Шарнир позволяет деталям поворачиваться в нескольких направлениях.
Шаровая опора: устройство и принцип работы
Шаровая опора — часть системы «Рычаги и шарниры». Направляют движение колеса
Шаровая опора в модели «Передняя подвеска Макферсон»
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.
Признаки неисправности
Глухой стук снизу на мелких неровностях, люфт колеса. Опасно: изношенная шаровая может разъединиться.
Неисправности, связанные с деталью
Люфт шаровой опоры. Признаки: глухой стук снизу на мелких неровностях, руль менее чёткий, колесо качается, если покачать его за верх и низ. Что происходит внутри: пыльник порвался, вода и грязь вымыли смазку, пластиковый вкладыш вокруг шара истёрся. Кулак свободно смещается относительно рычага на величину зазора и при каждой смене нагрузки бьётся в корпус. В модели зазор увеличен для наглядности. Что проверить: покачать вывешенное колесо монтировкой под шиной, проверить пыльник шаровой. Изношенную опору меняют сразу: при её разрушении колесо подламывается.
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.
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.