Упругий элемент подвески

Устройство подвесок

Начиная с древних времен, стала использоваться передняя подвеска, которая была применена и при конструкции автомобиля. Первые авто ездили практически на той же подвеске, которая применялась и на конных экипажах. Так как скорость первых автомобилей была не выше тридцати километров в час, то такая подвеска была рассчитана на небольшие нагрузки. Но в современных авто она претерпела много изменений, мало того, появилось много новых конструкций.

Первые элементы автомобилей были направлены на придание движению большей комфортабельности, тогда как отдельные части управления колесами в тридцатых годах стали формировать для облегчения управления авто. В этом хорошо помогает стабилизатор, который применяется в строении независимой передней системы колес, позже появилась система и для задних колес. Но в данной статье мы остановим внимание именно на передней подвеске.

Устройство передней подвески представлено независимой системой, которая имеет цель зафиксировать движение передних колес, чтобы они имели с одной стороны хорошее сцепление с поверхностью дороги, что придавало бы им легкоуправляемость, а с другой стороны помогало бы легко входить в повороты, без чего не обходится ни одна дорога. Хотя схем формирования деталей и много, но принцип содержания элементов один и тот же. Рассмотрим эту схему:

• Наличие направляющих элементов, которые бы удерживали нужную траекторию движения колес по сравнению с кузовом,
• Наличие упругих элементов, которые придают нужную силу, помогающую колесам перемещаться,
• Также нужно наличие элементов, которые бы гасили колебания.

Упругие элементы подвески: функционал и характеристики

Рессора/пакет рессор стали применяться изначально не просто так, поскольку, кроме собственно основных функций, именно рессорный тип элемента выполнял еще одну роль – направляющую, соответственно, от сопутствующих рычагов/тяг можно было отказаться. Понятно, что многорычажка с этой миссией справится намного точнее и удачнее, но по тем стародавним временам сие было и не нужно. А в случае пакета рессор подобный тип упругих элементов еще и неплохо гасит колебания (разумеется, до определенного предела) за счет трения между листами.

Так что, несмотря на завидное долголетие, рессоры до сих пор повсеместно применяются, особенно на коммерческой технике. Разумеется, можно вместо рессор поставить пневмобаллоны, добавить продвинутую многорычажку, но зачем?.. Не всегда подобное деяние имеет смысл, поскольку небольшие развозные грузовики не эксплуатируются на Нюрбургринге и не развивают космические скорости на дорогах. Потом, дешевизна и ремонтопригодность для бизнеса явления архиважные, поэтому в большинстве случаев в классе 1,5–3,0 тонны назад ставят именно рессоры – хватает и упругих, и направляющих качеств. С помощью пакета рессор можно легко повышать/понижать грузоподъемность без особых затрат, чем повсеместно и пользуются изготовители подобной техники.

Рессоры очень охотно применяют производители недорогого сегмента автомобилей повышенной проходимости, например, у современных пикапов в большинстве своем сзади стоят именно рессоры вкупе с неразрезным мостом – дешево и сердито. Конструкция практически неубиваемая, и лишнего ничего нет – оторвать и сломать на бездорожье абсолютно нечего, ну или это будет очень непросто.

Забавно, но столь древний тип упругого элемента применяется даже в автоспорте. Если, к примеру, поставить рессору не вдоль, а поперек, то она вполне способна решить вопрос в составе сложной и продвинутой независимой конструкции. Chevrolet Corvette, безусловно, можно отнести к самым современным суперкарам – все технические решения, применяемые на данном автомобиле, зачастую опережают время. Так вот, отличительной особенностью этой машины всегда была именно рессорная подвеска, правда, рессоры там из композитных материалов и стоят не вдоль, а поперек, и тем не менее. Corvette Stingrey, к примеру, держит большее боковое ускорение, нежели одноклассник Porsche Carrera S, и при этом Chevrolet существенно дешевле.

Очень интересным упругим элементом можно назвать торсион. Стальной стержень или прокат сложной формы, работающий на кручение, – это уже классика автомобилестроения. Торсионы применяются повсеместно: полунезависимая подвеска – отличительная особенность обычно недорогих и/или бюджетных автомобилей. При правильной настройке, кстати, дышащая в затылок многорычажным конструкциям, в качестве основного элемента использует торсионную балку, связывающую задние колеса. Стабилизатор поперечной устойчивости тоже работает на кручение, ну а об использовании торсионов в качестве непосредственно упругих элементов мы поговорим отдельно.

Торсион хорош всем, ну почти, его единственный, но существенный минус – дороговизна, вследствие очень высоких требований к качеству изготовления. А дальше сплошь плюсы: компактность – можно поставить где угодно, регулируемый преднатяг, позволяющий в определенных пределах регулировать клиренс, легкость замены в случае поломки (хотя поломки крайне редки), и вообще, если в подвеске используются торсионы, ремонт значительно упрощается. Ни продольные, ни поперечные силы на торсион не действуют – чистое кручение. Из-за расположения и конфигурации, а также повышенной прочности торсионы часто применяют в передней подвеске тяжелых рамных внедорожников и пикапов – неубиваемость многократно повышается. Все мы знаем конструкцию классического пикапа – впереди двухрычажка на торсионах, сзади – неразрезной мост на рессорах. Это вовсе не значит, что торсионы как-то особо заточены под бездорожье, вовсе нет, их характеристики прекрасно подходят для любых типов автомобилей. Например, концерн Honda всегда активно использовал данный тип подвески, особенно в те стародавние времена ярко выраженной спортивной составляющей.

Но самый распространенный вариант упругого элемента – это пружина. Именно пружинные подвески захватили большую часть рынка, причем вполне заслуженно. В производстве пружины обходятся сравнительно недорого, обеспечивается вполне приемлемая долговечность, пружины не нуждаются в техническом обслуживании, в отличие, к примеру, от пакетов рессор, которые время от времени все же необходимо смазывать. И что немаловажно – по нынешним временам им можно придавать прогрессивные характеристики или частично, а то и полностью нейтрализовать ненужные паразитные силы, возникающие в особых типах подвесок. Прогрессивные характеристики можно обеспечить разной толщиной прутка. Зачем? Повышение комфортности. Автомобиль не пересчитывает все стыки и ямки дороги, отрабатывая мелочь тонкими витками, зато, когда понадобится серьезное усилие на высокой скорости или на бездорожье, в ход вступают более толстые витки пружины. Дабы скорректировать прогрессивные характеристики, пружинам зачастую придается бочкообразная или коническая, а не цилиндрическая форма, применяются переменный шаг витков, двойные спирали… За все то время, что стандартная пружина провела на автомобиле, она неустанно дорабатывалась и совершенствовалась.

Иногда пружинам придается сложная форма для нейтрализации вредных нагрузок. Например, в некоторых моделях машин амортизаторы установлены не вертикально, а под углом, что создает дополнительную боковую нагрузку на амортизатор. Дабы тот раньше времени не вышел из строя, в пару ему ставят пружину С-образной формы, нейтрализующую вредные вектора сил. Компания Bilstein называет такой тип упругого элемента «банан».

Некоторые производители заявляют о сроке службы своих пружин в 200 000 км, однако всегда приходится оговариваться: в случае постоянной полной загрузки, плохих дорог, экстремально холодных температур состояние подвески в целом и в частности пружин необходимо контролировать. Поломка может привести к потере управляемости в самое неподходящее время. Очень опасным моментом для данного упругого элемента является банальная коррозия – она может существенно ослабить пружину и вполне способна спровоцировать поломку. Зная это, производители серьезно защищают свой продукт: цинковое фосфатирование, по сути гальваническая защита, дополнительная окраска специальными сверхпрочными красками, содержащими эпоксидную смолу. Однако от плохих дорог не защищает ничто – каждый пробой может сопровождаться сколами защитного покрытия, далее коррозия и см. выше.

В общем, как и любой компонент автомобиля, упругие элементы, вне зависимости от типа, тоже необходимо время от времени контролировать, дабы избежать ненужных неприятностей.

Характеристика элементов

У каждой подвески есть направляющие элементы. Речь идет о рычагах, стойках, шаровых опорах, шарнирах, выполненных из резинометаллических материалов. Также она имеет упругие элементы, здесь речь идет о пружинах, рессорах, камерах пневматических, торсионах. Гасящие элементы – это все виды амортизаторов.

Но на самом деле подобная классификация – это чисто условная характеристика. Например, это может касаться такой детали, как поперечина передней подвески. Она использовалась еще со времен конструкции карет.

Также речь может идти о рессоре, которая была еще в конных экипажах, она сохранилась и в современных автомобилях. Такая деталь может заменить три, которая как пружина смягчает движение авто. Пружина широко распространена, она позволяет машине двигаться без большой тряски, чего не скажешь о том устройстве, которое выступает как поперечина передней подвески.

Устройство подвески автомобиля

Независимо от типа подвески, в состав любой из них входит набор самых основных деталей и компонентов, без которых представить работоспособное устройство не представляется возможным. В основную группу входят следующие типы:

• буфера упругости – служат анализаторами, которые обрабатывают неровности и полученную информацию передают на кузов машины. В состав подобных элементов входят элементы упругости вроде пружины, рессоры и торсионы, которые сглаживают возникающие колебания;
• распределяющие элементы – крепятся к подвеске и одновременно к кузову, что позволяет максимально передавать силу. Представлены в виде рычагов разных типов: поперечной тяги, сдвоенные и т.п;
• амортизатор – активно применяет метод гидравлического сопротивления, это устройство позволяет противостоять элементам упругости. Наиболее распространены амортизаторы трех видов: однотрубный, двухтрубный и комбинированный. Кроме того, классификация устройства делится на масляной, газомасляной и пневматического типа действия;
• штанга – обеспечивает стабилизацию поперечной устойчивости. Входит в сложный комплекс из опор и рычажных механизмов, крепящиеся к кузову, и распределяет нагрузку при выполнении маневров вроде поворотов;
• крепеж – представлен чаще всего в виде болтовых соединений и втулок. Наиболее распространенными элементами крепления являются шаровые опоры, а также сайлентблоки.

Типовая схема устройства подвески автомобиля

Распространенные конструкции передней подвески

Обратим внимание на виды подвесок, из которых состоит основная часть автомобиля. Основное устройство – это многорычажная подвеска. Она позволяет легко управлять авто даже на самой трудной трассе. Например, это такая схема, как Мак-Ферсон.

В этом случае нужно обратить внимание на такую часть, как подрамник передней подвески. Он отлично работает, когда автомобилю нужно придать устойчивости, чего не скажешь, когда рама передней подвески не имеет подрамника.

Подвески рассматриваемого типа позволяют использовать многорычажный тип, где есть жесткая пружина, также обязательно присутствует вертикальная стойка. Получается, что стабилизатор принимает на себя все колебания, помогая водителю легче управлять авто.

Также стабилизатор выполняет функцию устойчивости. Благодаря ему возможно контролировать траекторию движения колес, что очень удобно, так как рама передней подвески находится выше, чем нижний рычаг. К тому же стабилизатор способствует более ровному движению авто. Также не забудем упомянуть о многорычажном узле, который помогает избегать колебаний при движении автомобиля.

ЧТО ВХОДИТ В ПОДВЕСКУ АВТОМОБИЛЯ

К современным машинам предъявляется множество требований. Они должны быть хорошо управляемыми и при этом устойчивыми, бесшумными, комфортными и безопасными. Чтобы претворить в жизнь все эти пожелания, инженерам требуется тщательно продумать устройство подвески.

На сегодняшний день не существует какого-либо универсального эталона. В арсенале каждого автопроизводителя свои хитрости и современные разработки. Однако, для всех типов подвесок характерно наличие таких объектов:

• Упругий элемент.
• Направляющая часть.
• Стабилизатор устойчивости.
• Амортизирующие устройства.
• Колесная опора.
• Крепежи.

УПРУГИЙ ЭЛЕМЕНТ

Автомобильная подвеска содержит упругие элементы, изготовленные из металла и неметаллические части. Они необходимы для перераспределения ударной нагрузки, получаемой колесами при встрече с неровностями дороги. К металлическим упругим деталям относятся рессоры, торсионы и пружины. Неметаллические элементы — это резиновые отбойники и буферы, пневматические и гидропневматические камеры.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

Исторически самыми первыми появились рессоры. С точки зрения конструкции — это металлические полосы разной длины, соединенные между собой. Помимо эффективного перераспределения нагрузки, рессоры хорошо амортизируют. Чаще всего они используются в ходовой части грузовиков.

Торсионы представляют собой наборы пластин или стержней, работающих на скручивание. Обычно торсионной бывает задняя подвеска автомобиля. Устройства этого типа используют, кроме того, японские и американские производители машин увеличенной проходимости.

Металлические пружины входят в состав ходовой части любого современного авто. Эти элементы могут иметь постоянную или переменную жесткость. Их упругость зависит от геометрии прутка, из которого они изготовлены. Если диаметр прутка меняется на всем протяжении, то пружина имеет переменную жесткость. В противном случае упругость является постоянной.

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

Упругие неметаллические детали используются совместно с металлическими. Резиновые элементы – отбойники и буферы – не только участвуют в перераспределении динамических нагрузок, но и амортизируют.

Пневматические и гидропневматические камеры используются в конструкциях активных подвесок. Их действие определяется свойствами только сжатого воздуха (пневмокамеры) или газа и жидкости (гидропневматические камеры). Эти упругие элементы дают возможность менять клиренс транспортного средства и жесткость системы амортизации автоматически.

Кроме того, они обеспечивают высокую плавность хода. Первыми были разработаны гидропневматические камеры. Они появились на машинах марки Citroen в 1950-х годах. Сегодня пневматическими и гидропневматическими подвесками опционно оснащают авто бизнес-класса: Mercedes-Benz, Audi, BMW, Volkswagen, Bentley, Lexus, Subaru и др.

НАПРАВЛЯЮЩАЯ ЧАСТЬ

Направляющие элементы подвески – это стойки, рычаги и шарнирные соединения. Их основные функции:

• Удерживать колеса в правильном положении.
• Поддерживать траекторию движения колес.
• Обеспечивать соединение системы амортизации и кузова.
• Передавать энергию движения от колес на кузов.

СТАБИЛИЗАТОР ПОПЕРЕЧНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

Подвеска автомобиля не обеспечивала бы транспортному средству необходимой устойчивости без стабилизирующего устройства. Оно борется с центробежной силой, стремящейся опрокинуть машину при повороте, и уменьшает крены кузова.

В техническом отношении стабилизатор поперечной устойчивости – это торсион, связывающий систему амортизации и кузов. Чем выше его жесткость, тем лучше авто держит дорогу. С другой стороны, излишняя упругость стабилизатора уменьшает ход подвески и снижает плавность движения транспортного средства.

Стабилизаторами поперечной устойчивости оснащают, как правило, обе оси машины. Но если задняя подвеска автомобиля торсионная, устройство устанавливают только спереди. Полностью отказаться от него смогли инженеры Mercedes-Benz. Они разработали особый тип адаптивной подвески с электронным контролем положения кузова.

Преимущества и недостатки Мак-Ферсона

Обратим внимание на плюсы данного типа:

• простая многорычажная конструкция автомобиля, основа – это стабилизатор,
• может быть увеличен моторный отсек в авто,
• легко обслуживать, особенно стабилизатор и многорычажную конструкцию.

Теперь обратим внимание на минусы:

• угол развала, когда в дело включается рычаг, у многорычажного узла не самый лучший,
• если перегрузить машину, то стабилизатор страдает, так как многорычажное устройство не срабатывает,
• также понижается линия капота, когда стабилизатор достигает максимальной точки в многорычажном устройстве.

Подвеска с двойным поперечным рычагом

Обратим внимание на подвеску, которая выполняется на поперечном рычаге, расположенном по два с каждой стороны.

Это менее распространенная форма, которая имеет преимущество в том, что много у нее возможностей в компоновке, также возможно получить оптимальный развал колес при движении, к тому же низко опускается капот. Что же касается недостатков, то это более сложный ремонт, а также большая масса устройства.

Выделим основных три группы. Во-первых, наличие рычагов, во-вторых, наличие пружин и стабилизаторов, а также, в-третьих, амортизаторов. Последние две составляющие – это краегульный камень качественной машины. Именно они способствуют отличному передвижению легковушки, определяют плавный ход, легкость в управлении.

Подведем итоги

Как мы увидели, подвеска – это довольно капризное устройство в машине. Есть много разных типов этого компонента, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Мы рассмотрели два основных типа. Это узел Мак-Ферсон и двойная рычажная форма. Помимо передней подвески существует и задняя, которую мы в этой статье не рассматривали. Сравнивая Мак-Ферсон и двойное рычажное устройство, можно сделать вывод, что по деньгам лучше иметь первый тип, что же касается качества, то подойдет второй.