Study of the impact of integrating the Watt linkage as a stabilizer in an agricultural tractor‑vehicle
Bauman Moscow State Technical University (Kaluga Branch) (Kaluga, Russian Federation).
Email: sidorov-kaluga@yandex.ru
0009-0004-0214-1373Abstract
Background. The article is devoted to the study of the dynamics of the Watt mechanism as a suspension stabilization device for a wheeled vehicle based on an experimental model of a passenger mobile small-sized vehicle NAMI-2339. The key problem in the design of independent suspensions is the minimization of undesirable parasitic movements of the wheel in the horizontal plane (track change, convergence, longitudinal displacement) during its vertical course. As an alternative, a kinematic scheme based on the Watt parallelogram mechanism (known as a mechanism for reproducing approximately rectilinear motion) is proposed. Purpose. To obtain results under the influence of emerging forces and efforts as a result of suspension operation. Methodology. Studies of the movement of the Watt mechanism were conducted in the SolidWorks Motion environment. Results. The dependences of the displacement of the center of mass of the main elements of the mechanism and their numerical parameters under the influence of applied forces are obtained. Practical implications. The results can be used in the development and production of wheeled vehicles.
Keywords
vehicle, mechanism, study, harmonic oscillation
Исследование влияния интеграции механизма Уатта в роли стабилизатора в тракторомобиль сельского назначения
КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана (Калуга, Российская Федерация).
Email: sidorov-kaluga@yandex.ru
0009-0004-0214-1373Аннотация
Обоснование. Статья посвящена изучению динамики механизма Уатта в качестве устройства стабилизации подвески колесной машины на базе экспериментальной модели легкового мобильного малогабаритного транспортного средства НАМИ-2339. Ключевая проблема при проектировании независимых подвесок – минимизация нежелательных паразитных перемещений колеса в горизонтальной плоскости (изменение колеи, схождения, продольного перемещения) при его вертикальном ходе. В качестве альтернативы предлагается кинематическая схема, основанная на параллелограммном механизме Уатта (известном как механизм для воспроизведения приближенно прямолинейного движения). Цель – получение результатов исследования под воздействием возникающих сил и усилий в результате работы подвески. Методология. Исследования движения механизма Уатта проводились в среде SolidWorks Motion. Результаты. Получены зависимости перемещения центра масс основных элементов механизма и их числовые параметры под воздействием приложенных сил. Область применения результатов. Полученные результаты могут быть использованы при разработке и производстве колесных машин.
Ключевые слова
автомобиль, механизм, исследование, гармоническое колебание
Список литературы
1. Гольд, Б. В. (1959). Конструкция и расчёт автомобиля. Т. 1: Шасси. Москва: Машгиз. 487 с.
2. Резников, Н. А. (1988). Автомобильные подвески. Конструкция и расчёт. Москва: Машиностроение. 143 с.
3. Синицкий, С. А., Хафизов, К. А., Нурмиев, А. А., Хафизов, Р. Н., Медведев, В. М., & Лушнов, М. А. (2019). Учебное пособие по дисциплине «Конструкция автомобилей и тракторов» [Электронный ресурс]. Получено из электронно‑библиотечной системы «Лань»: https://e.lanbook.com/book/202586. ISBN: 978‑5‑7043‑4751‑9
4. Поливаев, О. И., Костиков, О. М., Ворохобин, А. В., & Ведринский, О. С. (2022). Конструкция тракторов и автомобилей: учебное пособие [Электронный ресурс]. Санкт‑Петербург: Лань. Получено из электронно‑библиотечной системы «Лань»: https://e.lanbook.com/book/211322. ISBN: 978‑5‑8114‑1442‑0. EDN: https://elibrary.ru/MMZOSQ
5. Болтинский, В. Н., & Панов, Ю. В. (1973). Теория и конструкция автомобиля: учебник для вузов (2‑е изд., перераб. и доп.). Москва: Машиностроение. 488 с.
6. Кутьков, Г. М. (2014). Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства. Москва: Инфа‑М. 506 с.
7. Волков, Е. В. (2022). Теория эксплуатационных свойств автомобиля: учебник для вузов [Электронный ресурс]. Санкт‑Петербург: Лань. Получено из электронно‑библиотечной системы «Лань»: https://e.lanbook.com/book/197455. ISBN: 978‑5‑8114‑8745‑X
8. Афанасьев, Б. А., Жеглов, Л. Ф., & Крохин, Н. А. (1976). Конструкция. Основы теории и расчёта автомобиля: учебное пособие для вузов. Москва: Машиностроение. 350 с.
9. Полунгян, А. А. (2003). Математическая модель динамики трансмиссии колёсной машины при движении по твёрдой неровной дороге. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение, (4), 15–25.
10. Вайсман, В. М. (1984). Исследование кинематики направляющего механизма Уатта автомобильной подвески. Автомобильная промышленность, (7), 12–14.
11. Хачатуров, А. А., Афанасьев, В. Л., Васильев, В. С., и др. (1976). Динамика системы дорога — шина — автомобиль — водитель. Москва: Машиностроение. 535 с.
12. Певзнер, Я. М., Гридасов, Г. Г., Конев, А. Д., и др. (1979). [Название работы не указано]. Москва: Машиностроение. 208 с.
13. Скрынников, А. В., Шихин, А. В., Попов, А. А., & Сидоров, В. Н. (2022). Моделирование взаимодействия шины колеса с опорным основанием опорно‑ходового модуля. Инженерный вестник Дона, (6). Получено с: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n6y2022/7695. EDN: https://elibrary.ru/RIGKUW
14. Фадеева, М. Э., Чудаков, Д. А., Маташнев, А. А., Сидоров, В. Н., & Пономарев, А. И. (2022). Моделирование механической трансмиссии колёсной машины 4×2 с задней ведущей осью. Инженерный вестник Дона, (12). Получено с: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n12y2022/8090. EDN: https://elibrary.ru/KEDQQI
15. Судейко, О. В., Сидоров, В. Н., & Сидоров, М. В. (2021). Имитационное моделирование вибронагруженности пассажирских мест автобуса для внутрихозяйственных перевозок сельскохозяйственных предприятий. «АгроЭкоИнфо», 1–11.
16. Жилейкин, М. М., Котиев, Г. О., & Сарач, Е. Б. (2018). Математические модели систем транспортных средств: методические указания [Электронный ресурс]. Москва: МГТУ им. Н. Э. Баумана. Получено из электронно‑библиотечной системы «Лань»: https://e.lanbook.com/book/103321. ISBN: 978‑5‑7038‑4761‑9
17. Сидоров, В. Н., & Осиненко, П. В. (2010). Разработка усовершенствованной методики моделирования входных воздействий МТА. В: Сборник научных докладов ВИМ (Т. 1, с. 284–291). EDN: https://elibrary.ru/OZABNB
18. Сидоров, В. Н., Тинт, Н. В., & Алакин, В. М. (2023). Математическое моделирование процесса комбинированной рычажно‑электромагнитной системы поперечной стабилизации. Мир транспорта и технологических машин, (3–4/82), 18–25. https://doi.org/10.33979/2073-7432-2023-3-4(82)-18-25. EDN: https://elibrary.ru/FKUKGU
19. Кутьков, Г. М., Сидоров, В. Н., & Сидоров, М. В. (2015). Исследование демпфирующих свойств транспортно‑технологического модуля сельскохозяйственного трактора. Современные проблемы науки и образования, (2–1), 197. EDN: https://elibrary.ru/UHWZOL
20. Корнюшин, Ю. П., & Сидоров, М. В. (2025). Влияние динамических свойств технологического модуля на вертикальные колебания оси колеса. Transportation and Information Technologies in Russia / Транспорт и информационные технологии, 15(2), 161–176. https://doi.org/10.12731/2227-930X-2025-15-2-341. EDN: https://elibrary.ru/GJGBJR
21. Кислицын, С. Г. (2009). Математическое моделирование кинематики и динамики направляющего аппарата подвески с механизмом Уатта. Труды НАМИ, (254), 56–67.
References
1. Gold, B. V. (1959). Construction and calculation of automobiles. Vol. 1: Chassis. Moscow: Mashgiz. 487 p.
2. Reznikov, N. A. (1988). Automotive suspensions: Construction and calculation. Moscow: Mashinostroenie. 143 p.
3. Sinitsky, S. A., Khafizov, K. A., Nurmiev, A. A., Khafizov, R. N., Medvedev, V. M., & Lushnov, M. A. (2019). Textbook on the discipline “Construction of automobiles and tractors” [Electronic resource]. Retrieved from the Lan electronic library system: https://e.lanbook.com/book/202586. ISBN: 978‑5‑7043‑4751‑9
4. Polivaev, O. I., Kostikov, O. M., Vorokhobin, A. V., & Vedrinsky, O. S. (2022). Construction of tractors and automobiles: textbook [Electronic resource]. Saint Petersburg: Lan. Retrieved from the Lan electronic library system: https://e.lanbook.com/book/211322. ISBN: 978‑5‑8114‑1442‑0. EDN: https://elibrary.ru/MMZOSQ
5. Boltinsky, V. N., & Panov, Yu. V. (1973). Theory and construction of automobiles: textbook for universities (2nd ed., rev. and enl.). Moscow: Mashinostroenie. 488 p.
6. Kutkov, G. M. (2014). Tractors and automobiles: Theory and technological properties. Moscow: Infra‑M. 506 p.
7. Volkov, E. V. (2022). Theory of automobile operational properties: textbook for universities [Electronic resource]. Saint Petersburg: Lan. Retrieved from the Lan electronic library system: https://e.lanbook.com/book/197455. ISBN: 978‑5‑8114‑8745‑X
8. Afanasyev, B. A., Zheglov, L. F., & Krokhin, N. A. (1976). Construction. Fundamentals of theory and calculation of automobiles: textbook for universities. Moscow: Mashinostroenie. 350 p.
9. Polungyan, A. A. (2003). Mathematical model of transmission dynamics of a wheeled vehicle when moving on a hard uneven road. Bulletin of Bauman MSTU. Ser. Mechanical Engineering, (4), 15–25.
10. Vaysman, V. M. (1984). Study of the kinematics of the Watt guiding mechanism of an automotive suspension. Automotive Industry, (7), 12–14.
11. Khachaturov, A. A., Afanasyev, V. L., Vasilyev, V. S., et al. (1976). Dynamics of the road‑tire‑vehicle‑driver system. Moscow: Mashinostroenie. 535 p.
12. Pevzner, Ya. M., Gridasov, G. G., Konev, A. D., et al. (1979). [Title not specified]. Moscow: Mashinostroenie. 208 p.
13. Skrynnikov, A. V., Shikhin, A. V., Popov, A. A., & Sidorov, V. N. (2022). Modeling the interaction of a wheel tire with the supporting base of a running gear module. Engineering Bulletin of the Don, (6). Retrieved from: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n6y2022/7695. EDN: https://elibrary.ru/RIGKUW
14. Fadeeva, M. E., Chudakov, D. A., Matashnev, A. A., Sidorov, V. N., & Ponomarev, A. I. (2022). Modeling of the mechanical transmission of a 4×2 wheeled vehicle with a rear driving axle. Engineering Bulletin of the Don, (12). Retrieved from: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n12y2022/8090. EDN: https://elibrary.ru/KEDQQI
15. Sudeiko, O. V., Sidorov, V. N., & Sidorov, M. V. (2021). Simulation modeling of vibration load on passenger seats of a bus for intra‑farm transportation of agricultural enterprises. AgroEcoInfo, 1–11.
16. Zhileykin, M. M., Kotiev, G. O., & Sarach, E. B. (2018). Mathematical models of vehicle systems: guidelines [Electronic resource]. Moscow: Bauman MSTU. Retrieved from the Lan electronic library system: https://e.lanbook.com/book/103321. ISBN: 978‑5‑7038‑4761‑9
17. Sidorov, V. N., & Osinenko, P. V. (2010). Development of an improved methodology for modeling input effects of an MTA. In Collection of scientific papers of VIM (Vol. 1, pp. 284–291). EDN: https://elibrary.ru/OZABNB
18. Sidorov, V. N., Tint, N. V., & Alakin, V. M. (2023). Mathematical modeling of the process of a combined lever‑electromagnetic lateral stabilization system. World of Transport and Transport Machines, (3–4/82), 18–25. https://doi.org/10.33979/2073-7432-2023-3-4(82)-18-25. EDN: https://elibrary.ru/FKUKGU
19. Kutkov, G. M., Sidorov, V. N., & Sidorov, M. V. (2015). Study of damping properties of the transport and technological module of an agricultural tractor. Modern Problems of Science and Education, (2–1), 197. EDN: https://elibrary.ru/UHWZOL
20. Kornyushin, Yu. P., & Sidorov, M. V. (2025). Influence of dynamic properties of a technological module on vertical oscillations of a wheel axle. Transportation and Information Technologies in Russia, 15(2), 161–176. https://doi.org/10.12731/2227-930X-2025-15-2-341. EDN: https://elibrary.ru/GJGBJR
21. Kislitsyn, S. G. (2009). Mathematical modeling of kinematics and dynamics of a suspension guiding apparatus with a Watt mechanism. Proceedings of NAMI, (254), 56–67.