◉ POISK ACADEMIAАВТОМОБИЛЬ ИЗНУТРИ
ИНТЕРАКТИВНЫЙ АТЛАС

Рычаги и шарниры

Направляют движение колеса

Рычаги и шарниры: устройство и принцип работы

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»
  • 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.
  • 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.
Показ по шагам
  1. Колесо стоит под весом. Пружина держит около 3,4 кН — это вес угла машины. Шина под колесом слегка сплющена: она тоже пружина.
  2. Наезд на кочку. Колесо поднимается, рычаг поворачивается на сайлентблоках, шаровая идёт по дуге, стойка укорачивается и сжимает пружину.
  3. Амортизатор гасит колебания. Шток с поршнем гоняет масло через клапаны. На отбое сопротивление больше, чем на сжатии: кузов успокаивается за одно колебание.
  4. Стабилизатор. Стойка стабилизатора тянет его конец за стойкой. Стабилизатор скручивается и передаёт часть силы на другое колесо, уменьшая крен.
  5. 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.
  6. Ступица в разрезе. Колесо вращается на двухрядном шариковом подшипнике в поворотном кулаке. Шаровая опора снизу даёт кулаку поворачиваться.
  7. Изношенный амортизатор. Без сопротивления масла кузов качается на пружине несколько раз. Сравните график с исправным.
Что ломается и как это проявляется
  • 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.
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.

Обучение: как устроен автомобиль — курс с заданиями в 3D