Назначение независимой подвески автомобиля
Независимая подвеска автомобиля. Принцип работы, типы и устройство
Независимая подвеска – самый популярный вид подвесок. Он отличается от других тем, что каждое колесо не влияет на другие, и между колесами нет жесткой связи. Типов независимой подвески существует много, но самой популярной остается многорычажная «МакФерсон». Она отличается от других хорошими характеристиками и сравнительно низкой стоимостью.
Типы независимых подвесок
Подвеска с качающимися полуосями
В такой подвеске применяется две полуоси вместо одной. Каждая ось закрепляется на шасси с помощью шарнира, благодаря чему обеспечивается перпендикулярное положение колеса по отношению к полуоси. Помимо этого, при поворотах боковые силы подвески могут подбрасывать машину, из-за чего страдает устойчивость автомобиля. Чаще всего этот вид подвески используется для грузовых машин.
Подвеска на продольных рычагах
Этот тип подвески заключается в том, что каждое колесо на одной оси с обеих сторон прикрепляется к рычагу, намертво закрепленного на раме. При использовании этой подвески может изменяться колесная база, но колея остается такой же, как и была. Устойчивость этого типа независимой подвески автомобиля не отличается хорошими характеристиками, из-за чего колеса могут поворачиваться вместе с кузовом. Это негативно сказывается на сцеплении шин с дорогой. При движении продольные рычаги берут на себя всю нагрузку со всех направлений. По этой причине данному типу подвески не хватает жесткости и утяжеления. Плюсом подвески на продольных рычагах является возможность сделать ровный пол в машине, благодаря чему внутри увеличивается объем салона. Такая подвеска нередко применяется в производстве легких прицепов.
Подвеска Дюбоне
Этот тип независимой подвески автомобиля применялся на машинах в первой половине ХХ века. На каждом борте автомобиля был рычаг с реактивной тягой. Рычаг оказывал действие на пружину, а реактивная тяга соединялась с кожухом, в котором находилась пружина и передавала усилия при торможении. Этот тип подвески не прижился, потому как из кожуха постоянно вытекала жидкость.
Подвеска на косых рычагах
Данный тип подвески – это всего лишь усовершенствованная подвеска на продольных рычагах. Она используется для ведущей оси. Конструкция подвески делает минимальной вероятность изменения ширины между колесами, а также оказывает влияние кренов на наклон колес. Когда во время поворота усиливается подача топлива, задняя часть машины немного приседает, из-за чего происходит развал передних колес. Когда уменьшается подача топлива, передняя часть становится ниже, а задняя часть машины поднимается.
Подвеска на двойных поперечных рычагах
С каждой стороны подвески есть два рычага, которые крепятся на раму внутри на эластичном креплении. Снаружи они соединяются со стойкой колеса. Преимущество данного типа подвески в том, что у Вас есть возможность отрегулировать все необходимые параметры и ее характер во время работы. Эта подвеска очень популярна на спорткарах, потому как на ней можно отрегулировать:
Подвеска «МакФерсон»
В данном типе подвески имеется направляющая стойка и дополнительный нижний рычаг. Это позволяет качаться, когда работает верхний шарнир. Макферсон – это продолжение свечной подвески. Поворотный кулак скользит вверх и вниз по раме направляющей, которая обеспечивает поворот. Тип подвески макферсон очень популярен, потому как подвеска этого типа проста, компактна и недорогая.
Многорычажная подвеска
Многорычажная подвеска – это подвид подвески на двойных поперечных рычагах. Они применяются на машинах с задним приводом. Долгое время ее использовали спереди, но потом конструкторы смогли повысить управляемость и устойчивость машины. В новой подвеске уже не было ввинчивания.
Недостатки и преимущества независимых подвесок
В основном, этот тип подвески используется на легковых машинах. Они лучше переносят выбоины на дорожном покрытии. Когда одно колесо попадает в яму, на втором это никак не сказывается. Если машина на большой скорости попадает в большую яму, то у нее меньший риск перевернуться, если установлена независимая подвеска автомобиля. Машины с этим типом подвески более безопасны и мобильны. Также у них более высокий уровень сцепления с дорогой, что отчетливо видно на хорошей скорости.
Главный недостаток подвесок такого типа – это более высокая вероятность того, что она быстрее выйдет из строя, чем зависимая подвеска автомобиля. Этот момент хорошо заметен во время поездки по горным дорогам, когда одно колесо идет по препятствию, а второе идет по своей траектории. Из-за этого клиренс становится меньше, в результате чего может повредиться дно машины. Одно можно сказать точно: асфальтовые дороги – стихия независимых подвесок автомобилей.
Всё про независимую подвеску
Итак, видов независимых подвесок – девять, причем, у двух из них есть по несколько разновидностей.
✒ Первый вид подвески такого типа – с качающимися полуосями.
Уже из самого названия понятно, что основными элементами конструкции такой подвески выступают полуоси. На их внутренних концах имеются шарниры, при помощи которых полуоси прикреплены к главной передаче с дифференциалом. Внешние концы полуосей прочно сочленены с колесами. Упругими элементами в таких подвесках служат рессоры или пружины. Особенность этой конструкции независимой подвески в том, что при наезде на препятствие колесо всегда сохраняет свое перпендикулярное размещение относительно полуоси, а силы реакции дороги гасят сами полуоси и их шарниры. Двухшарнирная подвеска с качающимися полуосями.
В некоторых подвидах такой независимой подвески используются поперечные или продольные рычаги, которые играют роль «гасителей» сил реакции дороги. Как правило, конструкцию такой подвески применяли на заднем мосту для заднеприводных автомобилей. Такие подвески устанавливались на автомобили марок Ford, Mercedes-Benz и Chevrolet середины ХХ века. В СССР подобная подвеска устанавливалась на автомобили ЗАЗ. К достоинствам подвески с качающимися полуосями относят простоту конструкции, дешевизну обслуживания и ремонта. К недостаткам – большие колебания колеи и развала при наезде на препятствия. Эти недостатки особенно проявлялись при езде со скоростью свыше 60 км/час, что негативно влияло на управляемость автомобилем.
✒ Второй вид независимой подвески – на продольных рычагах. Эта подвеска имеет два подвида: пружинный (упругие элементы – пружины) и торсионный (упругие элементы – торсионы). Особенность конструкции подвески заключается в расположении колес на продольных рычагах, которые подвижно прикреплены к кузову или раме автомобиля. Такой вид подвески устанавливался на задние мосты автомобилей марок Citroen, Austin, на мотороллеры и небольшие прицепы. Независимая подвеска на продольных рычагах Плюсами такого типа подвески являются простота ее конструкции, которая, в свою очередь (особенно в торсионном подвиде), позволяла сделать пол автомобиля плоским, и дешевизна изготовления, ремонта и обслуживания. Минусов у нее больше: значительные изменения параметров колесной базы при движении, большие крены в поворотах (из-за низкого центра крена).
✒ Третий вид независимой подвески – на косых рычагах. По своей конструкции она напоминает подвеску на продольных рычагах, с тем отличием, что в ней оси качания рычагов находятся под косым углом. Она, в свою очередь, делится на два подвида: с одношарнирными полуосями с диагональными рычагами (расположены под углом 45 градусов) и двухшарнирными полуосями с косыми рычагами (шарниры расположены с обоих концов полуосей). Этот вид подвески в основном устанавливался на заднюю ось (на авто такие марок как Ford, Mercedes-Benz, Opel, Porsche, Fiat и ЗАЗ), с подвеской на косых рычагах на передней оси изготавливался Trabant. Преимуществами такой подвески, по сравнению с подвеской на продольных рычагах, являлось уменьшение колебаний параметров колесной базы, кренов автомобиля в повороте. К недостаткам этого вида подвески относится сильное изменение схождения и развала колес, высокий центр крена (для подвида с одношарнирными полуосями).
✒ Четвертый вид независимой подвески – на продольных и поперечных рычагах. В конструкции этой подвески используется направляющая стойка, в которой, чтобы разгрузить брызговик крыла, применяется продольный рычаг, принимающий на себя верхние опорные усилия. Этот вид подвески громоздок, сложен в конструкционном плане, а потому непопулярен. Такую подвеску имели автомобили марки Rover, Glas. Как таковых преимуществ у подвески на продольных и поперечных рычагах мало: это большое расстояние по высоте межу опорными узлами (уменьшает влияние сил на крепления подвески к кузову) и вариативность конструктивных ходов подвески. К недостаткам относят сложность конструкции (большое количество деталей – шарниров, рычагов), большие габариты, плохие параметры кинематики (значительное изменение угла развала при больших ходах подвески).
✒ Пятый вид независимой подвески – на двойных продольных рычагах. Особенность ее конструкции в том, что с каждой стороны у оси есть два продольных рычага, которые объединяются расположенными поперечно торсионами, играющими роль упругих элементов подвески. Как правило, такая подвеска устанавливалась на переднюю ось заднемоторных автомобилей марки Volkswagen и Porsche начала — середины ХХ века. Плюсы такой подвески: компактность, возможность вынесения вперед передней части кузова автомобиля (что положительно сказывалось на комфорте водителя и переднего пассажира). Минусы: изменение параметров колесной базы при наезде на препятствия, большая масса рычагов (увеличивает вес авто).
✒ Шестой вид подвески – на двойных поперечных рычагах. Она, в зависимости от используемых упругих элементов, делится на пять подвидов: пружинный, торсионный, рессорный, гидропневматический и пневматический. Общность этой конструкции для всех подвидов заключается в наличии поперечных рычагов, которые своими внутренними концами подвижно сочленены с кузовом или рамой машины, а внутренними – с поворотной (для передней подвески, с шаровыми шарнирами с двумя степенями свободы) и неповоротной (для задней подвески, с цилиндрическими шарнирами с одной степенью свободы) стойкой. Верхний рычаг в такой подвеске короче, чем нижний, располагаться они могут как параллельно друг другу, так и под некоторым углом. Пружинная подвеска на двойных поперечных рычагах в своей конструкции имеет витые пружины, играющие роль упругого элемента. Схема подвески на двойных поперечных рычагах Они располагаются между поперечными рычагами, либо над верхним рычагом с упором на брызговик крыла. Такую конструкцию подвески имеют автомобили марки Jaguar. Торсионная подвеска на двойных поперечных рычагах в качестве упругого элемента имеет продольные торсионы, крепящиеся к нижним рычагам. В этом подвиде подвески они могут крепиться как продольно, так и поперечно. С такой подвеской производились автомобили марок Packard, Chrysler, Fiat, Simka и ЗИЛ. Рессорная подвеска в качестве упругого элемента использует рессоры, которые располагаются поперечно двойным рычагам. Рессорная подвеска На автомобили устанавливались подвески с одной, двумя, четырьмя рессорами, которые крепились в одной либо двух точках. Также в первой половине ХХ века производились автомобили, которые имели четыре полурессоры (по две с каждой стороны борта), располагавшиеся поперечно. Рессорную конструкцию подвески имели автомобили Tatra, Fiat, Ford, Autobianci, Chevrolet, Lancia, Packard. В гидропневматическом и пневматическом подвиде независимой подвески на двойных поперечных рычагах роль упругих элементов играют пневматические баллоны или гидропневматические элементы, объединенные в одно целое с системой гидроусилителя руля и гидравлической системой тормозов. Пневматическую подвеску на двойных поперечных рычагах имели автомобили марок Mercedes-Benz, Austin, а гидропневматические подвески были распространены у моделей компании Citroen. Подвеска на двойных рычагах Преимущества независимой подвески на двойных поперечных рычагах выражаются в конструкционном и функциональном аспектах. Конструкция такой подвески уникальна тем, что все ее элементы могут крепиться к специальной поперечине, которая жестко вмонтирована в кузов или раму. Таким образом, при ремонте эту подвеску можно снять полностью как отдельный агрегат для ремонта или замены. Функциональное преимущество заключается в том, что выбирая определенную геометрию размещения рычагов, можно жестко задать любые необходимые установочные параметры подвески. Это способствует высокой степени управляемости автомобилем, из-за чего подвески с двойными поперечными рычагами зачастую используют в спортивных автомобилях.
✒ Седьмой вид независимой подвески – «свечная». Она стала конструкционным предтечей подвески МакФерсона. В конструкции этого вида подвески применяется жесткая рама, на которую насажен поворотный кулак. Сверху он подпирается пружиной или рессорой. При наезде на препятствие поворотный кулак скользит по раме вверх и вниз, обеспечивая подрессоривание. Сегодня эту подвеску имеют только спортивные автомобили компании Morgan, наиболее широкой распространение такой вид имел в начале ХХ века. К плюсам этой подвески можно отнести простоту и компактность конструкции, небольшой вес, высокую надежность. К минусам – большие продольные колебания.
✒ Восьмой вид независимой подвески – подвеска МакФерсона. В ее конструкции используются амортизационные стойки, а упругим элементом выступает витая пружина. Подвеска МакФерсон (McPherson) Устанавливается преимущественно на переднюю ось. Более подробно конструкцию, плюсы и минусы этой подвески мы рассмотрим в отдельном материале. Устанавливается подвеска МакФерсон на большинстве современных легковых автомобилей.
✒ Девятый вид независимой (полузависимой) подвески – торсионно-рычажная, сочетающая в своей конструкции два продольных рычага и торсионную скручиваемую балку. Этот вид подвески использовался на задней оси переднеприводных автомобилей. Разработали торсионно-рычажную подвеску в компании Audi, на моделях которой она устанавливалась в 1970-90-х годах. Торсионно-рычажная (полузависимая)
Сегодня такую подвеску изредка используют на бюджетных моделях китайские компании. К преимуществам такой подвески относится их долговечность и надежность, относительная простота конструкции. К минусам – жесткость, что сказывается на комфорте пассажиров заднего ряда автомобиля, предрасположенность к кренам в повороте (✏ Плюсы и минусы независимой подвески
1. Малый вес неподрессоренных масс. Неподрессоренной массой считается вес всех элементов подвески (в том числе и вес колеса). Чем меньше вес, тем лучше подвеска работает, легче гасятся колебания, дольше «жизнь» элементов подвески.
2. Больше настроек подвески.
3. Лучше управление и сцепление с дорогой на больших скоростях.
4. Сложнее конструкция, больше деталей и соответственно сложнее и дороже ремонт.из-за низкого расположения центра крена).
Зависимая и независимая подвеска автомобиля
Ходовая часть автомобиля предназначена для перемещения автомобиля по дороге, причем с определенным уровнем комфорта, без тряски и вибраций. Механизмы и детали ходовой части связывают колеса с кузовом, гасят его колебания, воспринимают и передают силы действующие на автомобиль.
Находясь в салоне легкового автомобиля, водитель и пассажиры испытывают медленные колебания с большими амплитудами, и быстрые колебания с малыми амплитудами. От быстрых колебаний защищает мягкая обивка сидений, резиновые опоры двигателя, коробки передач и так далее. Защитой от медленных колебаний служат упругие элементы подвески, колеса и шины.
Ходовая часть состоит из:
передней и задней подвески колес,
колес и шин.
Подвеска колес автомобиля
Подвеска предназначена для смягчения и гашения колебаний передаваемых от неровностей дороги на кузов автомобиля.
Благодаря подвеске колес кузов совершает вертикальные, продольные, угловые и поперечно-угловые колебания. Все эти колебания определяют плавность хода автомобиля.
Давайте разберемся с тем, как в принципе колеса автомобиля связаны с его кузовом. Даже если вы никогда не ездили на деревенской телеге, то, глядя на нее через экран телевизора, вы можете догадаться о том, что колеса телеги жестко закреплены к ее «кузову» и все проселочные «колдобины» отзываются на седоках. В том же телевизоре (в сельском «боевике») вы могли заметить, что на большой скорости телега рассыпается и происходит это именно из-за ее «жесткости».
Думаю, в городских условиях, было бы смешно и печально увидеть как «рассыпались» два соседних автомобиля, в то время как вы пытаетесь объехать детали, от уже рассыпавшихся за час до этого других машин. Дабы наш транспорт служил подольше, а «седоки» чувствовали себя получше, колеса автомобилей не жестко связаны с кузовом. К примеру, если поднять автомобиль в воздух, то колеса (задние вместе, а передние по отдельности) отвиснут и будут «болтаться», подвешенные к кузову на всяких там рычагах и пружинах.
Вот это и есть подвеска колес автомобиля. Конечно, шарнирно закрепленные рычаги и пружины — «железные» и выполнены с определенным запасом прочности, но эта конструкция позволяет колесам перемещаться относительно кузова. А правильнее сказать — кузов имеет возможность перемещаться относительно колес, которые едут по дороге.
Подвеска может быть зависимой и независимой.
Схема работы зависимой подвески колес автомобиля
Зависимая подвеска (рис. 1), это когда оба колеса одной оси автомобиля связаны между собой жесткой балкой (задние колеса). При наезде на неровность дороги одного из колес, второе наклоняется на тот же угол.
Схема работы независимой подвески колес автомобиля
Независимая подвеска (рис. 2), это когда колеса одной оси автомобиля не связаны жестко друг с другом (передние колеса). При наезде на неровность дороги, одно из колес может менять свое положение, не изменяя при этом положения второго колеса.
Упругий элемент подвески (пружина или рессора) служит для смягчения ударов и колебаний, передаваемых от дороги к кузову.
Схема амортизатора
1 — верхняя проушина; 2 — защитный кожух; 3 — шток; 4 — цилиндр; 5 — поршень с клапанами сжатия и «отбоя»; 6 — нижняя проушина; 7 — ось колеса; 8 — кузов автомобиля
Гасящий элемент подвески – амортизатор (рис.3) необходим для гашения колебаний кузова за счет сопротивления, возникающего при перетекании жидкости через калиброванные отверстия из полости «А» в полость «В» и обратно (гидравлический амортизатор). Также могут применяться газовые амортизаторы, в которых сопротивление возникает при сжатии газа.
Стабилизатор поперечной устойчивости автомобиля предназначен для повышения управляемости и уменьшения крена автомобиля на поворотах. На повороте кузов автомобиля одним своим боком прижимается к земле, в то время как второй бок хочет уйти «в отрыв» от земли. Вот в отрыв-то, ему и не дает возможности уйти стабилизатор, который, прижавшись к земле одним концом, вторым своим концом прижимает и другую сторону автомобиля. А при наезде какого-либо колеса на препятствие, стержень стабилизатора закручивается и стремится побыстрее вернуть это колесо на свое место.
…
У независимой подвески есть ряд преимуществ перед зависимой:
Малые неподрессоренные массы. Это позволяет на неровных дорогах, грунтовках колесу успевать быстрее срабатывать по неровностям и следовательно лучше сохранять сцепление с дорогой
Благоприятная кинематика подвески и возможность обеспечить любую необходимую кинематику. Например на передней оси для снижения автомобиля к избыточной поворачиваемости, колесо наклоняется наружу поворота (подвеска на двойных поперечных рычагах) а на задней оси наоборот в сторону, противоположную повороту (подвеска на косых рычагах).
Но есть и недостатки:
Низкая ось крена подрессоренных частей автомобиля на подвеске. Для обеспечения устойчивости необходимо чтобы при работе подвески, ширина колеи автомобиля оставалась постоянной и изменялась не более чем позволяет упругость шин. Для обеспечения этого условия необходимо чтобы кинематический центр подвески находился на поверхности дороги (может перемещаться по ней в процессе крена). Низко расположенная ось крена автомобиля на подвеске, особенно внедорожника с высоким положением центра тяжести, означает большое плечо крена и следовательно большие углы крена кузова. Это вынуждает конструкторов искуственно увеличивать угловую жесткость подвески (препятствующую крену кузова) установкой стабилизаторов поперечной устойчивости. Однако, это плохо сказывается на артикуляции подвески и уровне комфорта т.к. при наезде на препятствие только одним (а не двумя сразу) колесом, суммарная жесткость складывается из жесткости основной пружины и жесткости стабилизатора. Для езды по асфальту это допустимо т.к. волны там как правило воздействуют на подвеску одновременно но на внедорожье неровности расположены хаотично. Однако есть и бонус: «рессорная (пружинная)» колея у независимой подвески равна колесной колее и гораздо шире чем рессорная колея зависимой подвески (на шириину которой накладывает ограничение необходимость обеспечения возможности поворота колеса). Угловая жесткость независимой подвески больше угловой жесткости зависимой подвески, что на передней оси благоприятно сказывается на поворачиваемости автомобиля (см. статью про управляемость), именно по этой причине на заднеприводных и парттаймовых автомобилях предпочитают использовать независимую спереди и зависимую сзади.
Чувствительность кинематики к установке колес не штатного для данного автомобиля размера. В случае независимой подвески, колесо является кинематическим элементом и корректность работы подвески зависит от его размеров в отличие от зависимой подвески. Устанавливать колеса увеличенного размера на автомобили с независимой подвеской крайне не желательно, если уж очень хочется то лучше чтобы размер не превышал стандартный более чем на 2 дюйма.
Ненадежность независимой подвески — это гаражный миф. Надежность больше зависит от конкретного исполнения чем от «независимости». Однако, ремонт независимой подвески однозначно сложнее.
Автомобиль с передней незаивисмой и задней зависимой неплохо ведет себя на асфальте. Однако, на неровной дороге/грунтовке/стиральной доске он очень опасен. Получается что в виду того что неподрессоренные массы задней оси такого автомобиля превышают неподрессоренные массы передней оси, заднюю ось срывает в занос раньше, чем переднюю а занос при заносе задней оси центробежная сила соответствует направлению заноса и чем дольше занос, тем меньше радиус а чем меньше радиус тем больше центробежная сила, в общем занос прогрессирует.
В то же время на автомобиле с полностью зависимой подвеской соотношение неподрессоренных масс обратное, первой срывается в занос передняя ось, а её занос не прогрессирующий и водитель легко успевает на это среагировать. Так же ведет себя автомобиль с полностью независимой подвеской только срыв передней оси в занос происходит на гораздо большей скорости.
Отсюда можно сделать вывод о сферах применения автомобилей:
Автомобиль с полностью независимой подвеской больше годится для ралли (скоростных внедорожных гонок) т.к. в ралли необходимо сохранять сцепление с дорогой на максимально возможных скоростях, но при этом не столь важна артикуляция и возможность реализации тяги при больших разноименных ходах подвески.
Автомобиль с полностью зависимой подвеской — для трофи и туризма т.к. как правило это означает длительное по времени передвижение по неровным поверхностям на небольшой скорости. Важно чтобы неровности поверхности по которой движется автомобиль не воздействовали болезненно на тело человека. При движении по твердым неровным поверхностям допускается срыв в занос на меньшей чем в ралли скорости но необходимо чтобы первой срывало переднюю ось.
Автомобиль с передней независимой и задней зависимой — оптимален для движения по асфальтовым дорогам общего пользования с возможностью съезда на не экстремальное внедорожье и не длительное движение по нему (например подъезд к местам рыбалки итд).