Статья "Современные подвески авто"

БПОУ ОО «Орловский технологический колледж»

Современные автомобильные подвески

(Материал по самообразованию педагога)

Автор:

Преподаватель Колупаев Дмитрий Васильевич

Орёл-2016

Секреты подвески автомобиля

Одним из основных элементов автомобиля является его подвеска. Она является связующим звеном между кузовом или рамой автомобиля и дорогой. За время развития автомобильной промышленности подвеска претерпела множество конструктивных изменений, направленных на улучшение управляемости машиной и комфорта для пассажиров. Сегодня мы расскажем о существующих видах подвесок, и о том, какие функции они выполняют.

История изобретения подвески

Первым автомобилям «повезло», что у них были предшественники в виде карет. Именно на этих повозках, движущей силой которых были лошади, а затем – паровые двигатели, инженеры совершенствовали конструкции, которые через много лет «перекочевали» на машины. Уже на первых автомобилях появилась рессорная подвеска, которая выполняла несколько довольно важных функций. Во-первых, она связывала кузов машины с дорогой. Во-вторых, подвеска обеспечивала передачу через колеса сил от дороги на несущую систему. И, наконец, в-третьих, она отвечает за плавность движения автомобиля, а также регулирует необходимое перемещение колес относительно кузова машины.

Ford Model T Landaulet ’1909. Каретообразный автомобиль

Подвески, которые были «унаследованы» от карет, имели рессорное строение и относились к классу зависимых – то есть, оба колеса на одной оси имели жесткую связку между собой, что отражалось на плавности движения не самым лучшим образом. Затем из конструкции подвесок инженеры начали изымать рессоры, и добавлять рычаги. Но сама конструкция при этом оставалась зависимой. Впрочем, рычажная подвеска уже отличалась более прогрессивными характеристиками, что не преминуло сказаться на плавности хода автомобилей. Настоящий комфорт водители почувствовали, когда автомобильные конструкторы изобрели независимую подвеску, в которой оба колеса одной оси не были жестко связаны между собой. Вершиной эволюции подвесок стала так называемая активная конструкция, при которой водитель или бортовой компьютер автомобиля может изменять параметры подвески в зависимости от скорости движения автомобиля и качества дорожного покрытия.

Устройство и основные параметры подвесок

Подвеска представляет собой сложную конструкцию, в которой выделяют три группы деталей. Первая группа – упругие элементы, воспринимающие и передающие адекватные силы реакции дорожного покрытия, которые возникают, когда колеса машины наезжают на разного рода препятствия. Вторая группа – направляюще элементы, передающие боковые и продольные силы и их моменты, а также определяют характер перемещения колес и их связи друг с другом и с рамой или кузовом. Третья группа – амортизаторы, детали подвески, отвечающие за поглощение колебаний, которые через колеса передаются от неровностей дорожного полотна на элементы подвески. Нередко в различных типах подвески (например, рессорной), один элемент может выполнять функции как первой, так и второй группы, а иногда даже всех трех групп сразу.

Схема подвески автомобиля

Чтобы оптимально настроить подвеску для определенного типа дорожного покрытия (например, для российских дорог), инженеры используют несколько параметров.

Чтобы правильно выставить переднюю и заднюю подвески автомобиля необходимо знать параметры его колеи (поперечное расстояние между колесами одной оси) и колесной базы (продольное расстояние между передней и задней осей). Также важны знания центров поперечного (воображаемая точка, проходящая через центры колес в вертикальной плоскости, которая остается неподвижной при любом крене авто) и продольного (воображаемая точка, проходящая через центры колес, которая остается неподвижно при разгоне и торможении авто) кренов, оси кренов и их расположения по отношению к центру тяжести автомобиля. В случае с поперечным центром крена, чем ближе он к центру тяжести, тем меньше машина кренится в поворотах на скорости. В случае же с продольным центром крена, то чем ближе он к центру тяжести, тем меньше кузов машины наклоняется вперед или назад при торможении и разгоне соответственно. Помимо этих характеристик, на правильность настройки подвески влияют углы установки колес, а также значение подрессоренных и не подрессоренных масс.

Типы и виды подвесок

Все подвески по характеру работы их конструктивных элементов делятся на два типа – зависимые и независимые. О том, что они собой представляют, мы указывали выше.

Зависимые подвески, в свою очередь, делятся на четыре вида. Остановимся на каждом из них подробнее.

Первым видом зависимой автомобильной подвески стала подвеска на поперечных рессорах. Именно она была заимствована у карет. Конструкция этой подвески проста: неразрезная балка моста, над которой крепится полуэллиптической формы поперечная рессора. Когда в конструкцию подвески добавили редуктор, она приобрела форму буквы Л. Чтобы сделать рессоры менее податливыми, инженера внесли в конструкцию подвески такие элементы как продольные реактивные тяги.

Ford Model T Runabout ’1912

Такую подвеску имели самые первые автомобили, например Ford T. К достоинствам подвески на поперечных рессорах можно отнести дешевизну производства (и, как следствие, ремонта и обслуживания) и простоту устройства. К недостаткам – особенности конструкции (увеличенная податливость при кренах в продольном направлении, при которых угол поворота моста мог резко измениться при наезде на препятствие), что сказывалось на управляемости автомобилем. Еще одним минусом такой подвески была ее недолговечность, особенно при использовании автомобиля на дорогах с плохим покрытием.

Вторым видом зависимой подвески стала конструкция на продольных рессорах. Устройство ее тоже не отличалось сложностью: пара продольных рессор, и на них подвешена балка моста. Причем, в зависимости от конструкции, балка моста могла находиться как над рессорами (характерно для легковых автомобилей), так и под ними (характерно для грузовых автомобилей).

Схема зависимой подвески на продольных рессорах

В силу своего устройства рессора на свою переднюю часть принимает боковые и продольные силы реакции от дорожного полотна, выступая, тем самым, своеобразным рычагом подвески. Рессора в этом виде подвески многолистовая, в ней различают коренные, подкоренные, внутренние листы. Коренный лист крепится своими концами к другим частям подвески. Сами рессоры, к слову, бывают разного строения: эллиптические, полуэллиптические, 3/4 –эллиптические, 1/4 –эллиптические, кантилеверные и балансирные. Подвеска с продольными рессорами ставилась и ставится на многие автомобили – Chevrolet, Chrysler, Volvo, Dodge и так далее. К достоинствам такой подвески относится ее простота (ее характеристики, в частности, способность принимать различные типы усилий, позволяют обойтись без многих деталей – реактивные тяги, рычаги и так далее), относительная дешевизна, возможность варьирования жесткости (путем подбора листов рессор различной длины и толщины). Кроме того, опять же из-за особенностей конструкции, такая подвеска отличается долговечностью, высокой грузоподъемностью и плавностью хода. К недостаткам подвески на продольных рессорах можно отнести слабое противодействие продольным и боковым силам при движении на высокой скорости, что приводит к ухудшению управляемости автомобилем.

Третий вид зависимой подвески – подвеска с направляемыми рычагами. В зависимости от количества рычагов, такие подвески бывают двух, трех, четырех и пятирычажные. Самая распространенная в настоящее время – пятирычажная зависимая подвеска с тягой Панара (поперечный рычаг). Устанавливается эта подвеска на множество современных легковых автомобилей, в числе которых – Fiat, Volvo, Kia, Hyundai. Рычаги такого вида подвески с одной стороны крепятся к раме или кузову автомобиля, а со второй – к балке моста. В конструкции таких подвесок присутствуют амортизаторы, которые гасят неровности дорожного покрытия.

Зависимая подвеска с направляющими рычагами.

Различают подвески с тягой Панара (бывают разрезными и сплошными), с механизмом Ватта (есть вертикальный рычаг, который компенсирует колебания от воздействия боковых и вертикальных сил) и механизмом Скотта-Рассела (есть длинный и короткий рычаги, которые соединены таким образом, что позволяют улучшить курсовую устойчивость машины). К плюсам такой подвески можно отнести надежность конструкции, плавность хода. К минусам – сложность конструкции, дороговизну обслуживания и ремонта.

Четвертый вид – подвеска «Де-Дион», являющаяся промежуточной между зависимыми и независимыми подвесками. Особенность конструкции этой подвески (наличие подпружиненной неразрезной балки, отсутствие, за исключением ступиц колес и самих колес, неподрессоренных масс) позволяет применять ее только на задних ведущих мостах автомобиля.

Схема подвески Де-дион

Устанавливалась такая подвеска на модели Alfa Romeo, Fiat, Mercedes-Benzб Smart. Плюс такой подвески – самая лучшая среди перечисленных выше плавность хода. Минус – дисбаланс при разгоне и торможении, высокая стоимость производства, ремонта и обслуживания.

Секреты подвески автомобиля. Часть 2.

В первой части материала мы рассказали о существующих видах подвесок, и подробно остановились на видах зависимой подвески. Сегодня же мы поведаем о видах независимой подвески.

Итак, видов независимых подвесок – девять, причем, у двух из них есть по несколько разновидностей.

Первый вид подвески такого типа – с качающимися полуосями. Уже из самого названия понятно, что основными элементами конструкции такой подвески выступают полуоси. На их внутренних концах имеются шарниры, при помощи которых полуоси прикреплены к главной передаче с дифференциалом. Внешние концы полуосей прочно сочленены с колесами. Упругими элементами в таких подвесках служат рессоры или пружины. Особенность этой конструкции независимой подвески в том, что при наезде на препятствие колесо всегда сохраняет свое перпендикулярное размещение относительно полуоси, а силы реакции дороги гасят сами полуоси и их шарниры.

Двухшарнирная подвеска с качающимися полуосями.

В некоторых подвидах такой независимой подвески используются поперечные или продольные рычаги, которые играют роль «гасителей» сил реакции дороги. Как правило, конструкцию такой подвески применяли на заднем мосту для заднеприводных автомобилей. Такие подвески устанавливались на автомобили марок Ford, Mercedes-Benz и Chevrolet середины ХХ века. В СССР подобная подвеска устанавливалась на автомобили ЗАЗ. К достоинствам подвески с качающимися полуосями относят простоту конструкции, дешевизну обслуживания и ремонта. К недостаткам – большие колебания колеи и развала при наезде на препятствия. Эти недостатки особенно проявлялись при езде со скоростью свыше 60 км/час, что негативно влияло на управляемость автомобилем.

Второй вид независимой подвески – на продольных рычагах. Эта подвеска имеет два подвида: пружинный (упругие элементы – пружины) и торсионный (упругие элементы – торсионы). Особенность конструкции подвески заключается в расположении колес на продольных рычагах, которые подвижно прикреплены к кузову или раме автомобиля. Такой вид подвески устанавливался на задние мосты автомобилей марок Citroen, Austin, на мотороллеры и небольшие прицепы.

Независимая подвеска на продольных рычагах

Плюсами такого типа подвески являются простота ее конструкции, которая, в свою очередь (особенно в торсионном подвиде), позволяла сделать пол автомобиля плоским, и дешевизна изготовления, ремонта и обслуживания. Минусов у нее больше: значительные изменения параметров колесной базы при движении, большие крены в поворотах (из-за низкого центра крена).

Третий вид независимой подвески – на косых рычагах. По своей конструкции она напоминает подвеску на продольных рычагах, с тем отличием, что в ней оси качания рычагов находятся под косым углом. Она, в свою очередь, делится на два подвида: с одношарнирными полуосями с диагональными рычагами (расположены под углом 45 градусов) и двухшарнирными полуосями с косыми рычагами (шарниры расположены с обоих концов полуосей). Этот вид подвески в основном устанавливался на заднюю ось (на авто такие марок как Ford, Mercedes-Benz, Opel, Porsche, Fiat и ЗАЗ), с подвеской на косых рычагах на передней оси изготавливался Trabant. Преимуществами такой подвески, по сравнению с подвеской на продольных рычагах, являлось уменьшение колебаний параметров колесной базы, кренов автомобиля в повороте. К недостаткам этого вида подвески относится сильное изменение схождения и развала колес, высокий центр крена (для подвида с одношарнирными полуосями).

Четвертый вид независимой подвески – на продольных и поперечных рычагах. В конструкции этой подвески используется направляющая стойка, в которой, чтобы разгрузить брызговик крыла, применяется продольный рычаг, принимающий на себя верхние опорные усилия. Этот вид подвески громоздок, сложен в конструкционном плане, а потому непопулярен. Такую подвеску имели автомобили марки Rover, Glas. Как таковых преимуществ у подвески на продольных и поперечных рычагах мало: это большое расстояние по высоте межу опорными узлами (уменьшает влияние сил на крепления подвески к кузову) и вариативность конструктивных ходов подвески. К недостаткам относят сложность конструкции (большое количество деталей – шарниров, рычагов), большие габариты, плохие параметры кинематики (значительное изменение угла развала при больших ходах подвески).

Пятый вид независимой подвески – на двойных продольных рычагах. Особенность ее конструкции в том, что с каждой стороны у оси есть два продольных рычага, которые объединяются расположенными поперечно торсионами, играющими роль упругих элементов подвески. Как правило, такая подвеска устанавливалась на переднюю ось заднемоторных автомобилей марки Volkswagen и Porsche начала — середины ХХ века. Плюсы такой подвески: компактность, возможность вынесения вперед передней части кузова автомобиля (что положительно сказывалось на комфорте водителя и переднего пассажира). Минусы: изменение параметров колесной базы при наезде на препятствия, большая масса рычагов (увеличивает вес авто).

Шестой вид подвески – на двойных поперечных рычагах. Она, в зависимости от используемых упругих элементов, делится на пять подвидов: пружинный, торсионный, рессорный, гидропневматический и пневматический. Общность этой конструкции для всех подвидов заключается в наличии поперечных рычагов, которые своими внутренними концами подвижно сочленены с кузовом или рамой машины, а внутренними – с поворотной (для передней подвески, с шаровыми шарнирами с двумя степенями свободы) и неповоротной (для задней подвески, с цилиндрическими шарнирами с одной степенью свободы) стойкой. Верхний рычаг в такой подвеске короче, чем нижний, располагаться они могут как параллельно друг другу, так и под некоторым углом.

Пружинная подвеска на двойных поперечных рычагах в своей конструкции имеет витые пружины, играющие роль упругого элемента.

Схема подвески на двойных поперечных рычагах

Они располагаются между поперечными рычагами, либо над верхним рычагом с упором на брызговик крыла. Такую конструкцию подвески имеют автомобили марки Jaguar.

Торсионная подвеска на двойных поперечных рычагах в качестве упругого элемента имеет продольные торсионы, крепящиеся к нижним рычагам. В этом подвиде подвески они могут крепиться как продольно, так и поперечно. С такой подвеской производились автомобили марок Packard, Chrysler, Fiat, Simka и ЗИЛ.

Рессорная подвеска в качестве упругого элемента использует рессоры, которые располагаются поперечно двойным рычагам.

Рессорная подвеска

На автомобили устанавливались подвески с одной, двумя, четырьмя рессорами, которые крепились в одной либо двух точках. Также в первой половине ХХ века производились автомобили, которые имели четыре полурессоры (по две с каждой стороны борта), располагавшиеся поперечно. Рессорную конструкцию подвески имели автомобили Tatra, Fiat, Ford, Autobianci, Chevrolet, Lancia, Packard.

В гидропневматическом и пневматическом подвиде независимой подвески на двойных поперечных рычагах роль упругих элементов играют пневматические баллоны или гидропневматические элементы, объединенные в одно целое с системой гидроусилителя руля и гидравлической системой тормозов. Пневматическую подвеску на двойных поперечных рычагах имели автомобили марок Mercedes-Benz, Austin, а гидропневматические подвески были распространены у моделей компании Citroen.

Подвеска на двойных рычагах

Преимущества независимой подвески на двойных поперечных рычагах выражаются в конструкционном и функциональном аспектах. Конструкция такой подвески уникальна тем, что все ее элементы могут крепиться к специальной поперечине, которая жестко вмонтирована в кузов или раму. Таким образом, при ремонте эту подвеску можно снять полностью как отдельный агрегат для ремонта или замены. Функциональное преимущество заключается в том, что выбирая определенную геометрию размещения рычагов, можно жестко задать любые необходимые установочные параметры подвески. Это способствует высокой степени управляемости автомобилем, из-за чего подвески с двойными поперечными рычагами зачастую используют в спортивных автомобилях.

Седьмой вид независимой подвески – «свечная». Она стала конструкционным предтечей подвески МакФерсона. В конструкции этого вида подвески применяется жесткая рама, на которую насажен поворотный кулак. Сверху он подпирается пружиной или рессорой. При наезде на препятствие поворотный кулак скользит по раме вверх и вниз, обеспечивая подрессоривание. Сегодня эту подвеску имеют только спортивные автомобили компании Morgan, наиболее широкой распространение такой вид имел в начале ХХ века. К плюсам этой подвески можно отнести простоту и компактность конструкции, небольшой вес, высокую надежность. К минусам – большие продольные колебания.

Восьмой вид независимой подвески – подвеска МакФерсона. В ее конструкции используются амортизационные стойки, а упругим элементом выступает витая пружина.

Подвеска МакФерсон (McPherson)

Устанавливается преимущественно на переднюю ось. Более подробно конструкцию, плюсы и минусы этой подвески мы рассмотрим в отдельном материале. Устанавливается подвеска МакФерсон на большинстве современных легковых автомобилей.

Девятый вид независимой (полузависимой) подвески – торсионно-рычажная, сочетающая в своей конструкции два продольных рычага и торсионную скручиваемую балку. Этот вид подвески использовался на задней оси переднеприводных автомобилей. Разработали торсионно-рычажную подвеску в компании Audi, на моделях которой она устанавливалась в 1970-90-х годах.

Торсионно-рычажная (полузависимая)

Сегодня такую подвеску изредка используют на бюджетных моделях китайские компании. К преимуществам такой подвески относится их долговечность и надежность, относительная простота конструкции. К минусам – жесткость, что сказывается на комфорте пассажиров заднего ряда автомобиля, предрасположенность к кренам в повороте (из-за низкого расположения центра крена).

Автомобильная подвеска, виды и функции

Подвеска современного автомобиля является краеугольным камнем всей конструкции машины. От того, какая именно конструкция и архитектура подвески применена на вашем авто во многом зависит управляемость, стабильность на высокой скорости, грузоподъемность, комфорт, проходимость и целый ряд других эксплуатационных характеристик автомобиля.
Предлагаем вниманию наших читателей цикл познавательных справочных статей обо всех разновидностях подвески.
Независимая подвеска и ее виды:

• независимая на стойках MacPherson;
• независимая подвеска с двойными поперечными рычагами;
• независимая подвеска на продольных и косых рычагах;
• независимая подвеска на качающихся полуосях;
• независимая подвеска на двойных поперечных рессорах;
• свечная независимая подвеска.

Зависимая подвеска и ее разновидности:

• подвеска на поперечной рессоре;
• подвеска с продольными рессорами;
• подвеска с направляющими рычагами;
• подвеска Де Дион.

Полузависимая подвеска:

• торсионно-рычажная;
• подвеска с дышлом;
• подвеска на связанных рычагах;
• торсионная подвеска.

Автомобильная подвеска представляет собой систему специальных устройств, которые упруго связывают между собой раму или кузов с колесами или мостами машины. Они же помогают снизить динамические нагрузки на кузов и колеса, нивелировать их колебания, а также плавно удерживать кузов движущегося автомобиля в нормальном положении. Таким образом, подвеска выполняет тройную функцию – она обеспечивает комфортную мягкость, точность управления автомобилем и безопасность его движения.

Подвеска – это проводник от кузова к дорожному покрытию, поэтому она должна быть легкой, но в то же время обеспечивающей безопасное и комфортное движение. Это достигается точной кинематикой колес, повышенной информативностью управления и изолированностью кузова автомобиля от дорожного шума и отдачи от жесткого качения низкопрофильных радиальных шин. Прочность и долговечность – тоже немаловажные характеристики подвески, ведь именно она пропускает через себя силы, образуемые колесами в контакте с дорожным покрытием, передавая их кузову. Шарниры должны поворачиваться без усилия, не быть податливыми и изолировать кузов от лишнего шума. Рычаги должны обладать передаточными свойствами во всех возможных направлениях и при этом не быть громоздкими. Упругие детали подвески должны быть компактными, но при этом не ограничивающими ее свободный ход.

Качества, которыми должна обладать подвеска:

• упругость, обеспечивающая плавность хода и не допускающая ударных нагрузок на ограничители хода, не позволяющая кузову крениться на поворотах и клевать при разгонах и торможениях;
• оптимальность кинематической схемы, которая создаст условия для минимального изменения углов наклона колес и их колеи при установке, обеспечит синхронность взаимодействия колес и рулевого управления, не допустив ни малейшего колебания управляемых колес в направлении поворотов;
• оптимальность времени затухания колебаний, испытываемых колесами и кузовом;
• надежность и четкость передачи всех моментов и усилий от колес раме или кузову;
• небольшой вес деталей подвески, особенно ее неподрессоренной части;
• высокая прочность и долгий срок службы упругих элементов, которые наиболее подвержены нагрузкам.

Подвески различают по многим признакам. Например, по типу упругих элементов они есть рессорные, пружинные, торсионные, пневматические и прочие. По типу направляющей – зависимые и независимые. Последние, в свою очередь, могут быть по способу расположения плоскости качения колес поперечными, продольными, на косых рычагах и диагональными. А по количеству рычагов – одно-, двух-, многорычажными или свечными. Особняком стоит так называемая полузависимая подвеска. Все виды и типы подвесок имеют свои достоинства и недостатки. Например, зависимые подвески имеют простые и дешевые конструкции, не изменяют колею. В то же время, балка неподрессоренная, поэтому имеет немалую массу. Немаловажно и то, что при противоположном ходе колес одной оси слева и справа они значительно наклоняются, в результате чего возникает так называемый эффект «шимми» — автоколебание колес. Независимые подвески более совершенны, поэтому пользуются в настоящее время гораздо большей популярностью.

Загрузка. Пожалуйста, подождите...

Виды автомобильной подвески