Устройство и принцип работы. Зависимая подвеска является жесткой балкой​, которой между собой связываются правое/правые и левое/левые колеса.

Зависимая и независимая подвеска — устройство и рекомендации

Назначение и классификация подвесок легковых автомобилей

Автомобильная подвеска — это устройство, которое обеспечивает упругое сцепление колес автомобиля с несущей системой, а также регулирует положение кузова во время движения и уменьшает нагрузки на колеса. Современное автомобилестроение предлагает различные типы автомобильных подвесок: пневматические, пружинные, рессорные, торсионные и т.д.

Направляющие устройства подвески.Совокупность устройств, связывающих колеса и кузов автомобиля, образует подвеску. Основное назначение подвески состоит в преобразовании воздействия на автомобиль со стороны дороги в допустимые колебания кузова и колес. Эти взаимодействия должны быть такими, чтобы автомобиль не только быстро набирал скорость (разгонялся), но и мог еще быстрее замедлять ход (вплоть до полной остановки). Кроме того, машина во время движения должна легко управляться и быть устойчивой. Для выполнения названных задач и служит подвеска, конструкция которой определяет основные эксплуатационные свойства легковых автомобилей, включая безопасность движения.

При движении автомобиля колеса перемещаются относительно кузова и дороги в вертикальном и горизонтальном направлениях, а также под углом (вращение вокруг оси, наклон относительно кузова и дороги, вращение вокруг оси поворота — оси шкворня). Для выполнения требований, связанных с эксплуатационными свойствами автомобиля, приходится существенно ограничивать перемещение колес. При поперечном (боковом) перемещении колес в горизонтальных направлениях изменяется колея, а при продольном — база автомобиля. Наличие таких перемещений приводит к увеличению сопротивления движению, износу шин, ухудшению устойчивости и управляемости. Вертикальные перемещения колес относительно кузова у легковых автомобилей могут превышать 20 см. Углы поворота колес составляют 30… 45°.

Для того чтобы автомобиль успешно разгонялся и тормозил, хорошо «держал» дорогу, необходимо иметь надежное сцепление колес с ее поверхностью. Влияет ли подвеска на сцепление? Безусловно. Сцепление зависит не только от характеристик протектора шин и качества дороги, но и от нагрузки, которая передается на колеса. Изменение вертикальной нагрузки на колеса определяется прогибом рессор и усилиями со стороны амортизаторов. При уменьшении вертикальной нагрузки снижается сцепление колес с поверхностью дороги.

Подвеска легкового автомобиля содержит следующие основные устройства: направляющие устройства (рычаги, стойки, тяги, растяжки), упругие элементы (листовые рессоры, пружины, пневморессоры и т. п.), гасящие устройства (гидравлические амортизаторы) и, наконец, устройства регулирования и управления (регуляторы высоты и крена, ЭВМ и т. д.).

Направляющие устройства подвески влияют на характер движения кузова и колес автомобиля при колебаниях. Будет ли, например, подъем колеса сопровождаться его наклоном, боковым или продольным перемещением зависит от того, по какой схеме выполнены направляющие устройства. Направляющие устройства служат для передачи тяговых и тормозных сил, а также боковых сил, возникающих при повороте, движении по косогору от колес к кузову.

По типу направляющих устройств все подвески делятся на зависимые и независимые. При зависимой подвеске правое и левое колеса связаны жесткой балкой — мостом. Поэтому при наезде на неровность одного из колес оба колеса наклоняются в поперечной плоскости на одинаковый угол. В независимой подвеске перемещения одного колеса жестко не связаны с перемещениями другого. Наклоны и перемещения правого и левого колес существенно отличаются.

Упругие устройства (упругие элементы) служат для уменьшения нагрузок, действующих между колесом и кузовом. При наезде на дорожные неровности происходят деформации упругих элементов. После проезда неровностей упругие элементы вызывают колебания кузова и колес. Основной характеристикой упругих элементов является жесткость, т.е. отношение вертикальной нагрузки к прогибу (или осадке пружины). Упругие элементы подвески колес различают не только по конструкции, но и в зависимости от того, из какого материала они сделаны. Если используются упругие свойства металла (сопротивление изгибу или кручению), то имеют место металлические упругие элементы. Учитывая упругие свойства резины и пластмасс, широко применяют резиновые и пластмассовые рессоры. В последнее время значительное распространение получили пневморессоры, где используются упругие свойства воздуха или газов.

Гасящие устройства подвески (гидравлические амортизаторы) предназначены для гашения колебаний кузова и колес. Во время работы подвески происходит перераспределение энергии колебаний автомобиля между кузовом и колесами. Амортизаторы поглощают эту энергию, превращая ее в тепло. Чем больше энергии поглощает амортизатор, тем быстрее будут затухать колебания кузова и колес, меньше будет раскачиваться кузов. Ездить на мягких рессорах без амортизаторов практически невозможно.

Существенно уменьшить наклон и поперечное перемещение колес можно, используя схему двухрычажной подвески. С помощью короткого верхнего и длинного нижнего рычагов удается снизить угловые и поперечные перемещения колес. Влияние наклона (угла) можно уменьшить с помощью развала (наклона) колес в вертикальной плоскости и схода (разница между боковыми поверхностями шины впереди и сзади) колес. Поперечные перемещения колес можно компенсировать податливостью шин.

Двухрычажная подвеска обладает рядом преимуществ в расположении основных элементов: амортизатор закреплен внутри пружины; пружина и амортизатор опираются на нижний рычаг, что снижает габариты по высоте; поперечные рычаги надежно передают толкающие и тормозные силы от колеса к кузову. Двухрычажные направляющие устройства получили широкое распространение в передних независимых подвесках легковых автомобилей.

Еще меньше угловые и поперечные перемещения у направляющих устройств в телескопических пружинных стойках переднеприводных автомобилей, где вместо двух рычагов в поперечной плоскостиустановлен один нижний поперечный рычаг с растяжками. Такая подвеска получила название качающаяся свеча, или, как ее называют по имени изобретателя, подвеска Макферсона. При наличии только нижнего рычага и верхней опоры подвеска имеет незначительные изменения колеи и наклона колес, что уменьшает износ шин и повышает устойчивость автомобиля. К недостаткам схемы следует отнести высокое расположение верхней опоры, которую надо размещать в передней части кузова, а также большие нагрузки, возникающие в местах крепления верхней опоры к кузову.

Использование продольных рычагов в направляющих устройствах позволяет избежать изменения наклона колес при вертикальных перемещениях. Однако длинные продольные рычаги испытывают значительные нагрузки под действием боковых сил (при повороте, съезде на обочину, воздействиях от неровностей дороги). При такой конструкции направляющего устройства в независимых подвесках трудно осуществить привод к колесу с помощью карданных передач; чтобы уменьшить боковой крен кузова, приходится устанавливать дополнительный упругий элемент — стабилизатор поперечной устойчивости. Направляющие устройства с продольными рычагами используют на задних подвесках переднеприводных автомобилей.

Упругие элементы подвески.Рассмотрим конструкции упругих элементов (рессор) подвески колес. Самым старым упругим элементом является листовая рессора. Обычная листовая рессора представляет собой пакет (в виде трапеции) стянутых плоских стальных полос. Самый длинный коренной лист на концах имеет проушины, с помощью которых рессора крепится к кузову. Наиболее часто продольные листовые рессоры устанавливают на задних подвесках легковых автомобилей. Чем больше листов в пакете, тем большую нагрузку может воспринять рессора. Увеличение длины рессоры дает возможность увеличить прогиб и, следовательно, ход колес, т.е. сделать подвеску длинноходной и мягкой. Основная особенность листовых рессор состоит в том, что они могут выполнять роль не только упругого элемента, но и направляющего устройства. Через листовую рессору передаются все нагрузки, возникающие при качении колес. Рессоры передают толкающие усилия при разгоне и торможении. Во время движения по косогору, при повороте автомобиля, а также под действием других боковых сил рессоры подвергаются кручению. Наибольшие нагрузки приходятся на коренные листы рессоры. Долговечность листовых рессор при больших нагрузках существенно снижается. Другой особенностью листовых рессор является наличие трения между листами. Силы трения препятствуют прогибу рессоры и ухудшают ее упругие свойства. Происходит блокирование упругого элемента, и нагрузка от колес передается непосредственно на кузов. В результате существенно ухудшается плавность хода. Эти недостатки листовых рессор заметно проявляются при движении автомобиля по неровностям дороги, имеющим небольшую высоту. Тогда при увеличении скорости возникают интенсивные вибрации и шум в салоне автомобиля. Чтобы избавиться от вредного влияния трения, между листами устанавливают неметаллические прокладки.

Кроме указанных недостатков, многолистовым рессорам присущи и другие. В подвеске с такими рессорами устанавливают дополнительные упругие элементы — упоры (буферы) для ограничения пробоя и увеличения жесткости; рессоры имеют большую массу, малый срок службы, их трудно расположить в системах независимой подвески легкового автомобиля.

Совершенствование конструкции листовых рессор привело к созданию так называемых малолистовых рессор. Листы такой рессоры представляют собой полосы переменного сечения по длине. Изготовление малолистовых рессор связано с рядом технологических трудностей, однако малолистовые рессоры той же грузоподъемности, что и обычные многолистовые, имеют значительно меньшую массу (на 20… 30%). У них существенно меньше межлистовое трение. В последние годы с целью снижения массы предприняты попытки изготовить малолистовые рессоры из композитных материалов.

Более совершенными по сравнению с листовыми рессорами оказались металлические упругие элементы, выполненные в виде витых пружин и стальных стержней (торсионов). При одинаковой грузоподъемности с листовыми рессорами пружины и торсионы имеют существенно меньшую массу и более долговечны.

С появлением передней независимой подвески пружины получили самое широкое распространение. Наиболее простые витые пружины с постоянной толщиной проволоки и неизменным шагом навивки. Такие пружины обеспечивают подвеске необходимый ход колес и малую жесткость.

Однако мягкие пружины не позволяют обеспечить подвеске защиту от ударов и толчков в конце хода колес вверх (сжатие) и вниз (отбой). Как правило, необходимо ужесточение подвески с пружиной в конце хода сжатия и отбоя, которое достигается за счет установки дополнительных упругих элементов.

В качестве дополнительных упругих элементов чаще всего применяют резиновые или пластмассовые буфера.

Для улучшения характеристики рессоры используют фасонные пружины с разным шагом навивки и толщиной проволоки (конические, бочкообразные и др). Однако изготовление таких пружин в условиях массового производства легковых автомобилей существенно сложнее

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Подвеска МакФерсон (MacPherson suspension, «качающаяся свеча»)

Зависимая подвеска отличается наличием жесткой балки, связывающей правое и левое колеса, благодаря чему перемещение одного колеса.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Общее устройство подвески автомобиля. 3D анимация.

Устройство передней и задней подвесок. Виды подвесок

Зависимая подвеска обычно используется на задней оси автомобиля. Однако на многих моделях настоящих внедорожников она применена в качестве подвески спереди. Жаль только, что с каждым годом таких полноценных внедорожников становится все меньше и меньше. Такой тип подвесок являлся основным в первой половине 20 века, до 1930-х годов. Комплектация зависимой подвески включала еще рессоры или спиральные пружины. Проблемами, сопровождающими установку этих подвесок, являются:

  • большая масса неподрессоренных элементов, особенно для осей, на которых расположены ведущие колеса,
  • а также невозможность обеспечить оптимальность углов установки колес.

Этот тип подвески – самый старый, его история начинается еще от гужевых повозок и телег. Основным принципом ее работы является жесткая связь колес между собой единой балкой, которую еще называют мост.
Мост обычно закрепляется либо на рессорах, либо на направляющих рычагах и пружинах (такие конструкции встречаются чаще всего). В первом случае конструкция обладает высокой надежностью, но не комфортностью и управляемостью, а во втором – управляемость и комфорт на высшем уровне, лишь надежность немного ниже.
Применяют ее в тех случаях, когда необходимо прежде всего крепкое и исключительно надежное соединение. А крепче трубы из стали, внутри которой можно расположить, к примеру, приводные полуоси, трудно представить что-то еще.

Современные легковушки практически не имеют таких конструкций (конечно, есть исключения, яркий пример — Ford Mustang). В основном зависимой подвеской пользуются внедорожники (Land Rover Defender, Jeep Wrangler, Mercedes Benz G-Class, Mazda BT-50, Ford Ranger и другие). Однако всеобщая тенденция к переходу все-таки на независимые конструкции очевидна, потому что скорость и хорошая управляемость сегодня более востребованы, чем повышенная надежность конструкции.

Итак, преимущества зависимой подвески:

  • великолепная устойчивость и прочность,
  • простейшая конструкция,
  • неизменность колеи и клиренса, что на бездорожье является положительным фактором, вопреки расхожему мнению,
  • а также большие хода, что позволяет беспроблемно преодолевать препятствия.

Основной недостаток – жесткая связка колес, из-за чего они все время движутся вместе, по схожей траектории, в том числе при прохождении препятствий. Это в совокупности с неизбежно высокой массой моста очень серьезно сказывается на управляемости и стабильности движения автомобиля.

Подвеска на поперечной рессоре

Данный тип подвески, довольно простой и недорогой, имел широкое применение на протяжении нескольких десятилетий после появления первых автомобилей. По мере того, как прогресс шагал вперед, росли скорости движения, эти подвески практически из употребления исчезли.
Такая подвеска имела в своем строении неразрезную балку моста и поперечную рессору, расположенную над ним, и имеющую форму полуэллипса. В подвеске моста, выполняющего ведущие функции, появлялась необходимость расположения его довольно габаритного редуктора, поэтому рессора была выполнена в виде буквы Л. А для того, чтобы она была более податливой, применялись реактивные продольные тяги.
Подвесками данного типа оснащались такие автомобили, как Ford A и Ford T, а также ГАЗ-А. На моделях Ford они использовались по 1948 год. Что же касается автомобилей ГАЗ, то инженеры автозавода уже на модели ГАЗ-М-1 (а она создавалась на основе Ford B), перестали применять подвеску, полностью переоснастив ее, обеспечив продольными рессорами. В данном случае объяснением такого решения служит то обстоятельство, что подвеска на поперечной рессоре, как показал опыт эксплуатации ГАЗ-А, оказалась не приспособлена к отечественным дорожным условиям.

Подвеска с продольными рессорами

Этот тип подвески можно с уверенностью причислить к самым древним. Здесь балка моста подвешивается на две продольно расположенные рессоры. При этом мост может выполнять ведущие функции, и наоборот. В легковых автомобилях обычно он располагается над рессорой, а в грузовиках, кроссоверах и автобусах – под ней. Мост к рессоре крепится обычно с помощью хомутов из металла по ее центру или чаще с незначительным смещением вперед.
Классическая рессора выглядит как совокупность листов металла, скрепленных хомутами. Тот лист, где расположены ушки крепления, называют коренным, он обычно самый толстый.
В последнее время идет тенденция перехода к рессорам, состоящим из как можно меньшего количества листов, есть даже однолистовые рессоры. При этом и листы могут изготавливаться не из металла, а заменяющего его углепластика и других неметаллических композитов.

Подвеска с направляющими рычагами

Такие подвески имеют множество различных схем, отличающихся друг от друга количеством рычагов и их размещением. Довольно часто встречается зависимая подвеска с пятью рычагами и тягой Панара. Основное ее преимущество в том, что рычаги четко, стабильно и с высокой жесткостью задают направление движения ведущего моста – продольное, вертикальное и боковое. Подвески с меньшим количеством рычагов являются более примитивными.
Например, если рычагов в такой подвеске всего два, то при ее работе у них идет перекос. Появляется необходимость или делать рычаги более податливыми, или в соединении рычагов с балкой использовать особые шарниры, или добиваться податливости на кручение от самой балки. Как пример для первого случая – использование упругих пластинчатых рычагов в пружинной задней подвеске, как в начале 60-х годов было осуществлено на некоторых моделях Fiat, а также английских спорткарах. Что касается последнего случая – податливости балки добились созданием торсионно-рычажной подвески, имеющей сопряженные рычаги, которая до сих пор достаточно широко используется на автомобилях с передним приводом. Упругими элементами служат витые пружины или пневмобаллоны (особенно в автобусах и грузовых автомобилях).

Подвеска Де Дион

Была разработана в 1896 году фирмой Де Дион Бутон и представляла собой конструкцию, где корпус дифференциала отделен от оси. В подвеске Де Дион днище кузова автомобиля воспринимало крутящий момент, а ведущие колеса находились на жесткой оси. Таким образом, конструкция позволяла значительно снизить массу неамортизируемых деталей. Наиболее широко данную подвеску применяли в компании Alfa Romeo. Конечно, такая конструкция способна функционировать лишь на задней ведущей оси.
Вообще, подвеска Де Дион является промежуточным типом подвесок между зависимыми и независимыми. Только ведущий мост может быть оснащен данной подвеской, потому что изначально она разрабатывалась в качестве альтернативы ведущему мосту, и само собой подразумевалось, что на оси находятся ведущие колеса.
Соединение колес в подвеске Де Дион осуществлено легкой неразрезной подрессоренной балкой, редуктор основной передачи жестко прикреплен к кузову или раме, а вращение на колеса он передает через полуоси, на которых расположено по два шарнира. В итоге неподрессоренные массы сведены к минимуму, даже если сравнить эту подвеску с разными видами независимых вариантов. Иногда с целью усиления такого эффекта даже тормозные устройства переставляют ближе к дифференциалу, в результате чего неподрессоренными остаются лишь колеса и их ступицы.
Когда такая подвеска работает, длина полуосей изменяется. Это вынуждает конструировать их с шарнирами, имеющими равные угловые скорости и подвижность в продольном направлении (как на авто с передним приводом). В модели Rover 3500 были применены обычные карданные шарниры, поэтому для того, чтобы компенсировать это, балка была выполнена со скользящим шарниром специфической конструкции, который позволял увеличивать или сокращать свою ширину на определенную величину при отбое или сжатии подвески.
Таким образом, подвеску Де Дион можно считать одним из самых технически совершенных типов подвесок. Она по параметрам кинематики способна превзойти многие типы независимых конструкций. Уступить самым лучшим их представителям она могла бы, пожалуй, только на дороге с неровностями, да и то не по всем показателям. При этом, конечно, и стоимость ее превышает цены на многие типы независимых подвесок. Этим объясняется ее не слишком частое использование и преимущественно в спортивных автомобилях. К примеру, подвеску Де Дион содержали многие автомобили марки Alfa Romeo. Что касается недавних новичков, то обладателем такой подвески стал Smart.

Еще из этой рубрики:

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Независимая подвеска автомобиля

Устройство подвески автомобиля — классификация подвесок, поворотный кулак и рычаги должны передавать силы, возникающие при работе подвески во При использовании зависимой подвески, колеса одной оси автомобиля.

Преимущество и недостатки, виды зависимой подвески

Зависимая подвеска ⭐ — тип подвески, при котором два колеса, располагающиеся на одной оси, имеют жесткую связь между собой. Есть два ее типа:

  1. на продольных рессорах — жесткая балка моста подвешивается на двух продольных рессорах, которые крепятся к раме или кузову. Рессора, состоящая из нескольких соединенных между собой металлических листов, фиксируется специальными хомутами. Ее расположение вдоль кузова помогает справляться с силами, которые действуют в боковом, продольном и вертикальном направлениях, то есть она выступает в роли направляющего и упругого элемента одновременно. Обычные пружины не могут похвастаться такой мультифункциональностью, поскольку отвечают только за упругость.Если автомобиль разогнать до большой скорости, такая зависимая подвеска не сможет эффективно противодействовать боковым силам — мост сместится в сторону, ухудшив управляемость. Так как автопроизводители не могут допустить такой риск, продольные рессоры на обычных легковых авто найти почти невозможно;
  2. с направляющими рычагами — состоит из поперечных и продольных рычагов, которые крепятся к балке моста и кузову (или раме) автомобиля. Они также должны нивелировать силы, действующие в продольном, боковом и вертикальном направлениях, только роли упругого и направляющего элемента распределены между витой пружиной, отвечающей за упругость, и амортизатором, гасящим колебания.

Рис. 1 — витая пружина; 2 — верхний продольный рычаг; 3 — нижний продольный рычаг; 4 — балка моста; 5 — амортизатор; 6 — ступица колеса; 7 — стабилизатор поперечной устойчивости; 8 — поперечный рычаг (тяга Панара).

Самая распространенная на сегодняшний день конфигурация — один поперечный и четыре продольных рычага. Поперечный сдерживает ось транспортного средства от сильного смещения вбок, при этом характеризуясь жесткостью и неравномерностью работы, и именуется тягой Панара. Помимо нее, используется составной поперечный рычаг, или механизм Уатта, состоящий из двух горизонтальных рычагов, которые крепятся к вертикальному. Последний соединен с центром балки моста и может вращаться — такое решение улучшило работу подвески в разных точках крена кузова по сравнению с тягой.

В зависимой подвеске нашел свое применение и механизм Скотта-Рассела, отличающийся от тяги Панара использованием двух рычагов разной длины для большей курсовой устойчивости и лучшей управляемости. Улучшению этих характеристик поспособствовала фиксация длинного рычага к балке с применением эластичного соединения, при котором он ограниченно двигается.

Система де Дион — один из самых прогрессивных типов зависимой (или, точнее, полузависимой) подвески, отличающийся изгибающейся подпружиненной балкой, но из-за дороговизны материалов это конструктивное решение встречается нечасто.

Зависимая подвеска устойчива к повреждениям, прочна, не требует особых условий эксплуатации, но сама по себе тяжелая и не так хорошо управляется. Немаловажен и вопрос комфорта — машину с такой подвеской будет трясти сильнее. В основном ее используют для неприхотливых внедорожников, главными характеристиками которых являются проходимость и выносливость, пусть даже ради этого придется пожертвовать высокой скоростью и некоторой точностью маневров.

Устройство и принцип работы. Зависимая подвеска является жесткой балкой​, которой между собой связываются правое/правые и левое/левые колеса.