Пружні елементи автомобільної підвіски

Пружні елементи підвіски

До найпоширеніших пружних елементів автомобільної підвіски відносяться ресори, пружини, торсіонні вали та пневматичні балони. Можливе виконання пружних елементів та інших типів – пневматичних циліндрів, гумових демпферів, гідропневматичних пристроїв тощо, але такі пружні елементи в конструкції сучасних автомобільних підвісок практично не застосовуються, якщо не вважати такими гумові буфери, відбійники, сайлентблоки та подушки ресор, теж призначені для зниження жорсткості при взаємодії елементів підвіски з частинами безпружинних мас і несучої системи.

Автомобільна ресора є пакетом сталевих листів вигнутої форми і різної довжини, скріплених між собою. Листи можуть мати прямокутний, трапецієподібний, Т-подібний переріз і переріз у вигляді короба з полицями.

Вигин ресорних листів найчастіше виконується плавною еліптичною конфігурацією, тому такі ресори називають напівеліптичними. Зустрічаються ресори та інших форм, деякі з яких представлені малюнку параграфа. Кривина різних листів ресори не однакова і залежить від їх довжини - вона збільшується зі зменшенням довжини листів, чим забезпечується їх щільне прилягання в зібраному вигляді і розвантаження крайнього (найдовшого) листа 1, який називається корінним.

Листи ресор у зібраному вигляді фіксуються за допомогою стяжного болта 2 (рис. 1, а) та хомутів 3. У конструкції деяких автомобільних ресор стяжний болт не передбачається. Фіксація ресорних листів від відносного взаємного переміщення може здійснюватися за допомогою спеціальних бобишок і поглиблень, виконаних у листах.

Корінний лист 1, що має найбільшу довжину ітовщину, що кріпиться своїми кінцями до кузова, а середньою частиною – до мосту. Як правило, один кінець корінного листа кріпиться до кузова жорстко, а інший вільно спирається на спеціальний кронштейн несучої системи (рами або кузова) або кріпиться за допомогою сережки, що дозволяє переміщатися при деформації ресори. Іноді обидва кінці ресори кріпляться до рами або кузова автомобіля за допомогою кронштейнів з масивними гумовими подушками, що дозволяє обом кінцям ресори переміщатися при її деформації.

Оскільки конструкція ресорної підвіски запобігає поздовжньому переміщенню мостів з колесами щодо несучої системи автомобіля (рами, кузова), така підвіска не потребує напрямних елементів. Виняток становлять балансирні ресорні підвіски, що утримують на двох ресорах два мости, що утворюють візок. При цьому жорсткий зв'язок ресори з мостами відсутній і можливе їхнє поздовжнє переміщення щодо рами автомобіля. Тому в балансирних ресорних підвісках як напрямні елементи застосовують спеціальні штанги, шарнірно з'єднані з мостами балансирного візка і рамою автомобіля.

Оскільки між листами ресори під час роботи присутні сили тертя, що сприяють гасенню коливань, ресора виконує частину функції елемента підвіски, що гасить. Тертя між ресорними листами призводить до інтенсивного зношування і втрати пружних властивостей, що може викликати поломку окремих листів і навіть всієї ресори. Тому листи ресор при складанні змащують графітним мастилом, що забезпечує зниження сил тертя та стійкою до несприятливих дорожніх умов (бруд, волога). На легкових автомобілях для зменшення тертя між листами можуть встановлюватися антифрикційні (найчастіше полімерні) прокладки або шайби, якікріпляться до листів у вигляді спеціальних технологічних виступів, отворів чи ніш.

Ресорні листи виготовляють із високоякісної пружинної сталі, що має підвищені пружні властивості. Тим не менш, у процесі тривалої експлуатації, особливо, у важких дорожніх умовах, ресора втрачає свої пружні властивості та еліпсоїдну форму. У таких випадках ресора піддається ремонту – розбирається на листи і кожен із них прокочується у спеціальних верстатах для відновлення еліптичної форми, що забезпечує належну гнучкість.

Ресорні сталі

Для виготовлення ресор застосовуються спеціальні пружинно-ресорні сталі, що мають ряд властивостей, серед яких слід відзначити пружність та твердість. Марки сталей, що найбільш широко застосовуються для виготовлення ресорних листів вітчизняних автомобілів, наведені нижче.

ГАЗ-24 Волга, Москвич (412, 2140 та ін) - Сталь 50ХГА
ГАЗ (52, 53 та ін.) - Сталь 50ХГ
МАЗ, ЗІЛ-130 та модифікації - Сталь 60С2
КамАЗ - передні - Сталь 60С2, задні - Сталь 60С2ХГ

Переваги та недоліки ресорних підвісок

До переваг листових ресор можна віднести такі властивості:

здатність одночасно виконувати функції пружного, спрямовуючого та гасить елементів;
простота виготовлення та хороша ремонтопридатність.

підвищена маса;
порівняно невелика довговічність;
наявність сухого тертя між листами, що вимагає застосування мастила та, відповідно, технічного обслуговування;
порівняно невисокий діапазон вертикальних переміщень мостів щодо системи, що несе, і, відповідно, обмежене забезпечення плавності ходу автомобіля.

До недоліків ресорної підвіски слід віднести також небезпечні наслідки, до яких може призвести поломка ресори при русі автомобіля, оскільки вона виконує функції направляючого елемента моста.

Пружини (рис. 1, б) як пружний елемент застосовуються, як правило, на незалежних підвісках. Найбільшого поширення набули циліндричні кручені пружини, що виготовляються із сталевого прутка круглого перерізу. Оскільки особливості конструкції пружини дозволяють отримувати ширший діапазон переміщень елементів підресорених і безпружинних мас автомобіля, пружинні підвіски здатні забезпечувати кращу плавність ходу в порівнянні з ресорною підвіскою. Пружний елемент у вигляді пружини складається з однієї деталі, тому відсутня тертя, властиве листам ресори. Завдяки цьому пружина не потребує будь-якого догляду в період експлуатації.

Проте, як і ресорні листи, пружина здатна втрачати форму (просідати) і пружність, тому після певного періоду експлуатації може бути відремонтована відновленням початкової висоти шляхом розтяжки. Пружинні пружні елементи менш схильні до поломок порівняно з ресорними листами, тому їх можна вважати більш надійними.

При встановленні на автомобіль пружини як пружний елемент, вона верхнім кінцем упирається в спеціальні елементи несучої системи (рами, кузова), виконані у вигляді ковпака або чашки, а нижнім кінцем - спирається на аналогічні елементи моста або нижніх важелів підвіски.

Демонтаж пружини з підвіски, як і її монтаж, вимагають дотримання певних запобіжних заходів, оскільки стиснута пружина при вивільненні може травмувати працівника.

Технологія виготовлення пружин підвіски

Оскільки пружина євідповідальним елементом підвіски, від роботи якого залежать не тільки комфорт, а й безпека руху, при виготовленні пружин використовують спеціальні сталі та технології. Як приклад нижче наведено технологію виготовлення пружин для підвіски вітчизняних автомобілів марки «ВАЗ».

Для виготовлення пружин підвіски автомобілів марки ВАЗ використовують прокатаний пруток круглого перерізу з пружинної сталі марки 60С2ГФ. Спочатку прутки обробляють на токарному верстаті до потрібного діаметра, потім нагрівають і навивають спіраллю. Після цього заготівлю гартують, відпускають і піддають дробоструминної обробки в спеціальній камері, очищаючи від окалини, зміцнюючи поверхню і підвищуючи міцність втоми.

Після дробоструминної обробки пружину піддають холодному осаді (заневоленню) - тричі стискають до зіткнення витків. Заключний етап виготовлення полягає у нанесенні на пружину захисного емалевого або епоксидного покриття для запобігання корозії. Готову пружину обов'язково піддають контрольному випробуванню статичним навантаженням. При цьому навантажують пружину певним зусиллям (відповідно до моделі пружини) і вимірюють її довжину після стиснення - осадка пружини від контрольного навантаження повинна знаходитися в межах встановлених заводським стандартом вимог.

Переваги та недоліки пружинних підвісок

невелика маса;
порівняно висока довговічність;
висока плавність ходу;
відносна простота у виготовленні;
відсутність потреби в мастильних матеріалах та технічному обслуговуванні.

Недоліком пружини в порівнянні з ресорою є неможливість використовувати її як напрямний елемент підвіски, тому в пружинних підвіскахнеобхідні окремі напрямні елементи у вигляді тяг, розпірок тощо, що утримують колеса від поздовжніх переміщень під час руху. Це призводить до ускладнення конструкції підвіски. Крім того, через відсутність у пружині тертя у складі пружинної підвіски обов'язково застосовуються спеціальні елементи, що гасять - амортизатори, оскільки коливання в пружині затихають значно довше, ніж, наприклад, в ресоре.

Торсіонні підвіски знаходять застосування на багатовісних автомобілях із незалежною підвіскою, на легкових автомобілях малого та великого класу, а також на деяких типах автомобільних причепів.

На багатьох моделях спортивних та гоночних автомобілів цей тип підвіски застосовується через малі габарити і масу. Широко застосовуються торсіонні підвіски на військовій техніці та машинах високої прохідності.

Торсіон є сталевим пружним стрижнем, що працює на скручування, який може бути виконаний суцільним або порожнистим. Для кріплення торців торсіону на його кінцях виконуються потовщення зі шліцами або у формі шестигранника. Одним кінцем торсіон входить у шліци у відповідь на несучій системі (рамі або кузові) автомобіля, а іншим - в шліци важеля підвіски. При переміщенні колеса по нерівностях дороги закручується торсіон, забезпечуючи пружний зв'язок колеса з рамою або кузовом автомобіля.

Торсіони мають ті ж переваги, що й пружини, проте вони компактніші, що дозволяє розміщувати їх у різних місцях автомобіля. Крім того, вони краще захищені від механічних пошкоджень. Проте вони менш довговічні, ніж пружини і дорожче у виготовленні, ніж листові ресори.

Пневматичні підвіски

Пневматичною називається підвіска, в якій роль пружного елемента виконує газ, що стискається, зазвичай повітря, але можутьзастосовуватись і інші гази, наприклад, азот. Робочий газ укладено в резинотканевий балон - пневмобалон (рис. 1, г), який може мати різну форму та конструкцію.

Кордна тканина виконується з поліамідних волокон (нейлону або капрону) і захищена від пошкоджень поверхневими шарами гуми.

Позитивною якістю пневмобалонної підвіски є можливість зміни тиску робочого газу в балонах, що дозволяє змінювати здатність, що несе, і пружні властивості підвіски в автоматичному режимі, в залежності від ступеня завантаження транспортного засобу. Тиск у балонах регулюється спеціальним регулятором положення несучої системи (кузова чи рами) залежно від статичного навантаження (кількості пасажирів чи вантажу).

При збільшенні навантаження кузов просідає і впливає на датчик або чутливий елемент регулятора, після чого впускний клапан регулятора відкривається і подає в пневмобалони додатково стиснене повітря (або газ) з пневмосистеми автомобіля (або з ємності для зберігання запасу газу), підвищуючи тиск у пневмобалонах, після чого несуча здатність підвіски збільшується. При зменшенні навантаження на кузов регулятор випускає частину повітря з пневмобалонів, зменшуючи жорсткість підвіски.

Переваги пневматичної підвіски:

можливість зміни жорсткості при різних навантаженнях у кузові;
збереження сталості ходів підвіски;
отримання змінного та підтримання постійного дорожнього просвіту;
невелика маса;
відносно високий термін служби (в три-п'ять разів вищий, ніж у листових ресор).

Тим не менш, такі підвіски застосовуються обмежено через складність і, відповідно, вартість виготовлення. Пневматичні підвіски знаходятьзастосування в деяких марках автобусів, вантажних автомобілів середньої та великої вантажопідйомності, а також причепи та напівпричепи. З зрозумілих причин, пневматична підвіска застосовується на транспортних засобах, обладнаних компресором для отримання стиснутого газу. Перевезення запасу стисненого газу окремих балонах призводить до істотного ускладнення конструкції транспортного засобу.