Подвеска МакФерсон

Подвеска МакФерсон

Работа подвески основывается на преобразовании энергии удара при наезде на неровность в перемещение упругого элемента подвески, вследствие чего сила удара, что передаётся на кузов, уменьшается и плавность хода возрастает. Подвеска автомобиля обеспечивает упругую связь рамы или кузова с мостами и колёсами, плавность хода, устойчивость и проходимость автомобиля. Плавность определяет комфортность езды. Устойчивость определяет способность противодействовать заносам и опрокидыванию, т. е. безопасность. Проходимость определяет способность преодолевать различные препятствия. Заметим, что здесь не обходится без компромиссов. Поскольку эти требования весьма противоречивы. Например, мягкое подрессоривание иногда ухудшает устойчивость автомобиля. И наоборот повышение жесткости ухудшает комфортность езды, уменьшает ресурс. И так далее. Подвеска состоит из трех основных частей: упругого элемента, направляющего устройства и гасительного элемента.

Как упругий элемент у подвески используются металлические листовые элементы, цилиндрические пружины, торсионы (стержни, которые работают на кручение). Не металлические пружинные элементы обеспечивают пружинные свойства подвески за счет упругости резины, сжатого воздуха или жидкости; они менее распространенны, чем металлические. Иногда в подвесках используются комбинированные пружинные элементы, которые складываются из металлических и неметаллических элементов.

Направляющее устройство подвески передает толкающие, тормозные и боковые усилия от колес на раму или корпус автомобиля. В случае пружинной подвески направляющим устройством служат грузы и штанги подвески. В рессорной подвеске сама листовая рессора передает продольные и боковые усилия, благодаря чему конструкция подвески упрощается.

Гасительный элемент подвески предназначен для гашения колебаний кузова и колес в случае наезда на препятствия и называется амортизатором. На автомобилях используются жидкостные амортизаторы. Принцип их действия заключается в преобразовании энергии колебания за счет трения жидкости в тепловую энергию с последующим ее рассеиванием. Подвески обычно классифицируются по их кинематике и по упругому элементу. Кинематические подвески разделяются на два основных типа: зависимые и независимые. По упругому элементу пружинные, где в качестве упругого элемента используются витая пружина, рессорные, торсионные и даже гидравлические и пневматические.

Основными требованиями, предъявляемыми к подвеске, являются следующие:

· упругая характеристика подвески должна обеспечивать высокую плавность хода и отсутствие ударов в ограничители хода, противодействовать кренам при повороте, «кивкам» (дифференту) при торможении и разгоне автомобиля;

· кинематическая схема должна создать условия для возможного малого изменения колеи и углов установки колёс, соответствие кинематики колес кинематике рулевого привода, исключающее колебания управляемых колес, вокруг оси поворота;

· оптимальная величина затухания колебаний кузова и колес;

· надежная передача от колес кузову или раме продольных и поперечных усилий и моментов;

· малая масса элементов подвески и особенно неподрессоренных частей;

· достаточная прочность и долговечность деталей подвески и особенно упругих элементов, относящихся к числу наиболее нагруженных частей подвески.

История создания

Подвеска МакФерсон, она же подвеска МакФерсона (англ. MacPherson suspension) или подвеска на направляющих стойках, «качающаяся свеча» — тип автомобильной подвески, основным элементом которой является амортизаторная стойка (англ. MacPherson strut).

Названа по имени американского инженера из фирмы «Форд» Эрла Стили МакФерсона, который разработал её во второй половине сороковых годов, ещё будучи сотрудником GM и работая над проектом не пошедшего в серийное производство лёгкого и дешёвого автомобиля Chevrolet Cadet для американского рынка, а впоследствии впервые применил на серийном автомобиле модели «Форд Ведет» 1948 года, выпускавшейся французским филиалом компании. Позднее она использовалась на Ford Zephyr (1950) и Ford Consul (1951), которые также претендуют на звание первых крупносерийных автомобилей с такой подвеской, так как выпускавший Vedette завод в Пуасси первоначально испытывал большие затруднения с освоением новой модели.

Во многом аналогичные подвески разрабатывались и ранее, вплоть до самого начала XX века, в частности, очень похожий тип был разработан инженером фирмы «Фиат» Guido Fornaca в середине двадцатых годов — считается, что МакФерсон частично воспользовался его разработками.

Непосредственный предок этого типа подвески — разновидность передней подвески на двух поперечных рычагах неравной длины, в которой пружина в едином блоке с амортизатором была вынесена в пространство над верхним рычагом. Это делало подвеску более компактной, и позволяло на переднеприводном автомобиле пропустить между рычагами полуось с шарниром.

Заменив верхний рычаг с шаровой опорой и расположенной над ним блоком амортизатора и пружины на амортизаторную стойку с закреплённым на брызговике крыла поворотным шарниром, МакФерсон получил компактную, конструктивно простую и дешёвую подвеску, названную его именем, которая вскоре была применена на многих моделях компании «Форд» европейского рынка.

В оригинальном варианте такой подвески шаровой шарнир располагался на продолжении оси амортизаторной стойки, таким образом ось амортизаторной стойки была и осью поворота колеса. Позднее, например на Audi 80 и Volkswagen Passat первых поколений, шаровой шарнир стали смещать наружу к колесу, что позволяло получить меньшие, и даже отрицательные значения плеча обкатки.

Массовое распространение эта подвеска получила лишь в семидесятые годы, когда были окончательно решены технологические проблемы, в частности — массового изготовления амортизаторных стоек с необходимым ресурсом. В связи со своей технологичностью и дешевизной данный тип подвески впоследствии быстро нашёл очень широкое применение в автомобилестроении, несмотря на целый ряд недостатков.

В восьмидесятые годы наметилась тенденция к повесместному использованию подвески макферсон, в том числе — на больших и сравнительно дорогих автомобилях (Audi 100, Mercedes-Benz W124, Opel Senator, практически весь модельный ряд BMW второй половины 70-х — начала 90-х годов и другие, а также многие американские модели). Однако впоследствии необходимость дальнейшего роста технических и потребительских качеств обусловила возврат на многих сравнительно дорогих автомобилях к подвеске на двойных поперечных рычагах (Audi A4 и A6, Mercedes-Benz W210, более новые модели BMW), более дорогой в производстве, но имеющей лучшие параметры кинематики и повышающие ездовой комфорт.

МакФерсон создавал свою подвеску для установки на все колёса автомобиля, как передние, так и задние — в частности, именно так она была использована в проекте Chevrolet Cadet. Однако на первых серийных моделях подвеска его разработки была применена только спереди, а задняя из соображений упрощения и удешевления оставалась традиционной, зависимой с жёстким ведущим мостом на продольных рессорах.

Только в 1957 году инженер фирмы «Лотус» Колин Чепмен применил аналогичную подвеску для задних колёс модели «Лотус Элит», поэтому её в англоязычных странах принято называть «подвеской Чепмена». Но, к примеру, в Германии такой разницы не делается, и сочетание «задняя подвеска макферсон» считается вполне допустимым.

Задняя подвеска системы Чепмена на внедорожнике — вариант той же схемы, что и подвеска МакФерсона Устройство и работа подвески McPherson

Подвеска МакФерсон имеет следующее устройство:

· подрамник;

· поперечный рычаг;

· поворотный кулак;

· амортизаторная стойка;

· стабилизатор поперечной устойчивости.

Подрамник является несущим элементом подвески. Он крепится к кузову автомобиля с помощью резинометаллических опор — сайлентблоков. Применение резинометаллических элементов в конструкции подвески позволяют уменьшить вибрации и снизить шум. На некоторых автомоблиях предусмотрено жесткое крепление подрамника к кузову. К подрамнику крепятся опоры поперечного рычага, стабилизатор поперечной устойчивости, устанавливается рулевой механизм.

На подрамник с двух сторон крепятся поперечные рычаги (рычаг правого и левого колес). Каждый поперечный рычаг соединяется с подрамником в двух местах с помощью резиновых втулок. Двойное крепление рычага обеспечивает необходимую жесткость в продольном направлении. Другим концом поперечный рычаг через шаровую опору соединен с поворотным кулаком.

Поворотный кулак обеспечивает поворот колеса за счет шарнирного соединения с рулевой тягой. В верхней части поворотный кулак поворотный кулак закреплен на амортизаторной стойке с помощью клеммового соединения. В нижней части кулак соединен с поперечным рычагом. Дополнительным рычагом выступает наконечник рулевого механизма, соединенный с поворотным кулаком шаровой опорой. В поворотном кулаке размещены подшипниковый узел и тормозной суппорт. Подшипниковый узел включает ступицу колеса и ступичный подшипник.

Амортизаторная стойка объединяет упругий элемент (пружину) и амортизатор. Металлическая пружина расположена соосно с амортизатором и закреплена на стойке. Для изменения линейной характеристики упругости пружины соосно с ней устанавливается буфер сжатия. В нижней части стойка соединена с поворотным кулаком. В верхней части она крепится к брызговику крыла с помощью резиновой втулки.

Стабилизатор поперечной устойчивости обеспечивает снижение боковых кренов автомобиля. Стабилизатор устанавливается в подрамнике посредством двух опор. Концы стабилизатора соединены с амортизаторными стойками с помощью соединительных штанг (стоек) с шарнирными наконечниками.

Стойка удерживает колесо вертикально, большой продольный рычаг обеспечивает продольную фиксацию, а два поперечных рычага фиксируют поперечные перемещения колеса и обеспечивают схождение колес.

Обычно в подвеске Макферсон используются винтовые пружины, установленные вокруг амортизаторной стойки, но это не единственный способ. В прошлом, например, Fiat использовал стойки MacPherson для задней подвески, в которой в качестве упругого элемента использовалась установленная снизу одна широкая листовая рессора.

Было выяснено, что установка пружин с небольшим смещением относительно амортизатора уменьшает проблему «жесткости», когда вертикальные силы, действующие на колесо, невелики. «Жесткость» — тенденция стойки не двигаться, пока не будет превышена пороговая сила, а затем начинать двигаться неожиданно — может приводить к неприятному чувству жесткости подвески на ровных дорогах.

Преимущества и недостатки

Преимущества

1. Малые затраты на изготовление.

2. Компактность.

3. Большое расстояние по высоте между опорными узлами, что уменьшает силы, возникающие в местах крепления к кузову.

4. Возможность осуществления больших конструктивных ходов.

5. Меньшая масса неподрессоренных частей.

6. Высокая надёжность. Единственный нагруженный узел (шарнир) — верхняя опора стойки — упорный подшипник качения, с огромным ресурсом. На все остальные узлы (шарниры) действуют знакопеременные нагрузки усилием примерно до 1/5 силы сжатия пружины, что обеспечивает, во первых — значительный ресурс, во-вторых — быструю диагностику разболтавшихся шарниров — постукивание и неустойчивость на скорости, на что водитель сразу обращает внимание.

Недостатки

1. Несколько худшие параметры кинематики по сравнению с подвеской на двух поперечных или продольных рычагах: при большом ходе подвески развал (угол наклона колеса к вертикальной плоскости) будет меняться, и тем больше, чем больше ход подвески.

2. Передача усилия на сравнительно слабый брызговик крыла, что требует его усиления; эффект передачи усилия на кузов становится особенно заметен на неровной дороге и при работе «на пробой», поэтому подвеска «макферсон» пригодна преимущественно для эксплуатации на благоустроенных дорогах, а при постоянной эксплуатации на плохих дорогах часто начинается разрушение точек крепления стоек на брызговике с образованием на нём усталостных трещин и началом корозионного процесса.

3. Сложность изоляции от дорожных шумов.

4. Меньшая компенсация продольного крена («клевка») при торможении, по сравнению с подвеской на двойных рычагах. Особенно это проявлялось на наиболее распространённой и ранних конструкциях упрощённой схеме подвески макферсон с расположенным перед рычагами стабилизатором поперечной устойчивости, играющим одновременно роль части нижнего рычага. Так как по соображениям сохранения необходимого дорожного просвета под передним свесом крепления стабилизатора на кузове располагались сравнительно высоко, оси рычагов подвески оказывались направлены таким образом, что «клевок» при торможении даже усиливался, так как ось рычага проходила дальше от центра тяжести, чем при рычагах, параллельных земле. С 1990;х годов рычаги подвески макферсон стали обычно делать L-образными, с большим основанием, что позволило отказаться от использования плечей стабилизатора в качестве части рычага подвески и задать более оптимальную с точки зрения противодействя «клевку» при торможении геометрию.

5. Трение между штоком и направляющей, ухудшающее работу подвески.

Из-за этого, подвеска макферсон практически никогда не используется на:

· гоночных и дорогостоящих спортивных моделях — преимущество в стоимости не компенсирует некоторое ухудшение кинематики, критичное для таких автомобилей;

· лёгких грузовых автомобилях с независимой подвеской, из-за больших нагрузок в зоне крепления стойки к брызговику;

· долгое время не применялась на автомобилях с гидропневматической подвеской — из-за отсутствия места для гидропневматического упругого элемента (но впоследствии применялась на автомобилях компании Ситроен.

подвеска устройство макферсон

1) http://www.krasland.ru

2) http://www.tefko.ru

3) http://www.russika.ru/ef.php? s=4263

4) http://www.gazeta-a.ru/base/podveski/podveska_macpherson/

5) http://systemsauto.ru/pendant/mcpherson.html

6) http://www.autoezda.com/hodovaja/139-makferson.html

7) http://shod-razval.net/podveska.htm

8) http://www.repcar.ru/library/podv/macpherson.html