Ходовая часть автомобиля

1. Назначение, характеристика, устройство  и принцип действия ходовой  части.

 Назначение:

Подвеска  автомобиля предназначена для обеспечения упругой связи между колесами и кузовом автомобиля за счет восприятия действующих сил и гашения колебаний. Подвеска входит в состав ходовой части автомобиля.

Общее устройство:

• направляющий элемент;
• упругий элемент;
• гасящее устройство;
• стабилизатор поперечной устойчивости;
• опора колеса;
• элементы крепления.

Направляющие элементы обеспечивают соединения и передачу сил на кузов автомобиля. Направляющие элементы определяют характер перемещения колес относительно кузова автомобиля. В качестве направляющих элементов используются всевозможные рычаги: продольные, поперечные, сдвоенные и др.

Упругий элемент воспринимает нагрузки от неровности дороги, накапливает полученную энергию и передает ее кузову автомобиля. различают металлические и неметаллические упругие элементы. Металлические упругие элементы представлены пружиной, рессорой и торсионом.

В подвесках легковых автомобилей  широко используются витые пружины, изготовленные из стального стержня круглого сечения. Пружина может иметь постоянную и переменную жесткость. Цилиндрическая пружина, как правило, постоянной жесткости. Изменение формы пружины (применение металлического прутка переменного сечения) позволяет достичь переменной жесткости.

Листовая рессора применяется на грузовых автомобилях.

Торсион представляет собой металлический упругий элемент, работающий на скручивание.

К неметаллическим относятся резиновые, пневматические и гидропневматические упругие элементы. Резиновые упругие элементы (буферы, отбойники) используются дополнительно к металлическим упругим элементам.

Работа пневматических упругих элементов основана на упругих свойствах сжатого воздуха. Они обеспечивают высокую плавность хода и возможность поддержания определенной величины дорожного просвета.

Гидропневматический упругий  элемент представлен специальной камерой, заполненной газом и рабочей жидкостью, разделенных эластичной перегородкой.

Гасящее устройство (амортизатор) предназначено для уменьшения амплитуды колебаний кузова автомобиля, вызванных работой упругого элемента. работа амортизатора основана на гидравлическом сопротивлении, возникающем при протекании жидкости из одной полости цилиндра в другую через калибровочные отверстия (клапаны).

Различают следующие конструкции  амортизаторов: однотрубные (один цилиндр) и двухтрубные (два цилиндра). Двухтрубные амортизаторы короче однотрубных, имеют большую область применения, поэтому шире используются на автомобиле.

Схема однотрубного газонаполненного амортизатора

1. клапан сжатия    
2. разделительный поршень
3. газовая полость
4. клапан отдачи
5. поршень
6. полость с рабочей жидкостью
7. шток поршня

 

 

 

У однотрубных амортизаторов рабочая  и компенсационная полости расположены  в одном цилиндре. Изменение объема рабочей жидкости, вызванные температурными колебаниями, компенсируются за счет объема газовой полости.

 

 

 

 

 

Схема двухтрубного газонаполненного амортизатора

1. газовая полость
2. компенсационная полость
3. полости рабочего цилиндра
4. донные клапаны
5. поршневые клапаны
6. поршень
7. цилиндр
8. корпус
9. шток поршня

 

 

Двухтрубный амортизатор включает две, расположенные одна в другой, трубы.

Внутренняя труба образует рабочий  цилиндр, а внешняя - компенсационную  полость.

 

В ряде конструкций амортизаторов  предусмотрена возможность изменения  демпфирующих свойств:

• ручная регулировка клапанов перед установкой амортизатора на автомобиль;
• применение электромагнитных клапанов с изменяемой площадью калибровочных отверстий;
• изменение вязкости рабочей жидкости за счет воздействия электромагнитного поля.

 

В отличие от амортизаторов, стойки - значимая структурная часть подвески. Стойки выполняют два важные задачи. Во-первых, они действуют как демпфер при сжатии и расширении пружин. Во-вторых, стойки оказывают структурную поддержку для подвески автомобиля, поддерживают пружину и держат ровно колеса машины.

 

Стабилизатор поперечной устойчивости противодействует увеличению крена при повороте за счет перераспределения веса по колесам автомобиля. Стабилизатор представляет собой упругую штангу, соединенную через стойки с элементами подвески. Стабилизатор может устанавливаться на переднюю и заднюю ось.

 

Опора колеса (для передней оси - поворотный кулак) воспринимает усилия от колеса и распределяет их на другие элементы подвески (рычаги, амортизатор).

 

Элементы  подвески соединяются между собой  и с кузовом автомобиля с помощью элементов крепления. В подвеске используются, в основном, три вида креплений:

• жесткое болтовое соединение;
• соединение с помощью эластичных элементов (резино-металлические втулки, сайлент-блоки);
• шаровой шарнир (шаровая опора).

Эластичные элементы используются для присоединения элементов подвески к кузову и в отдельных случаях к опоре колеса. Соединение с кузовом осуществляется через подрамник. Эластичные элементы гасят вибрации определенной частоты и, тем самым, снижают уровень шума в подвеске.

 

Шаровой опорой называется вид шарнирного соединения, который за счет степени свободы обеспечивает правильную геометрию поворота ведущих колес. Шаровая опора устанавливается на нижнем рычаге передней подвески, а также на конце тяги рулевого механизма. Для удобства эксплуатации шаровые опоры делают съемными.

Типы подвесок автомобиля

Зависимая подвеска

Зависимая подвеска объединяет колеса жесткой балкой, и образует так называемый мост автомобиля. Перемещение одного из колес в поперечной плоскости передается другому колесу. Зависимая подвеска вследствие своей простоты имеет высокую надежность.

Зависимая подвеска представляет собой  жесткую балку, связывающую между  собой правое и левое колеса. В  совокупности она образует неразрезной  мост. Отличительной особенностью зависимой  подвески является передача перемещения  одного из колес в поперечной плоскости  другому колесу (зависимость колес).

В настоящее время зависимая  подвеска применяется на некоторых  моделях внедорожников, коммерческих автомобилях, а также малотоннажных  грузовых автомобилях. Зависимая подвеска используется в основном в качестве задней подвески, реже – на передней оси автомобиля.

Основными видами зависимой подвески являются:

• подвеска на продольных рессорах;
• подвеска с направляющими рычагами.

 

 

 

 

Схема зависимой подвески на продольных рессорах

На примере задней подвески автомобиля Dodge Ram (2010)

1. рессора;
2. хомут;
3. балка моста;
4. амортизатор;
5. стремянка;
6. эластичная опора;
7. ступица колеса;
8. качающаяся серьга

 

Устройство зависимой  подвески на продольных рессорах включает балку моста, подвешенную на двух продольных рессорах. Рессора состоит из одного или нескольких металлических листов овальной формы, скрепленных между собой. Соединение рессоры с балкой моста осуществляется с помощью специальных хомутов – стремянок. Концы рессоры крепятся к раме (несущему кузову) автомобиля посредством кронштейнов, один из которых (качающаяся серьга) имеет возможность продольного перемещения, другой (эластичная опора) снижает вибрации.

Продольная рессора воспринимает усилия в вертикальном, продольном и боковом направлениях, а также тормозной и реактивный моменты. Поэтому в подвески она выполняет функции упругого элемента, направляющего элемента, а в некоторых случаях и гасящего устройства (гашение колебаний за счет трения между листами рессоры).

Основным недостатком зависимой  подвески на продольных рессорах является слабое противодействие боковым  и продольным силам на больших  скоростях, что приводит к смещению (уводу) моста и потере управляемости.

 

 

 

 

 

 

 

 

Схема зависимой подвески с направляющими  рычагами

На примере задней подвески автомобиля Dodge Ram (2009)

1. витая пружина;
2. верхний продолльный рычаг;
3. нижний продольный рычаг;
4. балка моста;
5. амортизатор;
6. ступица колеса;
7. стабилизатор поперечной устойчивости;
8. поперечный рычаг (тяга Панара)

Данного недостатка лишена зависимая подвеска с направляющими рычагами. Самая распространенная схема данного вида зависимой подвески объединяет пять рычагов – четыре продольных и один поперечный. Рычаги одной стороной закреплены на балке моста, другой – на раме (несущем кузове) автомобиля.

Рычаги обеспечивают восприятие вертикальных, продольных и боковых усилий. В  качестве упругого элемента используется, как правило, витая пружина. Гасящее  устройство – амортизатор.

Поперечный рычаг препятствует смещению оси автомобиля от воздействия боковых  сил. Рычаг носит собственное  имя – тяга Панара. Конструктивно тяга Панара может быть выполнена сплошной или разрезной. Разрезная (регулируемая) тяга Панара, помимо основной функции, позволяет изменять положение (высоту) моста относительно кузова, путем регулирования длины.

Тяга  Панара в силу своей конструкции по разному работает при прохождении автомобилем правых и левых поворотов, чем создает определенные проблемы с управляемостью. Более совершенными устройствами, обеспечивающими равномерное противодействие боковым силам в зависимой подвеске, являются:

• механизм Уатта;
• механизм Скотта-Рассела.

Механизм Уатта (в другой транскрипции - механизм Ватта) состоит из двух горизонтальных рычагов, шарнирно прикрепленных к концам вертикального рычага. Вертикальный рычаг, в свою очередь, закреплен в центре балки моста и имеет возможность вращения. Неравномерность движения в поворотах, присущая тяге Панара, в механизме Уатта компенсируется поворотом вертикального рычага.

  Механизм Скотта-Рассела объединяет два рычага - длинный и короткий. Длинный рычаг одним концом шарнирно соединен с кузовом автомобиля, другим – с балкой моста. Короткий рычаг связывает среднюю часть длинного рычага с противоположным концом балки моста.

Особенностью механизма Скотта-Рассела  является возможность некоторого перемещения  длинного рычага за счет эластичного  крепления к балке моста, чем  достигается улучшение управляемости  и курсовой устойчивости.

Схема подвески Де Дион

1. амортизатор;
2. витая пружина;
3. приводной вал;
4. тормозной диск;
5. дифференциал, закрепленный на раме;
6. задний рычаг;
7. шлицевая муфта;
8. поперечный рычаг;
9. неразрезная балка;
10. верхний рычаг.

Промежуточное положение между зависимой и  независимой подвесками занимает подвеска Де Дион (по имени изобретателя графа Альбера де Диона). Конструктивно подвеска Де Дион включает подпружиненную неразрезную балку. При этом дифференциал жестко закреплен на раме (несущем кузове) и в состав моста не входит. Передача вращения на ведущие колеса осуществляется через качающиеся ведущие валы. Тормозные механизмы устанавливаются непосредственно на выходах дифференциала.

При такой  компоновке неподрессоренными остаются только ступицы колес и сами колеса, что способствует плавности хода и безопасность движения автомобиля. Ввидувысокой стоимости подвеска Де Дион применяется достаточно редко, в основном на спортивных автомобилях.

 

Независимая подвеска

 

В независимой подвеске связь между колесами отсутствует. Колеса перемещаются в поперечной плоскости независимо друг от друга, чем достигается значительное снижение неподрессоренных масс и повышение плавности хода. На современных легковых автомобилях независимая подвеска используется в качестве основной конструкции передней и задней подвесок.