Различают вертикальную, продольную и боковую жесткости подвесок.
Вертикальная жесткость подвески должна обеспечить требуемую плавность хода автомобиля. Её величина может быть назначена по известному значению массы автомобиля, приходящейся на ось, и потребной собственной частоты колебаний подрессоренной массы по формуле:
Масса приходящаяся на переднюю подвеску, ;
f - собственная частота колебаний, принимаем f = 1 Гц;
Суммарная жесткость подвески (2 колеса), с учетом
жесткости шин.
Из полученной суммарной жесткости подвески легко выделить жесткость собственно подвески:
Выбор потребного хода подвески
Для движения по неровной дороге с нормированным микропрофилем, в принципе, (не требуется большой динамический ход сжатия подвески. По результатам расчетов движения автомобиля даже на разбитой грунтовой дороге среднеквадратичное отклонение хода подвески составляет не более 20 мм. Тогда, по правилу За, достаточно иметь ход сжатия 3*20=60 мм. Вместе с тем, при переезде единичных неровностей в повороте или при торможении, может потребоваться и больший ход. Ход подвески должен быть достаточно большим и для того, чтобы обеспечить определенные углы крена. Практика показывает, что для автомобилей с колеей порядка 1400 мм необходимо иметь ход сжатия от состояния полной загрузки не менее 70 мм и ход отбоя от состояния загрузки 1 водителем не, менее 50 мм. Для большей колеи требуется и больший ход подвески. Принимаем: S отб = 50 мм - ход отбоя; S сж = 70 мм - ход сжатия; S ? = 210 мм - суммарный ход подвески.
Построим характеристику подвески по известным значениям подрессоренной массы в двух крайних состояниях загрузки и по жесткости подвески.
Упругая характеристика, построенная таким образом, не обеспечивает должного коэффициента динамичности подвески. Обычным является значение К д =2 для вертикальных нагрузок. Кроме того, при полном ходе отбоя на колесе имеется сила 1400 Н (140 кгс). Без дополнительных упругих элементов подвеску будет "пробивать", также будут ощутимы толчки на "подхватах". Чтобы их не было, вводим дополнительные упругие элементы.
Точка включения буфера сжатия должна подбираться опытным путем. Вместе с тем, хотя длинный буфер сжатия обеспечивает более мягкое включение, обычно его ходимость ограничена. Мягкая подвеска, которая требуется для обеспечения хорошей плавности хода, приводит к чрезмерным кренам при повороте автомобиля. Для снижения крена в подвеске применяют упругие элементы - стабилизаторы поперечной устойчивости. Особенностью работы стабилизатора является то, что при одноименном ходе подвески он не развивает дополнительного усилия, а включается в работу лишь при разноименном ходе. Недостаток стабилизатора - он повышает жесткость подвески при наезде на препятствие одним колесом.
Продольная и боковая жесткость подвески
Жесткости подвески должны быть достаточно велики для обеспечения управляемости автомобиля и для уменьшения потребного пространства, которое занимают колесные арки. В то же время, для обеспечения плавности хода, эти жесткости не могут быть слишком большими.
Желательными являются нелинейные характеристики.
Принимаем: С х = 12 * C z = 12 * 32465,7 = 389588,3 Н/м; С у = 12 * C z = 90 * 32465,7 = 2921912,2 Н/м.
Угловая жесткость подвески
Должна быть достаточно большой, чтобы не допустить повышенный крен кузова при движении в повороте.
Предельно - допустимый крен по ГОСТ Р = 7° при 0,4 g. Фактически, для обычных легковых автомобилей - от 2 до 4°. Примем 4°.
Рассчитаем угловую жесткость (общую):
Где кг - подрессоренная масса;
Полученную суммарную угловую жесткость распределим по осям. Для заднеприводных автомобилей С пер /С зад = 1,3. С пер = 20900. Такое распределение связано с желанием получить некоторую недостаточную поворачиваемость и положением оси крена. Точные величины и распределение угловых жесткостей получают в ходе доводки автомобиля.
Демпфирование в подвеске
Демпфирование в подвеске оказывает существенное влияние на колебания автомобиля. Усилие демпфирования зависит от скорости деформации подвески. Обычно для оценки демпфирования используется коэффициент относительного демпфирования колебаний:
К п - демпфирование на одно колесо, Н/см; C zп - жесткость подвески (1 колесо), Н/м; m п - подрессоренная масса на 1 колесо.
относительного демпфирования должна быть 0,25...0,30. Важную роль для обеспечения колебаний колес без отрыва от дороги играет величина относительного демпфирования колебаний колеса.
С zk - жесткость колеса, Н/м;
Kf - коэффициент увеличения жесткости колеса, зависит от материала корда в брекере, k f = 1,05.
К к - собственное демпфирование шины, К к = 30 Н/см;
m K - неподрессоренная масса на 1 колесо; в неё входит полностью масса частей, совершающих полный ход вместе с колесом и S часть массы рычагов, один конец которых закреплён на кузове.
Упругие элементы подвески появились на транспорте сотни лет назад, слишком уж жёстко было ездить на повозках по булыжным мостовым. Термин «подвеска» точно передаёт суть конструкции: кузов кареты или брички в прямом смысле подвешивали на кожаных ремнях. В 1804 году вместо ремней появились листовые рессоры, а спустя сто лет уже на самодвижущихся экипажах – автомобилях - их сменили более комфортные и технологичные витые .
Удивительно, но с тех пор конструкция упругих элементов принципиально не менялась. Подвеска обрастала продвинутыми амортизаторами, плавающими сайлентблоками и гидравлическими стабилизаторами, а витые пружины никуда не исчезли. Более того, даже архаичные рессоры до сих пор в ходу на грузовиках и пикапах. Конечно, встречаются и диковинки: торсионы (упругие стержни - прародители пружин) и пневмоподушки. Но на большинстве легковых машин сегодня вы встретите классическую подвеску на пружинах. Поговорим о них подробнее.
Пружины как основа подвески
Пружины - ключевые элементы подвески. Именно они удерживают автомобиль над дорогой, а также «глотают» все удары от ям и неровностей. Замена пружин может кардинально изменить поведение автомобиля на дороге.
Пружины выбираются инженерами, исходя из массы и назначения машины, а уже под характеристики пружин подбираются амортизаторы, гасящие их инерцию. Нередко даже у разных комплектаций одной и той же машины пружины отличаются характеристиками. Например, на дизельные модели зачастую ставят более жёсткие и длинные пружины, чем на бензиновые - из-за тяжести двигателя. Есть отличия и в зависимости от рынка: для Северной Америки, где ценят комфорт, автомобили традиционно оборудуют более мягкими пружинами.
Жёсткость пружин
Жёсткость - ключевая характеристика пружины, влияющая на энергоёмкость подвески (способность ехать по неровностям без «пробоев»), плавность хода и управляемость автомобиля.
Мнения автовладельцев по поводу жёсткости пружин диаметрально противоположны. Кто-то уверен, что «чем жёстче - тем лучше», аргументируя это точностью руля и отсутствием кренов. Кто-то скажет, что жёсткие пружины - зло, убивающее комфорт и управляемость на плохих дорогах. Правы и те, и другие, а поиск верного баланса - непростая задача.
Характеристики пружины рассчитываются по её размерам - для этого даже есть онлайн-калькуляторы, как для шин. А зная основные закономерности, какие-то выводы можно сделать даже «на глаз».
Пружины отличаются друг от друга реакцией на нагрузку: она бывает линейной и прогрессивной. Зачастую автовладельцы заменяют один тип другим: либо ставят прогрессивные пружины вместо линейных, чтобы улучшить работу подвески, либо наоборот - в целях экономии.
Линейная пружина
- это классическая навивка с одинаковым шагом витка и постоянной жёсткостью. Она проста в изготовлении - поэтому дешёвая и самая распространенная. Под нагрузкой такая пружина сжимается линейно: в момент полного сжатия все витки смыкаются одновременно.
Пружина с прогрессивной характеристикой отличается переменной жёсткостью и нелинейным сжатием под нагрузкой благодаря разному шагу витка. Чем сильнее на такую пружину давишь, тем жестче она становится. Под нагрузкой витки с меньшим шагом смыкаются первыми, общее число оставшихся свободных витков уменьшается, и жёсткость пружины возрастает.
Когда и как менять пружины
Обычно пружины меняют из-за их поломки или при заметном проседании машины. Но лучше не доводить ни до того, ни до другого.
Поломка прутка пружины - ситуация неприятная: автомобиль полностью обездвиживается, и до сервиса придётся ехать уже на эвакуаторе. Нередко пружины лопаются от ударных нагрузок на бездорожье, вдали от цивилизации, что ещё больше усложняет задачу.
Но пружины не ломаются просто так - кроме редких случаев заводского брака. Обычно такой поломке предшествует либо усталость металла, либо коррозия. Последнюю можно выявить заранее: если вы заметили на пружине ржавчину, не тяните с заменой! Очаг коррозии - вероятное место будущей поломки.
В проседании машины тоже нет ничего хорошего, и дело не только в уменьшении клиренса и невозможности заехать на высокий бордюр. Просевшие пружины увеличивают нагрузку на другие элементы подвески и трансмиссии - амортизаторы, ступичные подшипники, ШРУСы. А в подвеске МакФерсон из-за этого даже сбиваются углы установки колёс.
Слегка просевшие пружины сложно выявить невооруженным глазом. Лучше взять рулетку, замерить расстояние между центром диска и колёсной аркой и сравнить с заводским значением. Кроме того, недопустим крен на одну сторону : и слева и справа высота должна быть одинаковой. Нередко первыми «сдаются» пружины с более нагруженной стороны - водительской, особенно если бензобак расположен там же.
Каков ресурс пружин? Раньше считалось, что он равен двум ресурсам амортизаторов, т.е. пружины нужно менять не вместе с ними, а через раз. Но те времена уже в прошлом: пружины становятся всё тоньше и легче, и теперь они выходят из строя почти одновременно с амортизаторами, «отработав» 70-80 тысяч км.
Зачастую менять пружины вместе с амортизаторами экономически выгоднее - не придётся дважды оплачивать одну и ту же работу, если они смонтированы в сборе. Только не забывайте, что пружины, как и амортизаторы, меняются парами на каждой оси: одиночная замена приведёт к дисбалансу в работе подвески.
Тюнинг пружин
И всё же самая популярная причина замены пружин - не поломка и не проседание машины, а тюнинг. Лифт подвески или её занижение, дополнительная жёсткость или плавность хода - всё это поводы для смены пружин. Благо, сейчас в продаже масса вариантов нестандартных пружин на все ходовые модели автомобилей.
Но заниматься кастомизацией нужно с умом, не превращая тюнинг в «колхоз», примеров которого немало. Один из самых распространённых - подрезание пружин: либо своих же, чтобы «малой кровью» занизить подвеску, либо взятых от другой машины, чтобы приспособить их к своей.
Пружина не однородна по всей длине. На концах у нее расположены так называемые опорные витки, задача которых - усиление конструкции, правильное складывание пружины при работе и фиксация ее на посадочном месте. Обрезка опорного витка нарушает весь расчёт пружины, создаёт дополнительные напряжения металла и, спустя какое-то время, приводит к поломке прутка. Резать пружины нельзя ни в коем случае!
Сомнительна и установка «примерно подходящих» пружин от других автомобилей. Нагрузка точно не совпадёт с расчётной, что снизит ресурс пружины, ухудшит работу подвески и повлияет на управляемость. Эксперимент может закончиться и досрочно: неподходящие пружины нередко вылетают из посадочных мест в предельных режимах работы подвески (например, при вывешивании колеса), и машина падает на «брюхо».
Если вы взялись за тюнинг - подбирайте пружины, разработанные именно для вашей машины. И не забывайте, что амортизаторы должны соответствовать им не только по длине, но и по характеристикам: в хороших тюнинговых наборах и неспроста идут одним комплектом.
Сделать автомобиль более комфортным поможет модернизация ходовой части автомобиля. Рассмотрим, как сделать подвеску мягче.
Что влияет на ходовые качества
Факторы, определяющие ходовые характеристики автомобиля:
- жесткость и конструкция пружин;
- амортизаторы;
- размер покрышек и состав резины;
- соотношение неподрессоренной и подрессоренной масс.
Мы не учитываем упругость резины сайлентблоков, поскольку владельцу редко предоставляется возможность воочию оценить разницу между производителями резинотехнических изделий. К тому же зачастую главное отличие – ресурс сайлентблоков. Разницу в ходовых качествах в зависимости от производителя сайлентблоков заметить крайне сложно. Разителен будет переход на . Данный тип подвески предназначен для спортивной езды и жестких условий эксплуатации. Если на вашем авто установлены полиуретановые изделия, то переход на сайлентблоки из обычной резины сделает автомобиль мягче.
Перед началом тюнинга ходовой части проведите комплексную . Возможно, слишком жесткая, громкая реакция на неровности является неисправностью какого-то узла, а не конструктивной недоработкой. Подобный эффект наблюдается и при езде на перекаченных покрышках.
Пружины
Упругость пружин и величина усилия, требуемая для сжатия, зависят не только от толщины витков, но и от сплава, из которого изготовлены упругие элементы. Поскольку обычному покупателю характеристики металла узнать крайне сложно, ориентироваться можно на толщину витка. Закономерности, влияющие на ездовые характеристики машины:
- конструкция пружины. Наиболее комфортными признаны пружины с изменяемой толщиной витка. Такие пружины имеют так называемый виток комфорта;
- чем жестче пружина, тем отчетливее передаются вибрации на кузов автомобиля. Соответственно, чем толще виток, тем большая жесткость у пружины. Мягкая подвеска автомобиля и жесткие пружины – вещи абсолютно несовместимые;
- длина пружины влияет на ход сжатия подвески. Чем меньший ход подвески, тем меньше расстояние до «пробоя» амортизаторов (возникает, когда амортизатор, отрабатывая неровность, упирается в свое крайнее положение; в этот момент происходит удар об отбойник). Меньшая длина пружины ведет к меньшему ходу подвески, что нужно учитывать при установке спортивных пружин (особенно при обрезании витков). Именно поэтому важно соблюдать баланс между жесткостью витков и длиной пружины.
Также немаловажным аспектом является жесткость материала, в который упирается пружина. Если под упругий элемент подложить прокладку из плотного слоя резины, то уменьшится количество вибраций, передаваемых на кузов. При желании вы можете рассчитать все параметры пружин, а затем изготовить их на заказ. Рекомендуем посмотреть видео, чтобы лучше понять суть переработки упругих элементов.
Амортизаторы
Если главное предназначение пружин – поглощать энергию удара, то амортизаторы предназначены для рассеивания энергии толчков. Наиболее эффективно с этим справляются двухтрубные газо-масляные амортизаторы. Если на вашем авто установлены масляные гасители колебаний, то теперь вы знаете, как сделать подвеску мягче.
Оба вида амортизаторов используют в качестве рабочей жидкости масло. Разница заключается в том, что в ходе сжатия масляных моделей на рабочую жидкость не действует обратное усилие. Для проверки можете сжать амортизатор вручную. Вы увидите, что шток останется в сжатом состоянии или лишь немного возвратится в прежнее положение. В газо-масляных амортизаторах компенсационная камера заполнена инертным газом (азотом), поэтому при сжатии на рабочую жидкость действует возвратное усилие (шток после вдавливания стремится занять прежнее положение).
Использование в конструкции газа позволяет колесу не зависать в воздухе после отработки подвеской неровности и не ударятся о дорожное полотно. Стоит признать, что при движении на небольшой скорости оба типа амортизаторов работают примерно одинаково. Еще один недостаток масляных моделей – при интенсивной работе и перегреве в масле появляются пузыри воздуха, что негативно сказывается на работоспособности амортизаторов и уровне комфорта. Было бы неправильно сказать, что подвеска после такого тюнинга становится мягче, но движение на большой скорости по ухабистой дороге становится значительно комфортней.
Не стоит устанавливать однотрубные газо-масляные гасители колебаний (часто их называют газовыми). Такой тип амортизаторов обладает большей жесткостью, что лишь снизит уровень комфорта при преодолении неровностей.
Резина
Для того чтобы сделать автомобиль комфортней, не всегда нужно делать подвеску мягче. Достаточно установить на машину покрышки с более высоким профилем и мягким составом резины. Высотой профиля называют расстояние от посадочного места на диске до окончания протектора. Параметр обязательно маркируется на боковине покрышки. Рассмотрим маркировку 170/70 R13, в которой 70 – процентное соотношение, определяющее высоту профиля. В нашем случае высота составляет 70% от 170 (ширины профиля) и равна 123 мм. Как параметры профиля шины влияют на управляемость и комфорт:
Влияние массы на кинематику подвески
Неподрессоренная масса автомобиля – общий вес элементов, которые при работе подвески находятся в подвижном состоянии по отношению к кузову. Иными словами, части авто, которые двигаются вместе с подвеской и некоторые элементы ходовой части. В автомобиле к таковым относятся колесные диски, покрышки, элементы тормозной системы, подшипник ступицы (примерно 15% от общей суммы автомобиля, остальные 85% – подрессоренная масса).
Для увеличения плавности хода нужно либо увеличить подрессоренную массу (знакомо владельцам рессорных авто, которые часто загружают ось для большей плавности хода), либо уменьшить вес неподрессоренных элементов. Поскольку первый вариант ведет к увеличению расхода топлива, ухудшению динамики и управляемость, то сосредоточиться нужно на неподрессоренной массе. Чтобы сделать подвеску мягче, достаточно установить легкосплавные диски, не перебарщивать с шириной и высотой покрышки, а также размерами самих дисков.
Специалисты-подвесочники могут рассказать множество интересных примеров из практики, а мне придется ограничиться лишь кратким рассказом о том, почему жестче не всегда цепче, а мягче не всегда комфортнее. Работа подвесок машины вовсе не так проста, как кажется на первый взгляд. Они выполняют множество функций, которые не вполне очевидны. Я постараюсь кратко упомянуть об основных.
А вообще, о работе подвесок написано много книг, и большинство из них очень толстые. Я попробую лишь "по верхам" обозначить основные моменты, чтобы уложиться в формат познавательной статьи.
Почему без подвески не обойтись
Даже очень ровные дороги на самом деле имеют изгиб по многим направлениям, да и сама Земля мало похожа на бесконечную плоскость. И чтобы все четыре колеса касались поверхности, они должны иметь возможность перемещения вверх и вниз. При этом крайне желательно, чтобы беговая поверхность колеса прилегала к покрытию всей своей шириной при любом положении подвески. Так что машины, у которых подвески жесткие и короткоходные, практически обречены на плохое сцепление колес с дорогой, ведь всегда одно из колес будет разгружено.
1 / 2
2 / 2
Почему подвеска должна иметь ход сжатия
Для контакта всех колес с дорогой вовсе не обязательно, чтобы подвеска могла сжиматься, достаточно того, что колеса смогут двигаться только вниз. Но при движении машины в поворотах возникают боковые силы, которые стремятся наклонить авто. Если при этом одна сторона машины сможет приподниматься, а другая не сможет опуститься, центр тяжести авто сильно сместится в сторону загруженного колеса, что в свою очередь вызовет много негативных последствий.
В первую очередь еще большую разгрузку внутреннего по отношению поворота колеса и увеличение момента крена из-за перемещения центра тяжести вверх относительно центра крена подвески (о нем ниже). И, разумеется, если у колес нет хода сжатия, то даже маленькая неровность под одним из колес должна вызывать перемещение кузова, перемещение всех остальных колес вниз со всеми связанными затратами энергии на подъем и снижением сцепления колес. Что, мягко говоря, не слишком комфортно. А еще разрушительно для кузова и деталей подвески. В общем, подвеска должна быть сбалансированной, иметь ход сжатия и ход отбоя для нормальной работы.
Почему машина кренится в поворотах
Раз уж мы определились с тем, что подвеска у машины должна быть и имеет возможность перемещения вверх-вниз, то чисто геометрически образуется некая точка, центр, вокруг которой поворачивается кузов машины при крене. Эта точка называется центром крена машины.
А сумма сил инерции, воздействующих на машину в повороте, как раз приложены к ее центру масс. Если бы он совпадал с центром крена, то в повороте никакого крена бы не было, но он обычно расположен гораздо выше, и в результате образуется кренящий машину момент. И чем выше расположен центр крена, чем ниже центр тяжести, тем он меньше. На специальных гоночных конструкциях вроде машин Формулы 1 центр тяжести помещают ниже центра крена, и тогда машина может крениться в противоположную сторону, как катер на воде.
Собственно, расположение центра крена зависит от конструкции подвески. И автомобильные инженеры неплохо научились его "поднимать" повыше, изменяя конструкцию рычагов, что в теории могло бы избавить от кренов не только низкие спортивные авто, но и достаточно высокие. Проблема в том, что подвеска, сконструированная для обеспечения "неестественно задранного" центра крена, успешно борется с наклонами кузова, но при этом плохо справляется с основной задачей - демпфированием неровностей.
Почему подвеска должна быть мягкой
Достаточно очевидно, что чем мягче подвеска, тем меньше изменение положения кузова при наезде на неровность и при крене меньше распределяется нагрузка между различными колесами. А значит, и сцепление колес с дорогой при этом не ухудшается и не расходуется энергия на перемещения центра масс машины вверх-вниз. Что же, мы нашли идеальную формулу? Но, к сожалению, не все так просто.
Во-первых у подвесок ограничены ходы сжатия, и они должны быть согласованы с изменением нагрузки на ось при загрузке машины пассажирами и багажом, и с нагрузкой, возникающей при прохождении поворотов и неровностей. Слишком мягкая подвеска при повороте сожмется так сильно, что колеса с другой стороны оторвутся от земли. Так что подвеска должна не допустить исчерпания хода сжатия с одной стороны и вывешивания колеса с другой.
Получается, что слишком мягкой подвеске быть тоже плохо… Оптимальным вариантом является сравнительно небольшой диапазон "мягкости", после чего подвески становятся жесткими, но настроить такую конструкцию тем сложнее, чем выше разница между жесткой и мягкой ее частью.
При любом перераспределении нагрузки между колесами происходит ухудшение общего сцепления колес с дорогой. Дело в том, что догрузка одних колес не компенсирует все потери при разгрузке других. А в случае вывешивания разгруженных колес увеличение сцепления на догруженной стороне не компенсирует и половины потерь.
Помимо общего ухудшения сцепления, это еще и приводит к ухудшению управляемости. Борются с этим неприятным фактором, изменяя наклон плоскости качения колеса относительно дороги - так называемый развал. В результате конструктивных мероприятий, направленных на программирование изменения развала при крене машины удается компенсировать изменение сцепления колес при поперечных нагрузках в разумном диапазоне и тем самым сделать управление машиной проще.
Почему же приходится делать подвески жестче на спортивных машинах?
На управляемости машины крайне негативно сказываются любые изменения углов установки подвески при кренах машины и задержки в откликах на управляющие воздействия из-за смещения центра тяжести. А значит, приходится делать подвески жестче, чтобы в повороте крены уменьшались.
Крайним выходом является мощный стабилизатор поперечной устойчивости - торсион, который препятствует перемещению колеса одной оси относительно другого. Но это не самый лучший способ. Да, он улучшает ситуацию с изменением углов установки колес в повороте, но зато разгружает внутреннее, по отношению к повороту, колесо, и перегружает наружное. Немного лучше просто сделать подвеску жестче. Это больше сказывается на комфорте, но зато не так разгружает внутреннее колесо.
Немалое значение амортизаторов
Помимо упругих элементов, в подвеске машины присутствуют и газовые или жидкостные амортизаторы - элементы, ответственные за гашение колебаний подвески и вывода энергии, которую машина тратит на перемещения центра масс. С их помощью можно подправить все реакции подвески на сжатие и отбой, ведь амортизатор может обеспечить в динамике куда большую жесткость, чем пружина. При этом его жесткость, в отличие от пружин, будет очень разной в зависимости от хода подвески и скорости ее перемещения.
Разумеется, совсем мягкий амортизатор не сможет выполнять свою основную задачу - гашение колебаний, машина попросту будет раскачиваться после прохождения неровности. А установка очень жесткого будет создавать эффект, схожий с установкой очень жесткой пружины, которая не хочет сжиматься и тем самым увеличивает нагрузку на колесо и разгружает все остальные. Но тонкая настройка поможет уменьшить крены в поворотах и помочь пружинам, уменьшить клевки кузова при разгоне и торможении и при этом не мешать колесам проезжать мелкие неровности. И разумеется, не допускать "пробоя" подвесок при проезде жестких неровностей. В общем, воздействие на поведение машины они оказывают не меньшее, чем жесткость пружин.
Немного о комфорте и частотах колебаний
Понятно, что у машины без подвески комфорт был бы нулевой, ведь все мелкие неровности от дороги передавались бы прямо на ездоков. Бр-р. Но если подвеску сделать очень мягкой, то ситуация станет ненамного лучше - постоянная раскачка тоже крайне плохо сказывается на людях. Оказывается, человек плохо переносит колебания как с небольшой амплитудой и большой частотой от жесткой подвески, так и с большой амплитудой и с малой частотой от мягкой.
Для создания комфортных условий для пассажиров необходимо согласовать жесткость пружин, амортизаторов и покрышек так, чтобы на самых ходовых для этой машины покрытиях частоты колебаний пассажиров и уровень ускорений оставались в комфортных пределах.
Частота и амплитуда колебаний подвески важны еще и в другом аспекте - собственные частоты резонанса системы машина-подвеска-дорога не должны совпадать с возможными частотами управляющих воздействий и возмущений от дороги. Так что задача конструкторов заключается еще и в том, чтобы обойти опасные режимы как можно дальше, ведь в случае резонанса можно и машину перевернуть, и потерять управление, и просто поломать подвески.
Итак, какой должна быть подвеска?
Как это ни парадоксально, но чем мягче подвеска, тем лучше сцепление колес с дорогой. Но при этом она не должна допускать сильных кренов и изменения пятна контакта колес с дорогой. Чем хуже дороги, тем более мягкой должна быть подвеска для получения хорошего сцепления. Чем ниже коэффициент сцепления колес, тем мягче должна быть подвеска. Казалось бы, проблему может решить установка стабилизатора поперечной устойчивости, но нет, у него тоже есть свои негативные черты, он делает подвеску более "зависимой" и уменьшает ход подвески.
Так что настройка подвески остается делом для настоящих мастеров и всегда требует много времени на натурные испытания. Множество факторов затейливо переплетаются и, изменив один параметр, можно ухудшить и управляемость, и плавность хода. И не всегда жесткая подвеска делает машину быстрее, а мягкая - комфортнее. На управляемости сказывается и изменение жесткости передней и задней подвесок относительно друг друга и даже малейшее изменение характеристик жесткости амортизаторов. Надеюсь, эта статья поможет более тщательно относиться к выбору комплектующих для подвесок и предотвратит необдуманные эксперименты.
Не секрет, что качество отечественных дорог оставляет желать лучшего, поэтому исправность и правильная регулировка всех элементов автомобильной подвески – важный фактор комфортного передвижения. Одними из основных компонентов подвески являются пружины, которые обеспечивают необходимую высоту кузова над дорожным полотном, а также влияют на грузоподъемность и управляемость машины. Оптимальный уровень жесткости этих элементов устанавливается путем проведения тестирований в разных условиях движения, а идеальное усилие пружины соответствует величине, предупреждающей чрезмерный крен кузова.
Если пружины подобраны верно, то на любых поворотах крен кузова должен составлять не больше двух-трех градусов, на что обращают особое внимание. Слишком мягкие пружины могут существенно сказаться на управлении автомобилем. Но как узнать показатель жесткости пружины, установленной на вашем транспортном средстве? Об этом как раз и пойдет речь в данной статье.
1. Как определить жесткость пружины подвески?
Для начала вспомним, что такое автомобильная пружина и что она собой представляет. Эта составляющая часть конструкции подвески представлена в виде упругого элемента, смягчающего толчки и удары, образующиеся при передвижении по неровным участкам дороги, ведь при наезде на препятствие колесо машины отрывается от поверхности и теряет управляемость. В таких случаях, задача пружины – как можно быстрее вернуть ему прежнее положение. Учитывая, что после удара колесо отскакивает назад, мягкая пружина способна сильнее сжаться и поглотить большее количество энергии, нежели жесткий элемент. Поскольку эта энергия расходуется медленно, то колебания не могут быстро затухать, подпитываясь все новыми и новыми толчками.
Решить эту проблему призван еще один конструктивный элемент автомобильной – амортизатор, предназначенный для ускорения процесса гашения толчков путем трансформации в тепло колебаний подвески и кузова.
Жесткостью пружины называют ее способность сопротивляться сжатию, что также является ее главной характеристикой. Чересчур жесткая пружина ухудшает качество управления автомобилем на неровных дорогах, одновременно увеличивая дискомфорт пассажиров. Слишком мягкая, наоборот, хорошо гасит толчки, но создает большой крен машины при прохождении поворотов. Существует несколько факторов, которые напрямую влияют на показатель жесткости:
1. Диаметр прута (чем он больше, тем больше будет жесткость);
2. Внешний диаметр пружины (чем он больше, тем меньшим будет показатель жесткости);
3. Количество витков пружины (больше витков – меньше жесткость);
4. Форма пружины. Различают цилиндрические, конические, бочкообразные элементы, каждый из которых может обладать особыми характеристиками. Кроме того, одна пружина способна сочетать в себе сразу несколько форм.
Определить жесткость пружин, установленных на вашем автомобиле, можно, исходя из кода изделия или нанесенных меток в виде штамповок или обозначений краской
(к примеру, длина пружины составляет не меньше 230 мм, и если изделие обозначено желтой маркировкой, значит, оно имеет длину менее 240 мм). Также узнать значение жесткости помогут ручной пресс, напольные весы и измерительная линейка (сила давления измеряется в килограммах на сантиметр).
Для этого на весы укладывают деревянный брусок толщиной не меньше 12 мм, площадь которого будет больше площади торца пружины, а сверху на него устанавливают саму пружину. Верхний торец пружины накрывают вторым бруском дерева и измеряют длину элемента. Используя пресс, пружину сжимают до конкретного значения (к примеру, 40 мм) и записывают показания весов, тем самым определяя жесткость детали.
Существует и другой способ определения указанной величины. Здесь пружина подвески рассматривается как тело начальной длины, обозначающееся буквой «L» и подвергающееся растяжению или сжатию. В соответствии с законом Гука для продольной деформации, изменения тела «х» пропорциональны его начальной длине «L» и приложенной силе «F». То есть, x = F*L/C , где «С» является коэффициентом пропорциональности и зависит от радиуса витков, диаметра проволоки и материала изготовления пружины. Показатель жесткости пружины - k = F/x = C/L или k*L = C («С» - постоянная величина).
2. Как правильно проверять пружины подвески
Зачастую внимание элементам подвески уделяют только тогда, когда что-то где-то застучало или машина начала себя неадекватно вести. Однако любую проблему легче решить на начальном этапе, чем мучиться с ее последствиями. В случае с пружинами подвески, свидетельствовать об их плохом «самочувствии» могут следующие признаки:
1. Частые «пробои» подвески;
2. Снижение плавности хода транспортного средства;
3. Появление вибрации и тряски при движении;
4. Заметный перекос автомобиля или его осадка;
5. Существенная разница между высотой передней и задней части машины;
6. Сокращение дорожного просвета;
7. Ярко выраженные следы взаимодействия пружинных витков (заметны при проведении диагностических процедур на смотровой яме или на подъемнике).
Почему же пружина может утратить прежние свойства? Во-первых , дает о себе знать естественный износ и «усталость» металла. Во-вторых , не исключено повреждение пружин из-за трения, полного сжатия или контакта с камнями. В-третьих , к неисправностям пружин могут привести частые перегрузки транспортного средства и преодоление неровных участков дороги на больших скоростях, а завершает «черную работу» коррозия металла, обусловленная повышенным уровнем влажности и влиянием дорожных реагентов.
Если при осмотре вы заметили повреждения витков хотя бы одной из пружин, такую деталь нужно обязательно заменить новым элементом. Также полезно проверить оседание пружин. Для этого деталь сжимают до соприкосновения витков, после чего задействуют нагрузку в размере 295 кГс. Сжатие пружины производится по ее оси, а опорная поверхность должна соответствовать опорной чашке амортизатора и кузова.
Кроме того, выполняя диагностику, обратите внимание на состояние пружинных прокладок: если на них отчетливо видны следы износа – лучше такие элементы сразу заменить. При незначительных дефектах можно пока и не менять пружину, но в обязательном порядке стоит произвести замену, если:
- деталь сломалась (обычно это происходит в самом верхнем или нижнем витках);
Сильно заметна коррозия или другие повреждения металла;
Снизилась высота автомобиля (измеряется и сравнивается расстояние между центром колеса и краем его арки, причем на всех четырех колесах);
Наблюдается неравномерность горизонта транспортного средства (разница в высоте между передней и задней частями машины).
3. Инструменты для проверки пружины подвески
Для проведения полной диагностики пружин подвески вам понадобятся как обычные инструменты (гаечные и торцевые ключи, отвертки, молоток и т.д.), так и специальные съемники и стяжки пружин. Что касается последних, то они существенно облегчают задачу демонтажа, правда, многие автолюбители прекрасно справляются и без них. Если вы собираетесь проверить жесткость пружин, то не лишними будут упомянутые ранее напольные весы, измерительная лента, ручной пресс и деревянные бруски подходящего размера.