Подвеска соединяет раму или кузов с агрегатами ходовой части, воспринимает динамические нагрузки со стороны дороги, обеспечивает плавность хода автомобиля.
К подвескам предъявляют следующие требования: обеспечение оптимальных частоты колебаний кузова и амплитуды затухания колебаний; противодействие крену автомобиля при повороте, разгоне и торможении; стабилизация углов установки направляющих колес, соответствие кинематики колес при повороте кинематике рулевого механизма, простота устройства и технического обслуживания, надежность.
Составные части подвески: упругие элементы, направляющие устройства, амортизаторы. В автомобиле различают подрессоренные массы: кузов (раму) и все, что к нему крепится, и неподрессоренные массы: колеса, некоторые части подвески
Упругие элементы воспринимают и гасят динамические нагрузки со стороны дороги. Различают рессорные (листовые, витые пружинные, торсионные), пневматические (резинокордные баллоны, диафрагменные, комбинированные), гидропневматические и резиновые (работают на кручение или сжатие) упругие элементы
Направляющее устройство воспринимает продольные и боковые силы и моменты. Схема направляющего устройства определяет зависимую и независимую подвески.
При независимой подвеске каждое колесо может совершать колебания независимо от других. Такую подвеску чаще всего применяют при разрезном мосте в легковых автомобилях и автомобилях высокой проходимости.
Зависимая подвеска передает через мост колебания одного колеса другому. Эту подвеску применяют для двух- и многоосных грузовых автомобилей и прицепов. Зависимые балансирные подвески подрессоривают два близкорасположенных моста.
Амортизаторы поглощают энергию колебаний рессор, кузова и колес. Различают гидравлические, газонаполненные и комбинированные амортизаторы. По конструктивному исполнению они бывают рычажные и телескопические.
Плавность хода определяется частотой и амплитудой колебаний кузова (рамы). Для получения хорошей плавности хода собственная частота колебаний подрессоренной массы должна быть минимальная.
2. Зависимая подвеска
На грузовых автомобилях и в качестве задней подвески на легковых автомобилях применяют зависимую подвеску (рис. 1,а). В этом случае передний мост подвешен к лонжеронам рамы на двух рессорах 2 при помощи кронштейнов 1 и серег 5. Упругими элементами в такой подвеске служат продольные полуэллиптические рессоры, собранные из выгнутых стальных листов разной длины (чем выше расположен лист, тем он длиннее). В загнутые ушки самого длинного (коренного) листа запрессовывают втулки, через которые проходят рессорные пальцы, шарнирно соединяющие рессору с кронштейном 1 и серьгой 5. Листы стянуты между собой и связаны с мостом стремянками б. Через стремянки, рессоры и шарниры в кронштейнах 1 силы от колес при движении автомобиля передаются раме. Хомуты З препятствуют сдвигу отдельных листов
в боковом направлении. Перемещения моста при зависимой подвеске определяются перемещениями колес в поперечной плоскости.
Рис. 1. Подвески:
а - зависимая; б - независимая шкворневая; в -независимая бесшкворневая;
1 - кронштейн; 2 -рессора; 3 - хомут; 4 - балка переднего моста; 5 - серьга; 6 -стремянка; 7 и 12 - рычаги; 8 - пружина; 9 - шкворень; 10 - поворотный кулак; 11 - поворотная стойка; 13 - поперечина подрамника
3. Независимая подвеска
Колебание одного из колес моста при независимой подвеске не вызывает колебаний другого колеса. Обычно такую подвеску используют для передних колес легковых автомобилей. При этом каждое колесо отдельно от другого соединяется с кузовом ила рамой.
Различают шкворневую и бесшкворневую независимые подвески. В подвеске первого типа (рис. 1,б) к поперечине 13 подрамника шарнирно прикреплены рычаги 7 и 12, концы которых также шарнирно соединены со стойкой 11. На стойке при помощи шкворня 9 укреплен поворотный кулак 10 колеса. Рычаги 7 и 12 и стойка 11 подвески образуют направляющее устройство подвески, служащее для передачи сил от колеса раме. Упругим элементом является пружина 8, установленная между нижними рычагами 7 и поперечиной 13 подрамника.
Бесшкворневая подвеска (рис. 1, в) также состоит из верхнего 12 и нижнего 7 рычагов и пружины 8. В отличие от шкворневой подвески у нее поворотная стойка 11 непосредственно прикреплена к поворотному кулаку 10 и шарнирно соединена шаровыми пальцами с верхним и нижним рычагами подвески. При
такой конструкции меньше масса неподрессоренных частей и меньше силы, действующие в шарнирах стойки.
4. Упругие элементы подвесок
Наиболее распространены листовые рессоры. Они просты в изготовлении и ремонте. В них нет рычажных направляющих приспособлений в отличие от пружинных и торсионных рессор. Листовые рессоры бывают трех типов (рис. 1): полуэллиптические (а), кантилеверные (б) и четвертные (в). Форма набора листов соответствует эпюре изгибающих моментов.
Листовая рессора состоит из коренного листа, который соединен с рамой, и притянутых к нему хомутами остальных листов. Перед сборкой листы имеют разную кривизну. Продольное смещение листов ограничивают выступы, которые входят в углубления смежного листа, или центральный стяжной болт. Для снижения трения на листы наносят слой графитовой смазки или размещают между ними неметаллические прокладки. Сечение рессор бывает прямоугольным, Т-образным или трапецеидальным. Последние обладают лучшими свойствами.
Рессору крепят к мосту стремянками с накладками, один конец коренного листа крепят к кузову шарнирно, а другой через серьгу. Применяют также крепление рессор на резиновых подушках. Такое крепление не требует смазки и снижает скручивание рессоры при перекосе рамы.
Спиральные рессоры (пружины) применяют на легковых автомобилях при независимой подвеске колес. Цилиндрические пружины имеют линейную характеристику, а конические — прогрессивную.
Торсионы представляют собой вал или пучок валов, скручивающийся во время воздействия дороги на подвеску. Их применяют при независимой подвеске колес многоосных автомобилей, в прицепах и малолитражных автомобилях. Энергия упругой деформации торсионов в 2...3 раза больше, чем у листовых рессор.
Упругие пневматические элементы наиболее часто применяют на автомобилях с меняющейся подрессоренной массой (автобусах, контейнеровозах, трейлерах и т. п.). Характеристика пневматической подвески нелинейная, параметры которой можно менять за счет изменения давления воздуха. Высокая плавность хода может быть получена при относительно малых перемещениях масс кузова и неподрессоренной части. Меняя давление воздуха, можно регулировать положение кузова относительно дороги, а при независимой подвеске — дорожный просвет.
Баллонные и диафрагменные упругие элементы (рис. II) изготовляют из двухслойных резинокордных оболочек. Для корда используют капрон или нейлон, для наружного слоя баллона — маслобензостойкую резину, для внутреннего слоя — каучук. Для баллонов (рис. II, а) характерна высокая герметичность. Однако для работы с ними на низкочастотных колебаниях применяют дополнительные резервуары. Применяя диафрагменные и рукавные элементы (рис. II, б, в, г), можно получить низкую собственную частоту подвески. Для работы этих элементов требуется меньший объем воздуха. Однако вследствие трения их оболочки о поршень они быстрее изнашиваются.
Гидропневматические элементы телескопического типа передают давление газовой подушке через жидкость. Эти устройства компактнее пневматических, так как работают при давлении до 20 МПа.
Направляюйще устройства
Направляюйще устройства определяются схемой подвески. При зависимой подвеске (рис. а) оба колеса жестко соединены с балкой моста. При изменении положения одного из колес по высоте меняется угол. В этом случае при вращении колеса возникает гироскопический эффект, стремящийся вернуть ось в предыдущее положение, что приводит к износу шин и осей.
При независимой подвеске (рис. б...д) каждое колесо подрессорено отдельно. При однорычажной подвеске (рис. б) в системе также действует гироскопический эффект. При двухрычажной подвеске параллелограммной (рис. в) и трапециевидной с рычагами разной длины (рис. г) углового перемещения колеса нет, но возникает боковое смещение, которое приводит к боковому износу колес.
На легковых автомобилях широко применяют рычажно-телескопическую подвеску качающаяся свеча (рис. д). Она обеспечивает незначительное изменение колеи и развала колес, имеет малую массу, большое расстояние между опорами правого и левого колес, большой ход по высоте.
Балансирные подвески применяют на многоосных автомобилях. Подвески с коротким балансиром используют на полуприцепах и автомобилях с колесной формулой 6 х 2.
Стабилизаторы. При повороте автомобиля под действием центробежной силы кузов накреняется, положение центра масс изменяется, что может привести к опрокидыванию. Для компенсации этого явления подвеска должна иметь угловую жесткость в поперечном направлении, что достигается установкой стабилизаторов. Часто стабилизатор представляет собой торсион, который при наклоне кузова закручивается. На легковых автомобилях стабилизатор устанавливают на переднем мосту и редко — на заднем. Иногда функцию стабилизатора на задней подвеске выполняет U – образная задняя балка (в автомобилях ВАЗ).
Стабилизатор поперечной устойчивости: а — схема; б — стабилизатор автомобиля ГАЗ-24 «Волга»; 1 — штанга; 2 —втулка; 3 —стойка; 4 и 5 — подушки
Амортизаторы
Наибольшие удобства при движении автомобиля достигаются при наличии мягкой подвески. Удары и толчки, которые испытывают колеса автомобиля при движении по неровной дороге, передаются на раму тем меньше, чем мягче рессоры. Чем длиннее рессора и чем больше листов меньшей толщины в нее входит, тем она мягче. Но мягкие рессоры обладают существенным недостатком — их колебания, имеющие большую амплитуду, затухают очень медленно. Колебания рессор гасятся благодаря трению между их листами. Для более быстрого гашения собственных колебаний рессор и повышения их долговечности на автомобиле устанавливают специальные устройства, называемые амортизаторами. Амортизаторы гидравлического типа ставят на всех легковых автомобилях и на большинстве грузовых.
Сопротивление колебательным движениям рамы в гидравлическом амортизаторе создается при перекачивании жидкости через небольшие отверстия в его корпусе. При увеличении скорости относительных перемещений оси и рамы резко возрастает сопротивление амортизатора. Амортизаторы заполняют специальной жидкостью, вязкость которой мало изменяется в зависимости от температуры окружающей среды.
Колебания рамы можно представить состоящими из двух следующих движений: хода сжатия рессоры, когда рама и мост сближаются; хода отдачи, когда рама и мост расходятся.
Амортизатор одностороннего действия гасит колебания лишь во время хода отдачи. Амортизатор двустороннего действия способствует более плавной работе подвески, так как поглощает энергию колебаний как при отдаче, так и при сжатии. Вследствие этого амортизаторы двустороннего действия почти полностью вытеснили амортизаторы одностороннего действия.
Сопротивление, создаваемое амортизатором двустороннего действия, неодинаково при сжатии и отдаче. Сопротивление при сжатии составляет 20 — 25 % сопротивления при отдаче, так как необходимо, чтобы амортизатор гасил в основном свободное колебание подвески при отдаче и не увеличивал жесткость рессор при сжатии. В подвесках легковых автомобилей и автобусов ставят четыре амортизатора, а в подвесках грузовых автомобилей — два (только в передней подвеске).
Рабочий цилиндр 18 (рис.) амортизатора и часть Окружающего его наружного корпуса 17 заполнены жидкостью. Внутри цилиндра помещен поршень 14 со штоком 19, к концу которого приварена проушина 1. Этой проушиной шток амортизатора соединен с рамой или кузовом, а проушиной корпуса — с балкой моста или рычагом колеса. Сверху цилиндр 18 закрыт направляющей 20 штока 19, а снизу — днищем, являющимся одновременно корпусом клапана сжатия. В поршне 14 по окружностям разного диаметра равномерно расположены два ряда отверстий. Отверстия 6 на большом диаметре закрыты сверху тарельчатым перепускным клапаном 5 отдачи. Отверстия на малом диаметре закрыты снизу дисками клапана 7 отдачи, поджатого пружиной 8.
В нижней части цилиндра 18 запрессован корпус клапана сжатия, состоящий из тарельчатого перепускного клапана 9 сжатия, дисков клапана 10 сжатия и пружины 11. В корпусе клапана сжатия, аналогично клапану отдачи, имеются два ряда отверстий, расположенных по окружностям большого и малого диаметра. Отверстия 13 на большом диаметре закрыты сверху перепускным клапаном 9, а отверстия на малом диаметре закрыты снизу дисками клапана 10 сжатия. Для работы амортизатора большое значение имеет герметичность его полостей. Поэтому верхний конец штока уплотнен резиновыми сальниками.
Во время плавного хода сжатия рессоры в случае наезда колеса на небольшое препятствие шток и поршень, опускаясь вниз, вытесняют основную часть жидкости из пространства под поршнем в пространство над поршнем через перепускной клапан 5 отдачи, имеющий слабую пружину и незначительное сопротивление. При этом часть жидкости, равная объему штока, вводимого в рабочий цилиндр, через калиброванные отверстия клапана 10 сжатия перетекает в полость резервуара. Сопротивление хода сжатия в основном пропорционально квадрату скорости перетекания жидкости.
При резком ходе сжатия и большой скорости движения поршня под действием возросшего давления жидкости клапан сжатия открывается на большую величину, преодолевая сопротивление пружины 11, вследствие чего уменьшается сопротивление перетеканию жидкости.
Во время хода отдачи поршень движется вверх и сжимает жидкость, находящуюся над поршнем. Перепускной клапан 5 закрывается, и жидкость через внутренний ряд отверстий 15 и клапан 7 отдачи перетекает в пространство под
поршнем. Необходимое сопротивление амортизатора создается жесткостью дискового клапана отдачи и его пружиной 8. При этом часть жидкости, равная объему штока, выводимого из цилиндра, через отверстия 13 и перепускной клапан 9 сжатия из полости Б резервуара перетекает в рабочий цилиндр 18. При резком ходе отдачи жидкость открывает клапан 7 отдачи на более значительную величину, преодолевая сопротивление пружины 8.
Сопротивление амортизатора определяется размерами отверстий в корпусах клапанов отдачи и сжатия и усилиями их пружин.
Излишняя мягкость подвески легкового автомобиля может привести к раскачиванию кузова при прямолинейном движении и к поперечным наклонам на поворотах. Для уменьшения этих отрицательных явлений на большинстве легковых автомобилей применены стабилизаторы поперечной устойчивости (рис. 165).
Штанга 1 стабилизатора, выполненная из пружинной стали в виде буквы П, в средней части прикреплена кронштейнами к лонжерону рамы при помощи резиновых втулок 2. Концы штанги через резиновые подушки 4 и 5 и стойки 3 соединены с опорными чашками 16 (см. рис. 155) пружины.
При одновременном подъеме колес штанга свободно провертывается в
Телескопический амортизатор:
1— проушина; 2 — гайка резервуара; 3 — сальник штока; 4 — сальник обоймы; 5 — перепускной клапан отдачи; б —отверстие наружного ряда; 7 — клапан отдачи; 8, 11 и 22 — пружины; 9 — перепускной клапан сжатия; 10 — клапан сжатия; 12 — гайка; 13 — отверстие перепускного клапана; 14 — поршень; /5 — отверстие внутреннего ряда; 16 — поршневое кольцо; /7 — корпус резервуара; 18 — рабочий цилиндр; 19 — шток поршня; 20 — направляющая штока; 21 — сальник; 23 — обойма сальников; 24 — войлочные сальники штока; А — отверстие для слива жидкости в резервуар; Б — полость резервуара