0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Независимая амортизационная стойка типа макферсон

Независимая подвеска инженера Эрла МакФерсона

Независимая подвеска позволяет каждому колесу автомобиля изменять свое положение в пространстве при наезде на препятствия вне зависимости от остальных. Этим значительно повышается комфорт передвижения и улучшается управляемость. Наиболее простое устройство имеет передняя подвеска МакФерсон. Она известна также как подвеска на направляющих стойках или «качающаяся свеча».

  1. Немного истории, появление независимой подвески
  2. Устройство подвески Макферсон
  3. Достоинства и недостатки независимой подвески

Как устроена подвеска Макферсона

Устройство фиксируется на каждое колесо. Схема устройства подвески довольно проста.Основным конструктивным элементом является амортизационная стойка, также есть поперечный рычаг и пружина. Кроме того, приспособление включает в свой состав следующие узлы:

  • подрамник представляет собой опору для всей конструкции, этот элемент, как правило, жестко фиксируется к кузову, кроме того, возможен вариант крепления на сайлентблоки, данная деталь смягчает подвеску, а также влияет на улучшение качества езды, к подрамнику крепятся поперечные рычаги правого и левого колес;
  • рычаг и стабилизатор поперечной устойчивости, рычаги: верхние и нижние, крепится к подрамнику и придают жесткость всей конструкции, с другой стороны фиксируется шаровая основа, которая в свою очередь, соединяется с поворотным кулаком;
  • поворотный кулак соединяется с рулевым управлением с помощью шарниров, он является частью рулевого управления, позволяющий направлять колеса;
  • стабилизатор поперечной устойчивости снижает боковой крен, эта деталь прикрепляется к стойке в том месте, где она соединяется с кулаком с помощью двух опорных элементов.

Основным элементом в схеме подвески, как уже говорилось выше, является амортизирующая стойка Макферсон, она оснащена соосно пружиной и собственно, стойкой. Основное крепление осуществляется с помощью поворотного шарнира, который крепится к крылу.

Конструкция передней подвески Макферсона имеет отличительное свойство, она независима и не влияет на положение другого колеса. Стойка закрепляется к брызговику крыла и поворотному рычагу за счет верхней и нижней опорной чаши соответственно. Такая система фиксации обеспечивает надежную связку, при этом колеса сохраняют независимый ход вверх и вниз. Функциональный принцип подвески заключается в том, что при езде по неровной поверхности колесо поднимается и опускается в зависимости от сжатия или разжимания пружины. Стойка при этом сокращается или распрямляется. Некоторая часть нагрузки распределяется на авто. Колебания уменьшаются за счет амортизатора встроенного типа.

Подвеска Макферсон сегодня

Чтобы иметь полную картину работы подвески макферсон рассмотрим ее преимущества перед другими моделями. Сюда отнесем:

  • Легкость сборки, которая обеспечивает экономическую выгодность ее использования;
  • Относительную компактность, что позволяет размещать двигатель и коробку передач под капотом поперечно;
  • Уменьшение сил (как боковых, так и продольных), которые возникают в местах крепления подвески к кузову, что достигается благодаря немалому расстоянию по высоте между ее опорными узлами;
  • Небольшую массу конструкции, она не отягощает автомобиль, и не требует дополнительных расходов топлива;
  • Легкость в диагностике неисправностей, благодаря наличию четких признаков износа той или иной части;
  • Малую массу всех неподрессоренных частей, что очень сильно влияет на управляемость, комфорт и др.

Видим, что подвеска имеет очень неплохие характеристики, но не лишена она и своих недостатков, к которым можно отнести:

  • Амортизационная стойка довольно часто выходит из строя, так как она берет на себя большие нагрузки во время езды по неровной дороге;
  • Возможное ухудшение устойчивости автомобиля, а также его управляемости, что случается из-за изменения развала колес;
  • Отсутствие изоляции кузова и салона транспортного средства от дорожных шумов;
  • Возможное ухудшение работы подвески из-за трения таких составляющих, как направляющая и шток;
  • Слабая компенсация продольного крена автомобиля при его торможении.

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ

К положительным качествам подвески МакФерсон относятся:

  1. Простота устройства, а соответственно – дешевизна изготовления (поэтому ее и используют автопроизводители);
  2. Возможность использования на обеих осях авто;
  3. Сравнительно компактные размеры;
  4. Большие конструктивные ходы (позволяет проходить значительные неровности без «пробоя» подвески;
  5. Большой ресурс рычагов (они разгружены и лишь удерживают колесо от смещений);
  6. Симптомы износа составных элементов легко диагностируются.

Но и недостатков у этого типа подвески достаточно. Основным из них являются худшие кинематические параметры, чем рычажной подвески. Из-за статичной верхней точки крепления стойки при отработке неровностей большой ход подвески сопровождается изменением углов положения колеса (развала/схождения), что сказывается на управляемости и сцеплении колеса с дорогой.

Помимо этого, к негативным качествам относятся:

  1. Сравнительно быстрый износ амортизатора, поскольку основная нагрузка приходится на амортизационную стойку;
  2. Сложность обслуживания (для замены демпфирующего элемента стойку нужно полностью разбирать);
  3. Увеличенные нагрузки на кузов в месте крепления верхней опоры;
  4. Повышенная шумность работы.

Еще одним недостатком этой подвески является сложность модернизации. Так, пневмо- и пневмогидравлические амортизаторы с электронным управлением, способные менять свои рабочие параметры, в подвеске типа МакФерсон не используются.

Эти недостатки ограничивают область использования такой подвески – она устанавливается только на легковые авто, но не все. Модели премиум-сегмента обычно комплектуются рычажной подвеской.

Помимо этого, подвеска McPherson не применяется на внедорожниках, спортивных авто, моделях с рамной несущей частью, грузовиках (в том числе и малотоннажных).

История вопроса

Технологичная подвеска получила свое наименование благодаря изобретателю Эрлу МакФерсону, трудившемуся в компании Ford в 40-е годы XX века. Именно его разработка была впервые использована при создании серийной модели Ford Vedette в 1948 году.

Примечательно, что до этого инженер работал на автогиганта General Motors, однако, там его изобретения не оценили по достоинству и МакФерсон покинул компанию.

Известно, что подвески подобного типа, но без поперечного рычага использовались в автомобилестроении еще в 20-х годах XX века. Инженер итальянского концерна Fiat Гуидо Форнац даже запатентовал в 1925 году схему аналогичной подвески в США. А спустя почти пятнадцать лет американец МакФерсон существенно доработал знакомый механизм и воплотил его в металле.

Новая по тем временам система имела важный недостаток — ресурс телескопических стоек был невелик. Развитие ученой мысли привело к открытию более прочных сплавов, и проблема была решена. По планам изобретателя подвеска МакФерсон должна была применяться как в передней, так и в задней части авто, но после продолжительной дискуссии, более востребованной была признана традиционная схема. Аналогичный вариант подвески задних колес был использован в 1957 году при разработке модели Lotus Elite. В честь конструктора Колина Чепмена подвеска, устанавливаемая на заднюю ось, получила название Chapman.

Устройство и схема подвески MacPherson

Отличие подвески Мак-Ферсона от классической двухрычажной заключается в том, что роль верхнего рычага играет опора телескопической стойки, а сама стойка сочетает пружину и амортизатор в одном узле.

Подвеска является независимой, так как для каждого колеса она своя. В основе лежит поперечный рычаг (3). Изначально он имел I-образную форму и крепился непосредственно к кузову автомобиля с помощью сайлент-блока. После модернизации он получил L-образную конфигурацию с двумя сайлентблоками.

Такое устройство позволило снизить колебания подвески в продольном направлении. Чтобы уменьшить нагрузку на кузов и долю передаваемой вибрации, на современных машинах устанавливается подрамник. На нем монтируется рулевая рейка, стабилизатор и нижние рычаги.

Второй конец рычага, посредством шаровой опоры, соединен с поворотным кулаком. Кулак содержит внутри себя ступицу и обеспечивает свободный доступ для привода. Вверху он крепится к стойке (1). Амортизационная стойка — это сложный узел, который состоит из самого амортизатора и пружины, одним концом упирающейся в нижнюю чашку, а другим — в верхнюю опору (7) через подшипник.

Опорный подшипник обеспечивает вращение стойки вместе с поворотным кулаком. Опора стойки крепится к кузову в районе брызговика. Обязательным элементом выступает стабилизатор (2).

Он представляет собой торсион, который соединяет правую и левую стойки. При попадании колеса на неровный участок часть нагрузки переходит к противоположной стойке. Это заставляет кузов качаться на пружинах, двигаясь поступательно. Свое название стабилизатор получил за то, что при поворотах на ходу он уменьшает крен машины, распределяя нагрузку.

Элементы рулевого управления (рулевая тяга, наконечник и контргайка) на рисунке обозначены позициями 4, 6 и 5, соответственно.

В последнее время широкое распространение получила подвеска типа «качающаяся свеча» (подвеска Мак—Ферсон). Она состоит из одного рычага и телескопической стойки, с одной стороны жестко связанной с поворотным кулаком, а с другой — закрепленной в пяте. Пята представляет собой упорный подшипник, установленный в податливом резиновом блоке, закрепленном на кузове. Стойка имеет возможность покачиваться за счет деформации резинового блока и поворачиваться вокруг оси, проходяшей через упорный подшипник и наружный шарнир рычага.

К преимуществам устройства подвески Макферсон можно отнести небольшое число деталей, меньшую массу и пространство в моторном отсеке или багажнике. Обычно стойка подвески объединяется с амортизатором, а упругий элемент (пружина, пневмоэлемент) устанавливается на стойке.

Как появилась независимая подвеска типа McPherson

Изобретение этих всем сейчас известных стоек произошло задолго до того, как идея стала действительно актуальной. Сама мысль приходила в голову многим, наиболее распространённой версией стало первое воплощение её в металле легендарным конструктором танков Уолтером Кристи.

Это он создал концепцию бронированных машин, на базе которых создавались практически все последующие танки во всех странах. А в свободное время Кристи увлекался автогонками, и именно на его машине инженеры FIAT впервые увидели интересное решение стоек подвески.

Идею начали развивать в автомобилях Lancia, потом на некоторых французских моделях, но окончательно её сформировал бывший инженер GM, перешедший на работу в Ford, Эрл МакФерсон. Именно он получил патент на существующую сейчас конструкцию и серийно внедрил её в Ford Consul 1950 года.

Устройство

Основой подвески стал телескопический амортизатор, оформленный в виде стойки, включающей в себя ещё и пружину. В отдельных случаях упругий элемент может быть вынесен, например если в его роли выступает торсион, но в бюджетных машинах такое не встречается.

Таким образом стало возможным избавиться от верхнего рычага подвески, что повысило компактность и уменьшило массу. При использовании стоек МакФерсон для передних управляемых колёс поворот обеспечивается вращением штока амортизатора относительно неподвижного корпуса.

Шток крепится на подшипниковой резинометаллической опоре, закреплённой на стакане кузова. В её подвижную часть упирается пружина, нижним концом лежащая через подушку на фланце корпуса амортизатора. Сам корпус выполняется достаточно прочным для восприятия всех поперечных нагрузок, раньше приходившихся на верхний рычаг.

Снизу стойка амортизатора крепится винтами к поворотному кулаку со ступицей колеса. К этому же кулаку подсоединена единственная во всей подвеске шаровая опора, выполняющая роль свободного шарнира между нижним рычагом подвески и всей качающейся частью.

Конструкции нижнего рычага могут быть разными, но их общей функцией является придание необходимой жёсткости в продольном и поперечном направлениях. К кузову или подрамнику рычаг подсоединяется через резинометаллические сайлентблоки, обеспечивающие некоторое поглощение мелких вибраций и частичное демпфирование ударов.

В передней подвеске к корпусу амортизатора через приваренный рычаг подсоединяется шаровый шарнир рулевого наконечника. Тяга от него идёт к рейке рулевого механизма.

Регулировка углов установки подвески производится эксцентриковыми винтами в зоне крепления стойки к поворотному кулаку, а также изменением геометрии нижнего рычага, если это предусмотрено.

Иногда от части регулировок отказываются ради упрощения и удешевления конструкции. Всегда регулируется только угол развала, всё прочее (кроме схождения, которое относится к рулевой трапеции) задаётся конструктивно с требуемой точностью и при эксплуатации не изменяется.

Принцип работы

От независимой подвески требуется выполнение трёх основных функций:

  • упругое восприятие нагрузок от дороги с минимальной передачей их на кузов;
  • гашение энергии возникающих колебаний, неизбежных из-за накапливания энергии в упругом элементе (пружине);
  • задание траектории перемещения колеса во время рабочих ходов подвески и отбоев, а также поворот кулака для управляемой оси.

При наезде на препятствие корпус стойки перемещается вверх, утапливая шток. Одновременно сжимается пружина, накапливая энергию. По окончании этого процесса, называемого рабочим ходом, пружина начинает отдавать энергию, перемещая колесо вниз. Это принято называть ходом отбоя.

Излишки энергии необходимо преобразовывать в тепло, для чего в стойке имеется гидравлический амортизатор.

В нём непрерывно, как при прямом ходе, так и обратном, происходит перекачивание рабочей жидкости через клапаны и калиброванные отверстия, что демпфирует колебательные процессы и препятствует раскачке кузова. Одновременно предотвращается инерционный отрыв колеса от поверхности дороги.

За стабильным сохранением максимально возможного пятна контакта шины с дорогой следит направляющий аппарат подвески из телескопа стойки и нижнего рычага. Для этого рычаг выполняется достаточно жёстким, а места его крепления всё чаще переносятся с кузова на подрамник.

Устройство и принцип работы подвески МакФерсон

Не меньше интерес к самому устройству механизма подвеска, а так же его принципу работы. Как уже было сказано выше, прародителем данного типа стала подвеска на двойных поперечных рычагах, так же относящейся к классу независимых подвесок. Характерная особенность такого типа механизма – это наличие пружины в ее верхней части. Так же инженеры выделяют 5 основных деталей отличия стойки от обычного амортизатора:

    большой диаметр штока и усиленная конструкция;

возможность удержать вес автомобиля;

механизм более сложный;

упругий элемент, способный переварить нагрузку от дорожного покрытия;

поворотная опора используется в повороте колеса автомобиля;

  • воспринимает боковые и осевые нагрузки и перепады нагрузок.
  • Среди основных механизмов подвески МакФерсон, можно отметить:

    стабилизатор поперечной устойчивости;

  • поперечный рычаг
  • Теперь о каждой детали по порядку, для чего они предназначены и какую роль выполняют в механизме. Первым рассмотрим подрамник, так как он считается несущим элементом всей системы. К кузову автомобиля подрамник крепится с помощью сайлентблоков. За счет таких резинометаллических элементов инженерам удалось уменьшить передачу вибрации на кузов автомобиля и уменьшение шума.

    В свою очередь к подрамнику крепится рулевой механизм, стабилизатор поперечной устойчивости и опоры поперечного рычага. Боковую часть подрамника так же не оставили в стороне, к ней крепятся поперечные рычаги левого и правого колеса. Как правило, крепление таких рычагов двойное и придает всей конструкции, в продольном направлении особую жесткость. В завершение, к другому концу поперечного рычага, за счет шаровой опоры инженеры прикрепили поворотный кулак.

    Продвигаясь дальше по механизму подвески МакФерсон, прикреплен поворотный кулак к рулевой тяге за счет шарнирного соединения. Самый вверх поворотного кулака крепится к амортизаторной стойке, нижняя часть – соединена с поперечным рычагом. Как дополнение на нем расположен подшипниковый узел (ступичный подшипник и ступица колеса) и тормозной суппорт.

    Следующая составная деталь подвески МакФерсон – амортизаторная стойка, одновременно объединяющая в себе сразу пару механизмов: металлическая пружина и амортизатор, расположенные на одной оси с буфером сжатия. За счет последнего можно менять линейные характеристики упругости пружины амортизаторной стойки. Нижняя часть стойки соединена с поворотным кулаком, верхняя часть за счет резиновых втулок прикреплена к брызговику крыла. Стоит понимать, что именно этот механизм зависит от производителя, некоторые умудряются разъединить амортизатор и пружину на два отдельных конструктивных элемента.

    Еще один неотъемлемый элемент подвески МакФерсон – стабилизатор поперечной устойчивости. Основное предназначение механизма это снижение боковых кренов автомобиля в целом. Сам же стабилизатор крепится к подрамнику за счет двух опор, а вот концы стабилизатора за счет шарнирного соединения крепится к стойкам амортизаторов.

    Рассмотрев устройство подвески МакФерсон, рассмотрим принцип работы всей системы. Что и в каком порядке двигается и чего ожидать в случае не соблюдений правил. В случае наезда на препятствие, или неровность, колесо автомобиля смещается в вертикальном направлении относительно кузова. Сжимается пружина амортизационной стойки и рычага, которые крепятся за счет подвижных соединений к несущей части и ступице колеса.

    Основной удар приходится на пружину, но так как она не способна быстро поглотить удар, на помощь приходит амортизатор, поглощающий вся энергию удара. Помимо энергии на колесо автомобиля действует усилие, за счет которого колесо смещается в горизонтальном положении (продольном направлении). Чтоб колесо оставалось на месте, за это отвечают два рычага, установленные под углом или же один А-образный (в зависимости от производителя). В случае использования А-образного рычага, две вершины крепятся к кузовной части и одна вершина к самой ступице.


    На видео принцип работы подвески МакФерсон

    Преодолев неровность, начинается обратный процесс. Пружина амортизационной стойки принимает исходное положение, за счет чего колесо начинает выравниваться относительно кузова автомобиля. Стоит понимать, что во время преодоления неровностей, каждое колесо смещаются независимо друг от друга. Как бы ни утверждали производители, что подвеска МакФерсон отлично справляется с неровностями, часть из ударов все же передает на кузов автомобиля.

    Если оба колеса автомобиля движутся по неровностям, то, несмотря на мягкость пружин и качество амортизаторов, кузов автомобиля может раскачивать со стороны в сторону. В таком случае инженеры используют стабилизатор поперечной устойчивости, который связывает две независимые подвески одно оси в одно целое. Особых форм нет, это обычный торсион, который за счет появления разных сил препятствует скручиванию и гасит колебания кузова по сторонам.

    0 0 голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector