Устройство автомобилей




Независимые подвески



Независимые подвески (рис. 1 и 2) получили широкое распространение в передних управляемых колесах легковых автомобилей, поскольку при их использовании существенно улучшается возможность компоновки моторного отсека или багажника и снижается возможность возникновения автоколебания колес.

В качестве упругого элемента в независимой подвеске обычно применяют пружины, несколько реже – торсионы и другие элементы. При этом расширяется возможность применения пневматических упругих элементов. Упругий элемент, за исключением рессоры, практически не влияет на функции направляющего устройства.
Для независимых подвесок существует множество схем направляющих устройств, которые классифицируются по числу рычагов и расположению плоскости качания рычагов.

В независимой передней подвеске рычажного типа автомобилей «Волга» ступица колеса установлена двумя радиально-упорными коническими роликоподшипниками на цапфе поворотного кулака, который шкворнем соединен со стойкой. Между стойкой и поворотным кулаком установлен упорный шарикоподшипник.
Стойка резьбовыми втулками шарнирно соединена с верхним и нижним вильчатыми рычагами, которые, в свою очередь, связаны с осями, закрепленными на поперечинах рамы с помощью резиновых втулок. Упругим элементом подвески служит пружина, упирающаяся верхним концом через виброизолирующую прокладку в штампованную головку поперечины, а нижним – в опорную чашку, прикрепленную болтами к нижним рычагам. Вертикальные перемещения колес ограничены упором резиновых буферов в балку.
Телескопический гидравлический амортизатор двустороннего действия установлен внутри пружины и соединен верхним концом с поперечной рамой через резиновые подушки, а нижним концом – с нижними рычагами.

устройство и принцип работы независимой подвески автомобиля

В последнее время широкое распространение получила подвеска типа «качающаяся свеча» - подвеска Мак-Ферсон (или Макферсон, англ. MacPherson suspension). Она состоит из одного рычага и телескопической стойки, с одной стороны жестко связанной с поворотным кулаком, а с другой – закрепленной в пяте. Пята представляет собой упорный подшипник, установленный в податливом резиновом блоке, закрепленном на кузове.
Стойка имеет возможность покачиваться за счет деформации резинового блока и поворачиваться вокруг оси, проходящей через упорный подшипник наружный шарнир рычага.

К преимуществам данной подвески можно отнести небольшое число деталей, меньшую массу и пространство в в моторном отсеке или багажнике. Обычно стойка подвески объединяется с амортизатором, а упругий элемент (пружина, пневмоэлемент) устанавливается на стойке.

К недостаткам подвески Мак-Ферсон следует отнести повышенный износ направляющих элементов стойки при больших ходах подвески, ограниченные возможности варьирования кинематических схем и больший уровень шума (по сравнению с подвеской на двух поперечных рычагах..

***

Подвеска MacPherson suspension названа по имени американского инженера из фирмы «Форд» Эрла Стили Макферсона, который разработал её во второй половине сороковых годов прошлого века.
изобретатель подвески Макферсон Впрочем, считается, что аналоги подвески Макферсона использовались на автомобилях и ранее.

Массовое распространение эта подвеска получила в семидесятые годы, когда появились технологии, позволяющие серийно выпускать надежные и долговечные амортизаторные стойки. Несмотря на ряд недостатков, вскоре подвески Макферсон нашли широкое применение в легковом автомобилестроении благодаря технологичности и дешевизне.

По замыслу Э. Макферсона его «качающаяся свеча» должна была устанавливаться и на передние, и на задние колеса автомобилей, однако на первых серийных моделях такая подвеска применялась только для передних колес, а заднюю выполняли зависимой из соображений простоты и дешевизны.

И лишь в 1957 году инженер фирмы «Лотус» Колин Чепмен применил подвеску аналогичной конструкции для задних колёс автомобиля модели «Лотус Элит», поэтому её часто называют «подвеской Чепмена».

***

Устройство и работа подвески Макферсон подробно описана ниже, на примере передней независимой подвески переднеприводных автомобилей ВАЗ (ВАЗ-2108, -2109 и т. д.).

Подвеска с качающейся амортизаторной стойкой имеет кованый рычаг, к которому через резиновые подушки присоединено плечо стабилизатора. Поперечная часть стабилизатора резиновыми подушками и стальными скобами крепится к поперечине кузова.
Таким образом, диагональное плечо стабилизатора передает на кузов продольные усилия со стороны колеса и, следовательно, составляет часть интегрированного рычага направляющего устройства подвески.
Резиновые подушки позволяют компенсировать перекосы, возникающие при качании такого составного рычага, а также гасят продольные вибрации, передаваемые от колеса на кузов.

Шток телескопической стойки закреплен на нижнем основании резинового блока верхней пяты и не поворачивается вместе со стойкой и установленной на ней пружиной. В таком случае при любых поворотах управляемых колес стойка также поворачивается относительно штока, снимая трение покоя между штоком и цилиндром, что улучшает реагирование подвески на малые дорожные неровности.

Пружина устанавливается не соосно стойке, а наклонена в сторону колеса для того, чтобы уменьшить поперечные нагрузки на штоке, его направляющей и поршне, возникающие под воздействием вертикального усилия на колесе.

Особенностью подвески управляемых колес является то, что она должна позволять колесу совершать повороты независимо от прогиба упругого элемента. Это обеспечивается с помощью так называемого шкворневого узла.
Подвески могут быть шкворневыми и бесшкворневыми.

При шкворневой подвеске поворотный кулак закреплен на шкворне, который установлен с некоторым наклоном к вертикали на стойке подвески. Для уменьшения момента трения в этом шарнире могут применяться игольчатые, радиальные и упорные шариковые подшипники качения. Наружные концы рычагов подвески связаны со стойкой цилиндрическими шарнирами, обычно выполненными в виде смазываемых подшипников скольжения.

Основным недостатком шкворневой подвески является большое число шарниров. При качании рычагов направляющего устройства в поперечной плоскости невозможно достичь «антиклевкового эффекта» из-за наличия центра продольного крена подвески, так как оси качания рычагов должны быть строго параллельны.

Гораздо большее распространение получили бесшкворневые независимые подвески, где цилиндрические шарниры стойки заменены сферическими. В конструкцию данного шарнира входит палец с полусферической головкой, на него надет металлокерамический опорный вкладыш, работающий по сферической поверхности корпуса шарнира.
Палец опирается на вкладыш из специальной резины с нейлоновым покрытием, установленный в специальной обойме. Корпус шарнира крепится к рычагу подвески. При повороте колеса палец поворачивается вокруг своей оси во вкладышах.

При прогибах подвески палец совместно с вкладышем качается относительно центра сферы – для этого в корпусе имеется овальное отверстие. Этот шарнир является несущим, так как через него передаются вертикальные силы от колеса к упругому элементу, пружине, опирающейся на нижний рычаг подвески.
Рычаги подвески крепятся к кузову либо посредством цилиндрических подшипников скольжения, либо с помощью резинометаллических шарниров, работающих за счет деформации сдвига резиновых втулок. Последние требуют смазывания и обладают виброизолирующим свойством.

***



Независимая подвеска автомобиля ВАЗ-2105

На рис. 2 представлена независимая подвеска передних колес заднеприводного автомобиля ВАЗ-2105.
Упругим элементом подвески являются витые цилиндрические пружины 38, гасящим – гидравлические телескопические амортизаторы 40, направляющим устройством – верхние 13 и нижние 36 рычаги, а штанга 33 стабилизатора – упругий П-образный стержень.

устройство и принцип работы независимой подвески автомобиля ВАЗ

Подвеска смонтирована на поперечине 30, которая закреплена на кузове автомобиля.

К переднему бурту нижнего рычага 36 приварен кронштейн крепления штанги стабилизатора 33.
В проушины рычагов 13 и 36 запрессованы шарниры на втулках 25, изготовленных из высокоэластичной резины.

С обоих концов шарниры зажаты упорными шайбами 26, которые стягиваются самоконтрящимися гайками, навернутыми на оси 35 и 22. Резиновые шарниры в эксплуатации не требуют регулировки и смазывания.

Ось верхнего рычага установлена в усилителе кузова. Ось нижнего рычага привернута болтами 37 к нижней части поперечины. Между осью и поперечиной установлены дистанционная шайба 28 и регулировочные шайбы 27 для регулировки углов установки передних колес.

Поворотная цапфа 5 поворачивается и качается на шаровых шарнирах.
Нижний шарнир состоит из стального шарового пальца 49 с полусферической закаленной головкой и полусферического металлического вкладыша–подшипника 48, надетого на палец. Головка пальца и вкладыш размещены в штампованном корпусе.
Для устранения зазоров в корпус с натягом вставлен резинопластмассовый вкладыш 47, прижимающийся своей пластмассовой облицовкой к шаровой головке пальца.

Верхний шарнир имеет сферическую закаленную головку, установленную в полимерный подшипник 12 скольжения. Нижний конический конец пальца гайкой 9 фиксируется в верхнем рычаге поворотного кулака 10. Головки верхнего и нижнего шарниров защищены от пыли гофрированными резиновыми чехлами 11.
Ход переднего колеса вверх ограничивается упором верхнего рычага подвески в резиновый буфер 13.

Пружина 38 подвески своим нижним концом опирается через опорную чашку 44 на нижний рычаг 36 подвески. Верхним концом через опорную чашку 21 и резиновую прокладку 20 – на силовой элемент передней части кузова.
Резиновая прокладка и резиновые втулки 25 изолируют кузов от передачи шума и вибрации через пружину подвески. Прямой металлический контакт между подвеской и кузовом отсутствует.

Амортизатор 40 своим верхним концом крепится к опорному стакану 17 через две резиновые подушки 18. Нижняя проушина амортизатора крепится через болт 41 и резиновые втулки к нижнему рычагу 36 подвески.

Стабилизатор поперечной устойчивости установлен в подушках-опорах 32, которые вставлены в кронштейны 31, привернутые к продольным балкам кузова. Загнутые концы стабилизатора с помощью подушек-опор 32 и обойм 39 прикреплены к нижним рычагам подвески.

***

Передняя независимая подвеска автомобиля ВАЗ-2109

Передняя подвеска переднеприводных автомобилей ВАЗ – независимая телескопическая с амортизаторными стойками типа Макферсон изображена на рис. 2.

Амортизаторная телескопическая стойка 8 нижним концом соединена с поворотным кулаком 12 с помощью штампованного кронштейна 11 и двух болтов. Верхний болт 10 с эксцентриковой шайбой 9 является регулировочным. С его помощью регулируется развал переднего колеса, так как при повороте болта изменяется положение поворотного кулака относительно амортизаторной стойки.

Верхний конец стойки 8 через резиновую опору 1 связан с кузовом. Шариковый подшипник 30, вмонтированный в опору, обеспечивает вращение стойки при повороте управляемых колес. Резиновая опора обеспечивает качание стойки при перемещении колеса и гашение высокочастотных вибраций.

устройство и работа независимой подвески Макферсон

Нижний поперечный рычаг 21 соединен с поворотным кулаком 12 шаровым шарниром 20. А с кронштейном 28 кузова – резинометаллическим шарниром. Растяжка 27 нижнего рычага связана с ним и кронштейном на кузове автомобиля через резинометаллические втулки.
Шайбы 22 служат для регулировки продольного наклона оси поворота управляемых колес.

Стержень стабилизатора 24 поперечной устойчивости крепится к кузову автомобиля через резиновые опоры 25, а к нижним рычагам подвески – через стойки 23 с резинометаллическими шарнирами.
Концы стержня стабилизатора одновременно выполняют функции дополнительных растяжек нижних рычагов подвески, которые, как и растяжка 27, воспринимает продольные силы и их моменты, передаваемые от передних ведущих колес на кузов.

Телескопическая стойка 8 является одновременно гидравлическим амортизатором. На ней установлена витая цилиндрическая пружина 5 между опорными чашками 2 и 6, а также буфер сжатия 3, ограничивающий ход колеса вверх. При ходе колеса вверх буфер упирается в опору 2, находящуюся в верхней части стойки. Буфер сжатия находится на защитном кожухе 29, который предохраняет шток амортизаторной стойки от загрязнений и механических повреждений.
Рулевой привод воздействует на стойку через поворотный рычаг 7. Внутри амортизаторной стойки находится гидравлический буфер отдачи, который ограничивает ход колеса вниз.

***

Колеса и шины автомобилей