9.6. Виброизоляция автомобильных и тракторных двигателей

Двигатель внутреннего сгорания, подвешенный на упругих элементах (амортизаторах) к раме автомобиля или остову трактора, представляет собой колебательную механическую систему с шестью степенями свободы.

Источниками колебаний двигателя являются опрокидывающий момент, неуравновешенные силы, моменты сил инерции и возмущения, передающиеся двигателю от дороги. При разгоне и торможении автомобиля или трактора возникают дополнительные силы, воздействующие на двигатель.

Для снижения колебаний (вибрации), передаваемых от двигателя к раме или остову, предусматривают виброизоляцию – амортизаторы, устанавливаемые между двигателем и рамой или остовом. В большинстве случаев применяют резинометаллические амортизаторы, в которых арматуру крепят к резине способом вулканизации. Эти амортизаторы работают на сжатие, сдвиг или на обе деформации одновременно. Резину применяют марок 7-1874 и 7-2959 на основе натурального каучука.

Исходными данными для расчета виброизолятора являются: количество цилиндров, угол развала между рядами цилиндров, масса двигателя m, схема подвески двигателя и число оборотов двигателя n, мин^-1. Порядок расчета рекомендуется следующий (по методике канд. техн. наук С.А. Айрбабамяна):

1. Определяют основную частоту опрокидывающего момента, Гц: f_о.м. = 1,5 n/60.

2. Вычисляют собственную частоту двигателя на амортизаторах, Гц: f_с.а. =  f_о.м./а, где а = 3 … 4.

3. Определяют динамическую жесткость амортизаторов в вертикальном направлении, Н/м: C_zg = mω₀² = m (2π f_с.а.)², где ω₀ – собственная угловая частота, с^-1.

4. Находят фактор формы амортизатора Ф = А_н/А_с, где А_н и А_с – нагруженная и свободная площадь амортизатора; для грузовых автомобилей Ф = 0,5 … 0,8.

5. Определяют статическую жесткость амортизатора: С_zc = С_zg/α, где α – коэффициент пропорциональности, принимают для резины 7-1847 равным 1,3 и для 7-2959 – 1,5.

6. Вычисляют статическую жесткость каждого амортизатора, Н/м: С_zci = C_zc /i, где i – количество подвесок двигателя.

7. Находят деформацию амортизатора под действием силы тяжести двигателя, см: ∆h = mg/С _zcii, где g – 9,81 м/с².

8. Определяют минимальную высоту амортизатора, см: h_min = ∆h/0,15 при условии, что ∆h/h ≤ 0,15, где h – высота амортизатора.

9. Вычисляют площадь поперечного амортизатора, м²: А = (С_zcih_min)/6G(1+Ф²), где G – модуль сдвига, МПа, принимаемый для резины 7-1847 равным 0,5, для резины 7-2959 - 0,7.

Используя эти данные, определяют линейные размеры амортизатора.

Комплексный модуль для ряда резин на частотах 10-20 Гц имеет значения, указанные в табл. 9.6

Таблица 9.6

Характеристики резины

Марка резины	1002	1011	5969	10 791	278-4	922	615	2959	1378	1224	51-1562
Модуль сдвига, МПа	10	12	12	8	6	3	1,8	1,6	0,7	1,3	0,7
Коэффициент потерь	0,6	0,2	0,4	0,33	0,27	0,35	0,27	0,31	0,1	0,08	0,17

Зависимости модулей упругости от частоты следует рассматривать как условные характеристики, так как они применимы не к любым периодическим процессам с известной частотой, а лишь к монохроматическим, изменение которых во времени описывается гармоническими функциями sinωt, cosωt, exp (i ωt).

Контрольные вопросы

1. Какие размерные показатели интенсивности виброизоляции применяются в технике?

2. Какие безразмерные показатели вибрации применяются в технике?

3. Что представляет из себя полоса частот и как она образуется?

4. По каким координатным осям нормируется вибрация, действующая на человека?

5. Как можно оценивать эффективность виброзащиты?

6. Что представляет собой активная виброизоляция?

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ

ИНЖЕНЕРНАЯ АКУСТИКА