Направляющее и упpyгoе устройства подвески

Подвески автомобиля классифицируются по конструкции (или типам) направляющих устройств и упругих элементов. Направляющие устройства служат для восприятия и передачи тяговых, тормозных и поперечных сил, возникающих при повороте, от колес к кузову. Конструкция направляющего устройства влияет на характер изменения положения кузова и колес автомобиля при движении. Упругие элементы в подвеске являются основными преобразователями динамических нагрузок, передающихся через колеса от дороги к кузову. Наибольшим эффектом снижения динамических нагрузок обладают "мягкие" подвески, имеющие упругие элементы с небольшой жесткостью. Такие подвески могут обеспечить низкие частоты колебаний кузова (не более 1 Гц), создающие наибольший комфорт при движении автомобиля, так как позволяют изолировать кузов от воздействия сил, возникающих при взаимодействии колес с неровностями дороги.

Считается, что для легковых автомобилей наилучший комфорт (отсутствие утомляемости водителя при длительной езде и отсутствие ощущения колебаний кузова при движении по дороге с твердым покрытием на различных скоростях) достигается, если ускорения кузова не превышают 0,5—1 м/с² при вертикальных собственных колебаниях кузова на частотах до 1 Гц.

Направляющее устройство подвески определяет кинематику колес по отношению к кузову и дороге, оказывающую значительное влияние на эксплуатационные свойства автомобиля. Отвлекаясь от некоторых конструктивных особенностей применяемых направляющих устройств, их можно представить в виде простых схем (рис. 2).

Рис. 2 Схемы направляющих устройств подвесок автомобилей: а – зависимой; б – на одном поперечном рычаге; в – на двойных поперечных рычагах; г – на продольных рычагах; д – на направляющих стойках (подвеска Макферсона); е – на косых рычагах (вид сверху)

Направляющее устройство представляет совокупность рычагов различной конструкции, штанг и шарниров, связывающих колесо с кузовом и обеспечивающих передачу сил и моментов. Для передачи осевых сил применяют, как правило, простые штанги с шарнирными опорами, исключающими изгибающие нагрузки. Примером таких штанг могут служить продольные штанги подвески ведущих колес автомобилей ВАЗ-2101; -2107, "Мазда-РХ7", "Фольксваген", "Даймлер-Бенц" и поперечные, например, тяга Панара, воспринимающая поперечные силы в зависимых подвесках. Профиль сечения таких штанг может быть различным, но обеспечивающим высокое сопротивление продольному изгибу. Наибольшее применение нашли штанги круглого сечения.

В независимых подвесках, где необходима передача усилий в поперечном и продольном направлениях, используются рычаги треугольной или серповидной формы, устойчивые к продольным силам и обладающие прочностью на изгиб от продольных и поперечных нагрузок. Рычаги изготавливаются штамповкой или поковкой из стали или алюминиевых сплавов. В ряде случаев применяют литье и сварные конструкции. Из алюминиевого сплава изготовлены поперечные рычаги автомобилей "Порше", "Даймлер-Бенц" и др.

Рычаги направляющего устройства подвески соединяются с колесом и кузовом с помощью шаровых шарниров и втулок. Шарниры могут быть направляющими и несущими. Например, в независимой подвеске на поперечных рычагах на нижний рычаг опирается упругий элемент. Шаровой шарнир такого рычага воспринимает силы, действующие в различных направлениях, следовательно, шарнир должен быть несущим. Шарнир на верхних рычагах не воспринимает вертикальные силы, а передает в основном поперечные. В этом случае применяется направляющий шарнир. На рис. 3 показаны несущие шаровые шарниры и направляющий шарнир, применяющиеся на автомобилях. Следует отметить, что аналогичные шарниры применяются и на рулевых тягах. Шарниры имеют цилиндрический или конусный (1:10) направляющий хвостовик, шаровая головка охватывается пластмассовым (из ацетильной смолы) вкладышем, защитный чехол заполняется специальной смазкой. Такие шарниры (фирмы-изготовители Эренрайх", "Лемфёрдер Метальва-рен") обладают хорошей герметичностью от попадания грязи и практически не требуют обслуживания.

Рис. 3 Несущие и направляющий щаровые шарниры направляющего устройства подвески: а – прямой несущий шарнир с цельным пластмассовым вкладышем; б – несущий шарнир с дополнительной шумоизоляцией (используется для восприятия тормозных сил на нижних рычагах передней подвески); в – направляющий шарнир с поджатием нижней половины вкладыша к сферической головке.

Обращает на себя внимание несущий шарнир (рис.3б), имеющий дополнительную шумоизоляцию в виде упругих резиновых вкладышей, используемый фирмой "Даймлер-Бенц" для изоляции шумов от качения радиальных шин.

Опорные узлы направляющего устройства подвески должны иметь не большое трение, быть достаточно жесткими и обладать шумопоглощающимн свойствами. Для обеспечения этих требований в конструкцию опорных элементов вводятся резиновые или пластмассовые вкладыши. В качестве материалов вкладышей применяют такт которые не требуют обслуживания процессе эксплуатации, например полиуретан, полиамид, тефлон и др Использование резиновых вкладышей во втулках обеспечивает хорошую шумоизоляцию, эластичность при кручении и упругое смещение под нагрузкой.

Рис. 4 Опорные втулки элементов подвески а – сайлент-блок; б – сайлент-блок качающейся опоры автомобиля БМВ; в – шарнирная втулка, применяемая в тягах Панара, и амортизаторах.

Наибольшее распространение в опорных элементах получили сайлентблоки (рис. 4), состоящие из резиновой цилиндрической втулки, запрессованной большим обжатием между наружной и внутренней металлическими втулками. Эти втулки допускают углы закручивания ±15° и перекос до 8° (рис. 4,а). Втулка (рис. 4,б) применяется на автомобиле БMB-528i, изготовлена методом вулканизации резины между двумя стальными втулками, обладает хорошими шумопоглощающими свойствами и достаточной жесткостью. Втулка (рис. 4,в) нашла широкое применение и поперечных тягах и амортизаторах.

На поперечных рычагах автомобилей "Даймлер-Бенц 280S/500SEC" и "Фольксваген" устанавливают так называемые скользящие опоры, в которых промежуточная втулка может скользить по внутренней, обеспечивая малую жесткость при кручении (деформация не превышает 0,5 мм при боковой силе 5кН). Опору смазывают, а подвижную часть герметизируют торцевыми уплотнениями.

Для обеспечения поглощения таких шумов на автомобилях БМВ 5-й серии применяют резиновые опоры, запрессовываемые в поперечину задней подвески с обеих сторон и имеющие различную жесткость в зависимости от направления деформации. В передней подвеске автомобилей "Хонда Прелюд" и "Форд Фиеста" применяется комбинированная втулка из полиуретана, пластмассы и стальных шайб, обеспечивающих в зависимости от направления действия сил различные жесткостные характеристики. На переднеприводных автомобилях "Ауди-100/200" и "Опель Корса" используют цельную фигурную резиновую втулку в поперечных рычагах, которая в зависимости от направления сил сопротивления качению имеет различную жесткость при необходимой эластичности в боковом и вертикальном направлениях.

Упругие элементы подвески различают по конструкции и материалу, из которого они изготовлены. Основной характеристикой упругого элемента является жесткость (отношение нагрузки к деформации или прогибу, которые она вызывает), т.е. упругое сопротивление материала различным видам нагрузок.

Таким свойством в наибольшей степени обладают металлы, резина, некоторые пластмассы и газы. Наилучшим видом упругой характеристики является прогрессивная характеристика, обладающая определенной жесткостью в средней части (зоне создания колебаний кузова), обеспечивающих наибольший комфорт при движении автомобиля) и большой жесткостью в крайних положениях направляющего устройства подвески при сжатии и отбое для исключения жесткого удара.

Поэтому в подвесках используют комбинацию упругих элементов, каждый из которых выполняет свою определенную функцию. Как правило, в состав упругих элементов входят: основные упругие элементы, воспринимающие вертикальную нагрузку, создаваемую массой автомобиля; дополнительные упругие элементы, обеспечивающие увеличение жесткости основного упругого элемента и ограничивающие ход подвески, исключая жесткий удар; стабилизатор, обеспечивающий увеличение жесткости основного упругого элемента при поперечно-угловых колебаниях и наклонах кузова при поворотах автомобиля. Металлические упругие элементы имеют линейную упругую характеристику и изготавливаются из специальных сталей, обладающих высокой прочностью при больших деформациях. К таким упругим элементам относятся листовые рессоры, торсионы и пружины. Листовые рессоры на современных легковых автомобилях практически не применяются, за исключением некоторых моделей автомобилей многоцелевого назначения. Можно отметить модели легковых автомобилей, выпускавшиеся ранее с листовыми рессорами в подвеске, которые продолжают эксплуатироваться и в настоящее время. Продольные листовые рессоры устанавливались в основном в зависимой подвеске колес и выполняли функцию упругого и направляющего устройства. Использовались как многолистовые, так и однолистовые рессоры.

Пружины как упругие элементы применяются в подвеске многих легковых автомобилей. В передней и задней подвесках, выпускаемых различными фирмами большинства легковых автомобилей, применяются винтовые цилиндрические пружины с постоянными сечением прутка и шагом навивки. Такая пружина имеет линейную упругую характеристику, а необходимая прогрессивность обеспечивается дополнительными упругими элементами из полиуретанового эластомера и резиновыми буферами отбоя. На ряде автомобилей для обеспечения прогрессивной характеристики применяется комбинация цилиндрических и фасонных пружин с переменной толщиной прутка.

Фасонные пружины имеют прогрессивную упругую характеристику и называются "миниблоками" за небольшие размеры по высоте. Такие фасонные пружины применяют, например, в задней подвеске автомобилей "Фольксваген", "Ауди", "Опель" и др. Фасонные пружины имеют различные диаметры в средней части пружины и по краям, а пружины "миниблок" имеют и различный шаг навивки. На автомобилях БМВ 3-й серии в задней подвеске устанавливают бочкообразную пружину с прогрессивной характеристикой, достигаемой за счет формы пружины и применения прутка переменного сечения. На отечественных легковых автомобилях в подвесках применяют цилиндрические винтовые пружины с постоянными сечением прутка и шагом в сочетании с резиновыми отбойными буферами.

Торсионы, как правило, круглого сечения применяются на автомобилях в качестве упругого элемента и стабилизатора. Упругий крутящий момент передается торсионом через шлицевые или четырехгранные головки, расположенные на его концах. Торсионы на автомобиле могут быть установлены в продольном или поперечном направлении. К недостаткам торсионов следует отнести их большую длину, необходимую для создания требуемых жесткости и рабочего хода подвески, а также высокую соосность шлицов на концах торсиона. Однако следует отметить, что торсионы имеют небольшую массу и хорошую компактность, что позволяет успешно применять их на легковых автомобилях среднего и высокого классов (например, "Рено-1 Г, "Фиат-130", в подвеске передних колес автомобилей "Хондж Сивик" и др.).

Пневматические и пневмогидравлические упругие элементы еще не нашли широкого применения в подвесках легковых автомобилей. Использование газа как упругого элемента имеет большую перспективу, поскольку позволяет, как никакие другие упругие элементы, регулировать упругую характеристику подвески и дорожный просвет. Пневмогидравлические упругие элементы имеют металлическую оболочку, в которой газ сжимается поршнем через жидкость, играющую роль затвора, т.е. обеспечивающую совместно с уплотнениями подвижного поршня необходимую герметичность. Помимо фирмы "Ситроен" в Европе для некоторых автомобилей класса "8" пневмогидравлические упругие элементы изготавливает фирма "Фихтель и Закс".

Стабилизаторы на легковых автомобилях в зависимости от типа и конструкции подвески могут быть различной формы: прямые, П-образные, дугообразные и т.п. Стабилизатор устанавливается на резиновых втулках для обеспечения упругой деформации в опорах. Как правило, стабилизаторы изготавливают из пружинной стали.

Зависимая подвеска на легковых автомобилях устанавливается на задних колесах. Отличительной особенностью конструкции применяющихся зависимых подвесок является наличие упругих элементов, передающих вертикальные нагрузки и не имеющих трения, жестких тяг и рычагов, воспринимающих поперечные (боковые) нагрузки и обеспечивающих колесу и кузову определенную кинематику.

В зависимых подвесках для восприятия и передачи поперечных сил используется тяга Панара, представляющая собой жесткую штангу, концы которой шарнирно крепятся: один к балке моста, другой — к кузову. Расположение этой тяги относительно оси моста и ее длина оказывают влияние на положение оси крена и характер входа автомобиля в поворот, усиливая или ослабляя недостаточную или избыточную поворачиваемость. Расположение тяги Панара сзади оси моста по направлению движения способствует ослаблению избыточной поворачиваемости, присущей автомобилям с задним приводом колес, а расположение перед осью способствует ослаблению недостаточной поворачиваемости, присущей переднеприводным автомобилям. Расположение тяги по оси колес практически не оказывает влияния на поворачиваемость автомобиля.

Характерной конструкцией задней зависимой подвески заднеприводного автомобиля (классическая компоновка) является подвеска автомобиля ВАЗ (рис. 5).

Рис. 5 Задняя подвеска автомобиля ВАЗ-2105: 1 — распорная втулка; 2, 13 — резиновые втулки; 3, 16 — соответственно нижняя и верхняя толкающие штанги; 4, 10 — изолирующие прокладки; 5, 11 — опорные чашки; 6 — резиновый буфер; 7 — болт; 8, 14 — кронштейны крепления штанги и амортизатора; 9 — пружина; 12 — тяга рычага привода регулятора давления тормоза; 15 — дополнительный резиновый буфер сжатия; 17, 18 — кронштейны крепления нижней толкающей штанги и поперечной тяги к кузову; 19 — регулятор давления тормозов; 20 — амортизатор; 21 — поперечная тяга; 22 — рычаг привода регулятора давления тормозов

В подвеску установлены под углом к вертикальной оси автомобиля два амортизатора. Такое расположение амортизаторов обеспечивает дополнительно к гашению вертикальных колебаний повышение поперечной устойчивости кузова. Аналогичная установка амортизаторов принята в подвесках автомобилей "Фольксваген", "Опель", "Форд", "Фиат" и др. Для восприятия боковых сил вместо тяги Панара на ряде легковых автомобилей применяется механизм Уатта. Механизм Уатта может располагаться как по оси несущей балки, так и перпендикулярно к ней.

На автомобиле "Мазда-КХ7", имеющем привод на задние колеса и зависимую подвеску колес, рычаги механизма Уатта располагаются по оси моста. Механизм расположен перед балкой моста и совместно с продольными рычагами подвески сохраняет нейтральную поворачиваемость на поворотах, обеспечивает вертикальное перемещение моста и воспринимает боковые силы. Такое усложнение зависимой подвески автомобиля с ведущими задними колесами позволило развивать на нем скорость до 200 км/ч. Для обеспечения нейтральной поворачиваемости независимо от нагрузки на ось применяется подвеска ведущих колес с косыми верхними рычагами без поперечной тяги (автомобиль "Форд Таунус").

Наиболее совершенная зависимая подвеска ведущих колес автомобиля применяется на автомобиле "Вольво-740/760": подвеска имеет два длинных рычага, крепящихся под балкой моста, на которых установлены пружина и амортизатор. Нижние рычаги крепятся к кузову на резиновых опорах, имеющих некоторую податливость при скручивании. Боковые силы воспринимаются поперечной тягой Панара, расположенной сзади балки моста на высоте оси колес.

Зависимая задняя подвеска автомобилей с приводом на передние колеса состоит из несущей балки, чаще всего открытого профиля, соединяющей оси колес, двух или четырех продольных рычагов, шарнирно или жестко крепящихся к балке. Нижние рычаги изготавливаются таким образом, чтобы на них опирались упругие элементы и амортизаторы. Боковые силы, как правило, воспринимаются тягой Панара.

Задняя зависимая подвеска автомобиля "Сааб-900" имеет силовую балку, к которой шарнирно крепятся продольные (верхний и нижний) рычаги, образующие механизм Уатта. Над силовой балкой расположена тяга Панара, воспринимающая поперечные нагрузки и практически не влияющая на поворачиваемость автомобиля, а также повышающая центр крена, что эффективно для переднеприводных автомобилей. Расположение нижних рычагов перед балкой, а верхних за ней создает нагружение всех рычагов растягивающими силами при торможении и параллельное перемещение балки при крене кузова на повороте. Недостатком такой схемы подвески является смещение положения центра продольного крена при изменении нагрузки: при малой нагрузке центр крена расположен перед осью колес, а при полной нагрузке — сзади оси. Такое изменение положения центра продольного крена приводит к "клевку" автомобиля при торможении.

На автомобиле "Форд Фиеста" тормозные и тяговые силы воспринимаются двумя нижними продольными рычагами на балке и кронштейнами, закрепленными на усиленных штоках амортизаторов и через резиновые втулки связанными с кузовом. Пружинные упругие элементы расположены на силовой балке, а кронштейны крепления амортизаторов вынесены назад по отношению к оси балки. Такая конструкция подвески обеспечивает разгрузку средней части балки от скручивающих сил при разгоне и торможении.

На некоторых моделях автомобилей "Рено" и "Даймлер-Бенц" имеются два нижних продольных рычага и один верхний треугольный рычаг, закрепленный на балке с возможностью поворота и углового перекоса. Такая схема обеспечивает прямолинейное перемещение задней оси без бокового смещения и уменьшение крена кузова на повороте.

На автомобилях "Ауди-100", "Мицубиси Талант", "Тойота Стартет" применяется подвеска задних ведомых колес с двумя продольными рычагами, работающими на изгиб (рис. 6).

Рис. 6 Задняя зависимая подвеска переднеприводного автомобиля "Мицубиси-Галант" со скручиваемой поперечной балкой: 1 — продольный рычаг; 2 — несущая балка подвески; 3 — резиновая втулка; 4 — стабилизатор; 5 — поперечная тяга; 6 — амортизатор с пружиной; Б — опора стабилизатора; В — резиновая втулка крепления рычага к кузову

Через широко разнесенные рычаги, жестко связанные с поперечной балкой, передаются тяговый и тормозной моменты, а за счет восприятия изгибающего момента рычагами и скручивающих нагрузок поперечной балкой уменьшается продольный и поперечный крены кузова. Такая подвеска используется и на автомобилях "Рэнджровер", "Даймлер-Бенц", в первом случае в передней подвеске, во втором — в передней и задней подвесках полноприводных автомобилей.

На автомобиле АЗЛК-2141 применяется также подвеска с поперечной балкой, работающей на скручивание, и продольными рычагами, воспринимающими изгибающие нагрузки, отличающаяся от показанной на рис.7 расположением упругих элементов — пружин непосредственно на рычагах.

Широкое распространение на легковых автомобилях получила конструкция подвески (в ряде случаев ее называют полузависимой) со связанными продольными рычагами. Простейшим вариантом такой конструкции может служить подвеска задних колес переднеприводных автомобилей ВАЗ (рис. 7) (в том числе ВАЗ-1111), ЗАЗ-1102, "Рено 5СТ-турбо", "Фольксваген Поло", "Сирокко", "Пассат", "Гольф", "Аскона" и др.

Рис. 7. Задняя подвеска автомобиля ВАЗ-2109: 1 — ступица заднего колеса; 2 — рычаг задней подвески; 3 — кронштейн крепления рычага подвески; 4,5 — соответственно резиновая и распорная втулки шарнира рычага; 6 — болт крепления рычага подвески; 7 — кронштейн кузова; 8 — опорная шайба крепления штока амортизатора; 9 — верхняя опора пружины подвески; 10 — распорная втулка; 11— изолирующая прокладка пружины подвески; 12 — пружина задней подвески; 13 — подушка крепления штока амортизатора; 14 — буфер хода сжатия; 15 — шток амортизатора; 16 — защитный кожух амортизатора; 17 — нижняя опорная чашка пружины подвески; 18 — амортизатор; 19 — соединительная балка; 20 — ось ступицы колеса; 21 — колпак ступицы; 22 — гайка крепления ступицы колеса; 23 — шайба подшипника; 24 — уплотнительное кольцо; 25 — подшипник ступицы; 26 — щит тормозов; 27,28 — соответственно стопорное и грязеотражательное кольца; 29 — фланец рычага подвески; 30 — втулка амортизатора; 31 — кронштейн для крепления амортизатора; 32 — резинометаллический шарнир рычага подвески

Такая подвеска в переднеприводных автомобилях обеспечивает легкость компоновки всех элементов подвески, небольшое количество деталей в подвеске, отсутствие направляющих рычагов и штанг, оптимальное передаточное отношение от кузова к упругому устройству подвески, исключение стабилизатора, высокую стабилизацию схода и колеи при разных ходах подвески, благоприятное расположение центров крена, уменьшающих возможность "клевка" кузова при торможении.

Простую конструкцию подвески со связанными рычагами имеют автомобили "Фольксваген Гольф", "Сирокко" с поперечной связью, расположенной близко к опорам концов продольных рычагов (коэффициент изменения развала близок к единице).

На автомобиле "Рено-турбо" установлена подвеска с поперечной связью и торсионными упругими элементами. С каждым колесом связаны два торсиона разного диаметра (передний — малого диаметра, задний — большого), работающие одновременно при равностороннем ходе подвески, а при разноименном нагружаются задние торсионы и поперечина, связывающая рычаги. Амортизаторы в подвеске устанавливаются под углом к вертикальной оси с наклоном вперед, воспринимая силы при торможении и разгоне.

Независимая подвеска на двойных поперечных рычагах применяется на передних и задних колесах автомобилей. Подвеска состоит из двух поперечных рычагов, шарнирно соединяющих каждое колесо с кузовом, упругих элементов, амортизаторов и стабилизатора. У передней подвески наружные концы рычагов соединяются посредством шаровых шарниров с поворотной цапфой или кулаком. Чем больше расстояние между верхним и нижним рычагами направляющего устройства, тем точнее кинематика подвески. Нижние рычаги выполняются более мощными, чем верхние, так как дополнительно к продольным силам воспринимают и боковые. Подвеска на двойных поперечных рычагах позволяет в зависимости от взаимного положения рычагов обеспечить желаемое (оптимальное) расположение центров поперечного и продольного крена.

К тому же, за счет разной длины рычагов (трапециевидные подвески) можно добиться различных угловых перемещений колес при ходах отбоя и сжатия и исключения изменения колеи при относительных перемещениях кузова и колес. Примером подвески на двойных поперечных рычагах является передняя подвеска автомобилей ВАЗ (рис.8). Аналогичная конструкция применяется и на автомобилях "Опель", "Хонда", "Фиат", "Рено", "Фольксваген", естественно, с определенными конструктивными особенностями элементов подвески.

Подвеска с двойными поперечными рычагами была реализована в конструкциях многих автомобилей, в частности, фирма "Даймлер-Бенц" применяла подвеску, аналогичную представленной на рис.8, практически на всех легковых автомобилях. Передняя подвеска автомобиля "Опель Кадет С" имеет простую конструкцию, направляющее устройство которой крепится к лонжеронам кузова жестко без резиновых втулок. Цилиндрические пружины установлены на нижних рычагах с наклоном к продольной оси автомобиля; внутри пружин расположены эластичные буфера сжатия. Амортизаторы установлены на верхних рычагах, буфера отбоя расположены в амортизаторах. Подобная установка пружин и амортизаторов обеспечивает равномерное нагружение колесных шарниров. Совместно с реечным рулевым механизмом передняя подвеска образует отдельный монтажный узел, который позволяет проводить регулировку развала, схождения и продольного наклона оси поворота еще до крепления к кузову.

Рис. 8. Устройство (а) и типовая схема (6) передней подвески автомобиля ВАЗ-2105: 1 — подшипник ступицы колеса; 2 — колпак; 3 — регулировочная гайка; 4 — ось поворотной цапфы; 5 — ступица; 6 — тормозной диск; 7 — поворотная стойка; 8 — верхний рычаг; 9 — шаровая опора; 10 — буфер; 11 — опорный стакан; 12 — резиновые подушки; 13, 26 — соответственно верхняя и нижняя опорные чашки пружины; 14 — ось верхнего рычага; 15 — регулировочная шайба; 16, 25 — кронштейны крепления штанги соответственно стабилизатора и амортизатора; 17 — резиновая втулка; 18 — штанга стабилизатора; 19 — лонжерон кузова; 20 — ось нижнего рычага; 21 — нижний рычаг; 22 — пружина подвески; 23 — обойма; 24 — амортизатор; 27 — корпус нижней шаровой опоры; 28 — шпилька ступицы колеса

Передняя подвеска автомобиля "Хонда Прелюд" имеет короткие верхние треугольные рычаги, расположенные под углом к оси колес. Нижний рычаг также расположен под углом к оси колеса (этот угол примерно в три раза меньше угла, образуемого верхним рычагом), совместно с нижними поперечными рычагами применяются продольные тяги, крепящиеся к кузову через эластичный шарнир.

Автомобиль "Альфа-90" имеет торсионный упругий элемент, расположенный продольно и связанный с нижним рычагом направляющего устройства.

Автомобили "Ситроен" оборудованы пневмогидравлическими упругими элементами в подвеске (рис. 9). Как отмечалось ранее, такие упругие элементы обеспечивают "мягкое" подрессоривание и возможность регулирования дорожного просвета.

Рис. 9. Передняя подвеска автомобиля "Ситроен-GSA": а — устройство подвески на поперечных рычагах; 1 — нижние рычаги; 2 — ступица колеса; 3 — полуось; 4 — верхний рычаг; 5 — пневмогидравлический упругий элемент; 6 — стабилизатор; б — пневмогидравлический упругий элемент, 1 — толкатель; 2 — канал возврата утечек; 3 — поршень; 4 — канал подвода жидкости; 5 — соответственно верхнее и нижнее полушария баллона; 6 — зарядный штуцер; 7 — мембрана; 9 — демфирующее устройство; 10 — корпус; 11 — сухарь; 12 — уплотнительный узел; 13 — чехол

Упругий элемент (рис. 9, а)состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень с длинной направляющей цилиндрической поверхностью. В верхней части цилиндра установлен сферический баллон, разделенный эластичной диафрагмой (мембраной) на две полости: верхняя заполнена сжатым азотом, нижняя — жидкостью. Между цилиндром и баллоном расположен амортизационный клапан, через который пропускается жидкость при ходе отбоя и сжатия. Конструкция упругого элемента позволяет устанавливать его в подвеске в любом положении. В частности, на задней подвеске автомобиля "Ситроен-ВХ" упругие элементы установлены под небольшим углом к горизонтали, передача усилия на которые осуществляется через сферическую опору кронштейнами продольных рычагов направляющего устройства подвески. Применение пневмогидравлических элементов в подвеске легковых автомобилей позволяет иметь собственную частоту колебаний кузова в зависимости от нагрузки в пределах 0,6—0,8 Гц.

На автомобилях "Мерседес 20(Ю/ЗООЕ) применяется подвеска на двойных поперечных пространственных рычагах. Такая подвеска состоит из шарнирно связанных парных рычагов, составляющих на виде сверху треугольник, с точкой пересечения в конструктивном центре оси поворота (на оси симметрии колеса). Такая конструкция подвески, учитывая наличие эластичных элементов в опорных узлах, обеспечивает высокий уровень безопасности при поворотах автомобиля на больших скоростях.

Подвеска на направляющих стойках (подвеска "Макферсона", см. рис.2,д)используется практически на большинстве легковых автомобилей, выпускаемых различными зарубежными фирмами. На отечественных автомобилях наиболее характерной конструкцией подвески на направляющих стойках является передняя подвеска переднеприводных автомобилей ВАЗ (рис.10) и АЗЛК.

Передняя подвеска автомобиля ВАЗ-2109 состоит из телескопической амортизационной стойки, на верхней части корпуса которой установлены цилиндрическая пружина упругого элемента, а на штоке — буфер хода сжатия поперечного рычага, шарнирно соединенного с кузовом поворотным кулаком стойки, растяжки и стабилизатором поперечной устойчивости.

Аналогичную конструктивно-кинематическую схему передней подвески имеют автомобили "Ауди", "Фольксваген", "Опель", "Форд", "ДЭУ Нексия" и многие другие.

Преимуществом подвески с направляющей стойкой является монтажная компактность элементов, выполняющих упругую, направляющую и демпфирующую работу, а также небольшие усилия в узлах крепления подвески к кузову, возможность применения длинноходовых подвесок, обеспечивающих наилучшую плавность хода, возможность создания оптимальной кинематики, удобство создания хорошей вибро- и шумоизоляции кузова, низкая чувствительность к дисбалансу и биению шин и др.

Рис. 10. Передняя подвеска автомобиля ВАЗ-2109: 1 — кузов автомобиля; 2 — верхняя опорная чашка; 3 — буфер хода сжатия; 4 — опора буфера; 5 — пружина подвески; 6 — нижняя опорная чашка пружины; 7 — шаровой шарнир рулевой тяги; 8 — поворотный рычаг; 9 — телескопическая стойка; 10 — эксцентриковая шайба; 11 — регулировочный болт; 12 — кронштейн стойки; 13 — поворотный кулак; 14 — крепежный болт; 15 — кожух; 16 — стопорное кольцо; 17 — колпак ступицы колеса; 18 — шлицевой хвостовик привода; 19 — ступица колеса; 20 — подшипник ступицы колеса; 21 — тормозной диск; 22 — рычаг подвески; 23 — регулировочная шайба; 24 — стойка стабилизатора; 25 — стабилизатор поперечной устойчивости; 26 — подушка стабилизатора; 27 — кронштейн крепления стабилизатора; 28, 31 — кронштейны; 29 — растяжка рычага подвески; 30 — шайбы; 32 — резиновая распорная втулка растяжки; 33 — втулка; 34 — защитный чехол шарового пальца; 35 — подшипник шарового пальца; 37 — корпус шарового пальца; 38 — шток подвески; 39, 40 — корпуса верхней опоры; 41—45 — элементы верхней опоры; 46 — болт; / — верхняя опора; // — шаровой палец рычага подвески; /// — передний шарнир растяжки рычага подвески; а — контролируемый зазор

Рассмотрим некоторые особенности конструкции подвески с направляющей стойкой. Анализируя кинематику подвески можно видеть, что положение центра крена зависит от угла наклона стойки к вертикали и нижних рычагов к горизонту. Подбором установки стойки и рычагов можно обеспечить положение центра крена при различных нагрузках значительно ниже, чем при применении подвески на двойных поперечных рычагах. Угловое положение стойки влияет и на изменения развала и колеи. При расположении стойки близко к вертикали и длинном нижнем поперечном рычаге колея практически изменяться не будет. Следует отметить и значительно меньшее, чем в подвесках на двойных поперечных рычагах, изменение развала под действием боковых сил на повороте.

Для исключения заклинивания поршня амортизатора пружина на стойке устанавливается с наклоном таким образом, чтобы ось установки пружины проходила через несущий шарнир нижнего рычага.

На автомобилях БМВ 5—1-й серий применяется передняя подвеска со сдвоенными шарнирами. Упругие элементы-пружины нижней частью опираются на чашки, приваренные к корпусу амортизатора, верхней частью пружины упираются в шариковый подшипник, закрепленный на кузове в трех точках. Направляющее устройство состоит из поперечных рычагов, воспринимающих боковые нагрузки, и штанг, направленных вперед под углом к продольной оси автомобиля и обеспечивающих поворот управляемых колес в сторону положительного схождения, т.е. улучшается устойчивость прямолинейного движения. Взаимное положение опорных шарниров рычагов и штанг позволяет увеличить противодействие продольному крену при разгоне и торможении. Подвеска ведомых колес автомобиля "Хонда Прелюд" состоит из поперечных рычагов большой длины и продольных штанг, направленных под небольшим углом к продольной оси. Опоры крепления рычагов в зоне колес расположены примерно в центре колеса, за счет чего достигается оптимальное расположение центра поперечного крена.

Подвеска на продольных рычагах направляющего устройства (см. рис. 2,г) состоит из мощного, как правило, сварного коробчатого или литого рычага 5 (рис. 11) направляющего устройства, расположенного в направлении движения с каждой стороны автомобиля.

Рычаг воспринимает крутящие и изгибающие нагрузки, возникающие при движении автомобиля. Для обеспечения необходимой жесткости подвески при боковых силах рычаг имеет широко разнесенные опоры на кузове. Подвеска на продольных рычагах часто применяется в задней подвеске переднеприводных автомобилей. Горизонтальное положение рычагов обеспечивает при ходах сжатия и отбоя неизменность развала, схождение колес и колеи. Длина рычагов влияет на прогрессивность упругой характеристики подвески, а поскольку точки качания рычагов являются центрами продольного крена автомобиля, то при торможении кузов будет "приседать".

Рис. 11. Задняя подвеска на продольных рычагах 1,7— направляющие трубы; 2 — торсионы; 3 — кронштейны крепления подвески; 4 – амортизатор; 5 — продольный рычаг направляющего устройства; 6 – стабилизатор; 8,9 – опорные втулки

Подвеской с продольными рычагами оборудованы автомобили "Рено", "Ситроен", "Пежо" и др.

В качестве упругих элементов в подвесках применяются пружины, тор-сионы и пневмогидравлические устройства. Пружинные упругие элементы могут располагаться как соосно с амортизатором ("Пежо"), так и параллельно ("Мицубиси Кольт", "Тальбо"). На некоторых моделях автомобилей "Пежо" пружинные стойки расположены под небольшим углом к горизонтали, аналогично установлены и упругие элементы на автомобиле "Ситроен ВХ". Задняя подвеска с торсионными упругими элементами (см. рис. 11) отличается компактностью. Торсионы 2 входят в зацепление с направляющими трубами 1 и 7. Литые продольные рычаги 5 приварены к концам труб 1 и 7, вставленных одна в другую и разделенных резиновыми втулками 8 и 9.

Подвеска на косых рычагах (см. рис. 2,е)применяется только в задней подвеске автомобилей. Подвеска автомобилей БМВ 5-й серии показана на рис.12, аналогичное направляющее устройство установлено на автомобилях фирм "Фиат", "Даймлер-Бенц", "Форд" с некоторыми конструктивными особенностями.

Наиболее благоприятным, с точки зрения кинематики подвески, является угол стреловидности в пределах 10— 25° (угол между поперечной осью и положением крепления к кузову рычага направляющего устройства в горизонтальной плоскости). Например, этот угол составляет у автомобилей: БМВ 5181/5251 и БМВ 5281/5351 — 20°; "ФордСьерра/Скорпио" —18°, "Опель-Сенатор" — 14° и т.п. При такой конструкции направляющего устройства ведущих колес между колесом и главной передачей (дифференциалом) возникают угловые и линейные перемещения, требующие установки в полуосях, передающих крутящий момент на колеса, по два шарнира равных угловых скоростей для компенсации этих перемещений. В зависимости от соотношения длин косых рычагов и углов их установки можно получить практически любое требуемое положение центров крена и уменьшение изменения колеи. В таких подвесках амортизатор устанавливают со смещением к оси колеса, что может обеспечить передаточное отношение от колеса к амортизатору, равное единице.

Рис. 12. Задняя подвеска на косых рычагах автомобилей БМВ: 1 — вал главной передачи; 2 — опорный кронштейн; 3 — полуось; 4 — стабилизатор; 5 — упругий элемент; 6 — амортизатор; 7 — рычаг направляющего устройства подвески; 8 — опорная стойка кронштейна

Дополнительные упругие элементы подвески, устанавливаемые дополнительно к основным упругим элементам, выполняют две задачи: шумо- и виброизоляцию кузова и ограничение хода подвески при сжатии и отбое с соответствующим обеспечением прогрессивности упругой характеристики подвески. Основным требованием в данном случае к упругим элементам будет создание определенной эластичности в осевом направлении и большой жесткости в радиальном, чтобы исключить влияние на кинематику подвески. Такие дополнительные упругие элементы изготавливаются, как правило, из резины и различных упругих полимеров (например, полиуретановые). В передних подвесках управляемых колес в верхней опоре пружинных стоек устанавливается шарикоподшипник (см. рис.10) — для исключения трения при повороте колес, так как они поворачиваются совместно со стойками. На рис. 4.13 показаны верхние эластичные опоры стоек автомобилей "Вольво-740/760" и "Мерседес-190".

В опоре рис.13,арезиновые опоры выполнены таким образом, что усилия от пружины и амортизатора воспринимаются раздельно. Через упорный шарикоподшипник пружина подвески воздействует на резиновый буфер 5. Шток амортизатора крепится во втулке 1, через которую воздействует на среднюю часть резинового буфера 5. Аналогичная конструкция буфера применяется на автомобиле "Пежо", только в несколько упрощенной конструкции самого резинового буфера. На рис.13,брезиновая опора 5 предназначена в основном для шумоизоляции, а упругий элемент 6 размещается на штоке амортизатора и передает при сжатии усилие через внутренний колпак опоры 5 на упор 4 и кузов. Такая конструкция увеличивает направляющую базу амортизатора и предотвращает возможность заклинивания штока.

Рис. 13. Верхние эластичные опоры: а — для пружинных стоек автомобиля "Вольво"; б — стойки автомобиля "Мерседес"

Лекция 14, 15.

Рулевое управление