Как называется пружина над колесом автомобиля

Устройство и поломки ходовой части | Arven Auto

На этой странице мы хотим подробнее рассказать об устройстве и поломках ходовой части автомобилей.Под ходовой частью автомобиля понимается совокупность элементов подвески, рулевого управления, тормозной системы, системы привода. Эти элементы являются принципиально важными в конструкции автомобиля, именно они задают характер движения автомобиля, влияют на комфорт и безопасность передвижения, обеспечивают автомобилю возможность держать контакт с дорожным полотном, управляться и останавливаться. Учитывая качество дорожного покрытия в Украине, и в частности в Харькове, мы советуем нашим клиентам проводить диагностику ходовой части как минимум каждые 20000 км., или если автомобиль эксплуатируется мало – то один раз в год. Это обусловлено тем, что элементы подвески автомобиля находятся под постоянной нагрузкой, ведь вес автомобиля перераспределен именно через них, а резиновые элементы, находясь в статическом положении и подвергаясь перепадам температур, начинают растрескиваться и «преть».

Многие наши клиенты интересуются назначением различных деталей ходовой части, видами их неисправностей, и тем, что может произойти, если поломанную деталь не заменить, а ездить с неисправностью дальше. Дальше мы расскажем подробнее о самых распространенных поломках ходовой части, опишем, как эти неисправности себя проявляют, и что влекут за собой. Но сразу хотим сказать, что как только Вы, управляя своим автомобилем, услышите какой-то стук, скрежет, гул, или другой новый звук, почувствуете вибрацию, или Ваш автомобиль начнет странно управляться или плохо тормозить – то постарайтесь, не откладывая обратиться к специалистам на СТО для определения и устранения неисправности. Помните, что исправный автомобиль, это Ваша безопасность, безопасность Ваших близких, и других участников дорожного движения!

И так, начнем подробнее рассматривать, что, как и зачем, мы не будем вдаваться в технические особенности различных конструкций ходовой части, а рассмотрим основные элементы.

Рычаги подвески: если говорить просто, то рычаг обеспечивает крепление колеса к кузову автомобиля, и задает кинематику работы подвески, в зависимости от конструкции подвески автомобиля, рычаг может быть один, либо несколько. Сам рычаг обычно сделан из металла, и ломается достаточно редко, он может быть деформирован, либо на нем могут появиться структурные разрушения (трещины металла в максимально нагруженных местах). В местах крепления рычага к кузову используются сайлентблоки или шарнирные соединения (шаровые опоры), именно эти части рычага выходят из строя в первую очередь, в некоторых случаях их можно заменить отдельно. Иногда они представляют с рычагом одно целое, и заменить эти элементы отдельно не представляется возможным, в таком случае меняется весь рычаг подвески.

Давайте более подробно остановимся на сайлентблоках. Сайлентблок – это резино-металическая деталь, их можно разделить на несколько групп, по конструктивным особенностям. Самым распространенным вариантом является сайлентблок, который состоит из двух металлических обойм, между которыми находится резина, обоймы жестко прикреплены к рычагу и кузову, и именно находящаяся между ними резина позволяет рычагу перемещаться в заданных направлениях, она как-бы проворачивается при движении рычага. В таких сайлентблоках основной неисправностью является разрушение резины, и как следствие, обрыв сайлентблока.

Второй распространенный тип сайлентблоков, это сайлентблоки с одной металлической обоймой, обычно она находится внутри сайлентблока. Такие сайлентблоки работают по принципу скольжения, т.к. резина не тянется между обойм, а проскальзывает при перемещении рычага. В таких сайлентблоках тоже изнашивается резина, она стирается при работе сайлентблока. Еще существую сайлентблоки наполенные маслом, они сделаны по принципу обычных сайлентблоков с двумя обоймами, но внутри резины находится масло. Такие сайлентблоки при износе теряют герметичность, масло из них вытекает, и сайлентблок перестает работать так, как должен. В некоторых автомобилях, обычно в задней подвеске, иногда применяются шарнирные сайлентблоки, конструктивно это подобие обычного сайлентблока с двумя обоймами, только внутри обойм, вместо резины расположен шарнир.

Вторая составляющая часть рычага подвески – это шаровая опора. Сразу хочу сказать, что если сайлентблоки в рычагах применяются всегда, то шаровые опоры используются обычно в передней подвеске, в задних подвесках они встречаются только во многорычажных сложных конструкциях. Шаровая опора, это соединение, через которое уже к рычагу крепится остальная часть подвески (как правило, это поворотный кулак). Шаровая опора представляет из себя металлический стержень, на котором с одной стороны расположена резьба для крепления поворотного кулака, а с другой стороны этого стержня сделан шар, который расположен внутри корпуса, между шаром и корпусом сделана вставка, которая держит шар внутри корпуса и позволяет ему вращаться. Основным отличием шаровой опоры от сайлентблока является способность шаровой опоры двигаться не только в своей оси вращения, но и отклоняться от нее, это позволяет во время движения рычага обеспечивать нужный угол положения колеса, относительно дороги.

И так, что такое рычаг, и из каких составляющих он состоит, Вы теперь знаете. Теперь хочется рассказать, что происходит, когда шаровая опора и сайлентблок выходят из строя. Начну с того, что может почувствовать водитель в таких ситуациях. Первое – это посторонние звуки в работе подвески, стук при проезде неровностей, также может быть слышен скрип. Второе – это поведение автомобиля на дороге, автомобиль теряет свою устойчивость, особенно это чувствуется при движении прямо по ухабистой дороге, автомобиль начинает уходить с заданной траектории, и приходится подруливать, про стабильность автомобиля при движении в вираже я вообще молчу. Все это связано с тем, что разорванные сайлентблоки и изношенные шаровые создают люфт, на практике это выглядит так, что колеса просто начинают телепаться в разные стороны. Еще страшнее то, что стучащая шаровая опора, рано или поздно, просто развалится, металлический шар выпадет из своего корпуса, при этом колесо, которое связано с этой шаровой опорой, потеряет свое исконное положение, при этом автомобиль теряет управляемость и способность передвигаться зачастую тоже. Многие видели Жигули на обочине, в которых переднее колесо завалено в сторону? Вот это яркий пример пренебрежения диагностикой ходовой части и ее последующим ремонтом ��

Следующим этапом мы поговорим о тех деталях, которые в подвеске автомобиля выполняют роль демпферов и поддерживают кузов над землей — это амортизаторы и пружины.

Пружина – выполняет ряд функций, основная из которых, это поддержание автомобиля над землей, именно пружина не дает автомобилю упасть дном на асфальт. Пружины ломаются достаточно редко, и имеют большой ресурс. Со временем, они просаживаются, из-за чего может уменьшиться клиренс автомобиля, или автомобиль может стать немного перекошенным, одна сторона будет выше другой. Также пружина может лопнуть, иногда это сложно заметить, иногда при этом автомобиль падает одной стороной, но в любом случае, в такой ситуации с ремонтом лучше не затягивать. При лопнувшей пружине во время движения могут слышаться щелчки, если пружина передняя – то щелчки могут быть и при повороте руля. В некоторых подвесках пружины не используются, вместо них применяются торсионы или рессоры, но мы на таких конструкциях останавливаться не будем.

Амортизатор – как по мне, одна из самых важных деталей в ходовой части автомобиля. Основная функция — это поддержание максимального контакта колеса с дорогой. Если увидите на дороге автомобиль, у которого при езде по кочкам отрываются колеса от дороги, то знайте, в таком автомобиле амортизаторы давно вышли из строя. Соответственно, обеспечивая контакт колеса с дорогой, амортизатор, превращает кинетическую энергию (раскачивание автомобиля на неровностях дороги) в тепловую, и рассеивает ее. Амортизатор очень сильно влияет на характер работы подвески автомобиля, он может быть мягким, позволяя автомобилю «плыть» по асфальту, или жестким, вытряхивая из Вас зубные пломбы, при езде по нашим чудесным дорогам �� В любом случае, вышедший из строя амортизатор делает передвижение на автомобиле небезопасным, колеса перестают держать дорогу, автомобиль начинает постоянно раскачиваться, увеличивается тормозной путь. При этом в салоне автомобиля обычно слышен стук, а в самых критических ситуациях – дикий грохот! Не считая разные механические повреждение в результате ДТП или неправильной установки амортизатора, то поломки амортизаторов можно разделить на два типа, первый тип – это поломки связанные с потерей герметичности амортизатора, второй – поломки клапана внутри амортизатора. Амортизатор наполнен маслом (некоторые наполнены маслом и газом), при потере герметичности масло из амортизатора вытекает, соответственно гасить колебания больше нечем, при поломке клапана, гасить колебания тоже становится нечем, т.к. масло в амортизаторе остается, но толку от него нет, поскольку клапан свои функции уже не выполняет. Есть еще несколько деталей ходовой части, которые связаны с амортизатором, и тоже должны диагностироваться и в случае необходимости меняться. Это пыльник с отбойником, которые защищают шток амортизатора от грязи, тем самым сохраняя сальник, и не давая амортизатору «потечь», и не дают амортизатору сжаться до конца, повредив тем самым клапан внутри амортизатора, и это опора амортизатора, которая находится в верхней части амортизатора, и служит для крепления амортизатора к кузову автомобиля.

Вращаться колесу позволяет подшипник, который называется подшипником ступицы. Этот подшипник тоже изнашивается, и может служить причиной посторонних звуков. Обычно, когда подшипник ступицы изношен, это слышно даже без диагностики ходовой части, в салоне автомобиля слышен сильный гул, который обычно появляется при скорости 40-60 км. в час. Иногда, подшипник не шумит, а начинает люфтить, такую неисправность можно продиагностировать только на СТО, по факту это выглядит так – колесо начинает не только крутиться, но еще и шататься на несколько градусов относительно своей оси. Неисправности подшипника коварны тем, что сначала подшипник шумит или люфтит, а потом он просто рассыпается, и на наш автосервис привозили несколько раз автомобили, в которых в буквальном смысле слова, на ходу отпадало колесо!

И последняя составляющая подвески автомобиля, о которой мы хотим Вам рассказать, это стабилизаторы поперечной устойчивости. Стабилизаторы призваны уменьшить боковые крены кузова автомобиля в поворотах и при езде под уклоном, они не дают кузову автомобиля перевернуться. Хоть стабилизатор и выполняет такую серьезную работу, но технически он устроен достаточно просто. Сам стабилизатор, это металлический прут, работающий по принципу торсиона, который прикреплен к кузову в центральной своей части, и соединяет между собой движущиеся части подвески автомобиля, обычно точкой крепления служит либо рычаг подвески, либо корпус амортизатора. В месте крепления стабилизатора к кузову используются резиновые втулки, они называются втулками крепления стабилизатора, в месте крепления стабилизатора к движущимся деталям подвески используются стойки стабилизатора, или их еще называют тягами стабилизатора. Если втулки стабилизатора изношены, то в месте крепления стабилизатора к кузову появляется люфт, который по большому счету в работе стабилизатора ничего существенно не меняет, но может быть причиной достаточно сильного стука в салоне автомобиля. При движении, например левыми колесами по ровной дороге, а правыми по ухабам, это слышно очень хорошо. Также из строя могут выйти тяги стабилизатора, по ощущениям для водителя, это очень похоже на вышедшие из строя втулки стабилизатора, только характер звука другой немного. Тяги стабилизатора бывают двух типов, с шарнирными соединениями (как шаровая опора, только в несколько раз меньше) и без. В случае, если стойка стабилизатора без шарнира, то ее выход из строя кроме стука ничего не вызовет, а если шарнир есть, то сначала он тоже будет стучать, но рано или поздно шарнир распадется, и стабилизатор перестанет выполнять свои функции. Есть еще одна неисправность, связанная со стабилизатором, она встречается редко, но тем не менее – это трещина в самом стабилизаторе, такой стабилизатор в определенный момент просто лопается на две части.

С основными элементами подвески мы разобрались, теперь мы расскажем Вам о том, как устроено рулевое управление в автомобиле, и что бывает с ним.

Рулевое управление, это именно тот механизм, который поворачивает колеса автомобиля в тот момент, когда водитель вращает руль. В автомобилях применяется два типа рулевых механизмов, один – это рулевая рейка, а второй – рулевой редуктор. В данный момент самым распространенным вариантом является именно рулевая рейка, т.к. этот механизм проще и надежнее, чем механизм, в котором применяется рулевой редуктор. В механизме с рулевой рейкой вращение рулевого вала передается на червячную передачу (она находится внутри рулевой рейки) получается, что вращая руль, Вы двигаете влево-вправо шток рулевой рейки, к которому прикреплена рулевая тяга, к ней – рулевой наконечник, а дальше уже поворотный кулак с колесом. Рулевая тяга и рулевой наконечник – это шарнирные соединения (наподобие шаровой опоры в рычаге). Т.к. рулевая рейка жестко прикреплена к кузову, а подвеска двигается вверх и вниз во время езды на автомобиле, то в конструкции должны быть заложены возможности для сохранения связи между рулевой рейкой и подвеской автомобиля, именно шарниры в рулевой тяге и рулевом наконечники реализуют эту возможность. В механизме с рулевым редуктором вместо рулевой рейки, как не сложно догадаться, используется рулевой редуктор. Вращая рулевое колесо, водитель двигает сошку, которая выходит из рулевого редуктора, а она, в свою очередь двигает в стороны рулевой механизм, который состоит из рулевой трапеции, и рулевых тяг с наконечниками, с традиционными шарнирными соединениями, и маятника рулевого управления. Все неисправности рулевого управления имеют одну общую черту, водитель их чувствует на рулевом колесе, т.е. слышен не только стук шарниров или червячного соединения, но и чувствуются удары в руль. Как Вы уже наверное поняли, неисправности рулевого управления заключаются в выходе из строя рулевых тяг и рулевых наконечников, там начинают люфтить и стучать шарнирные соединения, либо люфт может быть в самой рулевой рейке или редукторе. При этом автомобиль становится неустойчивым на дороге, приходится часто подруливать, затрудняется движение прямо по разбитой дороге, автомобиль начинает уводить с траектории, движение становится небезопасным, особенно зимой, когда дорога скользкая. Получается, что при повороте рулевого колеса сначала «выбирается» люфт, а потом уже поворачиваются колеса автомобиля.

Теперь, когда Вы знаете, как автомобиль управляется, мы Вам расскажем про систему привода, которая передает крутящий момент от трансмиссии к колесам. Как Вы знаете, автомобили бывают переднеприводными, заднеприводными, и полноприводными, но везде используется всего два типа конструкции, это неразрезной мост, или качающиеся полуоси. Про неразрезной мост много говорить не будем, это конструкция очень крепкая, надежная, и ломается редко. В такой конструкции чаще возникают проблемы с карданным валом, это деталь которая передает вращение от трансмиссии к мосту, или в случае использования независимой подвески, к редуктору. Карданный вал крепится к кузову посредством подвесного подшипника, который при самодиагностике по симптомам похож на подшипник ступицы, только источник гула находится в центре автомобиля. Еще в карданном вале используются крестовины, они позволяют карданному валу немного сгибаться в заданных точках, что позволяет сохранить соединение карданного вала с мостом во время работы подвески автомобиля. Больше проблем возникает с качающимися полуосями. Полуось состоит непосредственно из вала, и двух шарниров равных угловых скоростей (ШРУСов), которые закрываются пыльниками. ШРУС – по своим функциональным задачам является аналогом крестовины в карданом вале, только он обеспечивает связь трансмиссии уже непосредственно с колесом. Разорванный пыльник ШРУСа ускоряет смерть шарнира в разы, т.к. внутрь начинает попадать грязь, вода, и прочий мусор с дороги. При выходе из строя ШРУСа или крестовины обычно слышны щелчки, особенно при трогании, или если автомобиль переднеприводный, при вывороте колес и нажатии на педаль газа. Если Вы услышите подобные щелчки, то советую как можно быстрее обратиться на СТО для проведения диагностики, т.к. распавшийся ШРУС или крестовина обездвижут Ваш автомобиль, и ехать на нем дальше никак не получится.

Рассказав о том, как работает подвеска, рулевое управление и система привода, мы хотим рассказать о том, как устроена в автомобиле тормозная система. Тормозная система преобразует кинетическую энергию движущегося автомобиля в тепловую энергию, посредством сил трения, и дальше рассеивает ее в окружающую среду. Тормозная система в автомобилях гидравлическая, т.е. нажимая на педаль тормоза Вы сдавливаете тормозную жидкость, которая в свою очередь сжимает суппорта, а те, в свою очередь прижимают тормозные колодки к тормозному диску, образуя пару трения. Соответственно, неисправности тормозной системы можно разделить на механические поломки, связанные с парой трения, и поломки гидравлической части. Гидравлика состоит из главного тормозного цилиндра, трубок и шлангов, и рабочих тормозных цилиндров. Цилиндры могут потечь, а главный тормозной цилиндр может начать перепускать тормозную жидкость, при этом он перестает создавать необходимое для правильной работы системы давление жидкости. Особое внимание при диагностике ходовой части следуют уделять тормозным шлангам. Они соединяют тормозную трубку с рабочим тормозным цилиндром, могут растрескиваться, и в конечном итоге рваться, что приводит к вытеканию тормозной жидкости, при этом тормозная педаль проваливается вниз, и тормоза в автомобиле перестают работать совсем! Не стоит забывать и о нашей паре трения, о тормозных дисках и колодках. Колодка и диск во время эксплуатации стираются, в первую очередь стирается колодка, у тормозного диска ресурс в несколько раз больше. Изношенная тормозная колодка начинает в буквальном смысле сгрызать тормозной диск, это связано с тем, что когда рабочий материал тормозной колодки стирается, она начинает касаться тормозного диска своей металлической основой, при этом при торможении появляется не характерный звук, и в некоторых случаях даже легкая вибрация. В такой ситуации надо очень аккуратно и медленно передвигаться в ближайший автосервис. Тормозной диск по мере износа становится тоньше, для каждого автомобиля есть минимальная допустимая толщина тормозного диска. Если диск эксплуатировать дальше, то в скором времени он может разрушиться, обычно он трескается, или отрывается от своих креплений. Хочу добавить, что поломки гидравлики обычно полностью лишают автомобиль тормозов, в то время, как поломки пары трения сначала ухудшают качество торможения, и тормоза пропадают не сразу.

В завершении всего вышесказанного хотим сказать непосредственно о диагностике ходовой части, и в частности, о популяризируемой компьютерной диагностике ходовой части. Все, что было выше описано, как нам кажется, дает клиенту автосервиса возможность понять, как все устроено, и просто логически мыслить в этом направлении ��

И так, компьютерная диагностика ходовой части – это процедура, которая в том виде, в котором у нас в стране она представлена, определяет исключительно остаточную демпфирующую способность амортизаторов, и точка! Т.е. говоря более гуманитарным языком, эта диагностика определяет качество работы клапана внутри амортизатора, в месте, куда мастер заглянуть не может. Все остальное, ложь и провокация. Подумайте сами, как стенд, который контактирует с автомобилем исключительно колесами, и трусит автомобиль с разной частотой и амплитудой исключительно в вертикальной плоскости, может определить износ той же шаровой опоры, или разорванный сайлентблок? Или может потрескавшийся тормозной шланг? А никак он этого не может сделать… Самым лучшим средством диагностики ходовой части на данный момент, как и 50 лет назад, является опытный мастер, с хорошими глазами, чуткими руками, и любимой монтировкой �� Именно такой специалист, хоть это и звучит менее пафосно, чем «компьютерная диагностика», сможет качественно осмотреть ходовую часть Вашего автомобиля, а правильная диагностика – это залог правильного ремонта.

Еще хотим напомнить, что ходовая часть автомобиля, это механизм, состоящий из большого количества деталей, в котором все взаимосвязано, и выход из строя одной детали, не избавляет всю подвеску от испытываемых нагрузок, а наоборот, перераспределит эти нагрузки на остальные детали механизма, параллельно исказив кинематику работы подвески, что только ускорит выход из строя остальных деталей ходовой части автомобиля. Поэтому, как только Ваш автомобиль начинает при езде издавать новые звуки, которых раньше не было, не медлите, а обращайтесь в автосервис для диагностики ходовой части, и как можно быстрее ремонтируйте автомобиль, это того стоит.

Назначение, устройство и типы подвесок автомобиля

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 Силы, действующие на колесо при его движении по дороге.

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.

Комментарии пользователей (0)

6.1.2 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.

Комментарии пользователей (0)

6.1.3 Классификация подвесок

Для начала давайте рассмотрим классификацию существующих типов подвесок, которые применяются на современных автомобилях.

Комментарии пользователей (0)

6.1.3.a Зависимая и независимая подвеска

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).

Рисунок 6.2 Зависимая подвеска.

Рисунок 6.3 Независимая подвеска.

Комментарии пользователей (0)

6.1.3.b Двухрычажная и многорычажная подвеска

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 Пример пружинной подвески на двух поперечных рычагах.

Комментарии пользователей (0)

6.1.3.c Демпфирующий элемент

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.

Комментарии пользователей (0)

6.1.3.d Тип применяемого упругого элемента

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).

Комментарии пользователей (0)

6.1.3.f Признаки различия подвесок

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.

Комментарии пользователей (0)

6.1.4 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.

Комментарии пользователей (0)

6.1.5 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.

Комментарии пользователей (0)

6.1.6 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.

Комментарии пользователей (0)

6.1.7 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 Подвеска со стойкой МакФерсон.

Комментарии пользователей (0)

6.1.8 Пробой подвески

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.

Комментарии пользователей (0)

6.1.9 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 Передняя подвеска на двух поперечных рычагах с амортизаторной стойкой.

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 Схема подвески автомобиля Ford Mustang 1968 г.в.

Комментарии пользователей (0)

6.1.10 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.

Комментарии пользователей (0)

6.1.11 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 Пример задней полузависимой подвески.

Комментарии пользователей (0)

6.1.12 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.

Комментарии пользователей (0)

6.1.13 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 Двухтрубный телескопический амортизатор.

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.

Комментарии пользователей (0)

6.1.14 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.

Комментарии пользователей (0)

6.1.15 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.

Рисунок 6.10 Однотрубный газонаполненный
амортизатор.

Рисунок 6.11 Однотрубный газонаполненный амортизатор,
установленный штоком вниз.

Комментарии пользователей (0)

6.1.16 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.

Рисунок 6.12 График зависимости жесткости пружины от степени сжатия.

Рисунок 6.13 Бочкообразные пружины.

Рисунок 6.14 Конусные 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).

Комментарии пользователей (0)

6.1.17 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 Chevrolet Corvett с поперечной углепластиковой рессорой.

Комментарии пользователей (0)

6.1.18 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).

Комментарии пользователей (0)

6.1.19 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.

Рисунок 6.17 Пневматическая подушка.

Рисунок 6.18 Передняя подвеска с подрамником.

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.

Комментарии пользователей (0)

6.1.20 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 Пример установки стабилизатора поперечной устойчивости.

Комментарии пользователей (0)

6.1.21 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.

Комментарии пользователей (0)

6.1.22 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.

Комментарии пользователей (0)

6.1 Призначення, будова і типи підвісок автомобіля

Є кузов і є колеса (рушії, якщо по-науковому). Виникає запитання: як приєднати колеса до кузова, щоб була можливість керувати автомобілем, передавати безперервно на ведучі колеса тягу від двигуна і водночас комфортно долати всі нерівності доріг із різними покриттями і без цих самих покриттів? При цьому зв’язок коліс із кузовом має бути досить жорстким, щоб автомобіль при виконанні будь-яких маневрів просто не перекинувся. Відповідь проста: встановити колеса на проміжну ланку. У ролі такої ланки використовують підвіску.

Елементи підвіски повинні мати якомога меншу вагу і забезпечувати максимальну ізоляцію від дорожніх шумів. Крім цього, слід зазначити, що підвіска передає на кузов сили, які виникають при контакті колеса з дорогою, тому її проєктують таким чином, що вона має підвищену міцність і довговічність (дивіться малюнок 6.1).

Малюнок 6.1 Сили, що діють на колесо при його русі дорогою.

У зв’язку з високими вимогами, які ставляться до підвіски, кожен із її елементів має проєктуватися за певними критеріями, а саме: шарніри, що застосовуються, мають легко повертатися, але водночас бути досить жорсткими і разом із тим забезпечувати шумоізоляцію кузова; важелі мають передавати сили, що виникають при роботі підвіски в усіх напрямках, а також сприймати зусилля, які виникають при гальмуванні та наборі швидкості; при цьому вони не мають бути занадто важкими або дорогими у виготовленні.

Будова підвіски

Складові частини

Будь-яка підвіска має містити такі елементи:

• направляючі/сполучні (важелі, штанги);
• демпфувальні (амортизатори);
• пружні (пружини, пневматичні подушки, ресори і таке інше).

Про кожен із цих елементів ми поговоримо нижче, тому не лякайтеся.

Класифікація підвісок

Для початку розгляньмо класифікацію наявних типів підвісок, які застосовуються на сучасних автомобілях. Отже, підвіска може бути залежною і незалежною. При використанні залежної підвіски, колеса однієї осі автомобіля пов’язані, тобто при переміщенні правого колеса почне змінювати своє положення і ліве колесо, як це наочно показано на малюнку 6.2. Якщо ж підвіска незалежна, то кожне колесо приєднано до автомобіля окремо (малюнок 6.3).

Підвіски також класифікують за кількістю і розташуванням важелів. Так, якщо в конструкції два важелі, то й підвіска називається двоважільною. Якщо важелів більше двох, то підвіска — багатоважільна. Якщо два важелі, наприклад, будуть розташовані упоперек поздовжньої осі автомобіля, то в назві з’явиться додаток: — «з поперечним розташуванням важелів». Однак конструкцій безліч, тому важелі можуть розташовуватися і вздовж поздовжньої осі автомобіля, тоді в характеристиках напишуть: «з поздовжнім розташуванням важелів». Якщо не так і не так, а під певним кутом до осі автомобіля, то кажуть, що підвіска з «косими важелями».

Цікаво
Не можна сказати, яка з підвісок краща або гірша, все залежить від призначення автомобіля. Якщо це вантажівка або найбрутальніший позашляховик, то для простоти, жорсткості та надійності конструкції незамінною буде залежна підвіска. Якщо ж це легковий автомобіль, головними якостями якого є комфорт і керованість, то немає нічого кращого, ніж підвішені окремо колеса.

Малюнок 6.2 Залежна підвіска.

Малюнок 6.3 Незалежна підвіска

Малюнок 6.4 Приклад пружинної підвіски на двох поперечних важелях.

Підвіски класифікуються і за типом застосовуваного демпфувального елемента — амортизатора. Амортизатори можуть бути телескопічними (нагадують вудку «телескоп» або підзорну трубу), як на всіх сучасних автомобілях, або важільними, які нині не знайдеш, навіть якщо маєш бажання.

І остання ознака, за якою підвіски відносять до різних класів, — це тип використовуваного пружного елемента. Це може бути ресора, кручена пружина, торсіон (це стрижень, один кінець якого закріплений і ніяк не рухається на кузові, а другий кінець приєднаний до важеля підвіски), пневматичний елемент (заснований на здатності повітря стискатися) або гідропневматичний елемент (коли повітря виступає дуетом з гідравлічною рідиною).

Отже, підіб’ємо підсумки.
Підвіски розрізняють за такими ознаками:

• конструкція: залежна, незалежна;
• кількість і розташування важелів: одноважільні, двоважільні та багатоважільні, з поперечним, поздовжнім і косим розташуванням важелів.
• тип демпфувального елемента: з телескопічним або важільним амортизатором;
• тип пружного елемента: ресорна, пружинна, торсіонна, пневматична, гідропневматична.

На додачу до всього вищесказаного слід зазначити, що підвіски також розрізняють і за керованістю, тобто за ступенем контрольованості стану підвіски: активні, напівактивні та пасивні.

Примітка
До активних належать підвіски, в яких може регулюватися жорсткість амортизаторів, дорожній просвіт, жорсткість стабілізатора поперечної стійкості. Керування такою підвіскою може бути як повністю автоматичним, так і з можливістю ручного контролю.
Напівактивні — це підвіски, можливості керування якими обмежені корегуванням висоти дорожнього просвіту.
Пасивні (неактивні) — це звичайні підвіски, що відіграють свою роль в чистому вигляді.

Скажемо про підвіски з електронно-керованими амортизаторами, які здатні змінювати свою жорсткість залежно від дорожніх умов. Ці амортизатори наповнені не звичайною, а спеціальною рідиною, яка під впливом електричного поля може змінювати свою в’язкість. Якщо спрощено уявити принцип дії, то вийде наступне: коли струму немає, автомобіль дуже м’яко проїжджає усіма нерівностями, а після підведення струму ними їхати буде не дуже приємно, однак стане дуже приємно керувати автомобілем на швидкісних трасах і в поворотах.

Поворотний кулак і маточина колеса

Поворотний кулак

Поворотний кулак є сполучною ланкою між важелями підвіски і колесом. Схематичне зображення цієї деталі наведено на малюнку 6.4. Взагалі таку деталь називають цапфою. Однак, якщо цапфа встановлена на підвісці з керованими колесами, то вона називається поворотним кулаком. Якщо колеса некеровані, то залишається назва «цапфа».

Якщо поворотний, значить, повертається, бере участь в процесі зміни напрямку руху. Саме до поворотного кулака кріпляться елементи рульової трапеції або кермові тяги (про ці елементи докладно розказано в розділі «Рульове керування»). Поворотний кулак — масивна деталь, оскільки сприймає всі удари і вібрації від дороги.

Конструкція поворотних кулаків залежить від типу привода автомобіля. Отже, якщо вона комбінована (коли колеса і керовані, і тягові одночасно, що характерно для передньоприводних автомобілів), то поворотний кулак матиме наскрізний отвір для зовнішньої частини приводного вала, як показано на малюнку 6.4.

Якщо ж колеса тільки керовані, то поворотний кулак матиме опорну вісь із конусним перетином, як, наприклад, показано на малюнку 6.7.

Маточина колеса

Маточина колеса (показана на малюнку 6.4) є сполучною ланкою між колесом і поворотним кулаком/цапфою. Поворотний кулак тільки передає зусилля на елементи підвіски, сам же не обертається. Для забезпечення вільного обертання колеса необхідна маточина. На маточину встановлюється гальмівний диск (або гальмівний барабан), до неї ж кріпиться колесо, а маточина своєю чергою встановлена в поворотний кулак у випадку, показаному на малюнку 6.4, на підшипниках, які забезпечують плавне обертання колеса.

Примітка
Гальмівний диск конструктивно може бути виконаний як одне ціле з маточиною колеса.
Залежно від конструкції підшипники маточини можуть бути роликовими або кульковими.

Корисно знати
Завжди після зняття й установки маточини або заміни підшипників необхідно проводити регулювання натягу (що це, дивіться в примітці нижче) підшипників маточини.

Примітка
Якщо простою мовою, то натяг — це зусилля, з яким стиснули підшипники маточини при затягуванні гайки кріплення. Величина натягу впливає на силу опору обертанню колеса. Кожен виробник дає свої рекомендації з приводу величини зусилля опору обертанню колеса. Тому при виконанні ремонтних робіт, пов’язаних зі зняттям маточини, завжди цікавтеся, виконували чи ні регулювання натягу підшипника маточини колеса.

Напрямні / сполучні елементи

За допомогою напрямних і сполучних елементів колесо кріпиться до кузова або підрамника. Ці елементи кріплення поділяються на важелі та штанги.
Штанга — це порожнистий профіль, зазвичай круглого перерізу, рідше — квадратного. По суті це просто трубка з привареними до обох кінців вушками для встановлення в них гумових втулок, за допомогою яких виконується кріплення до кузова і поворотного кулака або цапфи. Важелі — конструктивно складніші елементи. Вони можуть бути зварені з трубок (така конструкція застосовується, в основному, в спортивних автомобілях), відлиті, наприклад, з алюмінієвого сплаву (щоб були легшими) або відштамповані з листового металу (щоб були дешевші). Кількість і розташування важелів впливає на плавність ходу і керованість автомобіля.

Підвіска макферсона

Мабуть, одна з найпоширеніших на сьогодні конструкцій підвісок — зі стійкою Макферсона (малюнок 6.5), вона ж «свічка» (найяскравіший приклад — це передня підвіска у ВАЗ 2109 і йому подібних). Вона вирізняється простотою конструкції, дешевизною, ремонтопридатністю (це означає, ремонтувати її буде нескладно) і відносною комфортністю. Так звана амортизаторна стійка зверху кріпиться до кузова і має можливість обертатися в опорі, а знизу — до поворотного кулака. Поворотний кулак своєю чергою приєднаний до нижнього поперечного важеля підвіски, який з’єднаний із кузовом — усе, кільце замкнулося.
Іноді для надання додаткової жорсткості в конструкцію вводять поздовжню тягу, приєднуючи її до поперечного важеля (знову, як приклад, ВАЗ 2109). На стійці є плече, до якого кріпиться рульова тяга. Так, при керуванні автомобілем обертається вся стійка, повертаючи колесо, не припиняючи стискатися і розтягуватися, долаючи нерівності дорожнього покриття. Але слід звернути увагу і на недоліки одноважільної підвіски (а в описаному вище випадку вона саме одноважільна) — це «клювки» автомобіля при гальмуванні і невелика енергоємність підвіски.

Малюнок 6.5 Підвіска зі стійкою Макферсона.

Примітка
Під «клювками» розуміють наступне: при інтенсивному гальмуванні вага автомобіля зміщується в бік передка, через це передня частина просідає, а після зупинки різко повертається у вихідне положення.
Енергоємність підвіски — це міцність всієї конструкції, здатність чинити опір всім ударам і моментам, які виникають при цих ударах без пробоїв. Пробій підвіски — замикання, контакт металевих елементів підвіски один із одним з різко збільшеним ударним навантаженням, зазвичай при наїзді на дорожню перешкоду значних розмірів, заявляє про себе характерним дзвінким металевим звуком з боку опори (або опор) підвіски.

Підвіска на двох поперечних важелях

Щоб позбутися «клювків», поліпшити керованість і підвищити енергоємність, застосовують одну з найстаріших конструкцій підвіски, яка до наших часів дійшла зі значними перетвореннями — підвіску на двох поперечних важелях (приклад якої наведено на малюнку 6.6).

Малюнок 6.6 Передня підвіска на двох поперечних важелях з амортизаторною стійкою

У цій конструкції є опорний (нижній) і направляючий (верхній) важелі, які кріпляться до поворотного кулака. На опорний важіль встановлена нижня частина амортизаторної стійки або ж окремо пружина і окремо амортизатор. Верхній важіль виконує функцію скеровування руху колеса у вертикальній площині, мінімізуючи його відхилення від вертикалі. Те, як встановлено важелі один щодо одного, має безпосередній вплив на поведінку автомобіля під час його руху. Зверніть увагу на малюнок 6.6.

Тут верхній важіль максимально відведений від нижнього важеля вгору. Щоб зменшити вплив зусиль на кузов автомобіля при роботі підвіски, довелося подовжити поворотний кулак. До того ж цей важіль встановлений під певним кутом до горизонтальної осі автомобіля, щоб уникнути горезвісних «клювків». Суть залишається та ж, а зовнішній вигляд, геометричні та кінематичні параметри змінюються.

Примітка
Попри всі переваги, один украй суттєвий недолік у цій конструкції таки є — це відхилення колеса від вертикальної осі при роботі підвіски. Рішення начебто є — подовження важелів, однак це добре, якщо автомобіль рамний, а ось якщо кузов несучий, то подовжувати нікуди — далі моторний відсік. Ось і підходять до вирішення нестандартно: нижній важіль намагаються зробити якомога довшим, а верхній — встановити якомога далі від нижнього.
Слід відзначити той факт, що, якщо пружина і амортизатор або амортизаторна стійка своїм нижнім кінцем кріпляться до верхнього важеля (як у випадку, зображеному на малюнку 6.7), то опорним стає саме верхній важіль, нижній у такому разі переходить до розряду напрямних.

Малюнок 6.7 Схема підвіски автомобіля Ford Mustang 1968 року випуску

Багатоважільні підвіски

Коли ресурси з розвитку будь-якого одного плану вирішення проблеми вичерпуються, а цілі лишаються недосягнутими, конструкцію доводиться ускладнювати, попри збільшення вартості. Саме таким шляхом пішли конструктори при розробці багатоважільної підвіски. Так, вона вийшла дорожчою за дво- або одноважільну, однак зрештою отримали практично ідеальне переміщення колеса — без відхилень у вертикальній площині, відсутність ефекту підрулювання при проходженні поворотів (про це нижче) і стабільність.

Задня напівзалежна підвіска

Примітка
Практично всі схеми, описані вище, можуть застосовуватися і в конструкції задньої підвіски.

Це одне з найпростіших, найдешевих і найнадійніших рішень для задньої підвіски, проте воно не позбавлене численних вад. Суть конструкції полягає в тому, що два поздовжні важелі, на які спираються пружини й амортизатори, з’єднали балкою, як показано на малюнку 6.8.
Частково підвіска вийшла залежною, оскільки колеса пов’язані між собою, проте завдяки властивості балки колеса мають можливість переміщатися одне відносно одного.

Малюнок 6.8 Приклад задньої напівзалежної підвіски.

Демпфувальні елементи

Демпфувальні елементи — це елементи підвіски, покликані гасити її коливання під час руху автомобіля. А навіщо гасити коливання? Хоч би яким був пружний елемент підвіски, він має зводити нанівець всі ударні навантаження, що виникають при наїзді колеса на перешкоди на дорозі. Але хоч пружина, хоч повітря в пневмоподушці відразу повернуться в початкове положення, після стиснення або розтискання пружного елемента. Стисніть в руках будь-яку пружинку, а потім відпустіть її — вона полетить настільки далеко, наскільки дозволять їй сили, що виникли при розтисканні. Ще приклад: візьміть звичайний медичний шприц, наберіть в нього чистого повітря, затисніть вихідний отвір і спробуйте перемістити поршень — він переміститься, але до певного моменту (поки у вас сил вистачить стискати повітря). Після відпускання штока повітря почне розширюватися, повертаючи поршень у вихідне становище. Так і в автомобілі: при наїзді автомобіля на яку-небудь перешкоду пружина в підвісці стиснеться, але потім під дією пружних сил почне розтискатися. Оскільки автомобіль має певну масу, то пружина, розпрямляючись, змушена буде долати інерцію автомобіля, що буде виражатися погойдуванням із поступовим загасанням коливань.

Зважаючи на постійні різноспрямовані переміщення підвіски, таке розгойдування неприпустиме, оскільки в певний момент може настати резонанс, що зрештою просто зруйнує підвіску частково або повністю. Щоб не допустити таких коливань, в конструкцію підвіски залучили ще один елемент — амортизатор.

Принцип роботи амортизатора простий. Спробуємо пояснити це на прикладі того ж шприца. Але цього разу наберемо в нього, наприклад, воду. Швидкість набору і зливу рідини в цьому разі обмежена в’язкістю води і пропускною спроможністю отвору шприца.

У підвісці об’єднали амортизатор із пружиною (або іншим пружним елементом) і отримали добрячий «механізм», в якому один елемент не дозволяє розгойдуватися, а другий сприймає все навантаження.

Нижче розглянемо демпфувальні елементи підвіски на прикладі телескопічного амортизатора

Найпоширенішими типами демпферів на легкових автомобілях є двотрубні й однотрубні газонаповнені амортизатори.

Примітка
У будь-якого амортизатора є дві найважливіші характеристики: сила опору на відбій і на стискання.

Цікаво
Сила опору амортизатора на стискання менша, ніж на відбій. Зроблено це для того, щоб при наїзді на перешкоду колесо якомога легше і швидше перемістилося вгору, а при проїзді вибоїни воно якомога повільніше опускалося в неї. Таким чином досягаються найкращі показники комфорту їзди.

Двотрубні гідравлічні амортизатори

Назва амортизатора цього типу говорить сама за себе. Найпростіший вид амортизатора — це дві труби, зовнішня і внутрішня (представлений на малюнку 6.9). Зовнішня труба ще виконує роль корпусу всього амортизатора і резервуара для робочої рідини. Внутрішня труба амортизатора називається циліндром. Усередині циліндра встановлено поршень, виконаний як одне ціле зі штоком. У поршні є отвори, в які встановлено однобічні клапани, частина з яких спрямована в один бік, інша — у зворотний. Одні клапани називаються компенсаційними, інші — клапанами відбою.

Малюнок 6.9 Двотрубний телескопічний амортизатор.

Примітка
Однобічний клапан — це клапан, що відкривається тільки в одному напрямку.
Стосовно до амортизатора клапани називаються клапанами відбою і стиснення.
Відбій і стиснення — це розтягування і стиснення амортизатора відповідно.

Порожнина між циліндром і корпусом називається компенсаційною (вона не повністю заповнена рідиною). Ця порожнина, а також циліндр амортизатора заповнені робочою рідиною. Циліндр з одного боку має отвір для штока поршня, а з іншого боку заглушений пластиною з отворами й однобічними клапанами в них — компенсаційними і клапанами стиснення.

При переміщенні поршня в циліндрі мастило перетікає з порожнини під поршнем в порожнину над поршнем, при цьому частина мастила витискається через клапан, що знаходиться знизу циліндра. Частина рідини через клапани стиснення перетікає в зовнішній компенсаційний резервуар, де стискає повітря, яке спершу знаходилося під атмосферним тиском у верхній частині корпусу амортизатора. Оскільки ця рідина має певну в’язкість і текучість, то швидше, ніж визначено, процес перетікання проходити не буде.

Те саме, тільки в зворотному напрямку, відбувається на ході відбою, коли поршень переміщується вгору. При цьому задіюються компенсаційні клапани пластини циліндра і клапани відбою в поршні.

Однак ця конструкція має один, але істотний недолік: при тривалій роботі амортизатора робоча рідина нагрівається, починає змішуватися з повітрям в компенсаційному резервуарі і спінюється, внаслідок чого відбувається втрата ефективності роботи і вихід із ладу.

Двотрубні газо-гідравлічні амортизатори

Щоб вирішити проблему спінювання робочої рідини в амортизаторі, вирішили в компенсаційний резервуар замість повітря закачати інертний газ (зазвичай використовують азот). Тиск може коливатися від 4 до 20 атм.

Принцип роботи нічим не відрізняється від двотрубного гідравлічного амортизатора, з тією лише різницею, що робоча рідина не спінюється так інтенсивно.

Однотрубні газонаповнені амортизатори

Відмінною особливістю цих амортизаторів від вищезгаданих конструкцій є те, що у них є тільки одна труба — вона виконує функцію і корпусу, і циліндра. Пристрій такого амортизатора відрізняється тільки тим, що в ньому немає компенсаційних клапанів (малюнок 6.10). У поршні є клапани відбою і стиснення.

Однак особливістю цієї конструкції є плаваючий поршень, що відокремлює резервуар з робочою рідиною від камери з газом, який закачаний під дуже високим тиском (20—30 атм).

Не варто думати, що, якщо корпус не подвійний, значить дешевший. Оскільки всю роботу виконує тільки поршень, то левову частку ціни амортизатора становить вартість розрахунку і підбору поршня. Щоправда, результатом настільки трудомістких робіт є підвищена ефективність усіх характеристик амортизатора.

Одна з переваг цієї схеми полягає в тому, що робоча рідина в амортизаторі значно ліпше охолоджується з огляду на те, що в корпусі всього одна стінка. Наступними перевагами можна назвати зменшення маси і габаритів та можливість встановлення «догори дриґом» — таким чином можна зменшити величину непідресорених мас*.

Примітка
* Непідресореною масою є все, що знаходиться між поверхнею дороги й елементами підвіски. Заглиблюватися в теорію підвіски і коливань не будемо, скажемо лише: що менша непідресорена маса, то менша її інерційність і то швидше колесо повернеться в початкове положення після наїзду на яку-небудь перешкоду.

Однак існують і значні вади газонаповнених амортизаторів, такі як:

• вразливість для зовнішніх пошкоджень: будь-яка вм’ятина призведе до заміни амортизатора;
• чутливість до температури: що вона вища, то вищий тиск газового підпору і тим жорсткіше працює амортизатор.

Малюнок 6.10 Однотрубний газонаповнений
амортизатор.

Малюнок 6.11 Однотрубний газонаповнений амортизатор,
встановлений штоком униз.

Пружні елементи

Пружини

Найпростішим і часто використовуваним пружним елементом, що застосовується в конструкції підвіски, є пружина. У найпростішому варіанті використовується циліндрична вита пружина, але через гонку за оптимізацією і поліпшенням ефективності роботи підвіски пружини можуть приймати найрізноманітніші форми. Так, вони можуть бути бочкоподібними, увігнутими, конусоподібними і з перемінним діаметром перерізу витка. Зроблено це для того, щоб характеристика жорсткості пружини стала прогресивною, тобто при збільшенні ступеня стиснення пружного елемента збільшувався і його опір цьому стисканню, причому функція залежності має бути нелінійною і безперервно зростати. Приклад графіка залежності жорсткості, що виникає, від величини стиснення наведено на малюнку 6.12.

У звичайних циліндричних витих пружинах ця залежність лінійна. Щоб якось вирішити цю проблему, стали змінювати переріз і крок витка. Змінюючи форму пружини (малюнок 6.13), намагаються наблизити жорсткість до ідеальної, орієнтуючись за наведеним графіком (малюнок 6.12).

Малюнок 6.12 Графік залежності жорсткості пружини від ступеня стиснення.

Малюнок 6.13 Бочкообразные пружины.

Малюнок 6.14 Конусні пружини.

Бочкоподібні пружини іноді називають «мініблоком» (приклад таких пружин наведено на малюнку 6.14).

При тих самих характеристиках жорсткості, що і у звичайної циліндричної пружини, вони мають менші розміри. Також виключається контакт витків при повному стисненні пружини.

Ресори

Ресора — найпростіший і стародавній варіант пружного елемента в підвісках автомобілів. Що може бути простішим: взяти кілька сталевих листів, з’єднати їх разом і підвісити на них елементи підвіски. До того ж ресора має властивість гасіння коливань завдяки тертю між листами. Ресорна підвіска хороша для важких позашляховиків і пікапів, щодо яких не висувають особливих вимог до комфорту пересування, але є високі вимоги до вантажопідйомності.

Також ресора до недавнього часу застосовувалася і в такому автомобілі, як Chevrolet Corvett, щоправда, там вона розташовувалася поперечно і була виконана з композитного матеріалу.

Малюнок 6.15 Chevrolet Corvett e з поперечною вуглепластиковою ресорою.

Торсіон

Торсіон — тип пружного елемента, який часто застосовується для економії місця. Це стрижень, один кінець якого приєднаний до важеля підвіски, а другий затиснутий за допомогою кронштейна на кузові автомобіля. Коли важіль підвіски переміщується, цей стрижень скручується, виступаючи в ролі пружного елемента. Основна перевага полягає в простоті конструкції. До недоліків можна віднести те, що торсіон для нормальної роботи має бути досить довгим, але через це виникають проблеми з його розміщенням. Якщо торсіон розташований поздовжньо, то він «з’їдає» місце під кузовом або всередині нього, якщо він поперечний — зменшує параметри геометричної прохідності автомобіля.

Малюнок 6.16 Приклад підвіски з поздовжньо розташованим торсіоном (довгим стрижнем, закріпленим спереду на важелі, ззаду — на поперечині кузова).

Пневматичний елемент

У міру завантаження автомобіля ручною поклажею і пасажирами задня підвіска просідає, зменшується дорожній просвіт, зростає ймовірність пробою підвіски (про те, що це таке, ми говорили вище). Щоб цього уникнути, спочатку вирішили замінити пружини задньої підвіски пневматичними елементами (приклад такого елемента представлений на малюнку 6.17). Ці елементи — гумові подушки, в які закачане повітря. Якщо задня підвіска навантажена, в пневматичних елементах піднімається тиск повітря, положення кузова щодо поверхні й хід підвіски залишаються незмінними, ймовірність замикання елементів ходової частини зводиться до мінімуму.

Малюнок 6.17 Пневматична подушка.

Малюнок 6.18 Передня підвіска з підрамником.

Для розширення можливостей пневмоелементів встановили потужні компресори й електронний блок керування та передбачили можливість автоматичного і ручного керування підвіскою. Так вийшла напівактивна підвіска, яка, залежно від режиму руху та дорожньої обстановки, автоматично змінює величину дорожнього просвіту. Після введення в конструкцію амортизаторів зі змінною жорсткістю на виході отримали активну підвіску.

Підрамник

Щоб забезпечити шумо- і віброізоляцію, деталі підвіски часто кріпляться не до самого кузова, а до проміжної поперечини або підрамника (приклад якого наведено на малюнку 6.18), що утворює разом з елементами підвіски єдину складальну одиницю. Така конструкція спрощує збірку на конвеєрі (а значить, знижує собівартість автомобіля), регулювальні роботи і подальший ремонт.

Малюнок 6.19 Приклад встановленн я стабілізатора поперечної стійкості.

Стабілізатор поперечної стійкості

При проходженні поворотів автомобіль нахиляється в бік, протилежний повороту, — на нього діють відцентрові сили. Є два шляхи мінімізації цього ефекту: зробити дуже жорсткою підвіску або встановити стрижень, що зв’язує колеса однієї осі, особливим чином. Перший варіант цікавий, але щоб боротися з креном автомобіля на поворотах, довелося б зробити украй жорстку підвіску, що звело б нанівець показники комфорту автомобіля. Ще один варіант — установка активної підвіски зі складним електронним керуванням, яка в поворотах робила б підвіску зовнішніх коліс більш жорсткою. Але цей варіант дуже дорогий.

Тому пішли найпростішим шляхом — встановили стрижень, яким зв’язали через стійки або безпосередньо важелі підвісок коліс з обох боків автомобіля (дивіться малюнок 6.19). Таким чином, при проходженні повороту, коли колеса, що знаходяться з зовнішнього боку щодо центру повороту, піднімаються вгору (щодо кузова), стрижень скручується і немов підтягує до кузова внутрішнє колесо, тим самим стабілізуючи положення автомобіля. Від цього і назва — «стабілізатор поперечної стійкості».

Основними вадами звичайного стабілізатора поперечної стійкості є погіршення плавності ходу і зниження загального ходу підвіски через невелику, але все-таки зв’язку між колесами однієї осі. Перший недолік б’є по автомобілях класу «Люкс», другий — по позашляховиках.

В епоху електроніки і технологічних проривів конструктори не могли не скористатися всіма можливостями інженерії, тому придумали і впровадили активний стабілізатор поперечної стійкості. Він складається з двох частин: одна приєднана до підвіски правого колеса, друга — до підвіски лівого колеса, а посередині два кінці стрижня стабілізатора затискаються в гідравлічному або електромеханічному модулі. Цей модуль має змогу скручувати ту чи іншу частину, підвищуючи тим самим стабільність автомобіля, а коли авто рухається прямо, «розпускає» ці два кінці стрижня, даючи тим самим можливість кожному з коліс випрацьовувати відведений їм хід підвіски.

Геометрична прохідність автомобіля

Під геометричною прохідністю автомобіля розуміють сукупність його параметрів, що впливають на здатність безперешкодно пересуватися в тих чи інших умовах. До таких параметрів відносять висоту дорожнього просвіту автомобіля, кути з’їзду і в’їзду, кут рампи, величину звисів. Дорожній просвіт, або кліренс автомобіля — це висота від найнижчої точки кузова, вузла (наприклад, деталей підвіски) або агрегату (наприклад, картера двигуна) машини до поверхні землі.

Кут з’їзду і в’їзду — це параметри, що визначають можливість автомобіля підніматися на гору під певним кутом або з’їжджати з неї. Величина цих кутів безпосередньо пов’язана з іншим параметром, що входить в поняття геометричної прохідності, — довжини переднього і заднього звисів. Як правило, якщо звиси короткі, то машина може мати великі кути в’їзду і з’їзду, що допомагає їй без труднощів підніматися на круті гірки і з’їжджати з них. У свою чергу, знати довжину звисів важливо, щоб розуміти, чи можна припаркувати своє авто до того чи іншого бордюру.

Нарешті, ще один параметр — кут рампи, що залежить від довжини колісної бази і висоти кузова автомобіля над поверхнею. Якщо база довга, а висота мала, то автомобіль не зможе подолати точку переходу з вертикальної площини в горизонтальну. Простіше кажучи, машина, піднявшись на гору, не зможе перейти через її пік і «сяде» на днище.

Упругие элементы подвески
© MOHCTPOXOD

Жесткость упругого элемента (пружины или рессоры) означает какое нужно приложить усилие к пружине/рессоре для того чтобы продавить её на единицу длины (м, см, мм).
Например жесткость 4кг/мм означает что на пружину/рессору нужно надавить с усилием 4кг чтобы её высота уменьшилась на 1мм. Жесткость так же часто измеряют в кг/см и в Н/м.

Для того чтобы примерно измерить жесткость пружины или рессоры в гаражных условиях, можно например на неё встать и разделить свой вес на величину, на которую пружина/рессора продавилась под весом.
Рессору удобнее класть ушками на пол и вставать на середину.
Важно чтобы хотя бы одно ушко могло свободно скользить по полу. На рессоре лучше немного попрыгать прежде чем снимать высоту прогиба чтобы минизировать влияние трения между листами.

Плавность хода.

Плавность хода это то насколько автомобиль тряский.
Главным фактором, влияющим на «тряскость» автомобиля является частота собственных колебаний подрессоренных масс автомобиля на подвеске. Частота эта зависит от соотношения этих самых масс и вертикальной жесткости подвески. Т.е. Если масса больше то и жесткость может быть больше. Если меньше масса, вертикальная жесткость должна быть меньше.
Проблема для автомобилей меньшей массы в том, что при благоприятной для них жесткости высота посадки автомобиля на подвеске сильно зависит от количества груза. А груз — это у нас переменная составляющая подрессоренной массы.
Кстати чем больше груза в автомобиле, тем он комфортнее (мене тряский) до тех пор пока подвеска не сработала полностью на сжатие.

Для человеческого тела наиболее благоприятная частота собственных колебаний — это такая, которую мы испытываем при натуральной для нас ходьбе т.е. 0.8-1.2 Гц или (грубо) 50-70 колебаний в минуту.
Реально в автомобилестроении в погоне за грузонезависимостью считается допустимым до 2 Гц (120 колебаний в минуту).
Условно автомобили у которых баланс масса-жесткость сдвинут в сторону большей жесткости и более высоких частот колебаний, называют жесткими а автомобили с оптимальной характеристикой жесткости для их массы — мягкими.

Количество колебаний в минуту для вашей подвески можно посчитать по формуле:
N=300*SCRT(C/F)
где:
N – количество колебаний в минуту (желательно добиться чтобы было 50-70)
SCRT — квадратный корень
С — жесткость упругого элемента подвески в кг/см (Внимание! В этой формуле кг/см а не кг/мм)
F – масса подрессоренных частей, действующих на данный упругий элемент, в кг.

Характеристика вертикальной жесткости подвески

Характеристика жесткости подвески это зависимость прогиба упругого элемента (изменения его высоты относительно свободной) f от собственно нагрузки на него F.
Пример характеристики:

Прямой участок это диапазон когда работает только основной упругий элемент (пружина или рессора)
Характеристика обычной рессоры или пружины линейна.
Точка fст (что соответствует Fст) — это положение подвески когда автомобиль стоит на ровной площадке в снаряженном состоянии с водителем, пассажиром и запасом топлива. Соответственно всё что до этой точки — ход отбоя. Всё что после — ход сжатия. Обратим внимание на то что прямая характеристики пружины уходит далеко за пределы характеристики подвески в минус. Да, Пружине не дают полностью разжаться ограничитель хода отбоя и амортизатор.
Кстати про ограничитель хода отбоя. Именно он и и обеспечивает нелинейное снижение жесткости на начальном участке работая враспор пружине. В свою очередь ограничитель хода сжатия вступает в работу в конце хода сжатия и, работая параллельно пружине, обеспечивает увеличение жесткости и лучшую энергоёмкость подвески (усилие, которое способна поглотить подвеска своими упругими элементами)

Циллиндрические (спиральные) пружины.

Преимущество пружины против рессоры в том что во-первых в ней полностью отсутствует трение, а во-вторых она несет только чисто функцию упругого элемента в то время как рессора так же выполняет функцию направляющего устройства (рычагов) подвески. В связи с этим пружина нагружается только одним способом и служит долго. Единственные недостатки пружинной подвески по сравнению с рессорной — сложность и высокая цена.

Циллиндрическая пружина фактически представляет из себя скрученный в спираль торсион. Чем длиннее пруток (а его длина увеличивается с увеличением диаметра пружины и количества витков), тем мягче пружина при неизменной толщине витка. Удаляя витки с пружины, мы делаем пружину жестче. Установив 2 пружины последовательно, мы получаем более мягкую пружину. Суммарная жесткость последовательно соединенных пружин: С=(1/С1+1/С2). Суммарная жесткость работающих параллельно пружин С=С1+С2.

Обычная пружина как правило имеет диаметр, гораздо больший чем ширина рессоры и это ограничивает возможность использования пружины вместо рессоры на изначально рессорном автомобиле т.к. не помещается между колесом и рамой. Установить пружину под раму тоже не просто т.к. У неё есть минимальная высота, равная её высоте со всеми сомкнутыми витками плюс при установке пружиины под рамой мы теряем возможность выставить подвеску по высоте т.к. Не можем двигать вверх/вниз верхнюю чашку пружины. Установив пружины внутри рамы мы теряем угловую жесткость подвески (отвечающую за крен кузова на подвеске). На Паджеро так и сделали но дополнили подвеску стабилизатором поперечной устойчивости для увеличения угловой жесткости. Стабилизатор — это вредная вынужденная мера, грамотно не иметь его вообще на задней оси, а на передней стараться либо его тоже не иметь, либо иметь но чтобы он был как можно мягче.

Можно изготовить пружину маленького диаметра для того чтобы она поместилась между колесом и рамой, но при этом для того чтобы она не выкручивалась, необходимо заключить её в амортизаторную стойку, которая обеспечит (в отличие от свободного положения пружины) строго параллельное относительное положение верхней и нижней чашек пружины. Однако при таком решении пружина сама становится гораздо длиннее плюс дополнительная габаритная длина необходима для верхнего и нижнего шарнира амортизаторной стойки. В результате рама автомобиля нагружается не самым благоприятным образом в связи с тем что верхняя точка опоры оказывается гораздо выше лонжерона рамы.

Амортизаторные стойки с пружинами бывают так же 2-ступенчатыми с двумя последовательно установленными пружинами разной жесткости. Между ними ползун, являющийся нижней чашкой верхней пружины и верхней чашкой нижней пружины. Он свободно перемещается (скользит) по корпусу амортизатора. При обычной езде работают обе пружины и обеспечивают низкую жесткость. При сильном пробое хода сжатия подвески одна из пружин смыкается и дальше работает только вторая пружина. Жесткость у одной пружины больше чем у двух работающих последовательно.

Существуют так же бочкообразные пружины.

Их витки имеют разный диаметр и это позволяет увеличить ход сжатия пружины.
Смыкание витков происходит при гораздо меньшей высоте пружины. Этого может оказаться достаточно для установки пружины под рамой.

Циллиндрические спиральные пружины бывают с переменным шагом витка.
По мере сжатия, более короткие витки смыкаются раньше и перестают работать, а чем меньше витков работает тем больше жесткость.
Таким образом достигается увеличение жесткости при ходах сжатия подвески, близких к максимальным, при чем увеличение жесткости получается плавным т.к. виток смыкается постепенно.

Однако специальные виды пружин малодоступны а пружина — это по сути дела расходник. Иметь нестандартный, сложнодоступный и дорогой расходник не совсем удобно.

Листовые рессоры

Основное преимущество рессор в том что они одновременно выполняют и функцию упругого элемента и функцию направляющего устройства а отсюда вытекает низкая цена конструкции. В этом правда есть и недостаток — несколько видов нагружения сразу: толкающее усилие, вертикальная реакция и реактивный момент моста. Рессоры менее надежны и менее долговечны чем пружинная подвеска. Тема о рессорах как о направляющем устройстве будет рассматриваться отдельно в разделеле «направляющие устройства подвески».

Основная проблема рессор в том, что их очень сложно сделать достаточно мягкими. Чем они мягче, тем длиннее их нужно делать а при этом они начинают вылезать за свесы и становятся склонными к S-образному изгибу. S-образный изгиб это когда под действием реактивного момента моста (обратного крутящему моменту на мосту) рессоры наматываются собственно вокруг моста.

Так же рессоры имеют трение между листами, при чем не предсказуемое. Его величина зависит от состояния поверхности листов. При чем все неровности микропрофиля дороги, по величине возмущения не превосходящие величину трения между листами, передаются телу человека как будто подвески нет вообще.

Рессоры бывают многолистовые и малолистовые. Малолистовые лучше тем что раз в них меньше листов, то и трения между ними меньше. Недостаток — сложность изготовления и соответственно цена. Лист малолистовой рессоры имеет переменную толщину и с этим связаны дополнительные технологические сложности производства.

Так же рессора может быть 1-листовая. В ней трение отсутствует в принципе. Однако эти рессоры более склонны к S-образному изгибу и как правило применяются в подвесках, в которых реактивный момент на них не действует. Например в подвесках не ведущих осей или там где редуктор ведущего моста соединен с шасси а не с балкой моста, как пример — задняя подвеска «Де-дион» на заднеприводных автомобилях Вольво 300-ой серии.

С усталостным износом листов борятся изготовлением листов трапециевидного сечения. Нижняя поверхность уже верхей. Таким образом бОльшая часть толщины листа работает на сжатие а не на растяжение, лист служит дольше.

С трением борятся установкой пластиковых вставок между листами на концах листов. При этом во-первых листы не касаются друг друга по всей длине, а во-вторых скользят только в паре металл-пластик, где меньше коэффициент трения.

Другим способом борьбы с трением является густая смазка рессор с заключением их в защитные рукава. Такой метод применялся на ГАЗ-21 2-ой серии.

С S-образным изгибом борятся делая рессору не симметричной.
Передний конец рессоры короче заднего и более стоек против изгиба.
Между тем суммарная жесткость рессоры не изменяется. Так же для исключения возможности S-образного изгиба устанавливают специальные реактивные тяги.

В отличие от пружины, рессора не имеет минимального размера по высоте, что существенно упрощает задачу для самодеятельного строителя подвески. Однако, злоупотреблять этим нужно крайне осторожно т.к. Если пружина расчитывается по максимальному напряжению на полное сжатие до смыкания её же витков, то рессора на полное сжатие, возможное в подвеске автомобиля для которого конструировалась.

Так же нельзя манипулировать количеством листов. Дело в том, что рессора конструируется как единое целое исходя из условия равного сопротивления изгибу. Любое нарушение ведет к возникновению неравномерности напряжений по длине листа (даже если листы добавлять а не удалять) что неизбежно приводит к преждевременному износу и выходу из строя рессоры.

Всё самое лучшее что придумало человечество по теме многолистовых рессор есть в рессорах от Волги: они имеют трапециевидное сечение, они длинные и широкие, несимметричные и с пластиковыми вставками. Так же они мягче УАЗовских (в среднем) в 2 раза. 5-листовые рессоры от седана имеют жесткость 2.5кг/мм а 6-листовые рессоры от универсала 2.9кг/мм. Самые мягкие УАЗовские рессоры (задние Хантер-Патриот) имеют жесткость 4кг/мм. Для обеспечения благоприятной характеристики УАЗу нужно 2-3 кг/мм.

Характеристику рессоры можно сделать ступенчатой за счет применения подрессорника или надрессорника. Большую часть времени дополнительный элемент не действует и не влияет на характеристику подвески. Он включается в работу при большом ходе сжатия либо при наезде на препятствие, либо при загрузке машины. Тогда суммарная жесткость складывается из жесткостей обоих упругих элементов. Как правило если это надрессорник, то он закреплен серединой на основной рессоре и при ходе сжатия концами упирается в специальные упоры, расположенные на раме автомобиля. Если это подрессорник, то при ходе сжатия его концы упираются в концы основной рессоры. Недопустимо чтобы подрессорник упирался в рабочую часть основной рессоры. В этом случае нарушается условие равного сопротивления изгибу основной рессоры и возникает неравномерность распределения нагрузки по длине листа. Однако, существуют конструкции (как правило на легковых внедорожниках) когда нижний лист рессоры изогнут в обратную сторону и по мере хода сжатия (когда основная рессора принимает форму близкую к его форме) прилегает к ней и таким образом плавно включается в работу обеспечивая плавно прогрессивную характеристику. Как правило такие подрессорники расчитаны именно на максимальные пробои подвески а не для корректировки жесткости от степени загрузки машины.

Резиновые упругие элементы.

Как правило резиновые упругие элементы используются в качестве дополнительных. Однако, есть конструкции, в которых резина служит основным упругим элементом, например Ровер Мини старого образца.

Нам они однако интересны только в качестве дополнительных, в простонародии известных как «отбойники». Часто на форумах автомобилистов встречаются слова «подвеску пробивает до отбойников» с последующим развитием темы про необходимость увеличения жесткости подвески. На самом же деле для того там эти резинки и устанавливаются чтобы до них пробивало, и при их сжатии жесткость увеличивалась таким образом обеспечивая необходимую энергоёмкость подвески без увеличения жесткости основного упругого элемента, который подбирается из условия обеспечения необходимой плавности хода.

На более старых моделях отбойники были сплошные и как правило имели форму конуса. Форма конуса позволяет обеспечить плавную прогрессивную характеристику. Тонкие части сжимаются быстрее и чем толще оставшаяся часть, тем жестче резинка

В настоящее время наибольшее распространение получили ступенчатые отбойники, имеющие чередующися тонкие и толстые части. Соответственно в начале хода сжимаются все части одновременно, далее тонкие части смыкаются и продолжают сжиматься уже только толстые части жесткость которых больше.Как правило эти отбойники пустые внутри (с виду шире обычных) и позволяют получить больший чем обычные отбойники ход. Подобные элементы устанавливаются например на автомобилях УАЗ новых моделей (Хантер, Патриот) и Газель.

Отбойники или ограничители хода или дополнительные упругие элементы устанавливаются как на сжатие, так и на отбой. Работающие на отбой часто устанавливаются внутри амортизаторов.

О наиболее часто встречающихся заблуждениях.

1. «Пружина просела и стала мягче»: Нет, жесткость пружины не изменяется. Изменяется только её высота. Витки становятся ближе друг к другу и машина опускается ниже.