Устройство подвески, как она работает и из чего состоит. Виды и назначение подвески авто К упругим элементам подвески относятся

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.

Подвеска автомобиля – совокупность устройств, обеспечивающих упругую связь между подрессоренной и неподрессоренной частями автомобиля, уменьшение динамических нагрузок на кузов и колёса, и затухание их колебаний, а также регулирование положение кузова автомобиля во время движения.

Подвеска автомобиля имеет следующее общее устройство :

Направляющий элемент;

Упругий элемент;

Гасящее устройство;

Стабилизатор поперечной устойчивости;

Опора колеса;

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. Гидропневматический упругий элемент представлен специальной камерой, заполненной газом и рабочей жидкостью, разделенных эластичной перегородкой.

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).

Стабилизатор поперечной устойчивости противодействует увеличению крена при повороте за счет перераспределения веса по колесам автомобиля. Стабилизатор представляет собой упругую штангу, соединенную через стойки с элементами подвески. Стабилизатор может устанавливаться на переднюю и заднюю ось.

Шаровой опорой называется вид шарнирного соединения, который за счет степени свободы обеспечивает правильную геометрию поворота ведущих колес. Шаровая опора устанавливается на нижнем рычаге передней подвески, а также на конце тяги рулевого механизма. Для удобства эксплуатации шаровые опоры делают съемными.

В зависимости от конструкции направляющих элементов различают два типа подвески - независимая и зависимая.

Амортизаторы. Назначение, устройство и работа гидравлических амортизаторов.

Амортизаторы предназначены для гашения колебаний подвески при движении автомобиля по неровной дороге. В настоящее время на автомобилях устанавливают гидравлические телескопические амортизаторы двустороннего действия, в которых гашение колебаний происходит как при подъеме, так и опускании колеса за счет трения перетекаемой в них жидкости из одной полости в другую. При установке амортизаторов у задних колес легковых автомобилей с поперечным наклоном они частично выполняют роль стабилизаторов поперечной устойчивости автомобиля.

Гидравлические амортизаторы делятся на несколько подвидов:

· По конструкции:

· рычажные (распространённые до 50-х - 60-х годов)

· двухтрубные (основной тип в настоящее время)

· однотрубные (получают распространение)

· По давлению внутри амортизатора:

· без газового подпора (в простонародье их называют просто масляными)

· с газовым подпором низкого давления

· с газовым подпором высокого давления

Гидравлические двухтрубные

Двухтрубный гидравлический амортизатор

Двухтрубный амортизатор состоит из двух соосных (одна в одной) труб, внешняя из которых является корпусом, внутренняя заполнена рабочей жидкостью и в ней перемещается поршень с клапанами. Пространство между труб заполнено запасом жидкости для охлаждения и компенсации утечек, а также воздухом - для компенсации изменения объёма (температурное расширение жидкости и вход-выход штока).

Достоинства:

· Относительная простота изготовления и ремонта

· Приемлемые рабочие характеристики (в том числе надёжность) для большинства применений в транспорте

· Отсутствие выступающих деталей - может устанавливаться внутри пружины подвески

· Малая нагрузка и соответственно требования к уплотнению штока - нагрузка только при отбое (вытягивании штока), при небольшом пропускании запаса масла в амортизаторе может хватить на несколько лет при полном сохранении работоспособности амортизатора (но ухудшении охлаждения).

Недостатки:

· Должен устанавливаться корпусом вниз (штоком вверх), что ухудшает характеристики подвески (увеличение неподрессоренных масс)

· При сильных нагрузках (пересечённые местности, спорт) при работе жидкость сильно греется и может вспениться или смешаться с компенсационным газом, что сильно ухудшит демпфирование, а это опасно).

Требования, предъявляемые к рулевому управлению, его составные части

При помощи рулевого управления осуществляется поворот управляемых колес, и тем самым изменяется направление движения автомобиля.

Рулевое управление состоит из :
1) рулевого механизма;
2) рулевого привода;
3) рулевого усилителя (устанавливается не на всех автомобилях).

Рулевое управление представляет собой устройство, от которого во многом зависит безопасность движения автомобиля, потому к нему предъявляются следующие требования:
1) легкость управления;
2) обеспечение хорошей маневренности автомобиля при минимальном радиусе поворота;
3) допускать минимальное боковое скольжение колес при повороте;
4) минимальная передача толчков на рулевое колесо;
5) исключать возможность возникновения автоколебаний управляемых колес;
6) высокая надежность;
7) исключать самопроизвольный поворот управляемых колес.

На большинстве автомобилей управление осуществляется поворотом управляемых колес. Практически на всех двухосных автомобилях управляемыми колесами являются передние колеса. Исключение составляют специальные автотранспортные средства с задними управляемыми колесами. В трехосных автомобилях, которые имеют сближенные оси задней тележки (например КамАЗ), управление также осуществляется передними колесами. В некоторых трехосных автомобилях управляемыми колесами являются колеса крайних осей (передней и задней). Благодаря этому автомобиль становится более маневренным и более проходимым. В таких автомобилях промежуточную ось размещают посередине автомобиля.

Рулевой механизм обеспечивает поворот управляемых колес при небольшом усилии на рулевые колеса, это достигается за счет увеличения передаточного, числа рулевого механизма. Конструкция рулевого механизма включает в себя:
1) рулевую пару (рулевую передачу), которая размещается в картере;
2) рулевой вал;
3) рулевое колесо.
Рулевой вал в зависимости от условий компоновки рулевого механизма может состоять из двух или трех частей, соединенных карданными шарнирами. Рулевое колесо в зависимости от принятого в стране направления движения может находиться справа или слева.

Рулевые механизмы в зависимости от типа рулевой передачи делятся на:
1) шестеренные;
2) червячные;
3) винтовые;
4) кривошипные.

Рулевой привод состоит из:
1) рулевой трансмиссии;
2) рычагов и тяг, которые связывают рулевой механизм с рулевой трансмиссией;
3) рулевой усилитель.
В конструкции рулевого привода имеются поперечная и продольная тяги. Поперечная тяга изготавливается из бесшовной стальной трубы, на резьбовые концы которой навертываются наконечники с шаровыми кольцами. Длина поперечной тяги должна быть регулируемой, так как от нее зависит величина схождения колес.

Продольная тяга связывает сошку с поворотным рычагом. Продольная тяга чаще всего применяется при зависимой подвеске. На концах тяги размещаются шаровые шарниры, которые поджимаются жесткими пружинами. За счет таких шарниров и пружин удается немного амортизировать удары, воспринимаемые управляемыми колесами.

Подвески автомобиля классифицируются по конструкции (или типам) направляющих устройств и упругих элементов. Направляющие устройства служат для восприятия и передачи тяговых, тормозных и поперечных сил, возникающих при повороте, от колес к кузову. Конструкция направляющего устройства влияет на характер изменения положения кузова и колес автомобиля при движении. Упругие элементы в подвеске являются основными преобразователями динамических нагрузок, передающихся через колеса от дороги к кузову. Наибольшим эффектом снижения динамических нагрузок обладают "мягкие" подвески, имеющие упругие элементы с небольшой жесткостью. Такие подвески могут обеспечить низкие частоты колебаний кузова (не более 1 Гц), создающие наибольший комфорт при движении автомобиля, так как позволяют изолировать кузов от воздействия сил, возникающих при взаимодействии колес с неровностями дороги.

Считается, что для легковых автомобилей наилучший комфорт (отсутствие утомляемости водителя при длительной езде и отсутствие ощущения колебаний кузова при движении по дороге с твердым покрытием на различных скоростях) достигается, если ускорения кузова не превышают 0,5-1 м/с 2 при вертикальных собственных колебаниях кузова на частотах до 1 Гц.

Направляющее устройство подвески определяет кинематику колес по отношению к кузову и дороге, оказывающую значительное влияние на эксплуатационные свойства автомобиля. Отвлекаясь от некоторых конструктивных особенностей применяемых направляющих устройств, их можно представить в виде простых схем (рис. 2) .

Направляющее устройство представляет совокупность рычагов различной конструкции, штанг и шарниров, связывающих колесо с кузовом и обеспечивающих передачу сил и моментов. Для передачи осевых сил применяют, как правило, простые штанги с шарнирными опорами, исключающими изгибающие нагрузки. Примером таких штанг могут служить продольные штанги подвески ведущих колес автомобилей ВАЗ-2101; -2107, "Мазда-РХ7", "Фольксваген", "Даймлер-Бенц" и поперечные, например, тяга Панара, воспринимающая поперечные силы в зависимых подвесках. Профиль сечения таких штанг может быть различным, но обеспечивающим высокое сопротивление продольному изгибу. Наибольшее применение нашли штанги круглого сечения.

В независимых подвесках, где необходима передача усилий в поперечном и продольном направлениях, используются рычаги треугольной или серповидной формы, устойчивые к продольным силам и обладающие прочностью на изгиб от продольных и поперечных нагрузок. Рычаги изготавливаются штамповкой или поковкой из стали или алюминиевых сплавов. В ряде случаев применяют литье и сварные конструкции. Из алюминиевого сплава изготовлены поперечные рычаги автомобилей "Порше", "Даймлер-Бенц" и др.

Рычаги направляющего устройства подвески соединяются с колесом и кузовом с помощью шаровых шарниров и втулок. Шарниры могут быть направляющими и несущими. Например, в независимой подвеске на поперечных рычагах на нижний рычаг опирается упругий элемент. Шаровой шарнир такого рычага воспринимает силы, действующие в различных направлениях, следовательно, шарнир должен быть несущим. Шарнир на верхних рычагах не воспринимает вертикальные силы, а передает в основном поперечные. В этом случае применяется направляющий шарнир. На рис. 3 показаны несущие шаровые шарниры и направляющий шарнир, применяющиеся на автомобилях. Следует отметить, что аналогичные шарниры применяются и на рулевых тягах. Шарниры имеют цилиндрический или конусный (1:10) направляющий хвостовик, шаровая головка охватывается пластмассовым (из ацетильной смолы) вкладышем, защитный чехол заполняется специальной смазкой. Такие шарниры (фирмы-изготовители Эренрайх", "Лемфёрдер Метальва-рен") обладают хорошей герметичностью от попадания грязи и практически не требуют обслуживания.

Обращает на себя внимание несущий шарнир (рис.3б) , имеющий дополнительную шумоизоляцию в виде упругих резиновых вкладышей, используемый фирмой "Даймлер-Бенц" для изоляции шумов от качения радиальных шин.

Опорные узлы направляющего устройства подвески должны иметь не большое трение, быть достаточно жесткими и обладать шумопоглощающимн свойствами. Для обеспечения этих требований в конструкцию опорных элементов вводятся резиновые или пластмассовые вкладыши. В качестве материалов вкладышей применяют такт которые не требуют обслуживания процессе эксплуатации, например полиуретан, полиамид, тефлон и др Использование резиновых вкладышей во втулках обеспечивает хорошую шумоизоляцию, эластичность при кручении и упругое смещение под нагрузкой.

Наибольшее распространение в опорных элементах получили сайлентблоки (рис. 4) , состоящие из резиновой цилиндрической втулки, запрессованной большим обжатием между наружной и внутренней металлическими втулками. Эти втулки допускают углы закручивания ±15° и перекос до 8° (рис. 4,а) . Втулка (рис. 4,б) применяется на автомобиле БMB-528i, изготовлена методом вулканизации резины между двумя стальными втулками, обладает хорошими шумопоглощающими свойствами и достаточной жесткостью. Втулка (рис. 4,в) нашла широкое применение и поперечных тягах и амортизаторах.

На поперечных рычагах автомобилей "Даймлер-Бенц 280S/500SEC" и "Фольксваген" устанавливают так называемые скользящие опоры, в которых промежуточная втулка может скользить по внутренней, обеспечивая малую жесткость при кручении (деформация не превышает 0,5 мм при боковой силе 5кН). Опору смазывают, а подвижную часть герметизируют торцевыми уплотнениями.

Для обеспечения поглощения таких шумов на автомобилях БМВ 5-й серии применяют резиновые опоры, запрессовываемые в поперечину задней подвески с обеих сторон и имеющие различную жесткость в зависимости от направления деформации. В передней подвеске автомобилей "Хонда Прелюд" и "Форд Фиеста" применяется комбинированная втулка из полиуретана, пластмассы и стальных шайб, обеспечивающих в зависимости от направления действия сил различные жесткостные характеристики. На переднеприводных автомобилях "Ауди-100/200" и "Опель Корса" используют цельную фигурную резиновую втулку в поперечных рычагах, которая в зависимости от направления сил сопротивления качению имеет различную жесткость при необходимой эластичности в боковом и вертикальном направлениях.

Упругие элементы подвески различают по конструкции и материалу, из которого они изготовлены. Основной характеристикой упругого элемента является жесткость (отношение нагрузки к деформации или прогибу, которые она вызывает), т.е. упругое сопротивление материала различным видам нагрузок.

Таким свойством в наибольшей степени обладают металлы, резина, некоторые пластмассы и газы. Наилучшим видом упругой характеристики является прогрессивная характеристика, обладающая определенной жесткостью в средней части (зоне создания колебаний кузова), обеспечивающих наибольший комфорт при движении автомобиля) и большой жесткостью в крайних положениях направляющего устройства подвески при сжатии и отбое для исключения жесткого удара.

Поэтому в подвесках используют комбинацию упругих элементов, каждый из которых выполняет свою определенную функцию. Как правило, в состав упругих элементов входят: основные упругие элементы, воспринимающие вертикальную нагрузку, создаваемую массой автомобиля; дополнительные упругие элементы, обеспечивающие увеличение жесткости основного упругого элемента и ограничивающие ход подвески, исключая жесткий удар; стабилизатор, обеспечивающий увеличение жесткости основного упругого элемента при поперечно-угловых колебаниях и наклонах кузова при поворотах автомобиля. 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. Использовались как многолистовые, так и однолистовые рессоры.

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 необходимая прогрессивность обеспечивается дополнительными упругими элементами из полиуретанового эластомера и резиновыми буферами отбоя. 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. На автомобилях БМВ 3-й серии в задней подвеске устанавливают бочкообразную пружину с прогрессивной характеристикой, достигаемой за счет формы пружины и применения прутка переменного сечения. На отечественных легковых автомобилях в подвесках применяют цилиндрические винтовые пружины с постоянными сечением прутка и шагом в сочетании с резиновыми отбойными буферами.

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 (например, "Рено-1 Г, "Фиат-130", в подвеске передних колес автомобилей "Хондж Сивик" и др.).

Пневматические и пневмогидравлические упругие элементы еще не нашли широкого применения в подвесках легковых автомобилей. Использование газа как упругого элемента имеет большую перспективу, поскольку позволяет, как никакие другие упругие элементы, регулировать упругую характеристику подвески и дорожный просвет. Пневмогидравлические упругие элементы имеют металлическую оболочку, в которой газ сжимается поршнем через жидкость, играющую роль затвора, т.е. обеспечивающую совместно с уплотнениями подвижного поршня необходимую герметичность. Помимо фирмы "Ситроен" в Европе для некоторых автомобилей класса "8" пневмогидравлические упругие элементы изготавливает фирма "Фихтель и Закс".

Стабилизаторы на легковых автомобилях в зависимости от типа и конструкции подвески могут быть различной формы: прямые, П-образные, дугообразные и т.п. Стабилизатор устанавливается на резиновых втулках для обеспечения упругой деформации в опорах. Как правило, стабилизаторы изготавливают из пружинной стали.

Зависимая подвеска на легковых автомобилях устанавливается на задних колесах. Отличительной особенностью конструкции применяющихся зависимых подвесок является наличие упругих элементов, передающих вертикальные нагрузки и не имеющих трения, жестких тяг и рычагов, воспринимающих поперечные (боковые) нагрузки и обеспечивающих колесу и кузову определенную кинематику.

В зависимых подвесках для восприятия и передачи поперечных сил используется тяга Панара, представляющая собой жесткую штангу, концы которой шарнирно крепятся: один к балке моста, другой - к кузову. Расположение этой тяги относительно оси моста и ее длина оказывают влияние на положение оси крена и характер входа автомобиля в поворот, усиливая или ослабляя недостаточную или избыточную поворачиваемость. Расположение тяги Панара сзади оси моста по направлению движения способствует ослаблению избыточной поворачиваемости, присущей автомобилям с задним приводом колес, а расположение перед осью способствует ослаблению недостаточной поворачиваемости, присущей переднеприводным автомобилям. Расположение тяги по оси колес практически не оказывает влияния на поворачиваемость автомобиля.

Характерной конструкцией задней зависимой подвески заднеприводного автомобиля (классическая компоновка) является подвеска автомобиля ВАЗ (рис. 5) .

В подвеску установлены под углом к вертикальной оси автомобиля два амортизатора. Такое расположение амортизаторов обеспечивает дополнительно к гашению вертикальных колебаний повышение поперечной устойчивости кузова. Аналогичная установка амортизаторов принята в подвесках автомобилей "Фольксваген", "Опель", "Форд", "Фиат" и др. Для восприятия боковых сил вместо тяги Панара на ряде легковых автомобилей применяется механизм Уатта. Механизм Уатта может располагаться как по оси несущей балки, так и перпендикулярно к ней.

На автомобиле "Мазда-КХ7", имеющем привод на задние колеса и зависимую подвеску колес, рычаги механизма Уатта располагаются по оси моста. Механизм расположен перед балкой моста и совместно с продольными рычагами подвески сохраняет нейтральную поворачиваемость на поворотах, обеспечивает вертикальное перемещение моста и воспринимает боковые силы. Такое усложнение зависимой подвески автомобиля с ведущими задними колесами позволило развивать на нем скорость до 200 км/ч. Для обеспечения нейтральной поворачиваемости независимо от нагрузки на ось применяется подвеска ведущих колес с косыми верхними рычагами без поперечной тяги (автомобиль "Форд Таунус").

Наиболее совершенная зависимая подвеска ведущих колес автомобиля применяется на автомобиле "Вольво-740/760": подвеска имеет два длинных рычага, крепящихся под балкой моста, на которых установлены пружина и амортизатор. Нижние рычаги крепятся к кузову на резиновых опорах, имеющих некоторую податливость при скручивании. Боковые силы воспринимаются поперечной тягой Панара, расположенной сзади балки моста на высоте оси колес.

Зависимая задняя подвеска автомобилей с приводом на передние колеса состоит из несущей балки, чаще всего открытого профиля, соединяющей оси колес, двух или четырех продольных рычагов, шарнирно или жестко крепящихся к балке. Нижние рычаги изготавливаются таким образом, чтобы на них опирались упругие элементы и амортизаторы. Боковые силы, как правило, воспринимаются тягой Панара.

Задняя зависимая подвеска автомобиля "Сааб-900" имеет силовую балку, к которой шарнирно крепятся продольные (верхний и нижний) рычаги, образующие механизм Уатта. Над силовой балкой расположена тяга Панара, воспринимающая поперечные нагрузки и практически не влияющая на поворачиваемость автомобиля, а также повышающая центр крена, что эффективно для переднеприводных автомобилей. Расположение нижних рычагов перед балкой, а верхних за ней создает нагружение всех рычагов растягивающими силами при торможении и параллельное перемещение балки при крене кузова на повороте. Недостатком такой схемы подвески является смещение положения центра продольного крена при изменении нагрузки: при малой нагрузке центр крена расположен перед осью колес, а при полной нагрузке - сзади оси. Такое изменение положения центра продольного крена приводит к "клевку" автомобиля при торможении.

На автомобиле "Форд Фиеста" тормозные и тяговые силы воспринимаются двумя нижними продольными рычагами на балке и кронштейнами, закрепленными на усиленных штоках амортизаторов и через резиновые втулки связанными с кузовом. Пружинные упругие элементы расположены на силовой балке, а кронштейны крепления амортизаторов вынесены назад по отношению к оси балки. Такая конструкция подвески обеспечивает разгрузку средней части балки от скручивающих сил при разгоне и торможении.

На некоторых моделях автомобилей "Рено" и "Даймлер-Бенц" имеются два нижних продольных рычага и один верхний треугольный рычаг, закрепленный на балке с возможностью поворота и углового перекоса. Такая схема обеспечивает прямолинейное перемещение задней оси без бокового смещения и уменьшение крена кузова на повороте.

На автомобилях "Ауди-100", "Мицубиси Талант", "Тойота Стартет" применяется подвеска задних ведомых колес с двумя продольными рычагами, работающими на изгиб (рис. 6) .

Через широко разнесенные рычаги, жестко связанные с поперечной балкой, передаются тяговый и тормозной моменты, а за счет восприятия изгибающего момента рычагами и скручивающих нагрузок поперечной балкой уменьшается продольный и поперечный крены кузова. Такая подвеска используется и на автомобилях "Рэнджровер", "Даймлер-Бенц", в первом случае в передней подвеске, во втором - в передней и задней подвесках полноприводных автомобилей.

На автомобиле АЗЛК-2141 применяется также подвеска с поперечной балкой, работающей на скручивание, и продольными рычагами, воспринимающими изгибающие нагрузки, отличающаяся от показанной на рис.7 расположением упругих элементов - пружин непосредственно на рычагах.

Широкое распространение на легковых автомобилях получила конструкция подвески (в ряде случаев ее называют полузависимой) со связанными продольными рычагами. Простейшим вариантом такой конструкции может служить подвеска задних колес переднеприводных автомобилей ВАЗ (рис. 7) (в том числе ВАЗ-1111), ЗАЗ-1102, "Рено 5СТ-турбо", "Фольксваген Поло", "Сирокко", "Пассат", "Гольф", "Аскона" и др.

Рис. 7. Задняя подвеска автомобиля ВАЗ-2109: 1 - ступица заднего колеса; 2 - рычаг задней подвески; 3 - кронштейн крепления рычага подвески; 4,5 - соответственно резиновая и распорная втулки шарнира рычага; 6 - болт крепления рычага подвески; 7 - кронштейн кузова; 8 - опорная шайба крепления штока амортизатора; 9 - верхняя опора пружины подвески; 10 - распорная втулка; 11- изолирующая прокладка пружины подвески; 12 - пружина задней подвески; 13 - подушка крепления штока амортизатора; 14 - буфер хода сжатия; 15 - шток амортизатора; 16 - защитный кожух амортизатора; 17 - нижняя опорная чашка пружины подвески; 18 - амортизатор; 19 - соединительная балка; 20 - ось ступицы колеса; 21 - колпак ступицы; 22 - гайка крепления ступицы колеса; 23 - шайба подшипника; 24 - уплотнительное кольцо; 25 - подшипник ступицы; 26 - щит тормозов; 27,28 - соответственно стопорное и грязеотражательное кольца; 29 - фланец рычага подвески; 30 - втулка амортизатора; 31 - кронштейн для крепления амортизатора; 32 - резинометаллический шарнир рычага подвески

Такая подвеска в переднеприводных автомобилях обеспечивает легкость компоновки всех элементов подвески, небольшое количество деталей в подвеске, отсутствие направляющих рычагов и штанг, оптимальное передаточное отношение от кузова к упругому устройству подвески, исключение стабилизатора, высокую стабилизацию схода и колеи при разных ходах подвески, благоприятное расположение центров крена, уменьшающих возможность "клевка" кузова при торможении.

Простую конструкцию подвески со связанными рычагами имеют автомобили "Фольксваген Гольф", "Сирокко" с поперечной связью, расположенной близко к опорам концов продольных рычагов (коэффициент изменения развала близок к единице).

На автомобиле "Рено-турбо" установлена подвеска с поперечной связью и торсионными упругими элементами. С каждым колесом связаны два торсиона разного диаметра (передний - малого диаметра, задний - большого), работающие одновременно при равностороннем ходе подвески, а при разноименном нагружаются задние торсионы и поперечина, связывающая рычаги. Амортизаторы в подвеске устанавливаются под углом к вертикальной оси с наклоном вперед, воспринимая силы при торможении и разгоне.

Независимая подвеска на двойных поперечных рычагах применяется на передних и задних колесах автомобилей. Подвеска состоит из двух поперечных рычагов, шарнирно соединяющих каждое колесо с кузовом, упругих элементов, амортизаторов и стабилизатора. У передней подвески наружные концы рычагов соединяются посредством шаровых шарниров с поворотной цапфой или кулаком. Чем больше расстояние между верхним и нижним рычагами направляющего устройства, тем точнее кинематика подвески. Нижние рычаги выполняются более мощными, чем верхние, так как дополнительно к продольным силам воспринимают и боковые. Подвеска на двойных поперечных рычагах позволяет в зависимости от взаимного положения рычагов обеспечить желаемое (оптимальное) расположение центров поперечного и продольного крена.

К тому же, за счет разной длины рычагов (трапециевидные подвески) можно добиться различных угловых перемещений колес при ходах отбоя и сжатия и исключения изменения колеи при относительных перемещениях кузова и колес. Примером подвески на двойных поперечных рычагах является передняя подвеска автомобилей ВАЗ (рис.8) . Аналогичная конструкция применяется и на автомобилях "Опель", "Хонда", "Фиат", "Рено", "Фольксваген", естественно, с определенными конструктивными особенностями элементов подвески.

Подвеска с двойными поперечными рычагами была реализована в конструкциях многих автомобилей, в частности, фирма "Даймлер-Бенц" применяла подвеску, аналогичную представленной на рис.8 , практически на всех легковых автомобилях. Передняя подвеска автомобиля "Опель Кадет С" имеет простую конструкцию, направляющее устройство которой крепится к лонжеронам кузова жестко без резиновых втулок. Цилиндрические пружины установлены на нижних рычагах с наклоном к продольной оси автомобиля; внутри пружин расположены эластичные буфера сжатия. Амортизаторы установлены на верхних рычагах, буфера отбоя расположены в амортизаторах. Подобная установка пружин и амортизаторов обеспечивает равномерное нагружение колесных шарниров. Совместно с реечным рулевым механизмом передняя подвеска образует отдельный монтажный узел, который позволяет проводить регулировку развала, схождения и продольного наклона оси поворота еще до крепления к кузову.

Рис. 8. Устройство (а) и типовая схема (6) передней подвески автомобиля ВАЗ-2105: 1 - подшипник ступицы колеса; 2 - колпак; 3 - регулировочная гайка; 4 - ось поворотной цапфы; 5 - ступица; 6 - тормозной диск; 7 - поворотная стойка; 8 - верхний рычаг; 9 - шаровая опора; 10 - буфер; 11 - опорный стакан; 12 - резиновые подушки; 13, 26 - соответственно верхняя и нижняя опорные чашки пружины; 14 - ось верхнего рычага; 15 - регулировочная шайба; 16, 25 - кронштейны крепления штанги соответственно стабилизатора и амортизатора; 17 - резиновая втулка; 18 - штанга стабилизатора; 19 - лонжерон кузова; 20 - ось нижнего рычага; 21 - нижний рычаг; 22 - пружина подвески; 23 - обойма; 24 - амортизатор; 27 - корпус нижней шаровой опоры; 28 - шпилька ступицы колеса

Передняя подвеска автомобиля "Хонда Прелюд" имеет короткие верхние треугольные рычаги, расположенные под углом к оси колес. Нижний рычаг также расположен под углом к оси колеса (этот угол примерно в три раза меньше угла, образуемого верхним рычагом), совместно с нижними поперечными рычагами применяются продольные тяги, крепящиеся к кузову через эластичный шарнир.

Автомобиль "Альфа-90" имеет торсионный упругий элемент, расположенный продольно и связанный с нижним рычагом направляющего устройства.

Автомобили "Ситроен" оборудованы пневмогидравлическими упругими элементами в подвеске (рис. 9) . Как отмечалось ранее, такие упругие элементы обеспечивают "мягкое" подрессоривание и возможность регулирования дорожного просвета.

Упругий элемент (рис. 9, а) состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень с длинной направляющей цилиндрической поверхностью. В верхней части цилиндра установлен сферический баллон, разделенный эластичной диафрагмой (мембраной) на две полости: верхняя заполнена сжатым азотом, нижняя - жидкостью. Между цилиндром и баллоном расположен амортизационный клапан, через который пропускается жидкость при ходе отбоя и сжатия. Конструкция упругого элемента позволяет устанавливать его в подвеске в любом положении. В частности, на задней подвеске автомобиля "Ситроен-ВХ" упругие элементы установлены под небольшим углом к горизонтали, передача усилия на которые осуществляется через сферическую опору кронштейнами продольных рычагов направляющего устройства подвески. Применение пневмогидравлических элементов в подвеске легковых автомобилей позволяет иметь собственную частоту колебаний кузова в зависимости от нагрузки в пределах 0,6-0,8 Гц.

На автомобилях "Мерседес 20(Ю/ЗООЕ) применяется подвеска на двойных поперечных пространственных рычагах. Такая подвеска состоит из шарнирно связанных парных рычагов, составляющих на виде сверху треугольник, с точкой пересечения в конструктивном центре оси поворота (на оси симметрии колеса). Такая конструкция подвески, учитывая наличие эластичных элементов в опорных узлах, обеспечивает высокий уровень безопасности при поворотах автомобиля на больших скоростях.

Подвеска на направляющих стойках (подвеска "Макферсона", см. рис.2,д) используется практически на большинстве легковых автомобилей, выпускаемых различными зарубежными фирмами. На отечественных автомобилях наиболее характерной конструкцией подвески на направляющих стойках является передняя подвеска переднеприводных автомобилей ВАЗ (рис.10) и АЗЛК.

Передняя подвеска автомобиля ВАЗ-2109 состоит из телескопической амортизационной стойки, на верхней части корпуса которой установлены цилиндрическая пружина упругого элемента, а на штоке - буфер хода сжатия поперечного рычага, шарнирно соединенного с кузовом поворотным кулаком стойки, растяжки и стабилизатором поперечной устойчивости.

Аналогичную конструктивно-кинематическую схему передней подвески имеют автомобили "Ауди", "Фольксваген", "Опель", "Форд", "ДЭУ Нексия" и многие другие.

Преимуществом подвески с направляющей стойкой является монтажная компактность элементов, выполняющих упругую, направляющую и демпфирующую работу, а также небольшие усилия в узлах крепления подвески к кузову, возможность применения длинноходовых подвесок, обеспечивающих наилучшую плавность хода, возможность создания оптимальной кинематики, удобство создания хорошей вибро- и шумоизоляции кузова, низкая чувствительность к дисбалансу и биению шин и др.

Рис. 10. Передняя подвеска автомобиля ВАЗ-2109: 1 - кузов автомобиля; 2 - верхняя опорная чашка; 3 - буфер хода сжатия; 4 - опора буфера; 5 - пружина подвески; 6 - нижняя опорная чашка пружины; 7 - шаровой шарнир рулевой тяги; 8 - поворотный рычаг; 9 - телескопическая стойка; 10 - эксцентриковая шайба; 11 - регулировочный болт; 12 - кронштейн стойки; 13 - поворотный кулак; 14 - крепежный болт; 15 - кожух; 16 - стопорное кольцо; 17 - колпак ступицы колеса; 18 - шлицевой хвостовик привода; 19 - ступица колеса; 20 - подшипник ступицы колеса; 21 - тормозной диск; 22 - рычаг подвески; 23 - регулировочная шайба; 24 - стойка стабилизатора; 25 - стабилизатор поперечной устойчивости; 26 - подушка стабилизатора; 27 - кронштейн крепления стабилизатора; 28, 31 - кронштейны; 29 - растяжка рычага подвески; 30 - шайбы; 32 - резиновая распорная втулка растяжки; 33 - втулка; 34 - защитный чехол шарового пальца; 35 - подшипник шарового пальца; 37 - корпус шарового пальца; 38 - шток подвески; 39, 40 - корпуса верхней опоры; 41-45 - элементы верхней опоры; 46 - болт; / - верхняя опора; // - шаровой палец рычага подвески; /// - передний шарнир растяжки рычага подвески; а - контролируемый зазор

Рассмотрим некоторые особенности конструкции подвески с направляющей стойкой. Анализируя кинематику подвески можно видеть, что положение центра крена зависит от угла наклона стойки к вертикали и нижних рычагов к горизонту. Подбором установки стойки и рычагов можно обеспечить положение центра крена при различных нагрузках значительно ниже, чем при применении подвески на двойных поперечных рычагах. Угловое положение стойки влияет и на изменения развала и колеи. При расположении стойки близко к вертикали и длинном нижнем поперечном рычаге колея практически изменяться не будет. Следует отметить и значительно меньшее, чем в подвесках на двойных поперечных рычагах, изменение развала под действием боковых сил на повороте.

Для исключения заклинивания поршня амортизатора пружина на стойке устанавливается с наклоном таким образом, чтобы ось установки пружины проходила через несущий шарнир нижнего рычага.

На автомобилях БМВ 5 -1-й серий применяется передняя подвеска со сдвоенными шарнирами. Упругие элементы-пружины нижней частью опираются на чашки, приваренные к корпусу амортизатора, верхней частью пружины упираются в шариковый подшипник, закрепленный на кузове в трех точках. Направляющее устройство состоит из поперечных рычагов, воспринимающих боковые нагрузки, и штанг, направленных вперед под углом к продольной оси автомобиля и обеспечивающих поворот управляемых колес в сторону положительного схождения, т.е. улучшается устойчивость прямолинейного движения. Взаимное положение опорных шарниров рычагов и штанг позволяет увеличить противодействие продольному крену при разгоне и торможении. Подвеска ведомых колес автомобиля "Хонда Прелюд" состоит из поперечных рычагов большой длины и продольных штанг, направленных под небольшим углом к продольной оси. Опоры крепления рычагов в зоне колес расположены примерно в центре колеса, за счет чего достигается оптимальное расположение центра поперечного крена.

Подвеска на продольных рычагах направляющего устройства (см. рис. 2,г) состоит из мощного, как правило, сварного коробчатого или литого рычага 5 (рис. 11) направляющего устройства, расположенного в направлении движения с каждой стороны автомобиля.

Рычаг воспринимает крутящие и изгибающие нагрузки, возникающие при движении автомобиля. Для обеспечения необходимой жесткости подвески при боковых силах рычаг имеет широко разнесенные опоры на кузове. Подвеска на продольных рычагах часто применяется в задней подвеске переднеприводных автомобилей. Горизонтальное положение рычагов обеспечивает при ходах сжатия и отбоя неизменность развала, схождение колес и колеи. Длина рычагов влияет на прогрессивность упругой характеристики подвески, а поскольку точки качания рычагов являются центрами продольного крена автомобиля, то при торможении кузов будет "приседать".

Подвеской с продольными рычагами оборудованы автомобили "Рено", "Ситроен", "Пежо" и др.

В качестве упругих элементов в подвесках применяются пружины, тор-сионы и пневмогидравлические устройства. Пружинные упругие элементы могут располагаться как соосно с амортизатором ("Пежо"), так и параллельно ("Мицубиси Кольт", "Тальбо"). На некоторых моделях автомобилей "Пежо" пружинные стойки расположены под небольшим углом к горизонтали, аналогично установлены и упругие элементы на автомобиле "Ситроен ВХ". Задняя подвеска с торсионными упругими элементами (см. рис. 11 ) отличается компактностью. Торсионы 2 входят в зацепление с направляющими трубами 1 и 7 . Литые продольные рычаги 5 приварены к концам труб 1 и 7 , вставленных одна в другую и разделенных резиновыми втулками 8 и 9 .

Подвеска на косых рычагах (см. рис. 2,е) применяется только в задней подвеске автомобилей. Подвеска автомобилей БМВ 5 -й серии показана на рис.12 , аналогичное направляющее устройство установлено на автомобилях фирм "Фиат", "Даймлер-Бенц", "Форд" с некоторыми конструктивными особенностями.

Наиболее благоприятным, с точки зрения кинематики подвески, является угол стреловидности в пределах 10- 25° (угол между поперечной осью и положением крепления к кузову рычага направляющего устройства в горизонтальной плоскости). Например, этот угол составляет у автомобилей: БМВ 5181/5251 и БМВ 5281/5351 - 20°; "ФордСьерра/Скорпио" -18°, "Опель-Сенатор" - 14° и т.п. При такой конструкции направляющего устройства ведущих колес между колесом и главной передачей (дифференциалом) возникают угловые и линейные перемещения, требующие установки в полуосях, передающих крутящий момент на колеса, по два шарнира равных угловых скоростей для компенсации этих перемещений. В зависимости от соотношения длин косых рычагов и углов их установки можно получить практически любое требуемое положение центров крена и уменьшение изменения колеи. В таких подвесках амортизатор устанавливают со смещением к оси колеса, что может обеспечить передаточное отношение от колеса к амортизатору, равное единице.

Дополнительные упругие элементы подвески, устанавливаемые дополнительно к основным упругим элементам, выполняют две задачи: шумо- и виброизоляцию кузова и ограничение хода подвески при сжатии и отбое с соответствующим обеспечением прогрессивности упругой характеристики подвески. Основным требованием в данном случае к упругим элементам будет создание определенной эластичности в осевом направлении и большой жесткости в радиальном, чтобы исключить влияние на кинематику подвески. Такие дополнительные упругие элементы изготавливаются, как правило, из резины и различных упругих полимеров (например, полиуретановые). В передних подвесках управляемых колес в верхней опоре пружинных стоек устанавливается шарикоподшипник (см. рис.10) - для исключения трения при повороте колес, так как они поворачиваются совместно со стойками. На рис. 4.13 показаны верхние эластичные опоры стоек автомобилей "Вольво-740/760" и "Мерседес-190".

В опоре рис.13,а резиновые опоры выполнены таким образом, что усилия от пружины и амортизатора воспринимаются раздельно. Через упорный шарикоподшипник пружина подвески воздействует на резиновый буфер 5 . Шток амортизатора крепится во втулке 1 , через которую воздействует на среднюю часть резинового буфера 5. Аналогичная конструкция буфера применяется на автомобиле "Пежо", только в несколько упрощенной конструкции самого резинового буфера. На рис.13,б резиновая опора 5 предназначена в основном для шумоизоляции, а упругий элемент 6 размещается на штоке амортизатора и передает при сжатии усилие через внутренний колпак опоры 5 на упор 4 и кузов. Такая конструкция увеличивает направляющую базу амортизатора и предотвращает возможность заклинивания штока.

Лекция 14, 15.

Рулевое управление

Подвеска — важная система, которая делает возможным движение автомобиля (ведь с ее помощью к автомобилю крепятся колеса), а заодно обеспечивает комфорт и безопасность пассажиров и грузов. Об устройстве подвески автомобиля, основных ее элементах и их назначении читайте в этой статье.

Назначение подвески автомобиля

Подвеска - одна из основных систем ходовой части автомобиля, она необходима для соединения кузова (или рамы) автомобиля с колесами. Подвеска выступает в качестве промежуточного звена между автомобилем и дорогой и решает несколько задач:

Передачу на раму или кузов сил и моментов, возникающих при взаимодействии колес с дорожным покрытием;
- Связь колес с кузовом или рамой;
- Обеспечивает необходимые для нормального движения положения колес относительно рамы или кузова и дороги;
- Обеспечивает приемлемую плавность хода, компенсирует неровности дорожного покрытия.

Так что подвеска автомобиля - это не просто набор компонентов для соединения колес и кузова или рамы, а сложная система, которая делает возможным нормальное и комфортное движение на автомобиле.

Общее устройство подвески автомобиля

Любая подвеска, независимо от своего типа и устройства, имеет ряд элементов, которые помогают решить описанные выше задачи. К основным элементам подвески относятся:

Направляющие элементы;
- Упругие элементы;
- Гасящие устройства;
- Опоры колес;
- Стабилизаторы поперечной устойчивости;
- Элементы крепления.

Нужно отметить, что далеко не в каждой подвеске есть отдельные детали, играющие роль того или иного элемента - зачастую одна деталь решает сразу несколько задач. Например, традиционная подвеска на рессорах в качестве направляющего и упругого элемента, а также в качестве гасящего устройства использует рессору. Пакет стальных пружинящих пластин одновременно обеспечивает нужное положение колеса, воспринимает возникающие при движении силы и моменты, а также служит амортизатором, сглаживающим неровности дороги.

О каждом элементе подвески нужно рассказать отдельно.

Направляющие элементы

Главная задача направляющих элементов - обеспечить необходимый характер перемещения колес относительно рамы или кузова. Кроме того, направляющие элементы воспринимают силы и моменты от колеса (преимущественно боковые и продольные) и передают их на кузов или раму. В качестве направляющих элементов в подвесках различных типов обычно используются рычаги той или иной конструкции.

Упругие элементы

Основное назначение упругих элементов - передача сил и моментов, направленных по вертикали. То есть упругие элементы воспринимают и передают на кузов или раму неровности дороги. Нужно отметить, что упругие элементы не гасят воспринимаемые нагрузки - напротив, они их накапливают и передают на кузов или раму с некоторой задержкой. В качестве упругих элементов могут выступать рессоры , витые пружины, торсионы, а также разнообразные резиновые буферы (которые чаще всего применяются совместно с упругими элементами других типов).

Гасящие устройства

Гасящее устройство выполняет важную функцию - оно гасит колебания рамы или кузова, вызванные наличием упругих элементов. Чаще всего в роли гасящих элементов выступают гидравлические амортизаторы, но на многих автомобилях находят применение также пневматические и гидропневматические устройства.

В большинстве современных легковых автомобилей упругий элемент и гасящее устройство объединены в единую конструкцию - так называемую стойку, которая состоит из гидравлического амортизатора и витой пружины.

Есть кузов и есть колеса. Возникает вопрос: как подсоединить колеса к кузову, чтобы была возможность управлять автомобилем, передавать непрерывно на ведущие колеса тягу от двигателя и в то же время комфортно преодолевать все неровности дорог с различными покрытиями и без этих самых покрытий? При этом связь колес с кузовом должна быть достаточно жесткой, чтобы автомобиль при выполнении каких-либо маневров просто-напросто не перевернулся. Ответ прост – установить колеса на промежуточное звено. В качестве такого звена используют подвеску.

Элементы подвески должны иметь как можно меньший вес и обеспечивать максимальную изоляцию от дорожных шумов. Помимо этого, следует отметить, что подвеска передает на кузов силы, возникающие при контакте колеса с дорогой, поэтому ее проектируют таким образом, что она обладает повышенной прочностью и долговечностью (смотрите рисунок 6.1).

Рисунок 6.1

В связи с высокими требованиями, предъявляемыми к подвеске, каждый из ее элементов должен проектироваться по определенным критериям, а именно: применяемые шарниры должны легко поворачиваться, но в то же время быть достаточно жесткими и вместе с тем обеспечивать шумоизоляцию кузова, рычаги должны передавать силы, возникающие при работе подвески во всех направлениях, а также воспринимать усилия, которые возникают при торможении и наборе скорости; при этом они не должны быть слишком тяжелыми или дорогими в изготовлении.

Устройство подвески

Составные части

Любая, какой бы она ни была, подвеска должна включать в себя следующие элементы:

• направляющие/связывающие элементы (рычаги, штанги);
• демпфирующие элементы (амортизаторы);
• упругие элементы (пружины, пневматические подушки).

О каждом из этих элементов мы поговорим ниже, так что не пугайтесь.

Классификация подвесок

Для начала давайте рассмотрим классификацию существующих типов подвесок, которые применяются на современных автомобилях. Итак, подвеска может быть зависимой и независимой . При использовании зависимой подвески, колеса одной оси автомобиля связаны, то есть при перемещении правого колеса начнет изменять свое положение и левое колесо, как это наглядно показано на рисунке 6.2. Если же подвеска независимая, то каждое колесо подсоединено к автомобилю отдельно (рисунок 6.3).

Подвески также классифицируют по количеству и расположению рычагов. Так, если в конструкции два рычага, то и подвеска называется двухрычажной . Если рычагов более двух, то подвеска - многорычажная . Если два рычага, к примеру, будут расположены поперек продольной оси автомобиля, то в названии появится дополнение - «с поперечным расположением рычагов» . Однако конструкций огромное множество, потому рычаги могут располагаться и вдоль продольной оси автомобиля, тогда в характеристиках напишут: «с продольным расположением рычагов» . А если не так и не этак, а под определенным углом к оси автомобиля, то говорят, что подвеска с «косыми рычагами» .

Интересно
Нельзя сказать, какая из подвесок лучше или хуже, все зависит от назначения автомобиля. Если это грузовик или самый брутальный внедорожник, то для простоты, жесткости и надежности конструкции незаменимой будет зависимая подвеска. Если же это легковой автомобиль, главными качествами которого являются комфорт и управляемость, то нет ничего лучше, чем подвешенные по отдельности колеса.

Рисунок 6.4

Подвески классифицируются и по типу применяемого демпфирующего элемента - амортизатора. Амортизаторы могут быть телескопическими (напоминают удочку «телескоп» или подзорную трубу), как на всех современных автомобилях, или рычажными , которых сейчас при всем желании не найдешь.

И последний признак, по которому подвески относят к разным классам, - это тип применяемого упругого элемента. Это может быть рессора, витая пружина, торсион (представляет собой стержень, один конец которого закреплен и никак не двигается на кузове, а второй конец подсоединен к рычагу подвески), пневматический элемент (основанный на способности воздуха сжиматься) или гидропневматический элемент (когда воздух выступает дуэтом с гидравлической жидкостью).

Итак, подведем итоги.
Подвески различают по следующим признакам:

• по конструкции: зависимая, независимая;
• по количеству и расположению рычагов: однорычажная, двухрычажная, многорычажная, с поперечным, продольным и косым расположением рычагов;
• по типу демпфирующего элемента: с телескопическим или рычажным амортизатором;
• по типу упругого элемента: рессорная, пружинная, торсионная, пневматическая, гидропневматическая.

В дополнение ко всему вышесказанному следует отметить, что подвески также различают и по управляемости, то есть по степени контролируемости состояния подвески: активные, полуактивные и пассивные.

Примечание
К активным относятся подвески, в которых может регулироваться жесткость амортизаторов, дорожный просвет, жесткость стабилизатора поперечной устойчивости. Управление такой подвеской может быть как полностью автоматическим, так и с возможностью ручного контроля.
Полуактивные - это подвески, возможности управления которыми ограничены корректировкой высоты дорожного просвета.
Пассивные (неактивные) – это обычные подвески, выполняющие свою роль в чистом виде.

Хочется еще сказать о подвесках с электронно-управляемыми амортизаторами, которые способны изменять свою жесткость в зависимости от дорожных условий. Наполнены данные амортизаторы не обычной, а специальной жидкостью, которая под воздействием электрического поля может изменять свою вязкость. Если упрощенно представить принцип действия, то получится следующее: когда тока нет, автомобиль очень мягко проезжает по всем неровностям, а после подведения тока по неровностям ехать будет не очень приятно, зато станет очень приятно управлять автомобилем на скоростных трассах и в поворотах.

Поворотный кулак и ступица колеса

Поворотный кулак

Поворотный кулак является связующим звеном между рычагами подвески и колесом. Схематическое изображение этой детали приведено на рисунке 6.4. В общем случае такую деталь называют цапфой. Однако, если цапфа установлена на подвеске с управляемыми колесами, то она называется поворотным кулаком. Если колеса не управляемые, то остается название «цапфа».

Если поворотный, значит поворачивается, участвует в процессе изменения направления движения. Именно к поворотному кулаку крепятся элементы рулевой трапеции или рулевые тяги (об этих элементах подробно описано в главе «Рулевое управление»). Поворотный кулак - массивная деталь, так как воспринимает все удары и вибрации от дороги.

Конструкция поворотных кулаков зависит от типа привода автомобиля. Так, если привод комбинированный (когда колеса и управляемые, и тяговые одновременно, что характерно для переднеприводных автомобилей), то поворотный кулак будет иметь сквозное отверстие для внешней части приводного вала, как показано на рисунке 6.4. Если же колеса только управляемые, то поворотный кулак будет иметь опорную ось с конусным сечением, как, например, показано на рисунке 6.7.

Ступица колеса

Ступица колеса (показана на рисунке 6.4) является связующим звеном между колесом и поворотным кулаком/цапфой. Поворотный кулак только передает усилия на элементы подвески, сам же не вращается. Для обеспечения свободного вращения колеса необходима ступица. На ступицу устанавливается тормозной диск (или тормозной барабан, о которых подробно сказано в главе «Тормозная система ».), к ней же крепится колесо, а ступица, в свою очередь, установлена в поворотный кулак в случае, показанном на рисунке 6.4, на подшипниках, обеспечивающих плавное вращение колеса.

Примечание
Тормозной диск конструктивно может быть выполнен как одно целое со ступицей колеса.
В зависимости от конструкции подшипники ступицы могут быть роликовыми или шариковыми.

Полезно знать
Всегда после снятия и установки ступицы или замены подшипников необходимо производить регулировку натяга (что это, смотрите в примечании ниже) подшипников ступицы.

Примечание
Если простым языком, то натяг - это усилие, с которым сжали подшипники ступицы при затягивании гайки крепления. Величина натяга влияет на силу сопротивления вращению колеса. Каждый производитель дает свои рекомендации по поводу величины усилия сопротивления вращению колеса. Поэтому при выполнении ремонтных работ, связанных со снятием ступицы, всегда интересуйтесь, выполняли или нет регулировку натяга подшипника ступицы колеса.

Направляющие/связывающие элементы

С помощью направляющих и связывающих элементов колесо крепится к кузову или подрамнику. Эти элементы крепления разделяются на рычаги и штанги. Штанга - это пустотелый профиль, обычно круглого сечения, реже - квадратного. По сути, это просто трубка с приваренными к обоим концам проушинами для установки в них резиновых втулок, с помощью которых выполняется крепление к кузову и поворотному кулаку или цапфе. Рычаги - конструктивно более сложные элементы. Они могут быть сварены из трубок (такая конструкция применяется, в основном, в спортивных автомобилях), отлиты, например, из алюминиевого сплава (чтобы были легче) или отштампованы из листового металла (чтобы были дешевле). Количество и расположение рычагов влияют на плавность хода и управляемость автомобиля.

Подвеска Мак-Ферсона

Пожалуй, одна из самых распространенных в настоящее время конструкций подвесок - со стойкой Мак-Ферсона (рисунок 6.5), она же «свеча» (самый яркий пример - это передняя подвеска у ВАЗ 2109 и ему подобных). Она отличается простотой конструкции, дешевизной, ремонтопригодностью (это значит, ремонтировать ее будет несложно) и относительной комфортностью. Так называемая амортизаторная стойка сверху крепится к кузову и имеет возможность вращаться в опоре, а снизу - к поворотному кулаку. Поворотный кулак, в свою очередь, подсоединен к нижнему поперечному рычагу подвески, который соединен с кузовом - все, кольцо сомкнулось. Иногда для придания дополнительной жесткости в конструкцию вводят продольную тягу, подсоединяя ее к поперечному рычагу (снова, как пример, ВАЗ 2109). На стойке есть плечо, к которому крепится рулевая тяга. Так, при управлении автомобилем вращается вся стойка, поворачивая колесо, не прекращая сжиматься и растягиваться, преодолевая неровности дорожного покрытия. Но следует обратить внимание и на недостатки однорычажной (а в описанном выше случае она именно однорычажная) подвески. Это «клевки» автомобиля при торможении и небольшая энергоемкость подвески.

Рисунок 6.5

Примечание
Под «клевком» понимают следующее: при интенсивном торможении вес автомобиля смещается в сторону передка, из-за этого передняя часть проседает, а после остановки резко возвращается в исходное положение, вот это характерное движение на грани встряски и называют «клевком». Энергоемкость подвески – это прочность всей конструкции, способность сопротивляться всем ударам и моментам, возникающим при этих ударах без пробоев.
Пробой подвески – замыкание, контакт металлических элементов подвески друг с другом с резко возрастающей ударной нагрузкой - обычно при наезде на дорожное препятствие внушительных размеров заявляет о себе характерным звонким металлическим звуком со стороны опоры (или опор) подвески.

Подвеска на двух поперечных рычагах

Чтобы избавиться от «клевков», улучшить управляемость и повысить энергоемкость, применяют одну из самых старых конструкций подвески, которая до наших времен дошла со значительными преобразованиями – подвеску на двух поперечных рычагах (пример которой приведен на рисунке 6.6).

Рисунок 6.6

В данной конструкции присутствует рычаг опорный (нижний) и рычаг направляющий (верхний), которые крепятся к поворотному кулаку. На опорный рычаг установлена нижняя часть амортизаторной стойки либо же отдельно пружина и отдельно амортизатор. Верхний рычаг выполняет функцию направления движения колеса в вертикальной плоскости, минимизируя его отклонения от вертикали. То, как установлены рычаги друг относительно друга, имеет непосредственное влияние на поведение автомобиля во время его движения. Обратите внимание на рисунок 6.6. Здесь верхний рычаг максимально отведен от нижнего рычага вверх. Чтобы уменьшить воздействие усилий на кузов автомобиля при работе подвески, пришлось удлинить поворотный кулак. К тому же, этот рычаг установлен под определенным углом к горизонтальной оси автомобиля во избежание пресловутых «клевков». Суть остается та же, а внешний вид, геометрические и кинематические параметры изменяются.

Примечание
Несмотря на все достоинства, один очень существенный недостаток в данной конструкции все же существует - это отклонение колеса от вертикальной оси при работе подвески. Решение вроде бы есть – удлинение рычагов, однако это хорошо, если автомобиль рамный, а вот если кузов несущий, то удлинять некуда - дальше моторный отсек. Вот и подходят к решению нестандартно: нижний рычаг стараются сделать как можно длиннее, а верхний установить как можно дальше от нижнего.
Следует отметить тот факт, что, если пружина и амортизатор или амортизаторная стойка своим нижним концом крепятся к верхнему рычагу (как в случае, изображенном на рисунке 6.7), то опорным становится именно верхний рычаг, нижний в таком случае переходит в разряд направляющих.

Рисунок 6.7

Многорычажные подвески

Когда ресурсы по развитию какого-либо одного плана решения проблемы исчерпываются, а цели не достигнуты, конструкцию приходится усложнять, несмотря на увеличение стоимости. Именно по такому пути пошли конструкторы при разработке многорычажной подвески. Да, она получилась дороже двух- или однорычажной, однако по итогу получили практически идеальное перемещение колеса - без отклонений в вертикальной плоскости, отсутствие эффекта подруливания при прохождении поворотов (об этом ниже) и стабильность.

Задняя полузависимая подвеска

Примечание
Практически все схемы, описанные выше, могут применяться и в конструкции задней подвески.

Это одно из самых простых, дешевых и надежных решений для задней подвески, однако не лишенное многих недостатков. Суть конструкции состоит в том, что два продольных рычага, на которые опираются пружины и амортизаторы, соединили балкой, как показано на рисунке 6.8. Частично подвеска получилась зависимой, поскольку колеса связаны между собой, однако за счет свойства балки колеса имеют возможность перемещаться друг относительно друга.

Рисунок 6.8

Демпфирующие элементы

Демпфирующие элементы - это элементы подвески, призванные гасить колебания подвески при движении автомобиля. А зачем гасить колебания? Упругий элемент подвески, каким бы он ни был, призван сводить на нет все ударные нагрузки, возникающие при наезде колеса на препятствия на дороге. Но будь то пружина или воздух в пневмоподушке, после сжатия или разжатия упругого элемента сразу последует возврат в исходное положение. Сожмите в руках любую пружинку, а потом отпустите ее, и она полетит настолько далеко, насколько позволят ей силы, возникшие при разжатии. Еще пример: возьмите обычный медицинский шприц, наберите в него чистого воздуха, зажмите выходное отверстие и попробуйте переместить поршень - он переместится, но до определенного момента (пока у вас сил хватит сжимать воздух), после отпускания штока воздух начнет расширяться, возвращая поршень в исходное положение. Так и в автомобиле: при наезде автомобиля на какое-либо препятствие пружина в подвеске сожмется, но потом под действием упругих сил начнет разжиматься. Поскольку автомобиль имеет определенную массу, то пружина, распрямляясь, вынуждена будет преодолевать инерцию автомобиля, что будет выражаться покачиванием с постепенным затуханием колебаний. Ввиду постоянных разнонаправленных перемещений подвески такое раскачивание недопустимо, так как в определенный момент может наступить резонанс, что в конечном итоге просто-напросто разрушит подвеску частично или полностью. Чтобы не допустить таких колебаний, в конструкцию подвески внедрили еще один элемент - амортизатор.

Принцип работы амортизатора прост. Попробуем объяснить это на примере того же шприца. Но в этот раз будем набирать в него, к примеру, воду. Скорость набора и слива жидкости в данном случае ограничена вязкостью воды и пропускной возможностью отверстия шприца.

В подвеске объединили амортизатор с пружиной (или другим упругим элементом) и получили отличный «механизм», в котором один элемент не позволяет раскачиваться, а второй воспринимает все нагрузки.

Ниже рассмотрим демпфирующие элементы подвески на примере телескопического амортизатора.

Самыми распространенными типами демпферов на легковых автомобилях являются двухтрубные и однотрубные газонаполненные амортизаторы.

Примечание
У любого амортизатора есть две важнейшие характеристики: сила сопротивления на отбой и на сжатие.

Интересно
Сила сопротивления амортизатора на сжатие меньше, чем сила сопротивления на отбой. Сделано это для того, чтобы при наезде на препятствие колесо как можно легче и быстрее переместилось вверх, а при проезде выбоины оно как можно медленнее опускалось в нее. Таким образом достигаются наилучшие показатели по комфорту езды.

Двухтрубные гидравлические амортизаторы

Название амортизатора данного типа говорит само за себя. Простейший вид амортизатора - это две трубы, внешняя и внутренняя (представлен на рисунке 6.9). Внешняя труба еще выполняет роль корпуса всего амортизатора и резервуара для рабочей жидкости. Внутренняя труба амортизатора называется цилиндром. Внутри цилиндра установлен поршень, выполненный как одно целое со штоком. В поршне есть отверстия, в которые установлены односторонние клапаны, часть клапанов направлена в одну сторону, остальные – в обратную. Одни клапаны называются компенсационными, другие – клапанами отбоя.

Рисунок 6.9

Примечание
Односторонний клапан - это клапан, открывающийся только в одном направлении.
Применительно к амортизатору клапаны называются клапанами отбоя и сжатия.
Отбой и сжатие - это растягивание и сжатие амортизатора соответственно.

Полость между цилиндром и корпусом называется компенсационной. Эта полость, а также цилиндр амортизатора заполнены рабочей жидкостью. Цилиндр с одной стороны имеет отверстие для штока поршня, а с другой стороны заглушен пластиной с отверстиями и односторонними клапанами в них - компенсационными и клапанами сжатия.

При перемещении поршня в цилиндре масло перетекает из полости под поршнем в полость над поршнем, при этом часть масла выдавливается через клапан, находящийся снизу цилиндра. Часть жидкости через клапаны сжатия перетекает во внешний компенсационный резервуар, где сжимает воздух, прежде находившийся под атмосферным давлением в верхней части корпуса амортизатора. Поскольку эта жидкость имеет определенную вязкость и текучесть, то быстрее, чем предопределено, процесс перетекания проходить не будет. То же самое, только в обратном направлении, происходит на ходе отбоя, когда поршень перемещается вверх. При этом задействуются компенсационные клапаны пластины цилиндра и клапаны отбоя в поршне.

Однако данная конструкция имеет один, но существенный недостаток: при длительной работе амортизатора рабочая жидкость нагревается, начинает смешиваться с воздухом в компенсационном резервуаре и вспенивается, в результате происходит потеря эффективности работы и выход из строя.

Двухтрубные газо-гидравлические амортизаторы

Чтобы решить проблему вспенивания рабочей жидкости в амортизаторе, решили в компенсационный резервуар вместо воздуха закачать инертный газ (обычно используют азот). Давление может колебаться от 4 до 20 атмосфер.

Принцип работы ничем не отличается от двухтрубного гидравлического амортизатора, с той лишь разницей, что рабочая жидкость не вспенивается так интенсивно.

Однотрубные газонаполненные амортизаторы

Отличительной особенностью данных амортизаторов от вышеупомянутых конструкций является то, что у них есть только одна труба - она выполняет роль и корпуса, и цилиндра. Устройство такого амортизатора отличается только тем, что в нем нет компенсационных клапанов (рисунок 6.10). В поршне есть клапаны отбоя и сжатия. Однако особенностью данной конструкции является плавающий поршень, отделяющий резервуар с рабочей жидкостью от камеры с газом, который закачан под очень высоким давлением (20–30 атмосфер).

Однако не стоит думать, что, если корпус не двойной, значит цена ниже. Так как всю работу выполняет только поршень, то львиную долю цены амортизатора составляет стоимость расчета и подбора поршня. Правда, результатом столь трудоемких работ является повышенная эффективность всех характеристик амортизатора.

Одно из преимуществ данной схемы состоит в том, что рабочая жидкость в амортизаторе значительно лучше охлаждается ввиду того, что в корпусе всего одна стенка. Следующими преимуществами можно назвать уменьшение массы и габаритов и возможность установки «вверх тормашками» - таким образом можно снизить величину неподрессоренных масс *.

Примечание
* Неподрессоренной массой является все, что находится между поверхностью дороги и элементами подвески. Углубляться в теорию подвески и колебаний не будем, скажем лишь, что, чем меньше неподрессоренная масса, тем меньше ее инерционность и тем быстрее колесо вернется в исходное положение после наезда на какое-либо препятствие.

Однако существуют и значительные недостатки газонаполненных амортизаторов, такие как:

• уязвимость для внешних повреждений: любая вмятина обернется заменой амортизатора;
• чувствительность к температуре: чем она выше, тем выше давление газового подпора и жестче работает амортизатор.

Упругие элементы

Пружины

Самым простым и часто используемым упругим элементом, применяемым в конструкции подвески, является пружина. В наиболее простом варианте используется цилиндрическая витая пружина, но, вследствие гонки за оптимизацией и улучшением эффективности работы подвески, пружины могут принимать самые разнообразные формы. Так, пружины могут быть бочкообразными, вогнутыми, конусообразными и с переменным диаметром сечения витка. Сделано это для того, чтобы характеристика жесткости пружины стала прогрессивной, то есть при увеличении степени сжатия упругого элемента должно увеличиваться и его сопротивление этому сжатию, причем функция зависимости должна быть нелинейной и непрерывно возрастающей. Пример графика зависимости возникающей жесткости от величины сжатия приведен на рисунке 6.12.

Бочкообразные пружины иногда называют «миниблоком» (пример таких пружин приведен на рисунке 6.13). Такие пружины при тех же характеристиках жесткости, что и у обычной цилиндрической пружины, имеют меньшие габаритные размеры. Также исключается контакт витков при полном сжатии пружины.

В обычных цилиндрических витых пружинах эта зависимость линейная. Чтобы как-то решить эту проблему, стали изменять сечение и шаг витка.

Изменяя форму пружины (рисунок 6.14), стараются приблизить жесткость к идеальной, ориентируясь по графику (рисунок 6.12).

Рессоры

Рессора - самый простой и древний вариант упругого элемента в подвесках автомобилей. Чего проще: взять несколько стальных листов, соединить их вместе и подвесить на них элементы подвески. К тому же, рессора обладает свойством гашения колебаний за счет трения между листами. Рессорная подвеска хороша для тяжелых внедорожников и пикапов, в отношении которых нет особых требований к комфорту передвижения, но есть высокие требования к грузоподъемности.

Также рессора до недавнего времени применялась и в таком автомобиле, как Chevrolet Corvett, правда, там она располагалась поперечно и была выполнена из композитного материала.

Рисунок 6.15

Торсион

Торсион - тип упругого элемента, который часто применяется для экономии места. Он представляет собой стержень, один конец которого подсоединен к рычагу подвески, а второй зажат с помощью кронштейна на кузове автомобиля. Когда рычаг подвески перемещается, этот стержень скручивается, выступая в роли упругого элемента. Основное преимущество заключается в простоте конструкции. К недостаткам можно отнести то, что торсион для нормальной работы должен быть достаточно длинным, но из-за этого возникают проблемы с его размещением. Если торсион расположен продольно, то он «съедает» место под кузовом или внутри него, если он поперечный - уменьшает параметры геометрической проходимости автомобиля.

Рисунок 6.16 Пример подвески с продольно расположенным торсионом (длинным стержнем, закрепленным спереди на рычаге, сзади – на поперечине кузова).

Пневматический элемент

По мере загрузки автомобиля ручной поклажей и пассажирами, задняя подвеска проседает, уменьшается дорожный просвет, возрастает вероятность пробоя подвески (о том, что это такое, мы говорили выше). Чтобы этого избежать, сначала решили заменить пружины задней подвески пневматическими элементами (пример такого элемента представлен на рисунке 6.17). Данные элементы представляют собой резиновые подушки, в которые закачан воздух. Если задняя подвеска нагружена, в пневматических элементах поднимается давление воздуха, положение кузова относительно поверхности и ход подвески остаются неизменными, вероятность замыкания элементов ходовой части сводится к минимуму.

Для расширения возможностей пневмоэлементов установили мощные компрессоры, электронный блок управления и предусмотрели возможность автоматического и ручного управления подвеской. Так получилась полуактивная подвеска, которая, в зависимости от режима движения и дорожной обстановки, автоматически изменяет величину дорожного просвета. После введения в конструкцию амортизаторов с изменяемой жесткостью на выходе получили активную подвеску.

Подрамник

Чтобы обеспечить шумо- и виброизоляцию детали подвески часто крепятся не к самому кузову, а к промежуточной поперечине или подрамнику (пример которого приведен на рисунке 6.18), образующему вместе с элементами подвески единую сборочную единицу. Такая конструкция упрощает сборку на конвейере (а значит, снижает себестоимость автомобиля), регулировочные работы и последующий ремонт.

Рисунок 6.19

Стабилизатор поперечной устойчивости

При прохождении поворотов автомобиль наклоняется в сторону, противоположную повороту, - на него действуют центробежные силы. Есть два пути минимизации данного эффекта: сделать очень жесткую подвеску или установить стержень, связывающий колеса одной оси, особым образом. Первый вариант интересен, но чтобы бороться с кренами автомобиля в поворотах, пришлось бы сделать очень жесткую подвеску, что свело бы на нет показатели комфорта автомобиля. Еще один вариант - установка активной подвески со сложным электронным управлением, которая в поворотах делала бы подвеску внешних колес более жесткой. Но этот вариант очень дорогостоящий. Потому пошли по простейшему пути – установили стержень, которым связали через стойки или напрямую рычаги подвесок колес с обеих сторон автомобиля (смотрите рисунок 6.19. Таким образом, при прохождении поворота, когда колеса, находящиеся с внешней стороны относительно центра поворота, поднимаются вверх (относительно кузова), стержень скручивается и как бы подтягивает к кузову внутреннее колесо, тем самым стабилизируя положение автомобиля. От этого и название - «стабилизатор поперечной устойчивости ».

Основными недостатками обычного стабилизатора поперечной устойчивости являются ухудшение плавности хода и снижение общего хода подвески из-за небольшой, но все таки связи между колесами одной оси. Первый недостаток бьет по автомобилям класса люкс, второй – по внедорожникам. В эпоху электроники и технологических прорывов конструкторы не могли не воспользоваться всеми возможностями инженерии, потому придумали и внедрили активный стабилизатор поперечной устойчивости, который состоит из двух частей – одна часть подсоединена к подвеске правого колеса, вторая - к подвеске левого колеса, а посредине два конца стержня стабилизатора зажимаются в гидравлическом или электромеханическом модуле, который имеет возможность скручивать ту или иную часть, повышая тем самым стабильность автомобиля, а когда автомобиль движется прямо, «распускает» эти два конца стержня, давая тем самым возможность каждому из колес вырабатывать отведенный им ход подвески.

Геометрическая проходимость автомобиля

Под геометрической проходимостью автомобиля понимают совокупность его параметров, влияющих на способность беспрепятственно передвигаться в тех или иных условиях. К таким параметрам относят высоту дорожного просвета автомобиля, углы съезда и въезда, угол рампы, величину свесов. Дорожный просвет или клиренс автомобиля - это высота от самой низкой точки кузова, узла (например, деталей подвески) или агрегата (к примеру, картера двигателя) машины до поверхности земли. Угол съезда и въезда - это параметры, определяющие возможность автомобиля взбираться на горку под определенным углом или съезжать с нее. Величина этих углов напрямую связана с другим параметром, входящим в понятие геометрической проходимости - длины переднего и заднего свесов. Как правило, если свесы короткие, то машина может иметь большие углы въезда и съезда, что помогает ей без труда взбираться на крутые горки и съезжать с них. В свою очередь, знать длину свесов важно, чтобы понимать, можно ли припарковать свое авто к тому или иному бордюру. Наконец, еще один параметр - угол рампы, зависящий от длины колесной базы и высоты кузова автомобиля над поверхностью. Если база длинна, а высота мала, то автомобиль не сможет преодолеть точку перехода из вертикальной плоскости в горизонтальную - проще говоря, машина, поднявшись на гору, не сможет перевалить через ее пик, и «сядет» на днище.