За что отвечает подвеска в автомобиле
Подвеска автомобиля. Изучаем… запоминаем…
Подвеска автомобиля представляет собой совокупность узлов и механизмов, при помощи которых осуществляется упругая взаимосвязь кузова (рамы) с колесами. За всю историю развития автомобилестроения, на легковых автомобилях применялись подвески различных типов. Сегодня наиболее распространенной подвеской является McPherson (МакФерсон).
Подвеска данного типа используется преимущественно для передних колес и устанавливается на многих легковых автомобилях и малых грузовиках. Для задних колес подвеска МакФерсон также используется, но реже. Подвеска МакФерсон представляет собой несколько видоизмененную систему на двух рычагах. Однако, в случае с МакФерсон, верхний рычаг отсутствует и его роль выполняет верхняя шарнирная опора стойки амортизатора, которая обычно размещена на крыле автомобиля. Данная подвеска устанавливается на автомобили бюджетного и среднего классов.
Для спортивных машин и автомобилей премиум-класса используются более совершенные типы подвесок. Система McPherson обязана широкому распространению благодаря ряду преимуществ: простое устройство; небольшие затраты на производство; прекрасная ремонтопригодность; разгрузка мест крепления к кузову за счет больших расстояний между верхней и нижней опорой; большой ход подвески.
Однако существуют и отрицательные черты у данной подвески: чрезмерно большой ход способствуют нежелательным, пусть и кратковременным изменениям угла развала колес автомобиля; требуется усиление кузова в месте крепления верхней опоры (опорного подшипника стойки); невозможность качественно шумоизолировать арку колеса; несколько худшие параметры в плане кинематики в целом. Тем не менее, низкая стоимость изготовления данной подвески и ремонтопригодность даже в условиях гаража позволяют не учитывать отрицательные черты.
Устройство подвески МакФерсон Подвеска типа МакФерсон имеет весьма простое устройство и состоит из следующих основных конструктивных элементов: подрамник; нижний поперечный рычаг; ступица и поворотный кулак колеса; шаровая опора поворотного кулака; стойка амортизатора; пружина; верхняя опора стойки амортизатора. Подрамник представляет собой основной элемент подвески.
Данный узел крепится непосредственно к кузову автомобиля при помощи сайлентблоков или жестким креплением. Крепление подрамника на сайлентблоках позволяет уменьшить передачу вибрации на кузов автомобиля. Стоит отметить, что подрамник, как отдельный конструктивный элемент, может отсутствовать. Нижние поперечные рычаги крепятся к подрамнику или непосредственно к силовому кузову автомобиля при помощи сайлентблоков.
Каждый из рычагов имеет по две точки опоры на кузове. На противоположном конце рычага закреплена шаровая опора поворотного кулака, которая обеспечивает подвижность во всех плоскостях последнего. Ступица и поворотный кулак предназначены для крепления колеса. За счет специального шарнирного соединения через шаровую опору с нижним рычагом и рулевой тягой, поворотный кулак обеспечивает поворот управляемых колес.
Верхней точкой крепления поворотного кулака является нижняя часть амортизаторной стойки. Амортизаторная стойка является связующим элементом между кузовом и поворотным кулаком. Нижняя часть стойки при помощи клеммового соединения закреплена в поворотном кулаке, а верхняя часть соединена с кузовом при помощи специального опорного подшипника. Опорный подшипник чаще всего представляет собой втулку из толстой резины, в которой закреплен шариковый подшипник.
Шток амортизаторной стойки крепится в шариковом подшипнике, а резиновая втулка компенсирует отклонения стойки при работе подвески. Помимо этого, на амортизаторной стойке крепится пружина подвески. Помимо основных конструктивных элементов, подвеска МакФерсон в различных вариациях может содержать дополнительные узлы, такие как стабилизаторы поперечной устойчивости, стойки стабилизатора и прочее.
Стабилизатор поперечной устойчивости может иметь различное конструктивное исполнение на разных автомобилях, однако предназначение его от этого не меняется. Стабилизатор крепится в двух точках к подрамнику или к кузову и соединен с амортизаторными стойками при помощи соединительных тяг с шарнирами или резинометаллическими втулками. Основным предназначением стабилизатора является снижение боковых кренов машины и противостояние продольным перемещениям поворотного кулака или ступицы.
Подвеска автомобиля устройство, виды
Чтобы начать говорить о подвеске, нужно сначала разобраться с тем, что именно называют подвеской, а главное, какие требования к ней предъявляют.
Подвеской в автомобиле называют совокупность устройств и механизмов, благодаря которым обеспечивается упругая связь между всей несущей системой и колесами автомобиля (мостами), уменьшение
динамических нагрузок, которые приходятся на колеса транспорта и всю несущую систему, включая затухание их колебаний. Кроме того подвеска регулирует положения кузова Вашего транспортного средства во время движения. Подвеска, которая является, по сути, промежуточным звеном между дорогой и кузовом автомобиля, должна быть легкой, а также обеспечивать комфортное и безопасное передвижение. Что бы этого достичь, нужна высокая информативность не только рулевого, а и всего комплекса управления, а так же точная кинематика колес, и хорошая изоляция кузова автомобиля от шума дороги и шума от покачивания радиальных шин, особенно в случае низкопрофильности. Кроме того, нужно не забывать, что силы, возникающие в результате контакта колес с дорогой, подвеска передает на кузов, поэтому она обязана быть достаточно прочной и долговечной. Используемые шарниры должны быть мало податливыми, легко поворачиваться, и обеспечивать всему кузову надежную шумоизоляцию. Рычаги подвески должны передавать возникающие силы почти во всех возможных направлениях, в том числе тормозные и тяговые моменты, и при этом должны быть не очень тяжелыми.
При эффективном использовании материалов упругие элементы конструкции должны быть как можно компактнее, проще, и обеспечивать достаточный ход подвески.
Перечислим основные требования, которые предъявляют к подвеске:
1. характеристика упругости подвески обязательно должна обеспечивать отсутствие ударов во время хода, достаточно высокий уровень плавности хода, кроме того противодействовать «клевкам» во время торможения и в момент разгона автомобиля;
2. кинематическая система автомобиля должна обеспечить благоприятные условия для небольших изменений колеи и углов установки колес, так же соответствие колесной кинематики и рулевого привода, что позволит исключить лишнее движение управляемых колес, вокруг оси своего поворота;
3. надежная передача продольных и поперечных моментов и усилий от колес кузову или раме;
4. небольшая масса всех без исключения частей подвески, в особенности ее неподрессоренных частей;
5. оптимальный уровень затухания колебаний, как колес автомобиля, так и кузова в целом;
6. достаточная долговечность и прочность всех деталей подвески, а особенно ее упругих элементов, которые относятся к тем частям подвески, которые несут наибольшую нагрузку.
Подвесок существует много, и всех их можно классифицировать по таким характеристикам как тип направляющего аппарата (зависимые и независимые), а также тип ее упругих элементов (рессорные, торсионные, пружинные, пневматические и т.д.). Каждому типу подвески характерны как плюсы, так и минусы.
Зависимая подвеска стоит куда меньше, проще, у нее постоянная колея, однако ее балка является не подрессоренной, в связи с этим данную подвеску нельзя назвать легкой. Кроме того, при обратных ходах левого и правого колес одной оси, можно наблюдать их значительный наклон, вследствие, чего появляется эффект автоколебания колес, который еще называют «эффектом шимми». Независимым типам подвесок свойственно намного больше преимуществ, и именно поэтому в современном мире их можно встретить куда чаще. Их различия кроются в количестве рычагов: однорычажные, двухрычажные, многорычажные и свечные. А также в расположении плоскости качения колес подвеска может быть продольной, поперечной, диагональной, а так же на косых рычагах.
Кроме того необходимо выделить в отдельный класс еще так называемую полузависимую подвеску. Более точным ее названием является: подвеска с закручивающейся балкой. Как правило, это задняя подвеска, которая характерна переднеприводным автомобилям. В качестве примера можно взять всю подобную продукцию АвтоВАЗа.
Подробнее охарактеризуем два основных типа передних подвесок, которые используются в автомобилях отечественного производителя.
Подвеска типа «МакФерсон». Впервые такую подвеску применили в 1965 году на автомобилях «Пежо-204», через год ее начали ставить на автомобили марки Форд, а в 1969 году на модели «Фиат-128». Более активно эту подвеску начали использовать в начале 70-х годов.
Сейчас практически все новые автомобили с передним приводом оснащены такой подвеской. Благодаря некоторым своим преимуществам она смогла занять достойное место и в автомобилях с другим типом привода. Небольшие затраты на изготовление, малый объем занимаемого пространства (что давало большее пространство под капотом и, как следствие, возможность использовать двигатель большего объема), возможность произведения больших ходов подвески, достаточно большое расстояние по высоте между опорными узлами, которое позволяет определить образование меньших по величине сил в местах крепления к кузову, являются, основными преимуществами и причиной того, что большая часть крупносерийных автомобилей, которые появляются в последнее время, имеют на переднем мосту такую подвеску. К недостаткам этой подвески можно отнести чуть худшие параметры кинематики, чем у подвески на двойных поперечных рычагах, слишком длинные рулевые тяги при наличии верхнего расположения рулевого реечного механизма, немного большие сложности, связанные с обеспечением шумо- и виброизоляции, меньшая компенсация продольного крена во время торможения, и большие изнашивающие нагрузки, которые возникают между направляющей и штоком.
Подвеска с двойными поперечными рычагами. В механизме данной подвески имеются два поперечных рычага, у которых на раме или кузове есть поворотные опоры. Наружные концы рычагов — если это передняя подвеска — соединяются шаровыми шарнирами с кулаком или поворотной цапфой.
Чем больше будет расстояние между осевыми рычагами, тем меньше будут силы, которые действуют в рычагах и их опорах, то есть точнее кинематика и меньше податливость всех деталей и подвески. Главным плюсом подвески на двойных осевых рычагах являются ее кинематические свойства: двустороннее расположение рычагов позволяет определить высоту, продольного, и центра поперечного крена.
Помимо того, за счет разной длины нижнего и верхнего рычагов, возможно, оказывать влияние на перемещения колес автомобиля, относительно углов, при ходах отбоя и сжатия, т. е. на изменение развала колес и, и вместе с этим, на изменение самой колеи. В случае с более короткими верхними рычагами при ходе отбоя наклоняются в сторону положительного развала, а при ходе сжатия – по направлению отрицательного. Это помогает противодействовать изменению развала, который обусловлен креном кузова на бок. Кроме того, меняя угол плоскости колебания нижнего рычага относительно верхнего, можно добиться, так называемого, антиклевковкового эффекта.
Чаще всего оценивая подвеску автомобиля, обязательно обращайте внимание на комфортность, устойчивость и управляемость. Большей части водителей вообще не важно, какая подвеска стоит на их автомобилях, количество на ней рычагов, и тем более не важно, на какой оси находится центр крена кузова.
Что необходимо знать каждому о подвеске.
При введении в подвеску упругого элемента (пружины или рессоры) толчок на кузов значительно смягчается, но вследствие инерции кузова колебательный процесс затягивается во времени, делая управление автомобилем трудным, а движение опасным. Автомобиль с такой подвеской раскачивается во всевозможных направлениях, и высока вероятность «пробоя» при резонансе (когда толчок от дороги совпадает со сжатием подвески в течение затянувшегося колебательного процесса).
В современных подвесках, во избежание вышеперечисленных явлений, наряду с упругим элементом используют демпфирующий элемент — амортизатор. Он контролирует упругость пружины, поглощая большую часть энергии колебаний. При проезде неровности пружина, как и в предыдущем случае, сжимается. Когда же, после сжатия, она начнёт расширяться, стремясь превзойти свою нормальную длину, большую часть энергии зарождающегося колебания поглотит амортизатор. Продолжительность колебаний до возвращения пружины в исходное положение при этом уменьшится до 0,5-1,5 циклов.
Надёжный контакт колеса с дорогой обеспечивается не только шинами, основными упругими и демпфирующими элементами подвески (пружина, амортизатор), но и её дополнительными упругими элементами (буферы сжатия, резинометаллические шарниры), а также тщательным согласованием всех элементов между собой и с кинематикой направляющих элементов.
Таким образом, чтобы Ваш автомобиль «парил» над дорогой, между кузовом и дорожным полотном должны быть:
шины
основные упругие элементы
дополнительные упругие элементы
направляющие устройства подвесок
демпфирующие элементы.
Шины первыми в автомобиле воспринимают неровности дороги и, насколько это возможно, в силу их ограниченной упругости, смягчают колебания от микропрофиля дороги. Шины могут служить индикатором исправности подвески: быстрый и неравномерный (пятнами) износ шин свидетельствует о снижении сил сопротивления амортизаторов ниже допустимого предела.
Основные упругие элементы (пружины, рессоры) удерживают кузов автомобиля на одном уровне, обеспечивая упругую связь автомобиля с дорогой. В процессе эксплуатации упругость пружин меняется вследствие старения металла или из-за постоянной перегрузки, что приводит к ухудшению характеристик автомобиля: уменьшается высота дорожного просвета, изменяются углы установки колёс, нарушается симметричность нагрузки на колёса. Пружины, а не амортизаторы удерживают вес автомобиля. Если дорожный просвет уменьшился и автомобиль «просел» без нагрузки, значит, пришло время менять пружины.
Дополнительные упругие элементы (резинометаллические шарниры или сайлент-блоки, буферы сжатия) отвечают за подавление высокочастотных колебаний и вибраций от соприкосновения металлических деталей. Без них срок службы элементов подвески резко сокращается (в частности, в амортизаторах: из-за усталостного износа клапанных пружин). Регулярно проверяйте состояние резинометаллических соединений подвески. Поддерживая их работоспособность, Вы увеличите срок службы амортизаторов.
Направляющие устройства (системы рычагов, рессоры или торсионы) обеспечивают кинематику перемещения колеса относительно кузова. Задача этих устройств в том, чтобы сохранять плоскость вращения колеса (двигающегося вверх при сжатии подвески и вниз — при отбое) в положении, близком к вертикальному, т.е. перпендикулярно дорожному полотну. Если геометрия направляющего устройства нарушена, поведение автомобиля резко ухудшается, а износ шин и всех деталей подвески, в том числе и амортизаторов, значительно ускоряется.
Отдельное внимание стоит уделить подвеске McPherson: во-первых, такая подвеска получила исключительное распространение на переднеприводных автомобилях, а во-вторых, в этой подвеске амортизатор играет роль направляющего элемента и нагружен боковыми силами.
Демпфирующий элемент гасит колебания кузова, вызванные неровностями дороги и инерционными силами, а следовательно, уменьшает их влияние на пассажиров и груз. Он также препятствует колебаниям неподрессоренных масс (мосты, балки, колёса, шины, оси, ступицы, рычаги, колёсные тормозные механизмы) относительно кузова, улучшая тем самым контакт колеса с дорогой.
Амортизаторы, как демпфирующий элемент современной подвески, получили наибольшее распространение в силу сочетания эффективности в работе, надёжности и технологичности изготовления. Основной функцией амортизатора является обеспечение надёжного контакта колеса с дорогой, комфорта и безопасности. Для выполнения своей функции амортизатор должен поглощать определённое количество энергии колебаний, и если точнее, то не поглощать, а преобразовывать её в тепловую. Количество поглощаемой энергии зависит от массы автомобиля, жёсткости пружины и частоты колебаний.
Работа гидравлического и гидропневматического амортизаторов основывается на двух основных свойствах жидкости: её несжимаемости и вязкости. Все производимые в мире амортизаторы делятся на две группы: гидравлические (или масляные) и гидропневматические (или газонаполненные)
Принцип работы гидравлического амортизатора достаточно прост. В рабочем цилиндре, заполненном специальной гидравлической жидкостью, перемещается шток с поршнем, имеющим точно калиброванную систему клапанов. Рабочие характеристики подбираются индивидуально для наилучшего гашения колебаний подвески каждого автомобиля.
Поясним формирование гидравлической характеристики амортизатора:
Если все клапаны «намертво» закрыты, а прохождение гидравлической жидкости происходит только через обходной канал в поршне, получится абсолютно жёсткая линейная характеристика. Если включить в работу клапаны сообщения с компенсационной камерой — характеристика станет «мягче». Несимметричность объясняется тем, что клапан, открывающийся на «сжатии», имеет большее проходное сечение, чем клапан, работающий на «отбое».
Если задействовать основные клапаны, расположенные в поршне, форма характеристики уже нелинейна и, по мере открытия клапанов и увеличения общего проходного сечения каналов, становится всё менее «жёсткой».
Назначение, устройство и виды подвесок автомобиля
Подвеска автомобиля представляет собой совокупность элементов, обеспечивающих упругую связь между кузовом (рамой) и колесами (мостами) автомобиля. Главным образом подвеска предназначена для снижения интенсивности вибрации и динамических нагрузок (ударов, толчков), действующих на человека, перевозимый груз или элементы конструкции автомобиля при его движении по неровной дороге. В то же время она должна обеспечивать постоянный контакт колеса с дорожной поверхностью и эффективно передавать ведущее усилие и тормозную силу без отклонения колес от соответствующего положения. Правильная работа подвески делает управление автомобилем комфортным и безопасным. Несмотря на кажущуюся простоту, подвеска является одной из важнейших систем современного автомобиля и за историю своего существования претерпела значительные изменения и усовершенствования.
История появления
Попытки сделать передвижение транспортного средства мягче и комфортнее предпринимались еще в каретах. Изначально оси колес жестко крепились к корпусу, и каждая неровность дороги передавалась сидящим внутри пассажирам. Повысить уровень комфорта могли лишь мягкие подушки на сиденьях.
Первым способом создать упругую “прослойку” между колесами и кузовом кареты стало применение эллиптических рессор. Позже данное решение было позаимствовано и для автомобиля. Однако рессора уже стала полуэллиптической и могла устанавливаться поперечно. Автомобиль с такой подвеской плохо управлялся даже на небольшой скорости. Поэтому вскоре рессоры стали устанавливать продольно на каждое колесо.
Развитие автомобилестроения повлекло и эволюцию подвески. В настоящее время насчитываются десятки их разновидностей.
Основные функции и характеристики подвески автомобиля
У каждой подвески существуют свои особенности и рабочие качества, которые напрямую влияют на управляемость, комфорт и безопасность пассажиров. Однако любая подвеска вне зависимости от своего типа должна выполнять следующие функции:
Жесткая подвеска автомобиля подходит для динамичной езды, при которой требуется мгновенная и точная реакция на действия водителя. Она обеспечивает небольшой дорожный просвет, максимальную устойчивость, сопротивляемость крену и раскачиванию кузова. Применяется в основном на спортивных автомобилях.
В большинстве легковых авто применяется мягкая подвеска. Она максимально сглаживает неровности, однако делает автомобиль несколько валким и хуже управляемым. Если требуется регулируемая жесткость, на автомобиль монтируется винтовая подвеска. Она представляет собой стойки-амортизаторы с изменяемой силой натяжения пружины.
Ход подвески – расстояние от крайнего верхнего положения колеса при сжатии до крайнего нижнего при вывешивании колес. Ход подвески во многом определяет “внедорожные” возможности автомобиля. Чем больше его величина, тем большее препятствие можно преодолеть без удара об ограничитель или без провисания ведущих колес.
Устройство подвески
Любая подвеска автомобиля состоит из следующих основных элементов:
Классификация подвесок
В основном подвески подразделяются на два больших типа: зависимые и независимые. Данная классификация определяется кинематической схемой направляющего устройства подвески.
Зависимая подвеска
Колеса жестко связаны посредством балки или неразрезного моста. Вертикальное положение пары колес относительно общей оси не изменяется, передние колеса – поворотные. Устройство задней подвески аналогичное. Бывает рессорная, пружинная или пневматическая. В случае установки пружин или пневмобаллонов необходимо применение специальных тяг для фиксирования мостов от перемещения.
Независимая подвеска
Колеса могут изменять вертикальное положение относительно друг друга, оставаясь в той же плоскости.
Полузависимая подвеска или торсионная балка – это промежуточное решение между зависимой и независимой подвеской. Колеса по прежнему остаются связанными, однако существует возможность их небольшого перемещения относительно друг друга. Данное свойство обеспечивается за счет упругих свойств П-образной балки, соединяющей колеса. Такая подвеска в основном применяется в качестве задней подвески бюджетных автомобилей.
Виды независимых подвесок
МакФерсон
Подвеска McPherson – самая распространенная подвеска передней оси современных автомобилей. Нижний рычаг соединен со ступицей посредством шаровой опоры. В зависимости от его конфигурации может применяться продольная реактивная тяга. К ступичному узлу крепится амортизационная стойка с пружиной, ее верхняя опора закрепляется на кузове.
Поперечная тяга, закрепленная на кузове и соединяющая оба рычага, является стабилизатором, противодействует крену автомобиля. Нижнее шаровое соединение и подшипник чашки стойки-амортизатора дают возможность для поворота колеса.
Детали задней подвески выполнены по тому же принципу, отличие заключается лишь в отсутствии возможности поворота колес. Нижний рычаг заменен на продольные и поперечные тяги, фиксирующие ступицу.
Двухрычажная передняя подвеска
Более эффективная и сложная конструкция. Верхней точкой крепления ступицы выступает второй поперечный рычаг. В качестве упругого элемента может использоваться пружина или торсион. Задняя подвеска имеет аналогичное строение. Подобная схема подвески обеспечивает лучшую управляемость автомобиля.
Пневматическая подвеска
Роль пружин в этой подвеске выполняют пневмобаллоны со сжатым воздухом. При пневматической подвеске есть возможность регулировки высоты кузова. Также она улучшает показатели плавности хода. Используется на автомобилях класса люкс.
Гидравлическая подвеска
Амортизаторы подключены к единому замкнутому контуру с гидравлической жидкостью. Гидравлическая подвеска дает возможность регулировать жесткость и высоту дорожного просвета. При наличии в автомобиле управляющей электроники, а также функции адаптивной подвески она самостоятельно подстраивается под условия дороги и вождения.
Спортивные независимые подвески
Винтовая подвеска, или койловеры – амортизационные стойки с возможностью настройки жесткости прямо на автомобиле. Благодаря резьбовому соединению нижнего упора пружины можно регулировать ее высоту, а также величину дорожного просвета.
Подвески типа push-rod и pull-rod
Данные устройства разрабатывались для гоночных автомобилей с открытыми колесами. В основе – двухрычажная схема. Основная особенность заключается в том, что демпфирующие элементы расположены внутри кузова. Конструкция данных типов подвески очень схожа, отличие заключается лишь в расположении воспринимающих нагрузку элементов.
Спортивная подвеска push-rod: воспринимающий нагрузку элемент – толкатель, работает на сжатие.
Спортивная подвеска pull-rod: воспринимающий нагрузку элемент работает на растяжение.
Такая конструкция снижает центр тяжести и обеспечивает лучшую устойчивость автомобиля. Подвеска pull-rod имеет более низкий центр тяжести, чем push-rod. Однако на практике их общая эффективность примерно одинакова.