Поперечина с передней опорой силового агрегата

Заявляемая полезная модель относится к устройствам, обеспечивающим фиксацию двигателя для обеспечения его работоспособности, а именно к опорам двигателя, и может быть использована в автомобилестроении для фиксации двигателей легковых автомобилей.
Опоры двигателя - это специальные узлы, с помощью которых двигатель и коробка передач закрепляется на раме, подрамнике или кузове автомобиля.
Работа любого двигателя сопровождается динамическими вибрациями. Они распространяются по всему кузову и передаются в салон автомобиля. Сделать езду комфортной помогают опоры (подушки) двигателя. Кроме того, данные элементы конструкции предназначены для фиксации деталей, а также защиты их от деформации и раскачивания в процессе движения транспортного средства.
Главные функции опор двигателя:
погасить удары и толчки, которые возникают при движении транспортного средства;
обеспечить эффективную виброизоляцию салона на холостом ходу;
обеспечить меньший износ деталей за счет снижения раскачивания двигателя.
Главными факторами, которые определяют количество подушек двигателя и их расположение, считается масса и положение силового агрегата в моторном отсеке, а также тип кузова транспортного средства (см. https://techautoport.ru/dvigatel/mehanicheskaya-chast/opora-dvigatelya.html).
В современных автомобилях, в зависимости от конструкции, используется от 3 до 5 подушек (опор) двигателя, а точнее - силового агрегата, потому что система эластичного крепления объединена, в обязательном порядке, и с коробкой переключения передач. Чаще всего подушки располагаются в моторном отсеке следующим образом:
передняя опора - на моторной балке;
верхняя опора прикреплена к лонжерону кузова (иногда - к чашке амортизатора). Чаще находится справа;
задняя опора, при ее наличии, закреплена на днище или на переднем подрамнике;
под коробкой передач, ближе к задней части двигателя, закреплена общая подушка.
Как показала практика эксплуатации, при ненадлежащей работе передней опоры двигателя, двигатель имеет увеличенную амплитуду качания, после определенного пробега появляется стук в верхних опорах двигателя. В результате избыточного качания возникает поломка системы выпуска.
Известно переднее опорное устройство для силового агрегата, выполненное в виде поперечно установленного кронштейна 2, закрепленного на торцовой части силового агрегата; концы кронштейна через упругие элементы 3 опираются на стенку 4 отсека для двигателя (аналог - а.с. СССР №386495, МПК B65/02, от 1973г.).
Не смотря на то, что описанная конструкция направлена на снижение вибрации, и такой эффект действительно может быть достигнут в узком диапазоне колебаний при определенных условиях, недостатком данного предложения является расположение всех опор ниже центра тяжести силового агрегата. Такая схема менее устойчива и менее предсказуема по уровню вибраций в широком диапазоне колебаний. Кроме того, предложенная конструкция предусматривает кронштейны опор силового агрегата достаточно большого размера, что приведет к значительным нагрузкам из-за больших плеч приложения сил и увеличению массы этих кронштейнов, а также ответных частей двигателя для крепления этих кронштейнов. Поперечины имеют одностороннее крепление к элементам кузова и консольное крепление к задней опоре.
Известен кронштейн крепления двигателя для размещения между двигателем и кузовом транспортного средства, содержащий: кронштейн, прикрепляемый к двигателю или указанному кузову транспортного средства и имеющий части опорных рычагов для втулки; а также втулку, прикрепляемую к двигателю или кузову транспортного средства, соответственно, при этом указанная втулка может быть прикреплена к указанному кронштейну между частями опорных рычагов указанного кронштейна с помощью крепежного болта, при этом указанные части опорных рычагов имеют вырезы, в которые вставляются указанная втулка или часть болта может входить и предназначена для крепления к ней упомянутой втулки (аналог - п.5 патент GB2314537. МПК B60K5/12, 1998-01-07).
Предлагаемая конструкция обеспечит удобство сборки, однако при эксплуатации конструкция с пазовым креплением всегда будет более нагружена по сравнению с креплением через отверстие. Поскольку площадь примыкающих смежных частей в первом варианте меньше, то напряжения от прилагаемых сил будут больше, как следствие долговечность меньше. Особенно критично для литых изделий.
Из Интернета известна поперечина с дополнительной опорой двигателя, предназначенная для установки на автомобили на ВАЗ 2108-099, 2113-15, которая крепится непосредственно к кузову и через кронштейн жестко соединена с торцом двигателя. Другой конец кронштейна соединен с поперечиной через обойму, содержащую упругий элемент (см. https://www.drive2.ru/l/451993563211760483/).
К поперечине одновременно крепятся и элементы передней подвески автомобиля, и опора силового агрегата. При такой конструкции нагрузки от поперечины передаются непосредственно на кузов как со стороны подвески автомобиля через передние сайлентблоки, в которые монтируются передние растяжки подвески, так и со стороны силового агрегата. Это приводит к дополнительной вибрации и к дополнительным нагрузкам, передаваемым на кузов, что может приводить к его повреждению в точках крепления, за счет как продольных, так и поперечных нагрузок.
Из публикаций в Интернете известно устройство дополнительной (передней) опоры силового агрегата, содержащее поперечину с узлами крепления в виде планок, выполненных на ее концах, и жестко установленный на поперечине кронштейн, соединенный с первым упругим шарниром (сайлентблоком) узла опоры силового агрегата. Второй упругий элемент (сайлентблок) запрессован на свободном конце узла опоры и предназначен для соединения с кронштейном, установленным в нижней передней части силового агрегата (см. https://www.drive2.ru/l/588576272003656792/). Данное решение принято за прототип.
В конструкции прототипа применяется поперечна с растяжкой, которая качается на двух осях, а сама поперечина крепится к кузову только по одной плоскости. Недостатком данного решения является воздействие на поперечину опоры момента кручения, усиливающегося в процессе эксплуатации, что влечет за собой передачу на элементы кузова дополнительных нагрузок и приводит к разрушению этих элементов кузова. Крепление к элементам кузова только по одной плоскости усиливает этот эффект дополнительными контактными напряжениями.
Кроме того, растяжка с двумя осями качания (болты в местах крепления к сайлентблокам) также не позволяет предотвратить передачу вибраций на кузов, поскольку такая конструкция работает только для ограничения качания двигателя в одном направлении - вперед и назад по направлению движения автомобиля и не обеспечивает перераспределения нагрузок между опорами.
Техническая проблема, решаемая полезной моделью - обеспечить снижение нагрузок, предотвратить возникновение шума и вибрации, увеличить срок службы всех опор силового агрегата, исключить разрушение этих опор и повреждение элементов двигателя и кузова.
Технический результат от использования всех существенных признаков полезной модели заключается в снижении нагрузок на все опоры. Снижение нагрузок на опоры позволяет увеличить срок службы всех опор двигателя, предотвратить разрушение этих опор и повреждение элементов двигателя и кузова.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в известной поперечина с передней опорой силового агрегата, содержащей узлы крепления, выполненные на ее концах, и жестко установленный на поперечине кронштейн, соединенный с сайлентблоком узла опоры силового агрегата, согласно полезной модели каждый узел крепления поперечины выполнен в виде С-образной скобы с верхними и нижними полочками, между которыми установлена составная распорная втулка, а на свободном конце узла опоры силового агрегата выполнена площадка с местами приема элементов крепления.
Выполнение каждого узла крепления поперечины в виде С-образной скобы с верхними и нижними полочками, между которыми установлена составная распорная втулка позволяет обеспечить надежное крепление поперечины к съемным лонжеронам подрамника, что устраняет воздействие крутящего момента на поперечину. Такое крепление позволяет сократить амплитуду качания силового агрегата во всех направлениях, что обеспечивает снижение нагрузок на штатные опоры, позволяя увеличить срок их службы. Выполнение узла опоры силового агрегата с одним сайлентблоком, соединенным с кронштейном поперечины и имеющим на его свободном конце площадку с местами приема элементов крепления для соединения с двигателем, обеспечивает снижение нагрузок на штатные опоры, позволяя увеличить срок их службы, поскольку вибрации двигателя гасятся более эффективно, что разгружает штатные опоры двигателя.
Наличие составной распорной втулки в узлах крепления поперечины обеспечивает надежное крепление поперечины к съемным лонжеронам, что устраняет воздействие крутящего момента на поперечину. Такое крепление позволяет сократить амплитуду качания силового агрегата во всех направлениях, что обеспечивает снижение нагрузок на штатные опоры, позволяя увеличить срок их службы, и дополнительно позволяет избежать деформации съемного лонжерона подрамника.
Фиг. 1 - установка поперечины.
Фиг. 2 – поперечина.
Фиг. 3 - вид А фиг. 1 - распорная втулка в сечении.
Фиг. 4 - общий вид двигателя со штатными опорами и поперечиной с передней опорой.
Поперечина 1 с передней опорой силового агрегата снабжена узлами крепления 2-1, 2-2, выполненными на ее концах и жестко соединенными с ней. На поперечине 1 жестко закреплен кронштейн 3, соединенный с сайлентблоком 4 узла 5 передней опоры силового агрегата (см. фиг. 1). Каждый узел крепления 2-1, 2-2 выполнен в виде С-образной скобы с верхними 6 и нижними 7 полочками, между которыми установлена составная распорная втулка 8. Втулка 8 состоит из наружной тонкостенной втулки 9 и вкладышей 10, 11, устанавливаемых в нее с обеих сторон (см. фиг. 3). Соединение кронштейна 3 с сайлентблоком 4 узла 5 передней опоры силового агрегата и поперечины 1 с лонжеронами подрамника осуществляется через отверстия, что обеспечивает надежность и прочность соединения. На свободном конце узла опоры 5 силового агрегата выполнена площадка 12 с местами 13 приема элементов крепления 14 (см. фиг. 2).
Устройство работает следующим образом.
Во время движения автомобиля возникающие продольные нагрузки в основном гасятся сайлентблоком 4 узла 5 опоры силового агрегата. Далее нагрузка передается через поперечину 1 в узлы крепления 2-1, 2-2, выполненные в виде С-образных скоб с верхними 6 и нижними 7 полочками, между которыми установлена составная распорная втулка 8, и далее на съемные лонжероны. Выполнение узлов крепления 2-1, 2-2 в виде С-образных скоб с верхними 6 и нижними 7 полочками, между которыми установлена составная распорная втулка 8, при больших продольных нагрузках на поперечину обеспечивает стабильное ее положение и она не подвергается воздействию возникающего момента кручения, что обеспечивает снижение вибрационных нагрузок на сайлентблок 4 узла 5 опоры силового агрегата. Поперечная нагрузка передается от двигателя на сайлентблок 4 узла 5 опоры силового агрегата и далее через кронштейн 3 и через С-образные элементы на съемные лонжероны (правый и левый).Передача нагрузок на поперечину происходит только от узла 5 передней опоры силового агрегата, снабженного сайлентблоком 4, причем узел 5 опоры расположен так, что поперечина работает в большей степени на изгиб и в меньшей на кручение.
Как показали результаты испытаний, предлагаемое устройство забирает часть нагрузок на себя, тем самым предотвращает избыточное раскачивание силового агрегата, снижает уровень вибрации, обеспечивает увеличение срока эксплуатации штатных боковых опор и задней растяжки, составляющих подвеску силового агрегата (см. фиг. 4, на которой показаны штатные опоры и заявляемая поперечина с передней опорой).
В разработанном устройстве крепление узла 5 опоры двигателя к поперечине 1 и креплении поперечины 1 к элементам кузова является двусторонним, что снижает контактные напряжения, крутильные и изгибные напряжения в конструкции и обеспечивает снижение нагрузок на штатные опоры, позволяя увеличить срок их службы и долговечность.
Заявленное устройство может быть изготовлено из современных материалов с применением существующего оборудования и современных технологий.
Заявленная полезная модель может быть использована в автомобилестроении для фиксации двигателей легковых автомобилей.