Элементы подвески автомобиля: разновидности и решаемые задачи
Одним из основных узлов автомобиля является подвеска. Элементы подвески автомобиля отвечают за то, чтобы обеспечить сцепление колес с дорогой, максимально сгладить все неровности дорожной поверхности, а движение сделать комфортным и устойчивым на большой скорости. Со времён изобретения первого автомобиля система подвески претерпела множество усовершенствований и на сегодняшний день стала высокотехнологичным механизмом в конструкции транспортного средства.
Вопросы, рассмотренные в материале:
- Для чего нужны различные элементы подвески автомобиля
- Из каких элементов состоит подвеска автомобиля
- Какие элементы используются в подвесках автомобилей разных типов
Какие задачи призваны решать элементы подвески автомобиля
История подвески начинается со времен конных экипажей, когда система крепления колёс к кабине кареты была самая элементарная и не имела никаких амортизирующих механизмов. При езде по неровным дорогам пассажиров такого экипажа сильно трясло. В борьбе за комфорт инженеры стали придумывать конструкции, которые позволяли смягчить вибрации кабины.
Первыми устройствами, выполняющими амортизационные функции, стали эллиптические рессоры. Со временем рессорный механизм стал применяться и на автомобилях. К тому моменту рессоры уже делали полуэллиптической формы, и они устанавливались поперечно, что для автомобиля оказалось не лучшим решением, потому что возникали проблемы с его управляемостью, даже при малых скоростях. Для решения этой задачи производители стали устанавливать рессоры продольно на каждое колесо по отдельности.
На сегодняшний день технологии автомобилестроения шагнули далеко вперёд. Конструкторы разработали различные типы подвесок, и каждый тип имеет определенные особенности, от которых зависит не только управляемость автомобиля, но комфорт людей при поездке. Несмотря на разнообразие конструкций, любой вариант подвески должен выполнять основные функции:
- Гашение колебаний, а также сильных ударов, возникающих при движении по неровной поверхности.
- Обеспечение максимального сцепления колеса с дорожным полотном, а также устранение крена кузова автомобиля во время вхождения в поворот.
- Повышение управляемости транспорта за счет удержания колеса в заданном положении.
Для того чтобы автомобиль был максимально устойчив на дороге во время динамичной езды, используется жесткий тип подвески. Такой тип подвески обеспечивает автомобилю хорошую управляемость на больших скоростях, исключает крены кузова на поворотах и обеспечивает моментальный отклик на действия водителя.
Несмотря на все плюсы жесткой подвески, комфорт пассажиров при поездке нельзя назвать удовлетворительным, так как из-за жесткости снижается способность сглаживания вибраций кузова. Для обычной езды во многих легковых автомобилях устанавливается мягкая подвеска. Управляемость автомобиля снижается, но и поездка при этом становится гораздо комфортней, что является более важным параметром для обычного автомобилиста.
Некоторые автопроизводители выпускают автомобили с регулируемой жесткостью подвески. Такая функция обеспечивается за счет возможности регулировать натяжение пружины амортизационных стоек.
Помимо различной жёсткости, подвеска может иметь разную степень хода. Расстояние между точкой положения колеса при максимально сжатых пружинах и точкой положения в максимально вывешенном состоянии называется ходом подвески. Увеличенный ход помогает автомобилю преодолевать препятствия на дорогах без риска вывешивания колеса и удара стойки об ограничитель.
Основные элементы подвески автомобиля
Любая подвеска состоит из нескольких основных элементов:
- Шины. Это первая ступень в системе сглаживания неровностей дорожного полотна. Имея определенную степень упругости, шина способна гасить небольшое количество колебаний, возникающих в процессе движения.
При наличии нарушений в работе подвески шины колеса могут выступать в роли индикатора неисправности, так как срок службы шины в такой ситуации быстро сокращается и возникает неравномерный износ.
- Основные упругие элементы. К упругим элементам подвески автомобиля относятся пружины, рессоры и торсионы. Назначение этих элементов заключается в обеспечении упругой связи кузова с поверхностью дороги.
Вся нагрузка автомобиля приходится именно на пружины, а за счет их упругости кузов держится на определенной высоте. В процессе эксплуатации и больших перегрузок металл упругих элементов изнашивается, из-за чего меняется их жесткость. Такие изменения негативно сказываются на работе подвески в целом. Изменяется угол положения колес, уменьшается дорожный просвет, снижается грузоподъемность. Проседание кузова в разгруженном состоянии – это главный сигнал о необходимости замены пружин.
- Дополнительные упругие элементы. К дополнительным упругим элементам относятся буферы сжатия, их применение необходимо для гашения высокочастотных колебаний, а также вибраций, образующихся в процессе соприкосновения металлических элементов.
Благодаря наличию таких упругих элементов, срок службы остальных компонентов подвески значительно увеличивается. Крайне важно следить за их исправным состоянием и вовремя производить замену изношенной детали.
- Направляющие устройства. Главная задача направляющих устройств – обеспечение перемещения колеса в установленной плоскости.
Благодаря системе рычагов в процессе движения по неровной поверхности колесо перемещается в вертикальном направлении, сохраняя при этом перпендикулярное положение относительно поверхности дороги. Любые нарушения в направляющих элементах приведут к быстрому и неравномерному износу шины колеса, а также других элементов подвески.
- Демпфирующий элемент. Элементом демпфирующего устройства является амортизатор.
Использование амортизаторов в системе подвески позволяет решить такие проблемы, как вибрация кузова при движении по неровной дороге, а также сглаживание вибраций на других элементах подвески автомобиля. Благодаря функции демпфирования обеспечивается постоянный контакт колеса с дорогой, автомобиль становится более устойчивым при движении.
- Стабилизатор поперечной устойчивости. Во время выполнения поворота на скорости стабилизатор поперечной устойчивости препятствует крену кузова автомобиля.
При совершении маневра поворота колеса одной стороны автомобиля начинают отрываться от дороги, что может повлечь переворачивание транспортного средства. В этот момент на стабилизаторе создается напряжение, которое стремится вернуть на место поднимающийся край автомобиля.
- Элементы крепления отдельных деталей. К элементам крепления относятся шаровые шарниры, сайлентблоки и болтовые соединения, которые связывают между собой остальные элементы подвески автомобиля.
Элементы передней подвески автомобиля: схема на примере ВАЗ 2107
- Ступичный подшипник.
- Колпак ступицы.
- Регулировочная гайка.
- Шайба.
- Цапфа поворотного пальца.
- Ступица колеса.
- Сальник.
- Тормозной диск.
- Поворотный кулак.
- Верхний рычаг подвески.
- Корпус подшипника верхней опоры.
- Буфер хода сжатия.
- Ось верхнего рычага подвески.
- Кронштейн крепления штанги стабилизатора.
- Подушка штанги стабилизатора.
- Тяга стабилизатора.
- Ось нижнего рычага.
- Подушка тяги стабилизатора.
- Пружина подвески.
- Обойма крепления штанги амортизатора.
- Амортизатор.
- Корпус подшипника нижней опоры.
- Нижний рычаг подвески.
Из каких элементов состоит подвеска автомобилей разных типов
1. Подвеска McPherson
Подвеска McPherson устанавливается на многих автомобилях и применяется как для передней, так и для задней оси. Единственное отличие в том, что на передней оси предусмотрена возможность поворота колеса. Ступица колеса при помощи шаровой опоры крепится к нижнему рычагу, а также к амортизационной стойке. Шток стойки крепится к основанию корпуса автомобиля через опорный подшипник, что позволяет колесу свободно поворачиваться.
Оба рычага соединяются между собой поперечной тягой, которая через резиновые втулки крепится к днищу кузова и способствует устойчивости автомобиля на дороге. На задней оси в конструкции подвески отсутствует нижний рычаг, а ступица фиксируется при помощи поперечных и продольных тяг.
Преимущества подвески McPherson:
- простота конструкции;
- компактные размеры;
- высокая степень надежности;
- сравнительно невысокая цена самого механизма и стоимость обслуживания.
Недостатки подвески McPherson:
- недостаточная легкость управления.
К особенностям передней подвески McPherson также относится использование амортизатора в качестве направляющего элемента, что позволяет сэкономить на деталях. Диаметр штока у таких амортизаторов заметно больше, чем у других. В качестве упругих элементов чаще всего используются пружины.
Пружины устанавливаются под особым углом по отношению к оси штока амортизатора, что позволяет снизить нагрузку изгибающих усилий на шток. Стабилизатор поперечной устойчивости обычно выполняется из изогнутого круглого прутка, который с обоих концов соединяется с рычагами либо передними стойкам.
Основная функция стабилизатора – устранить крен автомобиля в момент прохождения поворота на скорости. Поперечный стабилизатор фиксируется к нижней части автомобильного кузова при помощи промежуточных опор, а возникшее на повороте напряжение в его структуре стремится уравновесить нагрузку между колесами.
Возможность поворачивать колесо реализуется за счет шаровой опоры, которая соединяет нижний рычаг с поворотным кулаком.
2. Двухрычажная передняя подвеска
Особенностью конструкции двухрычажной подвески является использование второго продольного рычага, который предназначен для верхнего крепления ступицы колеса. Конструкция такой подвески более сложная, но в то же время имеет ряд преимуществ по сравнению с однорычажной системой, а также может применяться как на передней, так и на задней оси. Управление автомобилем с таким типом подвески становится легче.
Основные преимущества двухрычажной подвески:
- за счет конструктивных особенностей есть возможность понизить линию капота;
- улучшенные характеристики изменения углов установки колесной базы;
- широкие возможности компоновки.
К недостаткам данного типа подвески относится:
- увеличена масса конструкции за счет большого количества деталей, а также ее габариты;
- более сложный и дорогой процесс обслуживания и ремонта;
- использование усиленных шаровых опор и резинометаллических шарниров, так как точки соединения рычагов с другими элементами конструкции подвергаются повышенной нагрузке.
3. Пневматическая подвеска
Пневматическая подвеска чаще всего применяется в автомобилях премиального класса. Пневматические элементы подвески легкового автомобиля работают за счет сжатого воздуха, что позволяет исключить из конструкции основные упругие элементы. Благодаря тому, что вместо пружин в системе используется воздух, работа такой повестки характеризуется повышенной плавностью и появляется возможность регулировать высоту кузова автомобиля относительно дороги.
4. Гидравлическая подвеска
Особенностью гидравлической подвески является наличие замкнутой масляной системы, соединенной с амортизаторами. При помощи масляного насоса в гидравлическом контуре нагнетается избыточное давление, которое дает возможность регулировать упругость подвески, а также высоту кузова относительно поверхности дороги. В комплексе с гидравлической подвеской часто применяется электронная адаптивная система, позволяющая автоматически изменять характеристики подвески при различных дорожных условиях.
5. Спортивная (винтовая) независимая подвеска
Основой спортивной подвески являются регулируемые амортизационные стойки (койловеры). Регулировка жесткости стоек происходит за счет наличия резьбы в районе нижней части пружины. При вращении регулировочной гайки пружина либо сжимается, либо расслабляется, таким образом, меняется ее жесткость и высота дорожного просвета.
6. Подвески push-rod и pull-rod
В стандартных автомобильных комплектациях такие типы подвески не используются, так как они были разработаны исключительно для гоночных болидов.
Основа обоих вариантов подвески – это двухрычажная система, однако механизмы демпфирования, в отличие от остальных типов подвески, располагаются в кузове автокара. Большая часть нагрузки при движении ложится на элемент, называемый толкателем.
В системе push-rod нагрузка на толкатель возникает за счет сжатия.
Подвеска pull-rod отличается расположением толкателя. При возникновении нагрузки этот элемент работает на растяжение, что позволяет сделать центр тяжести автомобиля ниже. Подобное решение дает возможность увеличить устойчивость автомобиля, однако эффективность работы обоих типов подвески находится практически на одном уровне.