Ходовая часть транспортного средства – важнейшая высокотехнологичная группа, от работы которой зависят многие характеристики транспортного средства. Исправность всех ее узлов и агрегатов – залог безопасности на дороге. В свою очередь, ядром ходовой является подвеска автомобиля. Система амортизации служит для связи колес с кузовом машины, и главная ее цель – максимально сгладить все колебания, причиной которых являются дефекты дорожного полотна, и при этом эффективно реализовать энергию движения транспортного средства.
Строение
К современным машинам предъявляется множество требований. Они должны быть хорошо управляемыми и при этом устойчивыми, бесшумными, комфортными и безопасными. Чтобы претворить в жизнь все эти пожелания, инженерам требуется тщательно продумать устройство подвески.
На сегодняшний день не существует какого-либо универсального эталона. В арсенале каждого автопроизводителя свои хитрости и современные разработки. Однако, для всех типов подвесок характерно наличие таких объектов:
- Упругий элемент.
- Направляющая часть.
- Стабилизатор устойчивости.
- Амортизирующие устройства.
- Колесная опора.
- Крепежи.
Упругий элемент
Автомобильная подвеска содержит упругие элементы, изготовленные из металла и неметаллические части. Они необходимы для перераспределения ударной нагрузки, получаемой колесами при встрече с неровностями дороги. К металлическим упругим деталям относятся рессоры, торсионы и пружины. Неметаллические элементы – это резиновые отбойники и буферы, пневматические и гидропневматические камеры.
Металлические объекты
Исторически самыми первыми появились рессоры. С точки зрения конструкции – это металлические полосы разной длины, соединенные между собой. Помимо эффективного перераспределения нагрузки, рессоры хорошо амортизируют. Чаще всего они используются в ходовой части грузовиков.
Торсионы представляют собой наборы пластин или стержней, работающих на скручивание. Обычно торсионной бывает задняя подвеска автомобиля. Устройства этого типа используют, кроме того, японские и американские производители машин увеличенной проходимости.
Металлические пружины входят в состав ходовой части любого современного авто. Эти элементы могут иметь постоянную или переменную жесткость. Их упругость зависит от геометрии прутка, из которого они изготовлены. Если диаметр прутка меняется на всем протяжении, то пружина имеет переменную жесткость. В противном случае упругость является постоянной.
Неметаллические объекты
Упругие неметаллические детали используются совместно с металлическими. Резиновые элементы – отбойники и буферы – не только участвуют в перераспределении динамических нагрузок, но и амортизируют.
Пневматические и гидропневматические камеры используются в конструкциях активных подвесок. Их действие определяется свойствами только сжатого воздуха (пневмокамеры) или газа и жидкости (гидропневматические камеры). Эти упругие элементы дают возможность менять клиренс транспортного средства и жесткость системы амортизации автоматически. Кроме того, они обеспечивают высокую плавность хода. Первыми были разработаны гидропневматические камеры. Они появились на машинах марки Citroen в 1950-х годах. Сегодня пневматическими и гидропневматическими подвесками опционно оснащают авто бизнес-класса: Mercedes-Benz, Audi, BMW, Volkswagen, Bentley, Lexus, Subaru и др.
Направляющая часть
Направляющие элементы подвески – это стойки, рычаги и шарнирные соединения. Их основные функции:
- Удерживать колеса в правильном положении.
- Поддерживать траекторию движения колес.
- Обеспечивать соединение системы амортизации и кузова.
- Передавать энергию движения от колес на кузов.
Стабилизатор поперечной устойчивости
Подвеска автомобиля не обеспечивала бы транспортному средству необходимой устойчивости без стабилизирующего устройства. Оно борется с центробежной силой, стремящейся опрокинуть машину при повороте, и уменьшает крены кузова.
В техническом отношении стабилизатор поперечной устойчивости – это торсион, связывающий систему амортизации и кузов. Чем выше его жесткость, тем лучше авто держит дорогу. С другой стороны, излишняя упругость стабилизатора уменьшает ход подвески и снижает плавность движения транспортного средства.
Стабилизаторами поперечной устойчивости оснащают, как правило, обе оси машины. Но если задняя подвеска автомобиля торсионная, устройство устанавливают только спереди. Полностью отказаться от него смогли инженеры Mercedes-Benz. Они разработали особый тип адаптивной подвески с электронным контролем положения кузова.
Амортизирующие устройства
Для того чтобы смягчить сильные колебания, подвеску снабжают амортизаторами. Эти объекты представляют собой пневматические цилиндры или цилиндры с рабочей жидкостью. Выделяют два основных типа амортизаторов:
- Односторонние.
- Двусторонние.
Односторонние амортизаторы длиннее двусторонних. Они обеспечивают большую плавность хода. Однако при езде по дорогам с плохим покрытием, односторонние амортизаторы не успевают перед следующей неровностью своевременно вернуть подвеску в исходное состояние, и ее «пробивает». По этой причине большее распространение получили двусторонние «гасители колебаний».
Колесная опора
Опоры колес необходимы для принятия и перераспределения нагрузок, приходящихся на колеса.
Крепежи
Шаровая опора
Крепежи нужны для того, чтобы подвеска автомобиля была единым целым. Для связи узлов и агрегатов используют три типа соединений:
- Болтовые.
- Шарнирные.
- Эластичные.
Крепежи, осуществляемые при помощи болтов, являются жесткими. Они необходимы для неподвижного сочленения объектов. К шарнирным соединениям относится шаровая опора. Она является важной частью передней подвески и обеспечивает ведущим колесам возможность правильного поворота. Эластичные крепежи – это сайлент-блоки и резино-металлические втулки. Помимо функции соединения частей и крепления их к кузову, эти объекты препятствуют распространению вибраций и снижают шумность.
Все элементы ходовой части взаимосвязаны и чаще всего выполняют несколько функций одновременно, поэтому определение принадлежности запчасти к той или иной группе является условным.
Подвеска автомобиля представляет собой совокупность элементов, обеспечивающих упругую связь между кузовом (рамой) и колесами (мостами) автомобиля. Главным образом подвеска предназначена для снижения интенсивности вибрации и динамических нагрузок (ударов, толчков), действующих на человека, перевозимый груз или элементы конструкции автомобиля при его движении по неровной дороге. В то же время она должна обеспечивать постоянный контакт колеса с дорожной поверхностью и эффективно передавать ведущее усилие и тормозную силу без отклонения колес от соответствующего положения. Правильная работа подвески делает управление автомобилем комфортным и безопасным. Несмотря на кажущуюся простоту, подвеска является одной из важнейших систем современного автомобиля и за историю своего существования претерпела значительные изменения и усовершенствования.
История появления
Попытки сделать передвижение транспортного средства мягче и комфортнее предпринимались еще в каретах. Изначально оси колес жестко крепились к корпусу, и каждая неровность дороги передавалась сидящим внутри пассажирам. Повысить уровень комфорта могли лишь мягкие подушки на сиденьях.
Зависимая подвеска с поперечным расположением рессоры
Первым способом создать упругую «прослойку» между колесами и кузовом кареты стало применение эллиптических рессор. Позже данное решение было позаимствовано и для автомобиля. Однако рессора уже стала полуэллиптической и могла устанавливаться поперечно. Автомобиль с такой подвеской плохо управлялся даже на небольшой скорости. Поэтому вскоре рессоры стали устанавливать продольно на каждое колесо.
Развитие автомобилестроения повлекло и эволюцию подвески. В настоящее время насчитываются десятки их разновидностей.
Основные функции и характеристики подвески автомобиля
У каждой подвески существуют свои особенности и рабочие качества, которые напрямую влияют на управляемость, комфорт и безопасность пассажиров. Однако любая подвеска вне зависимости от своего типа должна выполнять следующие функции:
- Поглощение ударов и толчков со стороны дороги для снижения нагрузок на кузов и повышения комфорта движения.
- Стабилизация автомобиля во время движения за счет обеспечения постоянного контакта шины колеса с дорожным покрытием и ограничения чрезмерных кренов кузова.
- Сохранение заданной геометрии перемещения и положения колес для сохранения точности рулевого управления во время движения и торможения.
Дрифт-кар с жесткой подвеской Жесткая подвеска автомобиля подходит для динамичной езды, при которой требуется мгновенная и точная реакция на действия водителя. Она обеспечивает небольшой дорожный просвет, максимальную устойчивость, сопротивляемость крену и раскачиванию кузова. Применяется в основном на спортивных автомобилях.
Автомобиль класса «Люкс» с энергоемкой подвеской В большинстве легковых авто применяется мягкая подвеска. Она максимально сглаживает неровности, однако делает автомобиль несколько валким и хуже управляемым. Если требуется регулируемая жесткость, на автомобиль монтируется винтовая подвеска. Она представляет собой стойки-амортизаторы с изменяемой силой натяжения пружины.
Внедорожник с длинноходной подвеской Ход подвески — расстояние от крайнего верхнего положения колеса при сжатии до крайнего нижнего при вывешивании колес. Ход подвески во многом определяет «внедорожные» возможности автомобиля. Чем больше его величина, тем большее препятствие можно преодолеть без удара об ограничитель или без провисания ведущих колес.
Устройство подвески
Любая подвеска автомобиля состоит из следующих основных элементов:
- Упругое устройство – воспринимает нагрузки от неровностей дорожной поверхности. Виды: пружины, рессоры, пневмоэлементы и т.д.
- Демпфирующее устройство — гасит колебания кузова при проезде через неровности. Виды: все типы .
- Направляющее устройство — обеспечивает заданное перемещение колеса относительно кузова. Виды: рычаги, поперечные и реактивные тяги, рессоры. Для изменения направления воздействия на демпфирующий элемент в спортивных подвесках pull-rod и push-rod применяются рокеры.
- Стабилизатор поперечной устойчивости — уменьшает поперечный крен кузова.
- Резино-металлические шарниры — обеспечивают упругое соединение элементов подвески с кузовом. Частично амортизируют, смягчают удары и вибрации. Виды: сайлент-блоки и втулки.
- Ограничители хода подвески — ограничивают ход подвески в крайних положениях.
Классификация подвесок
В основном подвески подразделяются на два больших типа: и независимые. Данная классификация определяется кинематической схемой направляющего устройства подвески.
Зависимая подвеска
Колеса жестко связаны посредством балки или неразрезного моста. Вертикальное положение пары колес относительно общей оси не изменяется, передние колеса – поворотные. Устройство задней подвески аналогичное. Бывает рессорная, пружинная или пневматическая. В случае установки пружин или пневмобаллонов необходимо применение специальных тяг для фиксирования мостов от перемещения.
Отличия зависимой и независимой подвески - простая и надежная в эксплуатации;
- высокая грузоподъемность.
- плохая управляемость;
- плохая устойчивость на больших скоростях;
- меньшая комфортабельность.
Независимая подвеска
Колеса могут изменять вертикальное положение относительно друг друга, оставаясь в той же плоскости.
- хорошая управляемость;
- хорошая устойчивость автомобиля;
- большая комфортабельность.
- более дорогая и сложная конструкция;
- меньшая надежность при эксплуатации.
Полузависимая подвеска Полузависимая подвеска или торсионная балка — это промежуточное решение между зависимой и независимой подвеской. Колеса по прежнему остаются связанными, однако существует возможность их небольшого перемещения относительно друг друга. Данное свойство обеспечивается за счет упругих свойств П-образной балки, соединяющей колеса. Такая подвеска в основном применяется в качестве задней подвески бюджетных автомобилей.
Виды независимых подвесок
МакФерсон
— самая распространенная подвеска передней оси современных автомобилей. Нижний рычаг соединен со ступицей посредством шаровой опоры. В зависимости от его конфигурации может применяться продольная реактивная тяга. К ступичному узлу крепится амортизационная стойка с пружиной, ее верхняя опора закрепляется на кузове.
Поперечная тяга, закрепленная на кузове и соединяющая оба рычага, является стабилизатором, противодействует крену автомобиля. Нижнее шаровое соединение и подшипник чашки стойки-амортизатора дают возможность для поворота колеса.
Детали задней подвески выполнены по тому же принципу, отличие заключается лишь в отсутствии возможности поворота колес. Нижний рычаг заменен на продольные и поперечные тяги, фиксирующие ступицу.
- простота конструкции;
- компактность;
- надежность;
- недорогая в производстве и ремонте.
- средняя управляемость.
Двухрычажная передняя подвеска
Более эффективная и сложная конструкция. Верхней точкой крепления ступицы выступает второй поперечный рычаг. В качестве упругого элемента может использоваться пружина или . Задняя подвеска имеет аналогичное строение. Подобная схема подвески обеспечивает лучшую управляемость автомобиля.
Пневматическая подвеска
Пневмоподвеска Роль пружин в этой подвеске выполняют пневмобаллоны со сжатым воздухом. При есть возможность регулировки высоты кузова. Также она улучшает показатели плавности хода. Используется на автомобилях класса люкс.
Гидравлическая подвеска
Регулировка высоты и жесткости гидроподвески Lexus Амортизаторы подключены к единому замкнутому контуру с гидравлической жидкостью. дает возможность регулировать жесткость и высоту дорожного просвета. При наличии в автомобиле управляющей электроники, а также функции она самостоятельно подстраивается под условия дороги и вождения.
Спортивные независимые подвески
Винтовая подвеска (койловеры) Винтовая подвеска, или койловеры – амортизационные стойки с возможностью настройки жесткости прямо на автомобиле. Благодаря резьбовому соединению нижнего упора пружины можно регулировать ее высоту, а также величину дорожного просвета.
Подвески типа push-rod и pull-rod
Данные устройства разрабатывались для гоночных автомобилей с открытыми колесами. В основе — двухрычажная схема. Основная особенность заключается в том, что демпфирующие элементы расположены внутри кузова. Конструкция данных типов подвески очень схожа, отличие заключается лишь в расположении воспринимающих нагрузку элементов.
Различие спортивных подвесок push-rod и pull-rod Спортивная подвеска push-rod: воспринимающий нагрузку элемент – толкатель, работает на сжатие.
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
За счет восприятия действующих сил и гашения колебаний. Подвеска входит в состав ходовой части автомобиля.
Подвеска автомобиля включает направляющий и упругий элементы, гасящее устройство, стабилизатор поперечной устойчивости, опору колеса, а также элементы крепления.
Направляющие элементы обеспечивают соединения и передачу сил на кузов автомобиля. Направляющие элементы определяют характер перемещения колес относительно кузова автомобиля. В качестве направляющих элементов используются всевозможные рычаги: продольные, поперечные, сдвоенные и др.
Упругий элемент воспринимает нагрузки от неровности дороги, накапливает полученную энергию и передает ее кузову автомобиля. различают металлические и неметаллические упругие элементы. Металлические упругие элементы представлены пружиной, рессорой и торсионом.
В подвесках легковых автомобилей широко используются витые пружины, изготовленные из стального стержня круглого сечения. Пружина может иметь постоянную и переменную жесткость. Цилиндрическая пружина, как правило, постоянной жесткости. Изменение формы пружины (применение металлического прутка переменного сечения) позволяет достичь переменной жесткости.
Листовая рессора применяется на грузовых автомобилях. Торсион представляет собой металлический упругий элемент, работающий на скручивание.
К неметаллическим относятся резиновые, пневматические и гидропневматические упругие элементы. Резиновые упругие элементы (буферы, отбойники) используются дополнительно к металлическим упругим элементам.
Работа пневматических упругих элементов основана на упругих свойствах сжатого воздуха. Они обеспечивают высокую плавность хода и возможность поддержания определенной величины дорожного просвета.
Гидропневматический упругий элемент представлен специальной камерой, заполненной газом и рабочей жидкостью, разделенных эластичной перегородкой.
Гасящее устройство (амортизатор) предназначено для уменьшения амплитуды колебаний кузова автомобиля, вызванных работой упругого элемента. работа амортизатора основана на гидравлическом сопротивлении, возникающем при протекании жидкости из одной полости цилиндра в другую через калибровочные отверстия (клапаны).
Различают следующие конструкции амортизаторов: однотрубные (один цилиндр) и двухтрубные (два цилиндра). Двухтрубные амортизаторы короче однотрубных, имеют большую область применения, поэтому шире используются на автомобиле.
У однотрубных амортизаторов рабочая и компенсационная полости расположены в одном цилиндре. Изменение объема рабочей жидкости, вызванные температурными колебаниями, компенсируются за счет объема газовой полости.
Двухтрубный амортизатор включает две, расположенные одна в другой, трубы. Внутренняя труба образует рабочий цилиндр, а внешняя - компенсационную полость.
В ряде конструкций амортизаторов предусмотрена возможность изменения демпфирующих свойств:
- ручная регулировка клапанов перед установкой амортизатора на автомобиль;
- применение электромагнитных клапанов с изменяемой площадью калибровочных отверстий;
- изменение вязкости рабочей жидкости за счет воздействия электромагнитного поля.
В качестве задней подвески автомобиля используется подвеска на продольных рычагах. Остальные виды подвесок могут использоваться как на передней, так и на задней оси автомобиля. Наибольшее распространение на легковых автомобилях получили: на передней оси – подвеска МакФерсон , на задней оси – многорычажная подвеска .
На некоторых внедорожных автомобилях и автомобилях премиум-класса устанавливается пневматическая подвеска , в которой используются пневматические упругие элементы. Особое место в конструкции подвесок занимает гидропневматическая подвеска , разработанная фирмой Citroen. Конструкция пневматической и гидропневматической подвески построена на известных типах подвесок.
В настоящее время многие автопроизводители оборудуют свои автомобили активной подвеской . Разновидностью активной подвески является т.н. адаптивная подвеска , в которой предусмотрено автоматическое регулирование демпфирующей способности амортизаторов.