Устройство и назначение подвески. Направляющая, упругая и демпфирующая функции подвески

Подвеска служит для улучшения плавности хода, чем обеспечивается возможность длительного движения без быстрой утомляемости людей и повреждения перевозимых грузов. Она представляет собой совокупность устройств, осуществляющих упругую связь рамы с мостами, обеспечивающих смягчение толчков и ударов, возникающих при наезде колес на неровности дороги, и передачу сил и моментов, действующих между колесами и рамой. Подвеска состоит из упругого, направляющего и гасящего устройств.

Упругое устройство подвески служит для уменьшения динамических нагрузок, обусловленных главным образом действием вертикальных сил. При наезде колеса на неровность дороги упругое устройство деформируется, значительно смягчая ударную нагрузку от колеса на кузов автомобиля. В результате работы упругого устройства уменьшаются перемещения рамы автомобиля, копирующие профиль дорожных неровностей, и улучшается плавность хода автомобиля.

В качестве упругих устройств на автомобилях КамАЗ-5320 и Урал-4320 применяют металлические листовые рессоры.

Направляющее устройство подвески определяет характер перемещения колеса при деформации упругого устройства относительно рамы автомобиля, а также передает силы и моменты, действующие между колесом и рамой (силу тяги, тормозную силу, боковые силы и их моменты).

Функции направляющих устройств на автомобилях КамАЗ-5320 и Урал-4320 выполняют рессоры, балансиры и рычаги.

Гасящие устройства предназначены для быстрого гашения колебаний кузова автомобиля, возникших под воздействием упругого устройства подвески. Отсутствие гасящих устройств при больших скоростях движения автомобиля по неровной дороге может привести к резонансным колебаниям и как следствие этого к пробоям подвески (удары рессор в ограничители).

Гашение колебаний сводится к превращению механической энергии колебаний рамы и закрепленных на нем составных частей в тепловую энергию благодаря трению в узлах подвески с последующим ее рассеиванием в окружающую среду. Трение в деталях упругого устройства (в листовых рессорах) в какой-то мере обеспечивает гашение колебаний (производит амортизирующее действие). Однако трение между листами рессор преобразует в тепло весьма незначительное количество кинетической энергии вертикальных колебаний остова, и толчки со стороны неровностей дороги передаются от колес к нему в достаточно большой степени. Поэтому для гашения колебаний применяются специальные устройства, амортизаторы, работа которых основана на наличии внутреннего трения в вязкой жидкости, проходящей через отверстие ограниченного сечения, зазор или приоткрытый клапан.

Листовые рессоры представляют собой упругие балки, собранные из отдельных стальных листов различной длины, стянутых центровым болтом. Лист, имеющий наибольшую длину, называется коренным. От боковых сдвигов листы предохраняются стяжными хомутами, которые также передают нагрузку от верхнего коренного листа на нижние при обратном прогибе рессоры.

Основным преимуществом листовых рессор является их способность выполнять одновременно функции направляющего, упругого и гасящего устройств.Передняя подвеска автомобилей состоит из двух листовых рессор и двух телескопических амортизаторов.

Рессора передней подвески автомобиля КамАЗ-5320 (рис. 11.1) набрана из 15 листов. Коренной лист рессоры прямоугольного сечения, а остальные Т-образного. Это позволяет уменьшить массу рессоры на 7—10% при сохранении ее характеристик. Передний конец рессоры с помощью ушка 1 и пальца 18 соединен с кронштейном 5 рамы. Отъемное ушко 1 прикреплено к коренному листу рессоры болтом 2 и накладкой 20, которая закреплена на ушке двумя болтами 19. В ушко запрессована втулка 3. Палец 18, соединяющий ушко с кронштейном, зафиксирован двумя болтами 6. Смазка пальца производится через масленку 4. Задний конец рессоры скользящий и через наклепанную на коренной лист накладку опирается на сменный сухарь 12, напрессованный на кронштейн. Для предохранения от износа стенок кронштейна 11 на пальцах 14 сухарей установлены вкладыши 13, стянутые болтом 15 через распорную втулку 16.

В средней части рессоры установлена накладка 7, через которую рессора двумя стремянками 9 крепится к переднему мосту. Накладка имеет выштамповку, которая входит в углубление первого листа. Каждый лист рессоры своей выдавкой входит в углубление нижележащего листа, причем выдавка последнего листа входит в соответствующее углубление кронштейна амортизатора 17, зафиксированного, в свою очередь, на балке переднего моста. От бокового смещения листы рессоры дополнительно скреплены хомутами.

Для исключения жестких ударов переднего моста о раму к нижним полкам лонжеронов привернуты резиновые буфера 8.

Рессора передней подвески автомобиля Урал-4320 (рис.11.2) набрана из 10 листов. Коренной и подкоренной листы рессоры прямоугольного сечения, а остальные Т-образного.

Ход моста вверх ограничивается резиновым буфером 5, закрепленным в накладке 12 рессоры, и дополнительным буфером 10 на лонжероне рамы. Дополнительный буфер также уменьшает напряжение в рессоре при резком торможении автомобиля, ограничивая ее закрутку.

Механическая подвеска - подвеска, не использующая пневматических устройств, только механические - рессорная, пружинная  или торсионная подвеска.

1) Рессорная подвеска - механическая подвеска, упругим элементом которой является листовая рессора. Рессоры обычно применяются в зависимой подвеске грузовых автомобилей, а также в задней подвеске некоторых легковых. Листовые рессоры применяются по всей день, в основном на тяжелой технике и типичных "рабочих лошадках". Когда-то это был самый распространенный тип упругих элементов. Преимущества рессор заключаются в том, что они могут выступать в качестве конструктивных элементов, крепящих ось к раме, и за счет трения между листами обладают небольшими амортизирующими свойствами. В основном используются там, где требуется высокая грузоподъемность, и почти всегда в задней подвеске современных пикапов.

2) Пружинная подвеска - механическая подвеска, упругим элементом которой является пружина подвески. На сегодняшний день витые пружины почти полностью вытеснили рессоры, ведь пружинная подвеска лучше «отслеживает» профиль дороги, а значит положительно влияет на комфорт и управляемость и обеспечивает лучшую артикуляцию подвески, что, в свою очередь, позитивно сказывается на проходимости. Пружины легче и меньше, с их помощью можно по-разному компоновать подвеску, они проще и дешевле в производстве. А столь распространенная сегодня подвеска, как McPherson, вообще была бы немыслима без пружин.

3) Торсионная подвеска - механическая подвеска, упругим элементом которой является торсион. Торсион – это стальной стержень определенной длины, который работает на скручивание. Если взять в руки металлический прут и попробовать его скрутить, то он будет упруго сопротивляться. Так, например, автомобили Toyota Land Cruiser 100VX, Mitsubishi Pajero II и Pajero Sport оснащены передней независимой подвеской, где в качестве упругих элементов применяются торсионы. Они крепятся к рычагу подвески и располагаются вдоль рамы, не занимая места под капотом. Если торсион по причине износа начнет проседать, то его реально подтянуть, другие упругие элементы (рессоры, пружины) можно лишь заменить. Один из концов торсиона (этого стального стержня)жестко закреплен на раме или несущем кузове автомобиля, а на другом конце установлен рычаг. Усилие на свободном конце рычага создает момент, закручивающий торсион. Продольная и боковая силы на торсион практически не действуют, поскольку воспринимаются его опорами. Если сравнивать торсион с витой пружиной подвески, широко применяемой в подвесках современных авто, то можно заметить, что характер деформации материала в этих упругих элементах совершенно идентичен. Для подтверждения этого обстоятельства рассмотрим половину обособленного витка пружины. При возрастании общей силы сжатия пружины к концам такого полувитка приложена пара сил, создающая в сечении закручивающий момент. Характер деформаций стержня торсиона подобен деформации материала пружины. Вертикальная сила, действующая на рычаг подвески, создает момент, закручивающий торсион. Следовательно, стержень торсиона можно рассматривать как витки пружины, растянутые в одну линию. Получается, что при одинаковой длине и поперечном сечении прутка, из которого изготовлена пружина, и стержня торсиона характеристики их упругих свойств будут одинаковы. В то же время конструктивные возможности торсионов более широки, чем у витой пружины. Ничто не мешает сделать стержень торсиона составным. Обычно это набор плоских пластин, как и в листовых рессорах. Распространены также торсионы из многогранных стержней, собранных в пучок. Известны и конструкции из пучка круглых стержней, соединенных по концам. Витую же пружину почти всегда изготавливают из сплошного круглого стержня, поэтому, при равных с торсионом диаметре и длине жесткость пружины оказывается больше, а долговечность ниже.

Упругие элементы в виде пружин и торсионов используются в независимой передней подвеске легковых автомобилей.

Подвеска может быть рессорной, пружинной, торсионной и  пневматической.