Підвіски

До підвіски автомобіля, що забезпечує пружне з'єднання несівної системи з колісьми автомобіля, яке необхідне для забезпечення заданої плавності ходу, висувають наступні вимоги:

- забезпечення плавності ходу;

- забезпечення руху по нерівних дорогах без ударів в обмежник;

- обмеження поперечного крену автомобіля;

- кінематичне узгодження переміщень керованих коліс, що виключає їхнього коливання щодо шворнів;

- забезпечення загасання коливань кузова і коліс;

- сталість колії, кутів нахилу коліс; сталість кутів нахилу шворнів;

- надійна передача від коліс до кузова поздовжніх і поперечних сил; зниження маси не підресорених частин.

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. 6.5. Залежна (рис. 6.5, а) і одноважільна незалежна (рис. 6.5, 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. 6.5, в) кутове переміщення відсутнє, але дуже відчутне поперечне зміщення Δ L колеса у зоні контакту з дорогою, що викликає швидке зношування шини і порушення бічної стійкості автомобіля.

У двоважільній підвісці з важелями різної довжини (рис. 6.5, г) переміщення у зоні контакту зведено до мінімуму при досить незначних змінах кута. Так, для наявних конструкцій при відношенні довжини верхнього г і нижнього r ₁ важелів у межах (0, 55-0, 65) зміна кута становить λ = (5-6°) і бічне переміщення в зоні контакту Δ L = 4-5 мм. При цьому гіроскопічний момент досить незначний і гаситься моментом сил тертя в шарнірах підвіски, а бічне переміщення компенсується боковою пружністю шини.

Рис. 6.5. Кінематичні схеми основних типів підвісок:

а - залежна; б - незалежна одноважільна; в, г - незалежна з важелями, відповідно, рівної та нерівної довжини; д - незалежна важільно-телескопічна (типу Мак-Ферсон); є - незалежна двоважільна з торсіоном; ж - незалежна з подовжньою площиною коливань

Важільно-телескопічну підвіску (рис. 6.5, 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 автомобіля і зв'язаний з нижнім - довгим важелем l направляючого елементом може бути торсіон -вал, що нерухомо закріплений з одного кінця і обладнаний важелем з іншого. Кінематична схема такої підвіски наведена на рис. 6.5, е. У неї торсіон розташований уздовж подовжньої осі пристрою підвіски.

Двоважільну підвіску з подовжнім розташуванням важелів (рис. 6.5, 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. 6.6. У підвісці (рис. 6.6, 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.

У підвісці, що на рис. 6.6, б, ресора закріплена на рамі за допомогою пальців. Під ресорою шарнірно встановлена балансирна балка, також шарнірно з'єднана з балками мостів. У підвісці (рис. 6.6, в) балансирна вісь жорстко з'єднана з рамою. Ресора шарнірно з'єднана з цією віссю і вільно опирається на балки двох мостів. Остання схема найбільш розповсюджена на вантажних автомобілях.

Задній кінець ресори рухомий. Він вільно встановлений у кронштейні 9, приклепаному до рами, і спирається на сухар 10. До заднього кінця ресори приклепана накладка, що охороняє корінний лист від зношування. Для запобігання від зношування стінок кронштейна на пальці 11 сухаря установлені вкладиші 12. Більш досконалою слід вважати конструкцію, коли корінний лист (листи) закріплений у передньому та задньому кронштейнах за допомогою гумових подушок. На відміну від шкворневого закріплення така конструкція не вимагає змащування, добре поглинає вібрації і захищає листи від скручування. Конструкція балансирної ресорної підвіски задніх ведучих мостів тривісного вантажного автомобіля наведена на рис. 6.8. Підвіска виконана на двох подовжніх напівеліптичних листових ресорах з шістьома подовжніми реактивними штангами. Ресора 1 своєю середньою частиною прикріплена до маточини 9 за допомогою накладки 3 і стрем'янки 4. Кінці ресори вільно встановлені в опорах 2, приварених до балок мостів.

Маточина закріплена на осі 8 гайкою 7 і зовні закрита кришкою 6. Всередину маточини запресована втулка з антифрикційного матеріалу. Для запобігання витіканню мастила, що заливається крізь отвір 5, і для захищення маточини від забруднення з внутрішньої її сторони встановлені самопідтискний сальник і також ущільнювальні кільця. Вісь 8 запресована у кронштейни 10 і встановлена на рамі поперек автомобіля в кронштейнах 12.

Залежні підвіски використовують і на легкових автомобілях. Зразок такої залежної підвіски показаний на рис. 6.9.

її пружними елементами є виті спіральні пружини 5. Направляючий пристрій складається з двох подовжніх штанг 1, двох реактивних 2 і однієї поперечної штанги 8. Підвіска обладнана телескопічними гідравлічними амортизаторами 7.

Сталеві штанги 1 і 8 трубчастого перетину, штанги 2 - суцільні. Для кріплення кінців штанг застосовані гумометалеві шарніри, що забезпечують безшумну роботу підвіски і не потребують мащення. Пружини 5 підвіски встановлені між нижніми опорними чашками 6, привареними до балки заднього мосту, і верхніми опорними чашками 3, зв'язаними з кузовом автомобіля. Між кінцями пружин і опорних чашок установлені віброшумоізолювальні прокладки. Хід стискання підвіски обмежений буферами стискання 4, які закріплені на опорах усередині пружин. Додатковий буфер 9 обмежує хід заднього мосту угору, усуваючи тим самим торкання карданного вала до кузова.

Амортизатори 7 своїми верхніми кінцями закріплені до кузова, а нижні кінці прикріплені до балки моста. Хід підвіски донизу обмежений самими амортизаторами.

Незалежні важільні підвіски широко застосовують на легкових автомобілях. Конструкція незалежної пружинної підвіски передніх керованих і ведучих коліс наведена на рис. 6.10. її направляючим пристроєм є два важелі 3 і 13 різної довжини. Верхній 13 і нижній 3 важелі закріплені на поперечині 1 передньої частини кузова автомобіля і мають подовжньо розташовані осі коливання. Шарнірами слугують гумометалеві втулки, які забезпечують безшумну роботу підвіски і не вимагають жодного технічного обслуговування. Зовнішні кінці важелів підвіски з'єднані з поворотним кулаком 10 за допомогою шарових шарнірів 6 і 11. Ці шарніри нерозбірні і беззазорні.