Еволюція пружини підвіски
Такий пружний елемент відмінно підійшов автомобілю, оскільки поряд з підресорюванням виконував функції направляючого апарату підвіски, сприймаючи подовжні сили, моменти при розгоні і гальмуванні і бокове навантаження при русі в поворотах. Тоді ж і був вироблений основний принцип розрахунку жорсткості ресори - залежно зусилля деформації від її величини для забезпечення комфортної їзди. Він дуже простий: необхідно, щоб частота власних коливань підвіски збігалася з головною частотою власних «коливань» організму людини. Остання, як відомо, задається серцевим м'язом. Так пульс став головним критерієм настройки підвіски, задавши їй частоту власних коливань 60 «ударів» в хвилину як у серця здорової людини. Це що стосується комфорту, а якщо потрібно їхати швидше? Частоту власних коливань підвіски треба збільшити, що можна зробити за рахунок збільшення жорсткості пружного Елем, від якого безпосередньо з урахуванням безпружинних мас і передавального відносини направляючого апарату підвіски вона залежить. На сьогоднішній день частоти розподілилися наступним чином. Діапазон від 60 до 80 коливань в хвилину відданий в розпорядження звичайних легкових автомобілів, понад 80 і до 100 коливань має підвіска спортивних дорожніх автомобілів, куди можна віднести машини, минулі тюнінг. Від 100 до 130 рухів «здійснює» в хвилину підвіска легкових і спортивних автомобілів, підготовлених для участі в деяких видах автоспорту, наприклад, ралі або кільцевих гонках «полегшеного» формату. Частота вище 150 коливань і до 180 властива вже серйозною кільцевій гоночній техніці таких класів як Супертуризм, а ця ж характеристика підвіски автомобілів гоночних формул «стартує» з значень 250 в хвилину, доходячи до 500. Тому стає зрозуміло, як важко доводиться гонщикам на сучасних кільцевих трасах, незважаючи на їх близьке до ідеально рівному покриття. Можна зробити і ще один висновок - жорсткість, доведена до «абсолюту», має право на існування, що переконливо доводить «звичайний» гоночний і не тільки карт, у якого взагалі немає підвіски.
Стає зрозуміло, чому ресори перших гоночних автомобілів були дуже жорсткими. Додамо до цього недостатній рівень демфірованія амортизаторів тих років, і можна зрозуміти причину, по якій автомобільні інженери почали шукати вихід з ситуації, що склалася. До того ж ресора, як елемент направляючого апарату перестала задовольняти вимогам до кінематики підвіски. З'явилися конструкції незалежних підвісок, в яких ресорі приділялася роль лише пружного елемента і іноді подає устрою. Революційним проривом стало використання торсиона як пружний елемент. Він відрізнявся компактністю і працював тільки на крутіння, полегшуючи розрахункову роботу конструкторів за визначенням його жорсткості. До того ж торсіон легко піддавався регулювань безпосередньо на автомобілі, що дозволяло налаштовувати машину під конкретного водія і гоночну трасу. Зазвичай торсіон є циліндричний пруток, затиснутий з одного боку на кузові чи рамі автомобіля, а з іншого з'єднаний з рухомими частинами підвіски. Він досить простий у виготовленні, що позначилося на широкому поширенні торсіонних підвісок серійних легкових автомобілів в роки після Другої Світової війни. Не забутий він і зараз. Можна сказати, що торсіон переживає другу молодість, повернувшись на гоночні траси, місце, де він вперше з'явився майже 70 років тому. Справа в тому, що торсіони застосовуються як пружний елемент підвіски сучасних автомобілів Формули 1.
Однак повернемося до теми нашої розмови - пружинам. Згадка тріснув було не випадковим. Пружина по суті є їх подальшим розвитком і являє собою довгий циліндричний торсіон, закручений по спіралі. Отже, весь розрахунковий «апарат» торсиона застосуємо до пружини з внесенням необхідних коректив, оскільки її витки працюють на кручення. Поява пружин було обумовлено їх компактністю, простотою монтажу і можливістю «вміщати» в себе телескопічні амортизатори, а також те, що у пружини легше отримати прогресивну характеристику.
Зазвичай як торсіон, так і пружина мають лінійну залежність зусилля деформації від її величини. Це обумовлено формою пружного елемента, і матеріалом, з якого він виготовлений. Сьогодні більшість пружних елементів робляться зі спеціальної сталі. Для чого ж потрібна прогресивна характеристика? Щоб підвищити енергоємності підвіски, досить просто збільшити жорсткість пружного елемента, до того ж підвищаться її швидкісні якості, як говорилося раніше. Однак при цьому може постраждати комфорт і збереження вантажів. У випадку з вантажними автомобілями надійшли досить просто, забезпечивши основні ресори додатковими, так званими підресорник. Коли вантажівка порожній, то працює основна ресора, а з ростом навантаження їй «допомагає» додаткова. Перед легковими машинами не варто завдання перевезти якомога більше вантажу, від них вимагається комфорт для пасажирів і хорошу поведінку на дорозі, що особливо актуально для швидкісних автомобілів. Для останніх також важливо звести до мінімуму зміна висоти центру ваги машини при ходах підвіски при прямолінійній русі, при гальмуванні і розгоні і особливо при проходженні поворотів. Висновок напрошується сам собою - коли автомобіль рухається відносно спокійно по рівній дорозі, жорсткість підвіски повинна бути одна, а в разі, коли колеса роблять відносно великі вертикальні переміщення - збільшена. З цієї причини багато гоночні автомобілі, в тому числі машини Формули 1, оснащені підвіскою, яка може змінювати жорсткість за рахунок спеціальних пристроїв і механізмів, що змінюють передавальне відношення при ході колеса. У звичайних легкових машин це зробити практично неможливо, і тому доводиться вдаватися до інших методів.
Найлогічнішим з точки зору геометрії стало виготовлення пружини з дроту зі змінним перетином, що в теорії відповідає коническому торсіонних. Однак сьогодні це досить рідко зустрічається. Набагато частіше навивають пружину зі змінним кроком по всій довжині, однак найбільшого поширення набули пружини з групами витків двох різних кроків. Працює така пружина наступним чином. У так званій «статиці» підвіски зусилля сприймають все витки, забезпечуючи задану геометрією жорсткість. З ростом навантаження відбувається замикання витків з меншим кроком, тим самим зменшується число залишилися робочих витків, і жорсткість пружини збільшується. Приблизно за таким же принципом працює конічна пружина, у якій спочатку «лягають» витки більшого діаметру як найм'якші, тим самим виключаючи з роботи і надаючи можливість залишилися виткам збільшити жорсткість пружини. «Апофеозом» пружин зі змінним кроком можна назвати складові пружини підвісок спортивних і гоночних автомобілів, які можуть комплектуватися з пружин різних груп жорсткості, тим самим забезпечуючи великий діапазон регулювань для настройки шасі. Як правило, така підвіска має можливість змінювати і преднатяг пружини за рахунок регулювальних опорних чашок, виконаних у вигляді гайки, «болтом» для якої служить різьбовій корпус амортизаторной стійки. Регулюючи преднатяг, можна змінити зусилля стиснення підвіски, і відповідно її жорсткість, що може привести до «підйому» або «опускання» автомобіля. Такі конструкції зустрічаються не тільки на гоночних машинах, а й на минулих тюнинг. При цьому пружини не повинні перешкоджати обертанню регулювальних опор. Це досягається сошліфовиванія опорних витків пружини в площину, перпендикулярну її поздовжньої осі. Можливе застосування для цієї мети спеціальних перехідників, що дозволяють пружині традиційного виконання робити те ж саме, тобто не заважати регулювати підвіску.
Як правило, пружина має по опорному витку на кінцях, хоча його розмір зазвичай складає ѕ робочого витка. Опорний виток, судячи з назви, служить для фіксації пружини, а також він перешкоджає теоретично можливого провороту прутка, з якого нанесена пружина. Зазвичай ці «три чверті» подгибают з двох сторін і роблять опорні чашки відповідної форми, які і не дають пружині обертатися. Так відбувається у «нормального» легкового автомобіля, для якого різні виробники виготовляють пружини збільшеної жорсткості і прогресивної характеристики, здатні встати на свої «місця» штатних стійок підвіски. При цьому висота пружини може бути меншою, забезпечуючи зниження центру ваги автомобіля. Однак не варто забувати, що встановлення такої «зниженою» пружини призведе до зміщення співвідношення ходів підвіски в бік зменшення стиснення і зростання відбою, що не зовсім правильно. Тому краще купувати нові пружини разом з амортизаторними стійками, у яких з ходами все в порядку, і характеристика демфірованія також відповідна. При цьому хочеться застерегти самодіяльних «тюнингеров» від простого укорочення штатних пружин. Жорсткість в такому випадку дійсно стане більше, але принаймні одним опорним витком доведеться пожертвувати, що може привести до неправильної роботи пружини аж до її «саморозпуску». Не варто забувати, що при укороченні пружини з ростом її жорсткості збільшуються максимальні дотичні напруження в витках, що може викликати поломку пружного елемента.
Кількість показів: 11914
Рейтинг: 3.78