26 сентября 2020
Технологии

Упругий элемент

podveska1

В предыдущих номерах журнала мы говорили о наиболее распространенных в наши дни схемах подвески колес легкового автомобиля. Во всех случаях, то есть независимо от числа и степени жесткости связи элементов подвески, в состав такого механизма неизменно входит упругий элемент. Этот элемент конструкции призван поглощать энергию ударов, возникающих при наезде на неровности дорожного полотна. Сегодня мы рассмотрим все разновидности упругого элемента, с которыми в наше время можно столкнуться на практике.

Начать, конечно же, следует с витой пружины. Ее изготавливают из стального прута круглого сечения. В самом простом варианте, когда толщина прута и диаметр витков неизменны, пружина обладает постоянной жесткостью. Это решение надежное, простое, но не позволяет адаптировать поведение машины к конкретному покрытию. Поэтому инженеры уже достаточно давно пришли к идее сделать пружину с прогрессивной характеристикой сжатия, чтобы по мере возрастания нагрузки пружина становилась жестче. Более ранние попытки связывали с изменением диаметра прута: на краях пружины его делали тоньше. Однако это нередко приводило к обламыванию крайних витков и довольно сложному ремонту подвески. Вероятно, о таких неприятностях еще помнят владельцы первого поколения Opel Senator и родственного ему купе Monza. Позже конструкторы додумались варьировать не толщину прута, а диаметр витка. Витки большего диаметра обладают и большей сопротивляемостью сжатию. Такое решение оказалось надежнее и сейчас применяется очень широко.

Преимуществами пружины как упругого элемента являются простота изготовления, что напрямую связано с невысокой конечной стоимостью продукта, а также малый вес и компактность. Но ей не под силу передавать усилия в поперечной плоскости. Это требует наличия в подвеске направляющих механизмов. Правда, никто не запрещал «класть» пружину горизонтально. Так сделали специалисты фирмы Rover на модели P6 (1963-77), когда планировали установку газотурбинного мотора и нуждались в подвеске более компактной, даже чем «Макферсон». «Авиационный» двигатель довести до пригодного к использованию в городе состояния так и не смогли, а нестандартная подвеска осталась, хорошо справляясь с возложенной на нее работой.

Самым древним вариантом упругого элемента является листовая рессора. Она служила в этом качестве еще на гужевых экипажах, но продолжает применяться и в наши дни, на грузовых машинах, в основном. Рессора состоит из набора скрепленных между собой листов различной длины, изготовленных из пружинной стали, и, как правило, имеет форму половины эллипса. Будучи равными по ширине, пластины в зависимости от длины различаются степенью выгнутости. Это обеспечивает рессоре необходимые характеристики. Самая длинная пластина, «коренная», крепится к кузову или к раме автомобиля.

podveska2

В процессе работы подвески происходит трение листов друг о друга. Это требует дополнительной смазки или наличия антифрикционных прокладок. Подвеска на листовых рессорах проста в изготовлении, но обладает внушительной массой, именно поэтому она ушла из легкового автомобилестроения. Для уменьшения массы рессорных подвесок и улучшения плавности хода иногда применяются листы переменного сечения либо однолистовые рессоры. Совсем экзотический случай – рессоры из армированной пластмассы.

Другим, еще недавно распространенным типом упругого элемента автомобильной подвески является торсион. Это металлический упругий элемент, работающий на скручивание. Чаще всего торсион представляет собой сплошной металлический стержень круглого сечения с утолщениями на концах. Встречаются подвески, в которых торсионы изготовлены из набора пластин или стержней.

При перемещениях колес торсионы закручиваются, обеспечивая упругую связь между колесом и кузовом. Торсионы могут располагаться как вдоль продольной оси автомобиля, так и поперек.

Торсионные подвески получаются компактными и легкими и дают возможность регулировки подвески путем предварительного закручивания торсионов. Также стоит отметить, что сопротивление деформации нарастает нелинейно, в зависимости от хода сжатия. Однако, с точки зрения кинематики, у торсионной подвески есть недостатки: в ней происходят ощутимые изменения колесной базы при ходах отбоя и сжатия, а также присутствует сильное изменение развала колес при кренах. Долгое время приверженцами торсионной подвески были французские автомобилестроители. Такую подвеску можно еще найти сзади в конструкции Peugeot 206.

Кроме перечисленных типов, есть еще и неметаллические упругие элементы. Первыми вспоминаются, конечно же, резиновые. Современные автомобили тяжелы, поэтому резиновые элементы в их подвесках играют вспомогательную роль, исключая соударение металлических частей и увеличивая жесткость основных упругих элементов. Однако у классического «мини» и других легких авто не самого давнего прошлого резиновые конусы были единственным упругим элементом.

Форма задает рабочие характеристики резинового элемента. Сегодня чаще встречаются отбойники ступенчатой формы, чередующие тонкие и толстые части. Это позволяет в значительной степени увеличить рабочий ход отбойника.

Более сложными являются пневматические и гидропневматические элементы. Пневматические элементы (пневмобаллоны) варьируют жестокость за счет давления воздуха, создаваемого внутри компрессором по команде электронной системы управления. Баллоны сделаны из маслостойкой и воздухонепроницаемой резины, содержат корд и металлические нити, что придает им большую жестокость и надежность. Толщина стенок такого баллона равна 3 – 5 мм.

podveska3

К преимуществам пневматических упругих элементов надо отнести высокую плавность хода автомобиля, небольшую массу и возможность поддержания постоянным уровня пола кузова независимо от загрузки автомобиля.

Гидропневматический упругий элемент представляет собой камеру с двумя полостями, разделенными эластичной мембраной. Одна наполнена газом, а другая – вязкой жидкостью. Данные субстанции имеют различную степень сжатия, и на этом основан принцип работы элемента. Перемещение колеса вызывает перемещение поршня, находящегося в резервуаре, заполненном жидкостью. При ходе колеса вверх жидкость вытесняется из резервуара в соответствующую камеру упругого элемента, воздействует на разделительную мембрану, которая перемещается и сжимает газ. Для поддержания необходимого давления в системе используется гидравлический насос и гидроаккумулятор. Изменяя давление жидкости, поступающей под мембрану упругого элемента, можно изменять давление газа и жесткость подвески.

Гидропневматические подвески обеспечивают высокую плавность хода, возможность регулировать положение кузова и эффективное гашение колебаний. К основным недостаткам такой подвески можно отнести ее сложность и высокую стоимость, поэтому даже марка «Ситроен», долгое время культивировавшая гидропневматическую подвеску как атрибут своих моделей, уже почти отказалась от ее использования.

Текст: Серик Туленов
Фотоматериал производителей

Похожие материалы

Углепластик станет заурядностью?

admin

На страже чистого воздуха

admin

Экономичное покрытие

admin

Оставить комментарий