Подвески соединяют колесо с рамой и являются очень важной составляющей в устройстве автомобиля. Все подвески имеют свои положительные характеристики и недостатки. Некоторые до сих пор широко используются, а другие уже давно не актуальны. Рассмотрим виды и характеристики подвесок.
История создания
Всемирно известная схема подвески была изобретена в 19 веке, а ее создателем является Альберт Де Дион, автомобильный гений из Франции. Этот человек чрезвычайно любил машиностроение и был не прочь прокатиться, что называется, «с ветерком». К сожалению, подтвержденных фактов его биографии очень мало.
Большинство из них противоречивы: одни источники утверждают, что он лично участвовал в разработке новой конструкции и самостоятельно руководил каждым этапом производственного процесса, другие – что он мало знал об автомобилестроении, поэтому только финансировал этот проект.
Так или иначе, компания, возглавляемая Де Дионом, очень скоро представила миру революционное устройство, после того как он познакомился с инженером Жоржем Бутоном и механиком Трепарду.
Граф заинтересовался паровым двигателем, который изобрел Бад и финансировал его работу. Таким образом, в результате тесного сотрудничества родилась четырехколесная конструкция с однотипной подвеской.
Автомобиль, выпущенный в 1902 году для маркиза Жюля-Альбера де Диона
Стремление повысить ездовой комфорт вполне очевидно, особенно учитывая состояние дорог Франции того времени. Первая паровая повозка, которую вел граф, буквально развалилась на глазах, так как мостовые того периода не были приспособлены для движения таким образом и состояли в основном из булыжников и камней.
Условия требовали технической модернизации — так появилось решение соединить ведущие колеса с балкой и закрепить коробку передач в кузове. Этот способ оказался очень удачным, но его практически не использовали, так как материалы XIX века не позволяли добиться необходимой прочности.
Самой основной функцией подвески является
1. Соединение колеса с рамой или кузовом.
2. Подвеска обеспечивает необходимую плавность хода и необходимый ход (движение) колес по отношению к несущей части автомобиля.
3. Передача моментов и сил, возникающая при взаимодействии колес и дороги, на несущую часть машины.
Основные свойства подвески
1. Направляющие, благодаря которым устанавливается характер движения колес.
2. Упругость – восприятие и направление вертикальных сил реакции, возникающих при неровностях дороги.
3. Амортизация: необходима для компенсации вибраций несущей части автомобиля, возникающих из-за плохих дорожных условий.
Устройство подвески автомобиля
В конструкцию входят следующие элементы:
- Эластичные приспособления. Снимают нагрузки с дороги при проезде неровностей, выбоин, минимизируют динамические нагрузки, вертикальные ускорения, смягчают неровности, защищают кузов от «копирования» дорожных неровностей, отскоков неровностей, обеспечивают плавность хода автомобиля (лучший вариант – вибрации 1- 1,3 Гц). Популярными упругими элементами являются винтовые пружины, торсионы.
- Элементы амортизатора представлены различными типами амортизаторов: пневматическими, газомасляными, масляными, магнитными. Поглотите толчок, не дайте удару пройти через тело.
- Гиды. Они обеспечивают правильное положение колесной базы при выполнении маневров при движении по прямой дороге и при прохождении поворотов. Роль направляющих выполняют рычаги, поперечные тяги.
- Анти-ролл-бар. Защищает автомобиль от падения на бок при прохождении поворотов.
- Кронштейны амортизаторов, рычаги, стабилизатор поперечной устойчивости. Упругие вставки гасят вибрации и колебания, передающиеся в самом УМ от одного узла к другому. Если вставка из полиуретана, то это хорошее состояние, которое предотвращает «сдавливание» и нежелательную деформацию всей подвески.
- Шарикоподшипники. Рычаг РА соединен со ступицей (центральной вращающейся частью) колеса. Если шаровая опора вышла из строя, то во время движения колеса могут начать выворачиваться наружу и машина начнет заваливаться на одно из крыльев.
- Сайлентблоки. Металлические втулки с резиновой или полиуретановой вставкой, образующие петли.
Какие подвески бывают
По конструктивным характеристикам подвеску принято делить на 3 типа: зависимая, независимая и полунезависимая подвеска.
Зависимая подвеска
Он предполагает жесткую связь противоположных колес, при которой движение одного колеса в поперечной плоскости влечет за собой движение другого. Мостовая конструкция автомобиля включает в себя жесткую балку, заставляющую колеса двигаться параллельно. Первоначально в качестве направляющих и упругих элементов использовались рессоры, но в современных автомобилях поперечина, соединяющая колеса, фиксируется двумя продольными рычагами и поперечиной.
Преимущества:
- бюджетный
- легкость конструкции
- высокий центр крена
- постоянство развала и колеи
Иными словами, на ровной поверхности вне зависимости от раскачки угол наклона колес относительно дороги не меняется, и автомобиль имеет наилучшее сцепление с дорожным покрытием. На плохой дороге, к сожалению, это преимущество теряется, так как выход из строя одного колеса приводит к выходу из строя второго, в результате чего ухудшается сцепление с дорогой.
Конструкция очень проста и надежна, поэтому широко применяется для грузовых и автомобильных задних мостов.
Разновидности зависимых подвесок
Зависимая подвеска бывает двух видов: подвеска с продольными рессорами и подвеска с направляющими рычагами.
Подвеска на продольных рессорах
Шасси состоит из жесткой балки (моста), которая подвешена на двух продольных рессорах. Пружина представляет собой упругий элемент подвески, состоящий из прикрепленных металлических листов. Мост и пружины соединяются специальными хомутами.
В подвеске этого типа пружина выполняет еще и роль направляющего устройства, т.е обеспечивает определенное перемещение колеса по отношению к кузову. Несмотря на то, что зависимая рессорная подвеска известна давно, она не потеряла своей актуальности и до сих пор успешно применяется в современных автомобилях.
Подвеска с направляющими рычагами
Зависимая подвеска этого типа дополнительно состоит из четырех диагональных стержней или трех-четырех продольных стержней (рычагов) и поперечного стержня, называемого «стержнем Панара». Каждый рычаг крепится к кузову автомобиля и к жесткой балке.
Эти вспомогательные элементы предназначены для предотвращения поперечного и продольного перемещения вала. Также имеется демпфирующее устройство (амортизатор) и упругие элементы, роль которых в этом типе зависимой подвески выполняют пружины. Рычажная подвеска широко используется в современных автомобилях.
Отдельно стоит упомянуть балансирную подвеску — зависимый тип подвески, имеющий продольную связь между колесами. В нем колеса, расположенные с одной стороны автомобиля, соединены продольными реактивными тягами и многолистовой рессорой.
Влияние неровностей дороги на балансирную подвеску уменьшают не только упругие элементы (пружины), но и качающиеся балансиры. Перераспределение нагрузки позволяет улучшить плавность хода автомобиля.
Полунезависимая
Он включает в себя жесткую балку, которая поддерживается торсионами в корпусе. Такая конструкция делает подвеску относительно независимой от кузова. Например, можно изучить подвеску переднеприводного автомобиля ВАЗ.
Независимая подвеска
Практически на всех новых автомобилях на переднюю ось устанавливается независимая подвеска. Начиная с моделей С-класса задняя ось оснащена такой же конструкцией.
Независимые подвески популярны в легковых автомобилях из-за их высокой эффективности и улучшенных ходовых качеств. Нахождение в кабине при управлении автомобилем с независимой подвеской делает неровности дороги менее заметными. Даже резкие неровности значительно сглаживаются, когда колесо попадает в выбоину.
Такая подвеска повышает безопасность за счет минимизации крена автомобиля при значительном изменении положения оси. Улучшенная управляемость по сравнению с автомобилями с зависимой подвеской. Достигается более совершенное сцепление с дорогой, что имеет значение, особенно на высокой скорости.
Он предполагает автономную работу каждого колеса. Их движения независимы друг от друга, что обезопасить более плавную езду. Независимая подвеска может быть как передней, так и задней, и в свою очередь обычно делится на:
- Подвеска с качающимися полуосями: основным конструктивным элементом являются полуоси. При наезде на неровности колесо всегда будет сохранять перпендикулярное положение по отношению к оси оси.
- Подвеска с косыми рычагами: оси поворота рычагов расположены под косым углом. К преимуществам данного типа устройства можно отнести уменьшение колебаний колесной базы и крена автомобиля при прохождении поворотов.
- Подвеска на продольных рычагах — самый простой тип среди независимых. Каждое колесо поддерживается рычагом, поглощающим боковые и продольные силы. Обычно рычаг крепится к корпусу шарнирами и очень стабилен. Минус такой подвески в том, что при прохождении поворотов колеса наклоняются вместе с кузовом, создавая большой крен.
- С продольными и поперечными рычагами. Этот тип подвески технически сложен и громоздок, поэтому не очень популярен (использовался в таких марках, как Rover, Glas и т.д.).
- С двойным тормозом и поперечным рычагом.
- Подвеска торсионная: включает в свою конструкцию два продольных рычага и торсионную балку с торсионом. Применяется на задней оси переднеприводных автомобилей, в современном автомоделировании, в основном на недорогих китайских моделях. Преимущество – надежность и простота, а недостаток – излишняя жесткость, что лишает комфорта пассажиров заднего ряда.
- Подвеска со стойками MacPherson является наиболее распространенной конструкцией передней подвески современных автомобилей. Это связано с небольшой шириной, легкостью и простотой конструкции. Однако у такой подвески есть и существенный недостаток – высокое трение в стойке амортизатора и, как следствие, снижение фильтрации дорожного шума и выбоин.
- Гидропневматическая и пневматическая подвеска. Роль упругих элементов выполняют пневмоцилиндры и гидропневмоэлементы, объединенные в одно целое с системой гидроусилителя руля и гидравлической тормозной системой.
- Адаптивная подвеска отличается тем, что степень демпфирования амортизаторов меняется в зависимости от качества дороги, параметров движения и запросов водителя. В результате повышается маневренность и безопасность.
Преимущества независимого типа подвески:
- хорошая устойчивость по продольной оси автомобиля;
- высокий уровень управляемости;
- качественное сцепление с дорогой;
- высокий комфорт вождения.
Среди недостатков данного типа можно выделить следующие факторы:
- дорогое обслуживание и ремонт;
- ограниченный ход рычагов, что уменьшает дорожный просвет;
- большое количество узлов, что делает подвеску более подверженной поломкам и неисправностям;
- требуется профессиональное обслуживание для профилактического обслуживания и ремонта.
Технические нюансы
А теперь обратимся к технической стороне вопроса и разберемся с устройством зависимой системы, а также ее разновидностями. К таким типам подвесок относятся:
- на продольных рессорах (пружинах);
- с направляющими рычагами (зависимая пружина);
- подвеска Де Дион.
Первый вариант — один из самых старых. Эта конструкция состоит из мостовой балки, соединяющей два колеса, а также двух продольных рессор, на которых она установлена.
Пружина в этом варианте выступает в роли универсального упругого элемента: воспринимает нагрузки в вертикальной и поперечной плоскостях, а также гасит колебания кузова. Конечно, большого комфорта при работе подвески такой системы добиться не удастся, к тому же проблемы с управляемостью начинают проявляться на высоких скоростях.
Более совершенной и современной можно назвать конструкцию с направляющими рычагами. Вариантов по количеству рычагов и их конфигурации множество: это и подвеска со стержнем Панара, и с механизмом Уатта или Скотта-Рассела. По сравнению с пружинными системами эти системы имеют гораздо лучшую управляемость и поведение на поворотах. Основным упругим элементом здесь является пружина, а помогает ей амортизатор.
Что касается дисквалификации де Диона, то здесь есть нюанс. Дело в том, что эту систему нельзя назвать полностью зависимой из-за хитрого расположения элементов, что связано с тем, что она разрабатывалась для задней оси заднеприводных автомобилей. В ней разнесены дифференциал и балка, соединяющая колеса.
Дифференциал жестко связан с кузовом автомобиля, и вращение от него на колеса передается через колеблющиеся карданные валы.
По мнению специалистов, подвеска De Dion по многим параметрам превосходит лучшие образцы самостоятельных конструкций, а единственный ее крупный недостаток – цена, из-за чего ее нечасто можно встретить, да и то в основном на спортивных автомобилях.
Подвеска на продольных рычагах
Существует два типа независимой подвески на продольных рычагах. В первых в качестве упругих элементов используются пружины, а во вторых торсионы. Колеса автомобиля прикреплены к продольным рычагам, которые, в свою очередь, подвижно шарнирно прикреплены к раме или кузову. Такая подвеска нашла свое применение на многих французских переднеприводных автомобилях выпуска 70-80-х годов, а также на скутерах и мотоциклах.
Среди достоинств такой конструкции также можно назвать простое устройство, недорогое изготовление, обслуживание и ремонт, а также возможность сделать пол автомобиля абсолютно ровным. Недостатков у него гораздо больше: во время движения значительно меняется колесная база, а в поворотах автомобиль сильно кренится, а значит, и управляемость далека от идеала.
Подвеска адаптивная и «De Dion»
Обе конструкции являются вариантами подвесок других легковых автомобилей. Особенностью варианта De Dion является редуктор главной передачи заднего моста, установленный отдельно от поперечины и других частей шасси. Элемент трансмиссии прикручен к кузову собственными креплениями, а полуоси от него соединены со ступицами колес.
Такое техническое решение позволяет полностью разгрузить заднюю подвеску автомобиля и улучшить условия ее работы. Производители вводят отдельный редуктор вместе с балочной или многорычажной системой.
Идея адаптивной подвески заключается в том, чтобы автоматически подстраиваться под дорожные условия, нагрузку автомобиля, скорость и т д. Для этого традиционную конструкцию дополняют следующими элементами:
- электронный блок управления;
- пневмоцилиндры вместо пружин;
- активные амортизаторы;
- регулируемый стабилизатор;
- набор датчиков.
Ориентируясь на сигналы датчиков, контроллер блока управляет работой стоек и стабилизатора, а также регулирует величину клиренса.
Адаптивная схема достаточно дорогая, но самая эффективная из всех видов подвесок. Сильфоны изменения высоты также используются в подвеске грузовых автомобилей.
Конструкция с двумя рычагами
Двухрычажная независимая подвеска автомобиля также используется на передней оси и отличается от предыдущей конструкции следующими особенностями:
- Амортизатор и пружина не составляют единого блока, хотя первый интегрирован во второй. Детали крепятся отдельно: рамка на шарнире корпуса, а пружина просто упирается в стекло.
- Добавлен верхний рычаг с шаровым шарниром, прикрепленным болтами к поворотному кулаку. Длина элемента меньше длины нижнего рычага, так как он крепится к лонжерону изнутри колесной арки.
- Рулевое колесо поворачивается той же рулевой тягой, но за счет двух шарикоподшипников, установленных на концах рычагов.
- Полка с пружиной проходит через технологическое отверстие верхнего плеча и крепится к нижнему. Следовательно, упругие элементы не вращаются вместе с вращающимся колесом, верхний опорный подшипник отсутствует.
В остальном подвеска идентична стойкам МакФерсона: под ней находится подрамник, соединенный с поперечными рычагами и стабилизатором поперечной устойчивости. В некоторых случаях последний прикручивается не к передней балке, а непосредственно к кузовным деталям.
Благодаря конструктивным особенностям все динамические и статические нагрузки равномерно распределяются на все элементы подвески: пружины, амортизаторы, рычаги и стабилизатор. В результате срок службы рамы и других деталей значительно увеличивается. Подвеска намного «мягче» и надежнее стойки McPherson, поэтому с успехом применяется в автомобилях премиум-класса и внедорожниках.
Понятно, что двухрычажная подвеска дороже и сложнее в ремонте. Но «колдовать» с ним нужно реже, так как детали изнашиваются равномерно.
Подвеска на двойных поперечных рычагах
Устройство независимой подвески этого типа следующее: с обеих сторон автомобиля поперечно расположены два рычага, которые с одной стороны подвижно связаны с кузовом, поперечиной или рамой, а с другой – со стойкой амортизатора. Если это передняя подвеска, то стойка поворотная, с шаровыми опорами, имеющими две степени свободы, если задняя подвеска, то стойка неподвижная, с шаровыми опорами, имеющими одну степень свободы.
Используются различные упругие элементы:
- витые пружины;
- торсионы;
- пружины;
- гидропневматические элементы;
- пневматические цилиндры.
Во многих автомобилях элементы подвески крепятся к поперечине, жестко соединенной с кузовом. Это значит, что вы можете снять всю конструкцию как отдельный блок и провести ремонт в более удобных условиях.
Также производитель имеет возможность выбрать наиболее оптимальный способ размещения рычагов, тем самым жестко задав требуемые параметры. Это обеспечивает хорошую управляемость. По этой причине подвеска на двойных поперечных рычагах используется в гоночных автомобилях. С точки зрения кинематики у этой подвески нет недостатков.
Упругие элементы подвески
Витые пружины
Основная задача рессор – поддерживать вес автомобиля, гасить вибрации и удары от дороги и поддерживать достаточный дорожный просвет.
На городские автомобили ставят стандартные пружины средней жесткости.
Усиленные рессоры с повышенной жесткостью — элементы задней подвески автомобиля. Их активно монтируют на автомобили, имеющие значительные весовые нагрузки на заднюю ось. Это грузовики, автомобили с прицепом.
Некоторые автомобили могут быть оснащены рессорами с переменным сечением стержня, с переменной жесткостью. Благодаря им автомобиль легко адаптируется к любой дорожной ситуации.
Большинство пружин изготавливают в печах из подпружиненных стальных стержней кручения. При деформации материал может вернуться в исходное положение. Пружины изготовлены из круглых стержней. Он может быть бочкообразным, коническим, цилиндрическим. Для гоночных автомобилей производятся пружины из углеродного волокна.
Торсионы
Они представляют собой упругие металлические стержни круглого сечения. На концах они имеют пазовое соединение. Отлично работает на скручивание. Обеспечивают упругую связь между колесом и кузовом при перемещении колес.
Чаще всего они устанавливаются на независимые подвески на многоосных автомобилях. Крепится одним концом к корпусу, другим — к рычагу.
Торсионы являются общими компонентами передней системы громкой связи на рамных внедорожниках RENAULT KANGOO, Iveco Daily, MERCEDES-BENZ и грузовых фургонах.
Рессоры
Пружины: упругие полиамидные элементы из металла. Эффективен при передаче нагрузки с кузова на шасси (колеса, гусеницы). Они могут быть одинарными или состоять из нескольких листов.
Один из первых типов эластичных элементов PA. Изначально они активно присутствовали как в легковых, так и в грузовых автомобилях. В странах СНГ владельцы автомобилей «Москвич» и «Волга» хорошо знакомы с рессорами в составе подвески».
Сейчас рессоры ставятся на коммерческие автомобили, в основном большегрузные, строительную технику с двумя задними мостами.
Отказ от рессор производителями легковых автомобилей и интерес к ним производителей большегрузных автомобилей связан с тем, что основным недостатком большинства рессор является невозможность гарантировать плавный ход на хорошем полотне (это связано с высоким трением в составные части этого типа устройства), это наиболее надежное решение, когда необходимо удержать кузов загруженного автомобиля на определенной высоте, чтобы гарантировать безопасность движения большегрузного транспорта.
И пока одни производители говорят, что пружины ушли в прошлое, другие удивляются новым решениям: пружины с графитовым покрытием (значительно снижает трение), дробеструйная обработка.
Какую выбрать
Какую подвеску предпочитаете? Мягкую или жесткую? Ответим очень просто: ту, которая нравится вам, но при этом разработчики оснастили им данную модель автомобиля. Выбирайте свой автомобиль при покупке по шкале Hard-Soft и не пытайтесь улучшить дизайн после покупки. Амортизаторы разных производителей имеют разную репутацию на рынке: одни жестче, другие мягче. Но производитель никогда не скажет вам об этом прямо. На коробке будет указано, подходит ли этот амортизатор к вашему автомобилю или нет.
Еще одним способом допустимого незначительного изменения жесткости подвески автомобиля является установка шин с более высоким или более низким профилем, чем допустимый производителем диапазон.
Вывод
Каждый тип подвески нашел свою нишу и хорошо себя там чувствует, и продолжает постепенно развиваться. Пожалуй, специалисты в области двигателей внутреннего сгорания окажутся не у дел раньше, чем водители подвески! А если серьезно, то пневмоподвеска считается самой совершенной. До сих пор его недостатком является сложность конструкции и цена. Но со временем, если ничего нового не изобретут, будущее за независимой пневмоподвеской. И старайтесь содержать подвеску в хорошем состоянии. Не стоит ездить с пустыми амортизаторами, погнутыми рычагами и пружиной, которая «просто сорвала виток с края».