Дорога для движения транспортных средств редко бывает идеальной. Даже на трассе с твердым покрытием всегда присутствуют трещины, выбоины и неровности. Без системы амортизации комфортное движение было бы невозможным, а кузов автомобилей долго не выдержал бы ударных нагрузок, передающихся с колес. Подвеска автомобиля создана для гашения такой нагрузки, и, в зависимости от назначения и стоимости, имеет разную конструкцию.
Назначение и устройство подвески автомобиля
При движении транспортного средства все колебания, возникшие от неровностей дороги, передаются на кузов. Задача подвески – смягчать или гасить подобные колебания. Дополнительной функцией является обеспечение соединения кузова и колес, при этом колеса имеют возможность менять расположение независимо от кузова, регулируя направление движения. Вместе с колесами, подвеска входит в число обязательных элементов ходовой части машины.
Подвеска – это технически сложное устройство, состоящее из следующих частей:
- Упругих элементов – металлических и неметаллических деталей, принимающих на себя всю нагрузку от движения по неровностям, и, в силу своих свойств, распределяющих ее на конструкцию кузова.
- Гасящих устройств (амортизаторов) – агрегатов с пневматическим, гидравлическим или комбинированным строением, нивелирующих колебания кузова, полученных от упругих частей.
- Направляющих деталей – различных рычагов, соединяющих подвеску с кузовом, и контролирующих смещение колес относительно друг друга и кузова.
- Стабилизаторов поперечной устойчивости – упругих штанг из металла, связывающих подвеску и кузов, и устраняющих возможный крен машины при движении.
- Колесных опор – деталей передней оси в виде поворотных кулаков, принимающих нагрузки от колес, и распределяющих их по подвеске.
- Средств крепления деталей, агрегатов и узлов, задача которых – соединять подвеску и кузов между собой. Это жесткие соединения на болтах, шаровые опоры или шарниры, композитные сайлентблоки.
Демпфирующие элементы
Части подвески, гасящие колебания во время движения автомобиля называют демпфирующими элементами. К ним относятся следующие устройства:
- Двухтрубные амортизаторы, состоящие из внутренней и внешней труб, и выполняющие функцию резервуара и поршня, которые сообщаются отверстиями и разнонаправленными клапанами, которые из-за инерционности рабочей среды тормозят возвратно-поступательные движения и гасят колебания.
В зависимости от внутренней рабочей среды, амортизаторы делятся на:
- Гидравлические;
- Газонаполненные;
- Газо-гидравлические.
Упругие элементы
Задача данных элементов подвески – гасить удары, поступающие с колес автомобиля на кузов, и представляют собой следующие детали:
- Пружина. Самый простой элемент, присутствующий почти во всех видах подвески. Для эффективности работы может иметь различную форму.
- Рессора. Самый древний элемент подвески, представляет собой набор стальных листов, соединенных вместе, и гасящих колебания за счет взаимного трения.
- Пневматический элемент. Выполняет роль альтернативы пружине и представляет собой подушку из резины, куда закачивается воздух.
- Торсион. Упругий компактный элемент в виде стержня, один конец которого соединен с рычагом подвески, а другой зажат кронштейном на кузове. При перемещении рычага подвески стержень выполняет роль упругого элемента и скручивается.
- Подрамник. Представляет собой промежуточную деталь между кузовом и элементами подвески, образуя с ними одну сборочную единицу.
- Стабилизатор поперечной устойчивости. Представляет собой стержень, связанный через стойки или рычаги подвесок колес для стабилизации движения автомобиля.
Принцип работы подвески
Автомобильная подвеска работает, преобразовывая силу удара от наезда колеса на неровное покрытие, в движение упругих частей (пружин). Жесткость таких перемещений контролируется и смягчается гасящими устройствами (амортизаторами). Благодаря этому сила ударов, передающихся на кузов, снижается, что обеспечивает плавность движения.
Жесткость подвески у разных автомобилей сильно различается: чем она жестче – тем легче и более предсказуемо управление, но уменьшается комфорт езды. Мягкая создает удобство эксплуатации, но за счет заметно сниженной управляемости (чего не рекомендуется допускать). По этой причине производители транспортных средств всегда стараются найти компромисс между комфортом и безопасностью.
Классификация подвесок
В современном автомобилестроении наиболее часто применяются следующие виды подвесок:
1. МакФерсон. Разработана в 1960 г. инженером, давшим конструкции свою фамилию. Состоит из следующих частей:
- Стабилизатора поперечной устойчивости, или «качающейся свечи». Крепится к кузову шарниром и имеет свойство качаться при вертикальном движении колеса.
- Блока (пружинного элемента и амортизатора телескопического типа);
- Рычага.
Преимущество подвески в невысокой цене, простоте и надежности. Недостатком выступает заметное изменение угла развала на колесах.
2. Двурычажная. Состоит из двух рычагов разной длины – верхнего короткого и нижнего длинного. Данная схема является одной из самых совершенных, так как автомобиль на ней имеет отличную поперечную устойчивость и низкий износ шин в виду минимальных поперечных перемещений колес.
3. Многорычажная. Имеет сходное строение с двурычажной, но намного совершеннее и сложнее. В ней все шарниры, рычаги и сайлент-блоки крепятся к специальному подрамнику. Множество шаровых опор и прорезиненных втулок прекрасно гасят удары при наезде на неровность, и уменьшают шумность в салоне. Данная схема подвески обеспечивает наилучшее сцепление шины с поверхностью, плавность хода и управляемость. Достоинства многорычажной подвески следующие:
- Оптимальная поворачиваемость колеса;
- Изолированные продольные и поперечные регулировки;
- Небольшие неподрессоренные массы;
- Независимость колес друг от друга;
- Отличный потенциал при полном приводе.
Но главным недостаток подвески – ее большая стоимость, хотя в последнее время таким агрегатом оснащают не только представительские машины, но и авто гольф-класса.
4. Адаптивная. Несет в себе принципиальные отличия от других типов механизмов, являясь логическим и усовершенствованным продолжением гидропневматической подвески, впервые реализованной фирмами Ситроен и Мерседес. Ее достоинства следующие:
- Малая раскачка на высокой скорости и минимальный крен кузова;
- Принудительно меняющееся демпфирование;
- Автоматическая адаптация к любому дорожному покрытию;
- Отличная устойчивость при прямом движении;
- Адаптация под водителя;
- Высокая степень безопасности.
Разные фирмы при изготовлении агрегата разрабатывают свою оригинальную схему, но в общем конструкция состоит из следующих компонентов:
- Регулируемых стабилизаторов поперечной устойчивости;
- Блока управления ходовой;
- Активными амортизаторными стойками;
- Различными датчиками (дорожного просвети, неровностей и т.д.).
Главный минус устройства состоит в его сложности.
5. Типа «Де Дион». Изобретение французского инженера имеет главную цель – максимально разгрузить задний мост транспортного средства отделением корпуса главной передачи, при этом он крепится непосредственно к кузову. Крутящий момент передается через полуоси и ШРУСы, что позволяет подвеске быть как зависимой, так независимой. Главные недостатки конструкции – «приседание» на задние колеса при резком старте и «клевки» при торможеии.
6. Задняя зависимая. Устройство можно наблюдать на классических моделях ВАЗа, где отличительной чертой в роли упругих элементов выступают цилиндрические винтовые пружины. На них «висит» балка заднего моста и крепится к кузову четырьмя продольными рычагами. Поперечная реактивная тяга гасит крены и улучшает управляемость. Конструкция не обеспечивает хорошего комфорта и плавности хода из-за неподрессоренных масс, и массивного заднего моста, но актуальна при креплении к балке картера главной передачи, редуктора и других массивных частей.
7. Полузависимая задняя. Широко применяется во многих полноприводных автомобилях, и состоит их пары продольных рычагов, крепящихся в центре к поперечине. Такая подвеска имеет следующие преимущества:
- Компактные размеры и относительно небольшой вес;
- Простота ремонта и обслуживания;
- Заметное снижение неподрессоренных масс;
- Самая лучшая кинематика колес.
Главный минус подвески – невозможность ее установки на заднеприводных машинах.
8. Пикапов и внедорожников. В зависимости от назначения и веса автомобиля, различают три вида подвески:
- Независимая передняя и зависимая задняя;
- Полностью независимая;
- Полностью зависимая.
В большинстве случаев на задней оси ставится рессорная или пружинная подвеска, взаимодействующая с жесткими неразъемными мостами. Рессоры применяют у тяжелых джипов и пикапов из-за способности выдержать внушительную нагрузку, неприхотливости и надежности. Такая подвеска недорога по стоимости, что повлияло на оснащение ею отдельных бюджетных автомобилей.
Пружинная схема – длинноходная, мягкая, и по строению не сложная, потому устанавливается чаще на легких джипах. На передних осях устанавливают пружинные и торсионные схемы.
9. Грузовиков. На грузовики устанавливают зависимые подвески с продольными и поперечными рессорами, и гидравлическими амортизаторами. Такая схема максимально проста и дешева в производстве. Но на высоких скоростях водитель сталкивается с плохой управляемостью, так как рессоры плохо выполняют функцию направляющих элементов.
Любой автомобиль состоит из ряда составляющих, каждая их которых выполняет свои функции. Двигатель преобразовывает энергию в механическое движение, трансмиссия позволяет менять тяговое усилие и крутящий момент, а также передавать его дальше, ходовая часть обеспечивает перемещение авто. Последняя составляющая состоит из нескольких компонентов, среди которых и подвеска.
Назначение, основные составляющие
Подвеска в автомобиле выполняет ряд важнейших функций:
- Обеспечивает упругое крепление колес к кузову (что позволяет им перемещаться относительно несущей части);
- Гасит колебания, получаемые колесами от дороги (тем самым достигается плавность хода авто);
- Обеспечивает постоянный контакт колеса с дорожным полотном (сказывается на управляемости и устойчивости);
С момента появления первого авто и по наше время было разработано несколько видов этой составляющей ходовой части. Но при этом создать идеальное решение, которое устраивало бы по всем параметрам и показателям так и не удалось. Поэтому из всех существующих типов подвесок автомобиля выделить какую-то одну невозможно. Ведь в каждой из них имеются свои положительные и отрицательные стороны, которые и предопределяют их использование.
В целом любая подвеска включает в себя три основных составляющих, каждая из которых выполняет свои функции:
- Упругие элементы.
- Демпфирующие.
- Направляющие системы.
В задачу упругих элементов входит восприятие всех ударных нагрузок и плавная передача их на кузов. Дополнительно обеспечивают постоянный контакт колеса с дорогой. К этим элементам относятся пружины, торсионы, рессоры. Ввиду того, что последний тип – рессоры, практически сейчас не используются, далее рассматривать подвеску, в которой они использовались – не будем.
Наибольшее распространение в качестве упругих элементов получили витые пружины. На грузовых же авто нередко используется еще один вид – пневмоподушки.
Витые пружины подвески
Демпфирующие элементы используются в конструкции для гашения колебаний упругих элементов путем их поглощения и рассеивания, что предотвращает раскачивание кузова во время работы подвески. Эту задачу выполняют амортизаторы.
Передний и задний амортизаторы
Направляющие системы связывают колесо с несущей частью, обеспечивают возможность перемещения по требуемой траектории, при этом с удержанием его в заданном положении относительно кузова. К этим элементам относятся всевозможные рычаги, тяги, балки, и все остальные компоненты, принимающие участие создании подвижных соединений (сайлент-блоки, шаровые опоры, втулки и т. д.).
Виды
Хоть все перечисленные составляющие характерны для всех существующих типов подвесок автомобиля, но конструктивное исполнение этого компонента ходовой части – разное. Причем разница в устройстве оказывает влияние на эксплуатационные, технические параметры и характеристики.
В целом все использующиеся сейчас типы подвесок автомобиля делятся на две категории – зависимые и независимые. Также существует промежуточный вариант – полузависимая.
Зависимая подвеска
Зависимая подвеска начала использоваться на автомобилях с момента их появления и «перекочевала» она на авто с конных повозок. И хоть за время существования этот тип значительно усовершенствовался, но суть работы осталась неизменной.
Особенность этой подвести заключена в том, что колеса соединены между собой осью, и не имеют возможности перемещаться отдельно относительно друг друга. В результате передвижение одного колеса (к примеру, при попадании в яму) сопровождается смещением второго.
В заднеприводных автомобилях соединяющей осью выступает задний мост, одновременно являющийся элементом трансмиссии (в его конструкцию входит главная передача с дифференциалом и полуоси). В переднеприводных же авто применяется специальная балка.
Зависимая подвеска Dodge Ram 2009 года
Изначально в качестве упругих элементов использовались рессоры, но сейчас их уже полностью вытеснили пружины. Демпфирующим элементом в этом типе подвески выступают амортизаторы, которые могут быть установлены отдельно от упругих элементов или же располагаться с ними соосно (амортизатор установлен внутри пружины)
В верхней части амортизатор крепиться к кузову, а в нижней – к мосту или балке, то есть помимо гашения колебательных движений, он выступает еще и в качестве крепежного элемента.
Что касается направляющей системы, то в конструкции зависимой подвески она состоит из продольных рычагов и поперечной тяги.
4 продольных рычага (2 – верхних, и 2 – нижних) обеспечивают полностью предсказуемое движение оси с колесами по всем существующим направлениям. В некоторых случаях количество этих рычагов уменьшено до двух (верхние не используются). В задачу же поперечной тяги (так называемая тяга Панара) входит уменьшение кренов кузова и удержание траектории движения.
Основными достоинствами зависимой подвески такой конструкции являются простота конструкции, что сказывается на надежности. Также она обеспечивает отличное сцепление с дорожным полотном колес, но только в случае движения по ровной поверхности.
Большим недостатком этого вида является возможность потери сцепления при вхождении в повороты. При этом из-за совмещения оси с элементами трансмиссии, задний мост имеет массивную и габаритную конструкцию, для которой необходимо обеспечить достаточно много места. Ввиду этих особенностей использование такой подвески для передней оси практически невозможно, поэтому она применяется только сзади.
Использование этого типа подвески на легковых авто сейчас уже сведено к минимуму, хотя она еще встречается на грузовиках и полноразмерных рамных внедорожниках.
Независимая подвеска
Независимая подвеска отличается тем, что колеса одной оси между собой не связаны и движение одного из них не оказывает никакого влияния на другое. По сути, в этом типе для каждого колеса предусмотрен свой комплект составляющих частей – упругой, демпфирующей, направляющей. Между собой эти два комплекта практически не взаимодействуют.
Стойки Макферсона
Разработано было несколько типов независимой подвески. Одним из самых популярных видов является подвеска МакФерсона (она же – «качающаяся свеча»).
Особенность этого вида заключена в использовании так называемой амортизационной стойки, которая выполняет одновременно три функции. В состав стойки входит и амортизатор, и пружина. В нижней части этот составной элемент подвески крепиться к ступице колеса, а вверху посредством опор – к кузову, поэтому он помимо принятия и гашения колебаний еще и обеспечивает крепление колеса.
Устройство газомасляной стойки MacPherson
Также в конструкции имеется еще одни компоненты направляющей системы – поперечные рычаги, в задачу которых входит помимо обеспечения подвижного соединения колеса с кузовом еще и предотвращение его продольного перемещения.
Для борьбы с кренами кузова во время движения в конструкции подвески используется еще один элемент – стабилизатор поперечной устойчивости, который является единственным связующим звеном между подвесками двух колес одной оси. По сути, этот элемент является торсионом и принцип его работы основан на возникновении противодействующей силы при скручивании.
Подвеска со стойками МакФерсона является одной из самых распространенных и может использоваться как на передней, так и задней оси.
Она отличается сравнительно компактными размерами, простотой конструкции и надежностью, за что и получила популярность. Недостатком же ее является изменение угла развала при значительном ходе колеса относительно кузова.
Рычажный тип
Рычажные независимые подвески – тоже достаточно распространенный вариант, применяемые на автомобилях. Этот тип делится на два вида – двухрычажную и многорычажную подвески.
Конструкция двухрычажной подвески сделана так, что амортизационная стойка выполняет только свои прямые задачи – гасит колебания. Крепление же колеса полностью лежит на управляющей системе, состоящей из двух поперечных рычагов (верхнего и нижнего).
Используемые рычаги имеют А-образную форму, что обеспечивает надежное удержание колеса от продольного перемещения. К тому же они разной длины (верхний – короче), благодаря чему даже при значительных передвижениях колеса относительно кузова, угол развала не меняется.
В отличии от «МакФерсона» двухрычажная подвеска более габаритна и металлоемка, хотя чуть большее количество составных частей на надежности не сказывается, но она несколько сложнее в обслуживании.
Многорычажный тип, по сути, является доработанной двухрычажной подвеской. Вместо двух А-образных в ее конструкции используется до 10 поперечных и продольных рычагов.
Многорычажная подвеска
Такое конструктивное решение оказывает положительное влияние на плавность хода и управляемость авто, сохранности углов положения колеса во время работы подвески, но при этом она более дорогостоящая и сложная в обслуживании. Из-за этого по применяемости она уступает стойкам МакФерсона и двухрычажному типу. Ее можно встретить на более дорогостоящих авто.
Полузависимая подвеска
Некой срединой между зависимой и независимой подвеской выступает полузависимая.
Внешне этот вид очень схож с зависимой подвеской – имеется балка (в которую не входят элементы трансмиссии), выполненная заодно с продольными рычагами, к которым крепятся колесные ступицы. То есть, и имеется ось, соединяющая два колеса. К кузову балка крепиться тоже при помощи этих же рычагов. В качестве упругих и демпфирующих элементов выступают пружины и амортизаторы.
Полузависимая подвеска с механизмом Уатта
Но в отличие от зависимой подвески, балка является торсионной и может работать на скручивание. Это позволяет в определенном диапазоне колесам независимо друг от друга перемещаться в вертикальном направлении.
Благодаря простоте конструкции и высокой надежности торсионная балка достаточно часто применяется на задних осях переднеприводных автомобилей.
Иные виды
Выше рассмотрены основные виды подвесок, применяемые на автомобилях. Но типов их несколько больше, хотя остальные сейчас не используются. Такой к примеру, является подвеска «ДеДион».
В целом, «ДеДион» отличалась не сколько конструкцией подвески, а устройством трансмиссии заднеприводных автомобилей. Суть разработки сводилась к тому, что главная передача была вынесена из конструкции заднего моста (она жестко крепилась к кузову, а передача вращения выполнялась полуосями со ШРУСами). Сама же задняя ось могла иметь как независимую, так и зависимую подвеску. Но из-за ряда негативных качеств этот тип на авто широкого распространения не получил.
Подвеска De Dion
Также стоит упомянуть об активной (она же – адаптивная) подвеске. Она не является каким-то отдельным типом, а является, по сути, независимой подвеской, и отличается от описанных выше некоторыми конструктивными нюансами.
В этой подвеске используются амортизаторы (гидравлические, пневматические или комбинированные) с электронным управлением, что позволяет в некотором роде менять параметры работы этого узла – повышать и понижать жесткость, увеличивать клиренс.
Но ввиду сложности конструкции встречается она очень редко и только на автомобилях премиум сегмента.
В качестве упругих устройств в подвесках современных автомобилей используют металлические и неметаллические элементы. Наибольшее распространение получили металлические устройства: пружины, листовые рессоры и торсионы
.
Пружина подвески автомобиля с переменной жесткостью
Наиболее широко (особенно в подвесках легковых автомобилей) применяются витые пружины
, изготавливаемые из стального упругого стержня круглого сечения.
При сжатии пружины по вертикальной оси, ее витки сближаются и закручиваются. Если пружина имеет цилиндрическую форму, то при ее деформации расстояние между витками сохраняется постоянным и пружина имеет линейную характеристику. Это значит, что деформация цилиндрической пружины всегда прямо пропорциональна приложенному усилию, а пружина имеет постоянную жесткость. Если изготовить витую пружину из прутка переменного сечения или придать пружине определенную форму (в виде бочонка или кокона), то такой упругий элемент будет иметь переменную жесткость. При сжатии такой пружины вначале будут сближаться менее жесткие витки, а после их соприкосновения в работу вступят более жесткие. Пружины переменной жесткости широко применяются в подвесках современных легковых автомобилей.
К достоинствам пружин, применяемых в качестве упругих элементов подвесок, следует отнести их малую массу и возможность обеспечения высокой плавности хода автомобиля. В то же время пружина не может передавать усилия в поперечной плоскости и ее применение требует наличия в подвеске сложного направляющего устройства.
Задняя рессорная подвеска
:
1 - проушина рессоры;
2 - резиновая втулка;
3 - кронштейн;
4 - втулка;
5 - болт;
6 - шайбы;
7 - палец;
8 - резиновые втулки;
9 - пружинная шайба;
10 - гайка;
11 - кронштейн;
12 - втулка резиновая;
13 - втулка;
14 - пластина серьги;
15 - болт;
16 - штанга стабилизатора;
17 - коренной лист;
18 - листы рессоры;
19 - резиновый буфер хода сжатия;
20 - стремянки;
21 - накладка;
22 - балка заднего моста;
23 - амортизатор;
24 - хомут;
25 - лонжерон рамы;
26 - кронштейн стабилизатора;
27 - серьга стабилизатора
Листовая рессора
служила упругим элементом подвески еще на гужевых экипажах и первых автомобилях, но она продолжает применяться и в наши дни, правда в основном на грузовых автомобилях. Типичная листовая рессора состоит из набора скрепленных между собой листов различной длины, изготовленных из пружинной стали. Листовая рессора обычно имеет форму полуэллипса.
Способы крепления рессор
:
а - с витыми ушками;
б - на резиновых подушках;
в - с накладным ушком и скользящей опорой
Листы, из которых состоит рессора, имеют различную длину и кривизну. Чем меньше длина листа, тем больше должна быть его кривизна, что необходимо для более плотного взаимного прилегания листов в собранной рессоре. При такой конструкции уменьшается нагрузка на самый длинный (коренной) лист рессоры. Листы рессоры скрепляют между собой центровым болтом и хомутами. С помощью коренного листа рессора прикрепляется шарнирно обоими концами к кузову или раме и может передавать усилия от колес автомобиля на раму или кузов. Форма концов коренного листа определяется способом крепления его к раме (кузову) и необходимостью обеспечения компенсации изменения длины листа. Один из концов рессоры должен иметь возможность поворачиваться, а другой поворачиваться и перемещаться.
При деформации рессоры ее листы изгибаются и изменяют свою длину. При этом происходит трение листов друг о друга, и поэтому они требуют смазки, а между листами рессор легковых автомобилей устанавливают специальные антифрикционные прокладки. В то же время наличие трения в рессоре позволяет гасить колебания кузова и в некоторых случаях дает возможность обойтись без применения в подвеске амортизаторов. Рессорная подвеска имеет простую конструкцию, но большую массу, что и определяет наибольшее ее распространение в подвесках грузовых автомобилей и некоторых легковых автомобилях повышенной проходимости. Для уменьшения массы рессорных подвесок и улучшения плавности хода иногда применяются малолистовые
и однолистовые
рессоры с листом переменного по длине сечения
. Довольно редко в подвесках применяются рессоры, изготовленные из армированной пластмассы.
Торсионная подвеска . В задней подвеске автомобиля Peugeot 206 используются два торсиона, соединенные с продольными рычагами. В направляющем устройстве подвески применяются трубчатые рычаги, установленные под углом к продольной оси автомобиля
Торсион
- металлический упругий элемент, работающий на скручивание. Обычно торсион представляет собой сплошной металлический стержень круглого сечения с утолщениями на концах, на которых нарезаны шлицы. Встречаются подвески, в которых торсионы изготовлены из набора пластин или стержней (автомобили ЗАЗ). Одним концом торсион крепится к кузову (раме), а другим к направляющему устройству. При перемещениях колес торсионы закручиваются, обеспечивая упругую связь между колесом и кузовом. В зависимости от конструкции подвески торсионы могут располагаться как вдоль продольной оси автомобиля (обычно под полом), так и поперек. Торсионные подвески получаются компактными и легкими и дают возможность регулировки подвески путем предварительного закручивания торсионов.
Неметалические упругие элементы подвесок делятся на резиновые, пневматические
и гидропневматические
.
Резиновые упругие элементы
присутствуют практически во всех конструкциях подвесок, но не в качестве основных, а как дополнительные, используемые для ограничения хода колес вверх и вниз. Применение дополнительных резиновых ограничителей (буферов, отбойников) ограничивает деформацию основных упругих элементов подвески, увеличивая ее жесткость при больших перемещениях и предотвращая удары металла по металлу. В последнее время резиновые элементы все чаще заменяются устройствами из синтетических материалов (полиуретан).
Упругие элементы пневматических подвесок
:
а - рукавного типа;
б- двойные баллоны
В пневматических упругих элементах
используются упругие свойства сжатого воздуха. Упругий элемент представляет собой баллон, изготовленный из армированной резины, в который подается под давлением воздух от специального компрессора. Форма пневмобаллонов может быть различной. Получили распространение баллоны рукавного типа (а) и двойные (двухсекционные) баллоны (б).
К преимуществам пневматических упругих элементов подвесок следует отнести высокую плавность хода автомобиля, небольшую массу и возможность поддержания постоянным уровня пола кузова, независимо от загрузки автомобиля. Подвески с пневматическими упругими элементами применяют на автобусах, грузовых и легковых автомобилях. Постоянство уровня пола грузовой платформы обеспечивает удобство погрузки и разгрузки грузового автомобиля, а для легковых автомобилей и автобусов - удобство при посадке и высадке пассажиров. Для получения сжатого воздуха на автобусах и грузовых автомобилях с пневматической тормозной системой используются штатные компрессоры, приводимые в действие от двигателя, а на легковых автомобилях устанавливают специальные компрессоры, как правило, с электроприводом (Range Rover, Mercedes, Audi).
Пневмоподвеска . На новых автомобилях Mercedes Е-класса вместо пружин стали применяться пневматические упругие элементы
Использование пневматических упругих элементов требует применения в подвеске сложного направляющего элемента и амортизаторов. Подвески с пневматическими упругими элементами некоторых современных легковых автомобилей имеют сложное электронное управление, которое обеспечивает не только постоянство уровня кузова, но и автоматическое изменение жесткости отдельных пневмобаллонов на поворотах и при торможении, для уменьшения крена кузова и клевков, что в целом повышает комфортабельность и безопасность движения.
Гидропневматический упругий элемент
:
1 - сжатый газ;
2 - корпус;
3 - жидкость;
4 - к насосу;
5 - к амортизаторной стойке
Гидропневматический упругий элемент представляет собой специальную камеру, разделенную на две полости эластичной мембраной или поршнем.
Одна из полостей камеры заполнена сжатым газом (обычно азотом), а другая жидкостью (специальным маслом). Упругие свойства обеспечиваются сжатым газом, поскольку жидкость практически не сжимается. Перемещение колеса вызывает перемещение поршня, находящегося в цилиндре, заполненном жидкостью. При ходе колеса вверх поршень вытесняет из цилиндра жидкость, которая поступает в камеру и воздействует на разделительную мембрану, которая перемещается и сжимает газ. Для поддержания необходимого давления в системе используется гидравлический насос и гидроаккумулятор. Изменяя давление жидкости, поступающей под мембрану упругого элемента, можно изменять давление газа и жесткость подвески. При колебаниях кузова жидкость проходит через систему клапанов и испытывает сопротивление. Гидравлическое трение обеспечивает гасящие свойства подвески. Гидропневматические подвески обеспечивают высокую плавность хода, возможность регулировки положения кузова и эффективное гашение колебаний. К основным недостаткам такой подвески относится ее сложность и высокая стоимость.
Упругие элементы подвесок. Наиболее распространены листовые рессоры. Они просты в изготовлении и ремонте. Им не нужны, в отличие от пружинных и торсионных рессор, рычажные направляющие приспособления.
Листовые рессоры бывают трех типов (рис. 22.2, У): полуэллипти- ческие (а), кантилеверные (б) и четвертные (в).
Форма набора листов соответствует эпюре изгибающих моментов, т.е. рессора представляет собой балку равного сопротивления.
Крепление рессор первых двух типов асимметричное, что обеспечивает сопротивление крену и «клевкам» при торможении. Коэф-
Рис. 22.2.
/ - листовые рессоры: а - полуэллиптическая; б - кантилеверная; в - четвертная; II - пневмоэлементы: а - двухсекционный; б, в - диафрагменные;
г - рукавный фициент асимметрии г = (1 2 - 1 {)/1 = 0,1-0,3- Коэффициент деформации полуэллиптической рессоры 5 = 1,45-1,25.
Листовая рессора состоит из коренного листа, который соединен с рамой, и притянутых к нему хомутами остальных листов. Перед сборкой листы имеют разную кривизну. Продольное смещение листов ограничивают выступы, которые входят в углубление смежного листа, или центральный стяжной болт. Для снижения трения на листы наносят слой графитовой смазки или размещают между ними неметаллические прокладки. Сечение рессор бывает прямоугольным, Т-образным или трапецеидальным. Рессору крепят к мосту стремянками с накладками, один конец коренного листа крепят к кузову шарнирно, а другой - через серьгу. Применяют также крепление концов рессор на резиновых подушках. Такое крепление не требует смазки и снижает скручивание рессоры при перекосах рамы.
Спиральные рессоры (пружины) чаще применяют при независимой подвеске колес. Цилиндрические рессоры имеют линейную характеристику, а конические - прогрессивную.
Торсионы представляют собой вал или пучок валов, скручивающиеся во время воздействия дороги на подвеску. Их применяют при независимой подвеске колес многоосных автомобилей, в прицепах и малолитражных автомобилях. Энергия упругой деформации торсионов в 2-3 раза больше, чем у листовых рессор.
Упругие пневматические элементы часто применяют на автомобилях с меняющейся подрессоренной массой (автобусах, контейнеровозах, трейлерах и т.д.). Характеристика пневмоподвески нелинейная, ее параметры можно менять за счет изменения давления воздуха. Высокая плавность хода может быть получена при относительно малых перемещениях масс кузова и неподрессоренной части. Меняя давление воздуха, можно регулировать положение кузова относительно дороги, а при независимой подвеске - дорожный просвет.
Баллонные и диафрагменные упругие элементы (рис. 22.2, II) изготовляют из двухслойных резинокордовых оболочек. Для корда используют капрон или нейлон, для наружного слоя баллона - масло- бензостойкую резину, а для внутреннего слоя - каучук. Для баллонов (рис. 22.2, //, а) характерна высокая герметичность. Однако для работы с ними на низкочастотных колебаниях применяют дополнительные резервуары. Применяя диафрагменные и рукавные элементы (рис. 22.2, //, б , в, г), можно получить низкую собственную частоту подвески. Для работы этих элементов требуется меньший объем воздуха. Однако вследствие трения их оболочки о поршень они быстрее изнашиваются.
Гидропневматические элементы телескопического типа передают газовой подушке давление через жидкость. Эти устройства компактнее пневматических, так как работают при давлении до 20 МПа.
Направляющие устройства определяются схемой подвески. При зависимой подвеске (рис. 22.3, а) оба колеса жестко соединены с балкой моста. При изменении положения одного из колес по высоте меняется угол X. В этом случае при вращении колеса возникает гироскопический эффект, стремящийся вернуть ось в предыдущее положение, что приводит к износу шин и осей. При независимой подвеске (рис. 22.3, б-д) каждое колесо подрессорено отдельно. При однорычажной подвеске (см. рис. 22.3, б) в системе также действует гироскопический эффект. При двухрычажной подвеске параллело- граммной (см. рис. 22.3, в) и трапециевидной с рычагами разной длины (см. рис. 22.3, г) углового перемещения колеса нет, но возникает боковое смещение Д/, которое приводит к боковому износу колес.
На легковых автомобилях широко применяют рычажно-телескопическую подвеску «качающаяся свеча» («свеча Макферсона», см.
Рис. 22.3.
а - зависимая; б - независимая однорычажная; виг - независимые двухрычажные с рычагами равной и разной длины; д - независимая рычажно-телескопическая рис. 22.3, д ). Она обеспечивает незначительное изменение колеи и развала колес, имеет малую массу, большое расстояние между опорами правого и левого колес, большой ход по высоте.
Балансирные подвески (рис. 22.4) применяют на многоосных автомобилях. Подвески с коротким балансиром (рис. 22.4, а) используют на полуприцепах и автомобилях с колесной формулой 6x2. В подвеске, изображенной на рис. 22.4, б, под листовой рессорой установлен большой балансир, а над ним - реактивные тяги (в автомобилях МАЗ). В схеме на рис. 22.4, в сама рессора является балансиром, а сверху и снизу установлены реактивные штанги, ограничивающие перемещение мостов (автомобили ЗИЛ, КрАЗ, УралАЗ).
Рис. 22.4. Схемы балансирных подвесок: а - четырехрессорная с балансиром; б - двухрессорная с жесткой балансирной балкой; в - с балансирными рессорами и реактивными штангами
Стабилизаторы. При повороте автомобиля под действием центробежной силы кузов накреняется, положение центра масс изменяется, что может привести к опрокидыванию машины. Для предотвращения этого явления подвеска должна иметь угловую жесткость в поперечном направлении, что достигается установкой стабилизаторов. Часто стабилизатор представляет собой торсион, который при наклоне кузова закручивается. На легковых автомобилях стабилизатор устанавливают на переднем мосту и редко - на заднем. Иногда функцию стабилизатора выполняет в задней подвеске U-образная балка заднего моста (автомобили ВАЗ).
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.