какие усилия воспринимают и передают цилиндрические пружины подвески

Тест «Ходовая часть автомобиля»

Бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Седельниковский агропромышленный техникум»

МДК.01.02 «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей»

ПМ. 01 Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта

по профессии 23.01.03 Автомеханик

Составил: Баранов Владимир Ильич мастер производственного обучения

Седельниково, Омская область, 2017

Целью настоящих тестов является закрепление студентами знаний, полученных при изучении теоретического материала по теме «Ходовая часть автомобиля», входящей в состав МДК 01.02 «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» профессии 23.01.03 «Автомеханик».
Тесты составлены в соответствии с требованиями программы профессионального модуля ПМ.01 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта», по профессии 23.01.03 «Автомеханик», 1 курс.

Тест №11 « Ходовая часть автомобиля »

1. Какие упругие элементы применяются в независимой подвеске?
а) листовые полуэллиптические рессоры
б ) спиральные цилиндрические пружины
в) упругие элементы обоих указанных типов

а ) индекс максимальной допустимой скорости
б) индекс максимально грузоподъемности
в) товарный знак завода-изготовителя

3. Какие силы воздействуют на несущий кузов или раму автомобиля при движении?
а) сила тяжести
б) продольные силы
в) вертикальные силы
г) боковые силы
д) все перечисленные силы

4. Каким должно быть усилие хода отдачи, создаваемое телескопическим амортизатором?
а ) равно усилию хода сжатия
б) больше усилия хода сжатия в 2-3 раза
в) меньше усилия хода сжатия в 2-3 раза
г) в зависимости от конструктивных особенностей амортизатора

5. Какие функции выполняют амортизаторы?
а) увеличивают жёсткость упругих элементов подвески
б ) гасят колебания автомобиля, возникающие после наезда на препятствие
в) уменьшают жесткость упругих элементов подвески
г) ограничивают вертикальные перемещения колёс и мостов относительно кузова или рамы

6. Каким образом осуществляется соединение колес с балкой моста на автомобилях с зависимой передней подвеской?
а) цапфа колеса крепится к деталям, имеющим возможность перемещаться относительно балки
б ) цапфа шарнирно крепится к концевой части балки
в) цапфа может крепиться любым из названных способов в зависимости от марки автомобиля

7. Какие усилия воспринимают и передают цилиндрические пружины подвески?
а) усилия, направленные горизонтально перпендикулярно к оси движения автомобиля
б) усилия, направленные горизонтально вдоль оси движения автомобиля
в ) усилия, направленные вертикально
г) усилия, направленные во всех перечисленных направлениях

8. Что такое сайлентблок?
а) устройство, блокирующее вертикальные перемещения кузова
б ) элемент, состоящий из резиновой втулки с железным сердечником
в) подушка под амортизатор

9. Какую функцию выполняют рычаги подвески?
а ) удерживают колесо от продольных и поперечных перемещений
б) сглаживают вибрации во время движения
в) придают дополнительную жёсткость кузову

10. Благодаря каким конструктивным особенностям нашли широкое применение шаровые опоры?
а) возможность вращения в любых плоскостях
б) высокая нагрузочная способность
в) не требовательны к обслуживанию
г ) всё вышеперечисленное

11. Что такое клиренс?
а) величина хода штока амортизаторов
б) максимальная возможная деформация пружин
в ) расстояние от дороги до нижней точки днища автомобиля

Источник

Физика подвески и рулевого управления. Часть 1. Пружины

Начинаю новую рубрику записей, посвященную немаловажным узлам автомобиля — подвеска и рулевое управление. Если в Ваших планах нет изменения конструкции авто, то расчеты, которые мы будем здесь проводить, наврядли будут Вам полезны. Но вот если в планах доработка авто, то они придутся в самый раз.

Почему я решил начать данную рубрику? Потому что тюнинг авто необходимо начинать с подвески и тормозов. В большинстве случаев модернизация подвески производится методом перебора запчастей, что неслабо бьет по карману. Здесь я постараюсь рассмотреть задачи, которые помогут сэкономить время и деньги, тем самым получить желаемый результат.

Сегодня я напишу про такую простую деталь автомобиля как пружина подвески. Зачастую модернизация подвески начинается именно с этого узла. Почему? Ну, если спросить профессионального тюнера или гонщика, то он ответит, что это необходимо для настройки баланса автомобиля при торможении и в поворотах. Ну, а сели спросить владельца какой-нибудь заниженной Приоры, то, скорее всего, ответ будет: потому что круто смотрится=)

Итак, пружина подвески — это деталь, которая обеспечивает реакцию изменения клиренса на силовое воздействие дорожного покрытия или в результате маневров автомобиля. Кроме того, пружина с аммортизатором обеспечивают и стационарный клиренс.
Работает пружина просто: при воздействии некоторой силы происходит её сжатие на конкретную величину. Эта величина находится из закона Гука:

где х — это изменение длины,
F — действующая на пружину сила,
k — коэффициент жесткости.

В стационарном состоянии (т.е. когда авто не подвижен) силой является вес автомобиля. При развесовке автомобиля по осям 50/50 и наклоне оси пружины 0 градусов на каждую пружину действует сила, равная:

F = mg / 4,
где
m — масса автомобиля,
g — ускорение свободного падения.

Тут нужно отметить следующие моменты:
1. Развесовка 50/50 — это редкость
2. Нулевой наклон оси пружины — тоже редкость.

Тогда перепишем силу, действующую на реальную пружину подвески:

где
m — масса автомобиля,
g — ускорение свободного падения,
Y — коэффициент развесовки на данную ось (при развесовке 60 перед, 40 зад он будет равен 0,6 для передней пружины, 0,4 для задней),
а — угол наклона пружины.

Если же пружина работает в паре в газовым аммортизатором, то в стационарном состоянии на пружину действует меньшая сила:

F = mg * Y* cos(a) /2 — N,

где:
m — масса автомобиля,
g — ускорение свободного падения,
Y — коэффициент развесовки на данную ось (при развесовке 60 перед, 40 зад он будет равен 0,6 для передней пружины, 0,4 для задней),
а — угол наклона пружины,
N — сила реакции штока.

Теперь об изменении длины под действием силы. Как мы разобрались ранее данная величина находится из закона Гука:

Если с силами мы разобрались, то теперь поговорим о коэффициенте жесткости пружины. Для идеально цилиндрической пружины он равен:

k = G * d^4 / ( 8 * n * (D-d)^3 ),

где:
G — модуль сдвига (зависит от материала пружины),
d — диаметр прутка,
n — количество витков,
D — наружний диаметр пружины.

Какие выводы можно сделать?
1. Коэффициент жесткости не зависит от длины пружины, но зависит от количества витков, поэтому когда мы срезаем один или два витка, происходит увеличение коэффициента жесткости.
2. Увеличение толщины прутка на 10 процентов при тех же остальных параметрах дает увеличение коэффициента жесткости почти на 50 процентов. Это связано с тем, что коэффициент жесткости прямопропорционален диаметру прутка в четвертой степени.
3. Коэффициент жесткости зависит от материала, из которого сделана пружина.

Теперь поговорим о клиренсе в стационарном режиме. Клиренс определяется как раз изменением длины пружины под действием силы тяжести.

Если мы хотим сохранить клиренс, но ужесточить подвеску, нам необходимо изменить параметр х в сторону уменьшения за счет увеличения коэфициента жесткости, при этом на столько же, насколько изменили значение х, необходимо выбрать пружину короче. Если мы увеличим только жесткость, но при этом длина пружина останется прежней, авто станет жестче, но при этом приподнимется.

Если мы хотим приподнять машину, но сохранить жесткость, то необходимо использовать более длинные пружины, но с тем же коэффициентом жесткости. На чем хотелось бы сакцентировать внимание: если происходит изменение клиренса одной из осей, а клиренс второй оси остается прежний, то автоматически происходит изменение распределения веса по осям. Если мы приподняли заднюю часть, то баланс веса смещается вперед, соответственно, сила, действующая на задние пружины становится меньше, а значит и параметр х тоже уменьшается. Этот прием часто применяется для снижения вероятности пробуксовки передней оси на переднеприводных автомобилях. Наиболее популярный метод сохранения жесткости с увеличением клиренса — это установка проставок под те же пружины или на опорную чашку. При таком подходе сама пружина сжимается под весом авто почти так же, как и до доработки, с небольшой поправкой на перераспределение веса по осям, но за счет проставок дорожный просвет увеличивается на толщину проставки.

Параметр х очень важен для стойки, так как у штока аммортизатора имеется некоторый участок примерно в треть длины, который в стационарном состоянии должен находиться внутри аммортизатора. Это необходимо для того, чтобы аммортизатор работал не только на отбой, но и на разгрузку. Если Вы поставите пружины настолько жесткие, что после опускания автомобиля с домкрата пружина не сожмется на необходимый ход штока, то в процессе эксплуатации аммортизаторы очень быстро выйдут из строя. Кроме того, неправильно подобранное значение х повлияет и на управляемость автомобиля — неправильно настроенная ось будет подпрыгивать на каждой кочке и в поворотах.

Ну, и в заключение поговорим о понятии «преднатяг». Если пружина ставится соосно с аммортизатором, то преднатяг определяется разницей между длиной пружины и длиной вытянутого штока. Т.е. это та часть значения х, которая сохраняется даже при подъеме авто на подъемнике. На само значение х преднатяг не влияет. Если говорят, что преднатяг нулевой, то это значит, что при разборе и сборе стойки Вам не понадобятся стяжки пружин.

На сим все!
Аккуратнее экспериментируйте с ходовой частью;)

Источник

Подвеска. Ликбез. Часть I I/2.

Продолжу свои мысли по поводу подбора упругих элементов подвески.
В предыдущем посте, рассуждения, в основном, касались подбора вертикальной жесткости (а, следовательно, и упругих элементов) исходя из вертикальных колебаний. Это основа.
Теперь про некоторые аспекты, влияние которых, в той или иной степени, придется учитывать, а, следовательно, возможно, корректировать подобранные характеристики.
Итак. Начну.
Продольно-угловые колебания. Принципиально, для минимизации достаточны те же условия, что и при подборе вертикальной жесткости – собственная частота вертикальных колебаний задней подвески должна быть, как минимум на 20% больше, чем передней (корректно для классической переднемоторной компоновки). Ситуацию может ухудшить уменьшенная колесная база — как правило, менее 2,4 … 2,5 м.
А теперь, некоторые рассуждения о наиболее значимом параметре, который, в наибольшей мере, может повлиять на коррекцию – это угловая жесткость подвесок.
Угловая жесткость передней и задней подвесок автомобиля определяется, в основном, жесткостью основного упругого элемента (пружины — далее по тексту, для простоты). Как и в случае с вертикальной жесткостью, для анализа используется удельная (отнесенная к единице веса подрессоренной массы соответствующей подвески) угловая жесткость.
Вообще, для системного анализа редко используют абсолютные величины. Обычно – приведённые, удельные, или типа этого. Пример, мощность (двигателя). Абсолютная величина – показатель конкретного двигателя. Для сравнительного анализа (корректного) автомобилей – удельная мощность. Ладно – это я так, отвлекся.
В качестве оценочного критерия используется отношение удельных угловых жесткостей передней и задней подвесок. Раз есть оценочный критерий, значит, для него должны быть и границы варьирования, так сказать, числовой интервал. Очень ориентировочно – 1,4 … 2,6. Хочу подчеркнуть, что, именно в этом случае, «фирменный» подход к выбору значений является, как никогда, важнейшим и, в значительной степени, определяющим фактором. И вот почему.
Изменение угловой жесткости передней или задней подвески сопровождается соответствующим изменением динамического перераспределения весовой нагрузки между наружным и внутренним (по отношению к повороту) колесами, соответственно, передней или задней подвески. Следствием такого изменения (перераспределения) является изменение среднего угла увода колес соответствующей подвески.
Из условия сохранения недостаточной поворачиваемости (средний угол увода передних колес больше среднего угла увода задних), удельная угловая жесткость передней подвески должна быть больше угловой жесткости задней.
Относительно недостаточной поворачиваемости. Автомобиль серийного производства должен обладать НЕДОСТАТОЧНОЙ поворачиваемостью – это аксиома, негласно соблюдаемая, практически, всеми производителями. Степень и характер изменения при различном динамическом нагружении – в этом и состоит «фирменный» подход. Замечу, что влияние угловой жесткости (как параметра) на степень недостаточной поворачиваемости значительно, но не однозначно (в том смысле, что есть и другие параметры влияния).
И так. Что имеем. Расчетные жесткости пружин, полученные по подобранным вертикальным жесткостям подвесок, дают, как правило, неоптимальное соотношение удельных угловых жесткостей. Может быть два решения. Первое – корректировка жесткости пружин, что, как бы, нежелательно. Другим решением может быть применение дополнительного упругого элемента, но со специфическими свойствами – увеличение угловой жесткости с минимальной коррекцией вертикальной жесткости. Как, наверное, догадываетесь – это стабилизатор поперечной устойчивости. Рассчитать стабилизатор для обеспечения недостающей угловой жесткости не сложно, следует только корректно учесть снижение жесткости из-за использования для установки резиновых подушек (потери могут быть значительные, до 30%) и передаточное отношение для приведения усилий к колесу.
Как правило, стабилизатор поперечной устойчивости устанавливается в передней подвеске, т. е. увеличение угловой жесткости передней подвески и смещение поворачиваемости в сторону недостаточной. Может возникнуть вопрос по поводу автомобилей, на которых установлены стабилизаторы в обеих подвесках – какой смысл, не проще пропорционально уменьшить жесткость переднего стабилизатора?
Дело в том, что установка стабилизатора, с одной стороны изменяет поворачиваемость, а с другой, увеличение суммарной угловой жесткости приводит к уменьшению угла крена (в повороте).
Для наглядности приведу диаграмму «угол крена – относительное боковое ускорение» (представлена ф. Porsche в рамках работ по контракту, проект ВАЗ 2108).

На диаграмме представлены два графика: ВАЗ 2108 со стабилизатором передней подвески Ø16 мм (в конечном счете, серийная комплектация) и Ø20 мм. Разница по углу крена 1 ̊, но по степени недостаточной поварачиваемости был выбран вариант Ø16 мм. Вот, в принципе, наглядный пример компромиссного решения (а сколько их было, в общем, по проекту!).
Извинюсь за некоторый отход от основного смысла (ликбез), тут уже пошли прикладные моменты, в которых бывает сложно разобраться. Но для повышения, хотя бы, эрудиции будет, думаю, полезно.
И так. Вот такие мысли по подбору упругих элементов.
Еще немного вашего внимания.
В комментариях встречаются иногда просьбы, иногда рекомендации, по поводу информации более узкого, спортивного, направления. Хочу сказать, что мои посты – это попытка донести понимание общих принципов построения одной из сложных систем автомобиля – системы подрессоривания (подвески, ходовой части, шасси – название «на любителя»). Что же касается автоспорта, то даже при многообразии дисциплин, подход более узкий, часто — «чисто индивидуальный» (меняются приоритеты, многообразие компромиссов по одному аспекту и т. п.). И, я считаю, что знание общих принципов может помочь при решении частных (по крайней мере, логически обосновать). Надеюсь, донёс свою мысль.
Все еще надеюсь, что был, хоть чем-то, полезен.

Источник

Тестовые задания по теме «Ходовая часть автомобиля»

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

к теоретическим занятиям по

МДК 01.01 «Устройство автомобилей»

Специальность: 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт
автомобильного транспорта»

Тема: Ходовая часть автомобиля

Тесты составлены в соответствии с требованиями программы профессионального модуля ПМ.01 « Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта » специальности 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» дневной формы обучения.

Организация-разработчик: Морской колледж ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет».

Разработчик: Минаев Николай Александрович, преподаватель.

1. Какие упругие элементы применяются в независимой подвеске?

а) листовые полуэллиптические рессоры

б) спиральные цилиндрические пружины

в) упругие элементы обоих указанных типов

2. Что означают в маркировке шин легковых автомобилей буквенные индексы L , P , Q , S ?

а) индекс максимальной допустимой скорости

б) индекс максимально грузоподъемности

в) товарный знак завода-изготовителя

3. Какие силы воздействуют на несущий кузов или раму автомобиля при движении?

в) вертикальные силы

д) все перечисленные силы

4. Каким должно быть усилие хода отдачи, создаваемое телескопическим амортизатором?

а) равно усилию хода сжатия

б) больше усилия хода сжатия в 2-3 раза

в) меньше усилия хода сжатия в 2-3 раза

г) в зависимости от конструктивных особенностей амортизатора

5. Какие функции выполняют амортизаторы?

а) увеличивают жёсткость упругих элементов подвески

б) гасят колебания автомобиля, возникающие после наезда на препятствие

в) уменьшают жесткость упругих элементов подвески

г) ограничивают вертикальные перемещения колёс и мостов относительно кузова или рамы

6. Каким образом осуществляется соединение колес с балкой моста на автомобилях с зависимой передней подвеской?

а) цапфа колеса крепится к деталям, имеющим возможность перемещаться относительно балки

б) цапфа шарнирно крепится к концевой части балки

в) цапфа может крепиться любым из названных способов в зависимости от марки автомобиля

7. Какие усилия воспринимают и передают цилиндрические пружины подвески?

а) усилия, направленные горизонтально перпендикулярно к оси движения автомобиля

б) усилия, направленные горизонтально вдоль оси движения автомобиля

в) усилия, направленные вертикально

г) усилия, направленные во всех перечисленных направлениях

а) устройство, блокирующее вертикальные перемещения кузова

б) элемент, состоящий из резиновой втулки с железным сердечником

в) подушка под амортизатор

9. Какая подвеска наиболее широко применяется на передней оси автомобиля?

б) на двойных поперечных рычагах

10. Какую функцию выполняют рычаги подвески?

а) удерживают колесо от продольных и поперечных перемещений

б) сглаживают вибрации во время движения

в) придают дополнительную жёсткость кузову

11. Благодаря каким конструктивным особенностям нашли широкое применение шаровые опоры?

а) возможность вращения в любых плоскостях

б) высокая нагрузочная способность

в) не требовательны к обслуживанию

г) всё вышеперечисленное

12. Какими преимуществами обладает пневмоподвеска?

а) возможность изменения клиренса

б) простота конструкции

в) большая нагрузочная способность

а) величина хода штока амортизаторов

б) максимальная возможная деформация пружин

в) расстояние от дороги до нижней точки днища автомобиля

Источник

Элементы подвески глазами механика

Честно признаться, написать этот текст я собирался достаточно долго.
Просто есть и остаются «за» и «против». С одной стороны, абсолютное большинство автолюбителей — пользователей драйва, имеют очень примитивное представление о работе подвески автомобиля (без обид). С другой стороны, любая инициатива наказуема, и попытка объяснить что-то с позиции здравого смысла обязательного вызовет бурление со стороны диванных экспертов и капитанов «плавали — знаем».

Поэтому давайте договоримся на берегу: каждый при своем мнении, хорошо? Я совершенно не считаю себя гуру автомобильных подвесок, у меня есть только довольно скромный опыт моих собственных автомобилей, и свою позицию я не навязываю никому. Но у меня есть определенное образование, позволяющее иметь обоснованное мнение по данному вопросу.

По научной специальности я механик, не «механик-автослесарь», а исследователь в области данного раздела физики. Для меня понятия «жесткость», «прочность», «упругость» — это очень конкретные, четко определенные вещи. В пользовательской среде на этот счет масса милых заблуждений, как сутевых, так и терминологических. Есть специальная литература, в которой все это, я уверен, можно прочитать. Сам я не читал, хотя конкретные книги в свободном доступе есть — но я и не собираюсь подвеску проектировать с нуля. Уверен, что занимаюсь изобретением велосипеда, но иногда такой путь нагляднее и понятнее.

Я только хочу внести смысловую ясность в вопрос, занимающий многих автовладельцев: пружины и амортизаторы. Но сначала договоримся о терминах:

Геометрический ход подвески — кинематически возможное перемещение колеса от крайней нижней до крайней верхней точки. Определяется конструкцией рычагов, наличием отбойников и ограничителей. Чем ровнее предполагаемое покрытие дороги — тем меньше ход подвески нужен.
Энергоемкость подвески — способность подвески поглощать и рассеивать энергию удара (быстрого сжатия).
«Жесткая подвеска» — подвеска, которая не поглощает удары полностью, а передает их на кузов.
«Мягкая подвеска» — подвеска, которая практически полностью поглощает удары.
Пробой подвески — следствие недостаточной энергоемкости, когда энергия удара не поглощается подвеской, а подвеска достигает геометрического предела хода.

На самом деле, закон Гука несколько сложнее, но представим, что мы живем в идеальном мире. В этом идеальном мире пружина сопротивляется сжатию и растяжению одинаково, жесткость ее постоянна (то есть зависимость линейна), а все деформации упругие (то есть после снятия нагрузки пружина возвращается к исходной длине, независимо от количества циклов нагрузки-разгрузки). На графике это можно представить так.

Еще одно важное обстоятельство: любое изменение длины происходит МГНОВЕННО при изменении усилия.
Именно так ведет себя идеально-упругий элемент механической модели — элемент Гука. Реальная автомобильная пружина имеет несколько важных отличий.

Во-первых, она является пружиной сжатия. В свободном состоянии имеет некоторую длину, при установке на автомобиль сжимается под его весом, далее при работе подвески постоянно сжата. Растягивающих усилий не воспринимает в силу конструкции узлов крепления: пружина и спереди (на стойке) и сзади (между лонжероном/стаканом и рычагом) установлена враспор. Соответственно, диапазон работы пружины ограничивается.

Во-вторых, линейных материалов не существует, а автомобильные пружины специально делаются нелинейными за счет переменного шага витков. Коэффициент жесткости k — назовем его так — при этом перестает быть постоянной величиной. Это означает, что график принимает изогнутый вид.

Теперь перейдем к другому графику: зависимости жесткости от изменения длины.

Этот сложнее, давайте рассмотрим его подробно. В свободном состоянии пружина имеет некоторую жесткость. Если начать пружину растягивать (нас это мало интересует, но тем не менее), то ее жесткость начнет возрастать, пока не произойдет разрыв. Жесткость упадет до нуля, а дальнейшее удлинение будет происходить без сопротивления. На графике этот кусок непропорционально короткий, на самом деле зона растяжения по длине равна зоне сжатия — спасибо за дополнение IRomanoff.

Если пружину установить на автомобиль, то она под его весом сожмется на некоторую величину, лежащую внутри зоны нормального рабочего хода. Продолжая сжимать пружину, мы постепенно заведем ее в зону возникновения пластических (неупругих) деформаций. Если в этот момент пружину разгрузить, то ее исходная длина восстановится не полностью, а только частично. Длительная работа в таком режиме (на перегруженных машинах, например) приводит к накоплению остаточных деформаций и известному явлению просадки пружин.

Возможный рабочий ход заканчивается в точке геометрического предела сжатия, когда подвеска упирается в отбойник и не дает больше сжимать пружину. Если продолжать сжимать пружину (уже вне подвески либо без отбойников), то мы достигнем механического предела сжатия. При этом либо витки упрутся друг в друга, либо витки лопнут.

Таким образом, любая пружина характеризуется двумя параметрами: величиной нормального рабочего хода и средней жесткостью в течение рабочего хода.

Аналогичную диаграмму удобно было бы использовать для графического представления характеристик пружин. Ограничимся только зоной нормального рабочего хода. Например:

По-моему, вполне наглядно.

Теперь представим себе, что никакого амортизатора у нас нет, а в подвеске только пружина. Как скажется на работе подвески изменение ее параметров?
Если рабочий ход пружины будет больше геометрического хода подвески — ничего страшного не произойдет. Фактически, это и есть условие длительной надежной эксплуатации пружины. Другой вопрос, что большой рабочий ход подразумевает большое количество витков, а их не всегда есть возможность разместить при максимальном сжатии. Именно поэтому для особо тесных случаев пружины делают с переменным диаметром навивки.

Если рабочий ход пружины будет меньше геометрического хода подвески — пружина быстро продавится, так как часто будет выходить в неупругую зону. Именно поэтому НЕЛЬЗЯ пилить витки пружин! Каждый виток дает свой вклад в общий ход, пропорционально их числу. Скажем, если Вы уберете один виток из пяти, то ход пружины снизится на 20%, а общая жесткость на 20% вырастет. Но на те же 20% приблизится предел упругой работы, и при нагрузках она будет чаще уходить в зону неупругих дефораций.

Если жесткость пружины будет ниже, чем требует вес автомобиля или скорость прохождения неровностей, то она быстро просядет.

Если жесткость пружины будет выше, чем требует вес автомобиля, то подвеска будет ощущаться как жесткая, так как изменения усилия в пружине не будут вызывать существенных изменений длины. Такая пружина работает практически как жесткий стержень.

Еще пара слов об автобафферах. Они частично выключают из работы один из витков пружины. При этом рабочий ход пружины пропорционально сокращается, а жесткость сохраняется почти без изменений. Со стороны пользователя это воспринимается как более собранное поведение подвески, хотя достигнуто оно только путем снижения энергоемкости.

Если бы в подвеске стояли только упругие элементы, то при прохождении неровностей машина совершала бы больше одного качания, что в свою очередь чревато потерей контакта колеса с дорогой. Поэтому в подвеске обязательно присутствует вязкий элемент — амортизатор. Его задача — поглощать энергию колебаний, как вследствие работы подвески, так и инерционных сил, действующих на кузов.

Вязкостью в механике называется параметр, связывающий скорость сжатия с усилием:

Проще говоря, идеально вязкий элемент (элемент Ньютона) не оказывает никакого сопротивления сжатию, если скорость сжатия бесконечно мала, и наоборот, при бесконечно быстром сжатии оказывает бесконечно большое сопротивление.

Как это работает в реальном амортизаторе, знают, наверное, все: внутри цилиндра ходит поршень с отверстием. Цилиндр с обеих сторон поршня заполнен маслом. При движении поршня масло должно перетекать с одной стороны на другую. Если масло густое, а отверстие маленькое — этот процесс требует времени, общая вязкость амортизатора будет большой. И наоборот, соответственно. Картинок в википедии полно.

Здесь и далее я буду пользоваться термином «вязкость амортизатора», хотя всем привычнее «жесткость». Жесткость легко спутать с пружиной, кроме того, в случае амортизатора, это не совсем корректно.

Что все это значит для конечного пользователя? Вязкий амортизатор при быстром сжатии-растяжении превращается в жесткую палку, невязкий амортизатор практически не оказывает сопротивления сжатию-растяжению.

Помимо вязкости, у амортизаторов есть еще один параметр — ход, максимально возможное перемещение поршня. В отличие от пружин, жесткость и рабочий ход которых являются независимыми параметрами, у амортизаторов они связаны. То есть, чем больше ход при сжатии, тем больше сопротивление.

Поясню на примере. У вас установлен невязкий амортизатор с большим ходом. Вы проезжаете неровность на асфальте, высотой в 1 сантиметр, с постоянной скоростью 60 км/ч. Для амортизатора это ерундовое сжатие, он будет сжиматься практически без сопротивления — то есть для данного препятствия его вязкость близка к нулю.

А теперь вы проезжаете бугор в 10 сантиметров с той же скоростью. Получается, что колесо и подвеска должны получить за то же самое время в 10 раз большее перемещение, соответственно и скорость сжатия возрастает в 10 раз, и сопротивление амортизатора становится в 10 раз больше.

Рабочий ход НИКОГДА не должен быть меньше геометрического хода подвески. Представим себе, что мы сняли пружину и оставили только амортизатор. В этом случае шток амортизатора через поршень упрется в его дно, и весь вес автомобиля будет приложен к штоку. В общем-то, это не так страшно, однако во избежание повреждения клапанов на рычагах ставят ограничители хода сжатия.

А теперь поднимем машину. Подвеска идет вниз, преодолевая сопротивление сайлентблоков. Через некоторое время колесо и рычаги повиснут на амортизаторе. Вот это уже куда опаснее, так как сейчас на разрыв работает крепление штока к поршню. Если оно не выдержит — амортизатор порвется и просто перестанет работать. Веса колеса для этого недостаточно, но если добавить еще усилие от пружины, то проблем не избежать.

Попробуем представить графически параметры амортизаторов.

Самый вязкий амортизатор нужен автомобилю, который в принципе с неровностями не сталкивается, для которого принципиальна стабильность кузова — для гоночного автомобиля. На мельчайших неровностях такой амортизатор создаст ощущение стиральной доски. При прохождении даже мелких неровностей на скорости — колесо будет отрываться от земли. Зато никакого раскачивания и кренов в поворотах.

Самый мягкий амортизатор нужен самому легкому автомобилю с максимальным ходом подвески — ему нужно, что подвеска успевала отрабатывать неровности рельефа, при этом даже небольшое сопротивление для его веса будет заметно.

Чем тяжелее автомобиль — тем более вязкий амортизатор ему нужен.

Я намеренно не хочу лезть в достижения прогресса в этой области. Одно- и двухкамерные, масляные и газомасляные, с переменной вязкостью и все прочее оставим производителям. Основной принцип работы у них один.

Два вышеупомянутых элемента в подвеске соединены параллельно — то есть к ним прикладывается равное усилие от веса автомобиля и реакции покрытия, а уже они делят его между собой. Задача пружины — воспринимать усилие. Задача амортизатора — регулировать скорость деформирования. В механике такое соединение известно под названием вязко-упругой модели Кельвина-Фойгта.

Данная модель описывается дифференциальным уравнением, которое в обозначениях школьной физики выглядит так:

Данная модель имеет зависимость от скорости нагружения, поэтому рассмотрим два крайних случая. При бесконечно медленном нагружении, вязкий элемент не оказывает никакого сопротивления, вся нагрузка воспринимается упругим элементом. При бесконечно быстром нагружении вязкий элемент становится бесконечно жестким, упругий элемент в работу не включается вовсе. Однако через некоторое время нагрузка постепенно перераспределяется на упругий элемент, а вязкий из работы выключается. Вот и все.

Из этого уравнения следует еще одна важная диаграмма.

Из-за наличия вязкости деформирование становится нелинейным — при приложении усилия сжатие начинается не сразу, а при снятии усилия — не сразу начинается обратный ход. Петля, которая получается, называется петлей гистерезиса. Чем больше ее площадь, тем больше энергии поглотит подвеска, тем меньше перейдет на кузов вследствие удара.

Анализ этой диаграммы показывает, что в целях повышения энергоемкости нужно увеличивать площадь гистерезиса. Очевидно, что для этого либо следует увеличить кривизну (увеличив вязкость), либо увеличить ход. Проблема в том, что увеличивая вязкость вы, наоборот, уменьшаете ход при прочих равных (той же скорости прохождения препятствия). Поэтому для повышения энергоемкости нужно выбирать амортизатор с умеренной вязкостью, но большим ходом.

Как эта связка работает в машине? Вы поставили новую подвеску, опустили машину на колеса. Через несколько мгновений пружина приняла на себя полностью ее вес.

При проезде ям подвеска должна увеличить длину. Если вязкость амортизатора низкая, то пружина за счет упругости легко это сделает. Если вязкость большая, то он сработает как растянутый жесткий стержень и не даст колесу достичь покрытия. При этом машина движется вперед, колесо летит над дорогой.

Еще один важный момент: комфортность передвижения. Комфортной будет подвеска, которая проглатывает все неровности и не передает их на кузов, однако такая подвеска плохо сопротивляется раскачиванию и наклону кузова при прохождении поворотов. Особенно это заметно в случае высоких и тяжелых автомобилей.
Частично эту проблему решает использование амортизаторов с переменной жесткостью в различных направлениях, это позволяет и сохранить мягкость при первом цикле, и быстро погасить колебания при последующих.

У подвески две задачи: проглатывать неровности и сохранять управляемость. К сожалению, как это часто бывает, способы их решения противоположны. Энергоемкая, комфортная подвеска, будет валкой на дороге. Жесткая подвеска с хорошей управляемостью будет долбить в позвоночник. Попробую коротко резюмировать весь текст.

Для плохих дорог необходима энергоемкая подвеска. Энергоемкость повышается в первую очередь за счет величины рабочего хода пружины, чем больше ход, тем комфортнее подвеска.

Чем меньше вязкость амортизатора, тем проще подвеске постоянно сохранять контакт колеса с дорогой. При этом увеличивается склонность машины к раскачиванию вследствие инерционных сил.

Вязкие амортизаторы предотвращают раскачивание вследствие инерционных сил, однако ухудшают условия контакта колеса с НЕРОВНОЙ дорогой, так как не дают подвеске отрабатывать неровности.

На идеально ровных покрытиях вязкие амортизаторы, наоборот, обеспечивают плотный контакт колеса с дорогой за счет большей жесткости подвески в целом.

Один и тот же амортизатор для тяжелого автомобиля будет менее жестким, а для легкого более жестким.

Рекомендации по подбору элементов

Рабочий ход пружины не должен быть меньше геометрического хода подвески.

Рабочий ход амортизатора ни в коем случае не должен быть меньше рабочего хода пружины.

Жесткость пружины должна быть подобрана исходя из веса автомобиля и нагрузок на подвеску от дорожного покрытия так, чтобы максимально полно использовался ее рабочий ход.

Вязкость амортизатора должна быть подобрана исходя из веса автомобиля и рабочего хода пружины так, чтобы во всем диапазоне ускорений подвески пружина успевала сжиматься.

А самый главный вывод такой:
Пружина и амортизатор — это подобранная ПАРА элементов, изменение параметров одного из них приведет к дестабилизации работы подвески, и от балды этого делать нельзя.

Очень жаль, что производители автозапчастей, в особенности тюнинга, не снабжают свою продукцию конкретными графиками и числовыми показателями, а ограничиваются только маркетинговыми фразами и описанием инновационных технологий.

Надеюсь, что данный материал кому-нибудь пригодится и поможет на базовом уровне понять закономерности работы автомобильной подвески.

При копировании прошу ссылаться на меня — все написанное это хоть и примитивное, но самостоятельное исследование.

UPDATE: как я и предполагал, не прошло нескольких часов, как набежала толпа специалистов, которые принялись кричать, что, мол, примитив, школьная истина, пацаны на районе давно ушли вперед. На здоровье.
Я закрываю комментарии, потому что выслушивать колкости за собственный добровольный труд мне не интересно.

Источник