Важнейший узел внедорожника

Как известно, настоящие полноприводные автомобили призваны систематически работать в условиях бездорожья: в сельских районах, на строительстве, в армии. В их конструкции и характеристике налицо стремление все подчинить достижению максимальной проходимости, пусть даже в ущерб иным свойствам: показателям массы, комфортабельности, экономичности. Однако в итоге в плохих дорожных условиях именно такие машины оказываются наиболее эффективными.

Давайте представим себе, каковы они, типовые трудные участки дорог и разного рода дорожные препятствия, которые в России необходимо преодолевать и, передвигаясь по ним, перевозить людей и грузы. На ум приходят крутые подъемы и спуски, косогоры и каменистые дороги с крупными камнями, уступами и порогами. Сюда же можно причислить различные дорожные ухабы, поперечные канавы и валы, впадины, а также перекаты. Сплошь и рядом дороги на селе имеют глубокую колею. А сколь велико возможное разнообразие их покрытий: песок (в том числе достаточно глубокий), сухой снег, грязь, глинистая почва, наконец, просто заболоченные участки пути, броды и т. д. и т. п.

По дороге противоречий

Естественно, что первым требованием, которому должен отвечать внедорожник, является наличие у него большого просвета между нижними частями машины и дорогой, иначе говоря, автомобиль должен иметь солидный клиренс. Здесь конструктор сталкивается с первым из многочисленных противоречий. Машина с большим дорожным просветом теряет в обтекаемости, устойчивости и плавности хода. Однако дело не только в абсолютной величине клиренса. Важно соотношение между значениями просвета и колесной базой, колеями мостов, переднего и заднего свесов. Нужны малый продольный радиус проходимости и большие углы въезда и съезда. Большое значение имеет также поперечный радиус проходимости. Чем он меньше и чем больше дорожный просвет, тем лучше проходимость автомобиля по дорогам с глубокими колеями и выпуклой серединой, однако и это еще не все. Для внедорожника также важно, чтобы жесткие мосты машины могли взаимно смещаться в вертикальной плоскости без отрыва колес от дороги, т. е. был возможен перекос передней оси относительно задней.

Как «строить» мост?

Долгое вступление, касающееся требований к взаимному расположению кузова относительно колес с точки зрения повышения проходимости автомобиля, лишь подтверждает значение, которое играют подвеска и конструкция мостов, чья роль сводится к осуществлению связи между кузовом и колесами. Ведущие мосты делятся на конструкции с зависимыми и независимыми подвесками. Поскольку для внедорожников характерно увеличенное передаточное число главной передачи (и тем самым большая ведомая шестерня), для сохранения солидного просвета под ее картером требуется применить колеса с шинами увеличенного диаметра. Здесь возникает еще одно противоречие. Чем больше размер колеса, тем меньшую силу тяги оно обеспечивает при передаче крутящего момента. Если по условиям компоновки дальнейшее увеличение диаметра колеса неприемлемо, просвет недостаточен, мотор слаб, а передаточное число главной передачи все же необходимо увеличить, применяют мосты с колесными редукторами, пренебрегая усложнением конструкции и повышением массы узла. В современных внедорожниках, как правило, передние мосты имеют независимую подвеску, в последнее время ее же выбирают и для задних колес вместо традиционно жесткой балки, подвешенной на пружинах или рессорах.

Задачи подвески

Одна из главных функций подвески — преобразовывать воздействие дороги в допустимые колебания кузова и колес. Кинематика направляющего аппарата подвески должна обеспечивать высокую устойчивость и управляемость автомобиля и, естественно, отвечать особым специфическим требованиям, которые характерны для внедорожников. Конструктор должен обеспечить определенный уровень вертикальных и продольных угловых колебаний машины, допустимое значение поперечного крена, оптимальное перераспределение массы автомобиля на повороте и положение оси крена. Необходимо учесть обязательные «клевки», возникающие при резком торможении или разгоне машины, наконец, определить соотношение между массами подрессоренных и неподрессоренных частей выбранной конструкции.

От подвески зависит эмоциональное состояние и водителя, и пассажиров в кузове. Дело в том, что быстрые и резкие изменения положения тела сильно утомляют. Поэтому при оценке усталости основными параметрами считаются величина вертикального ускорения и частота колебаний в минуту. Безболезненно человек переносит частоту 60 — 80 кол/мин — это частота колебаний при обычной ходьбе и к ней человеческий организм наиболее приспособлен. Учитывая конструктивные особенности автомобиля — массу, тип подвески и амортизаторов, давление воздуха в шинах, эластичность кресел, расположение сидений по отношению к осям передних и задних колес, — разработчики стремятся добиться «естественной» частоты колебаний, желательно в максимально широком диапазоне условий, в которых работает автомобиль. При этом чем больше разница в массе нагруженного и порожнего автомобиля, тем сложнее подобрать характеристики упругих элементов, которые обеспечивали бы равные удовлетворительные параметры подрессоривания.

Рессоры, пружины, торсионы

Современная подвеска состоит из направляющего аппарата (рычаги, стойки, тяги), упругих элементов (пружины, рессоры, торсионы, пневмобаллоны), устройств, гасящих колебания (амортизаторы), и регулирующих систем (регуляторы высоты и крена), если они есть на машине.

Внедорожники в настоящее время производят с самыми различными типами направляющего аппарата и упругими элементами, встречающимися в конструкциях передней и задней подвесок. В случае применения рессор они, как правило, выполняют функции и того и другого, а частично за счет межлистового трения и гасящего устройства. Рессоры подкупают простотой изготовления и обеспечивают благоприятное распределение сил по раме или кузову. Они могут иметь прогрессивно увеличивающуюся жесткость по мере подъема колеса над дорогой, однако обладают и существенными недостатками. Главный из них заключается в том, что между листами рессоры имеется высокое и, кроме того, меняющееся с течением времени трение. Износ листов рессор обычно сопровождается появлением так называемых концентраторов напряжений, и именно они приводят к поломке главных элементов этого узла. В итоге, вопреки бытующему среди некоторых автомобилистов мнению, что рессоры практически вечны, на практике долговечность рессор с учетом стабильности их изначальных характеристик нельзя признать высокой. Значительная металлоемкость этих упругих элементов, большая неподрессоренная масса и недостаточный срок службы объясняют тот факт, что от рессор отказались почти все автомобилестроительные фирмы при разработке новых моделей внедорожников. Кстати, по энергоемкости рессора проигрывает пружине и торсиону почти в четыре раза.

При разработке передней пружинной зависимой подвески жесткую балку моста фиксируют в продольном направлении, как правило, двумя мощными рычагами, а в поперечном мост от смещения удерживает тяга Панара. Такой направляющий аппарат позволяет применить в качестве упругих элементов пружины или пневматические баллоны, полностью освобождая их от нагружения продольными и боковыми силами.

Жесткие балки мостов с пружинной подвеской в силу своей повышенной прочности и ремонтопригодности устанавливают на полноприводные автомобили, рассчитанные на самые тяжелые условия эксплуатации. Заметим, однако, что лучшие проходимость, комфортабельность и управляемость можно получить, только применив независимую подвеску колес.