Безпружинна маса що це і на що впливає
Зрозуміти, що таке безпружинна маса, нескладно: це маса, що не підтримується «ресорами» — ну або іншими несучими елементами підвіски. Тобто все, що несе на собі підвіска – це підресорена маса: до неї входять кузов, рама, силовий агрегат та інші елементи «верхньої частини» автомобіля. Все ж, що знаходиться «нижче амортизаторів і пружин» - це безпружинна маса, причому самі несучі елементи підвіски теж додають до безпружинної маси частину ваги.
До складових безпружинної маси входять диски, шини, гальмівні механізми, ступичні підшипники і самі маточини, приводні вали, півосі, ШРУС, балки та мости підвіски, а також самі пружини та амортизатори – і ресори, звичайно. До речі, в англійській мові термін «безпружинна маса» звучить як «unsprung mass» – тобто, «непідпружинена маса», що дещо простіше для розуміння.
Щоб повноцінно відповісти на це спільне питання, варто розуміти, що безпружинна маса – це не монолітний вантаж, підвішений знизу на автомобіль, а поєднання різних деталей та елементів конструкції, що виконують різні функції. Однак загалом вона впливає на такі характеристики автомобіля:
- стійкість та стабільність автомобіля;
- Витрата палива і динамічні характеристики.
Почнемо з простого: безпружинна маса як така впливає на плавність ходу. Пояснити це просто: при наїзді на дорожню нерівність колесо та інші елементи безпружинної маси піднімаються вгору, передаючи певне зусилля. Воно частково гаситься елементами підвіски, а частково передається на кузов - і від співвідношення маси кузова і безпружинної маси залежить те, наскільки відчутним буде зусилля, що передається. Умовнокажучи, якщо стукнути два м'ячі один про одного, сильніше зрушить той, що буде легше. Аналогічна ситуація і тут: чим менше буде безпружинна маса щодо підресореної, тим менше відчуватиметься зусилля, що передається їй на кузов. Ну а змінювати це співвідношення можна тільки за рахунок зменшення безпружинної маси, оскільки збільшувати заради цього масу самого автомобіля ніхто не стане - робота йде над зворотним.
Приклад неоптимального співвідношення безпружинної та підресореної мас можна відстежити на прикладі пікапів. У них вантажний відсік розрахований на перевезення порівняно великих вантажів, і коли кузов порожній, безпружинна маса має помітно більший вплив, ніж могло бути в ідеальних умовах: в результаті автомобіль «козлит», підстрибує на нерівностях і не забезпечує великого комфорту. Коли ж кузов завантажений, підресорена маса зростає, і її співвідношення з безпружинною стає більше - а значить, покращується комфорт і плавність ходу.
Ці показники безпосередньо випливають з попереднього пояснення про вплив безпружинної маси на підресорену та їх взаємного відношення. Все просто: у момент наїзду на перешкоду безпружинна маса рухається вгору, і колесо розвантажується, а то й зовсім відривається від дороги. Чим вище при цьому безпружинна маса щодо підресореної, тим довше колесо перебуватиме в такому «підвішеному» стані, і навпаки – чим важчий автомобіль щодо безпружинних мас, тим він швидше «притискає» їх назад до дороги.
Продовжуючи приклад із пікапами, можна провести аналогічну паралель. Порожній пікап, рухаючись нерівною дорогою, більше підстрибуватиме на нерівностях, і в повороті ці вертикальні коливання помітно впливатимуть на стійкість.автомобіля: корму буде переставляти, зносити чи вести убік. Якщо ж заповнити кузов вантажем, вертикальні коливання кузова знизяться, і автомобіль буде впевненіше поводитися в повороті, помітно менше розвантажуючи колеса на нерівностях: це означає, що зростуть показники стійкості, стабільності і певною мірою керованості.
На ці показники найбільше впливає не вся безпружинна маса як така, а насамперед елементи, що перетворюють крутний момент в рух - шини, диски і приводні вали, які у випадку із залежною підвіскою також вважаються частково безпружинною масою. Тут діє простий принцип: важче колесо чи вал важче розкрутити та забезпечити йому постійне обертання. Тому як приводні вали, так і колеса намагаються зробити легкими, зберігши показники міцності та надійності.
У випадку з валами це можна ілюструвати появою карбонових карданних валів, ну а колеса як один з легкозамінних елементів конструкції - буквально нескінченне поле для тюнінгу і поліпшення. Тут і легкосплавні та ковані диски, і диски з карбону, і енергоефективніші шини з меншою масою та зниженим опором коченню.
Взаємозв'язок коліс з витратою палива та динамічними характеристиками очевидний: чим легше колесо, тим простіше і швидше його розкрутити – відповідно, на це потрібно менше витрат енергії та менше часу, що означає меншу витрату та кращу динаміку автомобіля.
Узагальнюючи і підсумовуючи все сказане вище, можна зробити головний висновок: зусилля інженерів спрямовані на максимальне зменшення безпружинної маси. Збільшення відносини підресореної та безпружинної маси не можна здійснити за рахунок збільшення підресореної маси, а це означає, що єдинийспосіб реалізувати бажане ставлення - зменшити безпружинну. Саме тому в сучасних автомобілях ми бачимо алюмінієві підвіски, ковані диски, незалежні підвіски, що виключають з безпружинної маси балки, мости та кардани, та інші технічні рішення, спрямовані на її зниження.