Подвеска автомобилей высокой проходимости

Для обеспечения плавности хода, приспособления колес к неровностям пути и снижения динамической нагрузки при переезде через дорожные препятствия рама автомобиля соединяется с ведущими мостами с помощью упругой подвески. Такая подвеска обеспечивает упругую связь между подрессоренными и неподрессоренными узлами и механизмами автомобиля. В качестве упругих элементов подвески применяют листовые рессоры, спиральные пружины, торсионы, сжатый воздух, резину и другие упругие элементы. Смягчению динамических ударов, обеспечению необходимой плавности хода и приспособляемости колес к рельефу пути в значительной степени способствуют также упругие свойства шин. Шины весьма низкого давления, обладающие высокой эластичностью, снижают требования к подвеске, способствуют достижению большой плавности хода и вызывают снижение динамической нагрузки при движении автомобиля по бездорожью. Упругие свойства подвески и шин должны обеспечивать надлежащую мягкость хода автомобиля. Однако при мягкой подвеске возникают длительные медленно затухающие колебания автомобиля. Для более быстрого гашения колебаний в подвеску автомобиля вводят амортизаторы (гасители колебаний). Амортизаторы также связывают подрессоренные и неподрессоренные массы автомобиля. При движении автомобиля по мягким дорогам со сниженной скоростью значительный вес неподрессоренных масс не имеет существенного значения. При движении автомобиля по твердым разбитым дорогам неподрессоренные массы вызывают возникновение ударов, нарушают плавность хода и снижают скорость движения автомобиля.


Величина средней технической скорости движения зависит не только от удельной мощности и типа трансмиссии, но и от плавности хода автомобиля, создаваемой его подвеской.

Конструкция и тип подвески определяют также характер перемещения парных ведущих колес при деформации упругого элемента подвески. Эти перемещения влияют на угол наклона колеса и его боковой сдвиг, что особенно важно для управляемых колес. При зависимой подвеске, когда парные колеса соединены жесткой неразрезной балкой ведущего моста, наезд на препятствие одним колесом сопровождается изменением положения другого.

На автомобиле с независимой подвеской одно из парных колес может при деформации упругого элемента перемещаться независимо относительно другого колеса. Подвеска среднего и заднего ведущих мостов трехосного автомобиля или двух передних и двух задних ведущих мостов четырехосного автомобиля часто представляет собой сблокированную систему — тележку мостов. Преимущественно это рессорно-балансирная подвеска. В качестве упругого элемента применяют листовые рессоры, торсионы и спиральные пружины. В тележке ведущих мостов подвеска должна допускать свободу их вертикального перемещения при одновременном сохранении возможности их относительных перекосов без отрыва колес от поверхности дороги даже при больших неровностях. При этом не должно быть перераспределения веса между колесами спаренных ведущих мостов. Последнее требование выполняется в полной мере только при балансирно-рессорной подвеске с толкающими и реактивными штангами, получившей на трехосных и четырехосных автомобилях наиболее широкое применение.


Применением тележки двух ведущих мостов с рессорно-балансирной подвеской удовлетворительно разрешается пять важных проблем:

• 1) правильное распределение крутящего момента между ведущими мостами, что достигается соответствующей конструкцией механизмов трансмиссии;
• 2) восприятие весовой нагрузки;
• 3) передача толкающих сил от ведущих мостов к раме автомобиля;
• 4) восприятие реактивного и тормозного моментов;
• 5) обеспечение плавности хода. Четыре последних требования удовлетворяются системой подвески.

Наиболее очевидным преимуществом тележки задних мостов является ее высокая грузоподъемность. Наряду с этим ей присуща высокая плавность хода, так как при наезде колеса на препятствие величина подъема рамы и центра тяжести автомобиля в этом случае в два раза меньше, чем при независимом соединении каждого ведущего моста с рамой. На фиг. 122 показана схема наезда на препятствие колеса при рессорно-балансирной подвеске трехосного автомобиля, когда толкающие и реактивные моменты воспринимаются штангами. Недостатком такой подвески является то, что при повороте автомобиля происходит боковое скольжение колес двух ведущих мостов, жестко связанных балансирами.




Существует несколько конструкций тележек задних мостов, но имеется только два способа передачи реактивного момента.

1. Если реактивные штанги или заменяющие их детали двух ведущих мостов, закрепленных на общей оси, могут раздельно опираться своими шарнирными концами на раму автомобиля, то при передаче крутящего или тормозного момента осевой вес между ними не перераспределяется.

2. Если реактивные штанги или заменяющие их детали одного из двух ведущих мостов, закрепленных балансирно на общей оси, имеют опоры на картере другого ведущего моста, то осевой вес между мостами перераспределяется. При передаче крутящего момента осевой вес заднего моста увеличивается пропорционально силе тяги. При торможении увеличивается осевой вес среднего моста. В настоящее время подвеска задних мостов, допускающая перераспределение осевого веса, выполняется крайне редко. Обычно крутящие и тормозные моменты воспринимаются реактивными штангами.

Ниже даны отдельные примеры конструктивных решений подвески двух-, трех- и четырехосных автомобилей и тягачей. Наибольшее распространение сохраняет подвеска с упругими элементами, выполненными в виде листовых рессор.

Подвеска автомобилей типа 4X4 выполняется с обычными листовыми рессорами. Подвеска передних колес трехосных автомобилей в большинстве случаев аналогична подвеске обычных грузовых автомобилей. Передача реактивного и тормозного моментов и силы тяги к раме автомобиля осуществляется листовыми рессорами.

Необходимо отметить, что повышенная жесткость передних рессор трехосного автомобиля по отношению к задним


служила препятствием для повышения средних скоростей при движении по неровностям пути. Созданию передней эластичной подвески препятствовало значительное сокращение длины рессор, обусловленное общей компоновкой автомобиля. Применение шин весьма низкого давления снижает требования к подвеске, так как оно повышает плавность хода автомобиля.

В тележках задних мостов трехосных автомобилей нередко сила тяги также передается рессорами, а реактивный и тормозной моменты — реактивными штангами.

На фиг. 123 показана рессорно-балансирная подвеска задних ведущих мостов трехосного автомобиля «МАК». Рама автомобиля опирается на перевернутые полуэллиптические рессоры, шарнирно прикрепленные опорными кронштейнами на общей поперечной оси. Концы рессор прикреплены к балкам ведущих мостов и передают толкающие силы к раме автомобиля. Реактивный и тормозной моменты передаются на раму реактивными штангами, шарнирно соединенными с каждым из ведущих мостов и поперечной рамы. В других конструкциях подвески автомобиля средний и задний ведущие мосты подрессорены с каждой стороны двумя перевернутыми полуэллиптическими рессорами, которые с помощью опорных башмаков шарнирно закреплены на поперечной оси. Концы рессор шарнирно закреплены на балках ведущих мостов. Сила тяги от ведущих мостов к раме автомобиля передается четырьмя рессорами, а крутящий и тормозной моменты — реактивными штангами.



Подвески с рессорами, передающими толкающие силы, не допускают желательного пространственного перемещения колес при движении автомобиля по бездорожью. Типичная современная рессорно-балансирная подвеска, обеспечивающая значительную возможность для пространственного перемещения колес, выполняется с толкающими и реактивными штангами. Рессорная подвеска указанного типа приведена на фиг. 124. Ось 1 установки рессор 2 прикреплена к раме 3 с помощью вильчатого кронштейна 4, рассредоточивающего нагрузку по длине вертикальной полки лонжерона рамы. Концы рессор опираются на съемные грибообразные башмаки 5, установленные на балках 6 ведущих мостов. Шарнирное крепление рессоры на оси осуществляется при помощи кронштейнов и втулок скользящего трения 8, работающих по цементованным поверхностям втулки 9. Уплотнение шарнирного крепления рессоры достигается сальниками 10. Головка 11 толкающей штанги 18 через шаровые пальцы 12 соединена с балками ведущих мостов и кронштейнов крепления рессоры. Ход моста вниз при отдаче рессоры ограничивается резиновым ограничителем 13 посредством троса 14, максимальный вертикальный ход колес — ограничителем 15. Головки 16 реактивных штанг 17 закреплены на правом кронштейне крепления рессор, а также с помощью кронштейна на балках ведущих мостов. Подкоренной лист 20 разгружает коренной лист от местных напряжений.



Закрепление внутренних головок реактивных штанг на кронштейнах рессор разгружает поперечины рамы от ударных нагрузок, а прикрепление кронштейнов к балке ведущих мостов внешних головок реактивных штанг исключает передачу ударной нагрузки на картер главной передачи.

Рессора закрепляется на кронштейнах с помощью стремянок 19. Обязательным в данном случае является расчет стремянок на растяжение. Растягивающая стремянку сила достаточно велика, так как эта сила должна выпрямить рессору на опоре настолько, чтобы при предельной нагрузке крепление ее не нарушалось.

Отличительная особенность рессорно-балансирной подвески «Тимкен» на трехосном автомобиле «Даймонд» состоит в наличии не шести, а восьми толкающих и реактивных штанг, расположенных на внешней стороне лонжерона над рессорой и под ней.

Ось рессорно-балансирной подвески с толкающими и реактивными штангами создает повышенную жесткость в задней части рамы.

На фиг. 125 показана задняя балансирная подвеска трехосного автомобиля «Прага». В этой подвеске нет общей оси. На каждой стороне рессора закреплена на валу, который вращается в двух: подшипниках кронштейнов, прикрепленных к лонжерону рамы. Отсутствие цельной поперечной трубы крепления подвески исключает повышение местной жесткости в задней части рамы. В этой подвеске, как и в некоторых других, применена координация шарниров реактивных штанг относительно мостов и рамы, для достижения наиболее выгодных условий работы карданов привода задних мостов. В связи с сокращением длины карданного вала, соединяющего средний и задний ведущие мосты, и значительной высотой допустимых вертикальных препятствий, преодолеваемых колесами, углы, перекоса карданных валов достигают значительной величины. Обычные карданы часто оказываются недостаточными для обеспечения работы при имеющихся углах наклона. Вследствие этого длину вилки карданов в тележке задних мостов часто увеличивают.



Ответственным узлом балансирной подвески является ее крепление на оси балансиров. На фиг. 126 показана конструкция установки балансира задней тележки на оси автомобиля ЗИЛ-151. Серьезным недостатком такой установки! является малая надежность конических роликоподшипников, обусловливаемая специфичностью работы узла (колебательное движение с большими нагрузками, что приводит к образованию лунок на рабочих поверхностях подшипников). Недостаточно надежным является также уплотнение подшипников балансира. Недостаток конструкций этого узла состоит и в недостаточной жесткости крепления кронштейнов балансирной подвески только на нижней полке лонжерона в рамы и в нецелесообразности стопорения оси балансиров с помощью пробковой сварки. Надежность соединения головки толкающей штанги шаровой головки также недостаточна.



Хотя конструкция сочленений реактивных штанг автомобиля ЗИЛ-151 и была улучшена (введено уплотнение шаровых головок), общая схема расположения реактивных штанг недостаточно рациональна, так как не предусмотрено уменьшение больших углов работы карданов привода к ведущим мостам. Отрицательные последствия этого недостатка могут быть уменьшены изменением длины верхних и нижних штанг и их расположения относительно рамы и осей автомобиля.

На фиг. 127 показана установка балансира задней подвески автомобиля «МАК» на подшипнике скользящего трения. Уплотнение подшипника скольжения балансира недостаточно. Однако крепление балансира подвески автомобиля «МАК» работает надежно.



На фиг. 128 показана конструкция крепления задней подвески трехосного автомобиля «Лейланд», на которой применена резинометаллическая опора балансира (сайлент-блок). К преимуществам этого соединения следует отнести хорошую работу при ударных нагрузках и перекосах, а также отсутствие необходимости в уплотнении и смазке узла. Обращает на себя внимание наличие короткого опорного нижнего листа крепления рессоры, служащего для снижения местных напряжений в коренном листе. Полная оценка узлов этого типа не может быть сделана из-за отсутствия достаточных сведений по опыту их применения.



На фиг. 129 показано крепление рессорно-балансирной подвески трехосного автомобиля «Татра-III». Кронштейн 1 крепления рессоры 3 установлен на поперечине круглой хребтовой рамы автомобиля. Рессора вставлена в жестко замкнутый кронштейн 4, имеющий для этого прямоугольное отверстие. В этом кронштейне рессора зажимается нижними болтами, стягивающими клинья. По обе стороны на кронштейне 4 сделаны V-образные цапфы. На обеих сторонах к кронштейну 1 шпильками 5 крепятся опоры 2 с гнездами под конусные цапфы кронштейна 4. Концы рессоры 3 опираются на ведущие мосты. Толкающие и тормозные силы передаются на раму реактивными штангами. Следовательно, сопряжение опоры 2 и цапф кронштейна 4 передает лишь силу веса. Для предупреждения выхода цапфы из опоры устанавливается специальный ограничительный хомут. Указанное крепление рессорно-балансирной подвески работает длительное время и надежно.



Подвески балансирно-рессорного типа на автомобилях высокой проходимости с неразрезными мостами сохраняют наибольшее распространение.

Другим направлением в развитии конструкции подвески многоприводных автомобилей является применение независимой подвески ведущих мостов. Независимая подвеска дает возможность уменьшить массу неподрессорен-ных частей, что уменьшает удары при наезде колеса на неровности пути и снижает поперечное колебание кузова. Независимая подвеска получила широкое применение для подрессоривания передних управляемых колес легковых автомобилей. Применение независимой подвески на ведущих колесах затрудняется наличием карданов в приводе колес. Поэтому она применяется реже и, главным образом, на легких автомобилях высокой проходимости.

В качестве упругого элемента в независимой подвеске наибольшее распространение получили витые спиральные пружины и торсионы. При независимой подвеске допускаются колебания колес в поперечной и продольной плоскостях. В многоприводных автомобилях больше распространена подвеска с колебанием в поперечной плоскости, что обусловливает необходимость уширения колеи. По характеру связи колес с рамой автомобиля независимые подвески можно разбить на два типа: подвеска на одном рычаге и подвеска на двух рычагах.

Подвеска колеса на одном рычаге имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что при наезде на препятствие колесо наклоняется на значительный угол. Вследствие этого изменяется ширина колеи, что вызывает боковое скольжение, ухудшающее сцепление с грунтом и способствующее заносу автомобиля. При боковом скольжении увеличивается также износ резины. При достаточно мягкой шине и незначительной величине изменения колеи боковое скольжение может быть поглощено вследствие боковой деформации шины. Недостатком подвески управляемых колес на одном рычаге является то, что при значительном наклоне колес происходит соответствующее изменение угла их развала, а также угла наклона вбок шкворня поворотной цапфы, что ухудшает управление и стабилизацию управляемых колес. В связи с этим независимая подвеска на одном рычаге применяется редко.

Независимая подвеска задних колес на одном рычаге с колебанием в поперечной плоскости принята на автомобиле «Татра-III», у трехосного автомобиля «Татра» независимая подвеска выполнена на листовых рессорах. Для автомобиля «Татра» типа 4X4 сейчас по аналогичной схеме разработана подвеска на торсионах, достаточно простая и надежная.

В схеме независимой подвески «Татра» в полуосях установлена пара конических шестерен, заменяющих собой карданы и главную, передачу.

Подвеска на двух рычагах получила наибольшее распространение и выполняется с равноплечими рычагами (параллелограмм) и с неравноплечими рычагами (трапеция).

Подвеска на двух равноплечих рычагах обеспечивает постоянный наклон плоскости колеса относительно рамы. Изменение ширины колеи при этой конструкции не устраняется.

При подвеске с неравноплечими рычагами подбором длины плеч рычагов добиваются возможно малого изменения колеи при колебаниях подвески. Незначительное изменение наклона шкворня мало отражается на управляемости автомобиля. Подвеска такого типа применяется для передних ведущих колес.

На фиг. 130 показана независимая подвеска переднего ведущего моста одного из французских автомобилей. В качестве упругого элемента применены спиральные пружины, расположенные внутри вильчатого рычага. Подвеска имеет амортизаторы и обеспечивает достаточную плавность хода.



Характерной особенностью силового привода автомобиля является наличие нецентрального редуктора колеса.

На фиг. 131 показана подвеска современного трехосного американского автомобиля Т-51 с независимой подвеской всех колес. В качестве упругих элементов применены торсионы.



В подвеску включены гидравлические телескопические амортизаторы двустороннего действия. Кроме того, на автомобиле установлен второй набор торсионов, обеспечивающих амортизацию при обратном ходе.

Обзор конструкций многоприводных автомобилей показывает, что преобладающее распространение сохраняет подвеска на листовых рессорах (неразрезные мосты). Автомобили с независимой подвеской перед 1940 г. получили лишь незначительное распространение в Европе (автомобили «МАН» и «Круп» — Германия, автомобиль «Татра» — Чехословакия). После 1945 г. в США развернулась работа по созданию автомобилей высокой проходимости и наряду с автомобилями, имеющими подвеску на листовых рессорах, разработаны автомобили на независимой подвеске (автомобили Т-51, Т-55 и др.).

Основными причинами ограниченного распространения независимых подвесок, видимо, являются:

• а) конструктивная сложность и недостаточная надежность ходовой части, особенно карданов привода ведущих колею;
• б) невозможность использования оборудования при производстве автомобилей с независимой подвеской и грузовых автомобилей массового производства.

Независимая подвеска на многоприводных автомобилях могла получить более широкое распространение, если бы в результате упрощения и усовершенствования конструкции ее можно было бы использовать на грузовых автомобилях массового производства. Применение для всех условий движения на автомобилях высокой проходимости шин весьма низкого давления увеличенного размера также не способствует более широкому применению независимой подвески, так как при обычной подвеске и мягких шинах достигаются высокие плавность хода и скорость движения на неровных дорогах.