Поперечно-рычажные подвески. Широко применяются на обычных автомобилях, часто на спортивных и суперкарах, таких как Jaguar XJ 200, Chevrolet Corvette, также являются основными для гоночных машин класса «формула» от Ф-1600 до Ф1. Из внедорожников стоит отметить успешное применение двухрычажных поперечных подвесок на «Багги». В сочетании с такими элементами, как блокировка осевого дифференциала, они успешно применяются на этих типах машин. Багги — не полноприводники, у них всего один ведущий мост, как правило, задний, на который приходится от 50 до 70% веса. Такие подвески имею Mitsubishi Pagero, вышеупомянутый Hummer, и все «паркетные» внедорожники. Из отечественной техники успешное применение нашла двурычажно — поперечная передняя подвеска на «Ниве». Она достаточно компактна, жестка, надежна и проста.
Поперечно-рычажные подвески бывают двух типов: двухрычажно-поперечные и однорычажно-поперечные. Двурычажно-поперечная подвеска состоит из нижнего рычага, шарнирно закреплённого с кузовом (в основном на подрамнике) и поворотным кулаком, если это передняя, и тормозным щитом в заднем варианте; верхнего рычага, шарнирно соединенного с кузовом и кулаком или щитом амортизатора, и пружинной стойки в сочетании с витыми пружинными элементами. Основной недостаток этих подвесок — в шарнирном сочленении с кузовам применены резинометаллические втулки (сайленблоки) долговечность которых весьма ограничена. А их замена дело трудоемкое.
Другой тип «рычажной» подвески — продольно-рычажная. Пример ее применения — автомобиль «Запорожец ЗАЗ 968». Конструкторская мысль, заложенная в ней, благодаря своей простоте она нашла применение в кроссе. Техническое обслуживание сводится к внешнему осмотру (наличие трещин коррозии и т.д.), смазке и замене амортизаторов. [8]
Подвеска типа (Макферсон), мало кто знал .Технологию сборки передней независимой автомобильной подвески, и его первоначальный замысел был прост. Традиционная для тех лет передняя подвеска присоединялась к поперечине несущего кузова или лонжеронной рамы в четырех точках с каждой стороны. Она состояла из двух расположенных друг над другом поперечных треугольных (вильчатых) рычагов, соединенных шкворнем. подобной конструкции может служить подвеска «Москвича» 407-й модели. Сборка ее при массовом производстве — дело трудоемкое.
Поэтому МакФерсон и выдвинул идею крепления подвески только в двух точках (не считая стабилизатора) с каждой стороны. При этом амортизатор становился направляющим элементом подвески, а на колесо приходился один нижний поперечный рычаг, — причем не треугольный, а одинарный. Он, конечно, не мог передавать продольные усилия, скажем, при торможении. Для этого МакФерсон предложил использовать плечо стабилизатора поперечной устойчивости — этот элемент все равно не бывает постоянно нагружен. Но главным в предложенной конструкции был отказ от верхнего рычага. Вместо него пружина и соосный с ней амортизатор в верхней части соединялись с кузовом посредством мягкой резиновой подушки. Отсутствовал и шкворень. Его роль играл телескопический амортизатор, у которого относительно штока поворачивался жестко связанный с цапфой колеса «стакан».
Весь узел подвески мог обходиться без поперечины. Производственников такая конструкция очень устраивала, вот эксплуатационников не совсем. При вертикальном ходе колеса нижний рычаг описывал дугу, и точка контакта шины с дорогой постоянно перемещалась вправо и влево. Больше того, по той же причине довольно заметно изменялся угол развала колес. В результате траекторная устойчивость автомобиля оставляла желать лучшего. Изобретение МакФерсона стали называть подвеской типа «качающаяся свеча». Специалисты предпочитают определение « подвеска на направляющих и амортизационных стойках». Точно, но уж очень длинно. Поначалу казалось, что недостатков этого изобретения не так уж много. Но практика выявила несколько важнейших. К ним относятся излишняя чувствительность к дисбалансу колес, усиленное трение между штоком и цилиндром амортизатора (а следовательно, и износ), повышенная передача на кузов дорожных вибраций и шумов, а также недостаточная жесткость в продольном направлении пары «рычаг — плечо стабилизатора». И, возможно, ей бы со временем дали отставку, но с каждым годом уменьшавшееся свободное пространство в моторном отсеке, особенно с распространением переднеприводных моделей, заставило конструкторов неустанно совершенствовать схему МакФерсона. При переднем приводе силовой агрегат выгодно устанавливать поперечно.
В этом случае только подвеска МакФерсона могла существовать с двигателем, «простирающимся» от одной колесной арки до другой. (рисунок 2.4). Из-за этого, собственно, и возродился интерес к ней. Вместо поперечного рычага в виде бесхитростной дешевой балки инженеры вновь вернулись к треугольному рычагу (естественно, имевшему уже две, а не одну точку опоры),очень жесткому в продольном направлении. Пружину сместили относительно оси амортизатора, да еще оба эти узла наклонили внутрь, чтобы получить отрицательное плечо обкатки. Эти меры позволили заметно снизить трение в амортизаторной стойке и уменьшить износ. Для лучшей изоляции кузова от дорожных шумов пришлось снова ввести в обиход поперечину подвески — подрамник, который соединяется с кузовом через резиновые подушки. В верхней опоре амортизаторной стойки шток соединили с кузовом посредством резиновой шайбы хитрой конструкции. Для пружины ввели упорный шариковый подшипник. Но головоломки оставались.
Одну из них — как ремонтировать стойку — инженер МакФерсон даже не предвидел. Выходило, что надо демонтировать всю подвеску, поскольку амортизатор составлял одно целое с цапфой. В конце концов решение нашлось — цапфу колеса и стойку стали делать раздельными и соединять болтами. С точки зрения технологов это был не лучший выход, но большинство инженерных решений в автомобилях — компромиссы. Другая головоломка — произвольное изменение развала колес и перемещение точки контакта шины с дорогой. Это уже врожденный недостаток схемы МакФерсона. Изжить ее практически не возможно, но самые сложные ее «узелки» мало-помалу удается свести к минимуму.
Свечная подвеска стала вполне работоспособной и получила широкое распространение на легковых машинах малого, среднего классов и частично большого. Перед самым началом Великой отечественной войны группа энтузиастов из города Запорожье взялась за постройку легковой машины — самоделки. Руководил ее созданием некий Л. Д. Ковалев. Отсюда и условное название этого авто — ЛДК. Любопытный факт у него была независимая гидропневматическая подвеска всех колес, по схеме очень похожая на ту, что через десять лет предложил шотландец МакФерсон.
Торсионная подвеска., в обиход вошло словосочетание «упругий металлический стержень, работающий на скручивание». Оно относилось к элементу подвески автомобиля, призванному играть туже роль, что и рессоры, пружины или резиновые блоки. Но в отличие от них он работал только на скручивание французское слово «torsion» и означает «скручивание»). Громоздкая конструкция из шести слов оказалась неудобной, и довольно быстро на смену ей пришел термин «стержневая подвеска» .
Инженер Фердинанд Порше-старший в конце 20-х-начале 30-х годов оформил несколько патентов на стержневую подвеску автомобильных колес. Он применил ее в 1934 году на гоночных «Auto-Union», а в 1940-м уже стояла на серийных машинах «Volkswagen», какармейских, так и гражданских. В 1935 году стержневая подвеска колес в ее оптимальном варианте нашла массовое применение на «Citroen Traction Avant». Порше увидел в торсионе его главное достоинство-компактность, и отсюда — малую массу. Эти качества особенно ценны для машин с очень плотной компоновкой и жесткими ограничениями по весу — гоночные автомобили, танки, армейские колесные машины. Примеры тому «Ferrari F2001», танк Т-34, ракетовоз МАЗ 547. Андре Лефевр, создатель «Citroen TA», усмотрел в торсионе другое достоинство. Его стержень довольно длинный «чем длиннее, тем мягче подвеска», а потому один конец торсиона, идущего вдоль машины, присоединяется к рычагу подвески, а другой закрепляется в одной из поперечин рамы или несущего кузова. Таким образом, все нагрузки от дорожных толчков переносятся в самое «сильное»место автомобиля, и они распределяются по раме или кузову найвыгоднейшим образом. Для первой массовой модели с несущим кузовом это было немаловажно.
Когда во второй половине сороковых годов Алек Иссигонис приступил к проектированию малолитражки «Morris Minor», он решил вынести двигатель далеко вперед. Вынести так, чтобы механизм сцепления пересекала осевая линия передних колес. Но в этом случае для рессор или пружин независимой подвески передних колес просто не осталось места. Иссигонис сделал ставку на продольные торсионы и, подобно Лефевру, задние концы их закрепил в поперечине несущего кузова в зоне передних сидений.
Выбрал торсионы для своих гоночных автомобилей «Lotus» и Колин Чепмен в 1970-м. Для продольных торсионов он предусмотрел шлицевое соединение с несущим кузовом. Устанавливая стержень со смещением в один-два шлица, можно было варьировать предварительную закрутку торсиона и, следовательно, величину дорожного просвета. Конечно, есть у торсионов и недостатки. Стержни на концах имеют либо шлицы, либо шестигранные утолщения, дабы их можно было надежно соединить с рычагами и кузовом. И вот в этих местах происходит, концентрация напряжений и сопутствующие ей поломки. Кроме того, тело торсиона должно быть тонко отшлифовано, сам стержень подвергается закалке, дробеструйной обработке -словом, технология изготовления требует высочайшей культуры.
Тем не менее, особенно в послевоенные годы, английские фирмы «Morris», «Riley», «Wolseley», а также «Jaguar» широко использовали торсионы для своих массовых моделей. Длилось это до середины 70-х годов. На немецких «Volkswagen»модели «Жук» применялась подвеска с поперечным ( как у ЗАЗ 965) торсионами, в то время как на английских автомобилях предпочтение получили продольные стержни. Верность торсионам уже около 40 лет демонстрирует «Renault»: задняя подвеска на поперечных торсионах используется на моделях разных классов( от скромных «Renault 4» и «Renault 5» до моделей «Megane», 21 и «Laguna»).