Для комфортной езды по неровным дорогам необходима упругая связь между колесами и кузовом автомобиля. Одним из способов обеспечения такой связи является применение торсионной подвески. Её активно используют в автомобилестроении благодаря компактности, простоте конструкции и высокой надежности.
Торсионная подвеска – что это такое?
Торсион представляет собой вал, изготовленный из специальной пружинящей стали, обработанной термически. К сплаву предъявляются весьма жесткие требования. Он должен выдерживать продолжительные нагрузки, не теряя при этом свои первоначальные свойства. От этого зависит надежность и долговечность подвески в целом. Для уменьшения негативного воздействия внешней среды торсион покрывают антикоррозийным составом и краской. Наиболее защищены от появления ржавчины валы, которые покрыты прорезиненным составом.
Во время преодоления автомобилем неровностей торсионы работают на скручивание в одном направлении. В зависимости от конструктивных особенностей они бывают:
- круглые;
- квадратные;
- прямоугольные;
- набранные из нескольких слоев металла.
Концы торсиона жестко крепятся к:
- несущему рычагу;
- кузову или раме автомобиля (в зависимости от конструкции).
Фиксация происходит посредством шлицев. Крепление к кузову может быть реализовано при помощи профиля, отличного от круглого. Для нормальной работы подвески ось вращения рычага и ось торсиона должны лежать на одной линии.
Сопротивление скручиванию рассчитывается таким образом, чтобы торсион удерживал вес автомобиля, но при этом позволял двигаться рычагу, обеспечивая упругое соединение колес с кузовом. На жесткость подвески влияют форма, упругость сплава, длина и прочие рабочие характеристики торсиона.
Устройство и принцип работы
На рисунке ниже изображена торсионная подвеска, принцип работы которой заключается в защите кузова автомобиля от чрезмерных нагрузок, передаваемых от колес, путем их гашения пружинящим валом. В процессе преодоления автомобилем неровности дорожного покрытия торсион скручивается, обеспечивая максимальную плавность хода. По завершении переезда через помеху торсион возвращается в исходное положение.
Нагрузка равномерно распределяется по всему механизму. По принципу действия это похоже на пружину - но при этом торсион демонстрирует лучшую эффективность.
Устройство торсионной подвески предполагает постоянное наличие напряжения скручивания на упругом валу во время действия сил поднятия-опускания на колесо. Поэтому отсутствие деформационных изменений в торсионе является главным требованием к изделию.
Виды подвесок
Есть 2 варианта расположения торсионов:
- поперечно;
- продольно.
Поперечное расположение торсионного вала нашло свое применение в легковом транспорте. Обычно данного вида подвеска используется в автомобилях с задним приводом. Ее особенностью является размещение валов вдоль кузова машины.
Продольные торсионы применяются на больших, тяжелых грузовиках. Были попытки использовать их и на легковом транспорте, но широкого распространения эта практика не получила.
На данный момент в автомобилестроении используются подвески 3-х основных конструкций:
- Передняя независимая с использованием поперечных валов.
- Задняя независимая с поперечными торсионами.
- Полузависимая задняя.
Передняя независимая
Передняя независимая торсионная подвеска включает в себя следующие элементы:
- Продольно расположенный торсион. Обеспечивает высокую плавность хода.
- Рычаг. Передает усилие и вызывает скручивание торсиона.
- Амортизатор. Служит для гашения колебаний, возникающих в ходовой части автомобиля.
- Стабилизатор поперечной устойчивости. Минимизирует крен кузова машины во время движения. Улучшает управляемость автомобиля.
Передняя независимая торсионная подвеска применяется на тяжелых внедорожниках. За счет этого освобождается место для мощного привода колес.
Задняя независимая
Поперечные торсионы задней подвески устанавливаются в паре с продольными рычагами. Пример конструкции приведен на изображении ниже.
Интересным примером автомобиля с поперечными торсионными валами и продольными рычагами является Renault 16. Машина имеет различную колесную базу справа и слева. Расстояние между передним и задним колесами справа и слева отличается на несколько сантиметров. Причиной такого инженерного решения является последовательное расположение валов один за другим. Это слегка ухудшило управляемость автомобиля, но позволило увеличить багажное отделение.
Полузависимая задняя
В основе подвески данного типа лежит торсионная балка, которая имеет U-образную форму. Продольные рычаги располагаются по одному с каждой стороны. Балка соединяет их между собой. Рычаги крепятся одной стороной к кузову, а второй к ступице колеса.
Балка хорошо сопротивляется изгибу. При этом ее форма абсолютно не мешает ей скручиваться. Колеса могут немного перемещаться в вертикальной плоскости относительно друг друга. Расположение торсионной балки можно посмотреть на рисунке ниже.
Полунезависимая подвеска используется в бюджетных машинах с передним приводом. Обусловлено это простотой конструкции и низкой ценой таких машин.
Плюсы и минусы применения торсионов
Торсионная подвеска имеет свои достоинства и недостатки. Преимуществами торсионной подвески являются:
- плавность хода авто;
- возможность регулировки высоты, благодаря чему легко изменить дорожный просвет;
- компактность и простота;
- хорошая ремонтопригодность;
- надежность.
Недостатки торсионной подвески таковы:
- большая зависимость жесткости подвески от качества торсионов;
- сложность изготовления упругих валов;
- управлять автомобилем сложно – повороты осуществлять слишком просто.
Заключение
Торсионная подвеска активно применяется в тяжелой технике, внедорожниках, а также в автомобилях бюджетного сегмента. Ее простота, надежность, долговечность и отменные прочие эксплуатационные характеристики позволили использовать ее на транспортных средствах, не требующих хорошей управляемости на высокой скорости, так как для спортивной, динамичной езды такого типа подвеска, к сожалению, совсем не подходит.
Добрый день, друзья! Продолжаем вести разговор о разнообразных тонкостях устройства автомобиля. Мы уже рассмотрели и разновидности . Пришло время уделить больше внимания вопросам подвески и ходовой части. Знаете ли Вы, что представляет собой торсионная подвеска? Если нет, то пришла пора поговорить об этом детальнее.
На сегодняшний день существуют различные варианты автомобильных подвесок, каждая из которых отличается собственным принципом действия. Но мы уделим внимание именно указанному выше типу. По своей сути, это торсионные валы, которые предназначены для работы на кручение. Один конец вала фиксируется на шасси, тогда как другой на рычаге, расположенном перпендикулярно ему. Для изготовления деталей применяется высокопрочная сталь, способная в процессе кручения выдерживать очень большие нагрузки.
В отличие от пружинной конструкции, где основным рабочим элементом выступает пружина, здесь эту роль выполняет торсион. Это упругий вал, который жестко закреплен на несущей раме, а вторым концом он соединяется с колесной ступицей. Если подвеска передняя, то в таких случаях торсионы крепят на поперечном нижнем рычаге.
Основными элементами торсионной подвески являются следующие детали и механизмы:
- верхний и нижний поперечные рычаги;
- колесная ступица;
- стабилизатор поперечной устойчивости;
- амортизатор;
- продольный торсион;
- подрамник.
Варианты крепления
Расположение торсионных балок может быть поперечным и продольным. На легковых машинах, особенно обладающих задним приводом, располагаются они обычно поперечно. Принцип работы торсионной подвески направлен на то, чтобы сделать ход более плавным, регулировать крен автомобиля во время совершения маневров, снизить колебания управляемых колес. В некоторых транспортных средствах данный вариант подвески используется для автоматического выравнивания, чтобы придать балкам дополнительную жесткость, которая бывает нужна при движении по некачественному дорожному покрытию.
Самый распространенный вариант подвески такого типа - это полузависимая задняя подвеска в транспортных средствах с передним приводом. В таком случае это пара продольных рычагов, которые между собой связаны балкой U-образной формы. Благодаря такому устройства балка имеет возможность работать на скручивание, вследствие колеса преодолевают неровности дороги независимо друг от друга.
Преимущества и недостатки
Итак, главные плюсы данной конструкции заключаются в следующем:
- легкая регулировка по высоте при необходимости;
- сравнительно малый вес и габариты;
- долговечность и надежность;
- компактность конструкции относительно ширины автомобиля, по сравнению с некоторыми другими типами подвесок;
- удобство в обслуживании и эксплуатационная простота.
Кроме того, подвеска торсионного образца обладает возможностью регулировки ее жесткости, чего не получится в случае с пружинной конструкцией. Такая регулировка может производиться не только в ручном режиме, но и при помощи специально предназначенных для этого электрических двигателей.
Из недостатков, присущих такой подвеске, можно отметить излишнюю маневренность, которую приобретает автомобиль. Особенно сильно такие минусы могут быть заметны в случае с маленькими машинами. Вместо обычного поворота они запросто могут развернуться, если водитель потеряет бдительность. На сегодняшний день торсионы применяются уже не так часто, как прежде. Их постепенно вытеснили многорычажные конструкции. Но торсионами частенько оснащаются грузовые автомобили, прицепы и классические внедорожники, предназначенные не только для передвижений в городском режиме.
Немного истории напоследок
Впервые конструкции данного типа стали применяться на автомобилях Фольксваген Жук с 30-х годов минувшего века. В военное и послевоенное время они неоднократно дорабатывались, модернизировались, использовались в грузовом автомобиле строении. Сегодня торсионные балки можно встретить в некоторых моделях Тойоты (в частности, ею оснащаются внедорожники), спортивных автомобилях Феррари. Французская автопромышленность разработала собственные разновидности таких систем. Так, концерн Ситроен нашел связь между длиной балки и степенью комфортности подвески, что нашло выражение в собственных конструкциях этого производителя.
Система работала настолько надежно, что ее не раз применяли для военной техники. Что касается советской автопромышленности, то торсионами оснащали грузовики ЗИЛ, а также легковые Запорожцы и ЛУАЗы. До начала 1960-х годов их устанавливали исключительно на заднюю подвеску, но именно Ягуар впервые использовал передние торсионы.
Автомобильная подвеска – это система, соединяющая колеса с рамой или несущим кузовом автомобиля. Она состоит из элементов упругости, узлов, направляющих ход колес (шарнирно закрепленных рычагов, удерживающих колесные ступицы, или неразъемных мостов с тягами) и амортизаторов. В зависимости от использующихся элементов упругости, бывает рессорная, пружинная, пневматическая и торсионная подвеска. Принцип работы последней рассмотрим более подробно.
Иногда один элемент подвески берет на себя выполнение функций нескольких устройств, например, старые добрые многолистовые рессоры одновременно являются упругим и направляющим элементом, а за счет трения листов друг о друга даже немного амортизирующей составляющей.
Однако, в ходовой части современных автомобилей каждую из этих функций обычно выполняют различные узлы. Но сегодня нас интересует торсионная подвеска, ее плюсы и минусы. Принцип работы такой подвески был применен в тридцатых годах прошлого века. Впервые он был реализован тогда же в ходовой части автомобиля Ситроен. Спустя некоторое время эта конструкция заинтересовала немецких автомобилестроителей, поэтому принцип ее работы был использован при создании ходовой части автомобиля Фольксваген «Жук». Торсионы в свое время использовались в подвеске тяжелого советского танка КВ и немецкой Пантеры. Из отечественных автомобилей торсионную подвеску имел легендарный Запорожец, грузовик ЗИЛ, и полноприводная малолитражка ЛУАЗ, прозванная автолюбителями луноходом.
Какая подвеска называется торсионной
Торсион (от франц. torsion - скручивание, кручение) - стержень, работающий на скручивание и выполняющий функции пружины. Он допускает большие напряжения кручения и значительные углы закручивания в несколько десятков градусов. Изготовляется из пружинной стали с последующей термической обработкой.
Торсионная подвеска – это ходовая часть автомобиля, которая укомплектована торсионами в качестве упругих элементов.
Торсионы чаще бывают стержневые круглого и квадратного сечения или, что встречается реже, – набранные из нескольких пластин пружинной стали наподобие рессор, но работающих на скручивание. Круглые стержни с одного конца обычно имеют шлицевую накатку для крепления их к рычагам, а для крепления к несущему элементу (раме или кузову) другой конец имеет или шлицы, или профиль, отличающийся от круглого. Участок со шлицевой накаткой для более надежного крепления обычно делают большего диаметра, чем у основного стержня. Торсионная подвеска бывает независимая или полунезависимая, как на фото. Независимая торсионная подвеска чаще используется в передней части автомобиля. Полунезависимая торсионная подвеска (торсионная балка) нередко встречается у переднеприводных автомобилей сзади. Принцип работы торсиона такой же, как пружины. Только пружина запасает энергию, сжимаясь, а торсион скручиваясь.
Виды подвески
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:
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.
Собираясь покупать машину, стоит узнать плюсы и минусы торсионной подвески, чтобы решить, выбирать авто именно с таким типом, или обратить свое внимание на более традиционное оснащение. Особенно популярна установка торсионной балки у французов – почти все модели Renault, Peugeot и Citroen оборудованы именно ею.
Зачастую этот механизм даже называют французской балкой, хотя основана она на идее, впервые воплощенной в машине Volkswagen Beetle (и случилось это в 30-е годы прошлого века), а совершенствовали деталь чех Ледвинка и немец Фердинанд Порше. Главной деталью в подвеске является торсион. Он представляет собой упругий сегмент из металла, предназначенный для работы на скручивание.
Чаще всего торсион – это круглая стержневая деталь со шлицевыми соединениями на окончании, однако он может быть сделан из балки или же сбора особых пластин. С одного бока механизм крепится к кузовщине или автомобильной раме, а с другого – к рычагу.В движении торсион скручивается, чем крепко связывает колеса с кузовом. Торсионная балка может быть ориентирована вдоль оси автомобиля (этот вариант используется в тяжелых грузовиках), а может быть и поперечной – именно такую монтируют на легковушках, и в основном – заднеприводных.
Плюсы и минусы торсионной подвески обусловлены именно особенностями ее строения. Давайте поподробнее разберем преимущества и недостатки подобной, ставшей уже довольно привычной и используемой во многих автомобилях, механической конструкции.
Что имеем в плюсе?
Самый главный выигрыш – в компактности такого типа сборки. За счет малой размерности появляется возможность соорудить довольно большой багажник и предоставить достаточно места для размещения задних пассажиров – то есть добавляется простор. Очень ценным качеством является также зависимость жесткости подвески от размеров торсиона: чем он длиннее, . К тому же регулировка по жесткости/мягкости очень проста и осуществима даже своими силами в домашних, так скажем, условиях.
Существует даже и возможность некоторой регулировки клиренса. Перераспределение динамической нагрузки от трассы по всей раме автомобиля повышает его устойчивость и делает машину более послушной в управлении и эксплуатации. В техобслуживании и ремонте торсионная подвеска (в большинстве случаев) проще и дешевле пружинной. Общий вес ее опять же значительно меньше, чем у традиционной, что хорошо сказывается на экономичности езды и сроке службы всего автомобиля (добавляется ресурс). На взгляд производителя, выигрышность торсионной подвески – в не слишком дорогом ее изготовлении и практической простоте установки.
Статьи по теме:
Что ушло в минус?
Однако ни одно устройство, как правило, не может быть совершенным и идеальным. Какие-то неприятные стороны имеются даже у самой удачной инженерной мысли. В торсионной подвеске найдены экспертами следующие, не совсем приятные недостатки:
- Самый основной и всеми отмечаемый минус – тряска на заднем сидении. На кузов идут дополнительные вибрации, которые сзади всеми пассажирами ощущаются очень хорошо;
- Качественной шумоизоляции добиться нельзя даже с добавочными мерами – все по той же причине, по которой людям сзади не слишком комфортно;
- Ездить придется более осторожно и аккуратно: наличие сварных швов и, соответственно, присутствие напряжения в них ограничивают максимальную допустимую нагрузку на подвеску;
- Торсионы имеют склонность лопаться не хуже пружин. А стоят они все же куда более существенно;
- Весьма относительной может стать и дешевизна ремонта с обслуживанием. Это уже зависит от конструктивных особенностей каждой модели. Если для ремонтных работ потребуется демонтировать всю балку при замене торсиона (а достаточное количество моделей сконструировано именно таким образом), то счет за услуги вам выставят довольно существенный. Если же предоставлена возможность подобраться к меняемой детали без глобального демонтажа – то да, цена будет ниже, чем при аналогичных работах с пружинной подвеской.
Основной элемент торсионной подвески – это торсион, который представляет собой цилиндрический металлический стержень, . Чтобы торсион хорошо пружинил при скручивании, он изготавливается из прочной стали, прошедшей специальную термическую обработку. При этом он выдерживает высокие механические крутящие напряжения и допускает без остаточной деформации большие углы закручивания. Торсионные стержни могут иметь круглое или квадратное сечение, а также состоять из металлических пластин.
Устройство торсионной подвески
Торсионная балка с одного конца жёстко закреплёна на раме автомобиля, а другой его конец через рычаг соединяется со ступицей колеса. Вертикальные перемещения колеса приводят к скручиванию торсиона и появлению пружинящей реакции. Таким образом, обеспечивается прочное и упругое соединение кузова автомобиля с его . Для повышения надёжности соединительных узлов и защиты от ударных перегрузок используются дополнительные спиральные пружины и . Такая система подвески широко использовалась до недавнего времени во многих типах автомашин.
Как развивалась торсионная подвеска
Современная система торсионной подвески, применяемая на нынешних автомобилях, является результатом большого количества усовершенствований той детали, которая была использована впервые на автомашине Volkswagen Beetle, появившейся в 30-х годах 20-го века. Чешский учёный Ледвинка первым модернизировал торсион и применил его на автомобилях марки Tatra в тех же 30-х годах. Уже в 1938 году подобие ледвинкского торсиона стало массово применяться в KdF-Wagen автомобильной компании Фердинанда Порше.
Знаменитый австрийский инженер быстро оценил основное – её малый вес, которое так необходимо и востребовано на армейских и спортивных автомобилях, а также внедорожниках. Там, где существуют строгие требования по весу и габаритам авто. И в настоящее время это преимущество торсионной подвески актуально и действенно, что подтверждается их применением на таких тяжеловесах, как Феррари F2001, Тойота Лэндкруизер, МАЗ-547 и др. Фердинанд Порше также разработал торсионы с двойными рычагами, поперечные стержни которых помещались в стальные трубы, расположенные друг над другом и исполняли роль торсионной балки.
Французский инженер Андре Лефевр, конструктор автомобиля Citroen TA, использовал такое достоинство торсиона, как зависимость жёсткости подвески от длины торсионной балки. Чем длиннее торсион, тем мягче получается подвеска. Кроме того, длинный вал, располагаясь вдоль продольной оси автомашины, позволяет распределить получаемую от дорожного полотна динамическую нагрузку по всей её раме. Это повышает устойчивость и управляемость машины.
Во время второй мировой войны торсионы активно использовались в бронетанковой и автомобильной военной технике. Торсионная подвеска устанавливалась на немецких «Пантерах» и советских «КВ». Успешно пройдя испытания в боевых условиях, эти подвески получили широкое распространение в послевоенное время. Их использовали практически все производители автомобилей в Европе и Америке. А 1961 год знаменателен тем, что торсион впервые был применён на передней подвеске. Этим автомобилем стал Jaguar E-Type. В Америке такая подвеска использовались на автомобилях марки «Крайслер» и «Паккард», а в Советском Союзе они устанавливались на ЗИЛах, ЛУАЗах и Запорожцах.
Плюсы и минусы
Расположение торсионной балки под кузовом может быть как продольное, так и поперечное. В большинстве своём продольное расположение применяется на крупных и тяжелых автомашинах. На легковой технике чаще используются компактные поперечные торсионы задней подвески. В обоих случаях подвеска предназначена для решения следующих задач:
- максимальное поглощение механических колебаний колёс и рамы;
- стабилизация положения управляемых колёс;
- регулировка угла крена на поворотах.
Поперечно расположенная подвеска ограничена по длине шириной колеи машины. По бокам кузова рабочие концы поперечных торсионов соединены с рычагами подвесок. Поэтому мягкость таких подвесок также получается ограниченной. В отличие от поперечных продольные балки не имеют жёстких ограничений по длине, поэтому по мягкости такие подвески не уступают рессорам и пружинам. Кроме того, продольная конструкция подвесок создаёт дополнительные технологические удобства при сборке кузова больших автомобилей.
К основным преимуществам торсионной подвески относится следующее:
- она более компактна по сравнению с пружинной системой и занимает гораздо меньшее пространство;
- простота установки и обслуживания;
- небольшой вес;
- она даёт возможность просто и быстро устанавливать необходимый дорожный просвет, не изменяя деталей конструкции подвески;
- высокая надёжность и ремонтопригодность;
- большая периодичность обслуживания и простота регулировки;
- она обеспечивает лучшую управляемость автомобиля при возникновении крена.
Всё обслуживание торсионной подвески в основном сводится к подтяжке крепёжных болтов, которое можно выполнить, имея с собой только . Однако при этом не следует пользоваться принципом «чем сильнее, тем надёжнее», так как излишняя затяжка болтов может стать причиной повышенной жёсткости подвески.
Торсионная подвеска, кроме тяжелых автомобилей, применяется в производстве легковых авто. Пример: Toyota Corolla Fielder, где используется задний торсион.
Основными недостатками подвесок на торсионных балках считаются:
- Склонность автомобиля с такой подвеской к излишней поворачиваемости. На поворотах такие автомобили начинает разворачивать, что требует повышенного внимания водителя. Наиболее характерна и заметна такая склонность на автомобилях марки ЗАЗ, которые имеют небольшие размеры.
- Сложная технология производства и обработки торсионов, обеспечивающих необходимую высокую прочность и упругость материала. Чтобы обеспечить устойчивость металла к возникновению поверхностных трещин торсионы проходят специальные процедуры по упрочнению поверхности с использованием пластических осадок и других технологий. Все эти технологические операции повышают стоимость подвески. Несмотря на это, они находят применение в современной автомобильной технике, чтобы обеспечить им высокий уровень комфортабельности при езде по различным типам дорожных покрытий.
- Наличие игольчатых подшипников в узлах крепления рычагов к концам торсионной балки с ограниченным ресурсом пробега. Подшипники имеют свойство выходить из строя по причине попадания пыли, воды и грязи через трещины в сальниках и прокладках. Причём это происходит более часто из-за старения резинового материала и воздействия агрессивных сред, нежели от стиля вождения и его интенсивности. Основная панацея от этой беды – почаще заглядывать под днище автомобиля. Своевременное обслуживание позволит обойтись заменой сальников или подшипников. В худшем случае предстоит ремонт или замена балки, так как вышедшие из строя подшипники развальцовывают посадочные места, что приводит к изменению развала колёс. Ресурс подшипников составляет от 60 до 70 тыс. км.
Одной из причин, ограничивающих использование торсионов, является сложность получения полностью независимых колёсных подвесок, обеспечивающих высокий уровень комфорта. Однако наличие торсионной балки даёт возможность получить достаточно свободные подвески, если использовать на концах балки, вращающиеся . Этим достигается большая независимость колёс и большая плавность хода при езде. Особенно эффективна такая подвеска на тяжёлых машинах типа Peugeot 405 и Renault Laguna, у которых она испытывает большую нагрузку, что способствует улучшению комфортабельности езды. На более лёгких машинах Peugeot 106, 206, 306 такая подвеска будет менее эффективна и комфортабельна.
С развитием технологий производства со временем торсионные системы перестали применяться на пассажирском транспорте в связи с дороговизной изготовления торсионных балок и спецификой эксплуатации пассажирских автомобилей. Сейчас они используются в большинстве случаев на грузовиках и внедорожниках таких фирм, как Dodge, General Motors, Mitsubishi Pajero, Ford.
