Дорога, по которой водитель выбирает маршрут движения, не всегда бывает ровной и гладкой. Очень часто на ней могут присутствовать такое явление, как неровности покрытия — трещины в асфальте и даже кочки и ухабы. Не стоит забывать и про «лежачих полицейских». Этот негатив отрицательно сказывался бы на комфорте движения, если не существовала бы амортизационная система — подвеска автомобиля.
Назначение и устройство
Во время движения неровности дороги в виде колебаний передаются на кузов. Подвеска автомобиля предназначается для гашения или смягчения подобных колебаний. В ее прикладные функции входит обеспечение связи и соединения между кузовом и колесами. Именно детали подвески дают колесам возможность перемещаться независимо от кузова, обеспечивая изменение направления движения автомобиля. Наряду с колесами, она является обязательным элементом ходовой части автомобиля.
Подвеска автомобиля – это технически сложный агрегат, имеющий следующее строение:
- упругие элементы — металлические (пружины, рессоры, торсионы) и неметаллические (пневматические, гидропневматические, резиновые) детали, которые, в силу своей упругих характеристик, принимают нагрузку от неровностей дороги и распределяют ее на кузов автомобиля;
- гасящие устройства (амортизаторы) – агрегаты, имеющие гидравлическое, пневматическое или гидропневматическое строение и предназначенные для нивелирования колебаний кузова, полученных от упругого элемента;
- направляющие элементы – различные детали в виде рычагов (поперечных, продольных), обеспечивающих соединение подвески с кузовом и определяющих перемещение колес и кузова относительно друг друга;
- стабилизатор поперечной устойчивости — упругая металлическая штанга, соединяющая подвеску с кузовом и препятствующая увеличению крена автомобиля в процессе движения;
- опоры колеса – специальные поворотные кулаки (на передней оси), воспринимающие нагрузки, исходящие от колес, и распределяющие их на всю подвеску;
- элементы крепления деталей, узлов и агрегатов подвески – это средства соединения элементов подвески с кузовом и между собой: жесткие болтовые соединения; композитные сайлентблоки; шаровые шарниры (или шаровые опоры).
История появления
Попытки сделать передвижение транспортного средства мягче и комфортнее предпринимались еще в каретах. Изначально оси колес жестко крепились к корпусу, и каждая неровность дороги передавалась сидящим внутри пассажирам. Повысить уровень комфорта могли лишь мягкие подушки на сиденьях.
Зависимая подвеска с поперечным расположением рессоры
Первым способом создать упругую «прослойку» между колесами и кузовом кареты стало применение эллиптических рессор. Позже данное решение было позаимствовано и для автомобиля. Однако рессора уже стала полуэллиптической и могла устанавливаться поперечно. Автомобиль с такой подвеской плохо управлялся даже на небольшой скорости. Поэтому вскоре рессоры стали устанавливать продольно на каждое колесо.
Развитие автомобилестроения повлекло и эволюцию подвески. В настоящее время насчитываются десятки их разновидностей.
Принцип работы
Схема работы подвески автомобиля основывается на преобразовании энергии удара, возникающего от наезда колеса на неровность покрытия дороги, в перемещение упругих элементов (к примеру, пружин). В свою очередь, жесткость перемещения упругих элементов контролируется, сопровождается и смягчается действием гасящих устройств (например, амортизаторов). В результате, благодаря подвеске, сила удара, которая передается на кузов автомобиля, уменьшается. Этим и обеспечивается плавность хода. Лучший способ увидеть работу системы – это использовать видео, которое наглядно демонстрирует все элементы подвески автомобиля и их взаимодействие. Автомобили обладают самыми различными по жесткости подвесками. Чем жестче подвеска, тем информативнее и эффективнее управление автомобилем. Однако при этом серьезно страдает комфорт. И, наоборот, мягкая подвеска устроена так, что обеспечивает удобство в эксплуатации и жертвует управляемостью (чего нельзя допустить). Именно поэтому производители автомобилей стремятся найти их наиболее оптимальный вариант – сочетание безопасности и комфорта.
Кольцевые рессоры
Кольцевые рессоры применяются преимущественно в случаях, когда требуется обеспечить высокую жесткость в малых габаритах (например, в некоторых конструкциях поглощающих аппаратов автосцепки). Достигается это за счет рационального использования материала колец и наличия сил трения между кольцами. Для обеспечения стабильного трения и предотвращения заклинивания применяется смазка.
Кольцевые рессоры (рис. 4, а) представляют собой жесткий упругий элемент для восприятия сжимающих осевых нагрузок. Кольцевая рессора состоит из набора термически обработанных колец, соприкасающихся коническими поверхностями Под действием нагрузки Р, несмотря на значительные силы трения на конусных поверхностях колец, препятствующие их относительному скольжению, они вдвигаются одно в другое. Кольца, передавая усилия своими коническими поверхностями, деформируются: внешние подвергаются упругому растяжению, а внутренние – упругому сжатию. В результате общая высота рессоры H уменьшается. После снятия нагрузки, так как угол конусности β больше угла трения р = arct μ (где μ – коэффициент трения скольжения), рессора восстанавливает свои прежние размеры за счет сил упругости. Взаимное перемещение колец обычно незначительно (1,5–4,5 мм), вследствие чего для получения достаточного прогиба необходимо иметь большое количество колец.
Рис. 4 – Кольцевая рессора и диаграмма ее работы
Величина работы сил трения между кольцами (рис. 4, б), совершаемой при загружении рессоры, зависит от точности их изготовления и наличия смазки.
Многообразие вариантов подвески
Устройство подвески автомобиля – это самостоятельное конструкционное решение производителя. Существует несколько типологий подвески автомобиля: их различает критерий, положенный в основу градации.
В зависимости от устройства направляющих элементов выделяются наиболее распространенные типы подвески: независимая, зависимая и полунезависимая.
Зависимый вариант не может существовать без одной детали — жесткой балки, входящей в состав моста автомобиля. При этом колеса в поперечной плоскости перемещаются параллельно. Простота и эффективность конструкции обеспечивает ее высокую надежность, не допуская развала колес. Именно поэтому зависимая подвеска активно применяется в грузовых автомобилях и на задней оси легковых.
Схема независимой подвески автомобиля предполагает автономное существование колес друг от друга. Это позволяет повысить амортизационные характеристики подвески и обеспечить большую плавность хода. Данный вариант активно применяется для организации как передней, так и задней подвески на легковых автомобилях.
Полунезависимый вариант состоит из жесткой балки, закрепленной на кузове с помощью торсионов. Данная схема обеспечивает относительную независимость подвески от кузова. Характерный ее представитель – переднеприводные модели ВАЗ.
Вторая типология подвесок основывается на конструкции гасящего устройства. Специалисты выделяют гидравлические (масляные), пневматические (газовые), гидропневматические (газо-масляные) устройства.
Определенным особняком стоит так называемая активная подвеска. Ее схема включает в себя вариативные возможности – изменение параметров подвески при помощи специализированной электронной системы управления в зависимости от условий движения автомобиля.
Наиболее распространенными изменяемыми параметрами являются:
- степень демпфирования гасящего устройства (амортизаторного устройства);
- степень жесткости упругого элемента (например, пружины);
- степень жесткости стабилизатора поперечной устойчивости;
- длина направляющих элементов (рычагов).
Активная подвеска представляет собой электронно-механическую систему, существенного увеличивающую стоимость автомобиля.
Гидравлические телескопические амортизаторы
Гидравлические амортизаторы обепечивают гашение колебаний подрессоренной части автомобиля и являются основными конструктивными элементами, влияющими на показатели плавности движения и условия контакта шин с опорной поверхностью. По конструкции амортизаторы делятся на два типа: двухтрубные и однотрубные.
Конструкция однотрубных амортизаторов признана более технологичной, но их эффективность может снижаться за счет упругих составляющих сил, действующих на подрессоренные массы. Двухтрубные амортизаторы этого недостатка не имеют. Как правило, на современных транспортных средствах применяют амортизаторы «двухстороннего» действия , обеспечивающие создание сопротивления и гашение колебаний как при ходе «сжатия », так и ходе «отдачи».
Гидравлический телескопический двухтрубный амортизатор двухстороннего действия (рис. 21) состоит из следующих основных частей: цилиндра 1 с закрепленным в его нижней части корпусом клапана хода сжатия 2; штока 3 с поршнем 4 и направляющей втулкой 5; корпуса амортизатора 6 .
Рис. 21. Гидравлический телескопический двухтрубный амортизатор
Проушина 7 корпуса 6 соединяется с направляющим устройством подвески, а проушина 8 штока с подрессоренной частью автомобиля. В поршне 4 имеются отверстия 9, равномерно расположенные на равном удалении от оси штока и отверстия 10, расположенные также на окружности, но большего радиуса. Отверстия 10 прикрываются тарелкой обратного клапана 11, а отверстия 9 — тарелкой клапана хода отбоя 12, поджимаемой к поршню пружиной 13. В корпусе 2 расположены: клапан хода сжатия 14 , закрывающий отверстия 15 , и обратный клапан 16, закрывающий расположенные по окружности отверстия 17. Клапан 14 нагружен упругой силой пружины 18 , поджатой гайкой 19. Цилиндр и часть резервуара 20 (полость Б) заполнены специальным маслом, в верхней части полости Б содержится воздух, позволяющий компенсировать изменение объема жидкости при перемещении штока.
Поршень относительно цилиндра уплотняется с помощью колец 21, направляющая штока 5 и обойма сальников 25 относительно корпуса уплотняется кольцом 22 . Наиболее сложным является уплотнение шток а, состоящее из пыльников 26, сальника 27, постоянно поджимаемого пружиной 24 и кольца 23. Жидкость, выносимая штоком из цилиндра, сливается в полость резервуара Б через отверстия А.
Амортизатор работает в двух режимах: дроссельном и клапанном. При «плавном» перемещении штока (дроссельный режим) на ходе сжатия жидкость свободно перетекает из полости В в полость Г через отверстия 10. Объем полости Г меньше объема полости В на объем, равный объему штока, поэтому избыток жидкости перетекает через отверстия 15, не закрытые обратным клапаном 16, зазоры клапана сжатия 14 в полость резервуара. При «резком» ходе поршня открывается разгрузочный клапан 14, давление в полости В и сила сопротивления ограничиваются и больше не увеличиваются. На ходе отдачи, отверстия 10 в поршне 4 закрываются обратным клапаном 11. Жидкость из полости г в полость
В проходит через отверстия 9, в дроссельном режиме через зазоры клапана 12, а при резком ходе, через открытый клапан 12. Недостаток жидкости в полости В компенсируется перетеканием жидкости из полости резервуара через отверстия 17, открытый клапан 16 в полость г.
Однотрубный телескопический гидравлический амортизатор с газовой камерой (рис. 22) имеет более простую конструкцию, чем двухтрубный.
Рис. 22. Однотрубный амортизатор
Состоит из рабочего цилиндра 3, внутри которого размещен шток 1 с поршнем 2. Уплотнение штока относительно цилиндра обеспечивается сальниками 6. Камера 5 амортизатора заполнена сжатым инертным газом. Газовая камера изолирована от жидкости разделительным поршнем 4. В поршне 4 (рис. 22, а, б) имеются два ряда сквозных косо расположенных отверстий 9 и 10. Внутренние отверстия закрыты сверху клапаном сжатия 7, а снизу клапаном отбоя 8. Клапаны состоят из тонких стальных дисков одинаковой толщины, собранных в пакет. В местах выхода отверстий внутреннего ряда на поршне выполнены калиброванные просечки, через которые жидкость проходит при работе амортизатора в дроссельном режиме.
В клапанном режиме давление жидкости увеличивается, и диски клапанов отгибаются, и проходные сечения клапанов увеличиваются. На рис. 22, б показана работа клапанов на ходе сжатия, на рис. 22, в на ходе отбоя.
Основные виды независимой подвески
В современных легковых автомобилях в качестве амортизационной системы очень часто используется независимый вариант подвески. Это обусловлено хорошей управляемостью автомобиля (из-за небольшой массы) и отсутствием необходимости в тотальном контроле за траекторией его движения (как, например, в варианте с грузовым транспортом). Специалисты выделяют следующие основные виды независимой подвески. (Кстати, фото позволит более наглядно проанализировать их отличия).
Подвеска на основе двойных поперечных рычагов
Строение данного вида подвески включает в себя два рычага, крепящиеся сайлентблоками к кузову, и соосно расположенные амортизатор и витую пружину.
Подвеска МакФерсон
Это производный (от предыдущего вида) и упрощенный вариант подвески, в которой верхний рычаг заменила амортизационная стойка. На сегодняшний момент МакФерсон – самая распространенная схема передней подвески легковых автомобилей.
Многорычажная подвеска
Еще один производный, усовершенствованный вариант подвески, в котором как бы искусственно два поперечных рычага были «разделены». Кроме того, современный вариант подвески очень часто состоит и из продольных рычагов. Кстати, многорычажная подвеска – это наиболее применяемая сегодня схема задней подвески легковых автомобилей.
Торсионная подвеска
Схема данного вида подвески основывается на специальной упругой детали (торсионе), который соединяет рычаг и кузов и работает на скручивание. Данный вид конструкции активно применяется при организации передней подвески некоторых внедорожников.
Регулировка передней подвески
Важным компонентом комфортного движения является правильная регулировка передней подвески. Это так называемые углы установки управляемых колес. В просторечии такое явление именуется «сход-развал».
Дело в том, что передние (управляемые) колеса устанавливаются не строго параллельно продольной оси кузова и не строго перпендикулярно поверхности дороги, а с некоторыми углами, обеспечивающими наклоны в горизонтальной и вертикальной плоскостях.
Правильно выставленный «сход-развал»:
- во-первых, создает наименьшее сопротивление движению транспортного средства, а, следовательно, упрощает процесс управления автомобилем;
- во-вторых, существенно уменьшает износ протектора шин; в-третьих, значительно снижает расход топлива.
Выполнение установки углов – это технически сложная процедура, требующая профессионального оборудования и навыков работы. Поэтому выполнять ее следует в специализированном учреждении – автосервисе или СТО. Вряд ли стоит пробовать делать это самому по видео или фото из Интернета, если нет опыта в подобных делах.
Неисправности и обслуживание подвески
Сразу же оговоримся: согласно российским правовым нормам, ни одна неисправность подвески не отнесена к «Перечню…» неисправностей, с которыми запрещается движение. И это спорный момент.
Представим, что амортизатор подвески (передней или задней) не работает. Такое явление означает, что проезд каждой неровности будет сопряжен с перспективой раскачки кузова и потерей управляемости автомобиля. А что можно сказать о вконец разболтавшейся и пришедшей в негодность шаровой опоре передней подвески? Результат неисправности детали — «вылетела шаровая» — грозит серьезным ДТП. Лопнувший упругий элемент подвески (чаще всего пружина) приводит к возникновению крена кузова и подчас абсолютной невозможности продолжать движение.
Описанные выше неисправности – это уже конечные, наиболее одиозные неисправности подвески автомобиля. Но, несмотря на их крайне негативное влияние на безопасность движения, эксплуатация транспортного средства с такими проблемами не запрещается.
Большую роль в обслуживании подвески играет контроль за состоянием автомобиля в процессе движения. Скрипы, шумы и стуки в подвеске должны насторожить и убедить водителя в необходимости сервисного обслуживания. А длительная эксплуатация автомобиля вынудит его применить радикальный метод – «поменять подвеску по кругу», то есть заменить практически все детали и передней, и задней подвески.
Что еще стоит почитать
Стояночный тормоз
Регулировка стояночного тормоза
Торсионная подвеска автомобиля
Виды кузовов легковых автомобилей
Стабилизатор поперечной устойчивости
