Ходовая часть автомобиля предназначена для перемещения автомобиля по дороге с определенным уровнем комфорта, без тряски и вибраций. Механизмы и детали ходовой части связывают колеса с кузовом, гасят его колебания, воспринимают и передают силы, действующие на автомобиль со стороны дороги. Ходовая часть легкового автомобиля состоит из:
— передней и задней подвески;
— колес и шин.
К ходовой части можно отнести также раму и кузов автомобиля.
Совокупность устройств, обеспечивающих упругую связь между колесами и кузовом автомобиля (подрессоренной и неподрессоренными массами) за счет восприятия действующих сил и гашения колебаний, называется подвеской (рис. 12.1). Она уменьшает динамические нагрузки, действующие на подрессоренную массу.
Подвеска входит в состав ходовой части автомобиля и состоит из трех основных устройств: упругого (поз. 7, 9, 11), направляющего (поз. 2 нижний рычаг) и демпфирующего (поз. 6 амортизатор) (рис. 12.2).
Упругое устройство (пружина) 7 служит опорой для кузова и исключает жесткую связь между ним и направляющим элементом. Этим устройством на подрессоренную массу передаются вертикальные силы, действующие со стороны дороги, уменьшаются динамические нагрузки и улучшается плавность хода.
Применяют следующие типы упругих элементов подвески (рис. 12.3):
• металлические: листовые рессоры, спиральные пружины, торсионы (стержни, работающие на скручивание);
• неметаллические: пневматические, гидропневматические и резиновые (обеспечивают упругость подвески за счет упругих свойств резины, воздуха и жидкости);
• резинометаллические (сайлентблоки).
Листовые рессоры (рис. 12.3, а). Во время движения автомобиля усилие от моста через рессоры передается на кронштейны, установленные на раме автомобиля. Поэтому наряду с функцией смягчения ударов и толчков от дорожного покрытия, рессоры выполняют функцию передачи продольных и поперечных усилий от колес на шасси во время торможения и ускорения автомобиля.
В процессе резкого торможения на неровном дорожном покрытии на рессоры и элементы их крепления воздействует вес всего автомобиля (значение нагрузки еще более увеличиваются при движении по неровностям) одновременно с тормозным усилием. Поэтому рессоры и детали их крепления являются одними из самых высокопрочных деталей автомобиля.
Рессорная подвеска является основной для грузовых автомобилей. Она содержит минимальное число структурных элементов — рессору с узлами крепления и амортизатор (не всегда).
Рессора состоит из стальных листов, имеющих одинаковую ширину и различную длину выгнутой формы, собранных вместе. Кривизна листов не одинакова и зависит от их длины. Она увеличивается с уменьшением длины листов, что необходимо для плотного прилегания их друг к другу в собранной рессоре.
Взаимное расположение листов в собранной рессоре обеспечивается стяжным центральным болтом или посредством специальных выдавок, сделанных в средней части листов. Кроме того, листы скреплены хомутами, которые исключают боковой сдвиг одного листа относительно другого и передают нагрузку от коренного (верхнего) листа на другие листы при обратном прогибе рессоры. Коренной лист имеет наибольшую длину. С помощью коренного листа концы рессоры крепятся к раме или кузову автомобиля. От способа крепления рессоры зависит форма концов коренного листа. Они могут быть плоскими, отогнутыми под углом 90°, загнутыми в форме ушков, со съемными коваными или литыми ушками.
Применяются два типа листовых рессор: многолистовые и параболические.
Многолистовые рессоры собраны из нескольких стальных листов разной длины (рис. 12.4). Листы рессоры одинаковую ширину и, как правило, одинаковую толщину. Самый длинный лист рессоры называется коренным или первичным листом. Если крепление рессоры к лонжеронам рамы осуществляется с использованием рессорных пальцев, то концы коренного листа отогнуты в виде ушек. Чтобы коренной лист при поломке не выскочил из кронштейна, передний конец второго листа также отогнут в виде ушка. Листы рессоры стянуты центральным, болтом и хомутами, которые предотвращают относительное перемещение листов в поперечном направлении.
В конструкцию параболической рессоры (рис. 12.5) входит от 2 до 4-х листов одинаковой длины и ширины. Листы рессоры несколько толще в центральной части и сужаются к концам. В отличие от многолистовой рессоры листы рессоры разделены прокладками и не контактируют между собой. Вследствие этого значительно снижается межлистовое сухое трение. Поэтому в конструкцию подвески с параболическими рессорами всегда включают амортизаторы.
На обоих концах параболической рессоры выполнены ушки, в которые запрессованы рессорные втулки. На переднем конце второго листа также выполнено ушко, которое предотвращает отсоединение рессоры вследствие поломки коренного листа в зоне расположения рессорной втулки.
На а/м с одним задним мостом и задней многолистовой рессорной подвеской в конструкцию подвески входят основные и дополнительные рессоры (рис. 12.6).
Передний конец основной рессоры крепится к лонжерону рамы с помощью пальца и кронштейна, а задний конец — с помощью пальца и подвижной серьги. Сверху основной рессоры расположена дополнительная рессора, которая к раме не крепится. Дополнительная рессора многолистовой рессоры является отдельным элементом. На параболической рессоре листы основной и дополнительной рессор стянуты центр, болтом и, таким образом, дополнительная рессора объединена в один узел с основной рессорой. У груженого автомобиля дополнительная рессора находится под нагрузкой. Концы дополнительной рессоры контактируют с двумя (рис. 12.6, б, в) изогнутыми кронштейнами, которые прикреплены к раме с помощью заклепок. При увеличении нагрузки концы дополнительной рессоры перемещаются вдоль кронштейнов, что приводит к уменьшению эффективной длины дополнительной рессоры и, как следствие, к увеличению ее жесткости.
На автомобилях с дополнительным мостом рессоры расположены под ведущим мостом. Передние концы рессор закреплены в кронштейнах пальцами. Задние концы рессор через серьги прикреплены к балансирным рычагам. Находясь под нагрузкой, ведущий мост стремится поднять задние концы рессор. Это во многом определяет высокие требования, предъявляемые к креплению рессор.
Каждое колесо дополнительного моста установлено на балансирном рычаге (рис. 12.7). В свою очередь, балансирные рычаги установлены на оси, прикрепленной к раме. Переднее плечо балансирного рычага через серьгу соединено с задним концом рессоры задней подвески. Такая конструкция позволяет колесам ведущего моста и дополнительного моста повторять рельеф дороги. Распределение нагрузки между ведущим и дополнительными мостами остается относительно неизменным при изменении прогиба подвески.
Пружинные подвески в качестве упругого устройства имеют спиральные (витые) цилиндрические пружины и применяются главным образом для легковых автомобилей. (рис. 12.7, б).
Спиральные (витые) пружины изготовляются из прутка круглого сечения и могут быть цилиндрическими, коническими или бочкообразными. Для изготовления пружин используются рессорно-пружинные стали (что и для листов рессор). По сравнению с листовыми рессорами спиральные пружины имеют меньшую массу, более долговечны, просты в изготовлении и не требуют технического обслуживания. В подвеске витые пружины воспринимают только вертикальные нагрузки и не могут передавать продольные и поперечные усилия и их моменты от колес на раму и кузов автомобиля. Поэтому при их установке требуется применять направляющие устройства. При использовании витых пружин также необходимы гасящие устройства, так как в пружинах отсутствует трение.
Торсионы (рис. 12.7, в) применяются при независимой подвеске колес на многоосных автомобилях, прицепах и на некоторых легковых автомобилях. Торсион представляет собой стальной упругий стержень, работающий на скручивание. Он может быть сплошным круглого сечения, а также составным — из круглых стержней или прямоугольных пластин. На концах торсиона имеются головки (утолщения). С помощью головок торсион одним концом крепится к раме или кузову автомобиля, а другим — к рычагам подвески. Упругость связи колеса с рамой обеспечивается скручиванием торсиона. Торсионы, как пружины, требуют направляющих и гасящих устройств. По сравнению с листовыми рессорами торсионы имеют те же преимущества, что и спиральные пружины. Однако по сравнению со спиральными пружинами торсионы менее долговечны. Торсионы наиболее распространены в независимых подвесках. Их располагают вдоль или поперек автомобиля.
Упругие пневматические элементы (пневмоподвеска) (см. рис. 12.3, д) применяются на автомобилях, масса подрессоренной части которых меняется значительно (грузовые автомобили), или требования к плавности, хода которых высоки (автобусы).
Бортовая пневмосистема (рис. 12.8) состоит из компрессора, резервуара для хранения сжатого воздуха (ресивера) и системы управления и распределения воздуха с регулировочным краном. Производительность компрессора, давление в системе, объем ресиверов, размер клапанов, диаметры воздушных магистралей и прочие параметры конкретной системы подбираются индивидуально в зависимости от веса автомобиля, требований к быстродействию и возможностям подвески.
Путем изменения давления воздуха в пневматическом элементе можно регулировать жесткость подвески. При этом появляется возможность регулировать высоту пола (автобусы), грузовой платформы или прицепного устройства относительно дороги либо величину дорожного просвета (при независимой подвеске).
Различают следующие типы пневмоподвесок:
— пневмоподвески с закрытым контуром;
— пневмоподвески с закрытым наполовину контуром;
— пневмоподвески с открытым контуром.
Пневматические баллоны (пневмобаллоны) представляют резинокордные оболочки, уплотненные по торцам и заполненные воздухом под давлением (см. рис. 12.3). Круглые пневмобаллоны изготовляются одно-, двух- и трехсек-ционными. Двухсекционный пневмобаллон состоит из оболочки 8 толщиной 3…5 мм, имеющей два борта, усиленных стальными проволочными кольцами, для крепления к опорным фланцам с помощью колец 6 и 7. Оболочка имеет каркас диагональной конструкции из двух слоев прорезиненной кордной ткани, покрытой снаружи защитным, а внутри — герметизирующими резиновыми слоями. Кордная ткань изготовляется из полиамидных нитей (нейлон, капрон).
Допускаемое давление воздуха внутри баллона при статической нагрузке 0,5…0,6 Мпа (5…6 кгс/см2). Оно должно быть на 0,1… 0,2 МПа (1…2 кгс/см2) ниже рабочего давления питающей воздушной сети, чтобы обеспечить избыток давления в случае перегрузки автомобиля. Минимальное давление в баллоне с болтовым креплением прижимных колец не ограничивается.
Пневмобаллоны не имеют жесткой связи с рамой грузовика, и чтобы мост не совершал поперечные движения, в конструкции подвески автомобиля применяют продольные и поперечные реактивные тяги.
В последнее время начали активно применяться пневмобаллоны с неразъемным соединением резиновой и металлической части. Такое соединение избежать саморазборки подушки при аварийном ходе подвески.
Электронное управление пневмоподвеской. В отличии от механической системы управления пневмоподвеской, электронное управление (рис. 12.9) осуществляется электронным блоком, который в зависимости от показаний датчиков перемещения выдает управляющий сигнал на магнитный клапан.
Наряду с поддержанием постоянного транспортного положения электронный блок вместе с пультом управления позволяют выполнить функции, которые в обычной пневмоподвеске можно реализовать лишь с помощью дополнительных клапанов.
Принцип работы системы заключается в следующем. Датчик перемещения 3 постоянно замеряет положение по высоте транспортного средства и предает значения электронному блоку 1. Если электронный блок определяет отклонение от необходимого уровня, то подается сигнал на магнитный клапан 4 для приведения транспортного средства в необходимое положение.
Посредством пульта управления 2 можно при движении не выше определенной скорости (или при остановке) изменять положение транспортного средства по высоте (например, при разгрузке у рампы).
Ограничитель осевой нагрузки. На автомобилях с регулируемым мостом с ограничителем осевой нагрузки. Он контролирует нагрузку на ведущий мост, чтобы она не превышала допустимого предела.
Управление ограничителя осевой нагрузки и подъёмного механизма регулируемого моста осуществляется с помощью общего блока управления.
Ограничитель осевой нагрузки чувствует сжатие подвески ведущего моста и с помощью рычага включает индуктивный датчик.
Датчик 4 (рис. 12.10) считывает положение рычага 1, которое зависит от нагрузки, и сообщает блоку управления, насколько сильно сжалась подвеска, т.е. нагрузку на ведущий мост. Если нагрузка на ведущую ось превышает разрешённый предел, блок управления посылает сигнал в систему управления подвеской опустить регулируемый мост.
Ограничитель осевой нагрузки благодаря встроенной временной задержке срабатывает примерно через 20 секунд, опуская мост. Это означает, что на ограничитель осевой нагрузки не действуют колебания и кратковременные смещения подвески во время движения по неровной дорожной поверхности.
Предельное значение устанавливается на заводе-производителе автомобиля. При установке или проверке предельной величины (предельное значение — это осевая нагрузка, при которой опускается регулируемый мост), автомобиль должен быть загружен грузом, равным этой конкретной величине.
Сайлентблок (см. рис. 12.3, а) является составляющим упругим элементом подвески и предназначен для шарнирного соединения элементов подвески между собой и кузовом. Сайлентблок состоит из наружной и внутренней металлических обойм, к которым привулканизирован резиновый массив.
Подвижность обеспечивается за счёт эластичности резины, практически без трения, что позволяет устранить операции обслуживания и смазывания, увеличить срок службы узла, а также снизить уровень передаваемых через шарнир вибраций,
Сайлентблок устанавливается, как в передней подвеске для укрепления рычагов разных типов, стойки стабилизатора поперечной устойчивости, так и для задней, с целью соединения элементов подвески автомобиля. Кроме подвески, сайлентблоки применяются для крепления двигателя внутреннего сгорания и трансмиссии в транспортном средстве.
Направляющее устройство или амортизатор 6 (см. рис. 12.2) определяет характер движения колес, передает продольные и поперечные усилия. Оно также воспринимает и момент, стремящийся повернуть мост автомобиля в направлении, противоположном вращении: колес. При торможении автомобиля через направляющее устройство передается сила торможения и им же воспринимается момент, стремящийся повернуть мост в направлении вращения колес. Кроме того, через направляющее устройство передаются боковые усилия, возникающие при повороте автомобиля.
По типу направляющего устройства подвески делят на две группы -зависимые и независимые.
Рычаги направляющих устройств можно разделить на две группы:
• работающие на растяжение, сжатие и изгиб;
• испытывающие также значительные скручивающие нагрузки.
Демпфирующее устройство (см. рис. 12.2) (амортизатор и пружина) предназначено для гашения колебаний кузова и колес после проезда неровности путем преобразования энергии колебаний в тепловую и рассеивания ее в окружающую среду.
Конструкция подвески должна обеспечивать требуемую плавность хода, иметь кинематические характеристики, отвечающие требованиям устойчивости и управляемости автомобиля.
Стабилизатор поперечной устойчивости. Одним из способов уменьшения крена кузова и улучшение показателей управляемости автомобиля является применение упругих дополнительных элементов, называемых стабилизаторами поперечной устойчивости. Применяются они в подвесках легковых автомобилей и автобусах. Стабилизатор поперечной устойчивости (рис. 12.11) представляет собой упругое специальное устройство торсионного типа, которое устанавливается поперек автомобиля. Он состоит из П-образного стержня круглого сечения, изготовленного из пружинной стали и стоек. Стержень подвижно (во втулках) крепится на раме или кузове, а плечами шарнирно соединяется с мостом или рычагами подвески.
При боковых кренах и поперечных угловых колебаниях кузова концы (плечи) стержня стабилизатора перемешаются в разные стороны один опускается, другой поднимается. Вследствие этого средняя часть стержня закручивается и частично изгибается, уменьшая тем самым крен и поперечное раскачивание кузова автомобиля. Создавая сопротивление крену и поперечным колебаниям кузова, стабилизатор в то же время не препятствует его вертикальным и продольным угловым колебаниям.
Типы подвесок. В зависимости от конструкции направляющих элементов подвески легковых автомобилей разделяются на независимые, зависимые и полузависимые. По типу изменения клиренса подвески можно разделить на подвески без изменения дорожного просвета и подвески с изменением дорожного просвета. По оси поворота колеса подвески подразделяются на подвески с обычной и виртуальной осью поворота.
Зависимая подвеска (рис. 12.12, а) характеризуется зависимостью перемещения одного колеса моста от перемещения другого колеса. Она объединяет колеса жесткой балкой, и образует так называемый мост автомобиля. Перемещение одного из колес в поперечной плоскости передается другому колесу. Передача сил и моментов от колес на кузов при такой подвеске может осуществляться непосредственно металлическими упругими элементами – пружинами, рессорами или с помощью штанг – штанговая подвеска.
1, 4, 10, 14 – кронштейны; 2 – шарнир; 3, 15 – рессоры; 5, 18, 19 – накладки; 6 – буфер; 7, 13, 17 – стремянки; 8 – амортизатор; 9 – хомут; 11 – ушко; 12 – палец; 16 – подрессорник (дополнительная рессора)
Примером рессорная, с амортизаторами зависимой подвески является передняя подвеска автомобиля МАЗ (рис. 12.13, а). Она выполнена на двух продольных полуэллиптических листовых рессорах с двумя гидравлическими амортизаторами. Все листы каждой рессоры 3 изготовлены из рессорно-пружинной стали и имеют одинаковую толщину. Два верхних листа (коренной и подкоренной) выполнены одинаковой длины. Длина остальных листов различна и постепенно уменьшается. В собранной рессоре листы соединяются между собой центральным болтом и хомутами 9. К переднему концу рессоры стремянкой 13 и пальцем 12 прикреплено съемное ушко 11. Передний конец рессоры — неподвижный и соединен с кронштейном, закрепленным на раме с помощью металлического шарнира 2, состоящего из гладких пальца и втулки. Задний конец рессоры — скользящий (подвижный) и установлен в кронштейне 10, связанном с рамой. Конец опирается на цилиндрическую поверхность кронштейна и может скользить по ней при деформации рессоры. К балке переднего моста рессора крепится рессорными стремянками 7.
Ход переднего моста вверх ограничивается резиновыми буферами 6 сжатия, закрепленными на рессорах в накладках 5 и упирающимися в кронштейны 4 рамы. Ход переднего моста вниз ограничивается рессорами. Амортизаторы 8 — гидравлические телескопические. Они крепятся к раме и балке моста с помощью резинометаллических шарниров.
Задняя подвеска грузовых автомобилей МАЗ (рис. 12.13, б) зависимая, рессорная, без амортизаторов. Она включает в себя две продольные полуэллиптические листовые рессоры и подрессорники. Рессора 15 и подрессорник 16 прикреплены к балке заднего моста с помощью накладок 18, 19 и рессорных стремянок 17. Крепление концов рессоры к раме в кронштейнах такое же, как и в передней подвеске автомобиля, — передний конец шарнирно, а задний — подвижно. Подрессорник крепления к раме не имеет. Его концы могут свободно скользить по опорным кронштейнам 14, которые прикреплены к раме. При увеличении нагрузки автомобиля концы подрессорника упираются в кронштейны 14, и рессора работает совместно с подрессорником. Ход заднего моста вверх ограничивается резиновыми буферами сжатия, установленными на балке заднего моста.
Подвески автобусов большой вместимости содержат, как правило, пневмобаллоны. На рис. 12.14 представлена передняя подвеска автобуса МАЗ. Подвеска каждого из колес передней оси состоит из рычага подвески 4, который шарнирно соединен верхним поперечным рычагом 14 с верхним основанием подвески, приваренным к каркасу автобуса, и нижним поперечным рычагом 6 с нижним основанием подвески 8, которое закреплено болтами с гайками 9 и 18 на каркасе автобуса и верхнем основании подвески. Рычаги подвески передают реактивные и тормозные моменты. Вертикальная нагрузка передается через пневмобаллон 2. Гашение колебаний обеспечивается двумя амортизаторами 15. На рычаге подвески 4 через шкворень закреплены поворотные кулаки управляемых колес.
В головки поперечных рычагов подвески 6, 14 установлены сайлентблоки (резинометаллические шарниры) 7, 13. 25. Сайлентблоки фиксируются в рычагах стяжными болтами 5.
Регулировка продольного и поперечного угла наклона оси обеспечивается установкой регулировочных прокладок 12, 17 под опорные поверхности сайлентблоков и симметричной установкой поперечных рычагов относительно рычага подвески 4.
Для гашения колебаний, возникающих при движении автобуса по неровностям дороги, в подвеске установлены четыре гидравлических амортизатора 15 двустороннего действия телескопического типа. Одним концом амортизатор закреплен гайками 16 через резиновые подушки на кронштейне каркаса кузова, а другим — на кронштейне рычага подвески.
Вертикальная нагрузка от веса автобуса передается через два пневмобаллона 2.
Пневмобаллоны нижней стороной одеваются на подставки 3, которые приварены к рычагам подвески, а верхней стороной к опорной пластине 1, которая приварена к каркасу автобуса.
Зависимая подвеска на легковых автомобилях устанавливается на задних колесах. Отличительной особенностью конструкции применяющихся зависимых подвесок является наличие упругих элементов, передающих вертикальные нагрузки и не имеющих трения, жестких тяг и рычагов, воспринимающих поперечные (боковые) нагрузки и обеспечивающих колесу и кузову определенную кинематику.