Підвіска автомобіля. Функціональні елементи та їх призначення.

Підвіска призначена для пружного з’єднання несівної системи автомобіля з колесами. Таке з'єднання необхідне для забезпечення заданої плавності ходу.

У будь-якій конструкції підвіски виділяють три основні функціональні елементи: пружний елемент, направляючий пристрій і пристрій, що гасить коливання.

У сучасних підвісках використовують як металеві, так і неметалеві пружні елементи. Металевим пружним елементом може бути листова ресора, спіральна пружина чи торсіон. У неметалевих пружних елементах вико­ристовують гуму (або подібний до неї полімер) і повітря (або інертний газ).

Направляючий пристрій призначений для забезпечення заданої кінематики коліс (мостів) відносно рами або кузова автомобіля і для передачі сил, що діють між колесами (мостами) і рамою або кузовом.

Пристроєм для зменшення (гасіння) коливань найчастіше служать гідравлічні або пневматичні амортизатори.

Підвіски класифікуються за такими головними ознаками:

-за кінематикою переміщення коліс відносно рами (кузова)-залежні, незалежні та балансирні;

- за типом пружного елемента - ресорні, пружинні, торсіонні, гумові, пневматичні і комбіновані.

Залежні підвіски - це такі, у яких коливання одного з коліс пов'язане з коливаннями іншого. Такі підвіски застосовують для вантажних автомобілів і автобусів, а також для деяких легкових автомобілів. Залежні підвіски можуть бути автономними чи балансирними.

Незалежні підвіски характерні тим, що коливання одного з коліс однієї осі автомобіля не залежать від коливань іншого колеса. Незалежні підвіски використовують, в основному, для легкових автомобілів, а також для вантажних автомобілів високої прохідності.

Основні схеми підвісок показані на рис. 5.6. Залежна (рис. 5.6, а) і одноважільна незалежна (рис. 5.6. б) підвіски відрізняються тим, що вер­тикальні переміщення колеса супроводжуються змінами кута Я. Це супро­воджується деяким порушенням контакту колеса з дорогою і появою гіроскопічного моменту, що діє на колесо при великій швидкості руху і при високій частоті вертикальних коливань підвіски. Гіроскопічний момент додатково навантажує підшипники маточини колеса і спричиняє коливання його відносно шкворня (осі повороту).

У двоважільній підвісці з важелями рівної довжини - паралелограмній (рис. 5.6, в) кутове переміщення відсутнє, але дуже відчутне поперечне зміщення дельта L колеса у зоні контакту з дорогою, що викликає швидке зношування шини і порушення бічної стійкості автомобіля.

Удвоважільній підвісці з важелями різної довжини (рис. 5.6, г) перемі­щення у зоні контакту зведено до мінімуму при досить незначних змінах кута. Так, для наявних конструкцій при відношенні довжини верхнього r і нижнього г₁ важелів у межах (0,55-0,65) зміна кута становить ламбда = (5-6°) і бічне переміщення в зоні контакту дельта L = 4-5 мм. При цьому гідроскопічний момент досить незначний і гаситься моментом сил тертя в шарнірах підвіски, а бічне переміщення компенсується боковою пружністю шини.

Важільно-телескопічну підвіску (рис. 5.6, д) яку ще називають.свічка, що качається" або „типу Мак-Ферсон", використовують переважно для передніх ведучих коліс легкових автомобілів. Вона забезпечує досить незначні зміни колії і кутів встановлення коліс, зменшуючи завдяки цьому зношення шин і поліпшуючи стійкість автомобіля. Підвіска має один поперечний важіль знизу і так звану амортизаторну стійку з пружиною. Стійка обладнана верхньою опорою з підшипником, шарнірно закріпленою у верхній частині колісної ніші під переднім крилом автомобіля. Компактність, мала маса і великий вертикальний хід є перевагами цього типу підвіски, що зумовило її широке застосування на сучасних легкових автомобілях.

У двоважільних підвісках пружним елементом може бути торсіон -вал, що нерухомо закріплений з одного кінця обладнаний важелем з іншого. Кінематична схема такої підвіски наведена на рис. 5.6, е. У неї торсіон розташований уздовж подовжньої осі автомобіля і зв'язаний з нижнім -довгим важелем L направляючого пристрою підвіски.

Двоважільну підвіску з подовжнім розташуванням важелів (рис. 5.6, ж) іноді використовують для підтримуючих ведених коліс автомобіля (причепа). Колія і кути встановлення коліс у неї незмінні. Змінюється лише база L автомобіля.

Балансирні підвіски використовують, в основному, на тривісних авто­мобілях для близько розташованих задніх мостів. їх також встановлюють на причепах (напівпричепах). Найбільш розповсюджені схеми балансирних підвісок наведені на рис. 5.7. У підвісці (рис. 5.7, а) кожний з мостів має свою ресору, з'єднану з однієї сторони з кронштейном рами, а з другої-з балансиром. Такі підвіски широко застосовують для напівпричепів при великій відстані між осями.

Рис. 5.6. Кінематичні схеми основних типів підвісок: а - залежна; б - незалежна одноважільна; в, г - незалежна з важілями, відповідно, рівної та нерівної довжини; д - незалежна важільно-телескопічна (типу Мак-Ферсон); е - незалежна двоважільна з торсіоном; ж - незалежна з подовжньою площиною коливань

Незалежні важільні підвіски широко застосовують на легкових автомобілях.

Найбільш розповсюдженою підвіс­кою сучасних передньоприводних авто­мобілів є одноважельна телескопічна незалежна підвіска типу „свічка, що ка­чається", або „Мак-Ферсон"

Пружними елементами підвісок можуть бути торсіони.

Торсіон - це сталевий стержень, що працює на скручування. Він може бути суцільним круглого перерізу або складеним - з круглих стержнів чи прямокутних пластин. На кінцях торсіона звичайно зроблені головки -потовщення з нарізаними шліцами або у формі багатогранника. За допомогою головок торсіон одним кінцем кріпиться до рами (кузова), а іншим - до важеля підвіски. Торсіони, як і спіральні пружини, не можуть сприймати бічних зусиль і тому вимагають включати у конструкцію підвіски окремий направляючий пристрій. За розташуванням на автомобілі торсіони можуть бути подздовжними і поперечними.

Амортизатори

Рух автомобіля по нерівностях дороги супроводжується коливаннями остова автомобіля (рами, кузова, кабіни тощо). Ці коливання тривають деякий проміжок часу після переїзду колеса (коліс) через перешкоду. Для того, щоб зробити такі коливання швидко затухаючими, звичайно використовують гідравлічні або, в останні часи, пневматичні амортизатори.

Найбільше сучасним вимогам, що їх пред'являють до конструкції підвісок, відповідають телескопічні амортизатори. Найчастіше засто­совують двотрубні телескопічні амортизатори двосторонньої дії з несимет­ричною характеристикою: сила, з якою амортизатор стискається, є меншою сили при віддачі - розтисканні амортизатора.

5.4.2. Пневматичні та пневмогідравлічні підвіски

Підвіски, в яких функції пружних елементів виконує повітря і інертний газ), застосовують на всіх типах сучасних АТЗ. За конструкцією пневматичні пружні елементи виконані найчастіше у формі ползійних (двосекційних) круглих балонів. Такий балон (рис. 5.17) складається з еластичної гумо-кордової двошарової оболонки 1, Кільце 2 розділює оболонку на дві частини. Корд оболонки капроновий чи нейлоновий. Внутрішня поверхня вкрита повітронепроникним шаром гуми.

Зовнішня частина оболонки складається з мастилобензостійкої гуми. Для зміцнення бортів оболонки усередині їх залитий мета­левий дріт (як у покришці пневматичної шини). На верхньому торці оболонки розташоване

притискне кільце 3 з болтами 4 для закріплення балона на рамі автомобіля.

Вантажопідйомність подвійних круглих балонів звичайно становить 2-3 т при внутріш­ньому тиску повітря 0,3-0,5 МПа. Подвійні круглі балони поширені в підвісках автобусів, вантажних автомобілів, причепів і напівпричепів. Звичайно їх розташовують вертикально кількістю від двох (передні) до чотирьох (задні підвіски).

Рис. 5.17. Пневматичний пружний елемент (пневмобалон) підвіски.

Збільшення тиску в пружних елементах призводить до зростання відстані між кузовом і мостом. При зменшенні корисного навантаження автомобіля положення кузова також не змінюється внаслідок зменшення тиску стиснутого повітря в пружному елементі. Регулятор постійної висоти кузова має спеціальний пристрій, що уповільнює спрацьовування регулятора. Тому регулятор діє тільки при зміні статичного навантаження і не реагує на коливання автомобіля при русі по нерівностях дороги. Повітреочисник 2 об'єднаний зі зворотним клапаном, який запобігає витоку стиснутого повітря з пружного пристрою підвіски при несправному компресорі або при падінні тиску в ресивері 8.

Пневматичні пружні елементи забезпечують високу плавність ходу автомобіля. У результаті того, що висота кузова не змінюється, збіль­шується стійкість автомобіля, сповільнюється зношування шин і підви­щується безпека руху. Крім того, на вантажних автомобілях полегшуються навантажувальні і розвантажувальні роботи, а в автобусах забезпечується зручність входу і виходу пасажирів.

Під час стоянки автомобіля кузов залишається близьким до горизонтального положення, незважаючи на нерівномірність розташування вантажу чи пасажирів.

На сучасних легкових автомобілях і автобусах чимраз частіше застосовують пневмогідравлічні підвіски.