Назначение и общее устройство подвески автомобиля

За все время существования автомобиля, подвеска претерпела массу изменений, появилось огромное количество различных вариантов подвесок, каждая из которых хороша в тех или иных условиях. Одна отлично отрабатывает на бездорожье, другая идеально подходит для городской езды.

Подвеской автомобиля называется совокупность устройств, обеспечивающих упругую связь между кузовом (или рамой) и мостами или колёсами автомобиля, уменьшение динамических нагрузок на кузов и колёса, затухание их колебаний, а также регулирование положения кузова автомобиля во время движения. На подвеску автомобиля возложена тройная задача: везти мягко, везти точно, везти безопасно. Иными словами, подвеска должна одновременно обеспечивать приемлемый комфорт, хорошую управляемость и активную безопасность.

Подвеска, являясь промежуточным звеном между кузовом автомобиля и дорогой, должна быть лёгкой и наряду с высокой комфортабельностью обеспечивать максимальную безопасность движения. Для этого необходимы точная кинематика колёс, высокая информативность управления (не только рулевого), а также изоляция кузова от дорожных шумов и жесткого качения радиальных шин (особенно с низким профилем). Кроме того, надо учитывать, что подвеска передаёт на кузов силы, возникающие в контакте колеса с дорогой, поэтому она должна быть прочной и долговечной. Применяемые шарниры должны легко поворачиваться, быть мало податливыми и вместе с тем обеспечивать шумоизоляцию кузова. Рычаги должны передавать силы практически во всех направлениях, а также тяговые и тормозные моменты, и быть при этом не слишком тяжелыми. Упругие элементы при эффективном использовании материалов должны быть простыми и компактными, и допускать достаточный ход подвески.

Требования к подвеске:

• упругая характеристика подвески должна обеспечивать высокую плавность хода и отсутствие ударов в ограничители хода, противодействовать кренам при повороте, «клевкам» при торможении и разгоне автомобиля;
• кинематическая схема должна создать условия для возможного малого изменения колеи и углов установки колёс, соответствие кинематики колес кинематике рулевого привода, исключающее колебания управляемых колес, вокруг оси поворота;
• оптимальная величина затухания колебаний кузова и колес;
• надежная передача от колес кузову или раме продольных и поперечных усилий и моментов;
• малая масса элементов подвески и особенно неподрессоренных частей;
• достаточная прочность и долговечность деталей подвески и особенно упругих элементов, относящихся к числу наиболее нагруженных частей подвески.

Типов подвесок существует огромное множество, они классифицируются по типу направляющего аппарата (зависимые и независимые) и по типу упругих элементов (пружинные, торсионные, рессорные, пневматические и т.д.) Каждая подвеска имеет свои недостатки и преимущества. Зависимая проще, дешевле, имеет постоянную колею, но в тоже время балка не является подрессоренной, поэтому назвать лёгкой эту подвеску нельзя. Кроме этого, при противоположных ходах левого и правого колёс одной оси, наблюдается значительный их наклон, следствием чего являются автоколебания колёс (т.н. эффект шимми).

Независимые имеют гораздо больше преимуществ, поэтому и распространены сейчас больше. Они различаются по расположению плоскости качания колёс: продольная, поперечная, диагональная на косых рычагах. И по количеству рычагов: однорычажные, двухрычажные, многорычажные, свечные. В отдельный класс ещё необходимо выделить т.н. полузависимую подвеску. Более правильное её название: подвеска с закручивающейся балкой. Как правило, это задняя подвеска недорогих переднеприводных автомобилей.

В передней подвеске легковых автомобилей чаще всего применяется два типа подвески: Мак-Ферсон и двухрычажная.

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).

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.

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.

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.

Эта конструкция состоит из двух поперечных рычагов, имеющих поворотные опоры на раме, поперечине или кузове. Наружные концы рычагов соединяются посредством шаровых шарниров с поворотной цапфой или кулаком. Чем больше расстояние между поперечными рычагами, тем меньше силы, действующие в рычагах и их опорах, т. е. тем меньше податливость всех деталей и точнее кинематика подвески. Она обеспечивает эластичное восприятие жесткого качения радиальных шин верхними рычагами.

Главное преимущество подвески на двойных поперечных рычагах – её кинематические свойства: взаимным положением рычагов можно определить высоту, как центра поперечного крена, так и центра продольного крена. Кроме того, за счёт разной длины верхнего и нижнего рычагов можно влиять на угловые перемещения колёс при ходах отбоя и сжатия, т. е. на изменение развала и, независимо от этого, на изменение колеи. При более коротких верхних рычагах колёса при ходе сжатия наклоняются в сторону отрицательного развала, а при ходе отбоя – в сторону положительного. За счёт этого можно противодействовать изменению развала, обусловленному боковым креном кузова. Также, изменив угол плоскости качания верхнего рычага относительно нижнего, можно добиться антиклевковкового эффекта.

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.

Она имеет целый ряд преимуществ над другими схемами, важнейшие из которых – компактность, легкость и простота конструкции, а стало быть, низкая стоимость самой подвески в изготовлении (что немаловажно для производителя) и ремонте (что уже небезразлично владельцу автомобиля). Судите сами: на каждое колесо приходится всего по одному рычагу. А это – минимум сайлент-блоков и шаровых опор, то есть, минимум веса и максимум надежности. Нет необходимости в погоне за снижением неподрессоренных масс использовать алюминий и прибегать к другим ухищрениям. Через сайлент-блоки поперечный рычаг крепится к подрамнику (поперечной балке), через шаровую опору он соединен с поворотным кулаком колеса.

Роль верхнего рычага выполняет сам кузов автомобиля, к которому крепится амортизационная стойка (амортизатор плюс пружина). Для переднеприводных автомобилей особо малого и малого классов такая конструкция еще долго будет оставаться актуальной, хотя бы даже из-за ее компактности, но при конструировании моделей более высоких классов от схемы McPherson постепенно отказываются. Основная причина – в неидеальной кинематике, которую задает колесу подвеска. Кроме того, это ограниченный комфорт при движении. Ведь все удары, приходящиеся на колесо, в той или иной степени передаются через верхнюю опору амортизатора и на кузов, снижая ездовой комфорт. Но хуже то обстоятельство, что при сильных ударах и сам амортизатор, и кузов оказываются уязвимыми, что потенциально грозит их преждевременным износом или даже разрушением.

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.

Эта конструкция может использоваться как в передней, так и в задней подвеске. Чтобы достичь оптимальной кинематики колес, и тем самым добиться лучшей устойчивости и управляемости, конструкторы используют четыре – пять рычагов. Зачем столько много? Два удерживают колесо, остальные задают необходимую кинематику. И теперь совсем не обязательно совмещать амортизатор и пружину в амортизационную стойку – некоторые конструкции подразумевают упор пружины о нижний рычаг. Правда, в этом случае разместить ШРУС крайне затруднительно, поэтому такие схемы применяются на автомобилях классической компоновки, то есть, с приводом на задние колеса.

Можно подумать, что чем больше рычагов, тем лучше. В каком-то смысле это так. Но при этом конструкция становится сложнее, дороже и тяжелее. В принципе, то же можно сказать и о многорычажных подвесках задних колес, благодаря которым и достигаются «изящная» управляемость и «воздушный» комфорт, но достигаются они ценой увеличения размеров, массы и конструктивной сложности. Однако для автомобилей с классической компоновкой это необходимость, потому что в данном случае задние колеса являются ведущими. По этой же причине и на полноприводных легковых машинах сзади, как правило, используется независимая многорычажная подвеска.

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. сход развал

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.

Источник: znanieavto.ru | avtonov.svoi.info