Оси для легковых автомобилей

Ось – это часть автомобиля, через которую два противоположных колеса (правое и левое) прикрепляются / подвешиваются к опорной конструкции автомобиля.

История оси восходит к временам конных экипажей, от которых были заимствованы оси первых автомобилей. Эти оси были очень простыми по конструкции, по существу, колеса соединялись валом, который с возможностью вращения прикреплялся к раме без какой-либо подвески.

По мере роста требований к автомобилям росли и оси. От простых жестких осей до рессор с листовыми рессорами и до современных многоэлементных рессор со спиральными пружинами или пневмобаллонов.

Оси современных автомобилей представляют собой относительно сложную конструктивную систему, задачей которой является обеспечение наилучших ходовых характеристик и комфорта вождения. Поскольку их конструкция – единственное, что связывает автомобиль с дорогой, они также оказывают большое влияние на активную безопасность транспортного средства.

Ось соединяет колеса с рамой шасси или самим кузовом автомобиля. Он передает вес автомобиля на колеса, а также передает силы движения, торможения и инерции. Он обеспечивает точное и достаточно сильное ведение прикрепленных колес.

Ось является неподрессоренной частью автомобиля, поэтому конструкторы стараются максимально использовать при производстве легких сплавов. Разъемные оси состоят из отдельных полуосей.

Осевое деление

По конструкции

• Жесткие оси.
• Поворотные оси.

По функциям

• Ведущая ось – ось транспортного средства, на которую передается крутящий момент двигателя и колеса которого приводят транспортное средство.
• Ведомая (ведомая) ось – ось транспортного средства, на которую не передается крутящий момент двигателя, и которая имеет только несущую или функция управления.
• Управляемая ось – ось, служащая для управления направлением движения транспортного средства.

По макету

• Передний мост.
• Средняя ось.
• Задний мост.

По конструкции колесных опор

• Зависимый (фиксированный) монтаж – колеса соединяются поперечно балкой (мостом). Такая жесткая ось кинематически воспринимается как единое тело, а колеса взаимодействуют друг с другом.
• Nнезависимая установка колес – каждое колесо подвешено отдельно, колеса не влияют напрямую друг на друга при пружинении.

Функция крепления колеса

• Допускайте вертикальное перемещение колеса относительно рамы или корпуса.
• Передайте силы между колесом и рамой (корпусом).
• При любых обстоятельствах следите за постоянным контактом всех колес с дорогой.
• Устраните нежелательные движения колес (смещение в сторону, крен).
• Включить контроль.
• Включить торможение + захват тормозной силы.
• Включите передачу крутящего момента на ведущие колеса.
• Обеспечьте комфортную езду.

Требования к конструкции оси

К осям транспортных средств предъявляются разные и часто противоречивые требования. Автопроизводители по-разному подходят к этим требованиям и обычно выбирают компромиссное решение.

Например. в случае автомобилей более низкого класса упор делается на дешевую и простую конструкцию оси, в то время как в случае автомобилей более высокого класса комфорт вождения и управляемость колеса имеют первостепенное значение.

В общем, оси должны максимально ограничивать передачу вибраций в кабину транспортного средства, обеспечивать наиболее точное ведение и контакт колеса с дорогой, важны производственные затраты и эксплуатационные расходы, а ось не должна излишне ограничивать багажное отделение. место для экипажа или двигателя транспортного средства.

• Жесткость и кинематическая четкость.
• Минимальное изменение геометрии при подвеске.
• Минимальный износ шин.
• Долгая жизнь.
• Минимальные габариты и вес.
• Устойчивость к агрессивным средам.
• Низкие эксплуатационные и производственные затраты.

Детали оси

• Шина.
• Disk kolesa.
• Подшипник ступицы.
• Подвеска колес.
• Подвесное хранение.
• Приостановка.
• Демпфирование.
• Стабилизация.

Зависимая подвеска колес

Жесткая ось

Конструктивно это очень простой (без штифтов и шарниров) и дешевый мост. Тип относится к так называемым зависимая подвеска. Оба колеса жестко соединены между собой, шина соприкасается с дорогой по всей ширине протектора, а подвеска не меняет колесную базу или взаимное положение. Таким образом, относительное положение осевых колес фиксируется в любой дорожной ситуации. Однако в случае односторонней подвески отклонение обоих колес в сторону дороги изменяется.

Жесткая ось приводится в движение листовыми рессорами или цилиндрическими пружинами. Листовые рессоры закреплены непосредственно на кузове или раме автомобиля и, помимо подвески, они также обеспечивают управление рулем. В случае винтовых пружин необходимо использовать дополнительные поперечные, а также продольные направляющие, поскольку они не передают практически никаких поперечных (продольных) сил, в отличие от листовых рессор.

Благодаря высокой жесткости всей оси он по-прежнему используется в реальных внедорожниках, а также в коммерческих автомобилях (расходные материалы, пикапы). Еще одно преимущество – контакт шины с дорогой по всей ширине протектора и постоянная колея колес.

К недостаткам жесткой оси относится большая неподрессоренная масса, которая включает в себя вес моста моста, трансмиссии (в случае ведомой оси), колес, тормозов и, частично, веса соединительного вала, направляющих рычагов, пружин. и демпфирующие элементы. В результате снижается комфорт на неровной поверхности и ухудшаются ходовые качества при более быстром движении. Колесная направляющая также менее точна, чем с независимой подвеской.

Еще один недостаток – высокие требования к пространству для перемещения (подвески) оси, что приводит к более высокой конструкции, а также более высокому положению центра тяжести транспортного средства. В случае ведущих мостов удары передаются на вращающиеся части, которые являются частью оси.

Жесткая ось может использоваться как передний привод, а также как ведущий мост или как задний ведущий, так и ведущий мост.

Конструкция жестких осей

Простая мостовая ось, подвешенная на листовых рессорах

• Простая конструкция.
• Пружина воспринимает продольные и поперечные напряжения (для больших пружин).
• Большое внутреннее демпфирование (трение).
• Несложный монтаж.
• Высокая грузоподъемность.
• Большой вес и длина пружины.
• Низкие эксплуатационные расходы.
• Сложные нагрузки при переходных режимах работы автомобиля.
• Во время подвески мост моста подвергается скручиванию.
• Для комфортной езды требуется невысокая жесткость пружины – нужны длинные листовые рессоры + поперечная гибкость и поперечная стабилизация.
• Для снятия растягивающих напряжений при торможении и разгоне листовая рессора может быть дополнена продольными стержнями.
• Листовые рессоры дополнены амортизаторами.
• Для прогрессивных характеристик пружины она дополнена дополнительными лопатками (ступенчатое изменение жесткости при большой нагрузке) – тележками.
• Этот тип оси редко используется для подвески легковых автомобилей и легких коммерческих автомобилей.

Штанга Панара 

Для улучшения ходовых качеств и устойчивости автомобиля необходимо, чтобы жесткая ось была так называемой ориентируются как в поперечном, так и в продольном направлении.

В настоящее время более часто используемые винтовые пружины заменяют ранее использовавшиеся листовые рессоры, важной функцией которых, помимо пружинения, было также направление оси. Однако винтовые пружины не имеют этой функции (они почти не передают направляющие силы).

В поперечном направлении для направления оси используется тяга Панара или леска Ватта.

В случае тяги Панара это поперечный рычаг, соединяющий мост моста с рамой или кузовом транспортного средства. Недостатком такой конструкции является поперечное смещение оси относительно транспортного средства во время подвески, что приводит к ухудшению комфорта вождения. Этот недостаток можно в значительной степени устранить за счет максимально длинной конструкции и, по возможности, горизонтального монтажа тяги Панара.

                                                   

Ваттная линия

Ватт-линия – это механизм, используемый для пересечения задней жесткой оси. Он назван в честь своего изобретателя Джеймса Ватта.

Верхние и нижние рычаги должны быть одинаковой длины, а осевой мост перемещается перпендикулярно дороге. При управлении жесткой осью центр шарнирного элемента направляющей устанавливается на мосту оси и соединяется рычагами с корпусом или рамой транспортного средства.

Это соединение обеспечивает жесткое поперечное направление оси, в то же время устраняя боковое перемещение, которое возникает в случае подвески при использовании тяги Панара.

Продольная направляющая оси

Линия Ватта и тяга Панара стабилизируют ось только в поперечном направлении, и для передачи продольных сил требуется дополнительное руководство. Для этого используются простые продольные рычаги. На практике чаще всего используются следующие решения:

• Пара продольных рычагов – простейший тип, по сути заменяющий направляющую с пластинчатыми губами.
• Четыре продольных рычага – в отличие от пары рычагов в этой конструкции параллельность оси сохраняется во время подвески. Однако недостатком является чуть больший вес и более сложная конструкция.
• Третий вариант – вести ось двумя продольными и двумя наклонными рычагами. В этом случае другая пара наклонных рычагов также позволяет поглощать поперечные силы, тем самым устраняя необходимость в дополнительном поперечном наведении через стержень Панара или прямую линию Ватта.

Жесткий мост с 1 поперечными и 4 продольными рычагами

• 4 продольных рычага направляют мост в продольном направлении.
• Поперечный рычаг (тяга Панара) стабилизирует ось в поперечном направлении.
• Система кинематически предназначена для использования шаровых шарниров и резиновых опор.
• Когда верхние рычаги размещаются за осью, рычаги подвергаются растягивающему напряжению во время торможения.

Жесткая ось De-Dion

Впервые эту ось использовал граф Де Дион в 1896 году, и с тех пор она нашла свое применение в качестве задней оси легковых и спортивных автомобилей.

Эта ось берет на себя некоторые свойства жесткой оси, в частности жесткость и надежное соединение осевых колес. Колеса соединены жестким мостом, который направляется прямой линией Ватта или стержнем Панара, который поглощает поперечные силы. Продольная направляющая оси фиксируется парой наклонных рычагов. В отличие от жесткой оси, трансмиссия устанавливается на кузов или раму транспортного средства, а крутящий момент передается на колеса с помощью валов отбора мощности переменной длины.

Благодаря такой конструкции значительно снижается неподрессоренная масса. С этим типом оси дисковые тормоза могут быть размещены непосредственно на трансмиссии, что дополнительно снижает вес неподрессоренных масс. В настоящее время этот вид лекарства больше не используется, возможность увидеть его, например, на Alfa Romeo 75.

• Уменьшает размер неподрессоренных масс ведущего жесткого моста.
• Коробка передач + дифференциал (тормоза) установлены на кузове.
• Лишь небольшое улучшение комфорта вождения по сравнению с жесткой осью.
• Решение дороже других методов.
• Поперечная и продольная стабилизация осуществляется с помощью ватт-поводка (тяга Панара), стабилизатора (поперечная стабилизация) и продольных рычагов (продольная стабилизация).
• Требуются валы отбора мощности с осевым смещением.

Независимая подвеска колес

• Повышенный комфорт и ходовые качества.
• Меньший вес неподрессоренных частей (трансмиссия и дифференциал не являются частью оси).
• Между отсеком для хранения двигателя или других конструктивных элементов автомобиля достаточно места.
• Как правило, более сложное строительство, более дорогое производство.
• Меньшая надежность и более быстрый износ.
• Не подходит для тяжелой местности.

Трапециевидная ось

Трапецеидальная ось образована верхним и нижним поперечными треугольными рычагами, которые образуют трапецию при проецировании в вертикальную плоскость. Рычаги крепятся либо к оси, либо к раме автомобиля, либо, в некоторых случаях, к трансмиссии.

Нижний рычаг обычно имеет более прочную конструкцию из-за передачи вертикальных и большей доли продольных / поперечных сил. Верхний рычаг также меньше по пространственным причинам, это касается передней оси и расположения трансмиссии.

Рычаги размещены в резиновых сайлентблоках, пружины обычно крепятся на нижнем рычаге. Во время подвески происходит изменение прогиба колес, схождения, а также колесной базы, что отрицательно сказывается на характеристиках движения автомобиля. Для устранения этого явления важна оптимальная конструкция дужек, а также корректировка геометрии. Таким образом, рычаги следует располагать как можно параллельно, чтобы точка опрокидывания колеса находилась на большем расстоянии от колеса.

Это решение снижает прогиб колес и их замену во время подвески. Однако недостатком является то, что центр наклона оси смещен к плоскости дороги, что отрицательно сказывается на положении оси наклона транспортного средства. На практике рычаги имеют разную длину, что меняет угол, который они образуют при пружинении колеса. Это также изменяет положение текущей точки наклона колеса и положение центра наклона оси.

Трапецеидальная ось правильной конструкции и геометрии обеспечивает очень хорошее ведение колес и, следовательно, очень хорошие ходовые качества автомобиля. Однако недостатком является относительно сложная конструкция и более высокая стоимость производства. По этой причине в настоящее время он обычно используется в более дорогих автомобилях (среднего и высшего класса или спортивных автомобилях).

Трапециевидный мост может использоваться как передний ведущий и ведущий мост или как задний ведущий и ведущий мост.

Коррекция Макферсона

Наиболее часто используемый тип оси с независимой подвеской – это MacPherson (чаще McPherson), названный в честь дизайнера Эрла Стила Макферсона.

Ось McPherson является производной от трапециевидной оси, в которой верхний рычаг заменен скользящей направляющей. Таким образом, верхняя часть намного компактнее, что означает больше места для системы привода или. объем багажника (задний мост). Нижний рычаг в основном имеет треугольную форму и, как и в случае трапециевидной оси, передает большую долю поперечных и продольных сил.

В случае задней оси иногда используется более простой поперечный рычаг, который передает только поперечные силы и дополняется продольным рычагом, соответственно. рычаг торсионного стабилизатора для передачи продольных сил. Вертикальные силы создаются демпфером, который, однако, также должен быть поперечной силой более прочной конструкции из-за нагрузки.

На переднем управляемом мосту верхний подшипник демпфера (шток поршня) должен допускать проворачивание. Чтобы предотвратить скручивание винтовой пружины во время вращения, верхний конец пружины установлен с возможностью вращения с помощью роликового подшипника. Пружина установлена ​​на корпусе демпфера, так что направляющая скольжения не нагружается вертикальными силами и не возникает чрезмерного трения в подшипнике при вертикальной нагрузке. Однако повышенное трение в подшипнике возникает из-за моментов поперечных и продольных сил во время ускорения, торможения или поворота. Это явление устраняется подходящим дизайнерским решением, например с помощью наклонной пружинной опоры, резиновой опоры верхней опоры, а также более прочной конструкции.

Нежелательным явлением также является тенденция к значительному изменению прогиба колес во время подвески, что приводит к ухудшению ходовых характеристик и комфорта вождения (колебания, передача вибраций на рулевое управление и т. Д.). По этой причине для устранения этого явления вносятся различные улучшения и модификации.

Преимущество оси McPherson – простая и недорогая конструкция с минимальным количеством деталей. Помимо небольших и дешевых автомобилей, различные модификации McPherson находят применение в автомобилях среднего класса, в основном за счет улучшения дизайна, но и повсеместного снижения производственных затрат.

Ось McPherson может использоваться как передний ведущий и ведущий мост или как задний ведущий и ведущий мост.

Коленчатый вал

• Кривошипная ось образована продольными рычагами с поперечной осью качания (перпендикулярной продольной плоскости автомобиля), которые установлены в резиновых опорах.
• Чтобы минимизировать силы, действующие на опору рычага (в частности, уменьшение вертикальной нагрузки на опору), передачу вибрации и шума на кузов, пружины размещаются как можно ближе к точке контакта шины с землей. .
• Во время подвески меняется только колесная база автомобиля, прогиб колес остается неизменным.
• Низкие производственные и эксплуатационные расходы.
• Он занимает мало места, а пол багажника можно расположить низко – подходит для универсалов и хэтчбеков.
• Он в основном используется для ведущих задних мостов и очень редко в качестве ведущего моста.
• Изменение прогиба создается только при наклоне корпуса.
• Торсионы (PSA) часто используются для подвески.
• Недостаток – значительный наклон кривых.

Кривошипная ось может использоваться как передняя ведомая ось или как задняя ведомая ось.

Коленчатый вал с соединенными рычагами (крутильно-гибкий коленчатый вал)

В этом типе оси каждое колесо подвешено на одном продольном рычаге. Продольные рычаги соединены U-образным профилем, который действует как поперечный стабилизатор и одновременно поглощает поперечные силы.

Кривошипная ось с соединенными рычагами является полужесткой осью с кинематической точки зрения, потому что если бы поперечину переместить к центральной оси колес (без продольных рычагов), то такая подвеска приобрела бы свойства жесткой ось.

Центр наклона оси такой же, как и для обычной оси кривошипа, но центр наклона оси находится над плоскостью дороги. Ось ведет себя иначе даже в случае подвески колес. При одинаковой подвеске обоих осевых колес изменяется только колесная база транспортного средства, но в случае противоположной подвески или подвески только одного осевого колеса прогиб колес также значительно изменяется.

Ось крепится к кузову с помощью металлорезиновых стяжек. Это соединение обеспечивает хорошую управляемость оси при правильной конструкции.

• Плечи коленчатого вала соединены жесткой на изгиб и мягкой на кручение штангой (в основном U-образной), которая служит стабилизатором.
• Это переход между жестким и продольным коленчатым валом.
• В случае встречной подвески отклонение изменяется.
• Низкие производственные и эксплуатационные расходы.
• Он занимает мало места, а пол багажника можно расположить низко – подходит для универсалов и хэтчбеков.
• Легкая сборка и разборка.
• Небольшой вес неподрессоренных частей.
• Достойные ходовые качества.
• По ходу подвески небольшие изменения сходимости и колеи.
• Самоуправляемая недостаточная поворачиваемость.
• Не позволяет поворачивать колеса – использовать только как задний ведущий мост.
• Склонность к избыточной поворачиваемости из-за боковых сил.
• Высокая сдвигающая нагрузка на сварные швы, соединяющие рычаги и торсион в противоположной пружине, что ограничивает максимальную осевую нагрузку.
• Меньшая устойчивость на неровных поверхностях, особенно в быстрых поворотах.

Кривошипная ось с соединенными рычагами может использоваться как задний ведомый мост.

Маятниковая (угловая) ось

Также называется наклонной осью соответственно. косая штора. Ось конструктивно похожа на ось кривошипа, но в отличие от нее имеет наклонную ось колебаний, что приводит к самоуправлению оси во время подвески и влиянию недостаточной поворачиваемости на транспортное средство.

Колеса крепятся к оси с помощью вилочных рычагов и металлорезиновых опор. Во время подвески колея и прогиб колес меняются минимально. Поскольку ось не позволяет колесам вращаться, она используется только как задняя (в основном ведущая) ось. Сегодня он больше не используется, раньше мы встречали его в автомобилях BMW или Opel.

Многорычажная ось

Этот тип оси использовался на первом бывшем флагмане Nissan, Maxima QX. Позже меньшие по размеру Primera и Almera получили такой же задний мост.

Многорычажная подвеска значительно улучшила свойства поперечно установленной крутильно-гибкой балки, на которой основана конструкция. Таким образом, Multilink использует стальную балку с перевернутым U-образным поперечным сечением для соединения задних колес, которая очень жесткая при изгибе и, с другой стороны, относительно гибкая при повороте. Балка в продольном направлении удерживается парой относительно легких направляющих рычагов, а на своих внешних концах она удерживается вертикально винтовыми пружинами с амортизаторами, соответственно. также с вертикальным рычагом особой формы спереди.

Однако вместо гибкой балки Панара, обычно прикрепляемой одним концом к каркасу кузова, а другим к мосту оси, в оси используется многорычажный композитный элемент типа Скотта-Рассела, который обеспечивает лучшую поперечную устойчивость и управляемость колеса. в дороге.

Механизм Скотта-Рассела включает поперечный рычаг и тягу управления. Как и дуга Панара, он также соединяет поперечный рычаг и гибкую на кручение балку с корпусом корпуса. Он имеет поперечное крепление, что позволяет сделать продольные рычаги максимально тонкими.

В отличие от балки Панара, поперечный рычаг транспортного средства не вращается в фиксированной точке на крутильно-гибкой балке. Он крепится с помощью специального футляра, жесткого по вертикали, но гибкого сбоку. Более короткая тяга управления соединяет поперечный рычаг (примерно посередине его длины) и торсионную балку внутри внешнего корпуса. Когда ось торсионной балки поднимается и опускается относительно корпуса, механизм работает как стержень Панара.

Однако, поскольку поперечный рычаг на конце торсионной балки может перемещаться в сторону относительно балки, он предотвращает перемещение всей оси вбок и в то же время имеет подъем, как простой стержень Панара.

Задние колеса движутся только вертикально по отношению к корпусу, без разницы между поворотом вправо или влево. Это соединение также позволяет очень мало перемещаться между центром вращения и центром тяжести, когда ось поднимается или опускается. Даже с более длинным ходом подвески, разработанной для некоторых моделей для повышения комфорта. Это гарантирует, что колесо будет поддерживаться даже при значительной подвеске или более резкое прохождение поворота почти перпендикулярно дороге, что означает сохранение максимального контакта шины с дорогой.

Ось Multilink может использоваться как передний привод, а также как ведущий мост или задний ведущий мост.

Многорычажная ось – многорычажная подвеска

• Он оптимально устанавливает требуемые кинематические свойства колеса.
• Более точное ведение колес с минимальным изменением геометрии колес.
• Комфортность вождения и гашение вибраций.
• Низкое трение подшипников в демпфирующем узле.
• Изменение конструкции одной руки без необходимости изменения другой руки.
• Малый вес и компактность – застроенное пространство.
• Имеет меньшие габариты и вес подвески.
• Более высокие производственные затраты.
• Меньший срок службы (особенно резиновые подшипники – сайлентблоки наиболее нагруженных рычагов)

Многоэлементная ось основана на трапециевидной оси, но более требовательна к конструкции и состоит из нескольких частей. Состоит из простых продольных или треугольных дужек. Они размещаются либо поперечно, либо продольно, в некоторых случаях также наклонно (в горизонтальной и вертикальной плоскостях).

Сложная конструкция – независимость рычагов позволяет очень хорошо разделить продольные, поперечные и вертикальные силы, действующие на колесо. Каждый рычаг установлен для передачи только осевых сил. Продольные силы от дороги воспринимаются ведущим и ведущим рычагами. Поперечные силы воспринимаются поперечными плечами разной длины.

Точная настройка жесткости в поперечном, продольном и вертикальном направлениях также положительно сказывается на ходовых качествах и комфорте вождения. Подвеска и часто амортизатор обычно крепятся на опорной, чаще поперечной, рычаге. Таким образом, эта рука подвергается большему напряжению по сравнению с другими, что означает более прочную конструкцию или. другой материал (например, сталь по сравнению с алюминиевым сплавом).

Для увеличения жесткости многоэлементной подвески применяется так называемый подрамник – ось. Ось крепится к кузову с помощью металлорезиновых втулок – сайлентблоков. В зависимости от нагрузки того или иного колеса (маневр уклонения, прохождение поворотов) угол схождения колес меняется незначительно.

Амортизаторы лишь минимально нагружены боковым напряжением (и, следовательно, повышенным трением), поэтому они могут быть значительно меньше и установлены непосредственно в винтовых пружинах соосно – к центру. Подвеска не зависает в критических ситуациях, что положительно сказывается на комфорте езды.

Из-за более высоких производственных затрат многоэлементный мост в основном используется в автомобилях среднего и высшего класса, соответственно. спортсмены.

По словам производителей автомобилей, конструкция самой многорычажной оси сильно различается. В целом эту подвеску можно разделить на более простые (3-рычажные) и более сложные (5-и и более рычагов) крепления.

• В случае трехрычажной установки возможно продольное и вертикальное смещение колеса, в том числе вращение вокруг вертикальной оси, так называемое 3 степени свободы – использование с передним рулевым управлением и задней осью.
• При четырехрычажном креплении допускается вертикальное смещение колеса, в том числе вращение вокруг вертикальной оси, так называемое 2 степени свободы – использование с передним рулевым управлением и задней осью.
• В случае пятирычажной установки допускается только вертикальное перемещение колеса, так называемое 1 степень свободы – лучшее ведение колеса, используйте только на задней оси.