Передние подвески легковых автомобилей в настоящее время выполняются как правило
Подвеска автомобиля. Изучаем… запоминаем…
Подвеска автомобиля представляет собой совокупность узлов и механизмов, при помощи которых осуществляется упругая взаимосвязь кузова (рамы) с колесами. За всю историю развития автомобилестроения, на легковых автомобилях применялись подвески различных типов. Сегодня наиболее распространенной подвеской является McPherson (МакФерсон).
Подвеска данного типа используется преимущественно для передних колес и устанавливается на многих легковых автомобилях и малых грузовиках. Для задних колес подвеска МакФерсон также используется, но реже. Подвеска МакФерсон представляет собой несколько видоизмененную систему на двух рычагах. Однако, в случае с МакФерсон, верхний рычаг отсутствует и его роль выполняет верхняя шарнирная опора стойки амортизатора, которая обычно размещена на крыле автомобиля. Данная подвеска устанавливается на автомобили бюджетного и среднего классов.
Для спортивных машин и автомобилей премиум-класса используются более совершенные типы подвесок. Система McPherson обязана широкому распространению благодаря ряду преимуществ: простое устройство; небольшие затраты на производство; прекрасная ремонтопригодность; разгрузка мест крепления к кузову за счет больших расстояний между верхней и нижней опорой; большой ход подвески.
Однако существуют и отрицательные черты у данной подвески: чрезмерно большой ход способствуют нежелательным, пусть и кратковременным изменениям угла развала колес автомобиля; требуется усиление кузова в месте крепления верхней опоры (опорного подшипника стойки); невозможность качественно шумоизолировать арку колеса; несколько худшие параметры в плане кинематики в целом. Тем не менее, низкая стоимость изготовления данной подвески и ремонтопригодность даже в условиях гаража позволяют не учитывать отрицательные черты.
Устройство подвески МакФерсон Подвеска типа МакФерсон имеет весьма простое устройство и состоит из следующих основных конструктивных элементов: подрамник; нижний поперечный рычаг; ступица и поворотный кулак колеса; шаровая опора поворотного кулака; стойка амортизатора; пружина; верхняя опора стойки амортизатора. Подрамник представляет собой основной элемент подвески.
Данный узел крепится непосредственно к кузову автомобиля при помощи сайлентблоков или жестким креплением. Крепление подрамника на сайлентблоках позволяет уменьшить передачу вибрации на кузов автомобиля. Стоит отметить, что подрамник, как отдельный конструктивный элемент, может отсутствовать. Нижние поперечные рычаги крепятся к подрамнику или непосредственно к силовому кузову автомобиля при помощи сайлентблоков.
Каждый из рычагов имеет по две точки опоры на кузове. На противоположном конце рычага закреплена шаровая опора поворотного кулака, которая обеспечивает подвижность во всех плоскостях последнего. Ступица и поворотный кулак предназначены для крепления колеса. За счет специального шарнирного соединения через шаровую опору с нижним рычагом и рулевой тягой, поворотный кулак обеспечивает поворот управляемых колес.
Верхней точкой крепления поворотного кулака является нижняя часть амортизаторной стойки. Амортизаторная стойка является связующим элементом между кузовом и поворотным кулаком. Нижняя часть стойки при помощи клеммового соединения закреплена в поворотном кулаке, а верхняя часть соединена с кузовом при помощи специального опорного подшипника. Опорный подшипник чаще всего представляет собой втулку из толстой резины, в которой закреплен шариковый подшипник.
Шток амортизаторной стойки крепится в шариковом подшипнике, а резиновая втулка компенсирует отклонения стойки при работе подвески. Помимо этого, на амортизаторной стойке крепится пружина подвески. Помимо основных конструктивных элементов, подвеска МакФерсон в различных вариациях может содержать дополнительные узлы, такие как стабилизаторы поперечной устойчивости, стойки стабилизатора и прочее.
Стабилизатор поперечной устойчивости может иметь различное конструктивное исполнение на разных автомобилях, однако предназначение его от этого не меняется. Стабилизатор крепится в двух точках к подрамнику или к кузову и соединен с амортизаторными стойками при помощи соединительных тяг с шарнирами или резинометаллическими втулками. Основным предназначением стабилизатора является снижение боковых кренов машины и противостояние продольным перемещениям поворотного кулака или ступицы.
Как устроена подвеска автомобиля и принцип её работы
Между дорогой, со всем её непредсказуемым, неровным характером и кузовом автомобиля расположена важная составная часть любого транспортного средства, которая отличает его от старой телеги – подвеска. Именно она обеспечивает сохранность пассажиров и груза, уровень комфорта, а также долговечность самой машины и стойкость всех механизмов к многочисленным ударам на неровностях.
Для чего в машине подвеска
Всё, что есть в автомобиле, расположено над подвеской или под ней. Разделение грубое, но именно так проще всего понять разницу между подрессоренными и неподрессоренными массами.
О рессорах здесь говорится не в привычном смысле, а как об упругих элементах. Естественно, всё, что подрессорено, испытывает меньшие нагрузки, лучше сохраняется, а в отношении пассажиров можно говорить об уровне комфорта. Вот для этого и нужна подвеска.
Конструктивные элементы и груз не разрушатся от тряски, а люди сохранят свои позвоночники и смогут отдохнуть во время поездки даже по не очень ровной дороге.
При этом чрезмерно комфортную подвеску иметь нежелательно, машина плохо управляется. Всегда выбирается компромисс, в зависимости от назначения автомобиля.
Принцип работы
Желательно чтобы колёса автомобиля постоянно находились в контакте с дорогой, повторяя все её неровности, тогда машина сможет эффективно менять направление, разгоняться или тормозить.
Но если вместе с ними следовать профилю покрытия станет и кузов, то от такой езды мало кто получит удовольствие, поэтому подвеска должна сохранять в идеале его неизменное положение, ликвидируя нежелательные ускорения и перегрузки.
Даже при одиночном воздействии на подвеску она может перейти в колебательное движение.
Кузов начнёт раскачиваться на собственной резонансной частоте. Эту энергию надо обязательно погасить, обычно простым переводом в тепло.
Отсюда вытекает примерный состав функциональных узлов, входящих в состав подвески:
Вариантов исполнения много, это обуславливают и исторические факторы, и разнообразие применения автомобилей, и вопросы стоимости.
Устройство
Каждое колесо вращается в ступичном подшипнике, наружная обойма которого жёстко связана с нижней точкой крепления направляющего аппарата подвески.
Обычно это так называемый кулак или балка в случае неразрезного моста. Верхней точкой будет соединение с кузовом. Понятие точки – условное, их может быть несколько.
Между креплениями располагаются параллельно работающие упругий и демпфирующий элементы. За передачу усилия строго вдоль их осей отвечает направляющий аппарат в виде рычагов с расположенными на их концах шарнирами.
Чем подвеска совершеннее и сложнее, тем этих рычагов больше, каждый отвечает за точность траектории перемещения колеса.
В некоторых конструкциях функции элементов объединены, например при рессорной подвеске, когда сама рессора может одновременно работать в качестве рычага, упругого элемента и даже частично амортизатора, используя трение между своими листами.
Классификация
Укрупнённо принято разделять типы подвесок по степени связи колёс одной оси между собой. Не касаясь тех конструктивных решений, когда эта связь вносится умышленно в любой тип для акцентирования отдельных качеств, суть при этом не меняется.
Независимая
Направляющий аппарат выполняется таким образом, что перемещения одного колеса никак не влияет на все прочие. Разве что через кузов, который всё же изменяет своё положение из-за неидеальности подвески.
Достигается это отсутствием механических связей между колёсами одой оси. Каждое имеет свой направляющий аппарат, упругие элементы и амортизаторы. Использование стабилизаторов не считается.
Полузависимая
Такой тип подразумевает наличие силового элемента, связывающего подвески колёс одной оси. Но он выполняется упругим, то есть жёсткой связи нет. Это усложняет обеспечение требований по комфорту и управляемости, зато несёт с собой конструктивную простоту и избавляет от дублирования некоторых элементов направляющего аппарата.
Классический пример – торсионная балка задней подвески на бюджетных легковых автомобилях с передним приводом. Подвеска получается очень компактной, лёгкой и отличается высокой надёжностью за счёт малого количества шарниров.
Зависимая
Самый простой тип подвески, применяется ещё со времён первых автомобилей. Колёса одной оси располагаются на концах жёсткой балки, иногда выполняющей роль корпуса неразрезного приводного моста.
Смещения каждого колеса однозначно влияют на траекторию другого, обе ступицы всегда расположены на одной геометрической оси. К этой же балке крепятся упругие элементы, амортизаторы и рычаги.
Конструкция отличается простотой, рекордной прочностью, надёжностью, но при этом машина плохо управляется. Зато дорожный просвет под балкой не зависит от работы подвески.
Виды независимых подвесок
Теоретически лучшей подвеской можно считать независимую. Однако над её прочностью, точностью траекторий и стоимостью много работали, что привело к многообразию конкретных технических решений и патентов.
МакФерсон
Появление этой самой популярной сейчас подвески способствовало желание конструкторов создать наиболее компактный, лёгкий и недорогой вариант.
В результате появилась подвеска свечного типа, где один узел, совмещающий упругие, демпфирующие и частично направляющие функции, получил название стойки МакФерсона по имени разработчика окончательного варианта.
Стойка представляет собой телескопическую свечу, внутри которой расположен амортизатор, с надетой на него пружиной подвески. Жёсткая в поперечном направлении конструкция позволила избавиться от верхнего рычага.
Достаточно укрепить её нижнюю часть рычагом или двумя растяжками с шарнирами. Сложно придумать что-то более простое и компактное. Однако пришлось решить ряд технологических вопросов, с чем успешно справились.
Недостатки в виде повышенного трения и нечёткой траектории не помешали применять её сейчас на большинстве легковых автомобилей, к которым не предъявляется завышенных требований по управляемости.
Двухрычажная
Иначе её называют параллелограммной. Состоит из верхнего и нижнего треугольных рычагов, к которым через шаровые опоры или шкворни крепится кулак со ступицей.
За счёт образованного конструкцией параллелограмма углы наклона колеса при работе подвески почти не изменяются, что позволяет точно удерживать оптимальный контакт колеса с дорогой.
Прочность данного типа и хорошие характеристики управляемости делают такую подвеску уместной на очень многих автомобилях, включая внедорожники, спорткары и представительский класс.
Расплатой становятся некоторая сложность, большой занимаемый объём и количество шарниров, в роли которых могут выступать жёсткие шаровые опоры или мягкие резинометаллические сайлентблоки.
Многорычажная
Хорошим дополнением к независимой подвеске может стать возможность запрограммированного изменения углов установки колёс. Это достигается сложной траекторией колеса, что возможно при использовании нескольких рычагов, от трёх до пяти на каждое колесо.
Возникают разные эффекты, как адаптация развала при ходах подвески, так и пассивное подруливание оси. Хорошо настроенная «многорычажка» обеспечивает машине отточенную управляемость при сохранении высокой плавности хода.
Недостатки те же – сложность, цена, частое обслуживание, трудности с компоновкой.
Пневматическая
Любая подвеска может быть пневматической, поскольку это касается исключительно упругих элементов, в роли которых выступают пневмобаллоны. По характеристикам они работают более точно, чем пружины и, тем более рессоры, одновременно позволяя реализовать другие функции.
Такими упругими элементами можно управлять, оперативно изменяя в них давление. Это позволит изменять клиренс и жёсткость подвески, адаптируя её к разным дорогам.
Теряя при этом в надёжности, затратам на оборудование и ремонт. Поэтому пневматика применяется только на относительно дорогих автомобилях, обычно в сочетании с регулируемыми электроникой амортизаторами.
Гидравлическая
Если добавить к пневмобаллону отделённую мембраной полость с закачиваемой туда жидкостью, то становится возможным объединить в одном блоке амортизаторы, пневмоподвеску и возможность расширенного регулирования характеристик.
Это позволит изменять клиренс, исключать клевки кузова, менять жёсткость и точно отслеживать все неровности. Конструкция получается настолько же эффективной, насколько дорогой, ненадёжной и сложной в эксплуатации.
Применяется редко и только на премиальных или достаточно экзотических автомобилях.
Торсионная
Разновидность любой подвески, где в качестве упругого элемента применён скручивающийся стержень из пружинной стали или пакета листов. Используется там, где конструктивно проще компоновать торсионы, чем пружины или рессоры.
Имеет довольно ограниченное применение, поскольку принципиальными преимуществами не располагает.
Электромагнитная
Под этим термином объединяется целый ряд подвесок, использующих преобразование магнитных свойств материалов под воздействием электрического тока. От линейных электродвигателей до управляемых амортизаторов.
Общее свойство одно – безынерционность, а значит возможность мгновенной реакции на внешние воздействия. Применяя компьютеры и всевозможные датчики можно заставить подвеску идеально точно отслеживать дорогу, сохраняя положение кузова неизменным.
Хотя рабочие экземпляры уже есть, даже имеются тюнинговые комплекты для серийных машин, широкое применение этой самой перспективной подвески ещё впереди.
Спортивная
В зависимости от категории автоспорта спортивной может быть любая подвеска. От внедорожной с огромными ходами до шоссейно-кольцевой, где перемещение колёс измеряется миллиметрами.
Тип push-rod и pull-rod
Типично гоночные разновидности подвесок, где упругие элементы сосредоточены в центре кузова, а усилие на них передаётся через тянущие (pull) или толкающие (push) штанги. Сам направляющий аппарат обычно двухрычажного типа.
Решаются очень специфические задачи, стоящие перед конструкторами гоночных «формул», то есть машин с открытыми колёсами. Там просто негде ставить обычные пружины с аэродинамической или компоновочной точек зрения. Какой тип штанги лучше – не знает никто, сами конструкторы иногда раз в несколько лет меняют своё мнение.
В каких машинах неубиваемая подвеска
Понятие неубиваемости можно рассматривать по-разному. Это и прочность, и энергоёмкость, и качество изготовления. Неубиваемой можно считать практически любую подвеску серьёзных внедорожников.
Например, Toyota Land Cruiser конца 20 века, когда этому качеству уделялось большое внимание, а сами подвески были отработаны многолетним производством.
Или другой пример – Renault Logan, точнее все машины на платформе «B0». Их подвески специально разрабатывались под страны третьего мира и с задачей справились успешно.
То же можно сказать о старых седанах Mercedes, сделанных во времена заботы о долговечности ходовой на любых дорогах мира. И совсем уж спорный пример – любые машины, разработанные в СССР. Достаточно ознакомиться с условиями, в которых эти автомобили проходили государственные испытания.
Но сейчас такой задачи перед автостроителями уже не стоит. Проще отремонтировать, чем закладывать большой запас прочности и долговечности.
Виды подвесок автомобилей.
Двухрычажная подвеска с коротким верхним и длинным нижним рычагами обеспечивает минимальные поперечные перемещения колеса (вредные для боковой устойчивости автомобиля и вызывающие быстрый износ шин), а также незначительные угловые перемещения при ходе вверх и вниз.
Конфигурация поперечного рычага позволяет каждому колесу независимо воспринимать неровности и оставаться более вертикальным на поверхности дороги. А это означает лучшее сцепление с дорогой.
Подвеска МакФерсона, названая по имени инженера Эрла Макферсона, разработавшего её в 1960 году, представляет собой подвеску колеса, состоящую из одного рычага, стабилизатора поперечной устойчивости и блока из пружинного элемента и амортизатора телескопического типа, называемого качающейся свечой, в связи с тем, что он закреплен в верхней части к кузову при помощи упругого шарнира и может качаться при движении колеса вверх-вниз.
Кинематически схема менее совершенна, чем подвеска на двух поперечных или продольных рычагах: что при большом ходе подвески развал (угол наклона колеса к вертикальной плоскости) будет меняться, и тем больше, чем больше ход подвески. Но в связи с технологичностью и дешевизной данный тип подвески получил очень большое распространение в современном автомобилестроении.
Многорычажная подвеска несколько напоминают двухрычажную подвеску и имеют все ее положительные качества.
Эти подвески более сложны и боле дороги, но обеспечивают большую плавность хода и лучшую управляемость автомобиля. Большое количеств элементов — сайлент-блоков и шаровых шарниров хорошо гасят удары при резком наезде на препятствия. Все элементы крепятся на подрамнике через мощные сайлент-блоки, что позволяет увеличить шумоизоляцию автомобиля от колес.
Применение многорычажной независимой подвески, которая главным образом используется на автомобилях представительского класса, придает подвеске стабильный контакт колес с любым покрытием на дороге и четкий контроль автомобиля при изменениях направления движения.
Главные преимущества многорычажной подвески:
-Независимость колес друг от друга,
-Низкая неподрессоренная масса,
-Независимая продольная и поперечная регулировки,
-Хорошая недостаточная поворачиваемость,
-Хороший вариант для использования в схеме 4×4.
Главный недостаток современной схемы — сложность и, соответственно, цена. До недавнего времени ее применяли только на дорогих автомобилях. Теперь же она «удерживает» задние колеса даже некоторых машин гольф-класса.
Установка пневмоэлементов
На всех вышеописанных подвесках пневмоэлемент устанавливается по схожей схеме. Он одевается на шток аммортизатора через сальники, обеспечивающие герметичность системы. Место крепления пневмоэлемента к корпусу стойки также надежно герметизируется.
Задняя зависимая подвеска
Типичным представителем такой конструкции может служить задняя подвеска с цилиндрическими винтовыми пружинами в качестве упругих элементов. Как пример можно привести конструкцию задних подвесок классических «Жигулей». В этом случае балка заднего моста «подвешивается» на двух винтовых пружинах и дополнительно крепится к кузову при помощи четырех продольных рычагов. Кроме этого, для улучшения управляемости, уменьшения крена кузова в поворотах и улучшения плавности хода устанавливается поперечная реактивная штанга.
Основным недостатком этого типа подвески является значительная масса балки заднего моста. Этот показатель особенно возрастает, когда мост выполняется ведущим: приходится «нагружать» балку весом картера главной передачи, редуктора и т.п. А приводит все это к возрастанию так называемых неподрессоренных масс, из-за чего значительно ухудшается плавность хода и появляются вибрации.
Подвеска типа «Де Дион»
Стремясь как можно больше «облегчить» задний мост, инженеры многих автомобильных компаний начали применять подвеску типа «Де Дион», названную по имени своего изобретателя, француза Альберта Де Диона. Главное ее отличие — картер главной передачи теперь отделен от балки моста и прикреплен непосредственно к кузову. Теперь крутящий момент передается от двигателя автомобиля к ведущим колесам через полуоси, качающиеся на шарнирах равных угловых скоростей. Этот тип подвески может быть как зависимым, так и независимым. Нечто похожее применяется на внедорожных автомобилях, в конструкции передней подвески независимого типа.
Но несмотря на совершенствование конструкции, все зависимые подвески обладают одним и весьма существенным минусом: проявляется несбалансированное поведение автомобиля при старте и торможении. Машина начинает «приседать» при интенсивном разгоне и «клевать носом» во время торможения. Для устранения этого эффекта стали применять дополнительные направляющие элементы.
Полунезависимая задняя подвеска
Конструктивно она выполняется в виде двух продольных рычагов, которые соединены посередине поперечиной. Этот тип подвески применяется только сзади, но практически на всех переднеприводных автомобилях. Среди плюсов этой конструкции можно выделить легкость монтажа, компактность и небольшой вес, как следствие — уменьшение «неподрессоренных масс», и самое ее весомое достоинство — наиболее оптимальная кинематика колеса. Недостаток можно выделить всего один: такую подвеску можно применять только на неведущем заднем мосту.
Установка пневмоэлементов
В случае если пружина и аммортизатор конструктивно установлены отдельно друг от друга, пружина просто заменяется на пневмоэлемент с проставками необходимой толщины. Проставками подбирается минимальный и максимальный дорожный просвет автомобиля.
Если пружины с аммортзаторами собраны в единый узел, наподобие передней стойки, то пневмоэлемент устанавливается так же, как и на передней подвеске — одевается на шток аммортизатора.
Подвески грузовых автомобилей
Одна из первых и наиболее распространенных конструкций зависимой подвески — с продольными или поперечными рессорами и гидравлическими амортизаторами. Ее до сих пор применяют на грузовиках, коммерческих автомобилях и на некоторых моделях внедорожников. Это наиболее простой вариант решения задней подвески: мост «подвешивается» на продольных рессорах, закрепленных в кронштейнах кузова. Кроме этого, к балке заднего моста крепятся амортизаторы. В такой конструкции рессоры выполняют также функции направляющих элементов, то есть связывают колесо с кузовом и определяют его кинематику.
Плюс зависимой задней подвески подобного типа — очевидная простота конструкции, правда, это имеет какое-либо серьезное значение только для производителя. На практике же рядового автомобилиста ожидают только минусы: недостаточная эффективность работы рессор, как направляющих элементов. При достижении высоких скоростей относительно «мягкие» рессоры оказываются не в состоянии придавать заднему мосту необходимое положение в пространстве, отчего сильно ухудшается сцепление шин с дорогой, и, как следствие, проявляется неудовлетворительная управляемость машины на высоких скоростях.
Подвески внедорожников и пикапов
Рассмотрим варианты подвесок на данный тип автомобилей подробней. Здесь присутствуют несколько видов подвесок:
-автомобили с зависимой передней и задней подвесками,
-автомобили с независимой передней и зависимой задней подвеской,
-автомобили с полностью независимой подвеской.
Разбирать устройство начнем с задней подвески. Наиболее распространенной задней подвеской внедорожников является рессорная или пружинная подвеска с жестким неразрезным мостом.
Рессорная подвеска имеет простую конструкцию, высокую надежность, выдерживает очень большие нагрузки и поэтому чаще всего применяется на тяжелых джипах и пикапах. Но в погоне за ценой и надежностью автопроизводители используют рессорные подвески и на более легких недорогих внедорожниках. Пружинные подвески немного сложнее рессорных, но при этом компактны и обычно довольно мягкие и длинноходные и устанавливаются на более легких и комфортных внедорожниках. В остальных же случаях на паркетниках и спортивных городских внедорожниках применяются различные варианты независимых рычажных задних подвесок.
Передние подвески внедорожников так же бывают с жестким неразрезным мостом, но сегодня подобные конструкции встречаются редко. Стремясь улучшить управляемость и устойчивость автомобилей на шоссе автопроизводители все чаще применяют независимые пружинные или торсионные подвески.
В зависимости от конструкции подвески возможны следующие варианты установки пневмобаллонов:
1. Установка вспомогательных подушек на рессоры
В этом случае в штатных рессорах уменьшается количество листов, что компенсируется установкой небольшой пневмоподушки. Уменьшение количества листов снижает жесткость рессоры, что позволяет сделать подвеску более комфортной при ежедневном передвижении на незагруженном автомобиле и в то же время давлением в подушке можно в широких пределах изменять дорожный просвет и компенсировать отсутствующие листы при полной загрузке автомобиля. В итоге такая установка позволяет расширить возможности автомобиля, улучшить управляемость и плавность хода, поднять грузоподъемность и проходимость, облегчить буксировку тяжелого прицепа.
2. Замена пружин на пневмобаллоны
На автомобилях с пружинной (как зависимой так и независимой) передней и задней подвеской пружина полностью заменяется пневмобаллоном. Улучшение характеристик подвески этом случае такое же как и на рессорной подвеске, но преимущества пневмоподвески проявляются более полно, чем при установке вспомогательной подушки.