Виды и типы подвесок автомобилей

Что это?

Колесная база – это расстояние между передней и задней осью автомобиля. Иначе ее называют межосевой длиной машины. Не стоит путать данный параметр с клиренсом – дорожным просветом между самой нижней точкой кузова и дорогой.

В зависимости от колесной базы определяется класс ТС:

• A – до 2400 мм;
• B – от 2400 до 2500 мм;
• C – от 2500 до 2750 мм;
• D – 2850 мм;
• E – от 2850 до 2950 мм.

У грузовых машин расстояние между осями больше, составляет около 8000 мм.

Различают длинную и короткую колесную базу автомобиля, что влияет на управляемость, маневренность и комфорт. У каждого вида есть преимущества и недостатки.

Расчёт перегруза

Осевая нагрузка – это нагрузка от массы ТС, которая передаётся на плоскость через колёса. Степень распределения массы неравномерная, на переднюю ось она всегда меньше. Точные показатели даёт только взвешивание, а непрофессиональные расчёты грешат показателями, требующими дальнейших уточнений. Допустимую нагрузку на ось грузового автомобиля часто считают с погрешностью.

Масса автомобиля складывается из массы нагрузки на передние и задние оси.

Это наглядно иллюстрируют два простых примера:

1. Грузовая «Газель» при общем весе в 3500 кг имеет 1200 кг нагрузки на переднюю ось и 2300 кг – на заднюю.
2. На Камазе – 53 215, распределение выглядит так: 4420 кг (передняя ось) и 15 230 кг (задняя ось).

Для каждой марки машины существуют свои показатели, но сохраняется вышеописанная тенденция – нагрузка на заднюю часть шасси всегда выше. Передние держат лишь кабину и двигатель, на задние давит перевозимый груз.

Все автогрузы разделены на 2 большие группы:

1. Автомобили с осевой нагрузкой от 6 до 10 тонн, для которых разрешён въезд на дороги 1-III категории.
2. Автомобили с предельной нагрузкой в 6 т. Их разрешается эксплуатировать на любых дорогах.

Видно, что нагрузка на ось – ключевой весовой параметр автомобиля, который учитывается при его конструировании и использовании.

Стоит рассмотреть алгоритм расчёта нагрузок на оси грузовых автомобилей в России на примере тягача с 3 осями и аналогичного прицепа. Пусть загружен для перевозки груз 20 т.

Необходимо узнать, как будет распределяться нагрузка между шестью осями:

1. В свидетельстве о регистрации ТС и прицепа берутся точные их массы. Возьмём выдуманные цифры, чтобы легче было считать. Пусть масса автомобиля 10 т, а прицепа – 12 т.
2. Узнаётся реальный (ключевое слово) вес перевозимого груза, а не тот, что зафиксирован в ТТН. В рассматриваемом случае это 20 т.
3. Нагрузка на прицеп составляет 75% от общей массы груза и прицепа. Складываются массы автомобиля, прицепа, полученная сумма умножается на 0,75: (12 т + 20 т)х0,75 = 24 т.
4. Рассчитывается нагрузка на три оси прицепа. Для этого нагрузку на прицеп (24) делят на количество осей (3). Получается по 8 т на ось.
5. Стоит рассчитать нагрузку на автомобильные оси, на которые приходится 25% от суммы массы прицепа и груза, плюс тоннаж фуры: (12+20)х0,25+10=18 тонн.
6. Задние оси берут на себя 75% нагрузки, т.е. 18х0,75:2=6,8 т.
7. Нагрузка на переднюю ось всегда меньше, она включает вес кабины, двигателя, а основной вес распределяется на последующие оси: 18-6,8х2=4,4 т.

Получается некоторое приближённое представление о давлении груза на оси автомобиля: 4,4 + 6,8 + 6,8 + 8 + 8 (тонны). Так считаются (примерные) допустимые нагрузки на ось.

Зависимая подвеска

Зависимая подвеска характеризуется зависимостью перемещения одного колеса моста от перемещения другого колеса.

Передача сил и моментов от колес на кузов при такой подвеске может осуществляться непосредственно металлическими упругими элементами – рессорами, пружинами или с помощью штанг – штанговая подвеска.

Металлические упругие элементы имеют линейную упругую характеристику и изготавливаются из специальных сталей, обладающих высокой прочностью при больших деформациях.  К таким упругим элементам относятся листовые рессоры, торсионы и пружины.

Листовые рессоры на современных легковых автомобилях практически не применяются, за исключением некоторых моделей автомобилей многоцелевого назначения. Можно отметить модели легковых автомобилей, выпускавшиеся ранее с листовыми рессорами в подвеске, которые продолжают эксплуатироваться и в настоящее время. Продольные листовые рессоры устанавливались в основном в зависимой подвеске колес и выполняли функцию упругого и направляющего устройства.

На легковых автомобилях и грузовых или микроавтобусах применяются рессоры без подрессорников, на грузовых автомобилях – с подрессорниками.

Пружины как упругие элементы применяются в подвеске многих легковых автомобилей. В передней и задней подвесках, выпускаемых различными фирмами большинства легковых автомобилей  применяются винтовые ци­линдрические пружины с постоянными сечением прутка и шагом навивки. Такая пружина имеет линейную упругую характеристику, а необходимые характеристики обеспечиваются дополнительными упругими элементами из полиуретанового эластомера и резиновыми буферами отбоя.

На легковых автомобилях Российского производства в подвесках применяют цилиндрические винтовые пружины с постоянными сечением прутка и шагом в сочетании с резиновыми отбойными буферами. На автомобилях производителей других стран, например, БМВ 3-й серии в задней подвеске устанавливают бочкообраз­ную (фасонную) пружину с прогрессивной харак­теристикой, достигаемой за счет формы пружины и применения прутка переменного сечения.

На ряде автомобилей для обеспечения прогрес­сивной характеристики применяется комбинация цилиндрических и фасон­ных пружин с переменной толщиной прутка. Фасонные пружины имеют прогрессивную упругую характеристику и называются «миниблоками» за небольшие размеры по высоте. Такие фасонные пружины применяют, например  в задней подвеске автомобилей «Фольксваген», «Ауди», «Опель» и др. Фасонные пружины имеют различные диаметры в средней части пружины и по краям, а пружины «миниблок» имеют и различный шаг навивки.

Торсионы, как правило, круглого сечения применяются на автомобилях в качестве упругого элемента и стаби­лизатора.

Упругий крутящий момент передается торсионом через шлицевые или четырехгранные головки, распо­ложенные на его концах. Торсионы на автомобиле могут быть установлены в продольном или поперечном направлении. К недостаткам торсионов следует отнести их большую длину, необходимую для создания требуемых жесткости и рабочего хода подвески, а также высокую соосность шлицов на концах торсиона. Однако следует отметить, что торсионы имеют небольшую массу и хорошую компактность, что позволяет успешно применять их на легковых автомобилях среднего и высокого классов.

Типы подвесок

Рассмотрим наиболее распространенные типы подвесок автомобиля.

Подвеска зависимого типа

Самая старый тип подвесок, зависимая подвеска применяется и сегодня, а ее главной отличительной особенностью неизменно остается достаточно жесткая связь колесных осей посредством простой балки или картера моста. Изначально в качестве направляющих и упругих элементов применялись рессоры, но в современных автомобилях связующая колеса поперечина фиксируется двумя продольными рычагами и поперечной тягой, которая воспринимает боковые силы. Используется на задней оси переднеприводных бюджетных автомобилей, а также многих внедорожников.

Принято считать, что кроме невысокой стоимости, простоты использования преимуществами зависимая подвеска автомобиля не обладает – это совершенно не так. Ее плюсы – небольшой вес, если разговор идет о ведомой оси, достаточно высокий центр поперечного крена и самое главное – постоянство развала и колеи. Независимо от крена и раскачки на ровной дороге угол наклона колес к дорожной поверхности не изменяется, это значит, что в любых режимах машина имеет наилучшее сцепление с поверхностью. Хотелось бы сказать, что больше ни одна подвеска не может похвастаться подобными свойствами.

К сожалению, ситуация ухудшается на плохом дорожном покрытии – провал колеса в яму способствует изменению развала другого, а это уменьшает сцепные свойства. При движении прямо это не сильно ощутимо, но при повороте может привести к неожиданному заносу.

Также существуют значительные проблемы с управляемостью автомобиля. Разнонаправленный ход колес происходит с поворотом балки моста, что провоцирует плохую поворачиваемость и полное отсутствие стабильности на прямой. Также здесь тяга Панара дергает ось влево-вправо, что ухудшает ситуацию.

К счастью, это поправимо. Для того чтобы поперечина перестала разворачиваться, с каждой стороны вместо одного продольного рычага можно использовать два, расположенных по системе механизма Уатта. Устранить проблему осевых смещений поможет монтаж продольного рычага, удерживающего балку по центру вместо тяги Панара. Но на практике становится ясно, что такое изменение бессмысленно – конструкция заметно усложняется и требует больше места в высоту. А ведь главная область применения подвески зависимого типа – бюджетные автомобили.

Типичным представителем данной конструкции может быть задняя подвеска с винтовыми цилиндрическими пружинами в роли упругих элементов. В качестве примера можно рассмотреть конструкцию задних подвесок классических моделей «Жигули». Здесь с помощью двух винтовых пружин балка заднего моста «подвешивается», а также дополнительно прикрепляется к кузову автомобиля благодаря четырем продольным рычагам. Вдобавок к этому для увеличения плавности хода, повышения управляемости и уменьшения крена кузова при поворотах монтируется реактивная поперечная штанга.

Пружинная зависимая подвеска

Роль упругого элемента выполняют цилиндрические пружины или пневмобаллоны, поэтому такому типу необходим отдельный направляющий аппарат. Он может быть разной конструкции, чаще всего используется система из пяти реактивных тяг, двух верхних, двух нижних и одной поперечной (тяги Панара).

Бывают и иные решения, например из двух продольных тяг при одной поперечной, или с заменой тяги Панара на параллелограммный механизм Уатта, лучше стабилизирующий мост в поперечном направлении. В любом случае, пружины работают только на сжатие, а все моменты от моста передаются через реактивные тяги с сайлентблоками на концах.

ЧТО ВХОДИТ В ПОДВЕСКУ АВТОМОБИЛЯ

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

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

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

УПРУГИЙ ЭЛЕМЕНТ

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

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

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

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

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

НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

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

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

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

НАПРАВЛЯЮЩАЯ ЧАСТЬ

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

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

СТАБИЛИЗАТОР ПОПЕРЕЧНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

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

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

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