующие подвеску автомобиля в цикле колебаний, были использованы при сравнительной оценке с результатами математической модели подвески автомобиля, имеющей аналогичные исходные данные. 4.1.1. Стендовые испытания опытной конструкции ИФА с МПД в виде редуктора Лабораторные испытания позволяют визуально наблюдать происходящий процесс. Было отмечено, что колебания подвижной рамы (рис.3.8) при работе ИФА были весьма незначительными во всём режиме нагружения, что доказывает эффективность работы данного демпфера. В ходе испытаний было замечено, что с увеличением прижимной силы пружины 5 ( для этого закручиваем гайку 6, рис.3.7), то есть с увеличением момента трения фрикционной муфты, вертикальные перемещения рамы (подрессоренной массы) уменьшаются. Во время работы были слышны чёткие стуки в муфте амортизатора, соответствующие моментам изменения направления движения линейного возмущения. Предполагается, что данное явление сильно проявилось лишь в данной (несовершенной, с конструкторской точки зрения) опытной конструкции ИФА. Результаты непосредственных измерений приведены в приложении 6. Для дальнейшего анализа данных, полученных в ходе стендовых испытаний, необходимо их преобразование. Для этого пересчитываются показания тахометра с учётом параметров режима работы стенда кпп х і РЕМ передаточное число привода, кпп = 3-25 - передаточное число КПП в режиме 2-й скорости1; РЕМ -3 - передаточное число ременной передачи Результаты пересчёта экспериментальных данных представлены в таблице 4.1. По этим данным построены графики АЧХ вертикальных перемещений подрессоренной массы, приведенные на рисунке 4.1. Из графиков видно, что в зоне резонанса амортизатор существенно уменьшает амплитуды колебаний подрессоренной массы, обеспечивая при малых амплитудах кинематического возмущения коэффициент передачи меньше единицы (кривые 1 и 2 рис.4.16). В зарезонансной зоне АЧХ при различном кинематическом возмущении ( кривые 1, 2 и 3 ) практически совпадают между собой и незначительно превышают колебания массы без демпфирования (кривая 4). Увеличение колебаний в дорезонансной зоне связано с появлением дополнительного резонанса в связи с увеличением приведенной подрессоренной массы за счёт инерционности маховика.
Рост кривой АЧХ после своего минимума в резонансе обусловлен определёнными обстоятельствами. С увеличением частоты колебаний происходит частое изменение направления движения. Из-за достаточного сопротивления в амортизаторе фрикционная муфта начинает работать в режиме проскальзывания, спасая конструкцию от поломки, а подвеску - от блокирования. Но при этом гашение колебаний осуществляется за счёт сухого трения в муфте. Величина силы трения в муфте амортизатора весьма незначительна, следовательно, демпфирование колебаний ослабевает, что и отражается на росте кривой АЧХ.
Более того, именно данная конструкция значительно способствовала появлению второго горба кривых АЧХ. В данной конструкции муфта находилась на быстроходном валу редуктора, что приводило к её более частому проскальзыванию, а значит - к ухудшению демпфирующих возможностей амортизатора.
Зависимость виброзащитных свойств подвески АТС от момента трения муфты ИФА
Пружина сжатия 8 прижимается гайкой 20, имеющей общую ось с валом 12. Гайка 20 дополнительно фиксируется контргайкой 7. Для предотвращения загрязнения резьбы и для защиты от коррозии указанные элементы закрываются крышкой-колпачком 19.
Часть корпуса 1, где установлен червяк, частично заполняется маслом, необходимым для надёжной работы червячной передачи Предлагаемая подвеска работает следующим образом. Во время движения транспортного средства при наезде колеса 24 на неровность дороги рычаг 22, соединенный с задним мостом, перемещается в вертикальной плоскости относительно рамы 26 и вращает рычаг 15 относительно корпуса 1. Рычаг 15 вращает вал 12; при этом вращаются фрикционные шайбы 16 и 18 и закручивается торсион 3. Отметим основные моменты, заложенные в данную конструкцию подвески АТС с использованием ИФА. Использование ИФА с МПД в виде червячного редуктора позволило реализовать эффект торможения вращающегося маховика, при этом не вводя никаких дополнительных устройств, то есть позволило улучшить функциональные свойства демпфирующего элемента подвески и одновременно получить простую и удобную в эксплуатации конструкцию. Кроме того, применение двух муфт между МПД и маховиком характеризует эволюционное новшество, позволяющее получить для ИФА несимметричную характеристику демпфирования (структурная схема на рис.2.2е). Обгонная муфта 10 при сжатии прокручивается, то есть усилие демпфирования меньше, чем при обратном ходе - ходе сжатия, когда две муфты работают вместе (через фрикционные шайбы 18 и 16) и тем самым увеличивают момент трения и, следовательно, усилие демпфирования ИФА. Как отмечалось ранее, конструкции ИФА легко вписываются в существующие типы подвесок и данный пример - тому подтверждение. Схожая подвеска применяется на самосвалах МАЗ 55102, но без какого-либо демпфирующего элемента. Установка в существующую подвеску ИФА происходит столь гармонично, что при этом образуется механическая связь демпфирующего элемента и стабилизатора поперечной устойчивости. Более того, если конец рычага 22 опереть на упругий элемент (рессору 25), то вследствие закручивания торсиона усилие демпфирования ИФА будет изменяться в зависимости от полной массы АТС. Таким образом, предлагаемая подвеска обеспечивает более высокие виброзащитные свойства (по сравнению с прототипом) при различных амплитудах кинематического возмущения и массе транспортного средства, что крайне трудно выполнить в случае применения ГА. Некоторые решения, используемые в данной конструкции, подробно описываются в п.5.3 и имеют аналогичное назначение и принцип работы. Автором совместно с И.М. Рябовым и К.В. Чернышевым, опираясь на результаты проведённых исследований, была предложена усовершенствованная конструкция базового реечного ИФА, в которой обеспечивается торможение инерционного элемента (маховика) относительно корпуса, а также заданное соотношение между моментами основной и дополнительной фрикционных муфт при автоматической регулировке этих моментов по величине в зависимости от изменения амплитуды колебаний и нагрузки на подвеску транспортного средства. При этом за счет новой структуры амортизатора, уменьшаются габариты и масса относительно базового варианта. На рисунке 5.5 изображен основной вид предлагаемого амортизатора, продольный разрез (цветное изображение представлено в Приложении 13). Амортизатор содержит механическую передачу, выполненную в виде инерционного механизма, расположенного в корпусе 1 и соединенного с верхней опорой 20, вал 8 с шестерней 15, установленный в корпусе с возможностью осевого перемещения, и зубчатую рейку 14, взаимодействующую с шестерней 15 вала 8 и соединенную с нижней опорой 13. Зубья рейки 14 и шестерни 15 расположены под некоторым углом и образуют косозубую передачу. На валу 8, с возможностью относительного вращения и перемещения вдоль оси, установлена дополнительная шестерня 2, с двух сторон которой размещены диски и шайбы фрикционных муфт.
Первый диск 5 жестко связан с валом 8 (возможно изготовление заодно с валом), а второй - 18 установлен подвижно в осевом направлении, на шлицах вала 8. Дополнительная шестерня 2 образует внутренние зацепление с шестернями 3 маховиков 4, смонтированных в крышке 10 корпуса 1. Шестерня 7 обладает размерами, которые позволяют ей также выполнять функцию инерционного элемента (маховика).
Она взаимодействует с фрикционными шайбами 16 и 17, соединенными с ней шлицами, выполненными на наружной цилиндрической поверхности шайб. Шайбы расположены между дополнительной шестерней 2 и первым диском 5, а также между первым 5 и вторым 18 дисками фрикционной муфты соответственно.
Кроме того, между шестерней 2 и внутренней поверхностью корпуса 1 установлена дополнительная фрикционная шайба 19, создающая необходимое дополнительное сопротивление при вращении шестерни 2.
Фрикционные диски 5 и 18, а также фрикционные шайбы 16, 17 и 19 поджаты друг к другу и к внутренней поверхности корпуса 1, установленной на валу 8 пружиной сжатия 6. Такое расположение позволяет обеспечивать постоянное соотношение между основным и дополнительным моментами трения фрикционных муфт. С помощью пружины 6 регулируются моменты трения в муфтах, которые в свою очередь определяют силу демпфирования. Пружина сжатия 6 взаимодействует со вторым фрикционным диском 18 через шайбу 9, выполненную из материала с низким коэффициентом трения, что исключает ее постоянное вращение вместе с этим диском.
