Еластични елементи
Металните и неметалните елементи се използват като еластични устройства в окачванията на съвременните автомобили. Най-разпространени са металните устройства: пружини, листови ресори и торсионни щанги.
Променлива пружина на окачването на автомобил
Най-широко използвани (особено в окачването на леки автомобили) савинтовите пружини, изработени от стоманен еластичен прът с кръгло сечение. Когато пружината е компресирана по вертикалната ос, нейните намотки се приближават и се усукват. Ако пружината има цилиндрична форма, тогава когато се деформира, разстоянието между намотките остава постоянно и пружината има линейна характеристика. Това означава, че деформацията на винтовата пружина винаги е право пропорционална на приложената сила и пружината има постоянна коравина. Ако направите усукана пружина от прът с променливо напречно сечение или придадете на пружината определена форма (под формата на варел или пашкул), тогава такъв еластичен елемент ще има променлива твърдост. Когато такава пружина се компресира, по-малко твърдите намотки първо ще се приближат и след като влязат в контакт, по-твърдите намотки ще влязат в действие. Пружините с променлива твърдост се използват широко в окачванията на съвременните леки автомобили. Предимствата на пружините, използвани като еластични елементи на окачването, включват ниското им тегло и способността да осигурят висока гладкост на автомобила. В същото време пружината не може да предава сили в напречната равнина и нейното използване изисква наличието на сложно направляващо устройство в окачването.
Задно ресорно окачване: 1 — ресорно ухо; 2 - гумена втулка; 3 - скоба; 4 - ръкав; 5 - болт; 6 - шайби; 7 - пръст; 8 - гумени втулки; 9 - пружинна шайба; 10 - гайка; 11 - скоба; 12 - гумена втулка; 13 - ръкав; 14 — пластина за обеци; 15 - болт; 16 — стабилизираща щанга; 17 - коренов лист; 18 - листови ресори; 19 - гумен буфер за компресия; 20 - стълби; 21 - наслагване; 22 - греда на задния мост; 23 - амортисьор; 24 - яка; 25 — лонжерон на рамката; 26 - скоба на стабилизатор; 27 - стабилизираща връзка
Листовата пружинаслужи като еластичен елемент на окачването дори на конски каруци и първите автомобили, но продължава да се използва и днес, макар и главно на камиони. Типичната листова пружина се състои от набор от пружинни стоманени листове с различни дължини, закрепени заедно. Листовата пружина обикновено има форма на полуелипса.
Начини на закрепване на пружини: а - с усукани уши; b - върху гумени възглавници; в - с фалшиво око и плъзгаща се опора
Листовете, които изграждат пружината, имат различна дължина и кривина. Колкото по-къса е дължината на листа, толкова по-голяма трябва да бъде неговата кривина, която е необходима за по-плътно взаимно прилягане на листовете в сглобената пружина. С тази конструкция се намалява натоварването на най-дългия (радикал) лист на пружината. Пружинните листа са закрепени заедно с централен болт и скоби. С помощта на основния лист, пружината е шарнирно закрепена в двата края към каросерията или рамата и може да пренася сили от колелата на превозното средство към рамата или каросерията. Формата на краищата на кореновия лист се определя от метода на закрепването му към рамката (тялото) и необходимостта да се осигури компенсация за промени в дължината на листа. Единият край на пружината трябва да може да се върти, а другият да се върти и да се движи. Когато една пружина се деформира, нейните листа се огъват и променят дължината си. При коетоима триене между листовете един срещу друг и затова те изискват смазване, а между листата на пружините на автомобилите са монтирани специални антифрикционни уплътнения. В същото време наличието на триене в пружината позволява да се смекчат вибрациите на тялото и в някои случаи позволява да се откаже от използването на амортисьори в окачването. Ресорното окачване има проста конструкция, но голяма маса, което определя най-голямото му разпространение в окачването на камиони и някои автомобили с висока проходимост. За да се намали масата на пружинните окачвания и да се подобри гладкостта на возенето, понякога се използватдребнолистнииеднолистовипружини слист с променлива дължина на сечението. Доста рядко в окачванията се използват пружини, изработени от подсилена пластмаса.
Торсионно окачване. Задното окачване на Peugeot 206 използва две торсионни щанги, свързани към задните рамена. Насочващото устройство на окачването използва тръбни рамена, монтирани под ъгъл спрямо надлъжната ос на превозното средство.
Усукванетое метален еластичен елемент, който работи на усукване. Обикновено торсионният прът е твърд метален прът с кръгло напречно сечение с издутини в краищата, върху които са изрязани прорези. Има окачвания, в които торсионните пръти са направени от набор от плочи или пръти (автомобили ZAZ). Единият край на торсионната греда е прикрепен към тялото (рамката), а другият към направляващото устройство. Когато колелата се движат, торсионните пръти се усукват, осигурявайки еластична връзка между колелото и тялото. В зависимост от конструкцията на окачването, торсионните пръти могат да бъдат разположени както по надлъжната ос на автомобила (обикновено под пода), така и напречно. Торсионните окачвания са компактни и леки и позволяват регулиране на окачванеточрез предварително усукване на торсионните пръти. Неметалните еластични окачващи елементи се делят нагумени, пневматичниихидропневматични.Гумени еластични елементиприсъстват в почти всички конструкции на окачване, но не като основни, а като допълнителни, използвани за ограничаване на движението на колелата нагоре и надолу. Използването на допълнителни гумени ограничители (буфери, брони) ограничава деформацията на основните еластични елементи на окачването, повишавайки неговата твърдост при големи премествания и предотвратявайки ударите метал в метал. Напоследък гумените елементи все повече се заменят с устройства от синтетични материали (полиуретан).
Еластични елементи на пневматично окачване: а - тип ръкав; b - двойни цилиндри
Пневматичните пружиниизползват еластичните свойства на сгъстения въздух. Еластичният елемент е цилиндър, изработен от подсилена гума, в който се подава въздух под налягане от специален компресор. Формата на въздушните пружини може да бъде различна. Гилзовите цилиндри (а) и двойните (двусекционни) цилиндри (б) са широко разпространени. Предимствата на пневматичните еластични елементи на окачването включват висока гладкост на автомобила, ниско тегло и възможност за поддържане на постоянно ниво на пода на каросерията, независимо от натоварването на автомобила. Окачванията с пневматични еластични елементи се използват при автобуси, камиони и леки автомобили. Постоянността на нивото на пода на товарната платформа осигурява удобството при товарене и разтоварване на камион, а за автомобили и автобуси - удобството при качване и слизане на пътници. За сгъстен въздух на автобуси и камиони с пневматични спирачкисистемата използва обикновени компресори, задвижвани от двигателя, а специални компресори се монтират на леки автомобили, като правило, с електрическо задвижване (Range Rover, Mercedes, Audi).
Въздушно окачване. На новите автомобили Mercedes E-класа започнаха да се използват пневматични еластични елементи вместо пружини.
Използването на пневматични еластични елементи изисква използването на сложен направляващ елемент и амортисьори в окачването. Окачванията с пневматични еластични елементи на някои съвременни леки автомобили имат сложно електронно управление, което осигурява не само постоянно ниво на каросерията, но и автоматична промяна на твърдостта на отделните въздушни пружини по време на завиване и спиране, за да се намали накланянето и гмуркането на тялото, което като цяло повишава комфорта и безопасността на движение.
Хидропневматичен еластичен елемент: 1 — сгъстен газ; 2 - тяло; 3 — течност; 4 - към помпата; 5 - към амортисьора
Хидропневматичният еластичен елемент е специална камера, разделена на две кухини от еластична мембрана или бутало. Едната от кухините на камерата е пълна със сгъстен газ (обикновено азот), а другата с течност (специално масло). Еластичните свойства се осигуряват от сгъстен газ, тъй като течността практически не се свива. Движението на колелото предизвиква движение на буталото, разположено в цилиндъра, пълен с течност. Когато колелото се движи нагоре, буталото изтласква течност от цилиндъра, която влиза в камерата и действа върху разделителната диафрагма, която се движи и компресира газа. За поддържане на необходимото налягане в системата се използват хидравлична помпа и хидравличен акумулатор. Чрез промяна на налягането на течността, влизаща под мембранатаеластичен елемент, можете да промените налягането на газа и твърдостта на окачването. Когато тялото вибрира, течността преминава през клапанната система и изпитва съпротивление. Хидравличното триене осигурява амортизационните свойства на окачването. Хидропневматичните окачвания осигуряват висока гладкост на возенето, възможност за регулиране на позицията на тялото и ефективно гасене на вибрациите. Основните недостатъци на такова окачване включват неговата сложност и висока цена.