Подвеска автомобиля: что нужно знать о разновидностях конструкции

Система рулевого управления и подвески ходовой автомобиля

В статье рассмотрена система рулевого управления и подвески ходовой части автомобиля с подробным описанием разновидностей систем управления и подвески, также все преимущества и недостатки каждой из них.

Рассказано про принципы действия элементов, входящих в устройство ходовой, и их свойствах. Изучение этой информации позволит автолюбителю сделать первый шаг в освоении профессии автомеханика по ремонту и обслуживанию транспортных средств.

Система рулевого управления и устройство ходовой части постоянно совершенствуется, и без знания старых систем подвески и рулевого управления невозможно в полной мере изучить новые. Дочитаете эту статью до конца, Вы сами в этом убедитесь.

Устройство ходовой части автомобиля: назначение и функции

Устройство ходовой части автомобиля создано так, что система рулевого управления и подвески взаимодействуют и, если возникают неполадки в одном из элементов подвески, это существенно повлияет на характеристики управления автомобилем.

Для того, чтобы автомобиль мог повернуть, передние колеса должны находиться в постоянном контакте с дорожным покрытием. Если подвеска неисправна, возможно, не будет поддерживаться сцепление колес с дорогой, необходимого для эффективного управления.

Если автомобиль с неисправной подвеской поворачивает на высокой скорости, передние колеса могут утратить сцепление с дорожным покрытием, что может привести к аварии.

Назначение рулевого управления и подвески

Система рулевого управления предназначена для управления колесами и точного выбора траектории движения при минимальных усилиях со стороны водителя. Как правило, управляемые колеса в автомобиле передние, а задние колеса двигаются по меньшему радиусу.

Предусмотренное передаточное число рулевого механизма помогает водителю преодолевать сопротивление, возникающее между колесами и дорожным покрытием. Системы рулевого управления оснащены усилителем, дополнительно уменьшающим усилие, которое должен прикладывать водитель.

Резиновые муфты и резиновые демпфирующие элементы опорных кронштейнов амортизируют толчки, возникающие при движении по неровностям дороги и ощущаемые водителем через рулевое колесо.

После завершения поворота, в современных системах управления, для возврата рулевого колеса для прямолинейного движения, водителям требуется прикладывать небольшое усилие, так как действует так называемый эффект самоцентрирования.

Со временем конструкция систем рулевого управления значительно изменилась, значительно возросли безопасность и комфорт водителя. Регулируемая рулевая колонка позволяет водителю сделать настройку рулевого колеса в максимально комфортном и безопасном положении.

Телескопические валы рулевых колонок поглощают энергию столкновения и защищают водителя от сильных травм при аварии. В руле размещен модуль подушки безопасности, благодаря этому, обеспечена дополнительная безопасность водителя. Система подвески:

• изолирует кузов транспортного средства от повреждающего воздействия ударов во время движения;
• уменьшает скручивание кузова автомобиля в любой плоскости движения;
• обеспечивает достаточный комфорт и безопасность перевозки пассажиров и транспортировки багажа;
• обеспечивает сцепление колес с дорогой для повышения эффективности управления, тормозных сил и тягового усилия;
• поглощает поперечные, продольные и вертикальные силы, не меняя при этом направления качения колес.

От того, насколько хорошо автомобиль “держит дорогу”, зависит его поведение во время движения. Совместная работа систем рулевого управления и подвески повышает устойчивость движения автомобиля. За период существования автомобилей в обе эти системы был внесен целый ряд усовершенствований.

В современных системах подвески для поглощения толчков при движении по неровному дорожному полотну применяются пружины и амортизаторы. Подвеска может быть оснащена цилиндрическими пружинами или листовыми рессорами. Для того чтобы уменьшить крен автомобиля на повороте, в системе подвески используют стабилизаторы поперечной устойчивости.

Конструкция системы подвески

Системы подвески постоянно развиваются и совершенствуются. В автомобилях применяют элементы подвески разной конструкции, подбираемой в зависимости от их предназначения.

Листовые рессоры, как правило, используют на грузовых автомобилях средней и высокой грузоподъемности.

Цилиндрические пружины в сборе со стойками подвески, как правило, используются в передней подвеске современных легковых транспортных средств и грузовиков малой и средней грузоподъемности. В некоторых автомобилях применяются элементы подвески обоих типов.

Геометрия переднего моста

Управление должно обеспечивать оптимальную маневренность с надежностью на любой скорости. В значительной мере определяет уровень маневренности радиус поворота, он связан с окружностью поворота по оси следа переднего колеса.

Чем меньше колея и окружность поворота, тем выше маневренность. Радиус поворота автомобиля и радиус поворота по оси следа переднего колеса ограничены конструктивными особенностями рулевого привода.

Геометрия рулевого управления переднего моста менялась по мере развития автомобилестроения на базе двух основных типов конструкции:

• рулевое управление седельного типа (с центральной осью поворота);
• рулевое управление с поворотными кулаками.

В системе седельного типа, точка поворота моста находится под днищем транспортного средства, и поэтому кузов располагается на относительно большой высоте над мостом. Из-за этого центр тяжести транспортного средства становится выше и возрастает риск опрокидывания.

На повороте площадь опоры автомобиля непостоянна, поскольку передние колеса разворачиваются к оси автомобиля, что увеличивает риск опрокидывания. Для системы управления седельного типа характерны: шины подвержены повышенному износу шин и низкая точность управления.

Преимущество системы управления седельного типа заключается в том, что с ее помощью легче уменьшить радиус поворота. Системы управления седельного типа, как правило, применяют только в прицепах.

Рулевое управление с поворотными кулаками более совершенный вариант по сравнению с системой седельного типа. Передние колеса установлены и поворачиваются на поворотных кулаках, которые расположены на концах оси. Рычаги поворотных кулаков надежно подсоединены к поворотным кулакам, которые поворачиваются на поворотных шкворнях или шаровых шарнирах.

Рулевые тяги с шаровыми наконечниками соединяют рулевой привод с рычагами поворотных кулаков. Для обеспечения “оптимального качения” колес в поворотах используется система Аккермана. Рычаги поворотных кулаков и рулевые тяги образуют трапецию.

Рулевая трапеция

Благодаря своей геометрической форме, которую образуют рычаги поворотных кулаков и поперечная рулевая тяга с передней осью, появилось название “рулевая трапеция”. Когда рулевое колесо находится в прямолинейном положении движения, поперечная рулевая тяга параллельна передней оси.

Когда рычаги поворотных кулаков поворачивают, поперечная тяга перестает занимать параллельное положение, вследствие этого внутреннее (правое) колесо поворачивается на больший угол, чем внешнее (левое).

При повороте рулевого колеса в противоположном направлении возникает зеркальный эффект. Такая геометрия обеспечивает наличие общего центра при повороте.

Характеристики рулевого управления с поворотными кулаками

Система рулевого управления с поворотными кулаками позволяет, по сравнению с системой седельного типа, понизить центр тяжести автомобиля.

Опорная площадь автомобиля (ширина колеи) при повороте такая же, как и при движении по прямой – это снижает риск опрокидывания автомобиля. Оптимальное качение, при рулевом управлении с поворотными кулаками, снижает износ шин, особенно на поворотах.

Повышаются точность управления, безопасность и появилась возможность использовать систему независимой подвески, в которой жесткий передний мост заменен независимыми стойками подвески на каждом колесе.

Характеристики рулевого управления

Центробежная сила, воздействующая на автомобиль при прохождении поворота, по-разному влияет на переднюю и заднюю ось в зависимости от положения центра тяжести автомобиля. При повороте боковая реактивная сила всегда пытается сместить колеса с намеченной траектории движения.

Угол такого отклонения именуется углом бокового увода. Водитель должен применить компенсирующий маневр, чтобы снизить угол увода до приемлемого уровня и правильно пройти повороты.

Боковые реактивные силы при повороте, действующие на центр тяжести, который смещен из оптимального положения, приводят к отклонению автомобиля от намеченной траектории движения. Существуют три характеристики управления, которые влияют на заданную траекторию движения автомобиля при повороте, это:

1. Нейтральная поворачиваемость.
2. Недостаточная поворачиваемость.
3. Избыточная поворачиваемость.

Нейтральная поворачиваемость

Нейтральная поворачиваемость – это оптимальное состояние, требуемое, чтобы автомобиль правильно прошел поворот.

Центр тяжести автомобиля, находящийся в оптимальном положении, испытывает воздействие боковых реактивных сил, возникающих при повороте, и влияет на углы бокового увода.

При прохождении поворота желательно, чтобы углы увода передних и задних колес были одинаковыми. Если эти условия соблюдены, водитель без труда поддерживает траекторию движения автомобиля на повороте.

1. Боковая реактивная сила при повороте. 2. Угол бокового увода.

На рисунке показана боковая реактивная сила, возникающая при повороте и действующая на центр тяжести автомобиля при его оптимальном положении. Величина нагрузок на все колеса одинакова, углы увода передних и задних колес равны.

Недостаточная поворачиваемость

Недостаточная поворачиваемость – это состояние управления, при котором на повороте передняя часть автомобиля сильнее отклоняется от первоначальной траектории, чем задняя. Вес и центр тяжести смещаются к передней части автомобиля.

Боковые реактивные силы при повороте воздействуют на передний мост больше, чем на задний, и это влияет на углы увода. Угол увода передних колес увеличивается, в то время как угол увода задних колес уменьшается.

Автомобиль движется по траектории большего радиуса, и водителю приходится поворачивать рулевое колесо более интенсивно, чтобы правильно пройти поворот. Для переднеприводных автомобилей характерна тенденция к недостаточной поворачиваемости, поскольку центр тяжести смещается вперед.

Избыточная поворачиваемость

Избыточная поворачиваемость – это явление, противоположное недостаточной поворачиваемости. При избыточной поворачиваемости на повороте отклонение задней части автомобиля от первоначальной траектории больше, чем передней. Вес и центр тяжести смещаются к задней части автомобиля.

Боковые реактивные силы при повороте воздействуют на задний мост больше, чем на передний, и влияют на углы увода. Угол увода задних колес увеличивается, в то время как угол увода передних колес уменьшается.

Эти факторы уменьшают колею автомобиля, и водителю приходится уменьшать поворот рулевого колеса, чтобы правильно пройти поворот. При повышенной избыточной поворачиваемости задняя часть автомобиля становится неуправляемой.

Системы независимой и зависимой подвески

В системе с независимой подвеской, при нагрузке на подвеску одного из колес, это не влияет на подвеску противоположное колесо.

В системе с зависимой подвеской, при нагрузке на подвеску одного из колес, это влияет и на подвеску противоположного колеса.

В автомобиле с зависимой подвеской, при наезде колеса на неровность возникает крен кузова. При большой неровности дороги, пассажиры будут испытывать дискомфорт.

Подвеска переднего и заднего моста

На всех транспортных средствах, в зависимости от их назначения, применяются различные виды подвесок на переднем и заднем мостах.

От типа подвески транспортного средства зависит управляемость, комфорт и стоимость обслуживания и ремонта.

При всем разнообразии устройств ходовой части автомобиля, общая задача, которую они выполняют, – это безопасность дорожного движения.

Двойные поперечные рычаги

Здесь показаны узлы базовой системы независимой подвески с цилиндрическими пружинами и двойными поперечными рычагами. Поперечные рычаги поддерживают поворотные кулаки, имеют разную длину и перемещаются по разным траекториям, поэтому при перемещениях подвески колея и развал колес изменяются лишь незначительно.

Преимущество подвески заключается в том, что в центре автомобиля нет никаких элементов подвески. Пространство между колесами можно использовать для размещения других элементов, например, двигателя.

Недостаток состоит в том, что необходимо большое количество шарниров и, поэтому, повышается стоимость производства.

Задняя подвеска с поперечной листовой рессорой

В конструкцию задней подвески входит поперечная листовая рессора, которая изготавливается из армированного стекловолокном композитного материала обладающего хорошими демпфирующими свойствами.

Также листовая рессора является направляющим механизмом подвески обеспечивая курсовую устойчивость авто. Отпадает необходимость в стабилизаторах, поперечных рычагах и пружинах.

Благодаря использованию разных функций в одном узле, при минимальном количестве деталей, обеспечивают необходимые ходовые характеристики.

Поперечный рычаг со стойкой Макферсона

Самый распространенный тип независимой передней подвески в современных автомобилях – подвеска со стойками Макферсона. В одном блоке объединены ступица колеса, поворотный кулак, шарниры, амортизатор и пружина. При сжатии пружины колесо сохраняет вертикальное положение.

Поворотный кулак поддерживается одним поперечным рычагом, при перемещении которого, величина колеи, развал колес изменяются незначительно. При необходимости ремонта и регулировок узел легко демонтируется.

При большой длине стоек, нагрузка возникающая в шарнирах рычага невелика, что является преимуществом этой конструкции. Недостатком являются возрастающая нагрузка на кузов в месте верхнего крепления стойки.

Двойные продольные рычаги

Два продольных рычага поддерживают поворотный кулак в сборе, а поперечные торсионы выполняют функцию рессор и амортизируют толчки. Вертикальные перемещения колес заставляют поперечные торсионы скручиваться, благодаря чему амортизируется перемещение колес.

Действие торсиона, возвращающегося в первоначальное состояние, помогает сохранить сцепление колес с дорожным покрытием. При перемещении подвески углы продольного наклона осей поворота колес, колея и развал колес не изменяются.

Если необходимо, узел можно собрать и отрегулировать вне автомобиля. Для этого варианта конструкции требуется обширное пространство в передней части автомобиля и большие затраты на изготовление. Повышенное вертикальное перемещение может привести к поломке торсионов.

Ускорение и торможение приводят к перемещению подвески вверх и вниз, так называемое «галопирование» (продольная качка) автомобиля. Эти перемещения подвески вызывают изменения в колесной базе.

Жесткий мост с листовыми рессорами

На рисунке показаны элементы зависимой подвески, в которой применены листовые рессоры. Опорные проушины листовых рессор прикреплены к шасси автомобиля. Вертикальное перемещение моста заставляют листовые рессоры сжиматься и амортизировать толчки.

Воздействие листовой рессоры, возвращающейся в первоначальное состояние, помогает удержать сцепление колеса с дорожным покрытием. Колея остается неизменной, и поэтому происходит несильный износ шин. Крен кузова при повороте не приводит к изменению развала колес, благодаря чему обеспечивается хорошая курсовая устойчивость.

Узел в сборе достаточно тяжел, и это увеличивает неподрессоренную массу авто. Нежелательной особенностью является взаимодействие колес при сжатии подвески с одной стороны.

Из-за этого возникает тенденция к поперечному смещению моста при наезде на поперечно расположенные неровности на дороге, вследствие чего уменьшается сцепление шин с дорожным покрытием.

Жесткий мост типа «треугольного кронштейна»

Мост поддерживается на кузове центральным шарниром и двумя продольными стойками. В этой конструкции применяются цилиндрические пружины, установленные на обеих сторонах моста рядом с колесами.

Цилиндрические пружины амортизируют вертикальные перемещения моста. Продольные стойки передают к шасси движущий момент и поперечные силы, возникающие при торможении и ускорении.

При торможении задняя часть автомобиля стремится вниз, что помогает стабилизировать автомобиль. Недостатки этой конструкции состоят в больших затратах на изготовление и более высокой массе элементов, из-за чего возрастает неподрессоренная масса автомобиля.

Жесткий мост с приварными стойками, работающими на сжатие/растяжение

Стойки, работающие на сжатие / растяжение, обеспечивают продольное расположение моста, благодаря чему возрастает устойчивость при торможении и ускорении. Большая нагрузка на одну сторону подвески вызывает скручивание стоек сжатия/растяжения (имеющих U-образное сечение), в результате чего на сварные швы действует избыточное напряжение.

На обеих сторонах моста рядом с колесами расположены цилиндрические пружины амортизирующие вертикальное перемещение моста. На них не действуют силы возникающие при ускорении или торможении, посредством стоек растяжения.

Недостатком этих мостов, как и жестких мостов других типов, является большая масса элементов и, следовательно, большая неподрессоренная масса автомобиля.

Торсионный неразрезной мост с продольными рычагами

В подвеске торсионного неразрезного моста с продольными рычагами предусмотрены стойки, соединенные посредством балки U-образного сечения, которая обладает высокой жесткостью при изгибе, но низкой жесткостью при кручении.

Балка U-образного сечения помогает цилиндрическим пружинам амортизировать вертикальные перемещения, а стойки передают моменты, возникающие при ускорении и торможении.

Эта конструкция компактна по размеру, несложна в изготовлении и характеризуется наличием небольшой неподрессоренной массы, но вариант с торсионным подрессориванием более дорогостоящ.

Торсионный неразрезной мост со штангой Панара

Две стойки привариваются к трубе U-образного сечения. Поперечные силы поглощаются диагональной реактивной штангой (штангой Панара), а цилиндрические пружины амортизируют вертикальные перемещения.

При применении этого варианта конструкции, отсутствуют нежелательные изменения колеи и развала колес. Узел в сборе просто устанавливается на кузов посредством эластичных шарниров.

Вариант с торсионами более дорогостоящ, чем вариант с цилиндрическими пружинами в сборе с амортизаторами, показанный здесь.

Задняя подвеска с продольными рычагами

Продольные рычаги установлены вдоль оси автомобиля, а шарниры расположены перпендикулярно направлению движения. Продольные рычаги передают момент, а цилиндрические пружины способствуют амортизации вертикальных перемещений колес.

При торможении задняя часть автомобиля стремится вниз (так называемый эффект “клевка”), благодаря чему обеспечивается устойчивая управляемость. При использовании этого варианта конструкции, отсутствуют изменения колеи и развала колес, и эта конструкция компактна по размеру.

Чтобы обеспечить вращение в изменяющихся плоскостях, необходимо наличие двух карданных шарниров на полуосях. При сжатии подвески происходит очень незначительное изменение колесной базы.

Диагональные рычаги с ведущими полуосями фиксированной длины

Диагональные рычаги устанавливаются под углом к кузову автомобиля. Диагональные рычаги передают момент, а цилиндрические пружины способствуют амортизации вертикальных перемещений колес.

Требуется только один карданный шарнир для каждой ведущей полуоси, поскольку, когда подвеска сжата, радиус поворота рычага подвески равен радиусу поворота полуоси.

При сжатии подвески возникают очень резкие изменения колеи колес, вследствие чего возрастает износ шин, но “клевок» при торможении небольшой. На поворотах водитель сталкивается с небольшой избыточной поворачиваемостью.

Диагональные рычаги с ведущими полуосями переменной длины

По компоновке и принципу действия эта подвеска сходна с подвеской, в которой применяются диагональные рычаги с полуосями фиксированной длины, однако полуоси снабжены дополнительным карданным шарниром, чтобы улучшить отслеживание изменения колеи колес.

В этом случае сжатие подвески приводит к незначительным изменениям колеи, но к большим изменениям развала колес.

Недостаток конструкции – высокая себестоимость из-за сложной конструкции полуосей, обеспечивающей перемещения подвески.

Вспомогательные элементы подвески

Из-за инерции на поворотах автомобиль стремится продолжать движение в прямом направлении. Центробежная сила воздействует на кузов и вызывает его крен, что может быть некомфортно для пассажиров.

Под действием массы автомобиля сжимаются пружины на внешней стороне поворота и растягиваются пружины на внутренней стороне.

Из-за ограничений, имеющихся в рычажных механизмах подвески, трудно поддерживать правильную геометрию колес на сложных поворотах и в сложных дорожных условиях.

Стабилизатор поперечной устойчивости

Стабилизатор поперечной устойчивости (или просто стабилизатор) – это металлическая штанга, соединяющая одну сторону подвески с противоположной стороной подвески. Штанга работает в качестве торсиона и уменьшает крен кузова автомобиля на поворотах.

Стабилизатор закреплен на шасси посредством резиновых опор. Резиновые опоры дают торсиону возможность поворачиваться относительно шасси. Если подвеска сжимается одновременно на обеих сторонах автомобиля, стабилизатор полностью поворачивается в своих опорах и не оказывает никакого действия.

На повороте кузов автомобиля сжимает подвеску внешнего колеса. Шасси автомобиля также испытывает крен, и внешний конец стабилизатора поворачивается вверх. На стабилизатор действует скручивающая нагрузка.

Посредством шарнирных опор, стабилизатор передает часть скручивающей силы на противоположное колесо, оттягивая его вверх, внутрь колесной арки. Из-за этого подвеска внутреннего колеса сжимается и значительно уменьшает крен кузова.

Такое взаимодействие элементов подвески на двух бортах автомобиля делает движение более жестким. При движении по ухабистой дороге обязательно возникает влияние на противоположное колесо, в результате чего автомобиль двигается менее плавно. Стабилизатор можно устанавливать и на передний, и на задний мост.

Диагональная реактивная штанга

Диагональная реактивная штанга (штанга Панара) – это балка, соединяющая задний мост с кузовом. На концах штанги расположены шарниры, которые допускают перемещение шасси и моста.

Диагональная реактивная штанга поглощает поперечные силы, возникающие между мостом и кузовом.

Это снимает нагрузку из-за поперечных сил, воздействующих на продольные балансиры, благодаря чему они передают только момент, возникающий при ускорении и торможении.

Колесная база и колея

Чем больше колесная база и колея, тем выше безопасность движения, особенно на поворотах.

Колесная база – это расстояние между центрами передних и задних колес. Колея – это расстояние между колесами, измеренное между центрами шин в местах контакта с дорожным покрытием.

Схождение колес

Схождение колес – это разница в расстояниях между бортами ободьев колес перед мостом и позади него, измеренная при прямолинейном положении колес.

Если расстояние впереди и позади моста одинаковое, схождение колес нулевое. Как правило, присутствует положительное схождение (или просто схождение) или отрицательное схождение (или расхождение).

Если схождение положительное, расстояние между бортами ободьев перед мостом меньше, чем позади моста. Если схождение отрицательное, расстояние между фланцами ободьев перед мостом больше, чем позади моста.

Нулевое схождение колес желательно для уменьшения напряжений, воздействующих на элементы рулевого управления, однако моменты, возникающие при движении, в переднеприводном автомобиле стремятся сдвинуть передние колеса в направлении друг друга спереди (положительное схождение), а в заднеприводном – раздвинуть колеса (отрицательное схождение). Нежелательному отрицательному схождению противодействует положительное схождение и наоборот.

Развал

Развал – это угол между плоскостью колеса и перпендикуляром к плоскости дорожного полотна, измеренный, когда колеса направлены прямо вперед. Развал положительный, если верхняя часть колеса наклонена наружу.

Плечо обкатки уменьшается, благодаря чему уменьшается влияние сил, воздействующих на колеса и на рулевое управление. Развал отрицательный, если верхняя часть колеса наклонена внутрь.

Плечо обкатки увеличивается, и из-за чего увеличивается влияние сил, воздействующих на колеса и на рулевое управление.

Рулевой механизм автомобиля

Рулевой механизм служит для преобразования вращательного движения рулевого колеса в поступательное прямолинейное движение, передаваемое к колесам. Для прямолинейного движения можно преобразовать вращательное движение рулевого колеса в качание рулевой сошки или создать возвратно-поступательное движение рейки рулевого механизма.

Кроме того, рулевой механизм обеспечивает понижающее передаточное число, благодаря которому уменьшается усилие, прикладываемое водителем для управления колесами. Это особенно необходимо, когда автомобиль неподвижен или медленно двигается, и вращение руля максимально затруднено.

Типовое понижающее передаточное число рулевого управления: от 14:1 до 22:1. При числах от 14:1 до 18:1, как правило, требуется усилитель рулевого управления. Для перемещения колес между предельными положениями, как правило, требуется повернуть рулевое колесо на 3-4 полных оборота.

Рулевой механизм должен быть достаточно прочным и выдерживать разные нагрузки, которым он подвергается в различных условиях движения. Водитель не должен ощущать через рулевое колесо толчки, сопровождающие движение. Существуют различные варианты конструкции рулевых механизмов, причем основных типов два:

1. Рулевые механизмы с вращательным движением.
2. Рулевые механизмы со скользящим движением.

Передаточное число рулевого управления

Передаточное число рулевого управления – это соотношение между углом поворота рулевого колеса и углом поворота колес. Передаточные числа могут быть постоянными и переменными.

Рулевое управление с постоянным передаточным числом именуется “линейным рулевым управлением”. При линейном управлении поворот руля на фиксированное количество градусов перемещает управляемые колеса на пропорциональный угол, зависящий от передаточного числа, при любом положении рулевого управления.

Рулевое управление с переменным передаточным числом именуется “пропорциональным рулевым управлением”. При пропорциональном управлении передаточное число изменяется с каждым поворотом рулевого колеса.

Как правило, по мере увеличения угла поворота руля скорость изменения угла поворота колес увеличивается. Передаточное число = Угол поворота рулевого колеса, разделенный на угол поворота колес (например, 160/8.8 = приблизительно 18:1).

Рулевой механизм типа «винт-гайка» с кольцами-ползунами

Кольца-ползуны, расположенные сбоку от рулевой гайки, передают перемещение гайки к рулевой вилке. Рулевую сошку устанавливают на вал, который сидит на рулевой вилке.

Износ винтовых рулевых механизмов этого типа, вызываемый трением, как правило, высокий и не поддается регулировке.

Передаточное число в случае механизма типа «винт-гайки» постоянное. Рулевая сошка, как правило, поворачивается на 90 градусов.

Червячно-секторный рулевой механизм

В червячном рулевом механизме этого типа на конце рулевого вала предусмотрен цилиндрический червяк, который перемещает зубчатый сектор. Преимущество червячных зубчатых механизмов заключается в том, что можно легко добиться высокого передаточного числа – до 22:1.

Зубья на зубчатом секторе находятся в постоянном зацеплении с червяком, любой поворот рулевого вала вызывает поворот зубчатого сектора. Рулевая сошка закреплена на зубчатом секторе и, как правило, может поворачиваться на 70 градусов.

Износ червячных механизмов этого типа относительно высокий из-за трения скольжения рабочих элементов, но их можно регулировать. Недостаток червячно-секторного механизма состоит в том, что водителю требуется прикладывать к рулевому колесу значительное усилие.

Червячно-роликовый рулевой механизм

В червячно-роликовом рулевом механизме для передачи движения от червяка вместо зубчатого сектора используется ролик. Червяк в этом механизме сводится на конус в направлении к центру, и образуется форма, напоминающая песочные часы (глобоидная).

Преимущество этой формы червяка заключается в том, что она позволяет ролику поворачиваться относительно своего центра, и это уменьшает размер рулевого механизма.

Рулевая сошка прикреплена к валу ролика и, как правило, может поворачиваться на 90 градусов. Передаточное число рулевого управления остается постоянным. Повышенные люфты можно устранить, отрегулировав положение рулевого вала.

Рулевой механизм с червяком и роликовым пальцем

Рулевой механизм с червяком и роликовым пальцем имеет цилиндрический червяк с неравномерным шагом. При вращении червяка конический палец перемещается в осевом направлении вдоль червяка.

Рулевая сошка закреплена на соответствующем вале, соединенном с пальцем, и, как правило, может поворачиваться на 70 градусов.

Износ рабочих элементов относительно низкий, люфт в рулевом вале и между пальцем и червяком регулируется. Передаточное число рулевого механизма с червяком и роликовым пальцем пропорционально изменяется вследствие неравномерного шага червяка.

Реечный рулевой механизм с постоянным шагом зубьев

В реечных механизмах для создания линейного перемещения рейки используется вращающаяся шестерня. Зубья шестерни находятся в постоянном зацеплении с зубьями рейки, и любое перемещение вала рулевой колонки вызывает поперечное перемещение рулевой рейки.

Перемещение рейки напрямую передается к рулевым тягам, установленным на обоих концах рейки. Шаровые шарниры, расположенные между рейкой и рулевыми тягами, обеспечивают возможность независимого вертикального перемещения рулевых тяг.

Рейка удерживается в зацеплении с шестерней с помощью подпружиненной прижимной колодки, которая автоматически регулирует любой зазор между зубьями. Трение скольжения между рейкой и шестерней оказывает амортизирующее действие и поглощает толчки при движении.

В числе преимуществ реечного механизма – прямое рулевое управление, функция самоцентрирования и низкая себестоимость. Реечный рулевой механизм – это самый распространенный тип механизма, применяемый в современных автомобилях. В реечном механизме с постоянным шагом предусмотрено постоянное передаточное число.

Реечный рулевой механизм с переменным шагом зубьев

Реечный рулевой механизм с переменным шагом зубьев работает так же, как и описанный выше реечный механизм с постоянным шагом. В этом рулевом механизме зубья на рейке имеют переменный шаг, причем в центре шаг больше, чем на краях.

Переменный шаг дает возможность увеличивать передаточное число рулевого управления по мере вращения шестерни. Фактически, в этой системе усилие, требуемое от водителя, тем меньше, чем больше поворачивается рулевое колесо.

При движении по прямой рулевое управление “тяжелее”, чем при повороте рулевого колеса в предельное положение; это облегчает маневрирование и парковку. В реечном механизме с переменным шагом предусмотрено пропорционально возрастающее передаточное число.

Усилитель рулевого управления

Устройство ходовой части автомобиля предусматривает несколько вариантов конструкций усилителей рулевого управления, отличающихся по устройству и работе.

По мере развития техники устройство усилителей рулевого управления все время совершенствовалось – на смену простым конструкциям пришли системы с электронными электроусилителями (ЭУР).

Только назначение усилителя рулевого управления осталось прежним – уменьшить усилие, прикладываемое водителем, при управлении транспортным средством.

Модульная конструкция

Типовая гидравлическая система усилителя оснащена жидкостным насосом, который служит для подачи рабочей жидкости под давлением в гидравлический контур. Насос может иметь электрический привод и находится в бачке усилителя рулевого управления или иметь механический привод от двигателя.

Механические насосы в усилителях, как правило, снабжены отдельным бачком для рабочей жидкости. Рабочая жидкость под давлением, созданным насосом, поступает в золотниковый распределительный клапан в рулевом механизме.

Когда рулевой вал находится в прямолинейном положении, рабочая жидкость проходит через золотниковый распределительный клапан и возвращается в бачок.

Когда водитель поворачивает рулевое колесо, золотниковый распределительный клапан направляет рабочую жидкость на соответствующую сторону поршня, который располагается в цилиндре на конце реечного механизма.

Тяга, подсоединенная к поршню, соединена с рейкой, и любое давление рабочей жидкости, воздействующее на поршень, способствует перемещению рейки. Рабочая жидкость с обратной стороны возвращается в бачок через золотниковый распределительный клапан.

Если водитель поворачивает рулевое колесо в другом направлении, происходит противоположный процесс. Если усилитель рулевого управления выходит из строя, сохраняется механическое действие рулевого механизма, однако водитель должен прикладывать гораздо большее усилие.

Полу-модульная конструкция

В полу-модульной системе поршень и цилиндр усилителя рулевого управления внешние, они тянут или толкают рулевые тяги.

По гидравлическому принципу действия усилитель рулевого управления полу-модульной конструкции сходен с усилителем модульной конструкции.

Если усилитель рулевого управления выходит из строя, сохраняется механическое действие рулевого механизма, однако водитель должен прикладывать гораздо большее усилие.

Полностью гидравлический усилитель рулевого управления

В полностью гидравлическом усилителе рулевого управления нет механической связи между рулевым валом и управляемыми колесами автомобиля. В дополнение к золотниковому распределительному клапану и жидкостному насосу предусмотрен управляющий насос.

Водитель активирует управляющий насос, поворачивая рулевое колесо. Гидравлическая жидкость поступает из рабочего насоса в управляющий насос. Когда управляющий насос активирован, рабочая жидкость направляется в золотниковый распределительный клапан.

Золотниковый распределительный клапан направляет рабочую жидкость к соответствующей стороне поршня. Поршень оснащен приводной тягой, которая непосредственно управляет рулевым приводом.

Рабочая жидкость на противоположной стороне поршня возвращается в бачок через золотниковый распределительный клапан. При неисправностях полностью гидравлической системы, приводит к полной неработоспособности рулевого управления.

Поэтому в автомобилях, оснащенных системой управления данного типа, необходим аварийный насос рулевого управления. Как правило, полностью гидравлическкую систему рулевого управления применяют на тракторах и в строительной технике, имеющих максимальную скорость не более 50 км/ч.

Рулевой привод

Рулевой привод служит для передачи усилия водителя через рулевое колесо, к управляемым колесам автомобиля. Рулевой механизм преобразует вращательное движение рулевого колеса в прямолинейное движение, которое тянет и толкает тяги рулевого привода.

Преобразованное движение передается от рулевого механизма к рулевому приводу. Шаровые шарниры на концах продольных и поперечных рулевых тяг обеспечивают возможность любых поворотных и вращательных перемещений в приводе.

Компоновка и количество поперечных рулевых тяг в рулевом приводе зависят от конструкции моста и подвески.

Односекционная поперечная рулевая тяга, перемещаемая рулевой сошкой

Простейшая конструкция рулевого привода – это односекционная поперечная рулевая тяга, перемещаемая рулевой сошкой, которая толкает или тянет продольную рулевую тягу для перемещения рычага, который соединен с поворотным шарниром на поворотном кулаке.

Поперечная рулевая тяга соединяет оба поворотных шарнира на поворотных кулаках передних колес автомобиля. Любое перемещение одного из поворотных шарниров передается через рулевую тягу к шарниру на противоположном поворотном кулаке.

Привод этого типа, как правило, применяется в автомобилях с жестким мостом, в которых расстояние между рычагами поворотных кулаков не изменяется. Для соединения продольной и поперечной рулевых тяг с рычагами поворотных кулаков служат шаровые шарниры.

Двухсекционная рулевая тяга, перемещаемая рулевой сошкой

Доработанный вариант односекционной рулевой тяги – это двухсекционная рулевая тяга, перемещаемая рулевой сошкой.

Сошка тянет или толкает две отдельные рулевые тяги, которые соединены с рычагами поворотных кулаков посредством шаровых шарниров.

Перемещение рулевых тяг поворачивает поворотные шарниры на поворотных кулаках. Привод этого типа, как правило, применяется в автомобилях с независимой подвеской, в которой поворотные шарниры могут перемещаться один независимо от другого.

Двухсекционная рулевая тяга, перемещаемая рейкой

В реечной системе рулевого управления для передачи рулевого воздействия к поворотным кулакам используются две тяги.

Хотя существуют рейки различных типов, на соединениях с поворотными кулаками в них применяются рулевые приводы похожей конструкции.

Прямолинейное перемещение рулевой рейки передается через шаровой шарнир на рулевые тяги.

Трех-секционная рулевая тяга, перемещаемая рулевой сошкой

Трех-секционную рулевую тягу перемещают рулевой сошкой, предусмотрен маятниковый рычаг, который передает движение рулевого управления к противоположной стороне автомобиля.

Рулевой привод этого типа применяют в автомобилях с независимой подвеской, но у этого варианта конструкции высокая стоимость.

Трех-секционная рулевая тяга, перемещаемая сошкой, обеспечивает самую высокую степень точности и максимальный контроль над рулевым управлением.

Амортизатор рулевого управления

Амортизаторы рулевого управления могут быть встроены в рулевой привод любого типа, но в автомобилях с реечным рулевым механизмом их применяют нечасто.

Амортизатор рулевого управления предназначен для амортизации толчков, которые при движении передаются на рулевой привод.

Амортизатор помогает противодействовать повышению усилия на руле и непреднамеренному перемещению рулевого колеса.

Поворотный шкворень

Поворотный шкворень – это центральный поворотный палец, установленный на поворотный кулак и обеспечивающий возможность поворота поворотного кулака. Расположение поворотного шкворня на поворотном кулаке – это важный параметр в геометрии рулевого управления, так называемый “поперечный наклон поворотного шкворня”.

Как правило, поворотный шкворень применяется в автомобилях с жестким передним мостом, в которых расстояние между рычагами поворотных кулаков не изменяется. Поворотными шкворнями традиционно оснащают более мощные коммерческие автомобили и внедорожники.

Поворотный шкворень требуется периодически смазывать, чтобы исключить риск заедания движущихся частей. В современных легковых автомобилях вместо поворотных шкворней применяют шаровые шарниры.

Шаровой шарнир

Шаровые шарниры обеспечивают элементам рулевого привода возможность свободного вращения относительно продольной оси шарнира и ограниченного движения в поперечном направлении. Опорой шарового шарнира служит чашка, которую, как правило, изготавливают из стали или пластика.

Шаровой шарнир набивают смазкой в процессе изготовления и, как правило, сервисное обслуживание не требуется. Если смазка вытекает, шаровой шарнир требуется заменить. В коммерческих автомобилях используют шаровые шарниры разных типов, в частности, подпружиненные и регулируемые.

Как правило, эти шаровые шарниры снабжены масленками для добавления смазки. Шаровые шарниры, устанавливаемые на поворотный кулак, заменили в легковых автомобилях поворотные шкворни, теперь они служат для поворота колес.

Упругие элементы подвески

К упругим элементам подвески относятся: пружины, листовые рессоры и торсионы. Пружины имеют минимальную возможную массу, однако они должны:

1. Поддерживать массу автомобиля.
2. Поглощать толчки при движении по неровностям дороги и преобразовывать их в плавные медленные колебания.
3. Сводить к минимуму дисбаланс и устранять колебания относительно продольной и поперечной осей.
4. Обеспечивать и поддерживать хорошее сцепление шин с дорожным покрытием.
5. Контролировать высоту подвески и дорожный просвет.

Пружины необходимы для обеспечения безопасности и комфорта, при движении по неровной поверхности возникают толчки, они воздействуют на кузов через шины и подвеску и вызывают колебания в трех пространственных плоскостях. Вертикальные колебания демпфируются пружинами.

Пружины образуют эластичное соединение между подвеской и колесом с одной стороны и кузовом автомобиля с другой стороны. Хорошее сцепление шин с дорогой и комфорт движения достигаются при низких неподрессоренных массах, за счет большого хода пружин и перемещения колес под углом назад, при сжатии подвески.

Цилиндрические пружины

В современных легковых автомобилях чаще всего применяют цилиндрические пружины. Во многих автомобилях цилиндрические пружины пришли на смену листовым рессорам. Цилиндрическая пружина – это своего рода спиральный торсион. Если витки пружины свести на конус, она может иметь пропорционально возрастающий коэффициент жесткости.

Цилиндрические пружины не передают продольные и поперечные силы. По этой причине необходимы поперечные и продольные тяги, стойки или рычаги. На рисунке показаны основные размеры цилиндрической пружины.

Цилиндрические пружины имеют разную жесткость, отвечающую различным техническим требованиям. У цилиндрических пружин с постоянным коэффициентом жесткости одинаковое расстояние между витками. При сжатии цилиндрические пружины этого типа демонстрируют постоянный коэффициент жесткости.

В цилиндрических пружинах с пропорционально возрастающей жесткостью расстояние между витками разное. При сжатии цилиндрические пружины этого типа демонстрируют увеличение коэффициента жесткости.

При сжатии пружины верхние витки соприкасаются и становятся неактивными, вследствие чего жесткость пружины увеличивается. Как правило, в современных автомобилях применяют пружины именно этого типа, поскольку они наиболее эффективны на высокой скорости, а в остальное время обеспечивают плавное комфортное движение.

Постоянный коэффициент жесткости

В устройстве ходовой части автомобиля применяют различные виды пружин, где зависимость жесткости носит линейный или пропорционально возрастающий характер.

Если при постоянном увеличении нагрузки пружина сжимается с сохранением постоянства коэффициента жесткости, у нее линейная характеристика, коэффициент жесткости остается постоянным.

Все цилиндрические пружины по мере возрастания нагрузки сжимаются равномерно. Прогиб пружины равномерный и происходит в соответствии с линейной зависимостью.

Пропорционально возрастающая жесткость

Если при увеличении нагрузки пружина становится жестче, она имеет пропорционально возрастающую жесткость.

Для обеспечения постоянства увеличения деформации пружины требуется увеличение роста нагрузки.

Верхние витки входят в соприкосновение в первую очередь. Деформация пружины неравномерна и уменьшается по мере увеличения нагрузки.

Листовые рессоры

Листовые рессоры – это гибкие рессоры, как правило, состоящие из нескольких листов. Как правило, они устанавливаются продольно, но существуют и варианты поперечной установки. Листовые рессоры могут передавать продольные и поперечные силы.

Листовая рессора подсоединяется к шасси спереди посредством проушин. Изменение длины, вызываемое прогибом рессоры, компенсируется в задней части хомутом или роликовым подшипником.

Трапецеидальные или параболические листовые рессоры оснащаются листами неодинакового размера. Эти рессоры способны передавать движущие силы, силы торможения и поперечные силы и обладают высоким внутренним амортизирующим действием за счет трения между листами.

Они имеют короткий ход и небольшую высоту, но обладают большой массой и высокой грузоподъемностью. Эти рессоры практически не нуждаются в обслуживании (в зависимости от типа). В зависимости от варианта установки, они могут вызывать изменение колеи, развала или колесной базы.

Торсионы

Торсион – это стержень из пружинной стали, в котором при перемещениях подвески возникают скручивающие силы. В поперечном сечении штанга или труба может быть круглой или многогранной. Открытые или заключенные в направляющую трубу торсионы должны иметь тщательно обработанную поверхность.

Это исключит появление концентраторов напряжения, которые могут вызвать образование в торсионе трещин и его поломку. Торсионы могут быть расположены продольно или поперечно.

В торсионной подвеске на двойных поперечных рычагах торсионы располагаются параллельно кузову, благодаря чему их длину, а соответственно упругие свойства можно регулировать в широком пределе. Один конец торсиона крепиться к нижнему поперечному рычагу (реже к верхнему рычагу), другой конец – к раме автомобиля.

Данная конструкция торсионной подвески используется в качестве передней подвески легковых автомобилей повышенной проходимости – некоторых моделей американских и японских внедорожников. В торсионной подвеске на продольных рычагах торсионы соединены с продольными рычагами и, соответственно, расположены поперек кузова.

Данная конструкция торсионной подвески применяется в качестве задней подвески некоторых моделей легковых автомобилей малого класса. Особое место в конструкциях торсионных подвесок занимает т. н. торсионная балка или подвеска со связанными продольными рычагами.

Направляющим устройством данной подвески являются два продольных рычага, жестко соединенных между собой балкой. Продольные рычаги с одной стороны крепятся к кузову, с другой – к ступицам колес.

Балка имеет U-образное сечение, поэтому обладает большой жесткостью на изгиб и малой на кручение. Это свойство позволяет колесам двигаться вверх-вниз независимо друг от друга.

Торсионная балка в настоящее время широко применяется в качестве задней подвески передне-приводных автомобилей малого и среднего класса.

Благодаря своей конструкции подвеска с торсионной балкой занимает промежуточное положение между зависимым и независимым типом подвесок, поэтому другое ее название полунезависимая подвеска. Характеристики торсионов:

• не нуждаются в обслуживании;
• передают продольные и поперечные силы;
• позволяют регулировать предварительное нагружение;
• не обладают самодемпфированием;
• имеют линейный характер жесткости;
• имеют небольшую массу, но, как правило, довольно большую длину;
• чувствительны к дефектам поверхности (например, к ржавчине), которые могут уменьшать усталостную прочность и приводить к поломкам.

Эти же особенности характерны для стабилизаторов поперечной устойчивости, которые фактически являются торсионными пружинами.

Резиновые пружины

Пружины, изготовленные полностью из резины, как правило, применяют только в прицепах. В пассажирских автомобилях их используют в качестве дополнительных пружин.

На показанную полую резиновую пружину воздействуют силы сжатия и растяжения. На показанную торсионную резиновую пружину воздействует скручивающее усилие.

Характеристики резиновых пружин: могут передавать продольные и поперечные силы при сравнительно коротком ходе.

Характеристики упругости и демпфирования резиновых пружин изменяются в зависимости температуры. Эти пружины имеют пропорционально возрастающий коэффициент жесткости при малой массе и небольшой себестоимости изготовления.

Пневматическая подвеска

Воздушные или пневматические пружины применяются в грузовиках, автобусах и прицепах. Также возможно применение пневматических пружин на автомобилях представительского класса. Пружинящее действие обеспечивается за счет сжатия и расширения воздуха, нагнетаемого в сильфон пружины (пневмо-баллон).

В зависимости от нагрузки, клапаны управления высотой подвески с механическим или электронным приводом впускают или выпускают воздух из сильфонов. Таким образом, высота подвески и дорожный просвет автомобиля остаются постоянными при любых условиях.

Предусмотрен один или два клапана управления на каждый мост, но не более трех клапанов на автомобиль. Это исключает возможность опирания автомобиля только на две диагонально противоположные пружины.

Сжатый воздух подается в ресивер регулируемым потоком. Блок управляющих клапанов распределяет воздух к клапанам пружин. В блоке управляющих клапанов предусмотрен исполнительный рычаг, который служит для переключения между четырьмя настройками: «Движение», «Подъем», «Опускание» и «Останов». Это позволяет поднимать и опускать подвеску автомобиля.

Блок управляющих клапанов не допускает, чтобы давление в пневмо-баллонах падало ниже минимального уровня, из-за чего может возникнуть повреждение пневмобаллонов. Клапан пневматической подвески (регулятор высоты подвески) управляется посредством рычагов подвески.

Если автомобиль опускается из-за увеличения нагрузки, клапан пневматической пружины находится в положении «Открыто» до момента возврата автомобиля на средний уровень высоты.

При уменьшении нагрузки на автомобиль, рычажный механизм устанавливается в положение «Выпуск воздуха» до момента восстановления нормальной высоты подвески. В легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой грузоподъемности для снижения себестоимости, как правило, применяют компрессоры с электродвигателями и электрические системы управления.

Пневматические пружины

Сильфон в виде диафрагмы, показанный на рисунке, формуется таким образом, что при прогибе подвески он мог скручиваться и раскручиваться вдоль воздушной камеры. Воздух внутри камеры сжимается при уменьшении размера камеры, что обеспечивает амортизацию перемещений моста.

Пружины этого типа имеют пропорционально возрастающую жесткость, которая увеличивается по мере роста нагрузки.

В легковых автомобилях и грузовиках малой грузоподъемности пневматические пружины могут дополнять или заменять традиционные стальные пружины на заднем мосту. Это обеспечивает управление высотой подвески, что позволяет противодействовать сжатию задних пружин, когда автомобиль загружен.

Гидропневматическая подвеска

Гидропневматическая пружина – это газонаполненная пружина с гидравлической передачей сил и гидравлическим управлением высотой подвески. Как правило, пружины заполнены газообразным азотом.

Гидропневматические пружины применяются в качестве основных или дополнительных пружин. Для управления высотой подвески выполняется закачка или выпуск масла из рабочей камеры между поршнем и газовой диафрагмой в сферическом аккумуляторе.

Клапан управления, расположенный на другом участке гидравлической системы, регулирует приток и отток масла.

Если поршень пружины оснащается клапанами, он также может выполнять функцию амортизатора. Характеристики гидропневматической подвески:

• пропорционально возрастающий коэффициент жесткости;
• контроль высоты подвески;
• может дополнительно выполнять функцию амортизатора;
• регулируемый дорожный просвет;
• требуется отдельная подача масла под давлением;
• новая заправка газа невозможна.

Амортизаторы

Пружины высокого качества работают с низким трением, это позволяет пружинам четко реагировать на мельчайшие неровности на поверхности дороги. Недостаток этой системы – тенденция к возникновению колебаний.

Если колебания происходят во время движения, возникает вертикальное перемещение кузова автомобиля и тенденция к «подпрыгиванию» колес на дорожном покрытии. Из-за этого изнашиваются шины, снижается комфорт и автомобиль выходит из-под контроля.

Фактически, амортизатор – это гаситель колебаний, он преобразует описанную нежелательную кинетическую энергию в теплоту. Преобразование энергии происходит за счет сопротивления, которое оказывает поглощающее действие, сглаживая колебания.

Сопротивление образуется за счет механического трения или за счет сопротивления потока рабочей жидкости. Для комфортного движения с уменьшенным колебанием пружин желательно использовать амортизаторы, более жестко реагирующие на отдачу, чем на сжатие пружин. Амортизатор должен:

• уменьшать колебания;
• предотвращать возникновение вертикального перемещения кузова автомобиля;
• способствовать поддержанию устойчивого контакта колес с дорожным покрытием;
• уменьшать износ шин и элементов шасси;
• способствовать поддержанию курсовой устойчивости, особенно на поворотах.

Фрикционные амортизаторы

На сегодняшний день фрикционные амортизаторы применяют редко. В основном их используют в мотоциклах.

Амортизирующий эффект достигается за счет трения между дисками, которые прижимаются один к другому регулируемыми пружинами.

Диски соединены с подрессоренной и неподрессоренной массой посредством шарнирных рычагов.

Фрикционные амортизаторы просты и дешевы в изготовлении и обслуживании. Амортизирующее действие при сжатии и обратном ходе одинаково сильное.

Из-за отсутствия защитного корпуса между фрикционными поверхностями может проникать грязь и влага.

Рычажный амортизатор

Рычажные амортизаторы – это гидравлические амортизаторы, редко используемые в современных автомобилях. Когда подвеска дает обратный ход, рычаг нажимает на поршень и увеличивает давление масла в рабочей камере, преодолевая усилие, создаваемое пружиной поршня.

Расход масла, перетекающего из рабочей камеры в верхнюю камеру ограничивается. Обратный ход притормаживается за счет сопротивления потока жидкости в демпфирующем клапане.

Когда подвеска сжимается при наезде на препятствие, пружина поршня отжимает поршень вверх. Масло беспрепятственно перетекает в рабочую камеру через клапан в поршне. Это означает, что рычажный амортизатор никак не влияет на перемещения при сжатии.

Однотрубный телескопический амортизатор

Однотрубный телескопический амортизатор часто называют газовым амортизатором. Это неверное название, но из-за него часто возникает предположение о том, что амортизатор заполнен только газом.

Амортизирующий эффект создает поршень, перемещающийся в масляной камере. Газовая полость служит в первую очередь для компенсации изменений объема камеры, вызванных перемещением поршня в трубе.

Масло, вытесняемое штоком поршня, посредством разделительного поршня сжимает газовую подушку. При перемещении штока вниз масляная камера увеличивается, и подушка сжатого газа снова отталкивает разделительный поршень вверх.

Другая функция газовой подушки – посредством разделительного поршня оказывать давление на масло, это помогает предотвратить вспенивание масла и обеспечить оптимальные характеристики даже при высокой нагрузке.

Этот амортизатор работает в любом положении и оказывает очень эффективное амортизирующее действие, происходит очень эффективное рассеивание теплоты, поскольку нет никакого резервуара вокруг масляной камеры. Это означает, что масляная камера более эффективно охлаждается воздухом, обтекающим автомобиль.

Отсутствие камеры резервуара позволяет увеличить диаметр амортизатора, благодаря чему увеличивается сопротивление и возрастает ресурс. За счет компоновки клапанов, можно точно настроить конструкцию амортизатора к конкретному автомобилю.

Двухтрубный телескопический амортизатор

В этой системе предусмотрены две трубы. Амортизирующее действие происходит внутри внутренней трубы. В этой трубе за счет трения происходит преобразование энергии движения в теплоту. Наружная труба образует резервуар, который выполняет важную функцию, вмещая в себя масло, вытесняемое из внутренней трубы.

Если труба перемещается вверх, масло через нижний клапан нагнетается в камеру резервуара. Когда внутренняя труба перемещается вниз, масло засасывается обратно из камеры резервуара в рабочую камеру. Двухтрубный телескопический амортизатор — это самый распространенный тип амортизатора, применяемый в современных автомобилях.

Эта конструкция обеспечивает хорошие амортизирующие характеристики в сочетании с долговечностью. Подбирая схемы расположения клапанов, можно точно подстроить конструкцию амортизатора к конкретному автомобилю. Пропорциональное увеличение амортизирующего эффекта достигается за счет большого рабочего хода и высокой скорости перемещения поршня.

При высокой интенсивности работы может возникать нежелательное вспенивание масла. Это может приводить к временному снижению амортизирующего эффекта. Двухтрубный телескопический амортизатор невозможно установить в любое положение.

Шток поршня должен располагаться вверху, а наклон амортизатора не должен превышать 45 градусов. Благодаря этому масло постоянно покрывает нижние клапаны внутренней трубы, и амортизатор сохраняет полную работоспособность.

Двухтрубный газонаполненный амортизатор

Двухтрубный газонаполненный амортизатор – это усовершенствованный вариант базовой двухтрубной системы, по конструкции он во многом сходен с двухтрубным телескопическим амортизатором, без газового подпора.

Различие состоит в газовой подушке, которая заполняет приблизительно одну треть пространства масляного резервуара. Газовая подушка находится под низким давлением и противодействует вспениванию масла.

Благодаря жесткой конструкции, двухтрубный газонаполненный амортизатор хорошо подходит для управления колесами при использовании с ними цилиндрических пружин. Давление в системе препятствует вспениванию масла, это обеспечивает очень эффективную амортизацию при любых условиях.

Общая длина меньше, чем у однотрубного амортизатора, поскольку амортизатор не удлиняется за счет газонаполненной камеры. Давление газа ниже, чем в однотрубном амортизаторе. Этот означает, что силы обратного хода, действующие на шток поршня ниже, поэтому возникает лишь небольшое увеличение демпфирующих сил.

Амортизаторы с переменной жесткостью

Амортизатор с переменной жесткостью – это специальный вариант двухтрубного газового амортизатора, его амортизирующие характеристики зависят от нагрузки на автомобиль.

В верхней половине рабочей камеры предусмотрены перепускные канавки, по которым амортизирующее масло может обтекать поршень. При небольшой нагрузке на автомобиль, поршень амортизатора работает в этой зоне и оказывает мягкое амортизирующее действие.

При большой нагрузке на автомобиль, поршень перемещается в нижнюю зону трубы амортизатора, в которой нет перепускных канавок, все масло проходит через клапаны амортизатора, и амортизирующий эффект становится жестче.

Стойка Макферсона

Стойка Макферсона – это конструкция, которая объединила точность положения колес, рулевого управления, пружинящие и амортизирующие свойства. Амортизатор, пружина и подвеска колеса образуют единый узел.

Поскольку амортизатор используется для задания положения колеса и удерживания поворотного кулака, однотрубные и двухтрубные амортизаторы можно использовать только в усиленном варианте.

Некоторые стойки Макферсона можно обслуживать. Можно устанавливать в стойки сменные картриджи для замены поврежденных элементов.

Заключение

Ознакомившись с конструкцией рулевого управления и подвески автомобиля, узнав об основных узлах и деталях, Вы теперь знаете устройство ходовой части автомобиля – пройден первый шаг получения специальных знаний автомеханика. Без владения этой информацией не возможны диагностика и ремонт ходовой части авто.

Для диагностики и ремонта подвески и рулевого управления, также, необходимы сведения по техническим характеристикам и технологии замены неисправных деталей конкретного автомобиля. Чтобы избежать серьезного ремонта, вовремя проводите техническое обслуживание своего транспортного средства.

Исправная система рулевого управления автомобиля – залог безаварийной эксплуатации авто и безопасности дорожного движения. Поделитесь в комментариях, как часто Вы проверяете ходовую часть, и подписывайтесь на рассылку новых статей, чтобы ничего не пропустить.

Подвеска автомобиля: что нужно знать о разновидностях конструкции

Подвеска — одна из важнейших конструкций, которыми оснащен автомобиль. Из чего она состоит и как устроена?

Разбираемся вместе с экспертом, зачем нужна автомобильная подвеска, какими они бывают и как предотвратить неисправности системы.

Эксперт в этом материале: Петр Корнилов, руководитель службы технической поддержи ООО «ЦФ Руссия»

Что такое подвеска автомобиля

Подвеска — устройство для постоянной связи между колесной и несущей системой. Она минимизирует большую часть воздействия, возникающего на дороге, обеспечивая неподвижность салона. Даже на гладкой трассе неизменны толчки и колебания, а если встречаются серьезные выбоины и камни, то они будут еще более ощутимыми. Работа подвески заключается в том, чтобы обеспечивать амортизацию. Но функционал конструкции шире привычного понимания: она также облегчает управление машиной и защищает ее от поломок.

Подвеска помогает обезопасить движение, сделать его плавным и комфортным, поглощает удары и толчки от дорожных неровностей и других физических воздействий. Без этого устройства водитель и пассажиры могли бы чувствовать удары даже на относительно ровной дороге. Подвеска — своего рода основа, на которой находится кабина транспортного средства.

Двигатели 27 февраля 2022 5 фактов о ДВС, которые будут интересны всем водителям

Конспекты 14 февраля 2022 Что такое гидрокомпенсаторы и почему они стучат

Качества подвесок различаются, но основные функции универсальны для любой модели:

• смягчение физического воздействия на транспорт;
• сохранение нужного направления колес, обеспечение точного рулевого управления;
• стабилизация машины во время езды, ограничение крена.

Как устроена подвеска

Конструкция подвески. Системы бывают разными, но состоят они из основных элементов:

• пружины — детали, которые смягчают тряску и удары, чтобы сохранить правильное движение колес;
• амортизаторы — обеспечивают контакт поверхностей колес и дороги;
• стойки — объединяют в одном узле несколько деталей, в том числе амортизаторы и винтовые пружины.
• крепления (вставки, гасящие колебания) — профилактика деформации подвески;
• сайлентблоки (металлические втулки с мягкими вставками);
• направляющие колес для обеспечения их правильного положения при движении;
• шаровые опоры для соединения рычага с центральной частью колеса, стабилизирующие его.

Упругие устройства в составе автомобильной подвески бывают нескольких видов:

• Витые пружины, оберегающие машину от ударов. Они могут быть стандартными и усиленными — для машин с большой нагрузкой на заднюю часть, например, грузовиков или транспорта с прицепом. Производители также предлагают пружины с переменной жесткостью, с которыми проще адаптироваться к различным ситуациям на трассе.
• Рессоры. Однолистовые и многолистовые упругие элементы, передающие нагрузку от кузова на ходовую часть машины. Современные рессоры ставят в основном на тяжеловесную строительную технику.
• Торсионы. Присутствуют на независимых конструкциях для связи колес и кузова машины при движении. Отличается от двух предыдущих подвесок тем, что они исключены из неподрессоренной массы машины.

Виды подвесок автомобиля

Жесткие системы обычно устанавливают на спортивных машинах. Конструкции обеспечивают лучшее сцепление с трассой и маневренность транспорта, но снижает плавность на неровных дорогах. Легковые машины, как правило, оснащены мягкой подвеской. Они менее управляемы, зато в них комфортнее ехать. При этом мягкая подвеска дает больший крен кузова, снижается маневренность на больших скоростях.

Подвески разделяют на два вида:

Зависимая

Механика этой системы включает сплошную ось, проходящую по всей ширине рамы. Ось связывает левый и правый комплекты колес, и поэтому они работают как единое целое. Кабина соединена с колесами балкой или мостом. Оно поддерживает положение относительно оси транспортного средства.

Зависимая подвеска обеспечивает хорошую грузоподъемность, но низкую устойчивость на больших скоростях и меньшую комфортабельность в поездке. Производители предлагают условно-промежуточные варианты: полунезависимую и полузависимую подвески. Первая применяется только сзади на не ведущем мосту. Легко монтируются и компактны. Полузависимая подвеска на продольных рычагах еще называется торсионно-рычажной и выполняет функции стабилизатора.

Независимая

Колеса находятся в одной плоскости, но меняют положение относительно друг друга. Независимая подвеска обеспечивает хорошую управляемость и устойчивость, больший комфорт.

Независимые подвески также делят на несколько подвидов:

• МакФерсон. Эффективная и простая конструкция обеспечивает более компактную и легкую систему, подходящую для автомобилей с передним приводом.
• Двухрычажная подвеска, как понятно из названия, состоит из двух деталей-рычагов разной длины — нижнего и верхнего. Такая конструкция дает лучшее сцепление и управляемость по сравнению с МакФерсоном.
• Пневматическая подвеска позволяет отрегулировать подходящую высоту кузова. В ней установлены пневмобаллоны со сжатым воздухом. Движение машины плавное, что особенно заметно в люксовых автомобилях, которые часто оснащены «пневматикой».
• Гидравлическая подвеска. Вместо амортизаторов используются гидростойки или гидроподъемники с большим рабочим ходом. Если в машине предусмотрена адаптация подвески и управляющая электронная система, конструкция сама подстраивается под условия трассы.

Спортивные

Pull-rod и push-rod — системы из разряда независимых, встречающиеся на спортивных болидах. Рычаг подвески обычно находится под углом 45 градусов от шины к кузову автомобиля. При наезде на неровность движение передается через шину и обод на вертикальную подвеску, а затем на рычаг. Внутри кузова есть коромысло, представляющее собой небольшой кусок металла на «шарнире». Это коромысло связано с четырьмя деталями: торсионной пружиной, пружиной подъема, амортизатором и, наконец, ранее упомянутым рычагом подвески.

Полузависимая подвеска

Плюс промежуточного варианта конструкции — небольшой вес. В ее основе два рычага и балка. Колеса соединены, но немного меняют положение относительно друг друга при движении. Подходит для задней части переднеприводного транспорта эконом-класса.

Неисправности

Опытные водители рекомендуют «слушать» подвеску. Это означает, что вы должны распознать аномальные стуки, которые указывают на неправильную работу системы. Мягкие глухие удары слышны при наезде на дорожные неровности, но они не должны быть резкими, с металлическим скрежетом. Если заметили аномальные звуки, которые систематически повторяются, то следует обратиться в автосервис.

Если автомобиль совершил наезд на дорожные препятствия, уделите внимание резиновым чехлам, которые защищают шарниры. Проверьте отсутствие повреждений; из-за износа амортизирующих узлов нередко выходит из строя система подвески. Данную проверку реализуют на эстакаде или яме, либо поднимают машину на подъемнике.

Другой признак неправильной работы автомобильной подвески — раскачивание кузова на неровной дороге. Определить отклонение от нормы можно, если нажать и резко отпустить его передний угол. При адекватно работающей подвеске кузов должен тут же вернуться в исходное положение. Самое верное решение — диагностика неисправности в автосервисе.

Петр Корнилов, руководитель службы технической поддержи ООО «ЦФ Руссия»:

«Причины поломок подвески можно разделить на эксплуатационные и на производственные. Среди поломок, вызванных неправильной эксплуатацией, чаще всего встречаются проблемы из-за перегруза транспортного средства (особенно это актуально для коммерческого транспорта) и из-за неаккуратной езды. Подвеска — технически сложный узел, состоящий из тонко настроенных элементов, поэтому небрежность при проезде любых неровностей, от ям до «лежачих полицейских», может обернуться повреждениями шаровых опор, разрушением сайлентблоков.

Во вторую категорию попадают ошибки, допущенные, главным образом, в ходе сервисного обслуживания. Обычно они связаны с неправильным подбором деталей, монтажом (например, несоблюдением указанных производителем моментов затяжки), неверным использованием или полным игнорированием специальных инструментов.

На передней оси повреждение пружины можно распознать акустически по заметным на слух щелчкам или скрипам в момент вращения руля. А вот проблемы с пружинами подвески на задней оси услышать практически невозможно. Единственный способ своевременно распознать такого рода проблему — контроль состояния пружин и упругих элементов подвески при каждом техническом обслуживании. В процессе эксплуатации практически невозможно сразу заметить поломку пружины: трещина, с которой все начинается, обычно скрыта, и беглого осмотра недостаточно, чтобы ее обнаружить.

Проверка пружин должна производиться на поднятом автомобиле, когда колеса оторваны от поверхности, пружина разгружена и все повреждения, трещины становятся видны. Под нагрузкой, пока машина стоит на колесах, понять, что пружина треснула, довольно сложно.

Рычаги подвески деформируются из-за механических повреждений. При этом механическая связь с рулем сохраняется до последнего. Деформация проявляется в поведении автомобиля. Самое явное — машина вместо прямолинейного движения начинает уходить в сторону.

Исправить дефект можно только заменой рычага. Поскольку это необслуживаемый элемент, то его ремонт невозможен. Попытки разогнуть деформированный рычаг, вернуть его в исходное состояние, проблему не решают и могут быть опасны».

Как избежать поломки подвески автомобиля

Зачастую проблему проще предотвратить, нежели устранить последствия при возникновении неполадок. Для продления срока эксплуатации подвески необходимо:

• систематически проверять состояние шин, чехлов и других резиновых деталей;
• следить за исправностью ступичных подшипников и амортизаторов;
• стараться избегать езды по дорогам с большими выбоинами на высокой скорости.

Петр Корнилов, руководитель службы технической поддержи ООО «ЦФ Руссия»:

«Обращение в сервис в любом случае является предпочтительным вариантом. Самостоятельно произвести качественный ремонт с соблюдением всех нюансов, связанных с регулировкой, моментом затяжки и т.д., в современном автомобиле невозможно.

Периодичность проверки состояния шин, пыльников, сайлентблоков и остальных элементов подвески автомобиля регламентируется производителем и указано в руководстве по эксплуатации. Этого регламента и стоит придерживаться, а для обслуживания обращаться в профильные сервисы.

Помимо этого, важно уделять внимание крепежу. В современных автомобилях он является одноразовым, отвинтить и привинтить деталь заново тем же болтом нельзя, возникает риск потери несущей способности. При замене подвески обращайте внимание на то, чтобы все детали были затянуты новым крепежом».

Назначение, устройство и виды подвесок автомобиля

Подвеска автомобиля представляет собой совокупность элементов, обеспечивающих упругую связь между кузовом (рамой) и колесами (мостами) автомобиля. Главным образом подвеска предназначена для снижения интенсивности вибрации и динамических нагрузок (ударов, толчков), действующих на человека, перевозимый груз или элементы конструкции автомобиля при его движении по неровной дороге. В то же время она должна обеспечивать постоянный контакт колеса с дорожной поверхностью и эффективно передавать ведущее усилие и тормозную силу без отклонения колес от соответствующего положения. Правильная работа подвески делает управление автомобилем комфортным и безопасным. Несмотря на кажущуюся простоту, подвеска является одной из важнейших систем современного автомобиля и за историю своего существования претерпела значительные изменения и усовершенствования.

История появления

Попытки сделать передвижение транспортного средства мягче и комфортнее предпринимались еще в каретах. Изначально оси колес жестко крепились к корпусу, и каждая неровность дороги передавалась сидящим внутри пассажирам. Повысить уровень комфорта могли лишь мягкие подушки на сиденьях.

Первым способом создать упругую “прослойку” между колесами и кузовом кареты стало применение эллиптических рессор. Позже данное решение было позаимствовано и для автомобиля. Однако рессора уже стала полуэллиптической и могла устанавливаться поперечно. Автомобиль с такой подвеской плохо управлялся даже на небольшой скорости. Поэтому вскоре рессоры стали устанавливать продольно на каждое колесо.

Развитие автомобилестроения повлекло и эволюцию подвески. В настоящее время насчитываются десятки их разновидностей.

Основные функции и характеристики подвески автомобиля

У каждой подвески существуют свои особенности и рабочие качества, которые напрямую влияют на управляемость, комфорт и безопасность пассажиров. Однако любая подвеска вне зависимости от своего типа должна выполнять следующие функции:

1. Поглощение ударов и толчков со стороны дороги для снижения нагрузок на кузов и повышения комфорта движения.
2. Стабилизация автомобиля во время движения за счет обеспечения постоянного контакта шины колеса с дорожным покрытием и ограничения чрезмерных кренов кузова.
3. Сохранение заданной геометрии перемещения и положения колес для сохранения точности рулевого управления во время движения и торможения.

Жесткая подвеска автомобиля подходит для динамичной езды, при которой требуется мгновенная и точная реакция на действия водителя. Она обеспечивает небольшой дорожный просвет, максимальную устойчивость, сопротивляемость крену и раскачиванию кузова. Применяется в основном на спортивных автомобилях.

В большинстве легковых авто применяется мягкая подвеска. Она максимально сглаживает неровности, однако делает автомобиль несколько валким и хуже управляемым. Если требуется регулируемая жесткость, на автомобиль монтируется винтовая подвеска. Она представляет собой стойки-амортизаторы с изменяемой силой натяжения пружины.

Ход подвески – расстояние от крайнего верхнего положения колеса при сжатии до крайнего нижнего при вывешивании колес. Ход подвески во многом определяет “внедорожные” возможности автомобиля. Чем больше его величина, тем большее препятствие можно преодолеть без удара об ограничитель или без провисания ведущих колес.

Устройство подвески

Любая подвеска автомобиля состоит из следующих основных элементов:

1. Упругое устройство – воспринимает нагрузки от неровностей дорожной поверхности. Виды: пружины, рессоры, торсионы, пневмоэлементы и т.д.
2. Демпфирующее устройство – гасит колебания кузова при проезде через неровности. Виды: все типы амортизаторов.
3. Направляющее устройство – обеспечивает заданное перемещение колеса относительно кузова. Виды: рычаги, поперечные и реактивные тяги, рессоры. Для изменения направления воздействия на демпфирующий элемент в спортивных подвесках pull-rod и push-rod применяются рокеры.
4. Стабилизатор поперечной устойчивости – уменьшает поперечный крен кузова.
5. Резино-металлические шарниры – обеспечивают упругое соединение элементов подвески с кузовом. Частично амортизируют, смягчают удары и вибрации. Виды: сайлент-блоки и втулки.
6. Ограничители хода подвески – ограничивают ход подвески в крайних положениях.

Классификация подвесок

В основном подвески подразделяются на два больших типа: зависимые и независимые. Данная классификация определяется кинематической схемой направляющего устройства подвески.

Зависимая подвеска

Колеса жестко связаны посредством балки или неразрезного моста. Вертикальное положение пары колес относительно общей оси не изменяется, передние колеса – поворотные. Устройство задней подвески аналогичное. Бывает рессорная, пружинная или пневматическая. В случае установки пружин или пневмобаллонов необходимо применение специальных тяг для фиксирования мостов от перемещения.

• простая и надежная в эксплуатации;
• высокая грузоподъемность.

• плохая управляемость;
• плохая устойчивость на больших скоростях;
• меньшая комфортабельность.

Независимая подвеска

Колеса могут изменять вертикальное положение относительно друг друга, оставаясь в той же плоскости.

• хорошая управляемость;
• хорошая устойчивость автомобиля;
• большая комфортабельность.

Полузависимая подвеска или торсионная балка – это промежуточное решение между зависимой и независимой подвеской. Колеса по прежнему остаются связанными, однако существует возможность их небольшого перемещения относительно друг друга. Данное свойство обеспечивается за счет упругих свойств П-образной балки, соединяющей колеса. Такая подвеска в основном применяется в качестве задней подвески бюджетных автомобилей.

Виды независимых подвесок

МакФерсон

Подвеска McPherson – самая распространенная подвеска передней оси современных автомобилей. Нижний рычаг соединен со ступицей посредством шаровой опоры. В зависимости от его конфигурации может применяться продольная реактивная тяга. К ступичному узлу крепится амортизационная стойка с пружиной, ее верхняя опора закрепляется на кузове.

Поперечная тяга, закрепленная на кузове и соединяющая оба рычага, является стабилизатором, противодействует крену автомобиля. Нижнее шаровое соединение и подшипник чашки стойки-амортизатора дают возможность для поворота колеса.

Детали задней подвески выполнены по тому же принципу, отличие заключается лишь в отсутствии возможности поворота колес. Нижний рычаг заменен на продольные и поперечные тяги, фиксирующие ступицу.

• простота конструкции;
• компактность;
• надежность;
• недорогая в производстве и ремонте.

• средняя управляемость.

Двухрычажная передняя подвеска

Более эффективная и сложная конструкция. Верхней точкой крепления ступицы выступает второй поперечный рычаг. В качестве упругого элемента может использоваться пружина или торсион. Задняя подвеска имеет аналогичное строение. Подобная схема подвески обеспечивает лучшую управляемость автомобиля.

Пневматическая подвеска

Роль пружин в этой подвеске выполняют пневмобаллоны со сжатым воздухом. При пневматической подвеске есть возможность регулировки высоты кузова. Также она улучшает показатели плавности хода. Используется на автомобилях класса люкс.

Гидравлическая подвеска

Амортизаторы подключены к единому замкнутому контуру с гидравлической жидкостью. Гидравлическая подвеска дает возможность регулировать жесткость и высоту дорожного просвета. При наличии в автомобиле управляющей электроники, а также функции адаптивной подвески она самостоятельно подстраивается под условия дороги и вождения.

Спортивные независимые подвески

Винтовая подвеска, или койловеры – амортизационные стойки с возможностью настройки жесткости прямо на автомобиле. Благодаря резьбовому соединению нижнего упора пружины можно регулировать ее высоту, а также величину дорожного просвета.

Подвески типа push-rod и pull-rod

Данные устройства разрабатывались для гоночных автомобилей с открытыми колесами. В основе – двухрычажная схема. Основная особенность заключается в том, что демпфирующие элементы расположены внутри кузова. Конструкция данных типов подвески очень схожа, отличие заключается лишь в расположении воспринимающих нагрузку элементов.

Спортивная подвеска push-rod: воспринимающий нагрузку элемент – толкатель, работает на сжатие.

Спортивная подвеска pull-rod: воспринимающий нагрузку элемент работает на растяжение.

Такая конструкция снижает центр тяжести и обеспечивает лучшую устойчивость автомобиля. Подвеска pull-rod имеет более низкий центр тяжести, чем push-rod. Однако на практике их общая эффективность примерно одинакова.

Источник https://lesovoj.ru/rulevoe-upravlenie-i-podveska/

Источник https://www.autonews.ru/news/621f28949a794760a92667f2

Источник https://techautoport.ru/hodovaya-chast/podveska/podveska-avtomobilya.html