Що таке залежна та незалежна підвіска автомобіля?

В статті:

• Що таке залежна та незалежна підвіска автомобіля?
• Принцип роботи залежної підвіски
• Принцип роботи незалежної підвіски
• Яка підвіска краща?

Що таке залежна та незалежна підвіска автомобіля?

Підвіска є системою, що зв'язує кузов транспортного засобу з колесами. Вона покликана гасити удари та тряску, що виникають через нерівності дороги, і забезпечувати стійкість машини в різних умовах.

Основними частинами підвіски є пружні та гасять елементи (ресори, пружини, амортизатори та гумові деталі), напрямні (важелі та балки, що з'єднують кузов та колеса), опорні елементи, стабілізатори та різні з'єднувальні деталі.

Існує два основних типи підвісок - залежна та незалежна. Йдеться про залежність чи незалежність коліс однієї й тієї ж осі під час руху по нерівностям дорожнього покриття.

Залежна підвіска. Колеса однієї осі жорстко пов'язані один з одним і переміщення одного з них призводить до зміни положення іншого. У найпростішому випадку складається з мосту та двох поздовжніх ресор. Можливий варіант на напрямних важелях.

Незалежна підвіска. Колеса на одній і тій же осі не мають зв'язку один з одним, і усунення одного не впливає на положення іншого.

Принцип роботи залежної підвіски

Якщо поглянути на схему залежної підвіски, то можна помітити, що зв'язок впливає на вертикальне переміщення коліс та на кутове положення щодо площини дороги.

Коли одне з коліс переміщається вгору, то друге опускатиметься, оскільки пружні елементи і весь напрямний апарат розташовуються всередині колії транспортного засобу. Стиснення ресори або пружини з лівого боку автомобіля розвантажує кузов, відповідно права ресора частково розпрямляється, відстань між кузовом та дорогою праворуч зростає. Не завжди однозначно, оскільки картина буде спотворена кренами кузова, що виникають, і багато залежить від висоти центру мас автомобіля і відстані вздовж осі від ресори або важелів до колеса. Подібні ефекти, що викликають валкість автомобіля і схильність його до поперечного розгойдування, враховуються при розрахунку підвісок.

Оскільки обидва колеса знаходяться в паралельних площинах, якщо знехтувати штучно створюваними кутами розвалу, то нахил одного з них, наприклад, вліво викличе аналогічний по кутку другого в ту ж сторону. Але по відношенню до кузова миттєвий кут розвалу зміниться так само, але з протилежним знаком. Розвал, що змінюється, у колеса завжди погіршує зчеплення з дорогою, а при даній схемі це відбувається відразу з обома колесами на осі. Звідси й незадовільна робота залежних підвісок на високих швидкостях при поперечних навантаженнях в поворотах. І цим недоліки такої підвіски не обмежуються.

У ролі ресори в загальному сенсі цього слова можуть виступати безпосередньо типові ресорні конструкції з різного матеріалу і з різною кількістю аркушів у наборі, у тому числі змінної жорсткості (з підресорниками), а також пружини або аналогічні з ними по компонуванні пневмобалонів.

Ресорна підвіска. Ресори можуть розташовуватися поздовжньо чи поперечно, утворювати різні дуги, від чверті еліпса до повного. Класичною давно стала підвіска на двох напівеліптичних ресорах, розташованих вздовж кузова. Інші конструкції застосовувалися ще першій половині минулого століття.

Властивості листової ресори такі, що вона має нормовану жорсткість у вертикальній площині, а в інших, її деформацією можна знехтувати, тому така конструкція не містить окремого направляючого апарату. Весь міст кріпиться до рами або кузова виключно через ресори.

До складу такої підвіски входять:

• ресори, що містять один і більше плоских металевих листів, іноді використовуються композитні матеріали;
• хомути, що скріплюють між собою ресорні листи у набірних конструкцій;
• протискрипні шайби, що знижують тертя та покращують акустичний комфорт, розташовуються між листами;
• підресорники, що являють собою додаткові ресори меншого розміру, що вступають в дію при виборі частини підвіски ходу і змінюють її жорсткість;
• драбини, що кріплять ресора до балки моста;
• передні та нижні кронштейни кріплення з втулками або сайлентблоками, що дозволяють компенсувати зміну довжини ресори при стисканні, іноді їх називають сережками;
• подушки-відбійники, що оберігають листи від незворотної деформації при максимальному згинанні в кінці робочого ходу.

Усі залежні підвіски забезпечені окремо встановленими амортизаторами, вигляд та розташування яких від типу пружного елемента не залежить.

Ресори здатні при невеликій деформації передавати від балки моста на кузов тягнуче та гальмівне зусилля, запобігати закручуванням моста щодо власної осі та протистояти боковим силам у поворотах. Але за рахунок суперечливості вимог щодо жорсткості у різних напрямках роблять вони все це однаково погано. Але не скрізь це має важливе значення.

На важких багатовісних автомобілях можуть застосовуватися підвіски балансирного типу, коли одна пара ресор обслуговує дві розташовані осі, спираючись на них кінцями, а в центрі зміцнюється на рамі. Це типова для вантажівок підвіска зі своїми перевагами та недоліками.

Пружинна підвіска залежна. Роль пружного елемента виконують циліндричні пружини або пневмобалони, тому такого типу необхідний окремий напрямний апарат. Він може бути різної конструкції, найчастіше використовується система з п'яти реактивних тяг, двох верхніх, двох нижніх та однієї поперечної (тяги Панара).

Бувають інші рішення, наприклад, з двох поздовжніх тяг при одній поперечній, або із заміною тяги Панара на паралелограмний механізм Уатта, краще стабілізуючий міст у поперечному напрямку. У будь-якому випадку, пружини працюють тільки на стиск, а всі моменти від мосту передаються через реактивні тяги із сайлентблоками на кінцях.

Принцип роботи незалежної підвіски

Незалежні підвіски набули широкого поширення в передніх керованих колесах легкових автомобілів, оскільки при їх використанні суттєво покращується можливість компонування моторного відсіку або багажника та знижується можливість виникнення автоколивання коліс.

Як пружний елемент у незалежній підвісці зазвичай застосовують пружини, трохи рідше – торсіони та інші елементи. У цьому розширюється можливість застосування пневматичних пружних елементів. Пружний елемент, за винятком ресори, практично не впливає на функції направляючого пристрою.

Для незалежних підвісок існує безліч схем напрямних пристроїв, які класифікуються за кількістю важелів та розташування площини хитання важелів.

У незалежній передній підвісці важільного типу, маточина колеса встановлена двома радіально-упорними конічними роликопідшипниками на цапфі поворотного кулака, який шкворнем з'єднаний зі стійкою. Між стійкою та поворотним кулаком встановлений завзятий шарикопідшипник.

Стійка різьбовими втулками шарнірно з'єднана з верхнім і нижнім важелями, які, у свою чергу, пов'язані з осями, закріпленими на поперечинах рами за допомогою гумових втулок. Пружним елементом підвіски служить пружина, що упирається верхнім кінцем через віброізолюючу прокладку в штамповану головку поперечки, а нижнім - в опорну чашку, прикріплену болтами до нижніх важелів. Вертикальні переміщення коліс обмежені упором гумових буферів у балку.

Телескопічний гідравлічний амортизатор двосторонньої дії встановлений усередині пружини та з'єднаний верхнім кінцем із поперечною рамою через гумові подушки, а нижнім кінцем – з нижніми важелями.

Останнім часом широкого поширення набула підвіска типу «свічка, що гойдається» - підвіска Мак-Ферсон. Вона складається з одного важеля та телескопічної стійки, з одного боку жорстко пов'язаної з поворотним кулаком, а з іншого – закріпленої у п'яті. П'ята є завзятим підшипником, встановленим у податливому гумовому блоці, закріпленому на кузові.

Стійка може похитуватися за рахунок деформації гумового блоку і повертатися навколо осі, що проходить через завзятий підшипник зовнішній шарнір важеля.

До переваг даної підвіски можна віднести невелику кількість деталей, меншу масу і простір у моторному відсіку або багажнику. Зазвичай стійка підвіски поєднується з амортизатором, а пружний елемент (пружина, пневмоелемент) встановлюється на стійці. До недоліків підвіски Мак-Ферсон слід віднести підвищений знос напрямних елементів стійки при великих ходах підвіски, обмежені можливості варіювання кінематичних схем та більший рівень шуму (порівняно з підвіскою на двох поперечних важелях).

Пристрій та робота підвіски Макферсон докладно описано нижче.

Підвіска з амортизаторною стійкою, що коливається, має кований важіль, до якого через гумові подушки приєднано плече стабілізатора. Поперечна частина стабілізатора гумовими подушками та сталевими скобами кріпиться до поперечки кузова. Таким чином, діагональне плече стабілізатора передає на кузов поздовжні зусилля з боку колеса і, отже, становить частину інтегрованого важеля направляючого пристрою підвіски. Гумові подушки дозволяють компенсувати перекоси, що виникають при коливанні такого складеного важеля, а також гасять поздовжні вібрації, що передаються від колеса на кузов.

Шток телескопічної стійки закріплений на нижній підставі гумового блоку верхньої п'яти і не повертається разом із стійкою та встановленою на ній пружиною. У такому разі при будь-яких поворотах керованих коліс стійка також повертається щодо штока, знімаючи тертя спокою між штоком та циліндром, що покращує реагування підвіски на малі дорожні нерівності.

Пружина встановлюється не співвісно стійці, а нахилена у бік колеса для того, щоб зменшити поперечні навантаження на штоку, його напрямної та поршні, що виникають під впливом вертикального зусилля на колесі.

Особливістю підвіски керованих коліс є те, що вона повинна дозволяти колесу здійснювати повороти незалежно від прогину пружного елемента. Це забезпечується за допомогою так званого шкворневого вузла.

Підвіски можуть бути шкворневими та безшкворневими:

1. Під час шкворневої підвіски поворотний кулак закріплений на шкворні, який встановлений з деяким нахилом до вертикалі на стійці підвіски. Для зменшення моменту тертя в цьому шарнірі можуть застосовуватися голчасті, радіальні та завзяті кулькові підшипники кочення. Зовнішні кінці важелів підвіски пов'язані зі стійкою циліндричними шарнірами, зазвичай виконаними у вигляді підшипників ковзання, що змащуються. Основним недоліком шкворневої підвіски є велика кількість шарнірів. При хитанні важелів направляючого пристрою в поперечній площині неможливо досягти «антиклівкового ефекту» через наявність центру поздовжнього крену підвіски, так як осі хитання важелів повинні бути суворо паралельні.
2. Набагато більшого поaширення набули безшкворневі незалежні підвіски, де циліндричні шарніри стійки замінені сферичними. У конструкцію даного шарніра входить палець з напівсферичною головкою, на нього одягнений металокерамічний опорний вкладиш, що працює на сферичній поверхні корпусу шарніра. Палець спирається на вкладку зі спеціальної гуми з нейлоновим покриттям, встановлений у спеціальній обоймі. Корпус шарніра кріпиться до важеля підвіски. При повороті колеса палець повертається навколо осі у вкладишах. При прогинах підвіски палець разом із вкладишем гойдається щодо центру сфери – для цього в корпусі є овальний отвір. Цей шарнір є несучим, тому що через нього передаються вертикальні сили від колеса до пружного елемента, пружини, що спирається на важіль нижньої підвіски. Важелі підвіски кріпляться до кузова або за допомогою циліндричних підшипників ковзання, або за допомогою гумометалевих шарнірів, що працюють за рахунок деформації зсуву гумових втулок. Останні вимагають змащування і мають віброізолюючу властивість.

Яка підвіска краща?

Перед тим, як відповісти на це питання, слід розглянути плюси та мінуси обох видів підвісок.

Серед переваг залежної підвіски - висока міцність та надійність конструкції, рівномірне зчеплення з дорожнім полотном та підвищена стійкість у поворотах, а також незмінність кліренсу, ширини колії та інших показників положення колеса (дуже корисно на бездоріжжі).

Серед недоліків залежної підвіски:

• жорсткість підвіски здатна викликати дискомфорт під час їзди поганою дорогою;
• знижена керованість автомобілем;
• трудомісткість регулювання;
• великовагові деталі значно збільшують безпружинну масу, що негативно позначається на плавності ходу та динамічних характеристиках машини, а також збільшує витрату палива.

Незалежна підвіска та її переваги:

• підвищена комфортність їзди, тому що наїзд одного з коліс на нерівність аж ніяк не позначається на іншому;
• менший ризик перевернутися при попаданні в серйозну яму;
• найкраща керованість, особливо на високій швидкості;
• знижена маса забезпечує покращені динамічні характеристики;
• широкі можливості регулювання задля досягнення оптимальних параметрів.

До недоліків можна віднести:

• через складну конструкцію сервіс обійдеться недешево;
• підвищена вразливість при їзді бездоріжжям;
• ширина колії та інші параметри можуть змінюватись у процесі експлуатації.

Отже, що краще? Підвіска - один з вузлів машини, що найчастіше ремонтуються. Це потрібно врахувати під час вибору авто. Ремонт незалежної підвіски обійдеться дорожче за залежну. До того ж, незалежну, швидше за все, доведеться ремонтувати частіше. Не зайвим буде цікавитися доступністю запчастин. Оригінальні деталі належної якості для іномарок, можливо, доведеться замовляти окремо.

Для їзди переважно по асфальту найкращий варіант - передня незалежна підвіска та задня залежна. Для позашляховика або іншого автомобіля, який передбачається експлуатувати на бездоріжжі, оптимальним вибором буде залежна підвіска – на обидві осі або як мінімум на задню. Міст не затримає більшу частину бруду. А до деталей незалежної підвіски ґрунт та сніг прилипатимуть дуже активно. При цьому навіть із зігнутим на гірській дорозі мостом машина залишиться на ходу. А ось поломка незалежної підвіски не дозволить машині продовжити рух. Щоправда, у міських умовах керованість за такої схеми буде не найкращою.

Останніми роками виробники стали оснащувати деякі машини підвісками, які здатні працювати у кількох режимах. Їхня електроніка дозволяє оперативно, на ходу змінювати параметри залежно від дорожньої обстановки. Якщо дозволяють засоби, варто придивитися до моделей, що мають таку систему.