Підвіска двигунів

Кріплення (підвіска) двигуна до рами виконується так, щоб зменшити вібрації, які передаються від двигуна рамі і запобігти появі додаткових напружень в різних деталях, особливо, в блок-картері. Опори двигунів мають пружні елементи, гумові кільця.

Правильно обрана пружна підвіска двигуна дозволяє зменшити коливання його й автомобіля, а також понизити сили і шум, що передаються через опори підвіски двигуна на шасі автомобіля і тим самим підвищити довговічність і комфортабельність автомобіля.

Основні вимоги до підвіски автомобільного двигуна: підвіска повинна забезпечувати надійну роботу двигуна при дії постійних збурюючих факторів, що виникають при роботі двигуна; сприймати вагу силового агрегату; забезпечувати меншу зв'язаність власних коливань двигуна; зменшувати динамічні навантаження і вібрації, що передаються через підвіску двигуна на шасі автомобіля; обмежувати зсув силового агрегату при дії періодичних збурюючих факторів.

На надійну роботу двигуна впливають:

1. перекидаючий (крутного) моменту двигуна, неврівноважені відцентрові сили і моменти, неврівноважені сили і моменти поступально рухомих мас, дисбалансні обертові маси;

2. різне протіканні робочого процесу по циліндрах двигуна.

1. Менші коливання автомобільного двигуна можна одержати за рахунок підвищення рівномірності перекидаючого моменту двигуна, що досягається шляхом збільшення числа циліндрів двигуна і дотримання рівності інтервалів між робочими ходами.

2. При різному протіканні робочого процесу по циліндрах двигуна можливе збільшення рівня гармонік моменту, що мають більш низьку частоту. Це гармоніки половинного, першого і полуторного порядків. Низькочастотні гармоніки можуть мати значний рівень у спектрі змушених частот двигуна, що приводить до збільшення його коливань.

Досвіди показують, що в дизелів рівні низькочастотних гармонік можуть бути значні при малих оборотах холостого ходу двигуна. Вважається, що в карбюраторних двигунів наявність у спектрі коливань інтенсивних, низькочастотних гармонік більш імовірно, чим у дизелів [I]. Якщо двигун погано збалансований, то в спектрі змушених частот значну інтенсивність буде мати гармоніка, частота якої дорівнює числу оборотів колінчатого вала двигуна. Величини збудливих сил інерції і моментів від неврівноважених обертових і поступально рухаються мас визначаються по відомих формулах [2].

Забезпечення сприйняття ваги силового агрегату. У підвіску автомобільних двигунів широко використовуються гумові амортизатори. Як матеріал звичайно використовують еластичну гуму твердістю 40—60 одиниць по ТМ-2 на основі натурального каучуку. Здібності гуми, що амортизують, різко погіршуються, коли вона стиснута більше чим на 20% своєї висоти. У зв'язку з цим амортизатор потрібно розраховувати таким чином, щоб при дії ваги силового агрегату гума стискувалася на величину не більше 15% від своєї висоти. При дії ваги силового агрегату напруги, що допускаються, при стиску гуми можна прийняти рівними 30-50 кг/см². При одночасній роботі гуми на зрушення і стиск під дією ваги силового агрегату допускається велика деформація гуми, чим при чистому стиску. Під час дії ваги силового агрегату напруги, що допускаються, при рівнобіжному зрушенні гуми можна прийняти рівними 10-20 кг/см².

Забезпечення меншої зв'язаності власних коливань двигуна. Стосовно до автомобільних і мотоциклетних двигунів це питання розглядається в роботах [1], [4], [5]. Зв'язаність власних коливань двигуна визначається розташуванням і твердістю амортизаторів підвіски двигуна. Для одержання незв'язаних коливань двигуна потрібно розташовувати амортизатори з однаковими характеристиками пружності в площині, що проходить через центр ваги силового агрегату на однаковій відстані від нього. У цьому випадку всі шість коливань будуть відбуватися незалежно друг від друга і частоти власних коливань розташовуються в більш вузькому діапазоні. Істотно спроститься розрахунок підвіски і значення частот власних коливанні й амплітуд зсувів при незв'язаних коливаннях можна буде визначати по формулах (6)—(9). Однак така підвіска важко здійсненна.

Для автомобільного двигуна бажано, щоб незв'язаної була частота власних коливань навколо головної осі силового агрегату (рис. 1). Для цього варто розташовувати опори в площині, що проходить через головну вісь, і тоді коливання двигуна будуть двухзв’язними. Підвіска, що забезпечує двухзв’язні коливання, застосована на двигуні ЯМЗ-236 [5]. .

            Рис.1. Осі силового агрегату                             Рис.2. Характеристика амортизатора

Характеристика амортизатора підвіски двигуна повинні вибиратися з урахуванням тих вимог, про які говорилося вище.

Амортизатори повинні мати малий опір при дії постійних факторів двигуна, що обурюють, (перекидаючого моменту, неврівноважених сил і моментів і ін.), а також мати достатній опір при впливі на двигун періодичних факторів, що обурюють, (сил інерції, максимального реактивного моменту, ударів від дороги й ін.).

Виходячи з цього, бажана характеристика (крива твердості) гумового амортизатора підвіски двигуна повинні відповідати кривої, приведеної на рис.2. Для одержання такої характеристики конструкція амортизатора повинна виконуватися так, щоб при малих переміщеннях (ділянка А) гума працювала на зрушення тому що при зрушенні гума має найменшу твердість. При значних зсувах (ділянка Б) збільшення твердості амортизатора можна одержати за рахунок роботи гуми на стиск. Додаткове збільшення твердості на ділянці Б можна одержати за рахунок включення в підвіску двигуна спеціальних гумових обмежуючих або гідравлічних амортизаторів.

Пружні елементи підвіски зазвичай виготовляють у вигляді масивних гумових втулок башмаків (рис. 3), привулканізованих до каркаса. Для максимального поглинання енергії коливань силового агрегата їх виготовляють з спеціальної гуми, що має великі втрати на гістерезис.

Рис. 3. Елементи кріплення силового агрегата автомобіля КамАЗ – 5320:

а) передня опора; б) задня опора; в) підтримуюча опора 1 – блок-картер; 2 – штифт; 3 – шпилька; 4, 8, 23 і 28 – кронштейни; 5, 15 і 19 – болти; 6 – стяжка; 7, 14, 27 – гумові подушки; 9 – стояк; 10 – лонжерон рами; 11 – кронштейн задньої опори; 12 – кронштейн двигуна; 13 – картер маховика; 16 – башмак; 17 – захисний ковпак; 18 – втулка; 20 – кришка; 21 – регулювальна прокладка; 22 – картер коробки передач; 24 – поперечина; 25 – обойма подушки; 26 – накладка подушки.

Для обмеження недопустимих поздовжніх переміщень двигуна каркасні деталі пружних елементів орієнтують таким чином, щоб в напрямку дії поздовжніх сил гумова вкладка мала найбільшу жорсткість. Якщо цього не вдається зробити, то використовують спеціальні тяги, які зв'язують блок-циліндр з підмоторною рамою і не допускають її відносного переміщення (кріплення двигуна автомобіля ЗиЛ-431410).