Независимая подвеска своими руками

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 19.09.2024

Переходим от краткого обзора отдельных деталей непосредственно к конструкциям подвесок.

Сразу скажу, что обозреть все виды подвесок нереально в принципе, так как их видов столько-же, сколько существует моделей автомобилей, в каждой конкретной конструкции есть свои нюансы и отличия, поэтому обзор включит в себя основное, базу и примеры, от которых можно будет отталкиваться и понимать, почему сделано именно так, и зачем все это нужно.

Итак, зависимая подвеска, это подвеска с жесткой осью, связывающей колеса на одной оси, основной чертой такой подвески является то, что перемещение одного колеса, вызывает изменение положения противоположного колеса оси. На данный момент времени такой тип подвески используется в грузовом и внедорожном транспорте, в легковых автомобилях его практически не используют, но до начала 21 века его можно было часто встретить в легковых автомобилях.

Существует множество вариантов крепления оси зависимой подвески к кузову автомобиля, самый простой из них - использование рессор, о которых мы уже говорили. Рессоры выгодны тем, что могут воспринимать силы во всех трех направлениях, а также в грузовой технике позволяют распределить нагрузку на кузов или раму автомобиля на две точки крепления рессор.

Однако для улучшения плавности хода в легковых автомобилях, рессоры приходится делать длинными и малолистовыми, что ведет к увеличению восприимчивости боковых сил, негативно влияющих на управление, а также ведет к сильному S-образному изгибу рессор при воздействии тягового или тормозного усилия. Поэтому однолистовые рессоры без дополнительных направляющих элементов могут применяться только на легких автомобилях, как пример - наша "волга".

Помимо этого в подвесках с однолистовыми рессорами под воздействием неравномерного тягового усилия при движении по неровностям, возникают паразитные крутильные колебания, которые усугубляются мягкой подвеской силового агрегата, допускающей его проворот. Амортизаторы не в состоянии гасить эти колебания из-за маленького плеча воздействия на мост, однако если расположить амортизаторы с разных сторон моста, это благоприятно повлияет на его стабилизацию в плоскости вращения. Кроме того, некоторые производители использовали в качестве направляющего элемента стабилизатор поперечной устойчивости, который работая на сжатие и растяжение воспринимал вращающие усилия, а тяговую нагрузку уже воспринимали листы рессор, но уже без S-образного изгиба и паразитных колебаний.

Вместо рессор в качестве упругих элементов можно применять пружины, однако в этом случае придется применять несколько тяг, предназначенных воспринимать продольные и поперечные силы. Как правило это продольные реактивные тяги и поперечная тяга Панара или механизм Уатта. Тяга Панара при работе подвески описывает дугу в точке крепления к кузову, что ведет к некоторому смещению кузова, и смещение это тем больше, чем короче тяга и чем бод бОльшим углом она стоит. Кроме того, при крене кузова изменение положения тяги панара ведет к изменению центра крена и появлению дополнительной силы в точке крепления тяги, которая увеличивает крен, при чем при крене в одну сторону крен увеличивается, а в другую - уменьшается, это основные негативные моменты от использования тяги панара.

Помимо тяги панара, для восприятия боковых сил иногда используют механизм Уатта. Он лишен бОльшей части недостатков тяги Панара, не вызывает боковых смещений оси при работе подвески, имеет две точки крепления к кузову, маятник-же крепится к центру оси.

Однако возможна зеркальная установка, при которой маятник крепится к кузову, а штанги к концам оси, такую схему в настоящее время можно увидеть как вспомогательную в полузависимой подвеске Opel Astra J

Расположением тяги Панара также можно влиять на подруливание задней подвески в сторону избыточной либо недостаточной поворачиваемости. Например, если тяга Панара установлена за осью, при боковых нагрузках, за счет податливости резиновых шарниров рычагов и тяг, тяга Панара немного доворачивает ось в сторону поворота, тем самым смещая поворачиваемость в сторону недостаточной. На иллюстрации из умной книги присутствует ошибка, поправил красным.

Данный эффект доворота может быть изменен косым расположением нижних рычагов, в таком случае при смещении оси внешний относительно центра поворота рычаг слегка отжимает мост назад, а внутренний - подтягивает вперед, таким образом удается сместить баланс поворачиваемости в сторону избыточной и в сумме получить нейтральную поворачиваемость. Пример такого решения - задняя подвеска opel Rekord E

Также это работает и в зеркальном исполнении, при расположении тяги панара перед осью, она начинает способствовать избыточной поворачиваемости, что благоприятно компенсирует недостаточную поворачиваемость переднеприводных автомобилей. Кроме того, в переднеприводных автомобилях появляется возможность установить верхние реактивные тяги в направлении задней части машины, тем самым сформировав механизм Уатта, это позволяет мосту не смещаться в продольном направлении при работе подвески и и двигаться строго вертикально, кронштейны крепления тяг в этом случае устанавливаются соосно тяге Панара.

В заднем приводе такая кинематическая схема практически не используется, так как мост при работе подвески будет проворачиваться, что неблагоприятно скажется на работе крестовин карданного вала и вызовет волнообразную передачу крутящего момента в крайних положениях подвески, что повлечет за собой быстрый износ и повышенную вибрацию.

При изменении длины и взаимного расположения продольных рычагов, возможно кинематически доворачивать мост в сторону недостаточной поворачиваемости, так как при крене автомобиля рычаги подтягивают наружную от поворота сторону балки вперед.

Таким образом можно опять-же взаимокомпенсировать воздействие элементов на поворот оси влияющего на управляемость, так, мы уже видели в примере опель рекорд, а теперь посмотрим на подвеску мазды RX-7, где все сделано наоборот, но с той-же целью - сделать поворачиваемость нейтральной.

Также тягу панара можно и никуда не смещать, дабы вообще убрать довороты задней оси и вместе с рычагами по схеме Уатта полностью исключить активную составляющую из подвески, превратив ее в "тележку", как на сааб 900

Помимо корректирующих управление функций, наклон направляющих рычагов также может задавать продольный центр крена автомобиля, например, на задней оси центр крена должен находиться перед колесом, а на передней оси - позади колеса, тогда вращающий момент и тяговое усилие будут положительно влиять на продольную стабилизацию кузова, при разгоне задняя часть будет стремиться приподняться, а передняя - опуститься, и наоборот при торможении. Однако при изменении загруженности автомобиля и изменении положения рычагов, центр крена может сильно изменять свое положение, что необходимо учитывать при управлении автомобилем. Так, на вышерассмотренном рекорде с номинальной загрузкой центр продольного крена задней оси находится в 40м перед осью, а при полной загрузке - в 0.8м.

Также есть сильно упрощенные типы зависимых подвесок, в которых применяются только два продольных рычага, а восприятие вращающего усилия ложится на амортизаторы, которые для этого имеют дополнительный кронштейн

Также есть вариант, где вращающие силы, возникающие при торможении воспринимает центральная А-образная опора. Кроме того, эта опора также принимает и боковые нагрузки, благодаря чему удалось отказаться от тяги Панара, что позволило поднять центр крена и избавиться от влияния тяги на крен автомобиля, также это позволило исключить боковое смещение подвески при ее работе не прибега к механизму Уатта.

Однако эта схема обзавелась другими коварными недостатками, среди них очень большая нагруженность центральной опоры, ее шарниров и тела балки, а также чувствительность к загрузке автомобиля и изменение характера поведения подвески. Так, подруливающий эффект в такой схеме отсутствует только при условии параллельности продольных тяг дорожному полотну. При малой загрузке, когда точка крепления тяг к кузову находится выше оси колес, проявляется подруливающий эффект в сторону избыточной поворачиваемости, и он тем больше, чем выше эта точка, и наоборот, при просадки точки крепления ниже оси возникает эффект подруливания в сторону недостаточной поворачиваемости, и такое вольное поведение подвески негативно влияет на управляемость, особенно на неровной дороге.

Также встречается использование вместо А-образной опоры - двух косых рычагов, как на форд Таунус

А компания вольво извернулась по-своему, поставив два рычага один на другим, прикрепив их рядом с картером главной передачи и закрепив ответные их концы на специальном треугольном подрамнике, при этом применив тягу Панара. Спорное решение, дорогое и без видимого преимущества над другими схемами. Так как унаследовав недостатки схемы с А-образной опорой, добавились недостатки от применения тяги Панара.

У всех этих типов подвесок есть общий недостаток - изменяющийся центр продольного крена, или находящийся слишком далеко, либо вообще, не с той стороны колеса. Чтобы зафиксировать этот центр крена, была придумана схема зависимой подвески с дышлом. В такой подвеске появился жесткий рычаг, либо труба, в которой проходит карданный вал, который жестко присоединен к картеру редуктора либо к телу балки, и его передний шарнир вынесен практически на один уровень с креплением продольных рычагов. Это позволило зафиксировать центр продольного крена в правильном месте, и убрать возможность его изменения при работе подвески, боковые силы опять-же пришлось возложить на тягу Панара, либо механизм Уатта.

Помимо всего прочего, при помощи дышло удалось полностью устранить слабоконтролируемое подруливание задней подвески при крене кузова, присущее зависимым подвескам с двумя продольными рычагами.

Ну и закончим мы последним вариантом зависимой подвески с дышлом и изогнутой осью, которая на мой взгляд является одним из самых удачных вариантов зависимой подвески, который вплотную приблизился к независимой подвеске на косых рычагах. Здесь есть все плюсы подвески с дышлом, однако отсутствует тяга Панара, ее роль переложили на установленные под углом, а не продольно, продольные рычаги.

Пожалуй закончим изучение независимых подвесок, да и лимит изображений подошел к концу. Иллюстрации использованы из книг И.Раймпеля "Конструкции автомобильных подвесок", это одна из самых толковых книг по этой тематике, а в подвесках за 30 лет революции не произошло, скорее упрощение и примитивизация, поэтому она актуальна по сей день)

Будет-ли следующая часть? Не знаю, если судить по популярности предыдущего поста в 150 плюсов, проще написать коммент про говно из трех слов, или запостить фотку с котом\хачиком, чем весь вечер придумывать и писать удобоваримый текст и искать 20+ приятных иллюстраций, первое более в почете. Второе, наверно почти никому не нужно.

Рейтинг мне вообще не нужен, но я по нему ориентируюсь и делаю выводы, и времени мне просто жалко, сорян)

(Продолжение. Начало в № 10 за 1975 год.)

ОБЕСПЕЧИТЬ ПЛАВНОСТЬ ХОДА И УСТОЙЧИВОСТЬ

Прежде всего выбирается схема подвески. Ее кинематика (движение отдельных звеньев и соответственное перемещение колес) должна способствовать устойчивости автомобиля. Кинематику передней подвески, кроме того, необходимо согласовать со схемой рулевого управления (см. статью пятую), а кинематику задней — с устройством заднего ведущего моста. Одновременно определяют тип пружинящего элемента подвески — листовые рессоры, витые пружины, скручиваемые стержни (торсионы), резиновые блоки. Затем жесткость подвески. При этом учитывают жесткость шин, в первую очередь внутреннее давление в их камерах, величину трения в выбранной системе подвески. Наконец, устанавливают тип амортизаторов и, если нужно, стабилизаторов поперечной устойчивости.

Рис. 1. Рекомендуемые схемы подвесок.

Задняя подвеска грузового мотороллера (инвалидной мотоколяски)

Задняя подвеска автомобиля ЗАЗ.

Передняя подвеска автомобиля ВАЗ.

Задняя подвеска автомобиля ВАЗ.

Рис. 2. Наиболее распространенные конструкции пружинных подвесок.

Качающимся рычагам придают в плане форму треугольника, чтобы передавать на раму или несущий кузов толкающие и тормозные усилия, действующие в продольном направлении.

Ход подвески вверх выбирают таким, чтобы соприкосновение моста или качающегося рычага с подрессоренными частями автомобиля было возможно только при нагрузке рессоры (пружины), в полтора-два раза большей, чем нормальная. Ход подвески вниз принимают таким же или несколько большим. Ограничителями хода служат устанавливаемые на раме, кузове или рычагах подвески резиновые буфера.

Точки крепления подвесок к балке, раме или кузову лучше располагать как можно выше; этим достигается уменьшение крена кузова на повороте. Высокое крепление подвески, а также установка телескопических амортизаторов под большим наклоном позволяют обойтись без стабилизатора поперечной устойчивости.

Для уменьшения износа шин и повышения устойчивости автомобиля очень важны точная установка колес, сохранение этой установки на длительный срок и минимальные изменения колеи при работе подвески. Переднюю подвеску целесообразно смонтировать на особой балке, хорошо отрегулировать, а затем вместе с балкой крепить на раму или кузов. Регулировка осуществляется прокладками в точках крепления качающихся рычагов. Разрабатывая чертеж кинематики подвески, следует обратить внимание на возможно меньшие отклонения колес от номинальной величины колеи. Обычно при этом возникает необходимость в сокращении хода подвески.

Рис. 3. Подвеска с поперечными листовыми рессорами.

Рис. 4. Схема параллелограммной подвески.

Рис. 5. Подвеска с осью качания рычага

Рис. 6. Подвески с одной поперечной рессорой.

Вряд ли самодеятельный автостроитель будет производить по всем правилам расчет подвески. Но он должен хотя бы опытным путем проверить ее характеристику, прежде чем ставить на автомобиль.

Жесткость подвески определяется по количеству килограммов, необходимых для ее сжатия на 1 см. С учетом того, что на задние колеса, как правило, Приходится большая нагрузка, чем на передние, жесткость задней подвески микроавтомобиля выбирают равной 35— 60 кг/сгл, а передней — 25—35 кг/см.

С некоторым приближением жесткость самих листовых рессор можно считать равной жесткости подвески в целом. Нагружая рессору во время опыта приходящейся на нее частью расчетной массы автомобиля и замеряя ее прогиб, проверяют жесткость. Если нужно, добавляют или удаляют листы.

Поперечные рессоры — обычно двухушковые, продольные могут быть и одноушковыми. Второй лист должен быть распространен на всю длину рессоры и может даже частично охватывать ушки. При независимой подвеске применяют обычно две поперечные рессоры или одну и качающиеся рычаги сверху или снизу (рис. 6), причем для задней подвески этого тина необходимы продольные или направленные под углом реактивные штанги для передачи толкающих усилий.

Длина задних продольных листовых рессор обычно составляет 40—45% длины базы, поперечные делают возможно более длинными, в пределах колесной колеи. Ширина листа рессоры для маленького автомобиля 40—50 мм, толщина главного листа около 5 мм. Рессора из многих тонких листов мягче, чем рессоры из немногих толстых.

Из конструкции зависимой подвески напрямую следуют одновременно ее главный недостаток и некоторое преимущество: недостаток заключается в том, что при наезде одного колеса оси на неровность наклоняется и другое колесо оси, что снижает комфорт передвижения и равномерность сцепления колес с поверхностью, а преимущество – в том, что при движении по ровной дороге колеса, жестко закрепленные на оси, не меняют своего вертикального положения при прохождении поворотов, что обеспечивает равномерное и постоянное сцепление с поверхностью.

Однако недостатки зависимой подвески на этом не заканчиваются. Кроме зависимости колес друг от друга, распространение такой подвески в современных легковых автомобилях было сведено к нулю из-за больших неподрессоренных масс, а также необходимости сильно поднимать пол автомобиля для обеспечения полноценной артикуляции подвески, особенно в случае с ведущим мостом.

Говоря о зависимой подвеске, стоит отметить несколько важных фактов. Во-первых, зависимая подвеска в современных автомобилях практически не встречается на передней оси – там ее вытеснила более совершенная, легкая и удобная схема МакФерсон. На улицах еще можно встретить автомобили с мостом спереди – но это либо старые полноприводные внедорожники с двумя ведущими мостами, либо грузовики и автобусы. Таким образом, говоря о зависимой подвеске при выборе современного автомобиля, мы имеем в виду ее применение на задней оси.

Во-вторых, зависимая подвеска может быть разной конструкционно и присутствовать как на ведущей, так и на ведомой задней оси. В первом случае это мост, подвешенный на продольных рессорах или продольных направляющих рычагах: такая схема еще встречается на некоторых современных внедорожниках и пикапах. Во втором случае – это задняя балка, которая применяется на недорогих переднеприводных автомобилях. Иногда в конструкции такой балки применены торсионы, работающие на скручивание, и речь идет о так называемой полузависимой балке – но конструктивно это все та же зависимая подвеска с несколько иным принципом работы.

Независимая подвеска – это такая подвеска, в которой колеса одной оси не связаны друг с другом, и изменение положения одного колеса не оказывает влияния на другое.

В противовес зависимой подвеске, одним из основных преимуществ независимой является именно то, что при наезде одного колеса на неровность другое не меняет своего положения. Эта независимость работы подвесок на разных сторонах оси обеспечивает больший комфорт и более равномерное сцепление с поверхностью при прохождении неровностей. Кроме того, независимая подвеска обеспечивает меньшие неподрессоренные массы, а также позволяет работать над их уменьшением за счет изменения конфигурации и материалов изготовления элементов подвески – к примеру, алюминиевые рычаги на сегодняшний день являются довольно популярным способом снижения неподрессоренных масс у дорогих автомобилей. Один из недостатков – то, что параметры положения колеса вроде развала, схождения и ширины колеи могут меняться при работе подвески.

Конструктивных вариаций независимых подвесок существует намного больше, чем зависимых – за многие годы были разработаны схемы на продольных, косых и поперечных рычагах, многорычажные, пневматические, гидропневматические и активные подвески, и даже вариации с магнитореологическими амортизаторами, заполненными ферромагнитной жидкостью, изменяющей свои свойства под воздействием магнитного поля. Однако принципиальные цели разработки всех этих конструкций остались теми же, что и раньше: это обеспечение максимального комфорта при передвижении, стабильности в поведении автомобиля и улучшения его управляемости.

Зависимая подвеска более проста по конструкции и, соответственно, ее обслуживание будет более простым и дешевым, а ремонт ей, скорее всего, потребуется позже, чем независимой у автомобилей в одной ценовой категории. Однако, выбирая простоту и надежность, придется смириться с чуть меньшими комфортом и управляемостью. Отдельно стоит упомянуть внедорожники: в случае выбора автомобиля высокой проходимости зависимая мостовая подвеска (как минимум, сзади) является практически безальтернативным выбором.

Независимая подвеска имеет более сложную конструкцию – это означает, что с одной стороны, она обеспечит больший комфорт и более азартную управляемость, но при этом ее ресурс, скорее всего, окажется пониже, а ремонт не ограничится заменой пары сайлентблоков. Но, справедливости ради, стоит отметить, что ремонт и обслуживание многорычажных подвесок популярных автомобилей в настоящее время не является чем-то запредельно сложным или дорогим.

Таким образом, если вы готовы немного переплатить за больший комфорт, а сценарий использования автомобиля – преимущественно городской или по хорошим дорогам, то оптимальным выбором станет независимая подвеска. Если же при выборе машины вы стремитесь к максимальной экономичности в ремонте и обслуживании, или автомобиль будет эксплуатироваться в жестких условиях, где ресурс подвески приоритетнее комфорта и управляемости, то стоит предпочесть более простую зависимую подвеску.

Упругое устройство стабилизирует положение кузова с помощью пружин или торсионов. Конструкцию часто применяют на автомобилях с передним приводом. Продольные рычаги одной стороной крепятся к кузову, другой – к колесам машины.

В машине ходовая часть выполняет функцию по гашению ударов от неровностей дороги. Независимая подвеска легкового автомобиля обеспечивает хорошую управляемость на высоких скоростях. Но сложная пружинная конструкция требует дорогого обслуживания и ремонта.

Независимая подвеска

В современных марках машин устройство гашения колебаний работает отдельно на каждом колесе. Наезд автомобиля на препятствие одной стороной, в принципе, не оказывает большого воздействия на кузов. Независимая подвеска эффективно работает, что означает полное гашение вибрации и толчков от неровностей дороги.

Сложная конструкция устройства состоит из целого списка элементов, которые согласованно участвуют в поддержании устойчивого положения кузова авто в движении.

Что лучше – зависимая или многорычажная подвеска

Назначение любого пружинного устройства – защита кузова машины от внешних ударов неровностей дороги по передним и задним колесам. Хорошо выполняет эту работу многорычажка – сложная упругая конструкция. Зависимая подвеска проще и дешевле полунезависимой. Но в современных машинах это устройство практически не применяют.

Разные виды многорычажной или полунезависимой ходовой части легкового автомобиля или грузовика имеют как достоинства, так и недостатки.

Преимущество полузависимой подвески – в малом весе, хорошей управляемости и бесшумной работе. Это означает плотное сцепление с дорожным покрытием даже на больших скоростях.

Достоинства же зависимой передней или задней подвески грузовой или легковой машины – в простой долговечной конструкции и надежности.

Типы независимых подвесок

Расположение и соединение в систему целого списка деталей демпфирующего устройства зависит от вида ходовой автомобиля. Основное назначение – гашение толчков, колебаний кузова и удержание курсовой устойчивости.

Список видов независимых передних и задних подвесок:

качающиеся полуоси;
продольные, косые и двойные поперечные рычаги;
многорычажка.

Подвеска с качающимися полуосями

В старых отечественных марках машин ходовая часть обеспечивает вертикаль оси колес относительно дороги. Сама ось выглядит разделенной на две половины. Каждая часть жестко соединена со ступицами колес. Работу демпфера в устройстве выполняют амортизаторы и пружинные блоки.

Полуоси с внутренней стороны объединены шарнирным узлом. На неровной дороге колея и развал передних и задних дисков имеет большую амплитуду, что снижает безопасность.

Подвеска на продольных рычагах

Подвеска проста в обслуживании и ремонте, но с одним недостатком: плохо справляется с креном кузова на поворотах. Ходовая не позволяет удерживать постоянную колесную базу в движении.

Подвеска на косых рычагах

В этом демпфирующем устройстве детали выглядят расположенными под углом к колесу. Что значит, что конструкция эффективно поддерживает устойчивость кузова машины при любых маневрах. И сохраняет постоянный угол наклона колес в поворотах. Но при наезде на кочки и ямы устойчивость машины снижается.

Для нейтрализации негативных свойств подвески на косых рычагах применяют торсионы и пружины. Эти упругие устройства повышают устойчивость машины на неровной дороге.

Подвеска на двойных поперечных рычагах

Конструкция имеет жесткое крепление к кузову автомобиля и работает, как самостоятельный узел. Что обеспечивает управляемость и хорошую устойчивость машины на дороге.

Рычаги в независимой передней или задней подвеске расположены поперечно и соединены с опорами стоек. На передних колесах амортизаторы могут вращаться вокруг вертикальной оси. Упругие детали ходовой части – пружины, пневматические и гидравлические устройства.

Многорычажная подвеска

Эта конструкция чаще используется в элитных автомобилях на задней оси. Множество деталей в устройстве лучше гасит разнонаправленные колебания, за счет чего повышается курсовая устойчивость машины.

Принцип многорычажной автомобильной подвески – поперечное расположение работающих независимо деталей. Особенность пружинной конструкции – хорошая плавность хода и управляемость, что также значит бесшумную работу при движении.

Недостатки и преимущества независимых подвесок

Положительная сторона пружинной конструкции – возможность регулировки ходовой части легкового автомобиля для поддержания комфортных условий вождения. А это значит, что упругие элементы создают хороший контакт на любом дорожном покрытии.

Список основных достоинств независимой подвески:

управляемость в движении;
плавный ход машины;
уменьшенный крен на поворотах;
независимое регулирование положения передних и задних колес.

Отсюда список недостатков независимых подвесок:

сложная конструкция;
дорогое изготовление и обслуживание устройства;
невысокая ремонтопригодность из-за множества деталей.

Поэтому сложные пружинные конструкции обычно используют в дорогих марках легковых авто.

Применение

Как сказано выше, конструкция независимой подвески сложная. Узел состоит из множества деталей. Из-за увеличения площади контакта зависимых движущихся частей падает надежность всей конструкции. В связи с этим многорычажка редко используется в легковых автомобилях марки эконом. Независимую подвеску чаще устанавливают на заднюю ось кроссоверов и полноприводных внедорожников.

Значение устройства — в обеспечении хорошего сцепления с дорожным покрытием и устойчивости машины с передним или полным приводом. При этом многорычажную подвеску на двух осях можно найти только в списке современных марок автомобилей высшего класса.

Читайте также: