Виды и конструкция подвесок автомобиля

На идеальной дороге подвеска не нужна. Но реальные транспортные магистрали в разной степени представляют собой комплекс неровностей, поэтому для обеспечения комфорта пассажиров, а также сохранности грузов и самого автомобиля, пришлось ввести упругие элементы между кузовом и колёсами. Но и абсолютная плавность тут неуместна, что хорошо видно по транспорту на воздушной подушке. Автомобиль должен быстро разгоняться, тормозить и проходить повороты, для чего требуется определённая жёсткость в связи кузова с дорогой. Вот эти противоречивые свойства и составляют суть автомобильных подвесок.

Появление первых подвесок

Ещё во времена конной тяги пассажиры быстро убедились, что от тряски не спасают никакие мягкие диваны в каретах. Отличием от простых телег стали рессорные подвески. В сочетании с появившимися позже обрезиненными колёсами первые подвески обеспечивали приемлемые условия для езды по не самым лучшим дорогам. Вся эта конструкция полностью перешла и на первые автомобили.

Упругим элементом стали рессоры. Это наборная конструкция из стальных полос с различным конструктивным исполнением. По форме рессоры подразделялись на эллиптические, полуэллиптические и четвертьэллиптические, а по расположению – на продольные и поперечные. Постепенно доминировать стали классические полуэллиптические продольные рессоры по одной на каждое колесо. Такая подвеска оказалась наилучшей по сочетанию комфорта, простоты конструкции и приемлемых кренов кузова среди рессорных. Понятие управляемости только зарождалось. Отсутствовало и демпфирование, частично эта функция обеспечивалась межлистовым трением в рессорах. Тем не менее, такая подвеска сохранилась и до нынешнего времени в грузовиках и прочей технике, где главным свойством считается простота и прочность.

Требования к конструкции

Подвеска выполняет целый ряд функций, важность каждой из которых определяется конкретными целями применения транспортного средства:

• плавность хода и комфорт;
• минимальные крены кузова, парирование продольных и поперечных раскачиваний;
• обеспечение постоянного и стабильного контакта протектора шин с дорогой, как основы сохранения управляемости в любых условиях;
• сохранение заданной плоскости вращения колёс относительно кузова или изменение её положения в нужную сторону (пассивное подруливание);
• гашение колебательных процессов демпфированием;
• взаимодействие с рулевым управлением, тормозной системой и приводом передачи крутящего момента;
• противостояние реактивным усилиям и моментам в ходовой части с минимальным изменением геометрии;
• достаточная величина рабочего хода подвески (колёс) между крайними верхним и нижним положениями;
• энергоёмкость, то есть способность поглощать энергию ударов и толчков на неровностях, не передавая её на кузов и не вызывая колебательных процессов, тем более резонансов на повторяющихся воздействиях;
• надёжность, прочность и долговечность.

Основные проблемы проектирования появляются при попытке обеспечить компромисс между комфортом и управляемостью. Отсюда и условное деление всех подвесок на мягкие и жёсткие.

Практическая реализация

Для обеспечения выполнения всех задач элементы подвесок подразделяются по основным группам по назначению:

• упругие элементы, непосредственно накапливающие энергию толчков с последующей её отдачей на обратном ходе;
• демпфирующие устройства, обычно это амортизаторы различных типов;
• направляющий аппарат, рычаги, тяги, телескопические стойки, стабилизаторы поперечной устойчивости, ограничители и буферы отбоя;
• подвижные сочленения, шаровые шарниры, резинометаллические сайлентблоки, подшипники;
• кронштейны крепления к кузову (раме) и ступичным узлам колёс.

К подвескам не относятся прочие узлы ходовой части, рулевое управление, тормозная система, приводы колёс.

Различные типы подвесок

Укрупнённо подвески подразделяются на зависимые, независимые и полузависимые. В последних связь между колёсами оси имеется, но она обладает заданной упругостью, в отличие от жёсткой связи в зависимых конструкциях или отсутствия таковой при независимой организации. Наличие стабилизаторов поперечной устойчивости хотя и обеспечивает данную связь, но тип подвески не изменяет.

Простейшие зависимые подвески

Зависимый тип подвески подразумевает наличие жёсткой связи между колёсами одной оси. Обычно это металлическая балка или кожух ведущего моста. Упругие и демпфирующие элементы могут быть разного типа, на принципиальную схему подвески это не влияет, только не конструктив направляющего аппарата. Например, использование рессор в силу их достаточной поперечной жёсткости позволяет отказаться от дополнительных рычагов или тяг. Иногда дополняется стабилизатором поперечной устойчивости в виде скручивающегося стержня из пружинной стали.

На легковых автомобилях зависимая подвеска с неразрезным мостом или балкой практически не используется, поскольку обладает значительными неподрессоренными массами, что снижает общий комфорт. Управляемость также трудно обеспечивать из-за влияния хода одного из колёс оси на положение второго относительно дороги. При этом такая подвеска обладает высокой прочностью, проста и надёжна. Применяется на внедорожниках и грузовых автомобилях.

Часто на бюджетные автомобили устанавливается полунезависимая схема, когда балка имеется, но она обладает упругой эластичностью. Такой тип совмещает простоту с приемлемой управляемостью.

Независимые

Независимые схемы отличаются широкими возможностями для совмещения взаимоисключающих требований. Здесь каждое колесо обладает запрограммированной свободой перемещения и не влияет на прочие. Конструкция в целом более сложная, но обеспечивает наилучшие условия для работы колёс во всех условиях, от шоссейных видов автоспорта до внедорожной езды.

У каждого колеса имеется свой направляющий аппарат, упругие и демпфирующие узлы. Возможно независимо организовывать траектории перемещения ступичных узлов в любых положениях. Достигается максимальный комфорт при сохранении управляемости. Некоторые неудобства доставляет изменяющийся при работе подвески клиренс автомобиля.

Параллелограммного типа

Направляющий аппарат такой подвески представляет собой два А-образных рычага, верхний и нижний, между которыми на шаровых шарнирах размещается кулак со ступицей. Схематично это представляет собой параллелограмм, благодаря чему плоскость вращения колеса при рабочих ходах не изменяет своего угла относительно дороги, что даёт надёжную сохранность пятна контакта.

Двухрычажная подвеска достаточно проста, но при этом гарантирует управляемость, отсюда её применение даже в самых продвинутых дисциплинах автоспорта. Однако сложности компоновки сильно ограничивают её использование в гражданских легковых автомобилях, где гораздо чаще закладываются иные конструкции.

Многорычажные

Выполнить направляющий аппарат достаточно компактным и вместе с тем точно работающим позволяет многорычажная схема. Её особенность заключается в обеспечении сложной траектории движения колеса, которую нельзя получить двумя рычагами. Такая подвеска сможет максимально сохранить контакт с дорогой при продольных и поперечных кренах кузова, в любой точке рабочего хода от нижнего положения к верхнему. Реализуется и подруливающий эффект, важный для стабилизации машины в поворотах. При этом рычаги компактны и хорошо компонуются в ограниченном пространстве колёсных арок.

МакФерсон

Одна из самых популярных подвесок свечного типа. Состоит из телескопической амортизационной стойки с надетой на неё пружиной. Сверху имеется поворотная опора с подшипником, снизу треугольный рычаг с шаровой опорой и сайлентблоками. Наиболее простая и компактная конструкция с неплохими характеристиками, что вызвало самое широкое её применение на подавляющем числе легковых автомобилей массового производства.

Специальные спортивные

Применение в автоспорте, а также на мощных скоростных автомобилях, накладывает на подвески особые требования. Заключаются они в выделении из общего набора функций наиболее важных для управляемости. Отсюда решения в виде регулируемых амортизаторов и упругих элементов, размещение их в кузове для предельного снижения неподрессоренных масс, исключение податливых сайлентблоков с заменой их на жёсткие шаровые шарниры. Хода подвесок могут быть экстремально большими или минимальными, в зависимости от вида спорта. Нечто подобное используется и в спорткарах.

Типы упругих элементов

В качестве аккумулирующих энергию материалов может применяться металл или газ. Ранее использовалась резина, сейчас её применение исключается по соображениям долговечности.

Пружины и рессоры

Пружины применяются спирального типа в форме цилиндра или более сложные, с переменным диаметром и шагом витков. Как правило, они работают на сжатие, боковые усилия не сдерживают, поэтому требуют полноценного направляющего аппарата. Зато, обладая минимальным внутренним трением, пружина не мешает настройке амортизаторов для обеспечения близкой к идеалу характеристики демпфирования.

Рессоры упрощают конструкцию, но массивны, имеют непредсказуемое внутреннее трение и пригодны для работы только в зависимых подвесках по компоновочным соображениям. В легковых автомобилях используются очень редко.

Торсионы

Особо выделяется подвеска, где упругим элементом служит скручивающийся металлический стержень или пакет пружинных листов – торсион. Иногда это обеспечивает компоновочные преимущества, а также позволяет легко регулировать предварительный натяг.

Пневматика и гидравлика

Наиболее продвинутые подвески дорогих автомобилей содержать эластичные пневмобаллоны со сжатым газом, иногда совмещённые с гидроцилиндрами. Преимущества такого типа – близкие к идеалу характеристики упругости, возможность оперативно регулировать жёсткость и положение кузова над дорогой, а также программировать связь между всеми колёсами через гидропривод. Это самый комфортный тип подвесок, но одновременно наиболее сложный и ненадёжный. Часто используется в качестве опции при комплектации автомобиля.

Что входит в подвеску автомобиля?

Ходовая часть транспортного средства – важнейшая высокотехнологичная группа, от работы которой зависят многие характеристики транспортного средства. Исправность всех ее узлов и агрегатов – залог безопасности на дороге. В свою очередь, ядром ходовой является подвеска автомобиля.

Система амортизации служит для связи колес с кузовом машины, и главная ее цель – максимально сгладить все колебания, причиной которых являются дефекты дорожного полотна, и при этом эффективно реализовать энергию движения транспортного средства.

ЧТО ВХОДИТ В ПОДВЕСКУ АВТОМОБИЛЯ

К современным машинам предъявляется множество требований. Они должны быть хорошо управляемыми и при этом устойчивыми, бесшумными, комфортными и безопасными. Чтобы претворить в жизнь все эти пожелания, инженерам требуется тщательно продумать устройство подвески.

На сегодняшний день не существует какого-либо универсального эталона. В арсенале каждого автопроизводителя свои хитрости и современные разработки. Однако, для всех типов подвесок характерно наличие таких объектов:

• Упругий элемент.
• Направляющая часть.
• Стабилизатор устойчивости.
• Амортизирующие устройства.
• Колесная опора.
• Крепежи.

УПРУГИЙ ЭЛЕМЕНТ

Автомобильная подвеска содержит упругие элементы, изготовленные из металла и неметаллические части. Они необходимы для перераспределения ударной нагрузки, получаемой колесами при встрече с неровностями дороги. К металлическим упругим деталям относятся рессоры, торсионы и пружины. Неметаллические элементы — это резиновые отбойники и буферы, пневматические и гидропневматические камеры.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

Исторически самыми первыми появились рессоры. С точки зрения конструкции — это металлические полосы разной длины, соединенные между собой. Помимо эффективного перераспределения нагрузки, рессоры хорошо амортизируют. Чаще всего они используются в ходовой части грузовиков.

Торсионы представляют собой наборы пластин или стержней, работающих на скручивание. Обычно торсионной бывает задняя подвеска автомобиля. Устройства этого типа используют, кроме того, японские и американские производители машин увеличенной проходимости.

Металлические пружины входят в состав ходовой части любого современного авто. Эти элементы могут иметь постоянную или переменную жесткость. Их упругость зависит от геометрии прутка, из которого они изготовлены. Если диаметр прутка меняется на всем протяжении, то пружина имеет переменную жесткость. В противном случае упругость является постоянной.

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

Упругие неметаллические детали используются совместно с металлическими. Резиновые элементы – отбойники и буферы – не только участвуют в перераспределении динамических нагрузок, но и амортизируют.

Пневматические и гидропневматические камеры используются в конструкциях активных подвесок. Их действие определяется свойствами только сжатого воздуха (пневмокамеры) или газа и жидкости (гидропневматические камеры). Эти упругие элементы дают возможность менять клиренс транспортного средства и жесткость системы амортизации автоматически.

Кроме того, они обеспечивают высокую плавность хода. Первыми были разработаны гидропневматические камеры. Они появились на машинах марки Citroen в 1950-х годах. Сегодня пневматическими и гидропневматическими подвесками опционно оснащают авто бизнес-класса: Mercedes-Benz, Audi, BMW, Volkswagen, Bentley, Lexus, Subaru и др.

НАПРАВЛЯЮЩАЯ ЧАСТЬ

Направляющие элементы подвески – это стойки, рычаги и шарнирные соединения. Их основные функции:

• Удерживать колеса в правильном положении.
• Поддерживать траекторию движения колес.
• Обеспечивать соединение системы амортизации и кузова.
• Передавать энергию движения от колес на кузов.

СТАБИЛИЗАТОР ПОПЕРЕЧНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

Подвеска автомобиля не обеспечивала бы транспортному средству необходимой устойчивости без стабилизирующего устройства. Оно борется с центробежной силой, стремящейся опрокинуть машину при повороте, и уменьшает крены кузова.

В техническом отношении стабилизатор поперечной устойчивости – это торсион, связывающий систему амортизации и кузов. Чем выше его жесткость, тем лучше авто держит дорогу. С другой стороны, излишняя упругость стабилизатора уменьшает ход подвески и снижает плавность движения транспортного средства.

Стабилизаторами поперечной устойчивости оснащают, как правило, обе оси машины. Но если задняя подвеска автомобиля торсионная, устройство устанавливают только спереди. Полностью отказаться от него смогли инженеры Mercedes-Benz. Они разработали особый тип адаптивной подвески с электронным контролем положения кузова.

АМОРТИЗИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Для того чтобы смягчить сильные колебания, подвеску снабжают амортизаторами. Эти объекты представляют собой пневматические цилиндры или цилиндры с рабочей жидкостью. Выделяют два основных типа амортизаторов:

• Односторонние.
• Двусторонние.

Односторонние амортизаторы длиннее двусторонних. Они обеспечивают большую плавность хода. Однако при езде по дорогам с плохим покрытием, односторонние амортизаторы не успевают перед следующей неровностью своевременно вернуть подвеску в исходное состояние, и ее «пробивает». По этой причине большее распространение получили двусторонние «гасители колебаний».

КОЛЕСНАЯ ОПОРА

Опоры колес необходимы для принятия и перераспределения нагрузок, приходящихся на колеса.

КРЕПЕЖИ

Шаровая опора

Крепежи нужны для того, чтобы подвеска автомобиля была единым целым. Для связи узлов и агрегатов используют три типа соединений:

• Болтовые.
• Шарнирные.
• Эластичные.

Крепежи, осуществляемые при помощи болтов, являются жесткими. Они необходимы для неподвижного сочленения объектов. К шарнирным соединениям относится шаровая опора. Она является важной частью передней подвески и обеспечивает ведущим колесам возможность правильного поворота.

Эластичные крепежи – это сайлент-блоки и резино-металлические втулки. Помимо функции соединения частей и крепления их к кузову, эти объекты препятствуют распространению вибраций и снижают шумность.

Все элементы ходовой части взаимосвязаны и чаще всего выполняют несколько функций одновременно, поэтому определение принадлежности запчасти к той или иной группе является условным.

Источник http://https://topvariator.ru/hodovaja-chast/podveska-avtomobilja/vidi-podvesok
Источник http://https://v-mireauto.ru/chto-vxodit-v-podvesku-avtomobilya/