Устройство ходовой части автомобиля

Ходовая часть автомобиля предназначена для перемещения автомобиля по дороге, причем с определенным уровнем комфорта, без тряски и вибраций. Механизмы и детали ходовой части связывают колеса с кузовом, гасят его колебания, воспринимают и передают силы действующие на автомобиль.

Находясь в салоне легкового автомобиля, водитель и пассажиры испытывают медленные колебания с большими амплитудами, и быстрые колебания с малыми амплитудами. От быстрых колебаний защищает мягкая обивка сидений, резиновые опоры двигателя, коробки передач и так далее. Защитой от медленных колебаний служат упругие элементы подвески, колеса и шины. Ходовая часть состоит из передней подвески, задней подвески, колес и шин.

Подвеска колес автомобиля

Подвеска предназначена для смягчения и гашения колебаний передаваемых от неровностей дороги на кузов автомобиля. Благодаря подвеске колес кузов совершает вертикальные, продольные, угловые и поперечно-угловые колебания. Все эти колебания определяют плавность хода автомобиля.

Давайте разберемся с тем, как в принципе колеса автомобиля связаны с его кузовом. Даже если вы никогда не ездили на деревенской телеге, то, глядя на нее через экран телевизора, вы можете догадаться о том, что колеса телеги жестко закреплены к ее «кузову» и все проселочные «колдобины» отзываются на седоках. В том же телевизоре (в сельском «боевике») вы могли заметить, что на большой скорости телега рассыпается и происходит это именно из-за ее «жесткости».

Чтобы наши автомобили служили подольше, а «седоки» чувствовали себя получше, колеса не жестко связаны с кузовом. К примеру, если поднять автомобиль в воздух, то колеса (задние вместе, а передние по отдельности) отвиснут и будут «болтаться», подвешенные к кузову на всяких там рычагах и пружинах.

Вот это и есть подвеска колес автомобиля. Конечно, шарнирно закрепленные рычаги и пружины – «железные» и выполнены с определенным
запасом прочности, но эта конструкция позволяет колесам перемещаться относительно кузова. А правильнее сказать – кузов имеет возможность
перемещаться относительно колес, которые едут по дороге.

Подвеска может быть зависимой и независимой.

Зависимая подвеска

Зависимая подвеска это когда оба колеса одной оси автомобиля связаны между собой жесткой балкой. При наезде на неровность дороги одного из колес, второе наклоняется на тот же угол.

Независимая подвеска

Независимая подвеска это когда колеса одной оси автомобиля не связаны жестко друг с другом. При наезде на неровность дороги, одно из колес может менять свое положение, не изменяя при этом положения второго колеса.

При жёстком креплении удар о неровность полностью передаётся кузову, лишь немного смягчаясь шиной, а колебание кузова имеет большую амплитуду и существенное вертикальное ускорение. При введении в подвеску упругого элемента (пружины или рессоры), толчок на кузов значительно смягчается, но вследствие инерции кузова колебательный процесс затягивается во времени, делая управление автомобилем трудным, а движение опасным. Автомобиль с такой подвеской раскачивается во всевозможных направлениях, и высока вероятность «пробоя» при резонансе (когда толчок от дороги совпадает со сжатием подвески в течение затянувшегося колебательного процесса).

В современных подвесках, во избежание вышеперечисленных явлений, наряду с упругим элементом используют демпфирующий элемент – амортизатор. Он контролирует упругость пружины, поглощая большую часть энергии колебаний. При проезде неровности пружина сжимается. Когда же, после сжатия, она начнёт расширяться, стремясь превзойти свою нормальную длину, большую часть энергии зарождающегося колебания поглотит амортизатор. Продолжительность колебаний до возвращения пружины в исходное положение при этом уменьшится до 0,5-1,5 циклов.

Надёжный контакт колеса с дорогой обеспечивается не только шинами, основными упругими и демпфирующими элементами подвески (пружина, амортизатор), но и её дополнительными упругими элементами (буферы сжатия, резинометаллические шарниры), а также тщательным согласованием всех элементов между собой и с кинематикой направляющих элементов.

Таким образом, чтобы автомобиль обеспечивал комфорт и безопасность, между кузовом и дорогой должны быть:

• шины
• основные упругие элементы
• дополнительные упругие элементы
• направляющие устройства подвесок
• демпфирующие элементы.

Шины первыми в автомобиле воспринимают неровности дороги и, насколько это возможно, в силу их ограниченной упругости, смягчают колебания от профиля дороги. Шины могут служить индикатором исправности подвески: быстрый и неравномерный (пятнами) износ шин свидетельствует о снижении сил сопротивления амортизаторов ниже допустимого предела.

Основные упругие элементы (пружины, рессоры) удерживают кузов автомобиля на одном уровне, обеспечивая упругую связь автомобиля с дорогой. В процессе эксплуатации упругость пружин меняется вследствие старения металла или из-за постоянной перегрузки, что
приводит к ухудшению характеристик автомобиля: уменьшается высота дорожного просвета, изменяются углы установки колёс, нарушается симметричность нагрузки на колёса. Пружины, а не амортизаторы удерживают вес автомобиля. Если дорожный просвет уменьшился и автомобиль «просел» без нагрузки, значит, пришло время менять пружины.

Дополнительные упругие элементы (резинометаллические шарниры или буферы сжатия) отвечают за подавление высокочастотных колебаний и
вибраций от соприкосновения металлических деталей. Без них срок службы элементов подвески резко сокращается (в частности в амортизаторах: из-за усталостного износа клапанных пружин). Регулярно проверяйте состояние резинометаллических соединений подвески. Поддерживая их работоспособность, Вы увеличите срок службы амортизаторов.

Направляющие устройства (системы рычагов, рессоры или торсионы) обеспечивают кинематику перемещения колеса относительно кузова.
Задача этих устройств в том, чтобы сохранять плоскость вращения колеса двигающегося вверх при сжатии подвески и вниз при отбое) в положении близком к вертикальному, т.е. перпендикулярно дорожному полотну. Если геометрия направляющего устройства нарушена, поведение автомобиля резко ухудшается, а износ шин и всех деталей подвески, в том числе и амортизаторов, значительно ускоряется.

Демпфирующий элемент (амортизатор) гасит колебания кузова, вызванные неровностями дороги и инерционными силами, а следовательно, уменьшает их влияние на пассажиров и груз. Он также препятствует колебаниям неподрессоренных масс (мосты, балки, колёса, шины, оси, ступицы, рычаги, колёсные тормозные механизмы) относительно кузова, улучшая тем самым контакт колеса с дорогой.

Стабилизатор поперечной устойчивости автомобиля предназначен для повышения управляемости и уменьшения крена автомобиля на поворотах. На повороте кузов автомобиля одним своим боком прижимается к земле, в то время как второй бок хочет уйти «в отрыв» от земли. Вот в отрыв-то ему и не дает возможности уйти стабилизатор, который, прижавшись к земле одним концом, вторым своим концом прижимает и другую сторону автомобиля. А при наезде какого-либо колеса на препятствие, стержень стабилизатора закручивается и стремится побыстрее вернуть это колесо на свое место.

Передняя подвеска на примере ВАЗ 2105

Передняя подвеска на примере автомобиля ВАЗ 2105

1. подшипники ступицы переднего колеса;
2. колпак ступицы;
3. регулировочная гайка;
4. шайба;
5. цапфа поворотного пальца;
6. ступица колеса;
7. сальник;
8. тормозной диск;
9. поворотный кулак;
10. верхний рычаг подвески;
11. корпус подшипника верхней опоры;
12. буфер хода сжатия;
13. ось верхнего рычага подвески;
14. кронштейн крепления штанги стабилизатора;
15. подушка штанги стабилизатора;
16. штанга стабилизатора;
17. ось нижнего рычага;
18. подушка штанги стабилизатора;
19. пружина подвески;
20. обойма крепления штанги амортизатора;
21. амортизатор;
22. корпус подшипника нижней опоры;
23. нижний рычаг подвески.

Как устроена подвеска автомобиля и принцип её работы

Между дорогой, со всем её непредсказуемым, неровным характером и кузовом автомобиля расположена важная составная часть любого транспортного средства, которая отличает его от старой телеги – подвеска. Именно она обеспечивает сохранность пассажиров и груза, уровень комфорта, а также долговечность самой машины и стойкость всех механизмов к многочисленным ударам на неровностях.

Для чего в машине подвеска

Всё, что есть в автомобиле, расположено над подвеской или под ней. Разделение грубое, но именно так проще всего понять разницу между подрессоренными и неподрессоренными массами.

О рессорах здесь говорится не в привычном смысле, а как об упругих элементах. Естественно, всё, что подрессорено, испытывает меньшие нагрузки, лучше сохраняется, а в отношении пассажиров можно говорить об уровне комфорта. Вот для этого и нужна подвеска.

Конструктивные элементы и груз не разрушатся от тряски, а люди сохранят свои позвоночники и смогут отдохнуть во время поездки даже по не очень ровной дороге.

При этом чрезмерно комфортную подвеску иметь нежелательно, машина плохо управляется. Всегда выбирается компромисс, в зависимости от назначения автомобиля.

Принцип работы

Желательно чтобы колёса автомобиля постоянно находились в контакте с дорогой, повторяя все её неровности, тогда машина сможет эффективно менять направление, разгоняться или тормозить.

Но если вместе с ними следовать профилю покрытия станет и кузов, то от такой езды мало кто получит удовольствие, поэтому подвеска должна сохранять в идеале его неизменное положение, ликвидируя нежелательные ускорения и перегрузки.

Даже при одиночном воздействии на подвеску она может перейти в колебательное движение.

Кузов начнёт раскачиваться на собственной резонансной частоте. Эту энергию надо обязательно погасить, обычно простым переводом в тепло.

Отсюда вытекает примерный состав функциональных узлов, входящих в состав подвески:

• упругие элементы, разобщающие жёсткую связь неподрессоренных масс (колёс и ступичных узлов) с кузовом;
• демпфирующие устройства, чаще называемые амортизаторами;
• система рычагов и шарниров, задающих нужную траекторию перемещения колёс относительно кузова;
• дополнительные узлы, синхронизирующие работу отдельных колёсных подвесок, например стабилизаторы продольной и поперечной устойчивости.

Вариантов исполнения много, это обуславливают и исторические факторы, и разнообразие применения автомобилей, и вопросы стоимости.

Устройство

Каждое колесо вращается в ступичном подшипнике, наружная обойма которого жёстко связана с нижней точкой крепления направляющего аппарата подвески.

Обычно это так называемый кулак или балка в случае неразрезного моста. Верхней точкой будет соединение с кузовом. Понятие точки – условное, их может быть несколько.

Между креплениями располагаются параллельно работающие упругий и демпфирующий элементы. За передачу усилия строго вдоль их осей отвечает направляющий аппарат в виде рычагов с расположенными на их концах шарнирами.

Чем подвеска совершеннее и сложнее, тем этих рычагов больше, каждый отвечает за точность траектории перемещения колеса.

В некоторых конструкциях функции элементов объединены, например при рессорной подвеске, когда сама рессора может одновременно работать в качестве рычага, упругого элемента и даже частично амортизатора, используя трение между своими листами.

Классификация

Укрупнённо принято разделять типы подвесок по степени связи колёс одной оси между собой. Не касаясь тех конструктивных решений, когда эта связь вносится умышленно в любой тип для акцентирования отдельных качеств, суть при этом не меняется.

Независимая

Направляющий аппарат выполняется таким образом, что перемещения одного колеса никак не влияет на все прочие. Разве что через кузов, который всё же изменяет своё положение из-за неидеальности подвески.

Достигается это отсутствием механических связей между колёсами одой оси. Каждое имеет свой направляющий аппарат, упругие элементы и амортизаторы. Использование стабилизаторов не считается.

Полузависимая

Такой тип подразумевает наличие силового элемента, связывающего подвески колёс одной оси. Но он выполняется упругим, то есть жёсткой связи нет. Это усложняет обеспечение требований по комфорту и управляемости, зато несёт с собой конструктивную простоту и избавляет от дублирования некоторых элементов направляющего аппарата.

Классический пример – торсионная балка задней подвески на бюджетных легковых автомобилях с передним приводом. Подвеска получается очень компактной, лёгкой и отличается высокой надёжностью за счёт малого количества шарниров.

Зависимая

Самый простой тип подвески, применяется ещё со времён первых автомобилей. Колёса одной оси располагаются на концах жёсткой балки, иногда выполняющей роль корпуса неразрезного приводного моста.

Смещения каждого колеса однозначно влияют на траекторию другого, обе ступицы всегда расположены на одной геометрической оси. К этой же балке крепятся упругие элементы, амортизаторы и рычаги.

Конструкция отличается простотой, рекордной прочностью, надёжностью, но при этом машина плохо управляется. Зато дорожный просвет под балкой не зависит от работы подвески.

Виды независимых подвесок

Теоретически лучшей подвеской можно считать независимую. Однако над её прочностью, точностью траекторий и стоимостью много работали, что привело к многообразию конкретных технических решений и патентов.

МакФерсон

Появление этой самой популярной сейчас подвески способствовало желание конструкторов создать наиболее компактный, лёгкий и недорогой вариант.

В результате появилась подвеска свечного типа, где один узел, совмещающий упругие, демпфирующие и частично направляющие функции, получил название стойки МакФерсона по имени разработчика окончательного варианта.

Стойка представляет собой телескопическую свечу, внутри которой расположен амортизатор, с надетой на него пружиной подвески. Жёсткая в поперечном направлении конструкция позволила избавиться от верхнего рычага.

Достаточно укрепить её нижнюю часть рычагом или двумя растяжками с шарнирами. Сложно придумать что-то более простое и компактное. Однако пришлось решить ряд технологических вопросов, с чем успешно справились.

Недостатки в виде повышенного трения и нечёткой траектории не помешали применять её сейчас на большинстве легковых автомобилей, к которым не предъявляется завышенных требований по управляемости.

Двухрычажная

Иначе её называют параллелограммной. Состоит из верхнего и нижнего треугольных рычагов, к которым через шаровые опоры или шкворни крепится кулак со ступицей.

За счёт образованного конструкцией параллелограмма углы наклона колеса при работе подвески почти не изменяются, что позволяет точно удерживать оптимальный контакт колеса с дорогой.

Прочность данного типа и хорошие характеристики управляемости делают такую подвеску уместной на очень многих автомобилях, включая внедорожники, спорткары и представительский класс.

Расплатой становятся некоторая сложность, большой занимаемый объём и количество шарниров, в роли которых могут выступать жёсткие шаровые опоры или мягкие резинометаллические сайлентблоки.

Многорычажная

Хорошим дополнением к независимой подвеске может стать возможность запрограммированного изменения углов установки колёс. Это достигается сложной траекторией колеса, что возможно при использовании нескольких рычагов, от трёх до пяти на каждое колесо.

Возникают разные эффекты, как адаптация развала при ходах подвески, так и пассивное подруливание оси. Хорошо настроенная «многорычажка» обеспечивает машине отточенную управляемость при сохранении высокой плавности хода.

Недостатки те же – сложность, цена, частое обслуживание, трудности с компоновкой.

Пневматическая

Любая подвеска может быть пневматической, поскольку это касается исключительно упругих элементов, в роли которых выступают пневмобаллоны. По характеристикам они работают более точно, чем пружины и, тем более рессоры, одновременно позволяя реализовать другие функции.

Такими упругими элементами можно управлять, оперативно изменяя в них давление. Это позволит изменять клиренс и жёсткость подвески, адаптируя её к разным дорогам.

Теряя при этом в надёжности, затратам на оборудование и ремонт. Поэтому пневматика применяется только на относительно дорогих автомобилях, обычно в сочетании с регулируемыми электроникой амортизаторами.

Гидравлическая

Если добавить к пневмобаллону отделённую мембраной полость с закачиваемой туда жидкостью, то становится возможным объединить в одном блоке амортизаторы, пневмоподвеску и возможность расширенного регулирования характеристик.

Это позволит изменять клиренс, исключать клевки кузова, менять жёсткость и точно отслеживать все неровности. Конструкция получается настолько же эффективной, насколько дорогой, ненадёжной и сложной в эксплуатации.

Применяется редко и только на премиальных или достаточно экзотических автомобилях.

Торсионная

Разновидность любой подвески, где в качестве упругого элемента применён скручивающийся стержень из пружинной стали или пакета листов. Используется там, где конструктивно проще компоновать торсионы, чем пружины или рессоры.

Имеет довольно ограниченное применение, поскольку принципиальными преимуществами не располагает.

Электромагнитная

Под этим термином объединяется целый ряд подвесок, использующих преобразование магнитных свойств материалов под воздействием электрического тока. От линейных электродвигателей до управляемых амортизаторов.

Общее свойство одно – безынерционность, а значит возможность мгновенной реакции на внешние воздействия. Применяя компьютеры и всевозможные датчики можно заставить подвеску идеально точно отслеживать дорогу, сохраняя положение кузова неизменным.

Хотя рабочие экземпляры уже есть, даже имеются тюнинговые комплекты для серийных машин, широкое применение этой самой перспективной подвески ещё впереди.

Спортивная

В зависимости от категории автоспорта спортивной может быть любая подвеска. От внедорожной с огромными ходами до шоссейно-кольцевой, где перемещение колёс измеряется миллиметрами.

Тип push-rod и pull-rod

Типично гоночные разновидности подвесок, где упругие элементы сосредоточены в центре кузова, а усилие на них передаётся через тянущие (pull) или толкающие (push) штанги. Сам направляющий аппарат обычно двухрычажного типа.

Решаются очень специфические задачи, стоящие перед конструкторами гоночных «формул», то есть машин с открытыми колёсами. Там просто негде ставить обычные пружины с аэродинамической или компоновочной точек зрения. Какой тип штанги лучше – не знает никто, сами конструкторы иногда раз в несколько лет меняют своё мнение.

В каких машинах неубиваемая подвеска

Понятие неубиваемости можно рассматривать по-разному. Это и прочность, и энергоёмкость, и качество изготовления. Неубиваемой можно считать практически любую подвеску серьёзных внедорожников.

Например, Toyota Land Cruiser конца 20 века, когда этому качеству уделялось большое внимание, а сами подвески были отработаны многолетним производством.

Или другой пример – Renault Logan, точнее все машины на платформе «B0». Их подвески специально разрабатывались под страны третьего мира и с задачей справились успешно.

То же можно сказать о старых седанах Mercedes, сделанных во времена заботы о долговечности ходовой на любых дорогах мира. И совсем уж спорный пример – любые машины, разработанные в СССР. Достаточно ознакомиться с условиями, в которых эти автомобили проходили государственные испытания.

Но сейчас такой задачи перед автостроителями уже не стоит. Проще отремонтировать, чем закладывать большой запас прочности и долговечности.