Устройство и принцип работы торсионной подвески автомобиля

Назначение, основные составляющие

Подвеска в автомобиле выполняет ряд важнейших функций:

• Обеспечивает упругое крепление колес к кузову (что позволяет им перемещаться относительно несущей части);
• Гасит колебания, получаемые колесами от дороги (тем самым достигается плавность хода авто);
• Обеспечивает постоянный контакт колеса с дорожным полотном (сказывается на управляемости и устойчивости);

С момента появления первого авто и по наше время было разработано несколько видов этой составляющей ходовой части. Но при этом создать идеальное решение, которое устраивало бы по всем параметрам и показателям так и не удалось. Поэтому из всех существующих типов подвесок автомобиля выделить какую-то одну невозможно. Ведь в каждой из них имеются свои положительные и отрицательные стороны, которые и предопределяют их использование.

В целом любая подвеска включает в себя три основных составляющих, каждая из которых выполняет свои функции:

1. Упругие элементы.
2. Демпфирующие.
3. Направляющие системы.

В задачу упругих элементов входит восприятие всех ударных нагрузок и плавная передача их на кузов. Дополнительно обеспечивают постоянный контакт колеса с дорогой. К этим элементам относятся пружины, торсионы, рессоры. Ввиду того, что последний тип – рессоры, практически сейчас не используются, далее рассматривать подвеску, в которой они использовались – не будем.

Наибольшее распространение в качестве упругих элементов получили витые пружины. На грузовых же авто нередко используется еще один вид – пневмоподушки.

Демпфирующие элементы используются в конструкции для гашения колебаний упругих элементов путем их поглощения и рассеивания, что предотвращает раскачивание кузова во время работы подвески. Эту задачу выполняют амортизаторы.

Направляющие системы связывают колесо с несущей частью, обеспечивают возможность перемещения по требуемой траектории, при этом с удержанием его в заданном положении относительно кузова. К этим элементам относятся всевозможные рычаги, тяги, балки, и все остальные компоненты, принимающие участие создании подвижных соединений (сайлент-блоки, шаровые опоры, втулки и т. д.).

Виды торсионной подвески

Торсионы, в зависимости от положения рычагов на автомобиле, могут располагаться вдоль или поперек кузова. В случае, когда торсионы установлены вдоль, рычаги расположены поперек автомобиля и угол подъема колес направлен в сторону автомобиля по диагонали. Если торсионы расположены поперек автомобиля, рычаги расположены вдоль и угол подъема колес направлен вверх вдоль длины автомобиля.

Преимущества и недостатки

Как и любой род подвески, торсион имеет свои достоинства и недостатки, которые определяют его применение для каких-то конкретных целей.

Преимущества

1. Легкость в монтаже и техническом обслуживании. Торсионная подвеска обладает самой большой периодичностью обслуживания.

2. По сравнению с любым другим видом подвески, торсион обладает самыми компактными размерами и занимает очень мало места. Помимо этого, он обладает очень малым весом, уменьшая, тем самым, вес автомобиля в целом.

3. Торсионная подвеска хорошо поддается регулированию по высоте. Таким образом, можно изменить клиренс транспортного средства, не внося существенных изменений в конструкцию подвески.

4. При возникновении крена, торсион обеспечит самую лучшую управляемость автомобиля.

5. Повышенная ремонтопригодность, простота регулировок и надежность эксплуатации.

В техническое обслуживание подвески входит подтяжка крепежного болта, которая выполняется с помощью всего одного гаечного ключа. Это, пожалуй, является одно из самых главных пояснений простого технического обслуживания.

Недостатки

1. Присутствие в конструкции торсионной подвески игольчатых подшипников. Эти подшипники очень часто выходят из строя после повреждения пыльников и сальников. Через трещины в резине грязь попадает в механизм подшипника и очень быстро выводит его из строя. Поэтому рекомендуется по чаще осматривать днище автомобиля.

2. Сложность технологии производства торсионов. Чтобы достичь качественных механических характеристик металла, его нужно подвернуть большому количеству обработок, что весьма существенно повышает стоимость торсиона.

3. Автомобили с торсионной подвеской обладают склонностью к излишней поворачиваемости. Это особенно актуально для небольших автомобилей на скользкой дороге. В связи с чем, водитель должен проявлять повышенную внимательность и аккуратность при управлении таким автомобилем.

Причина, по которой применение торсионов в автомобильной подвеске ограничено, является сложность процесса получения полностью независимой подвески, которая смогла бы обеспечить самый высокий уровень комфорта. Не смотря на это, конструкторы нашли решение в применении торсионной балки и вращающихся амортизирующих рычагов. Таким образом, получается самая высокая независимость колес и плавность хода при движении.

С учетом достоинств и недостатков, торсионная подвеска больше не применяется на пассажирских автомобилях. Теперь она устанавливается только на грузовиках и военной гусеничной технике.

Достоинства и недостатки

Главным плюсом является удобство компоновки. Упругий стержень практически не занимает места под днищем, в отличие от пары спиральных пружин. При этом он обеспечивает аналогичную плавность хода. В эксплуатации возможно увеличения натяга при старении и деформации деталей.

Недостаток заключается в сложной технологии производства надёжных деталей, а значит и высокой цене. Торсион примерно втрое дороже хорошей пружины для аналогичного автомобиля. А покупка бывшего в употреблении не всегда оправдана из-за накопленной усталости металла.

При всей компактности подобных подвесок не всегда удобно размещать длинные стержни под днищем автомобиля. Это достаточно легко сделать в случае внедорожника, но пол кузова легкового автомобиля расположен максимально близко к дороге, а для подвески остаётся лишь место в колёсных арках, где более уместны цилиндрические пружины.

https://youtube.com/watch?v=n4VTpwx6Ses

Основные типы

Сегодня можно выделить несколько основных типов торсионных подвесок.

С двойными поперечными рычагами.

В этом случае торсионы расположены параллельно кузову автомобиля. Такая конструктивная особенность позволяет выполнять точную регулировку подвески в весьма широком диапазоне.

Из конструктивных особенностей стоит выделить крепление одной стороны торсиона к поперечному рычагу, расположенному в нижней части автомобиля (в некоторых случаях крепление производится к противоположному рычагу). С другой стороны, торсион крепится к кузову машины.

Такой торсион чаще всего применяется на авто, отличающиеся повышенной проходимостью. Так, торсионы с двойными поперечными рычагами очень любят американские и японские производители.

С продольными рычагами.

Здесь основное отличие – соединение торсионов с продольными рычагами. Следовательно, они располагаются уже не параллельно кузову (как это было в случае с прошлым видом подвески), а поперек.

Такие торсионы чаще всего устанавливается на небольших легковых авто и применяется сегодня.

Со связанными продольными рычагами.

В последние годы этой конструкции производители уделяют все больше внимания. Ее особенность в направляющем узле, роль которого выполняет пара продольных рычагов.

Последние с одной стороны подсоединены к ступицам колес, а с другой – к кузову машины.

Особой конструкцией отличается и сама балка, которая в сечении имеет U-образную форму.

Именно такая особенность придает подвеске особой жесткости на изгиб. И это притом, что жесткости на кручение почти нет. Многие считают это недоработкой.

На самом же деле это такая задумка разработчиков. Благодаря таким особенностям, колеса могут двигаться по вертикали, как угодно. По сути, они не зависят друг от друга.

Задняя подвеска Audi A4 B7.

К основным элементам таких конструкций можно отнести шарнир (выполнен из резины и металла), ступица колеса, витая пружина, торсионная (поперечная) балка, продольный рычаг и амортизатор.

Преимущества и недостатки

Как и любые другие сложные конструкции, торсионы обладают определенными преимуществами и недостатками.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: ГБО 5 поколения, устройство, принцип работы, преимущества и недостатки

Из положительного можно выделить:

1. Простоту в эксплуатации . Как показывает практика, этот вид подвесок хорошо поддается ремонту. При этом большинство работ может выполнить даже начинающий автолюбитель;
2. Регулировка жесткости проста и понятна . При необходимости всегда можно настроить торсионы под свой стиль езды. Для этого не нужно ехать на СТО – все настроечные работы элементарно сделать в гараже с помощью подручных инструментов;
3. Компактность и небольшой вес . Размещение каждого узла хорошо продумано, поэтому сама подвеска занимает минимум места. Что касается общей массы, то по сравнению со своими «собратьями», она весьма легкая;
4. Автоматическая регулировка . Конечно, данная опция есть не на всех автомобилях, но в последнее время все больше производителей стараются добавить подобную опцию на своих моделях. И действительно, намного удобнее регулировать высоту подвески с помощью нажатия кнопки;
5. Долговечность . Торсионы способны отслужить весь период эксплуатации без заметных проблем. Если же что-то и разболталось, то ремонт можно произвести с помощью гаечного ключа.

Но есть и минусы:

1. Технология производства торсионных подвесок весьма сложная, ведь перед производителями стоит сложная задача – обеспечить максимальную упругость и прочность изделия. В итоге это повышает общую стоимость торсионных подвесок. Именно из-за этого многие разработчики отказываются ставить торсионы на своих авто;
2. Излишняя поворачиваемость подвески – еще одна проблема, которую никак не могут решить производители. На резких поворотах такие автомобили как бы разворачивает, что требует от автолюбителей особых навыков;
3. Игольчатые подшипники, которые установлены в торсионах, отличаются ограниченным ресурсом. Этот узел часто выходит из строя из-за попадания грязи, пыли или воды. При этом причиной этому чаще всего является естественный износ, а не выбранный стиль вождения автолюбителя. В среднем игольчатые подшипники «ходят» не более 70 тысяч километров. Они требуют особого внимания и своевременной замены.

Особенности регулировки

Как мы уже упоминали, одно из основных преимуществ торсионных подвесок – возможность регулировки.

Большой плюс здесь в том, что автолюбителю не нужно тратить деньги на посещение СТО и оплату услуг дорогостоящих мастеров – всю работу можно сделать самостоятельно, с помощью нескольких простых ключей.

Так, любители спортивного стиля езды часто решаются к занижению задней части автомобиля.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Видеокурс по вождению, подготовка к экзаменам в ГИБДД

И действительно, в некоторых случаях подобные шаги вполне оправданы и позволяют уменьшить общую осадку автомобиля и повысить жесткость подвески.

Но здесь есть одна большая опасность. Чрезмерное занижение подвески однозначно приведет к повышению нагрузки. Как следствие, торсионы меньше служат и быстрее выходят из строя.

Высота торсионной подвески меняется посредством изменения высоты торсиона или, если быть точнее, его «звезды» (шлицевого оконцевателя).

Как правило, торсионы имеют по краям специальные шлицевые разъемы («папы»). При этом один край подвески фиксируется с корпусом балки, а другой коммутируется со шлицевым разъемом («мамой»).

Стандартная позиция шлицов всегда помечена, изменение высоты в большую или меньшую сторону позволяет, соответственно, повысить или уменьшить жесткость подвески.

Виды торсионных подвесок

Передняя независимая торсионная подвеска на поперечных рычагах

Устройство и принцип работы торсионной подвески Передняя торсионная подвеска на поперечных рычагах (один или два в зависимости от конструкции) состоит из следующих элементов:

• Продольно расположенный торсион, работающий на скручивание и заменяющий пружину.
• Воспринимающий основную нагрузку нижний или верхний рычаг, посредством которого происходит передача усилия на торсион.
• Демпфирующий элемент – амортизатор, выполняющий функцию гашения колебаний.
• Стабилизатор поперечной устойчивости, компенсирующий крены кузова при движении.

Независимая передняя торсионная подвеска на двойных поперечных рычагах Toyota Hilux Surf Компактность передней торсионной подвески на поперечных рычагах позволяет эффективно использовать свободное пространство. Например, для установки массивных приводов колес. В связи с этим торсионы получили распространение при производстве рамных внедорожников, сочетающих повышенную проходимость с мягкостью подвески. Например, Toyota Land Cruiser 100 (крепление торсиона к нижнему рычагу) и Toyota Hilux Surf (торсион на верхнем рычаге). Также торсионы применяются на передней оси коммерческих автомобилей.

Задняя независимая подвеска с поперечным расположением торсионов

В конструкциях задних подвесок с продольным расположением рычагов торсионы устанавливаются поперечно. Легендарный французский автомобиль Renault 16, выпускавшийся до 1990-х годов, оснащался передней подвеской с продольно расположенными торсионами, а задней – с поперечно.

Задняя подвеска с поперечным расположением торсионов

Особенностью упругих элементов задней подвески было их расположение – один находился позади другого, что конструктивно влекло разность в колесной базе по сторонам автомобиля (одно из колес находилось ближе к переднему на несколько сантиметров). Управляемость и устойчивость автомобиля оставляла желать лучшего, однако именно компактность торсионной подвески позволила значительно увеличить объем багажного отделения, что в значительной степени определило популярность модели. В настоящее время подобная схема подвески автопроизводителями не применяется.

Полузависимая задняя торсионная балка

Задняя полузависимая U-образная торсионная балка Полузависимая торсионная балка U-образного сечения, имеющая в составе интегрированный упругий стержень, становится более прочной на изгиб. При этом она позволяет колесам одной оси незначительно перемещаться друг относительно друга при проезде неровностей. Этим достигается улучшение управляемости и устойчивости автомобиля. Данная подвеска применяется на задней оси большинства бюджетных переднеприводных автомобилей.

Преимущества и недостатки

Опыт использования торсиона перевалил за 80 лет, но отказываться от его применения производители не торопятся. Причиной служат следующие соображения:

• Компактность. Небольшие размеры позволяют увеличить размеры других функциональных элементов автомобиля, например, багажник.
• Возможность регулировки подвески. Во многом эксплуатационные характеристики зависят от длины, что позволяет при проектировке машины закладывать необходимые качества.
• Недорогое обслуживание и ремонт. При производстве этот фактор также делает автомобиль дешевле конкурентов с другими типами подвесок.
• Малый вес. Благотворно влияет на ресурс машины и ее экономичность в процессе использования.
• Простота в производстве деталей и их установке.

Преимущества налицо, но не всегда можно реализовать поставленные перед конструкторами задачи, исключительно используя торсионную подвеску. Требования рынка чрезвычайно жестки. Покупатель требует нового качества, добиться которого при помощи торсиона сложно. Итак, что, прежде всего, тормозит применение подобных подвесок:

1. Тряска. Особенно она чувствуется на заднем сидении. Жесткое соединение с кузовом передает вибрации и даже совершенные по конструкции торсионные подвески не справляются с ними. Более технологичные и эффективные механизмы работают лучше, но стоимость их существенно выше.
2. Шум. Причина его также кроется в невозможности эффективно изолировать корпус от колебаний, из-за жесткого соединения. Системы шумоизоляции не в состоянии полностью исключить этот недостаток.
3. Торсион не выдерживает экстремальные нагрузки. Сборная конструкция, где для фиксации отдельных частей используется сварка. Она не дает необходимой в некоторых случаях прочности, хотя современные конструкции устанавливаются и на внедорожниках, и на грузовом транспорте, но они сложны и дороги.
4. Ремонт. Торсионы могут лопаться подобно пружинам. Если в простых конструкциях замена детали не ляжет непосильным грузом на владельца, то в некоторых современных автомобилях подвеска стоит не дешево и при высокой цене на запчасти можно приплюсовать и немалые расходы на работу.

Многие покупатели не задумываются при приобретении автомобиля о его конструктивных особенностях. Но сделать это необходимо по той причине, что впоследствии за ним придется ухаживать и ремонтировать.

Машина с торсионной подвеской в большинстве случаев будет стоить дешевле, а ее обслуживание также будет более экономичным.

Принцип работы торсионной подвески

Торсионы представляют собой либо сплошной, либо полый круглый вал, имеющий конструктивно заложенную определенную жесткость на скручивание.

Видео — поможет понять принцип работы торсионной подвески:

Для того, чтобы осуществить сопряжение с другими деталями подвески, на концах торсионов изготавливаются шлицевые, шестигранные, трапецивидные или треугольные головки.

Поскольку на саму головку приходится наибольшее усилие, ее размер всегда больше основного диаметра стержня и рассчитывается по формуле:

d/D=0,6…0,8, г

де d — диаметр тела торсиона, а D — диаметр шлицевой части.

Как было сказано выше, одним концом торсион закреплен в гнезде рычага, а вторым — на неподвижно закрепленной поперечной балке кузова с определенным натягом, который можно регулировать, поднимая или опуская ключ торсиона при помощи регулировочного болта.

Ниже представлена типичная схема торсионной подвески.

Для ясности, расшифровка основных позиций:

• 1 — тормозной диск
• 2 — привод
• 3 — нижний рычаг
• 4 — верхний рычаг
• 5 — амортизатор
• 6 — тяга поперечной устойчивости
• 7 — мост
• 8 — торсион
• 9 — балка торсиона.

Поскольку сам ключ на схеме не виден, ниже его отдельное изображение.

Основным преимуществом использования торсионной подвески является возможность изменения высоты (клиренса) автомобиля практически «на ходу», используя минимум инструментов.

Как видно из схемы, тот край торсиона, на который надет ключ, находится внутри поперечной балки. Край ключа упирается в регулировочный болт, вкрученный в само тело балки и может поворачиваться при вкручивании и опускаться при выкручивании болта. А поскольку скручивание торсиона рассчитано на массу автомобиля, то при подъеме ключа рычаг подвески проворачивается вниз, поднимая автомобиль. Таким образом, используя только ход ключа, можно приподнять или опустить ось автомобиля на 5-7 см в зависимости от модели.

Дополнительными «бонусами» применения торсионной подвески в автомобиле является увеличение плавности хода, что можно наблюдать на примере автомобилей ЗИЛ — одного из эталонов автомобилестроения, а также более высокую устойчивость и управляемость из-за того, что торсион, получая динамическую нагрузку от дорожного полотна, равномерно распределяет ее вдоль всего кузова.

Виды подвески

1. Зависимая. Принцип ее устройства очень прост. Когда колеса расположенные на одной оси, жестко связаны друг с другом, а изменение положения одного колеса вызывает адекватное смещение другого. Например, задний мост грузового автомобиля. Лучше работает на бездорожье. Но хуже удерживает колесо в контакте с дорогой на высоких скоростях. Такое устройство ходовой части чаще встречается у автомобилей повышенной проходимости и грузовиков, когда автомобиль не должен обладать высокой скоростью движения и комфортабельностью.
2. Независимая. Когда колеса расположенные на одной оси и не связаны между собой: перемещение одного не вызывает изменения положения другого. Для уменьшения поперечного раскачивания автомобиля в движении рычаги колес, принадлежащих одной оси, связывают между собой системой тяг, называемой стабилизатором поперечной устойчивости. Примером такой подвески может служить передняя подвеска большинства легковых автомобилей. На хороших дорогах такая подвеска отлично работает даже при высокой скорости движения. На бездорожье помехой может быть короткий ход рычагов. В этом виде подвески для крепления ступицы к несущему элементу используются, в зависимости от назначения автомобиля, до пяти рычагов. Среди преимуществ многорычажной подвески – более точная управляемость автомобиля, большая надежность системы и длительное время безотказной работы, а также стабильное поддержание пятна контакта протектора с покрытием дороги. Недостатками многорычажной подвески является более короткий, нежели у системы с одним рычагом, ход. Потому езда на автомобиле, оборудованном такой подвеской, менее комфортна и сопровождается большим шумом. Поэтому такой ходовой оснащаются чаще всего спортивные автомобили, передвигающиеся по ровным дорогам и имеющие повышенные требования к управляемости и сниженные к комфортабельности езды.
3. Полунезависимая. Два продольных рычага связанные между собой поперечной торсионной балкой. Например, задняя подвеска ВАЗ 2108 и следующих за ним моделей. Отличается простотой, надежностью, хорошей управляемостью и большой поперечной жесткостью. Минусы ее немногочисленны — невозможность установки в передней части автомобиля и сварное соединение рычагов с поперечной балкой, которое на практике дает о себе знать крайне редко. Принцип ее действия можно понять, если представить что балка играет роль стабилизатора поперечной устойчивости между двумя продольными рычагами.

Преимущества торсиона в подвеске

Торсионы в независимой подвеске имеют по сравнению с другими элементами упругости такие плюсы:

• Большая плавность хода, достигающаяся благодаря лучшим характеристикам деформации. Это обеспечивает нелинейный рост жесткости, в зависимости от величины скручивания, то есть, в конце хода подвеска становится жестче, что смягчает ее удар в отбойник.
• Простота конструкции.
• Компактность.
• Возможность ремонта подвески без стяжек и другого специального инструмента.
• Доступность регулировки жесткости подвески и дорожного просвета.

Торсионная балка в ходовой части автомобиля применяется в полунезависимой задней подвеске, которая тоже имеет несколько достоинств:

• Так же проста, как и зависимая.
• Работает немногим хуже независимой подвески, причем не нуждается в стабилизаторе поперечной устойчивости.

Недостатки торсионов

К недостаткам задних торсионных балок импортных автомобилей можно отнести, пожалуй, только игольчатые подшипники в креплении их к несущим элементам которые время от времени выходят из строя, так как их трудно защитить от коррозии под днищем кузова. Приятно отметить, что задняя балка нашего ВАЗ 2108, прикрепленная к кузову через резинометаллические шарниры, лишена этого недостатка.

Виды

Торсионные подвески бывают нескольких видов:1. Торсион с двойными поперечными рычагами.

Здесь особенность в том, что торсион находится параллельно кузову авто. Данная особенность позволяет с точностью отрегулировать подвеску. К конструктивным особенностям такой подвески стоит отнести наличие особого крепежа:

• с одной стороны — к поперечному рычагу (находится в нижней части авто) или к рычагу, расположенному в противоположной стороне;
• с другой стороны — к кузову транспортного средства.

Такой вид торсиона наиболее востребован на автомобилях, имеющих повышенный уровень проходимости. Как показывает практика, больше всего торсионов с продольными рычагами устанавливается на авто японских и американских производителей.

2. Торсион с продольными рычагами. Главное отличие такой конструкции — объединение торсионов с продольным типом рычагов. Как следствие, они располагаются уж не параллельно, а перпендикулярно кузовной части. Такой вид подвесок получил наибольшую популярность в легковых авто.

3. Торсион со связанными продольными рычагами

В последние годы данной конструкции уделялось особое внимание. Особенность — уникальная конструкция направляющего узла, функцию которого берет на себя несколько продольных рычагов. Последние с одной из сторон закреплены к ступицам колеса, а с другой — к кузовной части автомобиля

Необычную конструкцию имеет и сама балка, имеющая в сечении U-образный вариант исполнения

Последние с одной из сторон закреплены к ступицам колеса, а с другой — к кузовной части автомобиля. Необычную конструкцию имеет и сама балка, имеющая в сечении U-образный вариант исполнения.

Описанная выше особенность — гарантия жесткости подвески и ее устойчивости на изгиб почти при полном отсутствии кручения. Некоторые специалисты считают эту особенность недоработкой, но на практике так и было задумано. Благодаря этим особенностям, колеса могут двигаться в любом направлении. При этом они никоим образом не зависят друг от друга.

Основные элементы таких конструкций — шарниры (металлические и резиновые), поперечный торсион, витая пружина, ступица колеса, амортизатор и продольный рычаг.