Подвески транспортных средств классифицируются по типам направляющих устройств, упругих элементов и гасящих устройств (амортизаторов).
По типу направляющих устройств
По типу направляющих устройств различают подвески:
- зависимые
- независимые
- балансирные
В зависимой подвеске с поперечной связью колеса двух бортов одного моста связаны жесткой балкой (см. рис. а). В этом случае вертикальное перемещение одного колеса относительно несущей системы вызывает изменение наклона плоскости качения другого колеса.
В независимой подвеске каждое колесо (каток) перемещается относительно несущей системы независимо от другого. На рисунке б показана независимая однорычажная подвеска с поперечным расположением рычага. Такое направляющее устройство обеспечивает перемещение колеса в поперечной плоскости с изменением угла его наклона и колеи ТС. В зависимости от конструктивного исполнения независимые подвески могут быть однорычажные с продольным расположением рычага (рисунок а) и двухрычажные с поперечными расположением рычагов (рисунок б).
Однорычажные подвески с продольным рычагом полностью исключают изменение угла наклона колеса и колеи ТС, а двухрычажные обеспечивают минимальные их изменения при правильном выборе соотношения длин рычагов и углов их установки.
В балансирных подвесках (в зависимых подвесках с продольной связью) колеса (катки) одного борта ТС соединены друг с другом качающимися балансирами, роль которых могут выполнять листовые рессоры или жесткие балки (рис. а, б). В таких подвесках даже при отсутствии упругого элемента вертикальное перемещение одного из колес вызывает вдвое меньшие перемещения оси качания балансира, закрепленного на несущей системе ТС, что улучшает плавность хода машины. Балансирные подвески за счет качания балансира обеспечивают перераспределение нагрузки, действующей на колеса, что существенно уменьшает воздействие неровностей дороги на ТС в целом.
Рис. Схемы независимых подвесок:
а - однорычажных с продольным расположением рычага; б - двухрьдчажных с поперечным располржением рычагов
По типу упругих элементов
По типу упругих элементов различают подвески с упругими элементами:
- металлическими
- неметаллическими
В качестве металлических упругих элементов используются листовые рессоры, спиральные пружины (цилиндрические или конические) и торсионы. К неметаллическим упругим элементам относятся пневматические и резиновые упругие элементы.
Листовая рессора состоит из нескольких стальных листов (чаще всего 6 - 14), имеющих разную длину и кривизну и, как правило, прямоугольное сечение, Длина листов подбирается из условия приближения формы рессоры к форме балки равного сопротивления изгибу, которая при данном виде нагрузки является наименее жесткой.
Рис. Схемы балансирных подвесок:
а — с упругим балансиром в виде листовой рессоры; б - с жестким балансиром; АВ, DC - соответственно реактивная и толкающая штанги
При изготовлении листовых рессор листам придают различную кривизну, поэтому при сборке их подвергают предварительным деформациям, знак которых противоположен знаку рабочих деформаций. Это обеспечивает некоторую разгрузку листов рессоры. Листы собирают в пакет с помощью хомутиков, некоторые рессоры стягивают центральным болтом и затем устанавливают между мостом и несущей системой машины. Листовые рессоры обычно имеют полуэллиптическиую форму.
Если листовая рессора используется в зависимой подвеске с поперечной связью, ее среднюю часть с помощью стремянок крепят к балке моста, а концы - шарнирно (с помощью специальных кронштейнов) к несущей системе машины. Передний конец рессоры крепится к кронштейну рамы неподвижно с помощью пальца, а задний конец имеет скользящее соединение во вкладышах кронштейна. В ряде случаев концы рессор соединяют с несущей системой при помощи резиновых подушек, закрепленных в кронштейнах, обеспечивая таким образом неподвижное соединение переднего конца и скользящее соединение заднего конца рессоры. В данной конструкции подвески рессора выполняет одновременно роль упругого элемента и направляющего устройства, т.е. через нее от движителя передаются на несущую систему силы, действующие в горизонтальной плоскости, и моменты от них.
Если рессора используется в балансирной подвеске, ее середина прикрепляется стремянками к ступице, установленной на опоре рамы, являющейся осью качания балансира. Концы рессор опираются на кронштейны - опоры мостов. Конструкция кронштейнов обеспечивает скольжение концов рессоры в продольном направлении и жесткую связь с мостом в поперечном направлении.
Связь в продольном направлении, а также передача реактивных моментов осуществляются с помощью толкающих и реактивных штанг, связывающих балки мостов с несущей системой. С целью обеспечения свободного перемещения балок мостов в вертикальном направлении и допущения некоторых перекосов концы штанг соединяют с мостами и рамой шаровыми шарнирами. Для того чтобы усилия, действующие от реактивных моментов вдоль реактивных штанг, не достигали больших значений, точки крепления концов этих штанг к балкам мостов выносят возможно выше от оси вращения колес посредством установки на балках мостов специальных кронштейнов.
При работе листовых рессор возникает относительное перемещение листов в продольном направлении и создается межлистовое трение, которое, с одной стороны, способствует гашению колебаний, а с другой - неблагоприятно сказывается на плавности хода ТС вследствие блокировки подвески при больших силах трения. Для уменьшения трения листы рессоры при сборке смазывают графитной смазкой или используют неметаллические антифрикционные прокладки между листами. Снижение силы трения достигается также уменьшением числа листов в рессоре и применением рессоры, состоящей из одного листа, с переменным сечением по его длине. Применение одно- или малолистовых рессор позволяет снизить расход металла, что, в свою очередь, уменьшает массу подвески.
Спиральные пружины в качестве основных упругих элементов обычно устанавливают на легковых автомобилях в независимых рычажных подвесках. В ТС большой грузоподъемности пружины используют в качестве вспомогательных упругих эле-ментов, например в качестве ограничителей хода торсионных подвесок гусеничных машин. Чаще всего применяются цилиндрические и конические пружины круглого или прямоугольного сечений.
Торсионные упругие элементы , или просто торсионы, представляют собой стержни различного поперечного сечения из высококачественной стали, работающие на кручение. Они используются в независимых подвесках и в отличие от листовых рессор требуют направляющих устройств. На концах торсионов обычно имеются головки со шлицами. Один конец торсиона закреплен в специальном кронштейне на несущей системе машины, а другой связан через рычаг направляющего устройства с колесом (катком). При перемещении колеса в вертикальном направлении торсион закручивается на угол до 30… 45°, тем самым обеспечивая упругость подвески.
По расположению на ТС различают торсионы:
- продольные
- поперечные
В пневматических подвесках в качестве упругого элемента используется сжатый воздух или азот, заключенный в жесткую или упругую оболочку. При перемещении колеса относительно несущей системы происходит изменение объема газа. Характер этого изменения определяет упругую характеристику подвески.
Пневматические упругие элементы, в которых газ заключен в упругую оболочку, представляют собой резинокордные оболочки, уплотненные по торцам и заполненные воздухом под давлением. В ТС используются три типа этих элементов: пневмобаллоны, рукавные и диафрагменные упругие элементы.
Пневмобаллоны изготавливают одно-, двух- и трехсекционными. Двухсекционный пневмобаллон (рис. а) состоит из оболочки 1 толщиной 3… 5 мм, усиленной стальными проволочными кольцами 2 для крепления к опорным фланцам 4 с помощью колец 3. В средней части оболочка стянута кольцом 5.
Рис. Пневматические упругие элементы с газом, заключенным в упругую оболочку:
а - двухсекционный пневмобаллон; б - элемент рукавного типа; в - принципиальная схема регулирования положения кузова
Герметизация оболочки рукавного упругого элемента (рис. б) осуществляется с помощью прижимных фланцев 6 или под давлением воздуха.
Диафрагменный упругий элемент отличается от рукавного наличием жесткой боковой оболочки. Нижняя торцевая часть его оболочки представляет собой упругую диафрагму. Кордная ткань оболочки изготавливается из полиамидных нитей (нейлон, капрон).
Пневматические упругие элементы с газом, заключенным в жесткую оболочку, подразделяются на три типа: с одной ступенью давления (рис. а), когда сжатый газ расположен над поршнем 1 в одном объеме (камера А); с противодавлением (рис. б), когда газ находится как в надпоршневом пространстве (камера А), так и под поршнем 1 (камера Б), причем давление газа больше в камере А; с двумя ступенями давления (рис. в), когда две камеры А и В расположены над поршнем 7. В последнем случае давление зарядки газовых камер различно. В камере А газ сжимается в течение всего хода подвески, а в камере В газ начинает сжиматься по достижении давления большего, чем зарядное давление этой камеры.
Передача усилий от поршня к газу осуществляется через жидкость, которой заполнен цилиндр. В ряде случаев жидкость находится в непосредственном контакте с газом (камера Б на рис. б), но чаще всего она отделена от газа гибким разделителем (диафрагмой) 3 или плавающим поршнем 13, изображенным на рисунке.
При непосредственном контакте жидкости с газом в ходе работы подвески происходит ее вспенивание, что отрицательно сказывается на характеристике упругого элемента.
Рис. Схемы пневматических упругих элементов с газом, заключенных в жесткую оболочку, с одой ступенью давления (а), с противодавлением (б) и с двумя ступенями давления (в)
Применение жидкости в таких упругих элементах обеспечивает демпфирование колебаний масс ТС при перетекании ее через калиброванные отверстия и клапаны 2. Таким образом, получается агрегат, в котором размещены и упругий элемент, и, амортизатор.
На рисунке показано устройство пневматического упругого элемента с одной ступенью давления, не обладающего демпфирующими свойствами, но имеющего дополнительные резиновые упругие элементы 7. Заправка газом и жидкостью осуществляется соответственно через клапаны 19 и 27. Упругие элементы работают в начале и конце хода подвески. Газ отделен от жидкости плавающим поршнем 13. Упругий элемент через серьгу 1 и подшипник 2 одним концом крепится к направляющему устройству подвески, а другим - к несущей системе машины.
Применение пневматических упругих элементов позволяет регулировать положение кузова и дорожный просвет, а также изменять упругую характеристику подвески.
Принципиальная схема регулирования высоты кузова ТС по массе газа в упругом элементе показана на рисунке в. При возрастаний нагрузки кузов машины опускается, и расстояние между ним и мостом уменьшается. Рычажный привод, воздействуя на регулятор 8, обеспечивает сообщение упругого элемента 7 с ресивером. Воздух под давлением поступает в упругий элемент до тех пор, пока кузов не поднимется до прежнего уровня. При уменьшении нагрузки расстояние между кузовом и мостом также останется неизменным, так как с помощью регулятора 8 воздух выпускается из упругого элемента 7 в атмосферу. Использование гидравлического замедлителя, встроенного в регулятор, исключает работу регулятора при колебаниях ТС на подвеске.
Регулирование высоты кузова может осуществляться за счет изменения объема жидкости, находящейся между газом и поршнем. В этих системах для поднятия кузова ТС жидкость нагнетается в упругий элемент, а для опускания удаляется.
На ряде ТС имеется система регулирования положения кузова, с помощью которой можно не только изменять дорожный просвет всей машины, но и придавать кузову дифферент на нос или корму либо крен на борт за счет выбора параметров соответствующих подвесок.
Резиновые упругие элементы применяют в подвесках ТС в качестве ограничителей хода подвески и в узлах крепления амортизаторов, снижая динамическую нагруженность деталей подвески и несущей системы.
В качестве гасящих устройств в ТС используют , в которых механическая энергия колебаний ТС преобразуется в тепловую путем жидкостного трения при прохождении вязкой жидкости через отверстия малого сечения. Жидкость нагревается, и теплота рассеивается э окружающем пространстве.
Конструктивно гидравлические амортизаторы исполняют телескопическими и рычажными. Телескопические работают при давлении жидкости до 8 МПа, а рычажные - до 30 МПа. Телескопические амортизаторы подразделяются на двухтрубные и однотрубные. Рычажные могут быть поршневыми и лопастными.
Рис. Пневматический упругий элемент с дополнительными упругими элементами:
1 - серьга; 2 - шарнирный подшипник; 3, 15, 17 - уплотнения; 4, 8 - стаканы; 5 - чехол; 6, 11, 14 - шайбы; 7 - дополнительные упругие элементы; 9 - поршень; 10 - цилиндр; 12 - манжета; 13 - плавающий поршень; 16 - крышка; 18 - втулка; 19, 21 - зарядные клапаны; 20 - перепускной клапан
В качестве рабочих применяют минеральные масла.
При работе амортизатора различают ход сжатия и ход отбоя. При ходе сжатия колесо (каток; приближается к несущей системе ТС, а при ходе отбоя, наоборот, отдаляется от нее.
Устройство и принцип действия гидравлического телескопического двухтрубного амортизатора двустороннего действия
Рассмотрим устройство и принцип действия гидравлического телескопического двухтрубного амортизатора двустороннего действия . Амортизатор проушиной 6 крепится к несущей системе машины, а проушиной 1 - к направляющему устройству. Амортизатор состоит из штока 5, на нижнем конце которого укреплен поршень 8 с клапанами и калиброванными по сечению каналами. Поршень расположен внутри рабочего цилиндра 12, который заключен в наружную трубу 13 и скреплен с ней. Между наружной полостью цилиндра и внутренней поверхностью трубы имеется зазор, образующий компенсационную камеру 3 амортизатора. В верхней части цилиндра расположено уплотнение, через которое про-ходит шток. Нижняя часть цилиндра соединяется с компенсационной камерой клапанами и калиброванными каналами.
В поршне расположены калиброванные отверстия 4 хода отбоя, перепускной клапан 7 сжатия и разгрузочный клапан 9 отбоя.
В нижней части цилиндра находятся перепускной клапан 10 отбоя, калиброванный канал 2 сжатия и разгрузочный клапан 11 сжатия. При ходе сжатия, когда щток вдвигается в цилиндр, давление под поршнем повышается, и жидкость перетекает через отверстие 4 и клапан 7 в пространство над поршнем. Вследствие того что объемы полостей под поршнем и над ним неодинаковы (часть объема над поршнем занимает шток), избыток жидкости перетекает через канал 2 в компенсационную камеру, сжимая имеющийся там воздух. При большой скорости перемещения поршня в цилиндре давление под ним поднимается настолько, что сжимает пружину разгрузочного клапана 11, который открывается, и нарастание давления уменьшается, что ограничивает силу сопротивления амортизатора на ходе сжатия. При ходе отбоя, когда поршень выдвигается из цилиндра, давление над поршнем увеличивается и жидкость через калиброванные отверстия 4 перетекает в пространство над поршнем. Дефицит жидкости под поршнем будет покрываться перетеканием ее из компенсационной камеры в цилиндр через клапаны 10 и канал 2. При большой скорости движения поршня на ходе отбоя давление над поршнем возрастает, что вызывает открытие разгрузочного клапана 9 отбоя в поршне и тем самым ограничивает силу сопротивления амортизатора на ходе отбоя.
Рис. Схема гидравлического телескопического двухтрубного амортизатора двустороннего действия
Нормальным условием работы амортизатора является отсутствие в жидкости воздушных включений. В рассмотренном амортизаторе воздушное включение может возникнуть вследствие взбалтывания жидкости в компенсационной камере, где жидкость контактирует с воздухом.
Такого недостатка не имеет гидравлический телескопический однотрубный амортизатор двустороннего действия, у которого два клапана (отбоя 3 и сжатия 2) расположены в поршне, а роль компенсационной камеры выполняет полость А, отделенная от подпоршневого пространства плавающим поршнем 7. В полости А находится сжатый газ, объем которого при ходе сжатия уменьшается, а при ходе отбоя увеличивается.
В рычажных амортизаторах рычаг одним концом связан с направляющим устройством подвески, а другим - с поршнем или лопастью. При перемещении последних внутри корпуса амортизатора жидкость из одной полости перетекает в другую через клапаны и отверстия, сечения которых определяют характеристики отбоя и сжатия.
Наряду с рассмотренными амортизаторами существуют такие, в конструкции которых имеется возможность регулирования параметров, определяющих их демпфирующие свойства, за счет изменения суммарной площади отверстий, через которые перетекает рабочая жидкость. Регулирование осуществляется при изменении массы машины или интенсивности колебаний. С увеличением значений этих параметров сопротивление амортизаторов увеличивается.
Рис. Схема гидравлического телескопического однотрубного амортизатора двустороннего действия
Избегая технических терминов, можно сказать, что подвеска необходима для того, чтобы снизить влияние неровностей дорог на кузов автомобиля . Для этого в конструкции подвески предусмотрены упругие элементы. К ним относятся пружины, рессоры, и резиновые элементы (отбойники, буфера, сайлент-блоки). Так же существуют пневматические и гидропневматические упругие элементы.
Металлические упругие элементы
Пружины
Пружины, как упругий элемент подвески, на сегодняшний день используются в подавляющем большинстве легковых автомобилей. Выполненные из металлического прутка круглого сечения, они имеют постоянную характеристику жесткости и прекрасно справляются с возложенной на них задачей. Витки равномерно сближаются по мере того, как возрастает нагрузка, и возвращаются в исходное положение при ее снятии.
Если есть необходимость в переменной жесткости, тогда пружины выполняются из прутка различного диаметра (на определенных участках), или в форме бочонка (некоторые витки уже). В этом случае, когда пружина будет получать нагрузку, первыми будут сближаться витки меньшего диаметра (толщины).
Плюсом пружины, как упругого элемента, является простота изготовления, а значит конечная стоимость продукта, и ее малый вес. Но поскольку ей не под силу передавать усилия в поперечной плоскости, она требует от подвески автомобиля наличия сложных направляющих устройств. Что в свою очередь сказывается как на цене, так и на весе всего узла.
Рессоры
Ещё одним упругим элементом подвески автомобиля являются листовые рессоры. По причине большого веса, в сравнении с теми же пружинами, рессоры в основном используются в подвеске грузовых автомобилей. Рессора состоит из металлических листов (в очень редких случаях из армированной пластмассы), различной длины и формы, соединенных между собой болтом по центру, и хомутами ближе к краям. Будучи равными по ширине, каждая пластина, в зависимости от длины, имеет различную степень выгнутости. Это обеспечивает рессоре необходимые характеристики. Самая длинная (коренная) пластина крепится к кузову или раме автомобиля.
Существует несколько основных способов крепления рессоры к кузову:
- с помощью витых ушек;
- скользящая опора и накладные ушки;
- резиновые подушки.
Каждый из способов крепления имеет свои особенности и характеристики. Общее требованию к любому из перечисленных методов крепления — концы пластин должны иметь возможность перемещаться и поворачиваться. В процессе работы рессорной подвески, происходит трение листов друг о друга. Это требует применения дополнительной смазки, или наличия антифрикционных прокладок.
Резиновые упругие элементы подвески автомобиля
Данные элементы играют вспомогательную роль в работе подвески, тем не менее, их так же можно отнести к упругим элементам . Они в первую очередь помогают избегать ударов металлических частей подвески друг о друга, тем самым максимально снижая уровень шума. Так же увеличивают жесткость основных элементов и ограничивают степень их деформации.
Резиновые элементы отлично справляются с работой, как на сжатие, так и на отбой. Так, к примеру, полиуретановые отбойники, установленные в стойке амортизатора, прекрасно работают на отбой.
Различная форма, как и в случае с пружиной, задает рабочие характеристики резинового элемента. Форма конуса позволяет обеспечить плавные характеристики, сначала сжимается тонкая, верхняя часть, чем ближе к толстой части, тем более упругой становится резина.
Сегодня часто встречаются отбойники ступенчатой формы, имеющие чередующиеся тонкие и толстые части. Это позволяет в значительной степени увеличить его рабочий ход.
Пневматика и гидропневматика
Пневмоподвеска используется как в легковом, так и в грузовом и пассажирском транспорте. Пневматический упругий элемент, позволяет изменять жесткость подвески в зависимости от дорожной ситуации, загруженности автомобиля. В современных автомобилях, пневматической подвеской управляет электроника, которая способна самостоятельно следить за ее работой, и изменять ее жесткой в зависимости от ситуации.
Пневматические элементы
Пневматические элементы (пневмобаллоны), изменяют свою жестокость за счет давления воздуха, создаваемого внутри компрессором. Баллоны выполнены из маслостойкой и воздухонепроницаемой резины, содержат корд и металлические нити, что придает им большую жестокость и надежность. Отсюда и название — резинокордные упругие элементы. Толщина стенок такого баллона обычно составляет от 3 до 5 мм.
Гидропневматические элементы
Данный упругий элемент обеспечивает наибольший комфорт для водителя и пассажиров автомобиля, так как отлично справляется с функцией гашения колебаний подвески. Гидропневматический упругий элемент — это камера, имеющая две полости. Одна из них наполнена газом, а другая жидкостью, которые, как известно, имеют различную степень сжатия. Через сложную систему мембран и клапанов, жидкость и газ взаимодействует в различной степени (в зависимости от ситуации), что и обеспечивает необходимый комфорт и упругость подвески автомобиля.
Повсеместное распространение данной подвески ограничено, пожалуй, лишь ее высокой стоимостью.
Прогресс не стоит на месте, а инженеры с каждым годом все ближе и ближе к тому, чтобы создать идеальную по всем характеристикам подвеску, которая будет отвечать всем необходимым требованиям. Возможно не за горами тот день, когда нахождение в салоне автомобиля (при езде по самому жуткому бездорожью), по комфорту можно будет сравнить с сидением на мягком диване.
Автомобильная подвеска — это устройство, которое обеспечивает упругое сцепление колес автомобиля с несущей системой, а также регулирует положение кузова во время движения и уменьшает нагрузки на колеса. Современное автомобилестроение предлагает различные типы автомобильных подвесок: пневматические, пружинные, рессорные, торсионные и т.д.
Направляющие устройства подвески.Совокупность устройств, связывающих колеса и кузов автомобиля, образует подвеску. Основное назначение подвески состоит в преобразовании воздействия на автомобиль со стороны дороги в допустимые колебания кузова и колес. Эти взаимодействия должны быть такими, чтобы автомобиль не только быстро набирал скорость (разгонялся), но и мог еще быстрее замедлять ход (вплоть до полной остановки). Кроме того, машина во время движения должна легко управляться и быть устойчивой. Для выполнения названных задач и служит подвеска, конструкция которой определяет основные эксплуатационные свойства легковых автомобилей, включая безопасность движения.
При движении автомобиля колеса перемещаются относительно кузова и дороги в вертикальном и горизонтальном направлениях, а также под углом (вращение вокруг оси, наклон относительно кузова и дороги, вращение вокруг оси поворота — оси шкворня). Для выполнения требований, связанных с эксплуатационными свойствами автомобиля, приходится существенно ограничивать перемещение колес. При поперечном (боковом) перемещении колес в горизонтальных направлениях изменяется колея, а при продольном — база автомобиля. Наличие таких перемещений приводит к увеличению сопротивления движению, износу шин, ухудшению устойчивости и управляемости. Вертикальные перемещения колес относительно кузова у легковых автомобилей могут превышать 20 см. Углы поворота колес составляют 30... 45°.
Для того чтобы автомобиль успешно разгонялся и тормозил, хорошо «держал» дорогу, необходимо иметь надежное сцепление колес с ее поверхностью. Влияет ли подвеска на сцепление? Безусловно. Сцепление зависит не только от характеристик протектора шин и качества дороги, но и от нагрузки, которая передается на колеса. Изменение вертикальной нагрузки на колеса определяется прогибом рессор и усилиями со стороны амортизаторов. При уменьшении вертикальной нагрузки снижается сцепление колес с поверхностью дороги.
Подвеска легкового автомобиля содержит следующие основные устройства: направляющие устройства (рычаги, стойки, тяги, растяжки), упругие элементы (листовые рессоры, пружины, пневморессоры и т. п.), гасящие устройства (гидравлические амортизаторы) и, наконец, устройства регулирования и управления (регуляторы высоты и крена, ЭВМ и т. д.).
Направляющие устройства подвески влияют на характер движения кузова и колес автомобиля при колебаниях. Будет ли, например, подъем колеса сопровождаться его наклоном, боковым или продольным перемещением зависит от того, по какой схеме выполнены направляющие устройства. Направляющие устройства служат для передачи тяговых и тормозных сил, а также боковых сил, возникающих при повороте, движении по косогору от колес к кузову.
По типу направляющих устройств все подвески делятся на зависимые и независимые. При зависимой подвеске правое и левое колеса связаны жесткой балкой — мостом. Поэтому при наезде на неровность одного из колес оба колеса наклоняются в поперечной плоскости на одинаковый угол. В независимой подвеске перемещения одного колеса жестко не связаны с перемещениями другого. Наклоны и перемещения правого и левого колес существенно отличаются.
Упругие устройства (упругие элементы) служат для уменьшения нагрузок, действующих между колесом и кузовом. При наезде на дорожные неровности происходят деформации упругих элементов. После проезда неровностей упругие элементы вызывают колебания кузова и колес. Основной характеристикой упругих элементов является жесткость, т.е. отношение вертикальной нагрузки к прогибу (или осадке пружины). Упругие элементы подвески колес различают не только по конструкции, но и в зависимости от того, из какого материала они сделаны. Если используются упругие свойства металла (сопротивление изгибу или кручению), то имеют место металлические упругие элементы. Учитывая упругие свойства резины и пластмасс, широко применяют резиновые и пластмассовые рессоры. В последнее время значительное распространение получили пневморессоры, где используются упругие свойства воздуха или газов.
Гасящие устройства подвески (гидравлические амортизаторы) предназначены для гашения колебаний кузова и колес. Во время работы подвески происходит перераспределение энергии колебаний автомобиля между кузовом и колесами. Амортизаторы поглощают эту энергию, превращая ее в тепло. Чем больше энергии поглощает амортизатор, тем быстрее будут затухать колебания кузова и колес, меньше будет раскачиваться кузов. Ездить на мягких рессорах без амортизаторов практически невозможно.
Существенно уменьшить наклон и поперечное перемещение колес можно, используя схему двухрычажной подвески. С помощью короткого верхнего и длинного нижнего рычагов удается снизить угловые и поперечные перемещения колес. Влияние наклона (угла) можно уменьшить с помощью развала (наклона) колес в вертикальной плоскости и схода (разница между боковыми поверхностями шины впереди и сзади) колес. Поперечные перемещения колес можно компенсировать податливостью шин.
Двухрычажная подвеска обладает рядом преимуществ в расположении основных элементов: амортизатор закреплен внутри пружины; пружина и амортизатор опираются на нижний рычаг, что снижает габариты по высоте; поперечные рычаги надежно передают толкающие и тормозные силы от колеса к кузову. Двухрычажные направляющие устройства получили широкое распространение в передних независимых подвесках легковых автомобилей.
Еще меньше угловые и поперечные перемещения у направляющих устройств в телескопических пружинных стойках переднеприводных автомобилей, где вместо двух рычагов в поперечной плоскостиустановлен один нижний поперечный рычаг с растяжками. Такая подвеска получила название качающаяся свеча, или, как ее называют по имени изобретателя, подвеска Макферсона. При наличии только нижнего рычага и верхней опоры подвеска имеет незначительные изменения колеи и наклона колес, что уменьшает износ шин и повышает устойчивость автомобиля. К недостаткам схемы следует отнести высокое расположение верхней опоры, которую надо размещать в передней части кузова, а также большие нагрузки, возникающие в местах крепления верхней опоры к кузову.
Использование продольных рычагов в направляющих устройствах позволяет избежать изменения наклона колес при вертикальных перемещениях. Однако длинные продольные рычаги испытывают значительные нагрузки под действием боковых сил (при повороте, съезде на обочину, воздействиях от неровностей дороги). При такой конструкции направляющего устройства в независимых подвесках трудно осуществить привод к колесу с помощью карданных передач; чтобы уменьшить боковой крен кузова, приходится устанавливать дополнительный упругий элемент — стабилизатор поперечной устойчивости. Направляющие устройства с продольными рычагами используют на задних подвесках переднеприводных автомобилей.
Упругие элементы подвески.Рассмотрим конструкции упругих элементов (рессор) подвески колес. Самым старым упругим элементом является листовая рессора. Обычная листовая рессора представляет собой пакет (в виде трапеции) стянутых плоских стальных полос. Самый длинный коренной лист на концах имеет проушины, с помощью которых рессора крепится к кузову. Наиболее часто продольные листовые рессоры устанавливают на задних подвесках легковых автомобилей. Чем больше листов в пакете, тем большую нагрузку может воспринять рессора. Увеличение длины рессоры дает возможность увеличить прогиб и, следовательно, ход колес, т.е. сделать подвеску длинноходной и мягкой. Основная особенность листовых рессор состоит в том, что они могут выполнять роль не только упругого элемента, но и направляющего устройства. Через листовую рессору передаются все нагрузки, возникающие при качении колес. Рессоры передают толкающие усилия при разгоне и торможении. Во время движения по косогору, при повороте автомобиля, а также под действием других боковых сил рессоры подвергаются кручению. Наибольшие нагрузки приходятся на коренные листы рессоры. Долговечность листовых рессор при больших нагрузках существенно снижается. Другой особенностью листовых рессор является наличие трения между листами. Силы трения препятствуют прогибу рессоры и ухудшают ее упругие свойства. Происходит блокирование упругого элемента, и нагрузка от колес передается непосредственно на кузов. В результате существенно ухудшается плавность хода. Эти недостатки листовых рессор заметно проявляются при движении автомобиля по неровностям дороги, имеющим небольшую высоту. Тогда при увеличении скорости возникают интенсивные вибрации и шум в салоне автомобиля. Чтобы избавиться от вредного влияния трения, между листами устанавливают неметаллические прокладки.
Кроме указанных недостатков, многолистовым рессорам присущи и другие. В подвеске с такими рессорами устанавливают дополнительные упругие элементы — упоры (буферы) для ограничения пробоя и увеличения жесткости; рессоры имеют большую массу, малый срок службы, их трудно расположить в системах независимой подвески легкового автомобиля.
Совершенствование конструкции листовых рессор привело к созданию так называемых малолистовых рессор. Листы такой рессоры представляют собой полосы переменного сечения по длине. Изготовление малолистовых рессор связано с рядом технологических трудностей, однако малолистовые рессоры той же грузоподъемности, что и обычные многолистовые, имеют значительно меньшую массу (на 20... 30%). У них существенно меньше межлистовое трение. В последние годы с целью снижения массы предприняты попытки изготовить малолистовые рессоры из композитных материалов.
Более совершенными по сравнению с листовыми рессорами оказались металлические упругие элементы, выполненные в виде витых пружин и стальных стержней (торсионов). При одинаковой грузоподъемности с листовыми рессорами пружины и торсионы имеют существенно меньшую массу и более долговечны.
С появлением передней независимой подвески пружины получили самое широкое распространение. Наиболее простые витые пружины с постоянной толщиной проволоки и неизменным шагом навивки. Такие пружины обеспечивают подвеске необходимый ход колес и малую жесткость.
Однако мягкие пружины не позволяют обеспечить подвеске защиту от ударов и толчков в конце хода колес вверх (сжатие) и вниз (отбой). Как правило, необходимо ужесточение подвески с пружиной в конце хода сжатия и отбоя, которое достигается за счет установки дополнительных упругих элементов.
В качестве дополнительных упругих элементов чаще всего применяют резиновые или пластмассовые буфера.
Для улучшения характеристики рессоры используют фасонные пружины с разным шагом навивки и толщиной проволоки (конические, бочкообразные и др). Однако изготовление таких пружин в условиях массового производства легковых автомобилей существенно сложнее
Дорога, по которой водитель выбирает маршрут движения, не всегда бывает ровной и гладкой. Очень часто на ней могут присутствовать такое явление, как неровности покрытия — трещины в асфальте и даже кочки и ухабы. Не стоит забывать и про «лежачих полицейских». Этот негатив отрицательно сказывался бы на комфорте движения, если не существовала бы амортизационная система — подвеска автомобиля.
Назначение и устройство
Во время движения неровности дороги в виде колебаний передаются на кузов. Подвеска автомобиля предназначается для гашения или смягчения подобных колебаний. В ее прикладные функции входит обеспечение связи и соединения между кузовом и колесами. Именно детали подвески дают колесам возможность перемещаться независимо от кузова, обеспечивая изменение направления движения автомобиля. Наряду с колесами, она является обязательным элементом ходовой части автомобиля.
Подвеска автомобиля – это технически сложный агрегат, имеющий следующее строение:
- упругие элементы — металлические (пружины, рессоры, торсионы) и неметаллические (пневматические, гидропневматические, резиновые) детали, которые, в силу своей упругих характеристик, принимают нагрузку от неровностей дороги и распределяют ее на кузов автомобиля;
- гасящие устройства (амортизаторы) – агрегаты, имеющие гидравлическое, пневматическое или гидропневматическое строение и предназначенные для нивелирования колебаний кузова, полученных от упругого элемента;
- направляющие элементы – различные детали в виде рычагов (поперечных, продольных), обеспечивающих соединение подвески с кузовом и определяющих перемещение колес и кузова относительно друг друга;
- стабилизатор поперечной устойчивости — упругая металлическая штанга, соединяющая подвеску с кузовом и препятствующая увеличению крена автомобиля в процессе движения;
- опоры колеса – специальные поворотные кулаки (на передней оси), воспринимающие нагрузки, исходящие от колес, и распределяющие их на всю подвеску;
- элементы крепления деталей, узлов и агрегатов подвески – это средства соединения элементов подвески с кузовом и между собой: жесткие болтовые соединения; композитные сайлентблоки; шаровые шарниры (или шаровые опоры).
Принцип работы
Схема работы подвески автомобиля основывается на преобразовании энергии удара, возникающего от наезда колеса на неровность покрытия дороги, в перемещение упругих элементов (к примеру, пружин). В свою очередь, жесткость перемещения упругих элементов контролируется, сопровождается и смягчается действием гасящих устройств (например, амортизаторов). В результате, благодаря подвеске, сила удара, которая передается на кузов автомобиля, уменьшается. Этим и обеспечивается плавность хода. Лучший способ увидеть работу системы – это использовать видео, которое наглядно демонстрирует все элементы подвески автомобиля и их взаимодействие.
Автомобили обладают самыми различными по жесткости подвесками. Чем жестче подвеска, тем информативнее и эффективнее управление автомобилем. Однако при этом серьезно страдает комфорт. И, наоборот, мягкая подвеска устроена так, что обеспечивает удобство в эксплуатации и жертвует управляемостью (чего нельзя допустить). Именно поэтому производители автомобилей стремятся найти их наиболее оптимальный вариант – сочетание безопасности и комфорта.
Многообразие вариантов подвески
Устройство подвески автомобиля – это самостоятельное конструкционное решение производителя. Существует несколько типологий подвески автомобиля: их различает критерий, положенный в основу градации.
В зависимости от устройства направляющих элементов выделяются наиболее распространенные типы подвески: независимая, зависимая и полунезависимая.
Зависимый вариант не может существовать без одной детали — жесткой балки, входящей в состав моста автомобиля. При этом колеса в поперечной плоскости перемещаются параллельно. Простота и эффективность конструкции обеспечивает ее высокую надежность, не допуская развала колес. Именно поэтому зависимая подвеска активно применяется в грузовых автомобилях и на задней оси легковых.
Схема независимой подвески автомобиля предполагает автономное существование колес друг от друга. Это позволяет повысить амортизационные характеристики подвески и обеспечить большую плавность хода. Данный вариант активно применяется для организации как передней, так и задней подвески на легковых автомобилях.
Полунезависимый вариант состоит из жесткой балки, закрепленной на кузове с помощью торсионов. Данная схема обеспечивает относительную независимость подвески от кузова. Характерный ее представитель – переднеприводные модели ВАЗ.
Вторая типология подвесок основывается на конструкции гасящего устройства. Специалисты выделяют гидравлические (масляные), пневматические (газовые), гидропневматические (газо-масляные) устройства.
Определенным особняком стоит так называемая активная подвеска . Ее схема включает в себя вариативные возможности – изменение параметров подвески при помощи специализированной электронной системы управления в зависимости от условий движения автомобиля.
Наиболее распространенными изменяемыми параметрами являются:
- степень демпфирования гасящего устройства (амортизаторного устройства);
- степень жесткости упругого элемента (например, пружины);
- степень жесткости стабилизатора поперечной устойчивости;
- длина направляющих элементов (рычагов).
Активная подвеска представляет собой электронно-механическую систему, существенного увеличивающую стоимость автомобиля.
Основные виды независимой подвески
В современных легковых автомобилях в качестве амортизационной системы очень часто используется независимый вариант подвески. Это обусловлено хорошей управляемостью автомобиля (из-за небольшой массы) и отсутствием необходимости в тотальном контроле за траекторией его движения (как, например, в варианте с грузовым транспортом).
Специалисты выделяют следующие основные виды независимой подвески. (Кстати, фото позволит более наглядно проанализировать их отличия).
Подвеска на основе двойных поперечных рычагов
Строение данного вида подвески включает в себя два рычага, крепящиеся сайлентблоками к кузову, и соосно расположенные амортизатор и витую пружину.
Подвеска МакФерсон
Это производный (от предыдущего вида) и упрощенный вариант подвески, в которой верхний рычаг заменила амортизационная стойка. На сегодняшний момент МакФерсон – самая распространенная схема передней подвески легковых автомобилей.
Многорычажная подвеска
Еще один производный, усовершенствованный вариант подвески, в котором как бы искусственно два поперечных рычага были «разделены». Кроме того, современный вариант подвески очень часто состоит и из продольных рычагов. Кстати, многорычажная подвеска – это наиболее применяемая сегодня схема задней подвески легковых автомобилей.
Схема данного вида подвески основывается на специальной упругой детали (торсионе), который соединяет рычаг и кузов и работает на скручивание. Данный вид конструкции активно применяется при организации передней подвески некоторых внедорожников.
Регулировка передней подвески
Важным компонентом комфортного движения является правильная регулировка передней подвески. Это так называемые углы установки управляемых колес. В просторечии такое явление именуется «сход-развал».
Дело в том, что передние (управляемые) колеса устанавливаются не строго параллельно продольной оси кузова и не строго перпендикулярно поверхности дороги, а с некоторыми углами, обеспечивающими наклоны в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Правильно выставленный «сход-развал»:
- во-первых, создает наименьшее сопротивление движению транспортного средства, а, следовательно, упрощает процесс управления автомобилем;
- во-вторых, существенно уменьшает износ протектора шин; в-третьих, значительно снижает расход топлива.
Выполнение установки углов – это технически сложная процедура, требующая профессионального оборудования и навыков работы. Поэтому выполнять ее следует в специализированном учреждении – автосервисе или СТО. Вряд ли стоит пробовать делать это самому по видео или фото из Интернета, если нет опыта в подобных делах.
Неисправности и обслуживание подвески
Сразу же оговоримся: согласно российским правовым нормам, ни одна неисправность подвески не отнесена к «Перечню…» неисправностей, с которыми запрещается движение. И это спорный момент.
Представим, что амортизатор подвески (передней или задней) не работает. Такое явление означает, что проезд каждой неровности будет сопряжен с перспективой раскачки кузова и потерей управляемости автомобиля. А что можно сказать о вконец разболтавшейся и пришедшей в негодность шаровой опоре передней подвески? Результат неисправности детали — «вылетела шаровая» — грозит серьезным ДТП. Лопнувший упругий элемент подвески (чаще всего пружина) приводит к возникновению крена кузова и подчас абсолютной невозможности продолжать движение.
Описанные выше неисправности – это уже конечные, наиболее одиозные неисправности подвески автомобиля. Но, несмотря на их крайне негативное влияние на безопасность движения, эксплуатация транспортного средства с такими проблемами не запрещается.
Большую роль в обслуживании подвески играет контроль за состоянием автомобиля в процессе движения. Скрипы, шумы и стуки в подвеске должны насторожить и убедить водителя в необходимости сервисного обслуживания. А длительная эксплуатация автомобиля вынудит его применить радикальный метод – «поменять подвеску по кругу», то есть заменить практически все детали и передней, и задней подвески.
Автомобиль состоит из множества узлов, каждый из которых выполняет возложенные на него функции. Без их точной работы невозможно нормальное движение машины. Одним из самых важных считается подвеска авто. Она помогает гасить удары от неровной поверхности и передаёт крутящее усилие колёс на корпус. Благодаря этому транспортное средство движется в нужном направлении.
Внимание! Без подвески каждый удар при наезде на яму приносил бы серьёзный вред кузову.
Что такое подвеска можно узнать на видео:
Назначение подвески и общее устройство
Подвеска для авто имеет несколько основных функций, которые определяют её роль в работе авто. Именно она обеспечивает комфорт пассажиров при езде. Одним из её основных элементов являются амортизаторы. Они поглощают основную ударную силу.
Ещё одной важной функцией подвески является удержание корпуса авто во время поворотов. Эта конструкционная особенность обеспечивает высокую надёжность даже на самых крутых виражах. Общее устройство состоит из таких элементов:
- кузов;
- колесо;
- шарнир;
- упругий, демпфирующий и направляющий элемент.
Внимание! Сейчас в большинстве конструкций подвесок для автомобилей в качестве упругого элемента используются пружины, но до сих пор можно найти конструкции с рессорами.
Хорошая подвеска авто обеспечивает плавность во время езды. Именно от неё зависит, насколько комфортно вы будете чувствовать себя на трассе или бездорожью. В процессе эволюции автомобильными инженерами было создано множество конструкций, каждая из которых является уникальной. Многие из них нашли своё практическое применение.
Виды подвесок и их устройство
Существует много видов подвесок для автомобиля. Каждая имеет ряд конструкционных особенностей, что обеспечивает её функциональные возможности. Неудивительно, что каждая конструкция определяется для конкретного класса машин, рассчитанного на те или иные условия эксплуатации.
Видов подвесок существует очень много. В принципе каждый серьёзный автомобильный производитель старался изобрести свою уникальную конструкцию, которая бы максимально отвечала классу, выпускаемых им автомобилей. Перечисление их всех займёт слишком много времени. Поэтому лучше сосредоточиться на наиболее популярных.
Зависимая подвеска
Пожалуй, это самая старая подвеска, которая применяется до сих пор. Главной её особенностью является жёсткая связь. Подобного эффекта удаётся достичь благодаря балке и картеру.
Примечательно, что в самых первых моделях производители даже использовали рессоры. Но вскоре от этой практики пришлось отойти. Современные аналоги оснащаются продольными рычагами. За восприятие боковой силы отвечает поперечная тяга.
Зависимая подвеска авто обладает такими достоинствами:
- невысокой стоимостью;
- малым весом;
- хорошим сцеплением с поверхностью.
На первый взгляд, это не так-то уж и мало, но дело в том, что и многие другие виды подвесок для авто обладают такими качествами. Главный же недостаток системы заключается в частых заносах. К тому же из-за того, что колёса двигаются разнонаправленно, наблюдаются проблемы с управляемостью.
Задняя полунезависимая
Конструкция подвески довольно проста. Это два продольных рычага. Они соединяются между собой поперечиной. Подобная подвеска устанавливается только сзади , на машинах с передним приводом. В противном случае эффективность системы находится под большим вопросом. К достоинствам системы можно причислить:
- компактность;
- малый вес;
- хорошую кинематику.
Главное условие для использования подвески такого типа — наличие не ведущего заднего моста. В некоторых конструкциях амортизаторы и пружины устанавливаются по отдельности.
Внимание! Главной альтернативой для пружины является пневматический элемент с фиксацией определённой величины.
Ещё в некоторых вариантах устройства допустимо включение пружин и амортизаторов в одно целое. В таком случае пневматический элемент монтируется на шток амортизатора.
На продольных рычагах
Эта подвеска для авто относится к классу независимых. Главным отличием является отсутствие жёсткой связи. Каждое колесо удерживается при помощи рычага. Именно он принимает боковые усилия.
Внимание! Рычаг должен иметь предельную прочность. Это залог надёжности всего устройства.
Рычаг крепится к кузову двумя шарнирами. При этом сам элемент имеет широкую опорную базу. Только так становится возможным обеспечить нужную фиксацию и надёжность.
Подвеска для авто такого типа может двигаться только продольно. При этом колея никак не меняется. Подобная конструкторская особенность имеет как позитивную, так и негативную сторону. Если авто едет только вперёд, то наблюдается значительная экономия топлива. К тому же кузов обладает повышенной стабильностью, но стоит машине войти в поворот, как всё кардинально меняется.
Продольная подвеска очень плохо показывает себя на поворотах. Колёса наклоняются вместе с кузовом, и это, конечно же, не способствует устойчивости. Подобный вид конструкции имеет крайне скудные возможности при передаче боковой силы. Большие крены — убедительное тому свидетельство.
Добавление в устройство продольной подвески стабилизатора позволяет автомобилю избавиться от чрезмерного крена. К сожалению, подобное дополнение приводит к потере устойчивости на неровном покрытии.
Казалось бы, всех перечисленных выше недостатков более чем достаточно, чтобы забыть о продольной подвеске для авто. Но у неё есть весомые преимущества, о которых нельзя забывать. Она очень компактна и проста в монтаже. Из-за этого её чаще всего устанавливают на автобусах и грузовиках.
Поперечные двойные рычаги
Это устройство подвески для авто представляет собой разновидность предыдущей модификации. Она была создана в 30-х годах прошлого века. Несмотря на это, она до сих пор незаменима в машинах, которые принимают участие в различных типах гонках.
Колесо в такой подвеске для авто удерживается при помощи двух рычагов, которые располагаются поперечно. Крепление может осуществлять как к кузову, так и к подрамнику. Разные автомобильные компании используют тот вариант, который больше всего подходит для их целей.
Главным достоинством поперечной подвески для авто является возможность широкой настройки. Вы можете легко изменить наклон рычагов, если вам это понадобится. Благодаря такой коррективе меняется параметр поперечного крена. Мало того, есть возможность менять длину. Это позволяет влиять на развал.
Нижний рычаг поперечной подвески для авто должен быть немного длиннее верхнего. Подобное конструкционное изменение позволяет образовать отрицательный развал колёс. Мало того, это происходит при минимальном расширении колеи.
На практике подобное будет выглядеть следующим образом: подвеска захватит колесо сверху. Из-за этого при поворотах колёса спереди оказываются намного ближе к вертикали. Данного эффекта удаётся добиться за счёт отрицательного развала. Именно он компенсирует наклон, хотя и не полностью.
Расстояние между поперечными рычагами позволяет контролировать податливость подвески авто. Также это влияет на кинематику. Зависимость довольно проста. Чем дальше они друг от друга, тем больше жёсткости и выше точность.
Естественно, без минусов в поперечной подвеске авто обойтись не получилось. Из-за меняющегося развала хуже себя проявляют покрышки. Особенно это заметно при торможении. Неудивительно, что со временем инженеры стали устанавливать рычаги продольно.
Внимание! Главным достоинством подвески авто с продольными рычагами является возможность получения центра крена выше, чем у остальных модификаций.
Де-дион
Ища возможность снять нагрузку с заднего моста, ученые изобрели подвеску для авто Де-дион. В ней картер отделяется от балки. При этом он крепится непосредственно к кузову. Таким образом, крутящий момент идёт прямо к ведущим колёсам от силового агрегата. Проводниками служат полуоси. Конструкция может быть зависимой и независимой
Внимание! Главный недостаток этой подвески авто — отсутствие баланса при торможении.
Подвеска играет одну из самых важных ролей в авто. Неудивительно, что автомобильными инженерами было придумано множество модификаций, каждая из которых оптимально подходит под определённые условия эксплуатации.
На видео - обзор видов подвесок для авто:
