Подвеска внедорожника и не только

[greega]

Подвеска автомобиля, это совокупность деталей, узлов и механизмов, играющих роль соединительного звена между кузовом и дорогой, составляющая часть шасси. 
   
Основные функции подвески  
     Основные функции  выполняющиеся подвеской: физически соединяет колеса или неразрезные мосты с несущей системой автомобиля - кузовом или рамой; передает на несущую систему силы и моменты, возникающие при взаимодействии колес с дорогой; обеспечивает требуемый характер перемещения колес относительно кузова или рамы, а также необходимую плавность хода.
     Основные составляющие подвески: упругие элементы - которые воспринимают и передают нормальные силы реакции дороги, возникающие при движении колеса по поверхности дороги, направляющие элементы - которые задают характер перемещения колес и их связь между собой и с несущей системой, а также передают продольные и боковые силы и их моменты.
     Виды подвесок. По характеру работы подвески делятся на два больших типа - зависимые и независимые. На внедорожниках существуют три основных вида их использования: автомобиль с зависимой передней и задней подвесками, автомобиль с независимой передней и зависимой задней подвеской, автомобиль с полностью независимой подвеской. Рассмотрим их конструктивные особенности. 
     Зависимая подвеска - это когда колеса одной оси так или иначе жестко связаны между собой, где перемещение одного колеса оси непосредственно влияет на другое. Это самая первая и самая надежная конструкция подвески, которая применяется и до сегоднешнего времени. Подвеска постоянно совершенствуется, тем самым не уступая свои позиции в конструкциях современных внедорожников, особенно больших и мощных. Так к примеру, конструкция ДеДион уступает независимым лишь по ряду параметров, и то незначительно и только на неровной дороге имея при этом ряд важных преимуществ. В первую очередь, то, что в отличии от независимой подвески колея колес не меняется, они всегда параллельны друг другу и перпендикулярны относительно дороги вне зависимости от хода подвески и крена кузова.
     Рама внедорожника на зависимой пружинной подвеске.
     
     Принципиально эта подвеска имеет неразрезной мост и упругий элемент соединяющий мост с несущей системой в виде рессор, пружин или других упругих конструкций. Наиболее распространенными на внедорожниках сначала были полуэлиптические рессоры, самый древний вариант подвески. В ней балка моста подвешена на продольно ориентированных рессорах. При этом мост может быть как ведущим так и не ведущим, и расположен как над рессорой так и под ней. Крепление моста к рессоре осущесвтляется, как правило с помощью хомутов на середине или с некоторым смещением вперед. Рессора в ее классическом виде представляет пакет из упругих металлических листов соединенных  хомутами, с листом на котором расположены ушки крепления. Этот лист называется коренной и он как правило более толстый. Рессоры современных автомобилей имеют меньше листов или листы изготовленные из современных композитных материалов. многолистовые рессоры имеют свои преимущества, главные  из которых, возникающий при межлистовом трении эффект гашения колебаний, благодаря которому рессора работает как простейший фрикционный амортизатор, а во-вторых рессора обладает прогрессивной характеристикой, то есть ее жесткость возрастает по мере ее нагрузки, как следствие, чем короче рессора тем жестче. При небольших нагрузках деформируются более длинные мягкие листы, и рессора в целом работает как мягкая, создавая высокую плавность хода, при росте нагрузок в работу включаются короткие жесткие листы, жесткость рессоры при этом нелинейно возрастает и она становится способной выдерживать большие усилия. 
     Варианты зависимых подвесок - рессорной и пружинной.
     
     Подвеска с продольными рессорами воспринимает усилия во всех направлениях - вертикальном , боковом, продольном, а также тормозние и реактивные моменты, что позволяет исключить из конструкции подвески другие дополнительные элементы ( рычаги , реактивные тяги, растяжки и т.д.). Поэтому подвеска характеризуется как простая , надежная и относительно дешевая. Кроме того, в этой подвеске рессора разнесена по креплениям на разные удаленные точки, тем самым снимаются возникаемые при большой нагрузке напряжения на несущую систему автомобиля.
     Зависимая подвеска используется и на современных больших тяжелых внедорожниках и пикапах, в основном американского производства. Ярким примером является внедорожник Jeep Grand Cherokee WJ 2000 года, комфортный, мягкий, элитный автомобиль, имеющий неразрезные мосты на продольных рычагах и пружинах.
     Передняя зависимая подвеска Jeep Grand Cherokee WJ. 2000 года
  
     Передний неразрезной мост автомобиля подвешен на четырех продольных рычагах, снабжен тягой Панара. Задний неразрезной мост подвешен на двух нижних продольных рычагах и верхней шарнирной трапецией. Оба моста снабжены стабилизаторами поперечной устойчивости и самоблокирующимися дифференциалами Vari-Lok.
     Схема задней подвески Jeep Grand Cherokee WJ. (мост не показан)    
     

     Независимая подвеска - это когда колеса одной оси не имеют жесткой связи, и перемещение одного из них либо никак не влияют на передвижение другого, либо имеет лишь небольшое влияние. При этом установочные параметры подвески, такие как: колея, развал колес, а в некоторых типах и колесная база меняются при работе подвески, иногда в весьма значительных пределах. В настоящее время такие подвески имеют преимущественное  применение на современных внедорожниках благодаря их технологичности и дешевизны при хороших кинематических параметрах. 
     По конструкции они могут быть: на продольных рычагах - где каждое из колес одной оси прикреплено к продольному рычагу, закрепленному на раме или кузове подвижно. На внедорожниках этот тип подвески практически не применяется. 
     На косых рычагах - по сути является разновидностью подвески на продольных рычагах. Подвеска имеет два конструктивных вида: первый - по одному шарниру на полуосях, где ось качания рычага проходит через центр шарнира полуоси. Такой вид применяется на дешевых, легких, малоскоростных автомобилях (ЗАЗ 965 и др). Второй - где каждая полуось имеет по два шарнира - внутренний и внешний, и ось качания рычага не проходит через внутренний шарнир, что значительно улучшает кинематику работы подвески в плане минимальных изменений колеи и развала колес. Такой вид активно применяется на задних ведущих мостах легковых автомобилей, таких как Mercedes Benz, Ford Granada, Porsche 911 и других. На внедорожниках такой вид подвески  имеет применение редко.
     Задняя подвеска автомобиля на косых рычагах.
     
     С качающимися полуосями - имеет по одному шарниру на каждой из них, что обеспечивает их независимое подрессоривание. При работе такой подвески изменяются в больших пределах как колея, так и развал колес, что естественно делает эту подвеску несовершенной и в настоящее время практически не используемой, особенно в конструкции внедорожников.
     На двойных поперечных рычагах - когда с каждой стороны автомобиля расположены по два поперечных рычага, внутренние концы которых подвижно закреплены на несущей системе автомобиля, а внешние подвижно соеденены со стойкой несущей колесо, поворотной на передней и неповоротной на задней системе. Конструкция  дает возможность жестко задать необходимые основные установочные параметры подвески - изменение развала колес и колеи при ходах сжатия и отбоя, высоту продольного и поперечного центров крена и др.
     Независимая подвеска внедорожника на двойных поперечных рычагах.

     Появившись в 30-е годы, подвеска считается наиболее совершенной с точки зрения кинематики и как следствие  очень распространено ее использование на спортивных и гоночных автомобилях.  Достаточно часто используется и на внедорожниках. Первый пример можно увидеть на передней подвеске нашей "Нивы" ВАЗ 2121. Современный вариант - передняя подвеска известного внедорожника Jeep Cherokee (Liberty) KJ 2005 года, которая может служить как классический пример передней независимой подвески, где в качестве упругого элемента используется винтовая цилиндрическая пружина расположенная между рычагами. На этой подвеске могут быть использованы: пружины, пневмоэлементы, торсионы и другие упругие элементы, что позволяет значительно расширить зону ее применения.
     Независимая передняя подвеска на поперечных рычагах Jeep Cherokee KJ.
     
     Подвеска Макферсон - самый распространенный тип независимой подвески на легковых автомобилях. Представляет собой рычажную подвеску, где верхний  поперечный рычаг заменен на гидравлическую вертикальную стойку с упругим элементом. Конструкция технологична, проста и дешева, что позволило ей стать основной подвеской современных легковых автомобилей бюджетного ряда. Имеет применение и на внедорожниках.
     Подвеска системы Макферсон "McPherson".
    
     Торсионно-рычажная - очень распространенный тип полузависимой подвески задних колес с двумя продольными рычагами соединенными торсионной балкой. Подвеска широко используется в качестве задней в переднеприводных автомобилях бюджетного ряда. Используется на "внедорожниках" с передним приводом.
     Торсионная - В этой подвеске в качестве упругих элементов используются продольно расположенные торсионы , работающие на скручивание стальных стержней. Торсионы могут иметь и поперечное расположение. Такая подвеска использовалась на автомобилях фирм: Packard, Chrysler и Fiat, на советских легковых ЗИЛах. Отличаются высокой плавностью хода и компактностью.
      Активная подвеска. Подвеска  изменяющая положение и жесткость упругих элементов по команде бортового компьютера, получающего информационные сигналы от датчиков фиксирующих положение кузова относительно дороги. В качестве упругих элементов в подвеске могут быть использованы : пневматические, гидравлические и гидропневматические системы. Активная подвеска используется на легковых автомобилях и внедорожниках, но чаще на грузовых автомобилях и автобусах, где есть вероятность неравномерного распределения груза по грузовой площадке.
      Элемент активной подвески автомобилей Citroen.    
     
     На внедорожниках возможно использование комбинации разных подвесок на передних и задних осях, все зависит от конструкции и предназначения автомобиля и целей его использования. Чем тяжелее и мощнее внедорожник, тем надежнее его подвески и несущая система - основа внедорожника, его платформа.
    

Геометрия подвески. 
     Основные параметры геометрии подвески включают:  колесную базу, колею, углы установки колес, плечо обката, кастер, центр и ось крена. 
     Колесная база - продольное расстояние между осями передних и задних колес, влияет на плавность хода и геометрическую проходимость автомобиля.     Колея - поперечное расстояние между наиболее удаленными точками пятен контакта шин с дорогой.
     Углы установки колес - развал, схождение.
     
     Углы установки колес - углы развала и схождения. Развал колес - угол наклона плоскости вращения колеса, взятый между ней и вертикалью. Схождение колес - угол между направлением движения и плоскостью вращения колеса. Эти параметры влияют на управляемость автомобиля.
     Углы установки управляемых колес автомобиля.
     
     Кастер - продольный угол оси поворота колеса, взятый между ней и вертикалью. Кастор один из основных параметров влияющих на управляемость автомобиля. На заднеприводных и полноприводных автомобилях ось поворота передних колес как правило наклоняют назад, по ходу движения (положительный Кастор). При этом положении наклона оси, колесо при движении само стремится занять положение позади этой оси, создавая динамическую стабильность. Аналогичная реакция колеса при движении в повороте, где боковые силы реакции дороги также стремятся вернуть колесо в исходное положение. Положительный Кастор позволяет двигаться автомобилю прямо при отпущенном руле независимо от неровностей дороги, боковом ветре и других внешних воздействий. Этот фактор следует учитывать при тюненге автомобиля связанный с лифтом подвески, меняющий величину Кастора и соответственно управляемость автомобиля.
     Продольный угол оси поворота колеса - Кастер.
     
     Плечо обката колес - расстояние между точкой в которой ось поворотного колеса пересекается с дорогой, и центром пятна контакта колеса и дороги. При повороте колесо "обкатывается" вокруг оси своего поворота по этому радиусу. Плечо обката может быть положительным, нулевым и отрицательным. Положительное значение плеча обката позволяет уменьшить усилия на рулевое колесо при больших углах поворотов (при парковке), но с другой стороны колесо становится более чувствительным к неровностям дороги, и это может быть опасным. Нулевое плечо обката стабилизирует поведение колеса на дороге, наиболее распространенный вариант на современных скоростных и особенно переднеприводных  автомобилях, использующих подвеску Макферсон. Отрицательный угол обката колеса  также используется на автомобилях имея меньше отрицательных явлений в отличии от положительного. 
     Плечо обката определяется не только конструкцией подвески но и параметрами колес. При тюненге автомобилей связанный с заменой "заводских" колес, следует соблюдать установленные заводом изготовителем параметры, особенно вылет колеса, так как плечо обката может сильно измениться, что может существенно сказаться на управляемости и безопасности автомобиля, а также на долговечности деталей подвески.
     Вылет колес автомобиля.
     
     Центр крена и ось крена. Центр поперечного крена, это точка расположенная в вертикальной плоскости проходящей через центры колес и при крене автомобиля в конкретный момент времени остается неподвижной. То есть это воображаемая точка расположенная над воображаемой осью, соединяющей центры передних или задних колес, вокруг которой кренится автомобиль. Передняя и задняя части автомобиля имеют свои центры крена, а линия соединяющая эти центры является осью поперечного крена. Чем ближе эта ось к центру тяжести автомобиля тем меньше кренится автомобиль, что позволяет проходить повороты на большей скорости. При разгоне или торможении автомобиль кренится вперед или назад вокруг определенной точки, которая называется центр продольного крена который при этом остается неподвижным. Указанные параметры активно участвуют в поведении автомобиля на дороге, непосредственно влияют на его безопасность, управляемость и комфорт.

     Подрессоренные и неподрессоренные массы. Неподрессоренная масса включает в себя массу всех деталей и механизмов, вес которых при неподвижном нагруженном автомобиле непосредственно передается на дорогу. Остальные детали и элементы конструкции, масса которых передается на поверхность дороги не непосредственно, а через подвеску, относятся к подрессоренной массе. Значение этих величин непосредственно влияет на плавность хода и комфортабельность автомобиля, чем больше неподрессоренная масса, тем хуже плавность хода, и наоборот, чем она меньше, тем ход автомобиля плавней. Эти параметры учитываются при расчете жесткости подвески и эксплуатационной нагрузки автомобиля.
     
     При выполнении работ по тюнингу автомобилей, особенно работ по изменению подвески и несущей системы, следует использовать  информацию изложенную в этой статье, с целью избежания негативных последствий произведенных изменений конструкции. Надеюсь, что эта информация поможет вам избежать ненужных проблем в вашем творческом процессе...