автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка методики исследования взаимосвязанных колебаний подвески и трансмиссии легкового автомобиля

На правах рукописи

--

Стрелков Максим Николаевич ^ 2007

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ КОЛЕБАНИЙ ПОДВЕСКИ И ТРАНСМИССИИ ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ

Специальность 05.05.03 — Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ижевск - 2007

003062644

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет»

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Музафаров Раис Салихович.

Официальные оппоненты, доктор технических наук, профессор

Баранчик Виталий Павлович; кандидат технических наук, доцент Соломатин Николай Сергеевич

Ведущая организация: ОАО «Ижевский автомобильный завод».

Защита состоится « 18 » мая 2007 года в 1600 часов на заседании диссертационного совета Д 212.065.03 в Ижевском государственном техническом университете по адресу 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, дом 7, ИжГТУ, корпус 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета

Автореферат разослан «11» апреля 2007 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор_

~ЮВ Турыгин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Возросшие скорости движения современного пассажирского транспорта предъявляют жёсткие требования к подвеске, от совершенства конструкции которой зависят многие технико-эксплуатационные качества автомобиля комфортабельность, плавность хода, управляемость, устойчивость и безопасность движения, долговечность агрегатов, производительность, скорость движения и др Движение автомобиля по неровным дорогам сопровождается непрерывными колебаниями не только подрессоренных и неподрессоренных масс, но и колебаниями деталей трансмиссии, которые приводят к возрастанию динамических нагрузок, к снижению надежности узлов и агрегатов автомобиля, а также к потерям мощности двигателя вследствие диссипации его энергии при колебаниях

До недавнего времени при изучении колебаний подрессоренной массы автомобиля пренебрегали связью с трансмиссией и искусственно разрывали сложную связь подвески и трансмиссии без учета того, что одна система влияет на другую. Однако, влияние динамики трансмиссии на подвеску автомобиля весьма существенно, и поэтому рассмотрение взаимосвязанных динамических процессов подвески и трансмиссии позволяет найти новые пути в части повышения динамических качеств автомобиля Анализ динамики подвески автомобиля с учетом влияния на ее работу других агрегатов, в частности трансмиссии, позволяет решать задачи создания подвесок с использованием принципиально новых методов их проектирования, более полно учитывающих реальные условия их работы

Цель диссертационной работы заключается в разработке методики исследований подвески легкового автомобиля, позволяющей оценивать взаимосвязанные колебания подвески и трансмиссии автомобиля и совершенствовать элементы конструкции на стадии проектирования, улучшая технико-эксплуатационные качества автомобиля

Задачи исследований. Сформулированная цель и проведенный анализ нерешенных проблем по теме диссертации позволили определить следующие основные задачи диссертационной работы.

1. Разработать динамические схемы взаимосвязанных колебаний легкового автомобиля с различными конструкциями элементов подвесок

2. Разработать математические модели взаимосвязанных колебаний системы «двигатель — трансмиссия - подвеска - колеса - подрессоренная масса автомобиля» с различными конструкциями элементов подвесок

3. Провести расчетные исследования по разработанным математическим моделям реальных конструкций легковых автомобилей и выполнить комплекс дорожно-лабораторных испытаний

4 Разработать методику проведения экспериментальных исследований

5 Доказать адекватность разработанных математических моделей движению реальных легковых автомобилей на основе анализа расчетных и экспериментальных данных.

6. Разработать рекомендации по совершенствованию конструкций подвесок легковых автомобилей.

Методы исследований. Теоретические методы исследования базируются на теориях движения и эксплуатационных свойствах транспортных машин, математического моделирования и параметрической оптимизации, анализа и синтеза сложных технических систем, дифференциальных уравнений и численных методов вычислений. Расчетные исследования проведены на основе разработанных программных средств. Экспериментальные исследования выполнены с помощью специализированной контрольно-измерительной аппаратуры в соответствии с нормативными документами

Достоверность и обоснованность результатов исследований обеспечена обоснованностью теоретических положений и экспериментальной проверкой полученных результатов в лабораторных и дорожных условиях

На защиту выносятся результаты теоретических, расчетных и экспериментальных исследований: динамические схемы взаимосвязанных колебаний автомобиля с различными конструкциями элементов подвесок, математические модели взаимосвязанных колебаний системы «двигатель -трансмиссия - подвеска - колеса - подрессоренная масса автомобиля» с различными конструкциями элементов подвесок; методика расчета колебаний легкового автомобиля; методика испытаний упругих элементов подвески, методика стендовых испытаний подвески легкового автомобиля, результаты расчетных и Экспериментальных исследований взаимосвязанных колебаний автомобиля с различными конструкциями элементов подвесок.

Научная новизна выполненной диссертации заключается в следующем.

1. Установлено, что уровень ускорений вертикальных колебаний подрессоренной массы автомобиля зависит от переменных нагрузочных режимов работы двигателя и в сравнении с установившимся режимом выше на 10...20 %. При этом появляется дополнительная резонансная зона на частотах 3,5 . 4,5 Гц.

2. Выявлено, что виброускорения на заднем сиденье легкового автомобиля увеличиваются в зависимости от типа подвески в диапазоне от 5 до 15 % от действия возмущающих сил двигателя, а рычажно-пружинная подвеска в сравнении с рессорной уменьшает нагруженность элементов кузова и снижает степень воздействия на подрессоренную массу автомобиля.

3 Аналитически определено и практически подтверждено, что верхняя опора амортизаторной стойки легкового автомобиля должна изготовляться из резины средней твердости, а угол наклона упругого элемента должен соответствовать 15°.

4 Определено, что критерием оценки работоспособности шаровых шарниров при их сертификации должно быть не только значение усилия вырыва, заложенное в нормативной документации, но и критическая величина зазора в рабочей паре шарнира

Практическая полезность работы. Разработанная методика расчета колебаний легкового автомобиля позволяет на стадии проектирования оценить нагруженность подвески с учетом работы трансмиссии и уточнить конструктивную схему подвески ведущих колес Методика стендовых испытаний на переменных нагрузочных режимах работы двигателя (при включении прямой передачи коробки передач), т.е с «подгрузкой» трансмиссии, позволяет сократить объем дорожных испытаний и повысить эффективность доводочных работ

Реализация результатов. Результаты выполненных исследований и конструкторских разработок использованы при модернизации легковых автомобилей ОАО «ИжАвто» и при создании модификаций легкового автомобиля ИЖ - 2126 («Фабула», грузовая модификация) Внедрены в производство усовершенствованные конструкции верхних опор, буферов амортиза-торных стоек, резинометаллических и шаровых шарниров передних подвесок, рессор и буферов задних подвесок автомобилей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались- на научно-техническом форуме с Международным участием в Ижевском государственном техническом университете «Высокие технологии - 2004» (г. Ижевск, 2004 г.), на Всероссийской выставке-ярмарке научно-исследовательских работ и инновационной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений РФ «Иннов - 2005» в рамках И-ой специализированной выставки инноваций в промышленном производстве «Высокие технологии XXI века» (г. Новочеркасск, 2005 г.); на 1У-ой Международной специализированной выставке «Машиностроение. Металлургия. Металлообработка - 2005» (г. Ижевск, 2005 г.), на научно-технической конференции «Современные технологии в машиностроении и автомобилестроении» в рамках научно-технического форума с международным участием «Высокие технологии -2005» (г. Ижевск, 2005 г) Исследовательская работа автора диссертации была

отмечена Дипломом Министерства образования и науки РФ по итогам открытого конкурса на лучшую работу по естественным, техническим и гуманитарным наукам в ВУЗах РФ (2005 г.)

Диссертация неоднократно докладывалась и обсуждалась на кафедре ГОУ ВПО ИжГТУ «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование», а также на производственно-технических совещаниях в Управлении главного конструктора и в отделе компьютерных систем и технологий ОАО «ИжАвто»

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ и 4 отчета о научно-исследовательских работах с государственной регистрацией.

Структура и объем работ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, списка использованной литературы (140 наименований) и приложения Общее количество страниц в диссертационной работе 210, включая 75 рисунков и 20 таблиц. Приложение включает таблицу на 6 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы научная проблема и цели исследования.

В первой главе рассматриваются этапы работ по исследованию взаимосвязанных колебаний подвески, трансмиссии и движителя легковых автомобилей с учетом особенностей работы двигателя, а также основные направления совершенствования систем подрессоривания автомобилей.

Методологические основы проектирования, конструирования и расчета подвесок и трансмиссии автомобиля освещены в трудах Агейкина Я С, Аксенова П.В , Альгина В.Б, Бахмутова С.В, Броха Е.Т., Галашина В А, Гришкевича А И., Ден-Гартога Ж., Карунина А.Л, Кравца В Н, Литвинова А С., Мельникова А А, Пановко Я Г, Пархиловского И Г, Певзнера Я.М., Платонова В Ф , Полунгяна А А, Раймпеля Й, Ротенберга Р В , Семенова В М,

Смирнова Г.А., Тимошенко С П, Успенского И Н, Фиттермана В М, Хачатурова А А , Цитовича И С., Шуплякова B.C., Яценко Н Н и др

Проведенный анализ выполненных работ в нашей стране и за рубежом позволил сформулировать основные задачи диссертационного исследования

Во второй главе выбрана структурная схема движения автомобиля и разработана математическая модель, описывающая взаимосвязанные колебания подвески и машинного агрегата легкового автомобиля

Разнообразие динамических схем движения автомобиля практически бесконечно с точки зрения принципиального учета всех видов динамических явлений, происходящих в автомобиле, особенно, если учитывать динамические явления как в системах с сосредоточенными, так и с распределенными параметрами. Поэтому принимаемые схемы не лишены некоторых упрощений На рис 1 и 2 представлены динамические схемы легковых автомобилей ИЖ с колесной формулой 4x2 (ведущий задний мост) с рычажно-пружинными подвесками передних колес, рессорной и рычажно-пружинной подвесками задних колес, учитывающие основные виды колебаний агрегатов автомобилей

задних колес

Схемы построены на основе анализа компоновок, выбранных конструкций узлов и кинематики движения агрегатов автомобилей Расположение агрегатов подразумевается в изображенных на схемах координатах. Кузова автомобилей (подрессоренные массы), мосты (передние и задние - неподрессоренные массы) и силовые агрегаты представляются абсолютно твердыми телами с массами, сосредоточенными в их центрах тяжести и подвешенными на упругих элементах, изображенных на схеме в виде пружин, деформирующихся только в одном направлении

Данные схемы принимались как расчетные для исследования системы «двигатель — трансмиссия - подвеска — колеса — масса легкового автомобиля» Нижняя часть каждой схемы отражает вертикальные, горизонтальные и угловые колебания подрессоренных и неподрессореннйх масс на подвеске и шинах. Верхняя часть каждой схемы отражает колебания трансмиссии и

поперечно-угловые колебания двигателя на подвеске, а также поперечно-угловые колебания автомобиля с учетом реактивных моментов коробки передач (контур и продольно-угловые колебания с учетом реактивного момента главной передачи (контур 02) Реактивный момент главной передачи Мту и сила тяги Р^ воздействуют на подрессоренную массу автомобиля и обуславливают его колебания в продольно-угловой плоскости по координатам X, Дер

По выбранным структурным схемам проводилась разработка математических моделей и расчетные исследования по этим моделям взаимосвязанных собственных и вынужденных колебаний подвески и машинного агрегата легкового автомобиля.

В результате получили две системы дифференциальных уравнений, описывающих свободные колебания легкового автомобиля с колесной формулой 4x2 и определяющих взаимосвязь трансмиссии и подвески автомобиля с рессорной подвеской ведущего моста (1) и рычажной (2).

м2х„г +с;[(хт1 = о

м„х-с;[(хп,-х)-{и-гк}р]=о

Ьг\ ' г- ) (1)

м„г-с;(гтХ-г-а9>)-с;(г„2-г-М+у^-р-^1]=о

ьЛ ' ) . +с;(гт,-г-а<р)=о

¿„р*. + -

4>ы д

= 0

МгХт1 + С2'[(Х„2 - X)- (Л- #•>]--

'а

"А, + с,* (г., -2-ъ<р)+ С'ш1гш1 - %

Р» г„2-г-(б-6> Л-,, ' ь„ г

мп2 - с;(гт1 - г - а9)~ ц(гя1 - г - ь<р)+

= 0

(2)

= 0

л?»+С,'«^., -г-ар)- с-гь{2т1 -2-Ь9)+ С2'(й - г. )3 и -

л -Г,

< ь„ г

= о

+ + -г-аср)=о

Здесь С'т - эквивалентная крутильная жесткость для случая рессорной подвески ведущего моста, которая определяется из соотношения 1

Другие обозначения- Уп - момент инерции

11111

—г-=-т +-Т +-+-+-г

Г1 Г I2 Г I2 С С Г" г2

эт кп кв 0 пш ^р

подрессоренной массы относительно поперечной оси, проходящей через центр тяжести автомобиля; Jю - момент инерции вращающихся деталей двигателя, маховика и ведущих деталей сцепления, М„ — подрессоренная масса автомобиля, а — расстояние от оси передних колес до центра тяжести подрессоренной массы; Ь — расстояние от оси задних колес до центра тяжести подрессоренной массы, Ьр — плечо связи реактивного момента трансмиссии с дополнительными упругими силами; Ък - плечо, определяющее положение условной точки крепления рычагов подвески к кузову, / = /к г0, /к - передаточное отношение включаемой передачи; 10 — передаточное отношение главной передачи, X — продольное перемещение подрессоренной массы, Хт1(2) - продольное перемещение неподрессоренной массы; 2 — перемещение перпендикулярно плоскости дороги подрессоренной массы (вертикальное); Ът\ и Ътг - вертикальные перемещения неподрессоренных масс передней и задней частей автомобиля соответственно; X, 2 — линейные ускорения подрессоренной

массы, г„ - радиус качения колеса; 9 - угол, характеризующий продольно-угловые колебания подрессоренной массы; фдвугол поворота коленчатого вала двигателя; фдв - ускорение коленчатого вала двигателя, фкп - угол поворота вращающихся деталей коробки передач от первичного вала до синхронизатора; Скп - жесткость, приведенная к крутильной, деталей коробки передач, Сэт - эквивалентная жесткость участков трансмиссии, ведущего моста и шин, приведенная к двигателю, Скв - крутильная жесткость карданного вала; Спш - суммарная крутильная жесткость шин и полуосей ведущего моста; С*, С1 - вертикальная жесткость упругих элементов соответственно передней и задней подвесок; С* — жесткость на выкручивание подвески ведущего моста, С\ — горизонтальная (продольная) жесткость направляющего устройства задней подвески ведущего моста; С*2 - горизонтальная жесткость шин

ведущего моста, С*, — вертикальная жесткость шин передней подвески

Из систем уравнений (1) и (2) при подстановке в них параметров элементов системы определялись собственные частоты совместных колебаний трансмиссии, подрессоренных и неподрессоренных масс полностью груженых легковых автомобилей с рессорными и рычажно-пружинными подвесками ведущих мостов (табл. 1 и 2)

Из таблиц видно довольно существенное различие между автомобилями с рессорными и рычажно-пружинными подвесками ведущих мостов в основном по четвертой низкой частоте колебаний двигателя, трансмиссии, шин и подрессоренной массы на подвеске (до 22 %). Более низкая четвертая частота для автомобиля с рессорной подвеской обусловлена достаточно большой податливостью листовых рессор от воздействия на них реактивного изгибающего момента ведущего моста, что резко увеличивает суммарную податливость трансмиссии.

Таблица 1 - Расчетные собственные частоты для легкового автомобиля

с рессорной подвеской

Номер частоты Значение частоты, Гц Передача Примечание

1 2 3 4

£2 1,16 1,18 1,19 1,19 Продольно-угловые колебания подрессоренной массы '

О 1,24 1,28 1,285 1,29 Вертикальные колебания подрессоренной массы

(4 1,79 2,67 4,96 4,96 Крутильные колебания системы «двигатель - трансмиссия - колеса -рессоры - масса автомобиля»

f5 9,86 9,9 10,1 10,3 Вертикальные колебания неподрессоренных масс ведущего моста

12,3 12,3 12,3 12,3 Вертикальные колебания неподрессоренных масс ведомого моста

Таблица 2 — Расчетные собственные частоты для легкового автомобиля

с рычажно-пружикной подвеской

Номер частоты Значение частоты, Гц Передача Примечание

1 2 3 4

(2 1,16 1,175 1,179 1,18 Продольно-угловые колебания подрессоренной массы

О 1,264 1,264 1,264 1,264 Вертикальные колебания подрессоренной массы

{4 2,17 3,36 4,92 6,33 Крутильные колебания системы «двигатель - трансмиссия - колеса -рессоры - масса автомобиля»

{5 10,2 10,2 10,2 10,2 Вертикальные колебания неподрессоренных масс ведущего моста

Г6 12,41 12,41 12,41 12,41 Вертикальные колебания неподрессоренных масс ведомого моста

При анализе вынужденных колебаний рассматриваемых типов автомобилей от воздействия на задние (ведущие) колеса были использованы следующие дифференциальные уравнения второго порядка

- для легкового автомобиля с рычажно-пружинной подвеской ведущего

моста:

¿Ю<Р*. +

С1

= 0

V Р * /

\

с'

г.

<Ры 2„,-2-{Ь-ЬУР Х„г

'<Р* г.,-г-(*-*> х^ _

= 0

МпХ-С11Хтг-Х)-{И-г.Ц-К1[{Хтг -х)-(А-г>]=0 Мг2„г+(%{2яг-г-ьфф^-г-ьф

+ст1гш1+кш1гя1- ^д— - ^

ъ Д ' ь, . г' ) .

- с;-(гт,-г- аР)-фт1-¿-а?)-с&„2 -г- ьР)~

ь Д ' ър г* )

к„

= 0

лАсг^, - г - а<р)+К,а{гт1 - г - а<р)~ С\Ь{2т1 -г-Ьр)-

I сш{ь-ьк)

Ра.

=о

■ для легковых автомобилей с листовыми рессорами в подвеске ведущего

моста

К\т( <?6. ф

' V ' „ >

= 0

М,Хт1 + С'2[{Хю2 -Х)-(И- г>]+ - А-)- (Л - гк

9м

~<Р —

= 0

м[х-с\1хт1-х)-{ъ-г^}-ц[{х"кг-х)-{и-г,}р]=о +с;(гт2 - г - ь<р)+фпг - г - ьф

С'

.1 г<) г. > мпг - с,'^, - г - - г - *?>)- с2'(гт3 - г - ьд>)~

= 0

^+С;а(2я] -2-а(р)+к,а{2т, -2-а<р)-С'ф{2.а -2-Ь<р)~

- к,ь(гт2 -г-ь<р)+с-(и -г^- +к;{и -г,у

А-г

I

Х„

К.

ч>6.

-<р—

= 0

(4)

. М1гяЛ +С'шХ2ш[ +К,л2и1 +С'(2к1 -2-а<р)+К^-2-аф)=0. где К\, К2, Кшц2) — коэффициенты сопротивления при вертикальных колебаниях соответственно передней подвески, задней подвески и шин, К„ - коэффициент сопротивления трансмиссии при колебаниях; К', К2 - коэффициенты сопротивления при продольных колебаниях соответственно передней и задней подвесок.

Отметим, что вынужденные колебания легкового автомобиля на подвеске без учета влияния трансмиссии для исследования подвески описываются следующей системой дифференциальных уравнений.

М„2-С;{2тх-г+ар)-фт1 -2+аф)-С\{2„г-2+а<р)-Кг{2п1 -2 + а<р)= 0 ^р+С^г^-г+арУк^-2+а<р)-С\Ъ{2т1 -2+а<р)-Кгь{гт2-2 + а<р)=0 М22«2 +СЦ2т1 -г + афк^-2+а<р)+С:щ12я1 +Кш12т1 = С;2Л(/)+*„2Л(/) + С; (2„,-2 + с<р)+ф„х-2 + аф)+ + К„,2т, = 0

В третьей главе приводятся расчетные исследования и оптимизация конструктивных параметров и характеристик подвесок. Рассмотрены общие требования, предъявляемые к системам подрессоривания передней и задней подвесок автомобиля для обеспечения его комфортабельности (плавности хода), безопасности движения и устойчивости на поворотах Проведен анализ упругих и демпфирующих свойств подвесок в зависимости от различных параметров отдельных ее элементов (пружины, торсионы, буфера, амортизаторы)

Вопросы формирования нагрузок в элементах подвески и в несущей системе автомобиля могут решаться уже на стадии выбора схемы подвески Кинематическая схема подвески, геометрические размеры элементов направляющего устройства, расположение и тип упругого элемента, способ крепления к кузову элементов подвески и ведущего моста - все это оказывает решающее влияние на нагруженность кузова, а также на другие характеристики автомобиля.

В качестве анализа были применены 5 основных разновидностей зависимых задних подвесок, в конструкции которых имеются отличия не только по кинематическим схемам, но и силовым схемам, расположению и конструкции упругих элементов и резинометаллических шарниров, по системе обеспечения поперечной устойчивости и некоторым другим элементам

- на продольных листовых рессорах,

- пятиштанговые системы с двумя верхними и одной поперечной реактивными штангами и нижними рычагами, воспринимающими вес автомобиля через пружины (тип 1 и тип 3), система с двумя нижними, одной верхней продольными реактивными штангами и верхним треугольным рычагом, воспринимающим боковые нагрузки, в которой пружина действует непосредственно на балку заднего моста (тип 2), пятиштанговая система с пружинами, расположенными на чашках заднего моста (тип 4 и тип 5)

Подвеска типа 1 от типа 3 отличалась наличием гидропневморессор вместо пружин, а подвеска типа 4 имела дополнительно два резиновых основных и один дополнительный буфер по сравнению с подвеской типа 5.

Для данных конструкций задних подвесок был проведен расчетным путем на стадии проектирования анализ усилий, возникающих в элементах направляющего устройства при разгоне и торможении При этом были приняты следующие исходные данные для расчета- масса автомобиля, приходящаяся на заднюю ось 680 кг, неподрессоренные массы задней подвески 102 кг, высота центра тяжести автомобиля 0,59 м, радиус качения шины 0,28 м, коэффициент сцепления с дорогой 0,7 Результаты расчета представлены в таблице 3

Таблица 3 - Расчетные нагрузки в элементах подвески

Элемент подвески Варианты подвесок (типы)

1 2 3 4 5

Нагрузка при разгоне, Н

Верхняя штанга 4577 5380 4920 1490 7252

Нижняя штанга или рычаг -7840 -8585 -8653 -4714 -10586

Упругий элемент 3440 3410 4126 3763 3087

Нагрузка при торможении, Н

Верхняя штанга -3264 -3783 -3479 -6938 -1049

Нижняя штанга или рычаг 5664 6252 5586 9202 6428

Упругий элемент 2989 3264 4175 3783 3273

Примечание, знак минус определяет противоположное направление силы

В четвертой главе разработана методика проведения стендовых испытаний для исследования взаимосвязанных колебаний подвески и трансмиссии автомобиля Определены параметры элементов и характеристики передней и задней подвесок, а также характеристики трансмиссии автомобиля

Проведены оценка качества подрессоривания различных конструкций подвесок при лабораторно-дорожных испытаниях и анализ результатов расчетных и экспериментальных исследований для доказательства адекватности математических моделей работе реальных машин

На рис 3 представлены результаты определения вибронагруженности кузова и элементов рычажной подвески в диапазоне частот от 1,5 до 22,4 Гц Как видно из графика, рычажные подвески имеют меньшую вибронагруженность заднего моста, что согласуется и с результатами статического расчета усилий в различных конструкциях подвесок Уменьшение вибронагруженности рычажной подвески с пружиной впереди моста по сравнению с рессорной подвеской составило около 30 %

Рис. 3. Среднеквадратичеекие ускорения на заднем мосту автомобиля при движении по бетонному шоссе (1 - рессорная подвеска, 2 - рычажная с пружиной над мостом, 3 - рычажная с пружиной впереди моста)

С целью оценки влияния трансмиссии на её совместные колебания с подвеской в дорожных условиях определялась плавность хода буксируемого автомобиля с отключенным двигателем. При этом автомобиль с задней

рессорной подвеской буксировался с постоянной скоростью по одному и тому же участку дороги в прямом и обратном направлениях В тот же день на этом же участке определялась плавность хода того же автомобиля, движущегося своим ходом Измерительная аппаратура в этом случае обеспечивала получение среднеквадратических виброускорений в третьоктавах со среднегеометрическими частотами 1,25; 1,6; 2,0, 2,5; 3,15; 4,0, 5,0, 6,3, 8,0, 10,0, 12,5, 16,0 Гц

Как видно из графиков (рис. 4), уровни виброускорений на буксируемом автомобиле ниже. Отличается также и характер протекания кривой. При увеличении скорости движения эта разница уменьшается

м/с', I 04 I 03 02 О!

V

с ВцксиооСжои

м/с1

I а( § оз

02

О!

V ____ —

\ \ сбш сиробка и

6 в а

Ю

12 К Г Гц

Ю

12 К Г Гц

Рис. 4. Третьоктановый амплитудный спектр ускорений автомобиля при движении по асфальту со скоростью 50 км/ч (а — на переднем сиденье, б - на заднем сиденье)

Приведенные графики наглядно подтверждают наличие зависимости колебаний подрессоренной массы автомобиля, как от подвески, так и от трансмиссии.

На рис 5 приведены графики амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) колебаний подрессоренной массы исследуемого автомобиля с задней подвеской на листовых рессорах и рычажно-пружинной подвеской, полученные экспериментально и расчетным путем.

Условия испытаний были следующие, вначале проводились исследования без учета колебаний трансмиссии (коробка передач на нейтрале), а затем исследования продолжались на переменных нагрузочных режимах работы двигателя - с так называемой «подгрузкой» двигателя (при включении прямой

передачи в коробке передач) «Подгрузка» двигателя обеспечивала при эксперименте проведение исследований взаимосвязанных колебаний системы «подвеска - трансмиссия»

Экспериментальные исследования проводились на вибростенде при отсутствии отрыва колес от опорных поверхностей.

Частота Частота

а 5

Рис. 5. АЧХ ускорений подрессоренных масс легкового автомобиля с задней рессорной подвеской (а) и рычажной подвеской (б)

На рис 5 (а) видно, что кривая 1, полученная экспериментально на стенде

*

при испытании с «подгрузкой» двигателя, существенно (в качественном и количественном отношениях) отличается от кривой 2, полученной при испытании без «подгрузки» двигателя Если кривая 1 имеет пик в диапазоне частот 3,5. 4,5 Гц (соответствующих согласно расчетным данным собственным колебаниям трансмиссии), то кривая 2 (то есть при разрыве взаимосвязи подвески и трансмиссии) этого явления не отражает. Кривая 3 соответствует АЧХ, полученной расчетным путем при учете взаимосвязанных колебаний подвески и трансмиссии легкового автомобиля.

Нужно отметить, что условия, при которых проводились испытания, не очень сильно выявляют взаимосвязанность колебаний подвески и трансмиссии

автомобиля при возмущении вертикальных колебаний от опорной поверхности Если вызывать возмущение от трансмиссии, то второй резонансный пик (трансмиссионный, около 4 Гц на прямой передаче исследуемого автомобиля) был бы более явным, чем при наших исследованиях, но в данной работе такая задача не ставилась

Таким образом, результаты экспериментальных и расчетных исследований показали, что колебательная система исследуемого автомобиля даже при возмущении только со стороны дороги имеет не две, а три резонансных частоты. Экспериментально полученная частота первого резонансного пика отличается от расчетной на 25. 30 %, так как при наличии вязкого и сухого трения в элементах системы трудно при экспериментальных исследованиях точно определить параметры системы, особенно в зоне низких частот, из-за отсутствия аппаратуры для надежной работы в диапазоне частот от 0 до 2,5 Гц Поэтому разница для частоты второго резонансного пика между экспериментальными и расчетными значениями была уже в пределах 10. 15 %, что объясняется более надежной работой измерительной аппаратуры На третьем резонансном пике еще меньшее расхождение по величинам амплитуд ускорений, полученных расчетным и экспериментальным путем (5 7 %)

Как видно из вышеприведенных графиков, даже при невыгодных условиях испытаний с точки зрения выявления резонансных частот «подгрузка» двигателя, которая обеспечивала проявление системы как трехмассовой, позволила обнаружить при анализе АЧХ ускорений подрессоренной массы автомобиля не 2, а 3 резонансных зоны (1,5 2 5 Гц, 4 ..4,5 Гц и 10.. 11 Гц)

Приведенные графики также показывают, что автомобиль с мягкой рычажной подвеской имеет уровень вертикальных ускорений в зоне резонанса значительно ниже, чем автомобиль с рессорной подвеской (около 1 м/с2), а также на 20...25 % ниже собственные частоты

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Основные результаты исследований, полученные в процессе работы над диссертацией, следующие-

1. Разработана математическая модель, описывающая взаимосвязанные колебания динамической системы «двигатель - трансмиссия - подвеска - колеса - масса автомобиля», которая позволяет исследовать колебания легкового автомобиля и его агрегатов на стадии проектирования

2 Разработана методика экспериментальных исследований взаимосвязанных колебаний подвески и трансмиссии легкового автомобиля

3. Экспериментально подтверждено влияние трансмиссии на низкочастотные колебания легкового автомобиля и доказана необходимость ее учета при проектировании подвески.

4 Проанализированы различные кинематические схемы задних подвесок и разработана конструкция подвески для легкового автомобиля с пружинным упругим элементом.

5. Разработана методика для исследования и доводки перспективных подвесок и их элементов в лабораторных условиях, что позволяет существенно уменьшить объем дорогостоящих дорожных испытаний

Анализ результатов исследований позволил сделать следующие основные выводы

1. При испытаниях на стенде уровень ускорений вертикальных колебаний подрессоренной массы автомобиля на переменных нагрузочных режимах работы двигателя в сравнении с установившимися выше на 10...20 % При этом появляется дополнительная резонансная зона на частоте 3,5 ..4,5 Гц Уровень ускорений вертикальных колебаний неподрессоренной массы на неустанновившихся режимах работы двигателя в сравнении с установившимися ниже на 10... 15 % Эта разница уменьшается при уменьшении жесткости подвески до 5 %.

2. Виброускорения от действия возмущающих сил двигателя на заднем сиденье легкового автомобиля в сравнении с передним сидением увеличиваются в зависимости от типа подвески в диапазоне от 5 до 15 %

3. Различные конструкции подвесок существенно влияют на нагруженность элементов кузова, заднего моста и стойки передней подвески Пружинная подвеска по сравнению с рессорной уменьшает их нагруженность приблизительно на 20 % и снижает степень воздействия на подрессоренную массу автомобиля

4 Применение рычажно-пружинной подвески взамен рессорной позволяет сэкономить до 14 кг легированной стали и снизить массу автомобиля на 10 кг, в том числе массу неподрессоренных частей до 5 кг, уменьшить количество деталей на 15 25 %

5. В амортизационных деталях каждому фактору формы упругого элемента должен соответствовать з зависимости от условий его закрепления к арматуре и действия вида рабочих нагрузок определенный угол наклона.

6 Аналитически определено и практически подтверждено, что верхняя опора амортизаторной стойки перспективного автомобиля должна изготовляться из резины средней твердости, фактор формы упругого элемента в пределах 1,5, а угол его наклона должен соответствовать 15°.

7. Критерием оценки работоспособности шарниров при их сертификации должно быть не только значение усилия вырыва, заложенное в нормативной документации, но и критическая величина зазора в рабочей паре шарнира.

8. Результаты расчетных исследований отличаются от экспериментальных данных по максимальным пиковым величинам амплитуд ускорений в резонансной зоне частот 8,5 11 Гц не более чем 7 %, что говорит о достаточно высокой степени адекватности разработанной математической модели динамике движения исследуемых автомобилей.

Основные научные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1 Стрелков М.Н. Расчетные исследования низкочастотных взаимосвязанных колебаний трансмиссии и подвески легкового автомобиля// Вестник ИжГТУ: Периодический научно-теоретический журнал Ижевского государственного технического университета. - Вып 2 - Ижевск: ИжГТУ, 2007.

2. Стрелков М.Н. Математическая модель взаимосвязанных колебаний подвески и трансмиссии автомобиля с рычажной подвеской// Материалы XIII Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве». - Нижний Новгород-Межрегиональное Верхне-Волжское отделение Академии технологических наук Российской Федерации, 2004 г, - С. 17.

3. Стрелков М.Н. Лабораторно-дорожные и эксплуатационные испытания автомобилей с различными конструкциями подвесок// Материалы заочных Всероссийских научно-технических конференций: I ВНТК «Современные промышленные технологии», X ВНТК «Методы и средства измерений физических величин». - Нижний Новгород- Межрегиональное Верхне-Волжское отделение Академии технологических наук Российской Федерации, 2004 г., - С. 20

4. Стрелков М.Н. Разработка математических моделей, описывающих взаимосвязанные колебания подвески и трансмиссии автомобиля// Сборник трудов научно-технического форума с международным участием «Высокие технологии - 2004». — В 4-х частях — Часть 3. — Ижевск ИжГТУ, 2004 -С 145-151.

5 Стрелков М.Н., Колотов М Е. Анализ конструкций шаровых шарниров передней подвески легкового автомобиля// Материалы научно-технической конференции «Современные технологии в машиностроении и автомобилестроении». - Ижевск- ИжГТУ, 2005 - С 63-65.

6 Умняшкин В.А., Филькин Н М., Стрелков М.Н Основные направления совершенствования систем подрессоривания автомобилей// Сборник научных

трудов «Проектно-технологические и социально-экономические аспекты современного производства». - Выпуск 2. - Ижевск; ИжГТУ, 2004. - С 37-43

7. Умняшкин В А, Филькин Н.М , Стрелков М.Н Анализ собственных частот колебаний механической системы "двигатель — трансмиссия - подвеска - колеса - подрессоренная масса" легкового автомобиля// Международный сборник научных трудов «Информационные технологии моделирования и управления» - Выпуск 18 - Воронеж Издательство "Научная книга", 2004 -С 139-144.

8. Филькин Н М, Зыков С Н, Стрелков М Н. Проблема обеспечения жесткости крыши кузова легкового автомобиля при его изготовлении и некоторые пути ее решения на стадии проектирования численными методами// Сборник докладов региональной научно-методической конференции «Экологическая и эксплуатационная безопасность подвижных транспортных средств» -Чайковский: Изд-во ЧТИ (филиал) ИжГТУ, 2004 - С. 129-137

9. Проведение комплекса теоретических и расчетных научно-исследовательских работ по анализу и синтезу конструкций гибридных энергосиловых установок автомобилей особо малого и малого классов Заключительный отчет о научно-исследовательской работе, выполненной в рамках договора с Московским государственным техническим университетом "МАМИ". Номер государственной регистрации НИР: ВНТИЦ, 0120.0 600199/ Ижевский государственный технический университет; Руководитель работы В А Умняшкин. - Ижевск- ИжГТУ, 2005. - 160 с. - Отв исполн НМ Филькин; Соисполн.: МН Стрелков, АН. Филькина, К.С Ившин, АС Мельников, В.А. Буторин

10. Создание автомобиля с гибридной энергетической установкой, состоящей из теплового и электрического двигателей: Заключительный отчет о научно-исследовательской работе, выполненной в рамках договора с Московским государственным техническим университетом "МАМИ". Номер государственной регистрации НИР. ВНТИЦ, 0120 0 600198/ Ижевский

государственный технический университет; Руководитель работы В А Умняшкин - Ижевск- ИжГТУ, 2005. - 257 с - Отв исполн Н М Филькин; Соисполн : P.C. Музафаров, А Н. Филькина, К С Ившин, М Н Стрелков, А С Мельников, В А Буторин, Р.П. Хамидуллин

11 Разработка научных основ расчета, проектирования и конструирования гибридных энергосиловых установок (ГЭСУ) транспортных машин и создание экспериментального образца городского автомобиля особо малого класса (квадрицикла) с ГЭСУ: Промежуточный отчет о научно-исследовательской работе, выполненной в рамках аналитической ведомственной целевой программы "Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)". Номер государственной регистрации НИР. ВНТИЦ, 01.2.006 06492/ Ижевский государственный технический университет, Руководитель работы В А Умняшкин - Ижевск: ИжГТУ, 2006 - 178 с. - Отв исполн. Н.М. Филькин, Соисполн.; P.C. Музафаров, Р.П. Хамидуллин, А.Н. Филькина, К.С Ившин, В А Буторин, М.Н Стрелков, А С Мельников, С. А Шиляев.

12. Разработка учебно-методических материалов для подготовки по специальности "Автомобилестроение" инженеров, бакалавров и магистров Промежуточный отчет о научно-исследовательской работе, выполненной по договору с Московским государственным техническим университетом "МАМИ" в рамках Государственного контракта 2006-РИ-16 0/005/146 "Научно-организационное, методическое и техническое обеспечение организации и поддержки научно-образовательных центров в области транспортных технологий и осуществление на основе комплексного использования материально-технических и кадровых возможностей совместных исследований и разработок" (VIII очередь)/ Ижевский государственный технический университет; Руководитель работы В.А. Умняшкин. - Ижевск- ИжГТУ, 2006 -152 с - Отв. исполн. Н.М Филькин, Соисполн.: P.C. Музафаров, АН. Филькина, Р П Хамидуллин, К С. Ившин, М.Н. Стрелков

Подписано в печать 10 04 07 Формат 60x84/16 Бумага офсетная Уел печ л 1,5 Тираж 100 экз Заказ № 90 Отпечатано в типографии Издательства ИжГТУ 426069, г Ижевск, Студенческая, 7

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Обзор работ по динамике силовых агрегатов, подвесок и трансмиссий автомобилей.

1.2. Основные направления совершенствования систем подрессоривания автомобилей в части улучшения их эксплуатационных свойств.

1.3. Общие предпосылки при разработке новых конструкций подвесок.

1.4. Задачи диссертационного исследования.

Глава 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОПИСЫВАЮЩИХ ВЗАИМОСВЯЗАННЫЕ КОЛЕБАНИЯ СИСТЕМЫ «ДВИГАТЕЛЬ - ТРАНСМИССИЯ - ПОДВЕСКА - КОЛЕСА - ПОДРЕССОРЕННАЯ МАССА АВТОМОБИЛЯ».

2.1. Разработка математической модели вертикальных и продольно-угловых колебаний системы «двигатель - трансмиссия - подвеска -колеса - подрессоренная масса автомобиля».

2.2. Выбор структурной схемы движения автомобиля для оптимизации конструктивных параметров и характеристик подвесок.

2.3. Анализ системы «двигатель - трансмиссия - подвеска - колеса -подрессоренная масса автомобиля» по собственным частотам колебаний.

2.4. Расчетные исследования низкочастотных взаимосвязанных колебаний

2.5. Построения математических моделей взаимосвязанной системы подвески и трансмиссии легкового автомобиля с рессорной и рычажно-пружинной подвесками.

Глава 3. РАСЧЕТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОДВЕСОК ЛЕГКОВЫХ

АВТОМОБИЛЕЙ.

3.1. Общие предпосылки расчетных исследований новых конструкций подвесок.

3.2. Анализ кинематических и конструктивных схем подвесок.

3.3. Расчетные исследования конструктивных элементов подвесок.

3.3.1. Верхняя опора амортизаторной стойки.

3.3.2. Шаровые шарниры.

Глава 4, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЫТНЫХ

ОБРАЗЦОВ И ДОКАЗАТЕЛЬСТВО АДЕКВАТНОСТИ РАЗРАБОТАННЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ РАБОТЕ РЕАЛЬНЫХ МАШИН.

4.1. Методика проведения стендовых исследований узлов при взаимосвязанных колебаниях подвески и трансмиссии двухосной машины.

4.2. Определение параметров элементов системы подрессоривания и трансмиссии автомобиля.

4.3. Лабораторно-дорожные и эксплуатационные испытания автомобилей с различными конструкциями подвесок.

4.4. Анализ результатов расчетных и экспериментальных исследований по адекватности разработанных математических моделей работе реальных машин.

Настоящее время характеризуется жесткой конкуренцией между автомобильными заводами за рынки сбыта выпускаемой продукции. Инженерно-техническими службами автозаводов России проводятся ряд мероприятий, направленных на повышение эксплуатационных свойств выпускаемых автомобилей и снижение затрат на их изготовление. Выполнение -этих задач невозможно без определенного вклада науки в развитие современного производства.

В настоящее время на производство и эксплуатацию легкового автомобильного транспорта расходуется значительное количество топлива и материалов, в связи с этим совершенствование конструкции узлов легкового автомобиля в направлении повышения его технико-эксплуатационных качеств весьма актуально.

Хотя в последние годы в стране построено и реконструировано большое количество автомобильных дорог с твердым покрытием, значительная часть их остается без усовершенствованного покрытия, на которых скорость движения, в основном, будет определяться качеством подвески. Возросшие скорости движения современного пассажирского транспорта предъявляют жёсткие требования к подвеске, от совершенства конструкции которой зависят многие технико-эксплуатационные качества автомобиля: комфортабельность, плавность хода, управляемость, устойчивость и безопасность движения, долговечность агрегатов, производительность, скорость движения и др.

Так как подвеска автомобиля необходима в первую очередь для уменьшения динамических воздействий, передаваемых от дорожных неровностей пассажирам, перевозимым грузам и самому автомобилю, то требования к подвеске могут значительно отличаться в зависимости от условий эксплуатации (дорожных условий, наличия и повторяемости перегрузок и т.п.).

Движение автомобиля по неровным дорогам сопровождается непрерывными колебаниями не только подрессоренных и неподрессоренных масс, но и колебаниями деталей трансмиссии, которые приводят к возрастанию динамических нагрузок, к снижению надежности узлов и агрегатов автомобиля, а также к потерям мощности двигателя вследствие диссипации его энергии при колебаниях.

До недавнего времени при изучении колебаний подрессоренной массы автомобиля пренебрегали связью с трансмиссией и искусственно разрывали сложную связь подвески и трансмиссии без учета того, что одна система влияет на другую. Однако влияние динамики трансмиссии на подвеску автомобиля весьма существенно и поэтому рассмотрение взаимосвязанных динамических процессов подвески и трансмиссии позволяет найти новые пути в части повышения динамических качеств автомобиля.

Ввиду недостаточного освещения работ по динамике автомобиля как сложной взаимосвязанной системы, данная работа посвящена анализу сложных взаимосвязанных колебаний подвески и трансмиссии автомобиля и направлена на обоснование создания комплексного системного подхода к автоматизированному проектированию подвески легкового автомобиля, опираясь на результаты литературно-информационного и расчетного анализа и экспериментальных исследований. Анализ динамики подвески автомобиля с учетом влияния на ее работу других агрегатов, в частности трансмиссии, позволяет решать задачи создания подвесок с использованием принципиально новых методов их проектирования, более полно учитывающих реальные условия их работы.

Кратко основную цель диссертационной работы можно сформулировать следующим образом: разработка методики исследования подвески легкового автомобиля, позволяющая оценивать взаимосвязанные колебания подвески и трансмиссии автомобиля и совершенствовать элементы конструкции на стадии проектирования, улучшая технико-эксплуатационные качества автомобиля.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались: на научно-техническом форуме с Международным участием в Ижевском государственном техническом университете «Высокие технологии - 2004» (г. Ижевск, 2004 г.); на Всероссийской выставке-ярмарке научно-исследовательских работ и инновационной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых высших учебных заведений РФ «Иннов - 2005» в рамках П-ой специализированной выставки инноваций в промышленном производстве «Высокие технологии XXI века» (г. Новочеркасск, 2005 г.); на ГУ-ой Международной специализированной выставке «Машиностроение. Металлургия. Металлообработка - 2005» (г. Ижевск, 2005 г.), на научно-технической конференции «Современные технологии в машиностроении и автомобилестроении» в рамках научно-технического форума с международным участием «Высокие технологии - 2005» (г. Ижевск, 2005 г.). Исследовательская работа автора диссертации была отмечена Дипломом Министерства образования и науки РФ по итогам открытого конкурса на лучшую работу по естественным, техническим и гуманитарным наукам в ВУЗах РФ (2005 г.).

Диссертация неоднократно докладывалась и обсуждалась на кафедре ГОУ ВПО ИжГТУ «Автомобили и металлообрабатывающее оборудование», а также на производственно-технических совещаниях в Управлении главного конструктора и в отделе компьютерных систем и технологий ОАО «ИжАвто».

По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ и 4 отчета о научно-исследовательских работах с государственной регистрацией.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, списка использованной литературы (140 наименований) и приложения. Общее количество страниц в диссертационной работе 210, включая 75 рисунков и 20 таблиц. Приложение включает таблицу на 6 страницах.

Основные результаты исследований, полученные в процессе работы над диссертацией, следующие:

1. Разработана математическая модель, описывающая взаимосвязанные колебания динамической системы «двигатель - трансмиссия - подвеска -колеся — подрессоренная масса автомобиля», которая позволяет исследовать колебания легкового автомобиля и его агрегатов на стадии проектирования.

2. Разработана методика экспериментальных исследований взаимосвязанных колебаний подвески и трансмиссии легкового автомобиля.

3. Экспериментально подтверждено влияние трансмиссии на низкочастотные колебания легкового автомобиля и доказана необходимость её учета при проектировании подвески.

4. Проанализированы различные кинематические схемы задних подвесок и разработана конструкция подвески для легкового автомобиля с пружинным упругим элементом.

5. Разработана методика для исследования и доводки перспективных подвесок и их элементов в лабораторных условиях, что позволяет существенно уменьшить объем дорогостоящих дорожных испытаний.

Анализ результатов исследований позволил сделать следующие основные выводы:

1. При испытаниях на стенде уровень ускорений вертикальных колебаний подрессоренной массы автомобиля на переменных нагрузочных режимах работы двигателя в сравнении с установившимися выше на 10.20 %. При этом появляется дополнительная резонансная зона на частоте 3,5.4,5 Гц. Уровень ускорений вертикальных колебаний неподрессоренной массы на неустановившихся режимах работы двигателя в сравнении с установившимися ниже на 10. 15 %. Эта разница уменьшается при уменьшении жесткости подвески до 5 %.

2. Виброускорения от действия возмущающих сил двигателя на заднем сиденье легкового автомобиля в сравнении с передним сидением увеличиваются в зависимости от типа подвески в диапазоне от 5 до 15 %.

3. Различные конструкции подвесок существенно влияют на нагружен-ность элементов кузова, заднего моста и стойки передней подвески. Пружинная подвеска по сравнению с рессорной уменьшает нагруженность приблизительно на 20 % и снижает степень воздействия на подрессоренную массу автомобиля.

4. Применение рычажно-пружинной подвески взамен рессорной позволяет сэкономить до 14 кг легированной стали и снизить массу автомобиля на 10 кг, в том числе массу неподрессоренных частей до 5 кг, уменьшить количество деталей на 15.25 %.

5. В амортизационных деталях каждому фактору формы упругого элемента должен соответствовать в зависимости от условий его закрепления к арматуре и действия вида рабочих нагрузок определенный угол наклона.

6. Аналитически определено и практически подтверждено, что верхняя опора амортизаторной стойки конкурентоспособного автомобиля должна изготовляться из резины средней твердости, фактор формы упругого элемента в пределах 1,5, а угол его наклона должен соответствовать 15°.

7. Критерием оценки работоспособности шарниров при их сертификации должно быть не только значение усилия вырыва, заложенное в нормативной документации, но и критическая величина зазора в рабочей паре шарнира.

8. Результаты расчетных исследований отличаются от экспериментальных данных по максимальным пиковым величинам амплитуд ускорений в резонансной зоне частот 8,5. 11 Гц не более чем 7 %, что говорит о достаточно высокой степени адекватности разработанной математической модели динамике движения исследуемых автомобилей.

Научная новизна теоретических положений и результатов экспериментальных исследований, полученных автором диссертации заключается в следующем:

1. Установлено, что уровень ускорений вертикальных колебаний подрессоренной массы автомобиля зависит от переменных нагрузочных режимов работы двигателя и в сравнении с установившимся режимом выше на 10.20 %. При этом появляется дополнительная резонансная зона на частотах 3,5.4,5 Гц.

2. Выявлено, что виброускорения на заднем сиденье легкового автомобиля увеличиваются в зависимости от типа подвески в диапазоне от 5 до 15 % г>т действия возмущающих сил двигателя, а рычажно-пружкнкая подвеска 2 сравнении с рессорной уменьшает нагруженность элементов кузова и снижает степень воздействия на подрессоренную массу автомобиля.

3. Аналитически определено и практически подтверждено, что верхняя опора амортизаторной стойки легкового автомобиля должна изготовляться из резины средней твердости, а угол наклона упругого элемента должен соответствовать 15°.

4. Определено, что критерием оценки работоспособности шаровых шарниров при их сертификации должно быть не только значение усилия вырыва, заложенное в нормативной документации, но и критическая величина зазора в рабочей паре шарнира.

Разработанная методика расчета колебаний легкового автомобиля позволяет на стадии проектирования оценить нагруженность подвески с учетом работы трансмиссии и уточнить конструктивную схему подвески ведущих колес. Методика стендовых испытаний на переменных нагрузочных режимах работы двигателя (при включении прямой передачи коробки передач), т.е. с «подгруз-кой» трансмиссии, позволяет сократить объем дорожных испытаний и повысить эффективность доводочных работ.

Результаты выполненных исследований и конструкторских разработок использованы при модернизации легковых автомобилей ОАО «ИжАвто» и при создании модификаций легкового автомобиля ИЖ - 2126 («Фабула», грузовая модификация).

1. Агейкин Я.С. Проходимость автомобилей. - М.: Машиностроение, 1981.-232 с.

2. Акопян P.A. Пневматическое подрессоривание автотранспортных средств. Часть I. Львов: Вища школа, 1979. - 218 с.

3. Аксенов П=В: Многоосные автомобили. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1989. 280 с.

4. Альшиц И .Я., Благов Б.Н. Проектирование деталей из пластмасс. М.: Машиностроение, 1977. - 215 с.

5. Артамонов Н.Д. Основы теории и конструкции автомобиля. М.: Машиностроение, 1974. - 286 с.

6. Артоболевский С.И. Теория механизмов и машин. М.: Высшая школа, 1965.-367 с.

7. Баранчик В.П., Жичкин Е.А., Васильев В.А. Математическая модель колебаний шасси мотоцикла// Вестник Уральского межрегионального отделения Академии транспорта. Курган: КГУ, 1998. - С. 24-26.

8. Безбородова Г.Б., Галушко В.Г. Моделирование движения автомобиля. Киев: Вища Школа, 1978. - 168 с.

9. Бируля А.К., Говорущенко Н.Я. Влияние ровности покрытия дороги на скорость движения автомобиля// Автомобильная промышленность. 1961. -№4. - С. 6-7.

10. Бочаров Н.Ф., Гусев В.И., Соловьев В.М., Филюшкин А.Ф. Транспортные средства на высокоэластичных движителях. М.: Машиностроение, 1974.-208 с.

11. Брох Е.Т. Измерения механических колебаний и ударов. Рига.: Наука и техника, 1973. - 308 с.

12. Буренин В.В., Иванин C.B. Новые резинометаллические амортизаторы. Автомобильная промышленность. - 2000. - №7. - С. 36-38.

13. Васильева Т.Б., Воробьева И.А., Проскуряков В.А. Использование принципов унификации и агрегатирования при создании семейства машин// Труды ВНИИНМаш, вып. 7. М.: Издательство стандартов, 1973. - С. 39-44.

14. Ведемейер Е.А. Колебание автомобиля и двигателя. М.: Автотран-сиздат, 1959. - 143 с.

15. Веревкин Н.И., Лукинский B.C., Тарасенко В.В. Оценка влияния реактивной податливости рессор на собственные частоты трансмиссии автобусов ПАЗ// Сборник трудов ЛИСИ, №106. -Л.: 1975.-С. 130-136.

16. Вернигор В.А., Солонский A.C. Переходные режимы тракторных агрегатов. М.: Машиностроение, 1983. - 183 с.

17. Влияние соответствия подвески двигателя и подрамника на вертикальные колебания в автомобиле// Экспресс-информация: Автомобилестроение/ ВИНИТИ. 1967. -№1 - С. 14-28.

18. Галашин В.А. и др. Амплитудно-частотные характеристики подвески малолитражных автомобилей// Труды МВТУ им. Н. Э. Баумана: Вопросы автомобилестроения, №204. М.: 1974. - С. 115-120.

19. Галевский Е.А., Блинов Е.И., Кузнецов В.Т. Определение приведенной жесткости подвески ведущего колеса мотоцикла// Автомобильная промышленность. 1980. - №4. - С. 14-16.

20. Гальфгат Д.В. Аналитическое определение плавности хода автомобиля// Автомобильная промышленность. 1949. - №3. - С. 17-20.

21. Глух Б. А. Лабораторные методы испытания подвески с помощью вибрографа// Труды НАТИ, вып. 38. М.: Машгиз. - 1940. - С. 67-76.

22. Гончаров С.А. Исследование продольно-поступательных колебаний грузового автомобиля: Автореф. канд. техн. наук. М.: 1975. - 30 с.

23. Гордеев Б.А., Образцов Д.И. Вибро- и шумоизолирующая подвеска силового агрегата// Автомобильная промышленность. 1990. - №6. - С. 15.

24. Горелик A.M. Резиновые подвески// Серия 12: Автомобилестроение. -М.: ЦИНТИМАШ, 1962. 65 с.

25. Городецкий Ю.И. и др. Методы экспериментального определения демпфирования крутильных колебаний// Известия ВУЗов. Машиностроение, 1980.-№4.-С. 156-158.

26. Гредескул А.Б. и др. Статистические аспекты выбора тормозных механизмов для легковых автомобилей// Автомобильная промышленность. 1980. -№8.-С. 21-23.

27. Гпмпчсрпни Л ТА А тзтгмлгьКтлтил/ Трлпиа' Vupf^uиг тттта плло/ли ЛДииr-v •л* / • Л. ^/ItbUtlWUti л. л Л Л. V14V V11V111I Ж V V^/11'i » IV Vllllll ^aliyi А»^ »«# V/ • .1 Г Л.1 Л Д Д W • •

28. Высшая школа, 1986. 208 с.

29. Ден-Гартог Ж. Механические колебания. М.: Физматгиз, 1960. —580 с.

30. Дербаремдикер А.Д. Амортизаторы транспортных машин. М.: Машиностроение, 1985. - 200 с.

31. Динамика системы дорога шина - автомобиль - водитель// Под ред. A.A. Хачатурова. - М.: Машиностроение, 1976. - 535 с.

32. Динамические схемы мобильных машин. Минск: ИПНДМаш АН БССР, 1978.-43 с.

33. Есин Г.Д., Калягин Г.И., Есин С.Г. О вибропоглощающей способности резинометаллических шарниров центробежных муфт// В сборнике: Рассеяние энергии при колебаниях механических систем. Киев: Наука думка, 1976. — С. 210-215.

34. Зимелев Г.В. Теория автомобиля. М.: Воениздат, 1957. - 453 с.

35. Иларионов В.А. Эксплуатационные свойства автомобиля. М.: Машиностроение, 1966.-278 с.

36. Ковицкий В.И., Кольцов В.И., Рощин A.A. Статистические оценки вертикальной реакции на колесе и крутящего момента на полуоси автомобиля// Автомобильная промышленность. 1978. - №4. - С. 25-28.

37. Колебания автомобиля/ Под ред. Я.М. Певзнера. М.: Машиностроение, 1979.-208 с.

38. Конструкция автомобиля. Шасси/ Под общ. ред. A.J1. Карунина М.: МАМИ, 2000. - 528 с.

39. Корчемный J1.B., Минкин J1.M. Расчет амплитудно-частотных характеристик колебаний силового агрегата автомобиля// Известия ВУЗов. Машиностроение, 1980. -№1. С. 78-82.

40. Кондрашкин С.И., Контанистов С.П., Семенов В.М. Принципы построения математических моделей динамики движения автомобиля// Автомобильная промышленность. 1979. - №7. - С. 24-27.

41. Крутильные и изгибные колебания в трансмиссии автомобиля// Экспресс-информация: Автомобилестроение/ ВИНИТИ, 1966. №35. - С. 1-12.

42. Лавендел Э.Э. Расчет резинотехнических изделий. М.: Машиностроение, 1976. -232 с.

43. Лепетов В.А. Расчеты и конструирование резиновых изделий. Л.: «Химия», 1977, - 230 с.

44. Литвинов A.C. Управляемость и устойчивость автомобиля. М.: Машиностроение, 1971. - 416 с.

45. Литвинов A.C., Фиттерман Б.М., Немцов Ю.М. О возможности улучшения управляемости легковых автомобилей сочетанием конструктивных факторов// Автомобильная промышленность. 1976. - №4. - С. 13-17.

46. Ломакин В.В. и др. О влиянии трансмиссии на плавность хода автомобиля// Известия ВУЗов. Машиностроение, 1971. №8. - С. 89-95.

47. Ломакин В.В. Исследование совместных колебаний систем трансмиссии и подвески трехосных автомобилей типа 6x6 при движении по неровностям: Автореф. канд. техн. наук. -М.: 1971. 16 с.

48. Ломакин В.В. и др. Оптимизация передачи колебаний от силового агрегата на кузов автомобиля// Известия ВУЗов. Машиностроение, 1979. №2. -С. 101-106.

49. Ломакин В.В. и др. Определение передачи вибрации на кузов автомобиля// Известия ВУЗов. Машиностроение, 1971. №4. - С. 89-92.

50. Лукинский B.C. К вопросу о выводе общих дифференциальных уравнений движения автомобиля// Сборник трудов ЛИСИ, №106, вып. 2. Л.: 1975. -С. 152-160.

51. Масаидов М.С. Крутильные колебания в трансмиссии автомобиля с учетом реактивных связей// Автомобильная промышленность. 1970. - №7. -С. 21-23.

52. Мельников A.A., Федоров П.В. Реализация оптимальной характеристики подвески автомобиля// Труды Горьковского политехнического института им. А. А. Жданова, т. 24, вып. 8. Горький, 1973. - С. 14-18.

53. Микулик H.A. Влияние подвески агрегатов на крутильные колебания трансмиссии автомобиля: Автореф. канд. техн. наук. Минск: 1968. - 27 с.

54. Нарбут А.Н., Халиков Р.Т., Симаков А.Н., Титаренко B.C. Влияние ряда передаточных чисел на разгон автопоезда// Автомобильная промышленность.- 1980,- №8. -С. 13-16.

55. Островерхов Н.Л., Русецуий И.К., Бойко Л.И. Динамическая нагру-женность трансмиссии колесных машин. Минск: Наука и техника, 1977. -192 с.

56. Островцев А.Н. Основы проектирования автомобилей. М.: Машиностроение, 1968. -204 с.

57. Островцев А.И., Дербаремдикер А.Д., Юдкевич М.А. Развитие теории рабочего процесса и исследования конструкции продольно-упругой подвески автомобиля// Автомобильная промышленность. 1973. -№12. - С. 10-14.

58. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Л.: Машиностроение, 1976. - 320 с.

59. Пархиловский И.Г. Автомобильные листовые рессоры. М.: Машиностроение, 1978. - 232 с.

60. Пархиловский И.Г., Мусарский P.A. Энергия колебаний, рассеиваемая элементами подвески транспортных машин// Известия ВУЗов. Машиностроение, 1976.-№3.-С. 112-116.

61. Певзнер Я.М. Расчет колебаний автомобиля при различных статистических характеристиках дорожного микропрофиля// Труды НАМИ, вып. 66. -М., 1964.-С. 3-22.

62. Певзнер Я.М. О выборе соотношения параметров передней и задней подвесок автомобиля// Автомобильная промышленность. 1977. - №1. -С. 20-22.

63. Певзнер Я.М., Горелик A.M. Пневматические и гидрспнSBMатнчсскис подвески. М.: Машгиз, 1963. - 379 с.

64. Певзнер Я.М., Гридасов Г.Г., Рост В.П. Вибрационный стенд для исследования колебаний автомобиля// Труды НАМИ, вып. 154. -М., 1975. — С. 3-11.

65. Перерво П.Р. Исследование гидропневматической системы подвески малолитражного автомобиля: Дисс. канд. техн. наук. М., 1971. - 160 с.

66. Перерво П.Р., Федоров П.В. К вопросу усовершенствования гидропневматической подвески и некоторые результаты испытаний. В сб.: Вопросы теории и эксплуатации тракторов и автомобилей/ Ижевский сельскохозяйственный ин-т. - Ижевск, 1976, - с. 94-99.

67. Плавность хода автомобилей// Экспресс-информация: Автомобилестроение/ВИНИТИ, 1968.-№12.-С. 1-11.

68. Платонов В.Ф. Полноприводные автомобили. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 312 с.

69. Подвеска нового типа для вездеходов// Экспресс-информация: Автомобилестроение/ВИНИТИ, 1975.-№11.-С. 12-19.

70. Полунгян A.A., Кондрашкин С.И., Плужников Б.И. Моделирование разгона автомобиля с учетом динамики трансмиссии// Межвузовский сборник ВЗМИ: «Динамика транспортных средств», 1982. С. 138-147.

71. Пономарев С.Д. Расчет на прочность в машиностроении/ Том 2. М.: МАШГИЗ, 1958.-884 с.

72. Потураев В.Н., Дырда В.И. Резиновые детали машин: М.: Машиностроение, 1977.-216 с.

73. Потураев В.Н. Резиновые и резинометаллические детали машин: М.: Машиностроение, 1966. - 300 с.

74. Применение ЭВМ при конструировании и расчете автомобиля/ под общ. ред. А.И. Гришкевича. Минск: Высш. школа, 1978. - 264 с.

75. Проектирование полноприводных колесных машин: В 2-х томах. Учеб. для вузов/ Б.А. Афанасьев, Н.Ф. Бочаров, Л.Ф. Жеглов и др.; Под общ. ред. A.A. Полунгяна. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999 (2000). -488 (641) с.

76. Соисполн.: P.C. Музафаров, Р.П. Хамидуллин, А.Н. Филькина, К.С. Ившин, В.А. Буторин, М.Н. Стрелков, A.C. Мельников, С.А. Шиляев.

77. Раймпель Й. Шасси автомобиля: Рулевое управление/ Пер. с нем. -М.: Машиностроение, 1987. 220 с.

78. Раймпель И. Шасси автомобиля: Элементы подвески/ Пер. с нем. A.JI. Карпухина; Под ред. Г.Г. Гридасова. М.: Машиностроение, 1987. - 288 с.

79. Раймпель Й. Шасси автомобиля: Конструкции подвесок/ Пер. с нем. В.П. Агапова. М.: Машиностроение, 1989. - 328 с.

80. Раймпель Й. Шасси автомобиля: Амортизаторы, шины и колеса/ Пер. с нем. В.П. Агапова; Под ред. О.Д. Златовратского. М.: Машиностроение, 1986.-320 с.

81. Родионов В.Ф. Фиттерман Б.М. Легковые автомобили. М.: Машиностроение, 1971. - 504 с.

82. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля: Колебания и плавность хода. -М.: Машиностроение, 1972. 392 с.

83. Рязанцев В.И., Кузнецов В.Т. Моделирование движения спортивного мотоцикла по неровностям// Экспресс-информация: Мотовелопромышленность / НИИНАВТОПРОМ, 1980.-№2.-С. 11-18.

84. Самылин П.Л., Осипов Б.И. Автомобили УАЗ с уменьшенными шумом и вибрацией// Автомобильная промышленность. 1987. - №12. -С. 13-14.

85. Семенов В.М. Исследования пневмогусеничных двигателей и трапе портных средств на них: Дисс. д-ра. техн. наук. М., 1970. - 349 с.

86. Семенов В.М., Армадеров Р.Г. Работа грузового автомобиля в тяжелых дорожных условиях. М.: Автотрансиздат, 1962. - 180 с.

87. Семенов В.М. Динамические схемы системы привод движитель -машина// Автомобильная промышленность. - 1974. - №10. - С. 28-31.

88. Семенов В.М. и др. Динамические схемы с реактивными элементами// Автомобильная промышленность. 1975.-№2.-С. 15-17.

89. Семенов В.М., Кондрашкин С.И., Контанистов С.П. О динамике автомобиля, как колебательной системы, со многими степенями свободы// Автомобильная промышленность. 1976. - №4. - С. 21-23.

90. Семенов В.М., Кондрашкин С.И., Контанистов С.П. Определение динамической нагруженности трансмиссии и работа буксования муфты сцепления при трогании автомобиля с места// Автомобильная промышленность. 1978. - №2. - С. 23-26.

91. Семенов В.М. Некоторые особенности исследования динамики движения транспортной машины// Труды НАМИ, вып. 173. М., 1979. - С. 3-13.

92. Силаев A.A. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин. М.: Машиностроение, 1972. - 192 с.

93. Синев A.B., Степанов Ю.В. Определение оптимальных характеристик транспортных машин с учетом динамических свойств колеса. Машиноведение, 1981.- №1,-с. 41-46.

94. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин. 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Машиностроение, 1990. - 352 с.

95. Снижение массы и повышение эксплуатационных показателей легковых автомобилей// Экспресс-информация: Автомобилестроение/ ВИНИТИ, 1976.-№32.-С. 2-11.

96. Стрелков М.Н., Колотов М.Е. Анализ конструкций шаровых шарниров передней подвески легкового автомобиля// Материалы научно-технической конференции «Современные технологии в машиностроении и автомобилестроении». Ижевск: ИжГТУ, 2005. - С. 63-65.

97. Федоров П.В. Совершенствование подвески легкового автомобиля на основе анализа ее взаимосвязанных колебаний с трансмиссией: Дисс. . канд. техн. наук. М., 1988. - 169 с.

98. Тарасов А.Я., Усольцев В.Р. О продольных колебаниях, возбуждаемых карданной передачей// Автомобильная промышленность. 1975. - №2. - С.25-27.

99. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М.: Физматгиз, 1959.-439 с.

100. Токарев A.A. Топливная экономичность и тягово-скоростные качества автомобиля. М.: Машиностроение, 1982. - 224 с.

101. Тольский В.Е. Колебания силового агрегата автомобиля. М.: Машиностроение, 1976. - 266 с.

102. Упругие ограничители хода в автомобильных подвесках// -Экспресс-информация: Автомобилестроение/ ВИНИТИ, 1969. №4. - С. 8-21.

103. Успенский И.Н., Мельников A.A. Проектирование подвески автомобиля. М: Машиностроение, 1976. - 168 с.

104. Фалькевич Б.С. Теория автомобиля. М.: Машгиз, 1963. - 236 с.

105. Федосеев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука,1970. - 544 с.

106. Фурунжиев Р.И. Проектирование оптимальных виброзащитных систем. Минск: Высш. школа, 1971. - 320 с.

107. Цитович И.С., Альгин В.Б. Динамика автомобиля. Минск: Наука и техника, 1981.-191 с.

108. Чудаков Е.А. Теория автомобиля. М.: Машгиз, 1950. - 343 с.

109. Яворский Ю. Резина в автомобилях. JL: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1980. - 360 с.

110. Яценко H.H., Прутчиков O.K. Плавность хода грузовых автомобилей.- М.: Машиностроение, 1969. 220 с.

111. Яценко H.H., Щупляков B.C. Нагруженность трансмиссии автомобиля и ровность дороги. М.: Транспорт, 1967. - 164 с.

112. Яценко H.H. Поглощающая и сглаживающая способность шин. М.: Машиностроение, 1978. - 132 с.

113. AUTOkatalog/ Русское издание. М.: Ферайнигте Мотор-Ферлаге ГмбХ & Ко и ОАО «За рулем», 1996.

114. AUTOCAR & MOTOR. London: Haymarket Magazines Ltd, 1990, № 1-32.

115. Automobile Engineer, 1971. -№3. p. 25.

116. Curtis A. Some of the angles/ Motor, 1969. - №5. - p. 10-12.

117. Curtis A. Conflict and compromise/ Motor, 1983. - №4197. p. 39-43.

118. Dodlbacher G. Anwendung der Strukturdynamik im Fahrzeugbau. Automobil-Industrie, 1981. №3. - s. 357-361.

119. Heyl G. Sekundarantrieb Gelenkwellen 2. Motorrad, 1979. - №15. -s. 63-66.

120. Hirst E. How much overall energy does the automobile reguire? Automobil Engineer, 1972. №7. - p. 36-38.

121. Katalog der AUTOMOBIL REVUE. Bern: Hallwag Ltd, 1986.

122. Katalog der AUTOMOBIL REVUE/ Пер. на русский. М.: Stanford Trident (International), 1999. - выпуск 1.

123. Minami Т. Takagi Т. Analysis of vibration of rear suspension and drivetrain systems. Journal of SAE of Japan, 1969. - vol. 23. - №2. - p. 119-124.

124. Motorcyclist, 1983.-№4.-p. 81.

125. Nakai T. Problems in vibration of transmission sistem. Journal of SAE of Japan, 1969. - vol. 23. - №3. - p. 244-249.

126. RTA, 1975.-№349.-p. 49-54.136. RTA, 1976.-№352.-p. 199.

127. RTA, 1980.-№400.-p. 130-134.

128. Takagi T. Noise and vibration of automotive power train. Journal of SAE of Japan, 1972. - vol. 26. - №5. - p. 552-558.

129. Tiki K. Power hop. Bulletin of JSAE, 1972. - №4. - p. 114-126.

130. Watari A. and others. A consideration of passenger car driveability. -VDS-Berichte, 1980. №369. - p. 39-42