Устройство и принцип работы двухрычажной подвески

Понятие подвески вошло в обиход еще на заре автомобилестроения. Но собственных разработок в то время еще не было и автомобили получили этот узел по наследству от гужевых повозок. Такие моменты, как мягкость, комфорт, управляемость даже не упоминались.

При максимальной скорости первых автомобилей в 6 км/ч эти вопросы были совсем не актуальны. Но со временем подвески на продольных эллиптических рессорах стали непригодными для эксплуатации.

На больших скоростях требования к шасси изменились, поэтому в довоенные годы была изобретена двухрычажная конструкция, которая успешно применяется до настоящего времени.

Устройство двухрычажной подвески

Двухрычажную подвеску можно назвать прототипом других конструкций, так как ее видоизменение привело к ряду новых решений. Разделение верхнего рычага на два отдельных вывело в свет подвеску на двойных поперечных рычагах. А замена верхнего рычага телескопической стойкой лежит в основе идеи МакФерсона.

Двухрычажная подвеска, как видно из названия, состоит из двух поперечных рычагов, верхнего и нижнего, которые установлены один под другим.

Нижний рычаг крепится подвижно к кузову. Следует подробно описать способ крепления. Дело в том, что несущей частью такой подвески является балка или подрамник. Такое решение спровоцировано огромными нагрузками на кузов, которые приводили к его разрушению. Подвижность рычага обеспечивают сайлентблоки.

Верхний рычаг может крепиться к кузову или к балке. Это не так принципиально, потому что вся нагрузка уходит на пружину, а верхний рычаг играет роль опоры для ступицы. С противоположных сторон на рычагах конструируются шаровые опоры для крепления поворотного кулака и обеспечения его вращения относительно вертикальной оси.

Основным упругим элементом, принимающим на себя все удары при проезде неровностей, является пружина. Она выполняется с разным шагом витков, чтобы избежать резонанса.

Еще один элемент, гасящий колебания — амортизатор. Амортизатор вместе с пружиной упираются в нижний рычаг и закреплены на кузове. В некоторых вариантах исполнения подвески они ориентированы соосно. Но по причине экономии места в ряде случаев амортизатор выносят за пределы пружины.

Принцип работы

Все устройство подвески предназначено для выполнения ею своих прямых задач: обеспечения связи колес и кузова, снижения доли колебаний, передающихся на кузов, и обеспечения постоянного сцепления колес с дорожным покрытием.

Первая задача выполняется посредством шаровых опор. Это шарнирные соединения, на которых цапфа выполняет вращение при повороте рулевого колеса. Не стоит забывать и про несущую функцию опор, поэтому их состояние должно периодически диагностироваться.

Подвижность рычагов относительно кузова позволяет им участвовать в колебательных движениях. А пружина уменьшает амплитуду колебаний и гасит их за счет сил упругости. В результате работы подвески, усилие передается от колеса, попавшего на неровность, к рычагу, далее — к пружине. Амортизатор тоже принимает участие в гашении колебаний.

Третья задача двухрычажной подвеской выполняется настолько эффективно, что ее до сих пор применяют на скоростных машинах. Рычаги имеют A или U-образную форму. Расширение у основания позволяет закрепить рычаг к кузову в двух точках. Две точки опоры защищают всю подвеску от продольных смещений во время разгона или торможения.

Верхний рычаг имеет меньшие габариты, по сравнению с нижним. При движении колеса вверх изменяется угол его развала. Таким образом, даже во время кренов на повороте, плоскость колеса остается перпендикулярной дороге. В связи с этим достигается отличная управляемость автомобиля.

Преимущества подвески

• Конструкция, собранная на балке, представляет подвеску, как единый узел. Имеется возможность ее полного демонтажа с автомобиля, что очень удобно при проведении ремонтных работ. Подрамник или балка защищают кузов, принимая основные сильные удары на себя.
• Управляемость автомобиля обусловлена не только изменением угла развала при качании рычагов, но и вообще возможностью регулировки углов установки колес, которую дает такой тип подвески.
• Возможность установки на спортивные автомобили расширяет границы применимости двухрычажной подвески. Некоторые разработчики устанавливают ее даже на заднюю ось.
• Надежность. Основными расходными материалами при ремонте подвески служат амортизатор, сайлентблоки и шаровые опоры. Остальные элементы имеют практически неисчерпаемый ресурс.
• Ремонтопригодность. Малое количество деталей делает ремонт и диагностические работы доступными для самостоятельного выполнения.

Основные недостатки

• Большие габариты. Конструкция и способ установки верхнего рычага отбирает полезное место багажника или подкапотного пространства. В связи с этим, разработчики редко используют такой тип подвески в качестве задней и в качестве передней для переднеприводных автомобилей, где предусмотрено поперечное расположение силового агрегата.
• Стоимость ремонта. Современные автомобили имеют подвески с алюминиевыми рычагами для уменьшения веса конструкции. Но такие рычаги не подразумевают замену сайлентблоков или шаровой опоры. Весь узел поставляется в сборе. В итоге, замена шаровой сведется к замене всего рычага, что существенно ударит по бюджету автовладельца.
• Применение балки не только увеличивает габариты, но и массу подвески, что повлечет за собой лишние затраты на топливо.

О том, насколько удачна та или иная конструкция, судить можно только по опыту в эксплуатации. Двухрычажная подвеска в этом отношении прошла испытания временем. Несмотря на многочисленные дополнения и усовершенствования, ее в изначальном виде применяют лидеры автомобилестроения. Российскому же пользователю такой тип подвески знаком по классическим моделям ВАЗа.

Что такое Многорыжачная подвеска, устройство и принцип работы

Управляемостью автомобилей в сложных условиях на высоких скоростях стали заниматься, когда мощность двигателя перестала быть проблемой. Стало ясно, что идеальной подвеской с этой точки зрения будет двухрычажка параллелограммного типа. Хорошо подобранная геометрия рычагов сделала возможным точное соблюдение постоянства наилучшего контакта колеса с дорогой.

Но совершенству нет предела, и даже у новой схемы стали отмечаться врождённые недостатки, в частности, паразитные подруливания во время загрузки колёс в поворотах. Надо было идти дальше.

Почему подвеска называется многорычажной

Усовершенствование двухрычажной подвески потребовало добавления к уже имеющимся дополнительных сил, воздействующих на ступицы колёс в поворотах.

Создать их возможно установив в подвеску новые рычаги, при некотором изменении кинематики имеющихся. Число рычагов росло, и подвеска получила название многорычажной (Multilink).

Характеристики

Новый тип подвески обрёл принципиально качественные особенности:

• верхние и нижние рычаги получили разнесённую конструкцию, каждый из них мог быть разделён на отдельные тяги, а образовавшиеся нежелательные степени свободы компенсировались добавочными тягами и толкателями;
• независимость подвески сохранилась, более того, стало возможным раздельно управлять углами колёс, в зависимости от их текущего положения в арках;
• функции обеспечения продольной и поперечной жёсткости можно распределять по отдельным рычагам;
• простым добавлением ориентированных в нужной плоскости рычагов стало возможно программировать любые траектории хода колеса.

При этом все положительные качества двойных треугольных рычагов сохранились, новые характеристики стали независимым дополнением к имеющимся.

Схема и устройство задней подвески

Началось всё именно с изменения подвески задних колёс. С передними и так было всё нормально, поскольку на их углы мог оперативно повлиять сам водитель.

Первой неприятной особенностью классической независимой подвески стало изменение углов схождения из-за естественной кинематической податливости треугольных рычагов на сайлентблоках.

Естественно, в специальных гоночных машинах использовались более жёсткие шарниры, но это снижало комфорт, а до конца проблему не решало. Надо было делать очень жёсткие подрамники, кузова, что в гражданских машинах неприемлемо. Оказалось, что проще добавить ещё один рычаг, который компенсировал поворот колеса, создавая противоположный закручивающий момент.

Идея сработала, после чего эффект ещё более усилили, переведя паразитную избыточную поворачиваемость в нейтральную, а то и недостаточную. Это помогло стабилизировать машину в повороте, сделав возможным её безопасное ввинчивание в поворот за счёт подруливающего эффекта.

Такой же положительный эффект даёт изменение развала колеса при рабочем ходе подвески в нужную сторону. Инженеры получили хороший инструмент, с помощью которого стало возможным тонко настраивать подвеску.

В настоящее время самым оптимальным вариантом стало использование пяти рычагов на каждую сторону оси с просчитанными на компьютере траекториями перемещения колеса между крайними точками прямого и обратного ходов подвески. Хотя с целью упрощения и удешевления количество рычагов может и уменьшаться.

Схема и устройство передней подвески

Передняя многорычажка применяется значительно реже. В этом нет особой необходимости, но некоторые производители работают и в этом направлении.

В основном для повышения плавности хода, делая подвеску более эластичной, при этом сохраняя управляемость. Как правило, всё сводится к усложнению конструкции схемы с двумя треугольными рычагами.

Теоретически это обычный параллелограмм, но практически система автономных рычагов со своими шарнирами и функциональным назначением. Единого подхода тут не существует. Скорее можно говорить об ограничении применения таких сложных направляющих аппаратов машинами премиум-классов.

Принцип работы Multilink

Во время рабочего хода подвески на колесо могут воздействовать не только сжимающие пружину силы загрузки внешнего по отношению к повороту колеса, но и продольные усилия при торможении или разгоне в поворотах.

Колесо начинает отклоняться вперёд или назад в зависимости от знака ускорения. В любом случае начинает изменяться угол схождения колёс задней оси.

Дополнительный рычаг Multilink, установленный под определённым углом, способен изменить схождение. Нагруженное колесо поворачивается таким образом, чтобы скомпенсировать паразитный увод плоскости вращения. Машина восстанавливает исходную характеристику управляемости.

Все прочие функции узлов подвески аналогичны любой другой конструкции независимого типа. Упругий элемент в виде пружины, телескопический гидравлический амортизатор и стабилизатор поперечной устойчивости работают точно так же.

Плюсы и минусы

Как и любой усложнённый механизм, многорычажная подвеска выполняет все те функции, ради которых она и создавалась:

• машины с Multilink обладают превосходной управляемостью, пятно контакта с дорогой всегда максимально большое, влияние нежелательных боковых сил сведено к минимуму, а положительные силы возникают вовремя и хорошо регулируются при доводке подвески;
• подвеска обеспечивает присущий любой независимой схеме комфорт, сводя к минимуму не только вертикальные ускорения кузова, но и поперечные толчки при попадании на неровности в поворотах, многочисленный упругие элементы хорошо отрабатывают мелкие вибрации;
• конструкция имеет хорошую ремонтопригодность, все рычаги и шарниры автономны и могут быть независимо демонтированы для замены;
• подвеска обычно сочетается с подрамником, что позволяет дополнительно изолировать её от кузова;
• разнесённость в пространстве всех рычагов и их произвольная конфигурация (важно только взаимное расположение концевых шарниров) позволяют легко скомпоновать узлы заднего привода.

Недостаток, собственно, один — высокая сложность, а значит и цена. Как в производстве, так и в ремонте, поскольку замене подлежит большое количество изнашивающихся шарниров.

Закладывать же в них повышенный запас прочности нерентабельно, добавка неподрессоренных масс умножается на число рычагов.

Что лучше, Торсионная балка, МакФерсон или Многорычажка

Абсолютной шкалы ценностей для разных типов подвесок не существует, каждый имеет своё ограниченное применение в определённых классах и категориях автомобилей. Да и настроения производителей часто меняются со временем.

Торсионная балка или полунезависимая подвеска, где колёса соединены через скручивающийся элемент определённой жёсткости, может использовать в своём составе стойки типа МакФерсон, хотя в точности таковой не является.

Подвеска отличается простотой, повышенной прочностью, дешевизной и идеальна для самых недорогих автомобилей. При этом отточенной управляемости она не обеспечит, как и высокого комфорта.

МакФерсон – это чисто независимая подвеска, поэтому она более комфортабельна и лучше настраивается. Но сложная конструкция массивных стоек и повышенное трение в телескопических амортизаторах усиленного типа создают проблемы по массе и точности работы.

К тому же очень желательно использование подрамника, который торсионной балке не нужен.

Многорычажка имеет наилучшие потребительские свойства, но отличается сложностью и высокой ценой. Хороша для дорогих автомобилей с их высокими требованиями по управляемости и комфорту.

В последнее время наметился возврат к более простым подвескам даже в тех моделях, где раньше применялась многорычажка. Изготовители считают излишним подстраиваться под желания искушённых автожурналистов, которые не всегда понятны обычным покупателям автомобилей.

Возможные неисправности многорычажной подвески

Несмотря на кажущуюся сложность, в эксплуатации многорычажка ничего особенного от владельца не требует. Всё сводится к обычной замене изношенных шарниров, неудобства вызывает только их большое количество.

Но существует особая, только этой подвеске свойственная проблема. Многочисленные рычаги из-за стремления уменьшить их общую массу делаются недостаточно прочными. Особенно когда для облегчения их изготавливают из алюминиевых сплавов.

Удары от неровностей дороги могут случайно приходиться именно в неудачных направлениях, когда их воспринимает только один лёгкий и непрочный рычаг.

Металл деформируется, машина начинает активно изнашивать резину и резко теряет управляемость. За этим надо следить особо. Более прочным балкам и двойным рычагам такое свойственно гораздо меньше.

В остальном уход за подвеской аналогичен всем прочим типам. Замене подлежат подтекающие амортизаторы, ослабшие или поломавшиеся пружины, изношенные стойки и втулки стабилизаторов.

После любого вмешательства в подвеску надо проверить и восстановить начальные углы установки колёс, для чего в рычагах делаются регулировочные муфты или эксцентриковые болты.