Подвеска автомобиля – совокупность устройств, обеспечивающих упругую связь между подрессоренной и неподрессоренной частями автомобиля, уменьшение динамических нагрузок на кузов и колёса, и затухание их колебаний, а также регулирование положение кузова автомобиля во время движения.
Подвеска автомобиля имеет следующее общее устройство :
Направляющий элемент;
Упругий элемент;
Гасящее устройство;
Стабилизатор поперечной устойчивости;
Опора колеса;
Элементы крепления.
Направляющие элементы обеспечивают соединения и передачу сил на кузов автомобиля. Направляющие элементы определяют характер перемещения колес относительно кузова автомобиля. В качестве направляющих элементов используются всевозможные рычаги: продольные, поперечные, сдвоенные и др.
Упругий элемент воспринимает нагрузки от неровности дороги, накапливает полученную энергию и передает ее кузову автомобиля. различают металлические и неметаллические упругие элементы. Металлические упругие элементы представлены пружиной, рессорой и торсионом.
В подвесках легковых автомобилей широко используются витые пружины , изготовленные из стального стержня круглого сечения. Пружина может иметь постоянную и переменную жесткость. Цилиндрическая пружина, как правило, постоянной жесткости. Изменение формы пружины (применение металлического прутка переменного сечения) позволяет достичь переменной жесткости.
Листовая рессора применяется на грузовых автомобилях.
Торсион представляет собой металлический упругий элемент, работающий на скручивание.
К неметаллическим относятся резиновые, пневматические и гидропневматические упругие элементы. Резиновые упругие элементы (буферы, отбойники) используются дополнительно к металлическим упругим элементам.
Работа пневматических упругих элементов основана на упругих свойствах сжатого воздуха. Гидропневматический упругий элемент представлен специальной камерой, заполненной газом и рабочей жидкостью, разделенных эластичной перегородкой.
Амортизатор предназначено для уменьшения амплитуды колебаний кузова автомобиля, вызванных работой упругого элемента. Работа амортизатора основана на гидравлическом сопротивлении, возникающем при протекании жидкости из одной полости цилиндра в другую через калибровочные отверстия (клапаны).
Стабилизатор поперечной устойчивости противодействует увеличению крена при повороте за счет перераспределения веса по колесам автомобиля. Стабилизатор представляет собой упругую штангу, соединенную через стойки с элементами подвески. Стабилизатор может устанавливаться на переднюю и заднюю ось.
Шаровой опорой называется вид шарнирного соединения, который за счет степени свободы обеспечивает правильную геометрию поворота ведущих колес. Шаровая опора устанавливается на нижнем рычаге передней подвески, а также на конце тяги рулевого механизма. Для удобства эксплуатации шаровые опоры делают съемными.
В зависимости от конструкции направляющих элементов различают два типа подвески - независимая и зависимая.
Амортизаторы. Назначение, устройство и работа гидравлических амортизаторов.
Амортизаторы предназначены для гашения колебаний подвески при движении автомобиля по неровной дороге. В настоящее время на автомобилях устанавливают гидравлические телескопические амортизаторы двустороннего действия, в которых гашение колебаний происходит как при подъеме, так и опускании колеса за счет трения перетекаемой в них жидкости из одной полости в другую. При установке амортизаторов у задних колес легковых автомобилей с поперечным наклоном они частично выполняют роль стабилизаторов поперечной устойчивости автомобиля.
Гидравлические амортизаторы делятся на несколько подвидов:
· По конструкции:
· рычажные (распространённые до 50-х - 60-х годов)
· двухтрубные (основной тип в настоящее время)
· однотрубные (получают распространение)
· По давлению внутри амортизатора:
· без газового подпора (в простонародье их называют просто масляными)
· с газовым подпором низкого давления
· с газовым подпором высокого давления
Гидравлические двухтрубные
Двухтрубный гидравлический амортизатор
Двухтрубный амортизатор состоит из двух соосных (одна в одной) труб, внешняя из которых является корпусом, внутренняя заполнена рабочей жидкостью и в ней перемещается поршень с клапанами. Пространство между труб заполнено запасом жидкости для охлаждения и компенсации утечек, а также воздухом - для компенсации изменения объёма (температурное расширение жидкости и вход-выход штока).
Достоинства:
· Относительная простота изготовления и ремонта
· Приемлемые рабочие характеристики (в том числе надёжность) для большинства применений в транспорте
· Отсутствие выступающих деталей - может устанавливаться внутри пружины подвески
· Малая нагрузка и соответственно требования к уплотнению штока - нагрузка только при отбое (вытягивании штока), при небольшом пропускании запаса масла в амортизаторе может хватить на несколько лет при полном сохранении работоспособности амортизатора (но ухудшении охлаждения).
Недостатки:
· Должен устанавливаться корпусом вниз (штоком вверх), что ухудшает характеристики подвески (увеличение неподрессоренных масс)
· При сильных нагрузках (пересечённые местности, спорт) при работе жидкость сильно греется и может вспениться или смешаться с компенсационным газом, что сильно ухудшит демпфирование, а это опасно).
Требования, предъявляемые к рулевому управлению, его составные части
При помощи рулевого управления осуществляется поворот управляемых колес, и тем самым изменяется направление движения автомобиля.
Рулевое управление состоит из
:
1) рулевого механизма;
2) рулевого привода;
3) рулевого усилителя (устанавливается не на всех автомобилях).
Рулевое управление
представляет собой устройство, от которого во многом зависит безопасность движения автомобиля, потому к нему предъявляются следующие требования:
1) легкость управления;
2) обеспечение хорошей маневренности автомобиля при минимальном радиусе поворота;
3) допускать минимальное боковое скольжение колес при повороте;
4) минимальная передача толчков на рулевое колесо;
5) исключать возможность возникновения автоколебаний управляемых колес;
6) высокая надежность;
7) исключать самопроизвольный поворот управляемых колес.
На большинстве автомобилей управление осуществляется поворотом управляемых колес. Практически на всех двухосных автомобилях управляемыми колесами являются передние колеса. Исключение составляют специальные автотранспортные средства с задними управляемыми колесами. В трехосных автомобилях, которые имеют сближенные оси задней тележки (например КамАЗ), управление также осуществляется передними колесами. В некоторых трехосных автомобилях управляемыми колесами являются колеса крайних осей (передней и задней). Благодаря этому автомобиль становится более маневренным и более проходимым. В таких автомобилях промежуточную ось размещают посередине автомобиля.
Рулевой механизм
обеспечивает поворот управляемых колес при небольшом усилии на рулевые колеса, это достигается за счет увеличения передаточного, числа рулевого механизма. Конструкция рулевого механизма включает в себя:
1) рулевую пару (рулевую передачу), которая размещается в картере;
2) рулевой вал;
3) рулевое колесо.
Рулевой вал
в зависимости от условий компоновки рулевого механизма может состоять из двух или трех частей, соединенных карданными шарнирами. Рулевое колесо в зависимости от принятого в стране направления движения может находиться справа или слева.
Рулевые механизмы
в зависимости от типа рулевой передачи делятся на:
1) шестеренные;
2) червячные;
3) винтовые;
4) кривошипные.
Рулевой привод
состоит из:
1) рулевой трансмиссии;
2) рычагов и тяг, которые связывают рулевой механизм с рулевой трансмиссией;
3) рулевой усилитель.
В конструкции рулевого привода имеются поперечная и продольная тяги. Поперечная тяга изготавливается из бесшовной стальной трубы, на резьбовые концы которой навертываются наконечники с шаровыми кольцами. Длина поперечной тяги должна быть регулируемой, так как от нее зависит величина схождения колес.
Продольная тяга связывает сошку с поворотным рычагом. Продольная тяга чаще всего применяется при зависимой подвеске. На концах тяги размещаются шаровые шарниры, которые поджимаются жесткими пружинами. За счет таких шарниров и пружин удается немного амортизировать удары, воспринимаемые управляемыми колесами.
Любой автомобиль состоит из ряда составляющих, каждая их которых выполняет свои функции. Двигатель преобразовывает энергию в механическое движение, трансмиссия позволяет менять тяговое усилие и крутящий момент, а также передавать его дальше, ходовая часть обеспечивает перемещение авто. Последняя составляющая состоит из нескольких компонентов, среди которых и подвеска.
Подвеска в автомобиле выполняет ряд важнейших функций:
С момента появления первого авто и по наше время было разработано несколько видов этой составляющей ходовой части. Но при этом создать идеальное решение, которое устраивало бы по всем параметрам и показателям так и не удалось. Поэтому из всех существующих типов подвесок автомобиля выделить какую-то одну невозможно. Ведь в каждой из них имеются свои положительные и отрицательные стороны, которые и предопределяют их использование.
В целом любая подвеска включает в себя три основных составляющих, каждая из которых выполняет свои функции:
В задачу упругих элементов входит восприятие всех ударных нагрузок и плавная передача их на кузов. Дополнительно обеспечивают постоянный контакт колеса с дорогой. К этим элементам относятся пружины, торсионы, рессоры. Ввиду того, что последний тип – рессоры, практически сейчас не используются, далее рассматривать подвеску, в которой они использовались – не будем.
Наибольшее распространение в качестве упругих элементов получили витые пружины. На грузовых же авто нередко используется еще один вид – пневмоподушки.
Витые пружины подвески
Демпфирующие элементы используются в конструкции для гашения колебаний упругих элементов путем их поглощения и рассеивания, что предотвращает раскачивание кузова во время работы подвески. Эту задачу выполняют амортизаторы.
Передний и задний амортизаторы
Направляющие системы связывают колесо с несущей частью, обеспечивают возможность перемещения по требуемой траектории, при этом с удержанием его в заданном положении относительно кузова. К этим элементам относятся всевозможные рычаги, тяги, балки, и все остальные компоненты, принимающие участие создании подвижных соединений (сайлент-блоки, шаровые опоры, втулки и т. д.).
Хоть все перечисленные составляющие характерны для всех существующих типов подвесок автомобиля, но конструктивное исполнение этого компонента ходовой части – разное. Причем разница в устройстве оказывает влияние на эксплуатационные, технические параметры и характеристики.
В целом все использующиеся сейчас типы подвесок автомобиля делятся на две категории – зависимые и независимые. Также существует промежуточный вариант – полузависимая.
Зависимая подвеска начала использоваться на автомобилях с момента их появления и «перекочевала» она на авто с конных повозок. И хоть за время существования этот тип значительно усовершенствовался, но суть работы осталась неизменной.
Особенность этой подвести заключена в том, что колеса соединены между собой осью, и не имеют возможности перемещаться отдельно относительно друг друга. В результате передвижение одного колеса (к примеру, при попадании в яму) сопровождается смещением второго.
В заднеприводных автомобилях соединяющей осью выступает задний мост, одновременно являющийся элементом трансмиссии (в его конструкцию входит главная передача с дифференциалом и полуоси). В переднеприводных же авто применяется специальная балка.
Зависимая подвеска Dodge Ram 2009 года
Изначально в качестве упругих элементов использовались рессоры, но сейчас их уже полностью вытеснили пружины. Демпфирующим элементом в этом типе подвески выступают амортизаторы, которые могут быть установлены отдельно от упругих элементов или же располагаться с ними соосно (амортизатор установлен внутри пружины)
В верхней части амортизатор крепиться к кузову, а в нижней – к мосту или балке, то есть помимо гашения колебательных движений, он выступает еще и в качестве крепежного элемента.
Что касается направляющей системы, то в конструкции зависимой подвески она состоит из продольных рычагов и поперечной тяги.
4 продольных рычага (2 – верхних, и 2 – нижних) обеспечивают полностью предсказуемое движение оси с колесами по всем существующим направлениям. В некоторых случаях количество этих рычагов уменьшено до двух (верхние не используются). В задачу же поперечной тяги (так называемая тяга Панара) входит уменьшение кренов кузова и удержание траектории движения.
Основными достоинствами зависимой подвески такой конструкции являются простота конструкции, что сказывается на надежности. Также она обеспечивает отличное сцепление с дорожным полотном колес, но только в случае движения по ровной поверхности.
Большим недостатком этого вида является возможность потери сцепления при вхождении в повороты. При этом из-за совмещения оси с элементами трансмиссии, задний мост имеет массивную и габаритную конструкцию, для которой необходимо обеспечить достаточно много места. Ввиду этих особенностей использование такой подвески для передней оси практически невозможно, поэтому она применяется только сзади.
Использование этого типа подвески на легковых авто сейчас уже сведено к минимуму, хотя она еще встречается на грузовиках и полноразмерных рамных внедорожниках.
Независимая подвеска отличается тем, что колеса одной оси между собой не связаны и движение одного из них не оказывает никакого влияния на другое. По сути, в этом типе для каждого колеса предусмотрен свой комплект составляющих частей – упругой, демпфирующей, направляющей. Между собой эти два комплекта практически не взаимодействуют.
Разработано было несколько типов независимой подвески. Одним из самых популярных видов является подвеска МакФерсона (она же – «качающаяся свеча»).
Особенность этого вида заключена в использовании так называемой амортизационной стойки, которая выполняет одновременно три функции. В состав стойки входит и амортизатор, и пружина. В нижней части этот составной элемент подвески крепиться к ступице колеса, а вверху посредством опор – к кузову, поэтому он помимо принятия и гашения колебаний еще и обеспечивает крепление колеса.
Устройство газомасляной стойки MacPherson
Также в конструкции имеется еще одни компоненты направляющей системы – поперечные рычаги, в задачу которых входит помимо обеспечения подвижного соединения колеса с кузовом еще и предотвращение его продольного перемещения.
Для борьбы с кренами кузова во время движения в конструкции подвески используется еще один элемент – стабилизатор поперечной устойчивости, который является единственным связующим звеном между подвесками двух колес одной оси. По сути, этот элемент является торсионом и принцип его работы основан на возникновении противодействующей силы при скручивании.
Подвеска со стойками МакФерсона является одной из самых распространенных и может использоваться как на передней, так и задней оси.
Она отличается сравнительно компактными размерами, простотой конструкции и надежностью, за что и получила популярность. Недостатком же ее является изменение угла развала при значительном ходе колеса относительно кузова.
Рычажные независимые подвески – тоже достаточно распространенный вариант, применяемые на автомобилях. Этот тип делится на два вида – двухрычажную и многорычажную подвески.
Конструкция двухрычажной подвески сделана так, что амортизационная стойка выполняет только свои прямые задачи – гасит колебания. Крепление же колеса полностью лежит на управляющей системе, состоящей из двух поперечных рычагов (верхнего и нижнего).
Используемые рычаги имеют А-образную форму, что обеспечивает надежное удержание колеса от продольного перемещения. К тому же они разной длины (верхний – короче), благодаря чему даже при значительных передвижениях колеса относительно кузова, угол развала не меняется.
В отличии от «МакФерсона» двухрычажная подвеска более габаритна и металлоемка, хотя чуть большее количество составных частей на надежности не сказывается, но она несколько сложнее в обслуживании.
Многорычажный тип, по сути, является доработанной двухрычажной подвеской. Вместо двух А-образных в ее конструкции используется до 10 поперечных и продольных рычагов.
Многорычажная подвеска
Такое конструктивное решение оказывает положительное влияние на плавность хода и управляемость авто, сохранности углов положения колеса во время работы подвески, но при этом она более дорогостоящая и сложная в обслуживании. Из-за этого по применяемости она уступает стойкам МакФерсона и двухрычажному типу. Ее можно встретить на более дорогостоящих авто.
Некой срединой между зависимой и независимой подвеской выступает полузависимая.
Внешне этот вид очень схож с зависимой подвеской – имеется балка (в которую не входят элементы трансмиссии), выполненная заодно с продольными рычагами, к которым крепятся колесные ступицы. То есть, и имеется ось, соединяющая два колеса. К кузову балка крепиться тоже при помощи этих же рычагов. В качестве упругих и демпфирующих элементов выступают пружины и амортизаторы.
Полузависимая подвеска с механизмом Уатта
Но в отличие от зависимой подвески, балка является торсионной и может работать на скручивание. Это позволяет в определенном диапазоне колесам независимо друг от друга перемещаться в вертикальном направлении.
Благодаря простоте конструкции и высокой надежности торсионная балка достаточно часто применяется на задних осях переднеприводных автомобилей.
Выше рассмотрены основные виды подвесок, применяемые на автомобилях. Но типов их несколько больше, хотя остальные сейчас не используются. Такой к примеру, является подвеска «ДеДион».
В целом, «ДеДион» отличалась не сколько конструкцией подвески, а устройством трансмиссии заднеприводных автомобилей. Суть разработки сводилась к тому, что главная передача была вынесена из конструкции заднего моста (она жестко крепилась к кузову, а передача вращения выполнялась полуосями со ШРУСами). Сама же задняя ось могла иметь как независимую, так и зависимую подвеску. Но из-за ряда негативных качеств этот тип на авто широкого распространения не получил.
Подвеска De Dion
Также стоит упомянуть об активной (она же – адаптивная) подвеске. Она не является каким-то отдельным типом, а является, по сути, независимой подвеской, и отличается от описанных выше некоторыми конструктивными нюансами.
В этой подвеске используются амортизаторы (гидравлические, пневматические или комбинированные) с электронным управлением, что позволяет в некотором роде менять параметры работы этого узла – повышать и понижать жесткость, увеличивать клиренс.
Но ввиду сложности конструкции встречается она очень редко и только на автомобилях премиум сегмента.
Дорога для движения транспортных средств редко бывает идеальной. Даже на трассе с твердым покрытием всегда присутствуют трещины, выбоины и неровности. Без системы амортизации комфортное движение было бы невозможным, а кузов автомобилей долго не выдержал бы ударных нагрузок, передающихся с колес. Подвеска автомобиля создана для гашения такой нагрузки, и, в зависимости от назначения и стоимости, имеет разную конструкцию.
При движении транспортного средства все колебания, возникшие от неровностей дороги, передаются на кузов. Задача подвески – смягчать или гасить подобные колебания. Дополнительной функцией является обеспечение соединения кузова и колес, при этом колеса имеют возможность менять расположение независимо от кузова, регулируя направление движения. Вместе с колесами, подвеска входит в число обязательных элементов ходовой части машины.
Подвеска – это технически сложное устройство, состоящее из следующих частей:
Части подвески, гасящие колебания во время движения автомобиля называют демпфирующими элементами. К ним относятся следующие устройства:
В зависимости от внутренней рабочей среды, амортизаторы делятся на:
Задача данных элементов подвески – гасить удары, поступающие с колес автомобиля на кузов, и представляют собой следующие детали:
Автомобильная подвеска работает, преобразовывая силу удара от наезда колеса на неровное покрытие, в движение упругих частей (пружин). Жесткость таких перемещений контролируется и смягчается гасящими устройствами (амортизаторами). Благодаря этому сила ударов, передающихся на кузов, снижается, что обеспечивает плавность движения.
Жесткость подвески у разных автомобилей сильно различается: чем она жестче – тем легче и более предсказуемо управление, но уменьшается комфорт езды. Мягкая создает удобство эксплуатации, но за счет заметно сниженной управляемости (чего не рекомендуется допускать). По этой причине производители транспортных средств всегда стараются найти компромисс между комфортом и безопасностью.
В современном автомобилестроении наиболее часто применяются следующие виды подвесок:
1. МакФерсон. Разработана в 1960 г. инженером, давшим конструкции свою фамилию. Состоит из следующих частей:
Преимущество подвески в невысокой цене, простоте и надежности. Недостатком выступает заметное изменение угла развала на колесах.
2. Двурычажная. Состоит из двух рычагов разной длины – верхнего короткого и нижнего длинного. Данная схема является одной из самых совершенных, так как автомобиль на ней имеет отличную поперечную устойчивость и низкий износ шин в виду минимальных поперечных перемещений колес.
3. Многорычажная. Имеет сходное строение с двурычажной, но намного совершеннее и сложнее. В ней все шарниры, рычаги и сайлент-блоки крепятся к специальному подрамнику. Множество шаровых опор и прорезиненных втулок прекрасно гасят удары при наезде на неровность, и уменьшают шумность в салоне. Данная схема подвески обеспечивает наилучшее сцепление шины с поверхностью, плавность хода и управляемость. Достоинства многорычажной подвески следующие:
Но главным недостаток подвески – ее большая стоимость, хотя в последнее время таким агрегатом оснащают не только представительские машины, но и авто гольф-класса.
4. Адаптивная. Несет в себе принципиальные отличия от других типов механизмов, являясь логическим и усовершенствованным продолжением гидропневматической подвески, впервые реализованной фирмами Ситроен и Мерседес. Ее достоинства следующие:
Разные фирмы при изготовлении агрегата разрабатывают свою оригинальную схему, но в общем конструкция состоит из следующих компонентов:
Главный минус устройства состоит в его сложности.
5. Типа «Де Дион». Изобретение французского инженера имеет главную цель – максимально разгрузить задний мост транспортного средства отделением корпуса главной передачи, при этом он крепится непосредственно к кузову. Крутящий момент передается через полуоси и ШРУСы, что позволяет подвеске быть как зависимой, так независимой. Главные недостатки конструкции – «приседание» на задние колеса при резком старте и «клевки» при торможеии.
6. Задняя зависимая. Устройство можно наблюдать на классических моделях ВАЗа, где отличительной чертой в роли упругих элементов выступают цилиндрические винтовые пружины. На них «висит» балка заднего моста и крепится к кузову четырьмя продольными рычагами. Поперечная реактивная тяга гасит крены и улучшает управляемость. Конструкция не обеспечивает хорошего комфорта и плавности хода из-за неподрессоренных масс, и массивного заднего моста, но актуальна при креплении к балке картера главной передачи, редуктора и других массивных частей.
7. Полузависимая задняя. Широко применяется во многих полноприводных автомобилях, и состоит их пары продольных рычагов, крепящихся в центре к поперечине. Такая подвеска имеет следующие преимущества:
Главный минус подвески – невозможность ее установки на заднеприводных машинах.
8. Пикапов и внедорожников. В зависимости от назначения и веса автомобиля, различают три вида подвески:
В большинстве случаев на задней оси ставится рессорная или пружинная подвеска, взаимодействующая с жесткими неразъемными мостами. Рессоры применяют у тяжелых джипов и пикапов из-за способности выдержать внушительную нагрузку, неприхотливости и надежности. Такая подвеска недорога по стоимости, что повлияло на оснащение ею отдельных бюджетных автомобилей.
Пружинная схема – длинноходная, мягкая, и по строению не сложная, потому устанавливается чаще на легких джипах. На передних осях устанавливают пружинные и торсионные схемы.
9. Грузовиков. На грузовики устанавливают зависимые подвески с продольными и поперечными рессорами, и гидравлическими амортизаторами. Такая схема максимально проста и дешева в производстве. Но на высоких скоростях водитель сталкивается с плохой управляемостью, так как рессоры плохо выполняют функцию направляющих элементов.
Упругие элементы подвесок. Наиболее распространены листовые рессоры. Они просты в изготовлении и ремонте. Им не нужны, в отличие от пружинных и торсионных рессор, рычажные направляющие приспособления.
Листовые рессоры бывают трех типов (рис. 22.2, У): полуэллипти- ческие (а), кантилеверные (б) и четвертные (в).
Форма набора листов соответствует эпюре изгибающих моментов, т.е. рессора представляет собой балку равного сопротивления.
Крепление рессор первых двух типов асимметричное, что обеспечивает сопротивление крену и «клевкам» при торможении. Коэф-
Рис. 22.2.
/ - листовые рессоры: а - полуэллиптическая; б - кантилеверная; в - четвертная; II - пневмоэлементы: а - двухсекционный; б, в - диафрагменные;
г - рукавный фициент асимметрии г = (1 2 - 1 {)/1 = 0,1-0,3- Коэффициент деформации полуэллиптической рессоры 5 = 1,45-1,25.
Листовая рессора состоит из коренного листа, который соединен с рамой, и притянутых к нему хомутами остальных листов. Перед сборкой листы имеют разную кривизну. Продольное смещение листов ограничивают выступы, которые входят в углубление смежного листа, или центральный стяжной болт. Для снижения трения на листы наносят слой графитовой смазки или размещают между ними неметаллические прокладки. Сечение рессор бывает прямоугольным, Т-образным или трапецеидальным. Рессору крепят к мосту стремянками с накладками, один конец коренного листа крепят к кузову шарнирно, а другой - через серьгу. Применяют также крепление концов рессор на резиновых подушках. Такое крепление не требует смазки и снижает скручивание рессоры при перекосах рамы.
Спиральные рессоры (пружины) чаще применяют при независимой подвеске колес. Цилиндрические рессоры имеют линейную характеристику, а конические - прогрессивную.
Торсионы представляют собой вал или пучок валов, скручивающиеся во время воздействия дороги на подвеску. Их применяют при независимой подвеске колес многоосных автомобилей, в прицепах и малолитражных автомобилях. Энергия упругой деформации торсионов в 2-3 раза больше, чем у листовых рессор.
Упругие пневматические элементы часто применяют на автомобилях с меняющейся подрессоренной массой (автобусах, контейнеровозах, трейлерах и т.д.). Характеристика пневмоподвески нелинейная, ее параметры можно менять за счет изменения давления воздуха. Высокая плавность хода может быть получена при относительно малых перемещениях масс кузова и неподрессоренной части. Меняя давление воздуха, можно регулировать положение кузова относительно дороги, а при независимой подвеске - дорожный просвет.
Баллонные и диафрагменные упругие элементы (рис. 22.2, II) изготовляют из двухслойных резинокордовых оболочек. Для корда используют капрон или нейлон, для наружного слоя баллона - масло- бензостойкую резину, а для внутреннего слоя - каучук. Для баллонов (рис. 22.2, //, а) характерна высокая герметичность. Однако для работы с ними на низкочастотных колебаниях применяют дополнительные резервуары. Применяя диафрагменные и рукавные элементы (рис. 22.2, //, б , в, г), можно получить низкую собственную частоту подвески. Для работы этих элементов требуется меньший объем воздуха. Однако вследствие трения их оболочки о поршень они быстрее изнашиваются.
Гидропневматические элементы телескопического типа передают газовой подушке давление через жидкость. Эти устройства компактнее пневматических, так как работают при давлении до 20 МПа.
Направляющие устройства определяются схемой подвески. При зависимой подвеске (рис. 22.3, а) оба колеса жестко соединены с балкой моста. При изменении положения одного из колес по высоте меняется угол X. В этом случае при вращении колеса возникает гироскопический эффект, стремящийся вернуть ось в предыдущее положение, что приводит к износу шин и осей. При независимой подвеске (рис. 22.3, б-д) каждое колесо подрессорено отдельно. При однорычажной подвеске (см. рис. 22.3, б) в системе также действует гироскопический эффект. При двухрычажной подвеске параллело- граммной (см. рис. 22.3, в) и трапециевидной с рычагами разной длины (см. рис. 22.3, г) углового перемещения колеса нет, но возникает боковое смещение Д/, которое приводит к боковому износу колес.
На легковых автомобилях широко применяют рычажно-телескопическую подвеску «качающаяся свеча» («свеча Макферсона», см.
Рис. 22.3.
а - зависимая; б - независимая однорычажная; виг - независимые двухрычажные с рычагами равной и разной длины; д - независимая рычажно-телескопическая рис. 22.3, д ). Она обеспечивает незначительное изменение колеи и развала колес, имеет малую массу, большое расстояние между опорами правого и левого колес, большой ход по высоте.
Балансирные подвески (рис. 22.4) применяют на многоосных автомобилях. Подвески с коротким балансиром (рис. 22.4, а) используют на полуприцепах и автомобилях с колесной формулой 6x2. В подвеске, изображенной на рис. 22.4, б, под листовой рессорой установлен большой балансир, а над ним - реактивные тяги (в автомобилях МАЗ). В схеме на рис. 22.4, в сама рессора является балансиром, а сверху и снизу установлены реактивные штанги, ограничивающие перемещение мостов (автомобили ЗИЛ, КрАЗ, УралАЗ).
Рис. 22.4. Схемы балансирных подвесок: а - четырехрессорная с балансиром; б - двухрессорная с жесткой балансирной балкой; в - с балансирными рессорами и реактивными штангами
Стабилизаторы. При повороте автомобиля под действием центробежной силы кузов накреняется, положение центра масс изменяется, что может привести к опрокидыванию машины. Для предотвращения этого явления подвеска должна иметь угловую жесткость в поперечном направлении, что достигается установкой стабилизаторов. Часто стабилизатор представляет собой торсион, который при наклоне кузова закручивается. На легковых автомобилях стабилизатор устанавливают на переднем мосту и редко - на заднем. Иногда функцию стабилизатора выполняет в задней подвеске U-образная балка заднего моста (автомобили ВАЗ).
Подвески транспортных средств классифицируются по типам направляющих устройств, упругих элементов и гасящих устройств (амортизаторов).
По типу направляющих устройств различают подвески:
В зависимой подвеске с поперечной связью колеса двух бортов одного моста связаны жесткой балкой (см. рис. а). В этом случае вертикальное перемещение одного колеса относительно несущей системы вызывает изменение наклона плоскости качения другого колеса.
В независимой подвеске каждое колесо (каток) перемещается относительно несущей системы независимо от другого. На рисунке б показана независимая однорычажная подвеска с поперечным расположением рычага. Такое направляющее устройство обеспечивает перемещение колеса в поперечной плоскости с изменением угла его наклона и колеи ТС. В зависимости от конструктивного исполнения независимые подвески могут быть однорычажные с продольным расположением рычага (рисунок а) и двухрычажные с поперечными расположением рычагов (рисунок б).
Однорычажные подвески с продольным рычагом полностью исключают изменение угла наклона колеса и колеи ТС, а двухрычажные обеспечивают минимальные их изменения при правильном выборе соотношения длин рычагов и углов их установки.
В балансирных подвесках (в зависимых подвесках с продольной связью) колеса (катки) одного борта ТС соединены друг с другом качающимися балансирами, роль которых могут выполнять листовые рессоры или жесткие балки (рис. а, б). В таких подвесках даже при отсутствии упругого элемента вертикальное перемещение одного из колес вызывает вдвое меньшие перемещения оси качания балансира, закрепленного на несущей системе ТС, что улучшает плавность хода машины. Балансирные подвески за счет качания балансира обеспечивают перераспределение нагрузки, действующей на колеса, что существенно уменьшает воздействие неровностей дороги на ТС в целом.
Рис. Схемы независимых подвесок:
а - однорычажных с продольным расположением рычага; б - двухрьдчажных с поперечным располржением рычагов
По типу упругих элементов различают подвески с упругими элементами:
В качестве металлических упругих элементов используются листовые рессоры, спиральные пружины (цилиндрические или конические) и торсионы. К неметаллическим упругим элементам относятся пневматические и резиновые упругие элементы.
Листовая рессора состоит из нескольких стальных листов (чаще всего 6 - 14), имеющих разную длину и кривизну и, как правило, прямоугольное сечение, Длина листов подбирается из условия приближения формы рессоры к форме балки равного сопротивления изгибу, которая при данном виде нагрузки является наименее жесткой.
Рис. Схемы балансирных подвесок:
а — с упругим балансиром в виде листовой рессоры; б - с жестким балансиром; АВ, DC - соответственно реактивная и толкающая штанги
При изготовлении листовых рессор листам придают различную кривизну, поэтому при сборке их подвергают предварительным деформациям, знак которых противоположен знаку рабочих деформаций. Это обеспечивает некоторую разгрузку листов рессоры. Листы собирают в пакет с помощью хомутиков, некоторые рессоры стягивают центральным болтом и затем устанавливают между мостом и несущей системой машины. Листовые рессоры обычно имеют полуэллиптическиую форму.
Если листовая рессора используется в зависимой подвеске с поперечной связью, ее среднюю часть с помощью стремянок крепят к балке моста, а концы - шарнирно (с помощью специальных кронштейнов) к несущей системе машины. Передний конец рессоры крепится к кронштейну рамы неподвижно с помощью пальца, а задний конец имеет скользящее соединение во вкладышах кронштейна. В ряде случаев концы рессор соединяют с несущей системой при помощи резиновых подушек, закрепленных в кронштейнах, обеспечивая таким образом неподвижное соединение переднего конца и скользящее соединение заднего конца рессоры. В данной конструкции подвески рессора выполняет одновременно роль упругого элемента и направляющего устройства, т.е. через нее от движителя передаются на несущую систему силы, действующие в горизонтальной плоскости, и моменты от них.
Если рессора используется в балансирной подвеске, ее середина прикрепляется стремянками к ступице, установленной на опоре рамы, являющейся осью качания балансира. Концы рессор опираются на кронштейны - опоры мостов. Конструкция кронштейнов обеспечивает скольжение концов рессоры в продольном направлении и жесткую связь с мостом в поперечном направлении.
Связь в продольном направлении, а также передача реактивных моментов осуществляются с помощью толкающих и реактивных штанг, связывающих балки мостов с несущей системой. С целью обеспечения свободного перемещения балок мостов в вертикальном направлении и допущения некоторых перекосов концы штанг соединяют с мостами и рамой шаровыми шарнирами. Для того чтобы усилия, действующие от реактивных моментов вдоль реактивных штанг, не достигали больших значений, точки крепления концов этих штанг к балкам мостов выносят возможно выше от оси вращения колес посредством установки на балках мостов специальных кронштейнов.
При работе листовых рессор возникает относительное перемещение листов в продольном направлении и создается межлистовое трение, которое, с одной стороны, способствует гашению колебаний, а с другой - неблагоприятно сказывается на плавности хода ТС вследствие блокировки подвески при больших силах трения. Для уменьшения трения листы рессоры при сборке смазывают графитной смазкой или используют неметаллические антифрикционные прокладки между листами. Снижение силы трения достигается также уменьшением числа листов в рессоре и применением рессоры, состоящей из одного листа, с переменным сечением по его длине. Применение одно- или малолистовых рессор позволяет снизить расход металла, что, в свою очередь, уменьшает массу подвески.
Спиральные пружины в качестве основных упругих элементов обычно устанавливают на легковых автомобилях в независимых рычажных подвесках. В ТС большой грузоподъемности пружины используют в качестве вспомогательных упругих эле-ментов, например в качестве ограничителей хода торсионных подвесок гусеничных машин. Чаще всего применяются цилиндрические и конические пружины круглого или прямоугольного сечений.
Торсионные упругие элементы , или просто торсионы, представляют собой стержни различного поперечного сечения из высококачественной стали, работающие на кручение. Они используются в независимых подвесках и в отличие от листовых рессор требуют направляющих устройств. На концах торсионов обычно имеются головки со шлицами. Один конец торсиона закреплен в специальном кронштейне на несущей системе машины, а другой связан через рычаг направляющего устройства с колесом (катком). При перемещении колеса в вертикальном направлении торсион закручивается на угол до 30… 45°, тем самым обеспечивая упругость подвески.
По расположению на ТС различают торсионы:
В пневматических подвесках в качестве упругого элемента используется сжатый воздух или азот, заключенный в жесткую или упругую оболочку. При перемещении колеса относительно несущей системы происходит изменение объема газа. Характер этого изменения определяет упругую характеристику подвески.
Пневматические упругие элементы, в которых газ заключен в упругую оболочку, представляют собой резинокордные оболочки, уплотненные по торцам и заполненные воздухом под давлением. В ТС используются три типа этих элементов: пневмобаллоны, рукавные и диафрагменные упругие элементы.
Пневмобаллоны изготавливают одно-, двух- и трехсекционными. Двухсекционный пневмобаллон (рис. а) состоит из оболочки 1 толщиной 3… 5 мм, усиленной стальными проволочными кольцами 2 для крепления к опорным фланцам 4 с помощью колец 3. В средней части оболочка стянута кольцом 5.
Рис. Пневматические упругие элементы с газом, заключенным в упругую оболочку:
а - двухсекционный пневмобаллон; б - элемент рукавного типа; в - принципиальная схема регулирования положения кузова
Герметизация оболочки рукавного упругого элемента (рис. б) осуществляется с помощью прижимных фланцев 6 или под давлением воздуха.
Диафрагменный упругий элемент отличается от рукавного наличием жесткой боковой оболочки. Нижняя торцевая часть его оболочки представляет собой упругую диафрагму. Кордная ткань оболочки изготавливается из полиамидных нитей (нейлон, капрон).
Пневматические упругие элементы с газом, заключенным в жесткую оболочку, подразделяются на три типа: с одной ступенью давления (рис. а), когда сжатый газ расположен над поршнем 1 в одном объеме (камера А); с противодавлением (рис. б), когда газ находится как в надпоршневом пространстве (камера А), так и под поршнем 1 (камера Б), причем давление газа больше в камере А; с двумя ступенями давления (рис. в), когда две камеры А и В расположены над поршнем 7. В последнем случае давление зарядки газовых камер различно. В камере А газ сжимается в течение всего хода подвески, а в камере В газ начинает сжиматься по достижении давления большего, чем зарядное давление этой камеры.
Передача усилий от поршня к газу осуществляется через жидкость, которой заполнен цилиндр. В ряде случаев жидкость находится в непосредственном контакте с газом (камера Б на рис. б), но чаще всего она отделена от газа гибким разделителем (диафрагмой) 3 или плавающим поршнем 13, изображенным на рисунке.
При непосредственном контакте жидкости с газом в ходе работы подвески происходит ее вспенивание, что отрицательно сказывается на характеристике упругого элемента.
Рис. Схемы пневматических упругих элементов с газом, заключенных в жесткую оболочку, с одой ступенью давления (а), с противодавлением (б) и с двумя ступенями давления (в)
Применение жидкости в таких упругих элементах обеспечивает демпфирование колебаний масс ТС при перетекании ее через калиброванные отверстия и клапаны 2. Таким образом, получается агрегат, в котором размещены и упругий элемент, и, амортизатор.
На рисунке показано устройство пневматического упругого элемента с одной ступенью давления, не обладающего демпфирующими свойствами, но имеющего дополнительные резиновые упругие элементы 7. Заправка газом и жидкостью осуществляется соответственно через клапаны 19 и 27. Упругие элементы работают в начале и конце хода подвески. Газ отделен от жидкости плавающим поршнем 13. Упругий элемент через серьгу 1 и подшипник 2 одним концом крепится к направляющему устройству подвески, а другим - к несущей системе машины.
Применение пневматических упругих элементов позволяет регулировать положение кузова и дорожный просвет, а также изменять упругую характеристику подвески.
Принципиальная схема регулирования высоты кузова ТС по массе газа в упругом элементе показана на рисунке в. При возрастаний нагрузки кузов машины опускается, и расстояние между ним и мостом уменьшается. Рычажный привод, воздействуя на регулятор 8, обеспечивает сообщение упругого элемента 7 с ресивером. Воздух под давлением поступает в упругий элемент до тех пор, пока кузов не поднимется до прежнего уровня. При уменьшении нагрузки расстояние между кузовом и мостом также останется неизменным, так как с помощью регулятора 8 воздух выпускается из упругого элемента 7 в атмосферу. Использование гидравлического замедлителя, встроенного в регулятор, исключает работу регулятора при колебаниях ТС на подвеске.
Регулирование высоты кузова может осуществляться за счет изменения объема жидкости, находящейся между газом и поршнем. В этих системах для поднятия кузова ТС жидкость нагнетается в упругий элемент, а для опускания удаляется.
На ряде ТС имеется система регулирования положения кузова, с помощью которой можно не только изменять дорожный просвет всей машины, но и придавать кузову дифферент на нос или корму либо крен на борт за счет выбора параметров соответствующих подвесок.
Резиновые упругие элементы применяют в подвесках ТС в качестве ограничителей хода подвески и в узлах крепления амортизаторов, снижая динамическую нагруженность деталей подвески и несущей системы.
В качестве гасящих устройств в ТС используют , в которых механическая энергия колебаний ТС преобразуется в тепловую путем жидкостного трения при прохождении вязкой жидкости через отверстия малого сечения. Жидкость нагревается, и теплота рассеивается э окружающем пространстве.
Конструктивно гидравлические амортизаторы исполняют телескопическими и рычажными. Телескопические работают при давлении жидкости до 8 МПа, а рычажные - до 30 МПа. Телескопические амортизаторы подразделяются на двухтрубные и однотрубные. Рычажные могут быть поршневыми и лопастными.
Рис. Пневматический упругий элемент с дополнительными упругими элементами:
1 - серьга; 2 - шарнирный подшипник; 3, 15, 17 - уплотнения; 4, 8 - стаканы; 5 - чехол; 6, 11, 14 - шайбы; 7 - дополнительные упругие элементы; 9 - поршень; 10 - цилиндр; 12 - манжета; 13 - плавающий поршень; 16 - крышка; 18 - втулка; 19, 21 - зарядные клапаны; 20 - перепускной клапан
В качестве рабочих применяют минеральные масла.
При работе амортизатора различают ход сжатия и ход отбоя. При ходе сжатия колесо (каток; приближается к несущей системе ТС, а при ходе отбоя, наоборот, отдаляется от нее.
Рассмотрим устройство и принцип действия гидравлического телескопического двухтрубного амортизатора двустороннего действия . Амортизатор проушиной 6 крепится к несущей системе машины, а проушиной 1 - к направляющему устройству. Амортизатор состоит из штока 5, на нижнем конце которого укреплен поршень 8 с клапанами и калиброванными по сечению каналами. Поршень расположен внутри рабочего цилиндра 12, который заключен в наружную трубу 13 и скреплен с ней. Между наружной полостью цилиндра и внутренней поверхностью трубы имеется зазор, образующий компенсационную камеру 3 амортизатора. В верхней части цилиндра расположено уплотнение, через которое про-ходит шток. Нижняя часть цилиндра соединяется с компенсационной камерой клапанами и калиброванными каналами.
В поршне расположены калиброванные отверстия 4 хода отбоя, перепускной клапан 7 сжатия и разгрузочный клапан 9 отбоя.
В нижней части цилиндра находятся перепускной клапан 10 отбоя, калиброванный канал 2 сжатия и разгрузочный клапан 11 сжатия. При ходе сжатия, когда щток вдвигается в цилиндр, давление под поршнем повышается, и жидкость перетекает через отверстие 4 и клапан 7 в пространство над поршнем. Вследствие того что объемы полостей под поршнем и над ним неодинаковы (часть объема над поршнем занимает шток), избыток жидкости перетекает через канал 2 в компенсационную камеру, сжимая имеющийся там воздух. При большой скорости перемещения поршня в цилиндре давление под ним поднимается настолько, что сжимает пружину разгрузочного клапана 11, который открывается, и нарастание давления уменьшается, что ограничивает силу сопротивления амортизатора на ходе сжатия. При ходе отбоя, когда поршень выдвигается из цилиндра, давление над поршнем увеличивается и жидкость через калиброванные отверстия 4 перетекает в пространство над поршнем. Дефицит жидкости под поршнем будет покрываться перетеканием ее из компенсационной камеры в цилиндр через клапаны 10 и канал 2. При большой скорости движения поршня на ходе отбоя давление над поршнем возрастает, что вызывает открытие разгрузочного клапана 9 отбоя в поршне и тем самым ограничивает силу сопротивления амортизатора на ходе отбоя.
Рис. Схема гидравлического телескопического двухтрубного амортизатора двустороннего действия
Нормальным условием работы амортизатора является отсутствие в жидкости воздушных включений. В рассмотренном амортизаторе воздушное включение может возникнуть вследствие взбалтывания жидкости в компенсационной камере, где жидкость контактирует с воздухом.
Такого недостатка не имеет гидравлический телескопический однотрубный амортизатор двустороннего действия, у которого два клапана (отбоя 3 и сжатия 2) расположены в поршне, а роль компенсационной камеры выполняет полость А, отделенная от подпоршневого пространства плавающим поршнем 7. В полости А находится сжатый газ, объем которого при ходе сжатия уменьшается, а при ходе отбоя увеличивается.
В рычажных амортизаторах рычаг одним концом связан с направляющим устройством подвески, а другим - с поршнем или лопастью. При перемещении последних внутри корпуса амортизатора жидкость из одной полости перетекает в другую через клапаны и отверстия, сечения которых определяют характеристики отбоя и сжатия.
Наряду с рассмотренными амортизаторами существуют такие, в конструкции которых имеется возможность регулирования параметров, определяющих их демпфирующие свойства, за счет изменения суммарной площади отверстий, через которые перетекает рабочая жидкость. Регулирование осуществляется при изменении массы машины или интенсивности колебаний. С увеличением значений этих параметров сопротивление амортизаторов увеличивается.
Рис. Схема гидравлического телескопического однотрубного амортизатора двустороннего действия
