Смягчает неровности и помогает колёсам держаться за дорогу.
Подвеска и колёса: устройство и принцип работы
Амортизаторы — гасят раскачивание кузова
Пружины и упругие элементы — держат вес и позволяют подвеске двигаться
Рычаги и шарниры — направляют движение колеса
Ступицы и подшипники — держат колесо и позволяют ему вращаться
Стабилизатор — уменьшает крен кузова в повороте
Колёса и шины — передают силы между машиной и дорогой
Как подвеска держит колесо на дороге
Подвеска решает две задачи: прижимает колесо к дороге, чтобы оно могло тормозить и поворачивать, и не пускает удары в кузов.
Пружина держит вес. Каждый угол машины весит около 350 кг. Пружина жёсткостью 28 Н/мм прогибается под ним на 12 см и затем позволяет колесу ходить вверх и вниз примерно на ±8 см.
Амортизатор гасит раскачку. Без амортизатора кузов на пружине качался бы с частотой около 1,4 Гц много раз. Масло, проходящее через клапаны поршня, превращает энергию колебаний в тепло.
Рычаг и стойка задают траекторию. Низ кулака ходит по дуге вокруг сайлентблоков рычага, верх стойки держится за кузов через опору. Поэтому при ходе колеса чуть меняется развал.
Поворот колеса. Рейка через рулевую тягу толкает поворотный рычаг кулака. Кулак вместе со стойкой, ступицей и колесом поворачивается вокруг оси через центр шаровой опоры и опору стойки. Рычаг и сайлентблоки при этом не двигаются, шар проворачивается в корпусе, а подшипник опоры даёт провернуться стойке с пружиной.
Углы установки колёс. Развал — наклон колеса к вертикали, если смотреть спереди. Кастер — наклон оси поворота назад, если смотреть сбоку: он помогает рулю самому возвращаться прямо. Схождение — колёса, если смотреть сверху, почти параллельны или чуть сведены спереди. Схождение регулируют длиной рулевых тяг, развал на такой подвеске — в небольших пределах, кастер обычно задан кузовом и рычагом.
Шина и подшипник. Шина — первая пружина и единственный контакт с дорогой. Подшипник ступицы держит вес и боковые силы и даёт колесу вращаться почти без трения.
Детали в модели «Передняя подвеска Макферсон»
Амортизатор (корпус стойки). Двухтрубный газомасляный амортизатор внутри стойки. Масло продавливается через клапаны поршня: при 0,5 м/с сила отбоя около 1,6 кН, сжатия около 0,7 кН.
Опора стойки с подшипником. Резиновая опора крепит шток к кузову тремя шпильками и гасит вибрацию. Подшипник под ней даёт стойке поворачиваться вместе с колесом при повороте руля.
Пружина. Держит вес кузова: на это колесо около 3,4 кН. Жёсткость около 28 Н/мм на колесе, поэтому статический прогиб около 120 мм.
Пневмобаллон (вариант). Вместо стальной пружины вес держит сжатый воздух около 6–8 бар в резиновой оболочке. Чем сильнее сжат баллон, тем он жёстче: характеристика прогрессивная.
Отбойник. Полиуретановый упор на штоке. Вступает после примерно 50 мм хода сжатия и мягко ограничивает ход, не давая металлу удариться о металл.
Пыльник штока. Гофрированный чехол защищает хромированный шток от грязи. Грязь на штоке рвёт сальник амортизатора.
Поворотный кулак. Литая деталь. В середине расточка под ступичный подшипник, сверху хомут на стойке с двумя стяжными болтами, снизу клеммное крепление пальца шаровой опоры, сзади поворотный рычаг с наконечником рулевой тяги и две проушины под суппорт.
Ступица. Фланец с пятью шпильками на диаметре 114,3 мм. На него надеты тормозной диск и колесо, через шлицы приходит крутящий момент от привода.
Ступичный подшипник. Закрытый двухрядный шариковый подшипник-модуль. Держит вес около 3,8 кН на колесо и боковые силы в повороте, смазан на весь срок службы.
Тормозной диск. Диск 280 мм зажат между ступицей и колесом и вращается вместе с ними. Подробно тормоз разобран в отдельной лаборатории.
Нижний рычаг. Штампованный треугольный (А-образный) рычаг длиной около 330 мм: стальной лист 5 мм с отбортовкой по всему краю и рёбрами жёсткости, к сайлентблокам профиль выше. Качается на двух сайлентблоках на общей оси вдоль машины и держит низ кулака через шаровую опору: принимает продольные и боковые силы.
Шаровая опора. Шарнир между рычагом и кулаком. Корпус приклёпан к рычагу, палец с шаром зажат в кулаке стяжным болтом. Шар поворачивается в пластиковом вкладыше при ходе подвески и при повороте руля, смазка закрыта резиновым пыльником.
Сайлентблоки рычага. Резинометаллические шарниры: внутренняя втулка зажата болтом между щёк кронштейна подрамника, наружная обойма запрессована в проушину рычага, между ними резина. Рычаг качается за счёт её скручивания, без смазки и скрипа. Задний сайлентблок крупнее и мягче, с пустотами в резине.
Стабилизатор поперечной устойчивости. Стальной торсион диаметром около 22 мм соединяет левое и правое колесо. Когда одно колесо поднимается, стабилизатор скручивается и уменьшает крен.
Стойка стабилизатора. Тяга длиной около 250 мм с двумя шарнирами. Передаёт ход стойки на конец стабилизатора.
Подрамник. Сварная рама из штампованных профилей под двигателем, привинченная к кузову через резиновые опоры. На ней кронштейны сайлентблоков рычагов, опоры стабилизатора и крепление рулевой рейки.
Рулевой наконечник. Тяга от рейки к рычагу поворотного кулака. Поворачивает колесо вокруг оси, проходящей через шаровую опору и опору стойки. Длиной тяги на развал-схождении выставляют схождение колёс.
Колёсный диск. Литой диск 16×6,5 с вылетом 45 мм, пять сдвоенных спиц. Крепится к ступице пятью гайками с моментом около 110 Н·м.
Шина 205/55 R16. Ширина 205 мм, высота боковины 113 мм. Сама работает как пружина жёсткостью около 200 Н/мм при давлении 2,3 бар, глубина нового протектора 8 мм.
Показ по шагам
Колесо стоит под весом. Пружина держит около 3,4 кН — это вес угла машины. Шина под колесом слегка сплющена: она тоже пружина.
Наезд на кочку. Колесо поднимается, рычаг поворачивается на сайлентблоках, шаровая идёт по дуге, стойка укорачивается и сжимает пружину.
Амортизатор гасит колебания. Шток с поршнем гоняет масло через клапаны. На отбое сопротивление больше, чем на сжатии: кузов успокаивается за одно колебание.
Стабилизатор. Стойка стабилизатора тянет его конец за стойкой. Стабилизатор скручивается и передаёт часть силы на другое колесо, уменьшая крен.
Поворот колеса. Рейка сдвигается и через рулевую тягу толкает поворотный рычаг кулака. Кулак вместе со стойкой и колесом поворачивается вокруг оси через шаровую опору и опору стойки, рычаг остаётся на месте.
Ступица в разрезе. Колесо вращается на двухрядном шариковом подшипнике в поворотном кулаке. Шаровая опора снизу даёт кулаку поворачиваться.
Изношенный амортизатор. Без сопротивления масла кузов качается на пружине несколько раз. Сравните график с исправным.
Что ломается и как это проявляется
Изношен амортизатор. Признаки: после кочки кузов делает два-три лишних колебания, на волнах машину раскачивает, на скорости колесо подпрыгивает и хуже держит дорогу. Корпус стойки мокрый от масла. Что проверить: подтёки на корпусе стойки, раскачку угла кузова рукой (норма: одно колебание и остановка), проверку на вибростенде. Меняют парой на оси.
Лопнул виток пружины. Признаки: угол машины стоит ниже на 2–4 см. На кочках слышен удар: подвеска чаще доходит до отбойника, обломок витка может скрежетать по чашке. Что проверить: осмотреть нижний виток у чашки и высоту кузова по аркам слева и справа. Пружины меняют парой, проверяют острый край обломка: он может порезать шину.
Люфт шаровой опоры. Признаки: глухой стук снизу на мелких неровностях, руль менее чёткий, колесо качается, если покачать его за верх и низ. Что проверить: покачать вывешенное колесо монтировкой под шиной, проверить пыльник шаровой. Изношенную опору меняют сразу: при её разрушении колесо подламывается.
Порваны сайлентблоки. Признаки: стук и щелчки при трогании и торможении, машину уводит в сторону, на неровностях «гуляет» руль. Что проверить: трещины и выдавленную резину на сайлентблоках, смещение рычага монтировкой. После замены обязательно регулируют схождение.
Износ стойки стабилизатора. Признаки: частое лёгкое постукивание спереди на брусчатке и мелких неровностях, особенно на малой скорости. Что проверить: вывесить колесо и покачать стойку стабилизатора рукой: в исправной люфта нет. Стойки дешёвые, их меняют парой.
Гудит ступичный подшипник. Признаки: гул, похожий на шум самолёта, который растёт со скоростью и меняется в повороте: громче, когда нагружается изношенная сторона. Что проверить: прокрутить вывешенное колесо рукой (шорох и неровный ход), проверить люфт. Модуль ступицы меняют целиком.
Шина недокачана. Признаки: руль тяжелее, машина вяло реагирует, растёт расход топлива. Протектор стирается по краям, середина остаётся целой. Что проверить: давление на холодных шинах по табличке в проёме двери, раз в месяц. Глубину протектора: минимум 1,6 мм, зимой 4 мм.
Упрощения модели
Модель — одна четверть автомобиля: кузов только поднимается и опускается, без крена и клевков. Стабилизатор показан при ходе одного колеса, его жёсткость в расчёт силы не входит.
Силы пересчитаны к колесу. Зазоры в изношенных шарнирах и смещение рычага на порванных сайлентблоках увеличены, чтобы их было видно.
По умолчанию время замедлено в 4 раза: при настоящей скорости колесо отрабатывает кочку за десятые доли секунды.
Поворот колеса показан без сил: машина не поворачивает, дорога бежит прямо, ход рейки подобран так, чтобы длина рулевой тяги не менялась. Приводной вал и суппорт показаны упрощённо, шум подшипника — визуально.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.