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
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:
К сожалению дорожное полотно не всегда ровное и гладкое, а все возникающие колебания передаются на кузов машины. Подвеска предназначена для смягчения этих колебаний. Другими словами, подвеска предотвращает излишнюю тряску при езде, обеспечивая максимальный комфорт пассажирам. Она, на ряду с колесами, входит в число обязательных элементов ходовой части автомобиля.
Функции подвески:
- Соединение мостов и колес с кузовом автомобиля. Благодаря наличию подвески, колеса могут поворачиваться, задавая направление движению транспортного средства.
- Передача крутящего момента от двигателя и основной несущей силы.
- Обеспечение плавности хода и сглаживание отдачи от дорожных неровностей. Большая нагрузка на ходовую часть происходит во время движения по разбитому дорожному полотну, что может привести к быстрой поломке.
Подвеска должна быть прочной и долговечной для качественного выполнения своих функций, поэтому все производители ищут всевозможные решения в этом направлении, внедряя нововведения.
В современном автомобиле подвеска представляет собой достаточно сложную техническую систему, в которую входят:
- Упругие элементы . К ним относятся металлические (торсионы, пружины, рессоры) и неметаллические (резиновые, пневматические и гидропневматические) детали, которые принимают на себя нагрузку от колебаний, связанных с неровностью дороги, и равномерно распределяют ее по всему кузову. Эти детали обладают упругими характеристика, в связи с чем и относятся к данной группе элементов.
- Направляющие элементы - детали, обеспечивающие соединение подвески с кузовом. Это различные рычаги (поперечные или продольные), регулирующие взаимодействие колес и кузова по отношению друг к другу.
- Амортизаторы - гасящие устройства, предназначенные для выравнивания колебаний кузова, полученных от упругого элемента. Они имеют гидравлическое (принцип работы основан на протекании масляной жидкости через систему отверстий и создании гидравлического сопротивления), пневматическое (действующим веществом выступает газ) и гидропневматическое (комбинированное) строение.
- Стабилизатор поперечной устойчивости . Это некая металлическая штанга, препятствующая образованию чрезмерного крена в процессе движения автомобиля.
- Опоры колеса - элементы на передней оси, принимающие на себя, и распределяющие по всей подвеске нагрузку, исходящую от колес.
- Крепежные элементы , соединяющие детали между собой (например, болты, втулки шаровые шарниры и т. д.)
СПРАВКА : на передней подвеске обычно располагаются две шаровые опоры, иногда четыре (например на внедорожниках), реже три
Принцип работы
Подвеска функционирует за счет того, что в момент наезда на неровность, перемещаются упругие элементы (например, пружины), преобразуя ударную энергию. Жесткость перемещения этих элементов контролируется, сопровождается и смягчается при помощи амортизирующих устройств. В конечном итоге, благодаря подвеске, сила удара на кузов автомобиля воздействует гораздо слабее, что обеспечивает более плавный ход транспорта.
В зависимости от уровня жесткости различают подвески:
- Жесткие - позволяют повысить информативность и эффективность управления автомобилем, но при этом уменьшается комфорт.
- Мягкие - обеспечивают лучшую комфортабельность при поездке, но управляемость ухудшается.
Опытные водители стараются выбрать оптимальный вариант, сочетающий лучшие качества устройства.
Помимо помощи в преодолении неровностей дорожного покрытия, подвеска участвует в прохождении поворотов и совершении бокового маневра, в разгоне и торможении.
Какие подвески бывают
В связи с особенностями конструкции подвески принято разделять на 3 вида: зависимая, независимая и полунезависимая подвеска
Зависимая подвеска
Подразумевает жесткое соединение противоположных колес, при котором перемещение одного колеса в поперечной плоскости влечет за собой перемещение другого. В состав моста автомобиля входит жесткая балка, заставляющая колеса двигаться параллельно. Изначально в качестве направляющих и упругих элементов использовались рессоры, но в современных автомобилях связующая колеса поперечина фиксируется двумя продольными рычагами и поперечной тягой.
Преимущества:
- невысокая стоимость
- легкость конструкции
- высокий центр поперечного крена
- постоянство развала и колеи
Другими словами, на ровной поверхности, не зависимо от раскачки, угол наклона колес относительно дороги не меняется, а машина имеет наилучшее сцепление с дорожным покрытием. На плохой дороге, к сожалению, это преимущество теряется, т. к. провал одного колеса влечет за собой провал и второго, в результате чего сцепление ухудшается.
Конструкция очень простая и надежная, потому широко используется для грузовых автомобилей и на задней оси легковых.
Полунезависимая
Включает в себя жесткую балку, которую торсионы удерживают на кузове. Эта конструкция делает подвеску относительно самостоятельной по отношению к кузову. Для примера можно изучить подвеску переднеприводного автомобиля ВАЗ.
Независимая подвеска
Предполагает автономную работу каждого колеса. Т.е. их перемещения не зависят друг от друга, что приводит к более плавному ходу. Независимая подвеска может быть как передней так и задней, и в свою очередь ее принято разделять на:
- Подвеска с качающимися полуосями - основным элементом конструкции выступают полуоси. При наезде на неровности колесо всегда сохранит перпендикулярное положение относительно полуоси.
- Подвеска с косыми рычагами - оси качания рычагов находятся под косым углом. Преимуществами такого вида прибора можно назвать уменьшение колебаний колесной базы и крена авто на поворотах.
- Подвеска на продольных рычагах - самый простой тип, среди независимых. Каждое колесо удерживается при помощи рычага, воспринимающего боковые и продольные усилия. Обычно рычаг крепится к кузову при помощи шарниров и обладает высокой устойчивостью. Недостаток такой подвески заключается в том, что на поворотах колеса наклоняются вместе с кузовом, создавая большой крен.
- С продольными и поперечными рычагами. Этот вид подвесок сложен в техническом плане и громоздок, поэтому слабо популярен (использовался на таких марках как Rover, Glas и т.д.).
- С двойными продольными и поперечными рычагами.
- Торсионно-рычажная подвеска - включает в свою конструкцию два продольных рычага и торсионную скручиваемую балку. Используется на задней оси переднеприводных автомобилей, в современном автомоделировании в основном на бюджетных китайских моделях. Преимуществом считается надежность и простота, а недостатком - излишняя жесткость, лишающая комфорта пассажиров заднего ряда.
- Подвеска МакФерсон - самая распространенная схема передней подвески современных автомобилей. Это обусловлено небольшой шириной, легкостью и простотой конструкции. Однако у такой подвески есть и существенный минус: высокое трение в амортизаторной стойке и, как следствие, снижение фильтрации дорожных шумов и неровностей.
- Гидропневматическая и пневматическая подвеска. Роль упругих элементов исполняют пневматические баллоны и гидропневматические элементы, объединенные в одно целое с системой гидроусилителя руля и гидравлической системой тормозов.
- Адаптивная подвеска отличается тем, что степень демпфирования амортизаторов изменяется в зависимости от качества дорожного полотна, параметров движения и запросов водителя. Результатом можно отметить повышенную маневренность и безопасность.
Все подвески имеют свои положительные характеристики и недостатки. Некоторые до сих пор широко используются, а какие-то давно не актуальны.
Автомобильную подвеску можно характеризовать по нескольким направлениям:
Упругая характеристика
Под ней понимают зависимость вертикальной нагрузки на колесо от прогиба подвески. Помимо этого, за упругую характеристику принимают статический прогиб, динамический ход, жесткость подвески, и т. д.
- Статический прогиб (статический ход) подвески - прогиб под весом автомобиля. При нагрузке, как правило, рычаги подвески принимают горизонтальное положение, а рессоры распрямляются. Статический прогиб приблизительно равен динамическому ходу или чуть меньше.
- Динамический ход - прогиб под воздействием ответных сил дороги при движении по ней.
- Жесткость подвески (жесткость хода) не стоит путать с жесткостью упругого элемента. Жесткая подвеска делает управление более четким.
Другими словами, упругая характеристика определяет качество самой подвески.
Плавность хода
Колебания автомобиля влияют практически на все его основные свойства, такие как плавность хода, комфортабельность, расход топлива и качество управления. Они возрастают в связи с увеличением скорости или ухудшением качества дороги. Плавность хода напрямую влияет на ощущения пассажиров во время поездки. Чем ровнее дорога, тем приятнее в пути, без тряски и сильных вибраций. Установлены некие стандарты допустимых колебаний, от которых зависят цена и качество авто. Эти стандарты призваны защитить пассажиров и груз от быстрой утомляемости, и повреждений в пути.
Невозможно полностью исключить вибрации, но производители стараются максимально повысить уровень комфорта. Если по колебаниям колес оценивают устойчивость и сложность в управлении машины, то колебания кузова определяют плавность хода.
Под плавностью хода принято понимать свойство авто обеспечивать максимальную защиту пассажиров и груза от сильных толчков и ударов, возникающих при контакте автомобиля с дорогой. Частота колебаний кузова в пределах от 0,5 до 1,0 Гц свидетельствует о том, что плавность хода нормальная.
СПРАВКА : частота от 0,5 до 1,0 Гц схожа с частотой толчков, испытываемых при ходьбе
Во время поездки пассажиры испытывают медленные колебания с большими амплитудами и быстрые, с малыми рывками. Если быстрые можно устранить с помощью сидений, виброизоляций, резиновых опор и т. д., то для защиты от медленных используется упругая подвеска колес.
Таким образом, можно сказать, что плавность хода является важной характеристикой, на которую стоит обратить внимание при выборе автомобиля.
Кинематика
Эта характеристика обуславливает изменения положения колес во время движения. Как было написано ранее, в зависимости от вида подвески колеса могут двигаться как параллельно друг другу, так и с небольшими отклонениями не зависимо друг от друга. Казалось бы, особой разницы в том, как перемещаются колеса нет, но это не так, поскольку кинематика влияет на безопасность передвижения.
Эластокинематика
Процесс изменения положения колес относительно кузова, с применением в подвеске эластичных элементов (рессоров, сайлент-блоков и др.) принято называть эластокинематикой. Благодаря этим элементам, подвеска может подстраиваться под дорожные условия. Для примера можно рассмотреть ситуацию, при которой во время торможения с одной стороны дорожное покрытие состоит из гравия, а с другой - асфальт. В этом случае углы схождения колес меняются индивидуально. Эластокинематическая подвеска позволяет произойти более равномерному сцеплению колес и дорожного полотна во время поворотных маневров, реагирует на отклонение кузова от горизонтального положения, осуществляя небольшой доворот задних колес. Благодаря чему водитель может увереннее чувствовать себя во время поворотов и перестройки.
Демпфирующая характеристика
Демпфирование - искусственное подавление механических колебаний. Учитывая то, что колебания кузова выводят пассажиров из зоны комфорта, данная характеристика очень важна при выборе авто. Затухание колебаний происходит благодаря работе, в первую очередь, амортизаторов, которые выравнивают вибрации, путем равномерно распределения ударной силы. Свойства их работы описывает данная характеристика.
Подрессоренные и неподрессоренные массы
Для начала необходимо определиться с отличием подрессоренной и неподрессоренной массы.
Неподрессоренная масса включает в себя массу колес и других деталей, прикрепленных непосредственно к ним. Это диски, шины, детали тормозной системы, находящиеся на колесе.
Подрессоренная масса - это та часть автомобиля, которая воздействует на подвеску. Грубо говоря - это детали верхней части машины.
Соотношение подрессоренной и неподрессоренной массы существенно влияет на плавность хода и безопасность езды. Большая величина неподрессоренных масс оказывает влияние на характер работы подвески, что выражается, например, в большой силе инерции, возникающей в подвеске при преодолении неровностей. Если взять за основу волнообразную поверхность, то на скорости, задний мост под воздействием упругих элементов, не будет успевать приземляться, что приведет к ухудшению сцепления колес с дорогой.
Меньшая величина неподрессоренных масс меньше воздействует на плавность хода на неровной дороге, поэтому производители стремятся к ее снижению.
Несмотря на то, что производители активно улучшают износостойкость оборудования, из-за плохого состояния дорог их усилия сводятся на «нет» и водители сталкиваются с таким проблемами, как:
- Деформация рычагов подвески. Причиной такого рода поломки можно назвать низкое качество материала, из которого изготовлена деталь. Проявляется, как правило, при наезде на высокое препятствие или наоборот, въезде в глубокую яму. При достаточно серьезной поломке, появляется характерная вибрация от работы двигателя. Обслуживание на СТО заключается в снятии деформированного рычага, замене вышедших из строя деталей или полной замене оборудования.
- Изменение углов установки передних колес. Зачастую это происходит в результате изнашивания шарниров передней подвески и приводит к ухудшению вращения колес, чрезмерному расходу топлива. При такой поломке помогает регулировка развала схождения.
- Износ или поломка амортизатора, нарушение герметичности. Происходит из-за длительной работы, большой нагрузки или попадания мусора. При перемещении жидкости, неисправно работающие клапаны подвержены излишней нагрузке, что со временем приводит к их поломке - образовании течи. Использование неисправных амортизаторов может серьезно навредить транспортному средству, вплоть до разрушения деталей подвески.
- Поломка опоры амортизатора. Обычно происходит по двум причинам: а) в опоре изнашивается резина; б) выходит из строя подшипник. Характерным признаком поломки является стук, даже при езде по незначительным неровностям.
- Износ креплений подвески. Крепления можно отнести к расходному материалу, во время эксплуатации их износ неизбежен. Своевременная замена не позволит разрушениям перейти на остальные детали.
Основной причиной поломок подвески является некачественное дорожное покрытие. Кроме того, на срок службы агрегата влияет стиль вождения водителя, качество технического обслуживания или низкопробные комплектующие.
Изучив строение, принцип работы и характеристики подвески, мы можем сделать вывод, что это сложный механизм, требующий внимательного контроля и качественного обслуживания, прежде всего, в целях безопасности в пути. Подвеска оказывает огромное влияние на работу всего автомобиля и условий вождения. Классификация подвесок разнообразна, поэтому каждый сможет выбрать авто по своим критериям.
Условия, в которых приходится эксплуатировать автомобиль, как правило, далеки от идеальных. Система подвески, которой оснащается каждое авто, предназначена для компенсирования всех неровностей дорожного покрытия. Она позволяет существенно снизить вертикальные ускорения кузова и динамические нагрузки, которые неизбежны при движении авто. В результате слаженной работы всех элементов подвески, кузов авто не сильно реагирует на неровности, чем и достигается плавность и комфорт при движении.
Основные элементы подвески
Каждый автопроизводитель старается внести в конструкцию подвески некоторые изменения, позволяющие сделать ее работу более совершенной. Несмотря на конструктивные различия, практически любая подвеска включает в себя следующие обязательные элементы:
Как работает вся подвеска
Вся работа подвески автомобиля строится по одному принципу - преобразование ударной энергии, которая возникает при наезде колес на препятствия, в движение упругих элементов. Они, в свою очередь, работают не в одиночестве, а в паре с упругими элементами подвески автомобиля. В этой роли выступают амортизаторы. Их работа способствует существенному снижению ударных нагрузок на кузов авто, и при их отсутствии передвигаться по плохим дорогам было бы крайне некомфортно, а срок службы кузова не превышал бы нескольких лет.
Все упругие элементы подвески рассчитаны на определенную жесткость. Каждое авто имеет подвеску с определенной степенью жесткости, которая определяется еще на заводе. Исключение составляет активная или адаптивная подвеска, но в силу высокой стоимости ею оснащаются лишь элитные автомобили. Чем жестче подвеска, тем проще управление авто, особенно на высоких скоростях. Но при этом, о комфорте думать не приходится. Мягкая же подвеска, при всей комфортабельности, существенно снижает безопасность при вождении.
Варианты подвесок
Все подвески конструктивно делятся на зависимые, независимые и полузависимые. Особняком стоит адаптивная система - пневматические элементы такой подвески могут изменять степень демпфирования гасящих и упругих элементов, а также рычагов и стабилизатора.
Независимая подвеска
Это достаточно распространенный вариант для современного авто, и в зависимости от марки и класса автомобиля, производителем могут устанавливаться разные типы такой системы.
Зависимая подвеска
Основным ее элементом становится жесткая балка, которая не позволяет колесам, закрепленным на ней, перемещаться самостоятельно - все их движения строго идентичны и синхронны. Конструкция отличается исключительной надежностью, что и обуславливает распространенность такого варианта. Кроме того, к достоинствам такой системы следует отнести невозможность самопроизвольного изменения сход-развала колес. В настоящее время такой тип подвески активно применяется на грузовиках и задних осях легковушек. О том, что представляет из себя подвеска авто подробно рассказывается на видео:
Обслуживание подвески
Схема подвески автомобиля, равно как и расположение отдельных ее элементов, сильно зависит от производителя. Но общим для любой конструкции является одно - любая подвеска требует постоянного обслуживания. Передвигаться на авто с неисправной подвеской достаточно опасно, а заметить неисправность или поврежденный элемент не так легко, что делает необходимым периодическую диагностику, которую можно проводить самостоятельно или в мастерской. Если авто оснащено сверхсовременной адаптивной системой, управляемой бортовым компьютером, проверку лучше доверить опытным мастерам и совершенному диагностическому оборудованию.
Более простые варианты позволяют проводить проверку самостоятельно. Для этого авто лучше всего поднять на подъемнике. Визуальный осмотр начинается с пыльников, резиновых и полиуретановых частей. Все обнаруженные изношенные элементы без раздумий требуется заменить. После этого осматриваются амортизаторы. На них не должно быть механических повреждений и подтеков масла, говорящих о нарушении герметичности - такое устройство практически перестает выполнять свою роль, и не препятствует раскачиванию кузова, что существенно влияет на безопасность и устойчивость.
Пружины осматриваются внимательно - наличие на них трещин или надломов говорит о необходимости незамедлительной замены. Если поврежденная пружина лопнет при движении, особенно на высокой скорости, серьезных последствий не избежать. В последнюю очередь следует проверить все подвижные части. Сайлентблоки, шаровые, подшипники - они не должны иметь ощутимого люфта, а имеющиеся в конструкции тяги и рычаги должны иметь строго установленную конфигурацию. Если тяга погнулась, или на ней имеются трещины, лучше не рисковать, и заменить ее.
Подвеска — это совокупность устройств, обеспечивающих упругую связь между подрессоренной и неподрессоренными массами Подвеска уменьшает динамические нагрузки, действующие на подрессоренную массу. Она состоит из трех устройств:
- упругого
- направляющего
- демпфирующего
Упругим устройством 5 на подрессоренную массу передаются вертикальные силы, действующие со стороны дороги, уменьшаются динамические нагрузки и улучшается плавность хода.
Рис. Задняя подвеска на косых рычагах автомобилей БМВ:
1 – карданный вал ведущего моста; 2 – опорный кронштейн; 3 – полуось; 4 – стабилизатор; 5 – упругий элемент; 6 – амортизатор; 7 – рычаг направляющего устройства подвески; 8 – опорная стойка кронштейна
Направляющее устройство 7 – механизм, воспринимающий действующие на колесо продольные и боковые силы и их моменты. Кинематика направляющего устройства определяет характер перемещения колеса относительно несущей системы.
Демпфирующее устройство () 6 предназначено для гашения колебаний кузова и колес путем преобразования энергии колебаний в тепловую и рассеивания ее в окружающую среду.
Конструкция подвески должна обеспечивать требуемую плавность хода иметь кинематические характеристики, отвечающие требованиям устойчивости и управляемости автомобиля.
Зависимая подвеска
Зависимая подвеска характеризуется зависимостью перемещения одного колеса моста от перемещения другого колеса.
Рис. Схема зависимой подвески колес
Передача сил и моментов от колес на кузов при такой подвеске может осуществляться непосредственно металлическими упругими элементами – рессорами, пружинами или с помощью штанг – штанговая подвеска.
Металлические упругие элементы имеют линейную упругую характеристику и изготавливаются из специальных сталей, обладающих высокой прочностью при больших деформациях. К таким упругим элементам относятся листовые рессоры, торсионы и пружины.
Листовые рессоры на современных легковых автомобилях практически не применяются, за исключением некоторых моделей автомобилей многоцелевого назначения. Можно отметить модели легковых автомобилей, выпускавшиеся ранее с листовыми рессорами в подвеске, которые продолжают эксплуатироваться и в настоящее время. Продольные листовые рессоры устанавливались в основном в зависимой подвеске колес и выполняли функцию упругого и направляющего устройства.
На легковых автомобилях и грузовых или микроавтобусах применяются рессоры без подрессорников, на грузовых автомобилях – с подрессорниками.
Рис. Рессоры:
а) – без подрессорника; б) – с подрессорником
Пружины как упругие элементы применяются в подвеске многих легковых автомобилей. В передней и задней подвесках, выпускаемых различными фирмами большинства легковых автомобилей применяются винтовые цилиндрические пружины с постоянными сечением прутка и шагом навивки. Такая пружина имеет линейную упругую характеристику, а необходимые характеристики обеспечиваются дополнительными упругими элементами из полиуретанового эластомера и резиновыми буферами отбоя.
На легковых автомобилях Российского производства в подвесках применяют цилиндрические винтовые пружины с постоянными сечением прутка и шагом в сочетании с резиновыми отбойными буферами. На автомобилях производителей других стран, например, БМВ 3-й серии в задней подвеске устанавливают бочкообразную (фасонную) пружину с прогрессивной характеристикой, достигаемой за счет формы пружины и применения прутка переменного сечения.
Рис. Спиральные пружины:
а) цилиндрическая пружина; б) бочкообразная пружина
На ряде автомобилей для обеспечения прогрессивной характеристики применяется комбинация цилиндрических и фасонных пружин с переменной толщиной прутка. Фасонные пружины имеют прогрессивную упругую характеристику и называются «миниблоками» за небольшие размеры по высоте. Такие фасонные пружины применяют, например в задней подвеске автомобилей «Фольксваген», «Ауди», «Опель» и др. Фасонные пружины имеют различные диаметры в средней части пружины и по краям, а пружины «миниблок» имеют и различный шаг навивки.
Торсионы, как правило, круглого сечения применяются на автомобилях в качестве упругого элемента и стабилизатора.
Упругий крутящий момент передается торсионом через шлицевые или четырехгранные головки, расположенные на его концах. Торсионы на автомобиле могут быть установлены в продольном или поперечном направлении. К недостаткам торсионов следует отнести их большую длину, необходимую для создания требуемых жесткости и рабочего хода подвески, а также высокую соосность шлицов на концах торсиона. Однако следует отметить, что торсионы имеют небольшую массу и хорошую компактность, что позволяет успешно применять их на легковых автомобилях среднего и высокого классов.
Независимая подвеска
Независимая подвеска обеспечивает независимость перемещения одного колеса моста от перемещения другого колеса. По типу направляющего устройства независимые подвески делятся на рычажные, и подвески Макферсона.
Рис. Схема независимой рычажной подвески колес
Рис. Схема независимой подвески Макферсона
Рычажная подвеска – подвеска, направляющее устройство которой представляет собой рычажный механизм. В зависимости от количества рычагов могут быть двухрычажные и однорычажные подвески, а в зависимости от плоскости качания рычагов – поперечно-рычажные, диагонально-рычажные и продольно-рычажные.
Список видов подвесок легковых автомобилей
В настоящей статье рассмотрены лишь основные виды подвесок автомобилей, в то время как их видов и подвидов на самом деле существует намного больше и, к тому же инженерами постоянно разрабатываются новые модели и дорабатываются старые. Для удобства приведем список наиболее распространенных. В последующем каждая из подвесок будет рассмотрена подробней.
- Зависимые подвески
- На поперечной рессоре
- На продольных рессорах
- С направляющими рычагами
- С упорной трубой или дышлом
- «Де Дион»
- Торсионно-рычажная (со связанными или с сопряжёнными рычагами)
- Независимые подвески
- С качающимися полуосями
- На продольных рычагах
- Пружинная
- Торсионная
- Гидропневматическая
- Подвеска «Дюбонне»
- На двойных продольных рычагах
- На косых рычагах
- На двойных поперечных рычагах
- Пружинная
- Торсионная
- Рессорная
- На резиновых упругих элементах
- Гидропневматическая и пневматическая
- Многорычажные подвески
- Свечная подвеска
- Подвеска «Макферсон» (качающаяся свеча)
- На продольных и поперечных рычагах
- Активные подвески
- Пневматические подвески