Устройство и принцип работы торсионной подвески

В конструкциях современных независимых подвесок наряду с пружиной или пневмобаллоном в качестве основного упругого элемента может также применяться и торсион (torsion – кручение, в переводе с французского). Торсионная подвеска обеспечивает автомобилю ряд преимуществ, главными из которых являются высокая плавность хода и компактность подвески. Однако ее существенные недостатки в виде худшей управляемости и валкости автомобиля не позволяют применять торсионы в основной массе современных легковых автомобилей.

История появления

Торсионная подвеска начала применяться еще с середины 1930-х годов на автомобилях французской марки Citroen. В 1940-х торсионы использовались на гоночных автомобилях Porsche.

Впоследствии их применяли и многие другие автопроизводители. Например, Renault, ЗиЛ и Chrysler. Применение торсионной подвески было обусловлено в первую очередь хорошими показателями плавности хода и простотой конструкции.

Что такое торсион?

Устройство торсиона представляет собой металлический вал или стержень, работающий на скручивание в одном направлении. В поперечном сечении торсион может быть круглым или квадратным, реже пластинчатым – состоящим из нескольких слоев, совместно работающих на кручение.

Один из концов торсиона жестко прикреплен к несущему рычагу подвески посредством шлицевого соединения, второй аналогичным образом фиксируется на кузове или раме автомобиля. Ось вращения рычага и ось закручивания торсиона находятся на одной линии. Обладая рассчитанным сопротивлением к скручиванию под нагрузкой, торсион удерживает вес автомобиля и обеспечивает эффективное упругое соединение подвески и кузова при перемещениях рычага. Принцип работы торсиона используется также в стабилизаторе поперечной устойчивости при противоположных ходах подвески одной оси.

Сплав стали, из которого изготавливается торсион, обладает высокими характеристиками упругости и выносливости, способен выдерживать длительные нагрузки без ухудшения своих свойств. Длина и толщина вала также влияет на рабочие характеристики и мягкость подвески. Для защиты от ржавчины и разрушения поверхность торсиона покрывают специальным антикоррозийным составом, либо прорезиненным покрытием.

Принцип работы торсионной подвески

Торсионная подвеска работает аналогично пружинной, рессорной или пневматической. В качестве пружинного элемента выступает стальной стержень – торсион. При работе подвески на торсион передается усилие от несущего рычага, заставляющее стержень скручиваться до определенного предела. После этого упругий элемент возвращается в исходное состояние, выравнивая и положение рычага.

Виды торсионных подвесок

Передняя независимая торсионная подвеска на поперечных рычагах

Передняя торсионная подвеска на поперечных рычагах (один или два в зависимости от конструкции) состоит из следующих элементов:

• Продольно расположенный торсион, работающий на скручивание и заменяющий пружину.
• Воспринимающий основную нагрузку нижний или верхний рычаг, посредством которого происходит передача усилия на торсион.
• Демпфирующий элемент – амортизатор, выполняющий функцию гашения колебаний. , компенсирующий крены кузова при движении.

Компактность передней торсионной подвески на поперечных рычагах позволяет эффективно использовать свободное пространство. Например, для установки массивных приводов колес. В связи с этим торсионы получили распространение при производстве рамных внедорожников, сочетающих повышенную проходимость с мягкостью подвески. Например, Toyota Land Cruiser 100 (крепление торсиона к нижнему рычагу) и Toyota Hilux Surf (торсион на верхнем рычаге). Также торсионы применяются на передней оси коммерческих автомобилей.

Задняя независимая подвеска с поперечным расположением торсионов

В конструкциях задних подвесок с продольным расположением рычагов торсионы устанавливаются поперечно. Легендарный французский автомобиль Renault 16, выпускавшийся до 1990-х годов, оснащался передней подвеской с продольно расположенными торсионами, а задней – с поперечно.

Особенностью упругих элементов задней подвески было их расположение – один находился позади другого, что конструктивно влекло разность в колесной базе по сторонам автомобиля (одно из колес находилось ближе к переднему на несколько сантиметров). Управляемость и устойчивость автомобиля оставляла желать лучшего, однако именно компактность торсионной подвески позволила значительно увеличить объем багажного отделения, что в значительной степени определило популярность модели. В настоящее время подобная схема подвески автопроизводителями не применяется.

Полузависимая задняя торсионная балка

Полузависимая торсионная балка U-образного сечения, имеющая в составе интегрированный упругий стержень, становится более прочной на изгиб. При этом она позволяет колесам одной оси незначительно перемещаться друг относительно друга при проезде неровностей. Этим достигается улучшение управляемости и устойчивости автомобиля. Данная подвеска применяется на задней оси большинства бюджетных переднеприводных автомобилей.

Преимущества торсионной подвески

• Высокая плавность хода.
• Компактность и малый вес.
• Высокая ремонтопригодность.
• Простота и надежность конструкции.

Недостатки торсионной подвески

• Сложность производства торсионов.
• Посредственная управляемость автомобиля.

В настоящее время передняя независимая подвеска, где в качестве упругих элементов устанавливаются торсионы, применяется при производстве грузовиков и внедорожников, не предназначенных для динамичной езды. Кроме этого, торсионная подвеска успешно используется в конструкциях шасси танков и другой специальной гусеничной техники.

Торсионная подвеска: как устроена, для чего нужна?

Для комфортной езды по неровным дорогам необходима упругая связь между колесами и кузовом автомобиля. Одним из способов обеспечения такой связи является применение торсионной подвески. Её активно используют в автомобилестроении благодаря компактности, простоте конструкции и высокой надежности.

Торсионная подвеска — что это такое?

Торсион представляет собой вал, изготовленный из специальной пружинящей стали, обработанной термически. К сплаву предъявляются весьма жесткие требования. Он должен выдерживать продолжительные нагрузки, не теряя при этом свои первоначальные свойства. От этого зависит надежность и долговечность подвески в целом. Для уменьшения негативного воздействия внешней среды торсион покрывают антикоррозийным составом и краской. Наиболее защищены от появления ржавчины валы, которые покрыты прорезиненным составом.

Во время преодоления автомобилем неровностей торсионы работают на скручивание в одном направлении. В зависимости от конструктивных особенностей они бывают:

• круглые;
• квадратные;
• прямоугольные;
• набранные из нескольких слоев металла.

Концы торсиона жестко крепятся к:

• несущему рычагу;
• кузову или раме автомобиля (в зависимости от конструкции).

Фиксация происходит посредством шлицев. Крепление к кузову может быть реализовано при помощи профиля, отличного от круглого. Для нормальной работы подвески ось вращения рычага и ось торсиона должны лежать на одной линии.

Сопротивление скручиванию рассчитывается таким образом, чтобы торсион удерживал вес автомобиля, но при этом позволял двигаться рычагу, обеспечивая упругое соединение колес с кузовом. На жесткость подвески влияют форма, упругость сплава, длина и прочие рабочие характеристики торсиона.

Устройство и принцип работы

На рисунке ниже изображена торсионная подвеска, принцип работы которой заключается в защите кузова автомобиля от чрезмерных нагрузок, передаваемых от колес, путем их гашения пружинящим валом. В процессе преодоления автомобилем неровности дорожного покрытия торсион скручивается, обеспечивая максимальную плавность хода. По завершении переезда через помеху торсион возвращается в исходное положение.

Нагрузка равномерно распределяется по всему механизму. По принципу действия это похоже на пружину — но при этом торсион демонстрирует лучшую эффективность.

Устройство торсионной подвески предполагает постоянное наличие напряжения скручивания на упругом валу во время действия сил поднятия‐опускания на колесо. Поэтому отсутствие деформационных изменений в торсионе является главным требованием к изделию.

Виды подвесок

Есть 2 варианта расположения торсионов:

Поперечное расположение торсионного вала нашло свое применение в легковом транспорте. Обычно данного вида подвеска используется в автомобилях с задним приводом. Ее особенностью является размещение валов вдоль кузова машины.

Продольные торсионы применяются на больших, тяжелых грузовиках. Были попытки использовать их и на легковом транспорте, но широкого распространения эта практика не получила.

На данный момент в автомобилестроении используются подвески 3‐х основных конструкций:

1. Передняя независимая с использованием поперечных валов.
2. Задняя независимая с поперечными торсионами.
3. Полузависимая задняя.

Передняя независимая

Передняя независимая торсионная подвеска включает в себя следующие элементы:

• Продольно расположенный торсион. Обеспечивает высокую плавность хода.
• Рычаг. Передает усилие и вызывает скручивание торсиона.
• Амортизатор. Служит для гашения колебаний, возникающих в ходовой части автомобиля.
• Стабилизатор поперечной устойчивости. Минимизирует крен кузова машины во время движения. Улучшает управляемость автомобиля.

Передняя независимая торсионная подвеска применяется на тяжелых внедорожниках. За счет этого освобождается место для мощного привода колес.

Задняя независимая

Поперечные торсионы задней подвески устанавливаются в паре с продольными рычагами. Пример конструкции приведен на изображении ниже.

Интересным примером автомобиля с поперечными торсионными валами и продольными рычагами является Renault 16. Машина имеет различную колесную базу справа и слева. Расстояние между передним и задним колесами справа и слева отличается на несколько сантиметров. Причиной такого инженерного решения является последовательное расположение валов один за другим. Это слегка ухудшило управляемость автомобиля, но позволило увеличить багажное отделение.

Полузависимая задняя

В основе подвески данного типа лежит торсионная балка, которая имеет U‐образную форму. Продольные рычаги располагаются по одному с каждой стороны. Балка соединяет их между собой. Рычаги крепятся одной стороной к кузову, а второй к ступице колеса.

Балка хорошо сопротивляется изгибу. При этом ее форма абсолютно не мешает ей скручиваться. Колеса могут немного перемещаться в вертикальной плоскости относительно друг друга. Расположение торсионной балки можно посмотреть на рисунке ниже.

Полунезависимая подвеска используется в бюджетных машинах с передним приводом. Обусловлено это простотой конструкции и низкой ценой таких машин.

Плюсы и минусы применения торсионов

Торсионная подвеска имеет свои достоинства и недостатки. Преимуществами торсионной подвески являются:

• плавность хода авто;
• возможность регулировки высоты, благодаря чему легко изменить дорожный просвет;
• компактность и простота;
• хорошая ремонтопригодность;
• меньшая нагрузка на подшипники колес;
• надежность.

• большая зависимость жесткости подвески от качества торсионов;
• сложность изготовления упругих валов;
• управлять автомобилем сложно — повороты осуществлять слишком просто.

Заключение

Торсионная подвеска активно применяется в тяжелой технике, внедорожниках, а также в автомобилях бюджетного сегмента. Ее простота, надежность, долговечность и отменные прочие эксплуатационные характеристики позволили использовать ее на транспортных средствах, не требующих хорошей управляемости на высокой скорости, так как для спортивной, динамичной езды такого типа подвеска, к сожалению, совсем не подходит.

Торсионная подвеска – для чего нужна, как работает и где применяется

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

Во многих автомобилях используются независимые системы подвесок, в которых вместо пружины или пневмобаллона установлен торсион. Подобная конструкция предоставляет ряд плюсов, среди которых – повышенная мягкость и легкость ходовой части. Но присутствуют и отрицательные качества, такие как ухудшение маневренности и валкость транспортного средства. Разберемся, что являет собой торсионная подвеска, как она устроена и для каких целей применяется.

1. История появления

Нынешний прототип ходовой на базе торсионной балки появился в результате многолетней работы по усовершенствованию конструкции, изготовленной для Volkswagen Beetle в 30-х гг. прошлого века. Инженер из Чехии Ледвинка внес корректировки в торсион и начал устанавливать его на машины марки Tatra.

Официальные факты серийного использования торсионной подвески появились еще в 1930-х гг. Ее можно было встретить на моделях французского концерна Citroen. Спустя 10 лет торсионы появились на болидах и спорткарах Porsche. Знаменитый инженер из Австрии быстро оценил главное преимущество таких деталей для гоночного транспорта – небольшой вес.

В военное время торсионы эксплуатировались в служебных автомобилях и спецтехнике. Например, на базе такой конструкции производились немецкие «Пантеры» и «КВ» советского производства. После благополучных испытаний в бою системы распространились по всему миру.

Их неоднократно выбирали и другие известные концерны, включая Renault, Chrysler и даже отечественный ЗИЛ. Основными аргументами в пользу описанного типа ходовой стали лучшие параметры плавности и более простое обслуживание из-за примитивного устройства.

2. Как устроен торсион

Торсион изготовлен в виде стержня или вала из металлического сплава, который работает на скручивание в одном положении. В разрезе изделие имеет круглое или квадратное сечение (в редких случаях встречаются пластинчатые изделия, выполненные из определенного количества слоев).

Один конец торсиона удерживается на рычаге с помощью шлицевой фиксации. Вторая часть – идентичным способом на раме или кузове. Ось вращения и закручивания торсиона расположены на одной линии. Торсион имеет грамотно подобранное сопротивление к скручиванию, из-за чего уверенно выдерживает массу машины, гарантируя стабильное упругое соединение кузова и подвески при смещении рычага.

Принцип действия торсиона задействован и в стабилизаторах поперечной устойчивости. Для изготовления конструкции применяют высокопрочные сорта стали, обладающие повышенной стойкостью к нагрузкам без потери начальных свойств. На рабочие параметры и плавность подвески влияют толщина и длина вала. С целью защиты поверхности от ржавчины ее обрабатывают специальным веществом или наносят слой резины.

Чтобы торсион имел пружинящие свойства при скручивании, материал его изготовления проходит особую термическую обработку. В результате он становится устойчивым к повышенным крутящимся напряжениям и выдерживает большие углы закручивания без деформации.

На отдельных моделях авто торсионная подвеска позволяет автоматически выравнивать положение машины с внедрением силового агрегата, стягивающего балки для повышения жесткости с учетом специфики движения и состояния покрытия.

Системы с изменяемой высотой удобны при замене колесных покрышек или дисков, поскольку подъем кузова осуществляется с помощью трех колес, а четвертое поднимается самостоятельно без применения домкрата.

3. Основные разновидности торсионных подвесок

В автомобильной индустрии применяется три типа подвесок на базе торсиона:

4. Достоинства и слабые стороны торсионной подвески

Размещение балки под конструкцией кузова бывает поперечным и продольным. Второй вариант распространен на крупногабаритной и увесистой технике. На легких моделях более востребованы компактные торсионы задней подвески. В двух случаях они решают такие задачи:

Подвески с поперечным расположением балки имеют ограничения по длине на фоне ширины колеи автомобиля. Их рабочие концы соединены по бокам с рычагами ходовой части. Из-за этого плавность хода становится ограниченной. В свою очередь, у продольных конструкций нет жестких ограничений по длине, поэтому их мягкость сопоставима с мягкостью пружин и рессор. Также продольные конфигурации имеют улучшенные технологические параметры для крупногабаритных кузовов.

Среди основных достоинств торсионной подвески следует выделить:

Работы по обслуживанию заключаются в подтягивании крепежных элементов. Это можно сделать с помощью одного гаечного ключа. Но не стоит руководствоваться правилом: чем сильнее, тем надежнее. Чрезмерная затяжка крепежей может привести к повышению жесткости ходовой части.

Что касается недостатков конструкций на торсионных балках, то к ним относят следующие пункты:

Для предотвращения подобных неприятностей необходимо регулярно смотреть под днище автомобиля и проводить обслуживание. Обычно автовладельцу достаточно менять сальники или подшипники. Если проблема усугубилась, придется ремонтировать или устанавливать новую балку, поскольку поврежденные подшипники вызывают развальцовывание посадочных мест и нарушение развала. Средний ресурс этих компонентов составляет 60-70 тыс. км пробега.

К основным причинам, которые ограничивают сферы эксплуатации торсионных подвесок, относят технологические сложности по производству полностью независимых конструкций с повышенным уровнем комфорта. Тем не менее, торсионная балка позволяет сконструировать свободную подвеску, особенно если на ее концах закреплены вращающиеся рычаги для амортизации.

Это обеспечивает независимость колес и повышенную плавность хода. Система незаменима на крупногабаритных и увесистых авто типа Peugeot 405 и Renault Laguna. Если речь идет о более легких моделях, то установка торсиона не оправдывает себя.

На фоне технологического прогресса и появления на рынке разных типов подвесок, торсионные модели потеряли прежний спрос. Встретить их на пассажирских авто – настоящая редкость, что связано с высокой стоимостью производственного процесса и рядом ограничений по эксплуатации. Основные сферы применения торсионов – грузовой транспорт и внедорожники фирм General Motors, Ford, Dodge, Mitsubishi.

Источник https://techautoport.ru/hodovaya-chast/podveska/torsionnaya-podveska.html

Источник https://ddcar.ru/blog/poleznoe/torsionnaya-podveska-kak-ustroena-dlya-chego-nuzhna

Источник https://novate.ru/blogs/221221/61618/