Подвеска -> Сайт Игоря Валентиновича Павлова

Подвеской называется совокупность устройств, осуществляющих упругую связь колес с несущей системой автомобиля (рамой или кузовом). Подвеска служит для обеспечения плавности хода автомобиля и повышения безопасности его движения.

Плавность хода – свойство автомобиля защищать перевозимых людей и грузы от воздействия неровностей дороги. Смягчая толчки и удары от дорожных неровностей, подвеска обеспечивает возможность движения автомобиля без дискомфорта и быстрой утомляемости людей и повреждения грузов. Подвеска повышает безопасность движения автомобиля, обеспечивая постоянный контакт колес с дорогой и исключая их отрыв от нее.

Подвеска разделяет все массы автомобиля на две части:

подрессоренные – опирающиеся на подвеску – кузов, рама и закрепленные на них механизмы;

неподрессоренные – опирающиеся на дорогу – мосты, колеса, тормозные механизмы.

При движении по неровной дороге подрессоренные части автомобиля колеблются с низкой частотой (60...150 мин^-1), а неподрессоренные – с высокой частотой (350...650 мин^-1).

Подвеска автомобиля состоит из четырех основных устройств: направляющего, упругого, гасящего (амортизатора) и стабилизирующего.

Направляющее устройство определяет характер перемещения колеса относительно кузова и дороги, передает продольные и поперечные силы и моменты, возникающие между колесом и кузовом автомобиля.

Упругое устройство смягчает толчки и удары, передаваемые от колеса на кузов автомобиля при наезде на дорожные неровности, исключает копирование кузовом неровностей дороги и улучшает плавность хода автомобиля.

Гасящее устройство уменьшает колебания кузова и колес автомобиля при движении по неровностям дороги и приводит к их затуханию, превращает механическую энергию колебаний в тепловую энергию с последующим ее рассеиванием в окружающую среду.

Стабилизирующее устройство уменьшает боковой крен и поперечные угловые колебания кузова автомобиля.

Работа подвески осуществляется следующим образом. Крутящий момент М_к создает между ведущими колесами и дорогой тяговую силу Р_т, которая приводит к возникновению на ведущем мосту толкающей силы Р_х. Толкающая сила через направляющее устройство передается на кузов автомобиля и приводит его и движение. Перекатываясь по неровностям дороги, колесо перемещается в вертикальной плоскости вокруг точек О₁ и О₂. Упругое устройство деформируется, а кузов и колеса совершают колебания, которые гасит амортизатор. Корпус амортизатора, заполненный амортизаторной жидкостью, прикреплен к балке моста. В корпусе находится поршень с отверстиями и клапанами, шток которого связан с кузовом автомобиля. В процессе колебаний кузова и колес поршень совершает возвратно-поступательные движения. При ходе сжатия (колесо и кузов сближаются) амортизаторная жидкость из полости под поршнем вытесняется в полость над поршнем, а при ходе отдачи (колесо и кузов расходятся) перетекает в обратном направлении. При этом жидкость проходит через отверстия в поршне, прикрываемые клапанами, испытывает сопротивление, и в результате жидкостного трения обеспечивается гашение колебаний кузова и колес автомобиля.

Боковой крен и поперечные угловые колебания кузова уменьшает стабилизатор поперечной устойчивости – упругое устройство, устанавливаемое поперек автомобиля. Средней частью стабилизатор связан с кузовом, а концами – с рычагами подвески. При боковых кренах и поперечных угловых колебаниях кузова концы стабилизатора перемещаются в разные стороны: один опускается, а другой поднимается. Вследствие этого средняя часть стабилизатора закручивается, препятствуя тем самым крену и поперечным угловым колебаниям кузова. В то же время стабилизатор не препятствует вертикальным и продольным угловым колебаниям кузова, при которых он свободно поворачивается в своих опорах.

На автомобилях в зависимости от их класса и назначения применяются различные типы подвесок.

По направляющему устройству все подвески автомобилей разделяются на два основных типа – зависимые и независимые.

Зависимой называется подвеска, при использовании которой колеса одного моста связаны между собой жесткой балкой, вследствие чего перемещение одного из колес вызывает перемещение другого колеса. На легковых автомобилях зависимые подвески применяют обычно для задних колес. Они просты по конструкции и в обслуживании, имеют малую стоимость.

Независимой называется подвеска, при использовании которой колеса одного моста не имеют между собой непосредственной связи, подвешены независимо друг от друга, и перемещение одного колеса не вызывает перемещения другого. По направлению движения колес относительно дороги и кузова автомобиля независимые подвески могут быть с перемещением колес в поперечной, продольной и одновременно в продольной и поперечной плоскостях. Независимые подвески в легковых автомобилях применяют для передних и задних колес. Они обеспечивают более высокую плавность хода, чем зависимые подвески, но сложнее по конструкции, требуют больших затрат при изготовлении и в эксплуатации.

Упругость подвески обеспечивается за счет упругих свойств металла, из которого изготовлены листовые рессоры, спиральные пружины и торсионы, или сжатия воздуха в пневмобаллонах.

В соответствии с типом упругого устройства подвески называются рессорными, пружинными, торсионными и пневматическими.

В качестве упругого устройства рессорной подвески применяют листовые рессоры. Рессора состоит из собранных вместе отдельных листов выгнутой формы. Стальные листы имеют обычно прямоугольное сечение, одинаковую ширину и различную длину. Кривизна листов неодинакова в зависимости от длины. Она увеличивается с уменьшением длины листов, что необходимо для плотного прилегания их друг к другу в собранной рессоре. Вследствие различной кривизны листов также обеспечивается разгрузка листа рессоры. Взаимное положение листов в собранной рессоре обычно обеспечивается стяжным центровым болтом. Кроме того, листы скреплены хомутами, которые исключают боковой сдвиг одного листа относительно другого и передают нагрузку от листа (разгружают его) на другие листы при обратном прогибе рессоры. Лист, имеющий наибольшую длину, называется коренным. Часто он имеет и наибольшую толщину. С помощью коренного листа концы рессоры крепят к раме или кузову автомобиля. От способа крепления рессоры зависит форма концов коренного листа, которые в легковых автомобилях делаются загнутыми в виде ушек.

При сборке рессоры листы смазывают графитовой смазкой, которая предохраняет их от коррозии и уменьшает трение между ними. В рессорах легковых автомобилей для уменьшения трения между листами по всей длине или на концах листов часто устанавливают специальные прокладки из неметаллических антифрикционных материалов (пластмасса, фанера, фибра и т.п.).

Основным преимуществом листовых рессор является способность выполнять одновременно функции упругого, направляющего, гасящего и стабилизирующего устройств подвески. Листовые рессоры просты в изготовлении, существует удобный доступ к ним для ремонта при эксплуатации. По сравнению с другими упругими устройствами листовые рессоры имеют повышенную массу, менее долговечны, обладают сухим (межлистовым) трением, менее эффективно обеспечивают плавность хода автомобиля и требуют ухода (смазывания) в процессе эксплуатации.

Листовые рессоры применяют в основном в зависимых подвесках. Обычно их располагают вдоль автомобиля.

Концы рессоры шарнирно соединяют с рамой или кузовом автомобиля. Передний конец закрепляют с помощью пальца, а задний – чаще всего подвижной серьгой. При таком соединении концов рессоры ее длина может изменяться во время движения автомобиля. Для крепления концов рессоры применяют резино-металлические шарниры.

Упругим устройством в пружинной подвеске являются спиральные (витые) цилиндрические пружины, изготовляемые из стального прутка круглого сечения.

В подвеске витые пружины воспринимают только вертикальные нагрузки и не могут передавать продольные и поперечные усилия и их моменты от колес на раму и кузов автомобиля, поэтому при их установке требуется применять направляющее устройство. Кроме того, необходимо гасящее устройство, так как в пружинах отсутствует трение. По сравнению с листовыми рессорами спиральные пружины имеют меньшую массу, они более долговечны, просты в изготовлении и не требуют технического обслуживания.

Спиральные пружины в качестве основного упругого элемента применяют главным образом в независимых подвесках и значительно реже – в зависимых. Их обычно устанавливают вертикально на нижние рычаги подвески.

Торсионная подвеска своим упругим устройством имеет торсион – стальной упругий стержень, работающий на скручивание. Он может быть сплошным круглого сечения, а также составным – из круглых стержней или прямоугольных пластин. Концы торсиона имеют головки (утолщения) с нарезанными шлицами или выполненные в форме многогранника (шестигранные и т.д.). С помощью головок торсион одним концом крепится к раме или кузову автомобиля, а другим – к рычагам подвески. Упругость связи колеса с рамой обеспечивается вследствие скручивания торсиона.

Торсионы, как и пружины, требуют применения направляющего и гасящего устройств. Торсионы обладают теми же преимуществами, что и спиральные пружины, но менее долговечны. Торсионы наиболее распространены в независимых подвесках, на автомобиле они могут быть расположены как продольно, так и поперечно.

Пневматические подвески в качестве упругого устройства имеют пневматические баллоны различной формы. Упругие свойства в таких подвесках обеспечиваются за счет сжатия воздуха. Чаще всего в пневматических подвесках применяют двойные (двухсекционные) круглые баллоны.

Двойной круглый баллон состоит из эластичной оболочки, опоясывающего, или разделительного, кольца и прижимных колец с болтами. Оболочка баллона резинокордовая, обычно двухслойная, корд оболочки капроновый или нейлоновый. Внутренняя поверхность оболочки покрыта воздухонепроницаемым слоем резины, а наружная – маслобензостойкой резиной. Для упрочнения бортов оболочки в них заделана металлическая проволока, как у покрышки пневматической шины. Опоясывающее кольцо служит для разделения секций баллона и позволяет уменьшить его диаметр. Прижимные кольца с болтами предназначены для крепления баллона. Грузоподъемность двойных круглых баллонов обычно составляет 2...3 т при внутреннем давлении воздуха 0,3...0,5 МПа. Двойные круглые баллоны распространены в подвесках автобусов, грузовых автомобилей, прицепов и полуприцепов. Обычно баллоны располагают вертикально в количестве от двух (передние подвески) до четырех (задние подвески).

Резиновые упругие элементы широко применяют в подвесках современных автомобилей в виде дополнительных упругих устройств, которые называются ограничителями или буферами. Часто внутри буферов вулканизируют металлическую арматуру, которая повышает долговечность буферов и служит для их крепления.

Буфера сжатия ограничивают ход колес вверх, а буфера отдачи вниз. При этом буфера сжатия снижают деформацию упругого устройства подвески и увеличивают его жесткость. Буфера сжатия и отдачи обычно применяют совместно в независимых подвесках. В зависимых подвесках используют главным образом буфера сжатия.