ПРУЖИНЫ ПОДВЕСКИ И АМОРТИЗАТОРЫ

Глава 4. ПРУЖИНЫ ПОДВЕСКИ И АМОРТИЗАТОРЫ

 

Стойка подвески (Coil-Over Shock Absorbers)

 

Пальчиковый или С-образный ключ для регулировки высоты подвески.

 

Пальчиковый или С-образный ключ для регулировки высоты подвески.

 

Типичный coil-over амортизатор.

 

Регулировочный винт амортизатора.

Типичный coil-over амортизатор.

 

Регулировочный винт амортизатора.

 

Стойка подвески (coil-over shock) включает в себя амортизатор с установленной на нем пружиной подвески. Такое сочетание амортизатора и пружины получило широкое распространение на спортивных автомобилях: стойка компактна, легко монтируется и имеется возможность смены пружин, регулировки высоты подвески и характеристик амортизатора.

Регулировка высоты подвески проводится изменением положения седла пружины (обычно накручиванием по резьбе корпуса амортизатора). Для проведение регулировок высоты подвески обычно нужно иметь два пальчиковых ключа для фиксации контргайки седла пружины и поворота седла. При регулировке высоты подвески автомобиль поднимают на домкрате для снятия нагрузки пружин с седел, что значительно снижает усилие на ключе.

Часто выступы контргайки или седла повреждают при отворачивании их с помощью отвертки или зубила и имея полную нагрузку на пружине или при неослабленной контргайке. Все, что требуется для регулировки высоты подвески, это поднять машину, ослабить контргайку и крутить седла в нужном направлении.

 

Пружины

 

Витая цилиндрическая пружина.

 

При такой конструкции амортизатора обеспечивается регулировка и демпфирующего действия и высоты подвески. Регулировочный винт применяется для установки нужной степени демпфирования. С обоих концов амортизатора установлены шарнирные крепления.

 

Витая цилиндрическая пружина.

При такой конструкции амортизатора обеспечивается регулировка и демпфирующего действия и высоты подвески. Регулировочный винт применяется для установки нужной степени демпфирования. С обоих концов амортизатора установлены шарнирные крепления.

 

 

 

 

Определение жесткости пружины с помощью пресса и линейки. Пружина установлена без сжатия, выбраны только все зазоры.

 

Определение жесткости пружины с помощью пресса и линейки. Пружина установлена без сжатия, выбраны только все зазоры.

 

Определение жесткости пружины с помощью пресса, линейки и весов. Пружина сжата на 30 мм, по весам определяется нагрузка. «X» и «Y» — деревянные проставки.

 

Определение жесткости пружины с помощью пресса, линейки и весов. Пружина сжата на 30 мм, по весам определяется нагрузка. «X» и «Y» — деревянные проставки.

 

Для современных спортивных автомобилей промышленность выпускает много типов амортизаторов. В некоторых случаях амортизатор устанавливается внутри пружины подвески, отдельно.

При таком способе установки если стандартные сёдла пружин не регулируются по высоте возникают проблемы с регулировками, однако можно отрегулировать и высоту подвески и скорость демпфирования, хотя это будет не так просто как в случае с coil-over стойками. Однако принцип работы подпружинивания и демпфирования остается одинаковым в обоих случаях. С точки зрения удобства и простоты регулировок предпочтителен единый узел амортизатор-пружина с регулируемым седлом пружины. Конечно можно изменить элементы подвески или даже тип подвески, подобрав соответствующий комплект coil-over амортизаторов, однако, прежде чем решиться на кардинальные изменения, нужно сначала рассмотреть возможность модернизации подвески в рамках уже имеющейся конструкции. Пружина есть пружина, вне зависимости от того, как она выглядит: витая цилиндрическая, торсионный вал, листовая и т.д. В этой книге мы будем говорить только о витых цилиндрических пружинах подвески, остальные типы рассмотрены кратко, поскольку принцип работы всех пружин одинаков.

С одной стороны пружина не должна быть столь жесткой, что колесо может терять контакт с дорогой, с другой стороны она не должна быть столь мягкой, что кузов автомобиля будет иметь повышенный крен.

Если пружины подвески будут слишком жесткими, автомобиль будет плохо управляться на дороге с неровным покрытием и покажет худший результат в сравнении с таким же автомобилем, подвеска которого соответствовала типу покрытия. Крен кузова в поворотах будет незначительным (до двух градусов). На мягких же пружинах крен может достигать 3÷4 градусов, но при этом колеса не будут терять контакт с дорогой и поглощать неровности. Не следует ставить или слишком жесткие или слишком мягкие пружины.

При езде на жестких пружинах тряска такая сильная, что приходят мысли о полном отсутствии подвески, кроме того, на слегка неровных покрытиях кажется, что автомобиль «всплывает». В этом случае колеса не способны отслеживать неровности дороги, на некоторое время теряют с ней контакт полностью или частично. Машина все еще поддается управлению, но не в такой степени, как хотелось бы. При отрыве от дороги переднего колеса автомобиль управляется одним колесом, что не очень хорошо. Хотя и нет решений, при которых всегда все колеса одинаково прижимаются к земле, нужно подобрать параметры подвески так, чтобы через каждое колесо на дорогу передавалась достаточная прижимная сила.

Пружина считается слишком мягкой, если возникают «пробои» подвески, сопровождаемые ударами подвески о шасси, или при слишком значительных кренах кузова. Когда происходит пробой подвески до ограничителей, автомобиль ничто не поддерживает, кроме шин. В этой ситуации большинство автомобилей становятся совершенно нестабильными в управлении. Усилие пружины в идеале должно быть точно равно величине, при которой предотвращается излишний крен кузова (более 3÷4 градусов). Если Вы, как водитель, предполагаете, что подвеска слишком жесткая для скоростей, на которых идет автомобиль (раскачивание автомобиля, восприятие каждого бугорка и ямки на дороге), то снижение жесткости пружин улучшит положение и почти всегда ведет к улучшению управляемости. Для каждого автомобиля в результате тестов почти всегда удается подобрать оптимальную жесткость пружин подвески для определенных условий движения. Дорожные автомобили обычно не требуют более жестких пружин, чем автомобили, подготовленные для гонок. Использование одного и того же автомобиля в разных типах гонок, как можно предположить, потребует установки пружин с разной жесткостью. Конечно, при установке относительно мягких пружин увеличивается крен кузова, однако его можно держать в допустимых пределах.

На самом деле крен кузова не составляет реальной проблемы до тех пор, пока угол крена не достигнет 5÷7 градусов, что говорит об установке слишком мягких пружин. Если крен кузова при прохождении любых поворотов в любых ситуациях не больше 2÷3 градусов, то пружины подобраны правильно.

Пружины желательно подбирать парами по жесткости для передней и задней подвески. Такое пожелание составляет 95% всех требований к пружинам. Нет гарантий того, что при установке пружины сразу получится желаемая высота подвески. Проблема состоит в том, что пружина усаживается и в некоторый момент при прохождении поворота автомобиль «теряет» подвеску, что совсем нехорошо. Такая ситуация возникает при установке пружины с недостатком несущей способности даже при почти полном сжатии, но с жесткостью, обеспечивающей желаемую высоту подвески. Это всегда легко установить: пружина сжата до половины ее свободной длины и между витками пружины имеется зазор менее 4 мм, что приведет к потере зазора в движении.

Установка слишком мягких пружин приводит к клевкам и повышенным кренам кузова (особенно к клевкам). Водитель обычно знает когда автомобиль идет вниз и когда как бы неожиданно ныряет. Это означает, что будет лучше установить более жесткие пружины только на передней подвеске. Так же более жесткие пружины нужно устанавливать при установке на один и тот же автомобиль более тяжелого двигателя.

Пружины выбирают так, чтобы при полностью заправленном автомобиле минимальный зазор между витками пружин был больше 6,5 мм. Всегда предпочтительнее устанавливать самые мягкие пружины, которые, однако, будут давать крен автомобиля в допустимых пределах. Установка жестких пружин под тем предлогом, что они снижают крен автомобиля и тем самым улучшают управляемость, почти всегда некорректна.

Проверка жесткости пружины обычно проводится по коду изделия или по нанесенным меткам (краской или штамповкой). После проверки кода или меток на соответствие выбранной жесткости, все пружины нужно обязательно проверить на действительную жесткость. Проблема такой проверки заключается только в отсутствии подходящего оборудования. Тем не менее вполне удовлетворительные результаты определения жесткости пружин можно получить с помощью ручного пресса, мерительной линейки и напольных весов (с небольшой погрешностью измерения). Жесткость пружины измеряется в килограммах на сантиметр. Усилие нажатия на пружину определяется по показаниям весов.

ВНИМАНИЕ: такой способ измерения жесткости пружин потенциально опасный — пружина может отлететь на достаточно большое расстояние при внезапном сбросе нагрузки или перекосе оси пружины относительно линии приложения нагрузки, то же относится к деревянным проставочным брускам.

На платформу пресса устанавливаются бытовые напольные весы, на них укладывается брусок дерева толщиной не менее 12 мм с площадью, большей площади торца пружины. На него устанавливается пружина. На верхний торец пружины укладывается второй брусок дерева. Сначала измеряется длина пружины в свободном состоянии. После этого с помощью пресса пружина сжимается на определенную величину, например 30 мм. Снимите показания весов и вычислите жёсткость, например — если показания весов 80 кг, то 80 кг/3 см = 26,7 кг/см. Если ваш пресс оборудован манометром, то результаты измерений в этом случае будут точнее и нет нужды в использовании весов.

ВНИМАНИЕ: при сжатии пружины следите за нагрузкой. Не превышайте нагрузку выше той величины, на которую рассчитаны весы.

Если до сжатия пружины на 30 мм шкалы весов не хватает, сжимайте пружину до 15 мм. Конечно, описанный метод измерения жесткости далек от идеала, но все же точность определения жесткости пружины вполне приемлема. Если позволяет шкала весов, можно определить жесткость при нескольких состояниях сжатия пружины (определить линейность или наоборот, нелинейность характеристики пружины).

Так в Англии принята маркировка жесткости пружин, определяемая при сжатии на 1 дюйм. Например, если на пружине указано число 180, это значит что для сжатия пружины на 1 дюйм (25,4 мм) потребуется приложить усилие в 180 фунтов (около 80 кг).

Примечание переводчика: в России принята метрическая система мер. Если Вы пользуетесь запасными частями, изготовленными по имперской системе мер (дюймы и фунты), придется заниматься арифметикой для перевода одних мер в другие. Всегда обращайте внимание на единицы измерений.
Дюймы × 25,4 = миллиметры
Миллиметры × 0,0394 = дюймы
Фунты × 0,454 = килограммы
Килограммы × 2,205 = фунты


Подрессоренные и неподрессоренные массы

 

Общий вес автомобиля 880 кг. 400 кг неподрессоренной массы действует на передний мост и 300 кг на задний. Далее вес распределяется поровну между колесами одного моста, т.е. на каждое переднее колесо приходится 200 кг, на каждое заднее 150 кг. Компоненты неподрессоренных масс в сумме составляют 180 кг. Подрессоренная масса никогда не равна полной массе автомобиля.

 

Общий вес автомобиля 880 кг. 400 кг неподрессоренной массы действует на передний мост и 300 кг на задний. Далее вес распределяется поровну между колесами одного моста, т.е. на каждое переднее колесо приходится 200 кг, на каждое заднее 150 кг. Компоненты неподрессоренных масс в сумме составляют 180 кг. Подрессоренная масса никогда не равна полной массе автомобиля.

 

Каждый автомобиль имеет общую подрессоренную массу, которая распределяется по отдельным колесам автомобиля. На колеса одного моста вес должен быть распределен поровну. Вес, приходящийся на передний и задний мосты, конечно, может быть разным. В статике распределение веса на колеса пропорционально общей массе автомобиля. В данной книге описываются базовые методы распределения веса по отдельным колесам.

Для прояснения ситуации общий вес автомобиля разбивается на подрессоренную и неподрессоренную массу. К неподрессоренным массам относятся колеса, тормозные суппорты, колесные ступицы, оси ступиц, часть поперечных рычагов подвески, пружины и амортизаторы подвески, балка заднего моста зависимой подвески, часть приводных валов.

Заметим, что нет необходимости знать абсолютное значение подрессоренной и неподрессоренной массы. Точные регулировки распределения веса могут быть проведены в относительных единицах, хотя часто используют и абсолютные шкалы. Методы регулировок, описанные в данной книге, не требуют знания абсолютного веса автомобиля, при желании каждый может ввести абсолютные величины в своих собственных целях.

 

Амортизаторы

 

Регулировочный винт амортизатора.

 

Регулировочный винт амортизатора.

 

Амортизаторы предназначены для гашения колебаний кузова и колёс автомобиля, путём перевода механической энергии колебаний в тепловую (в настоящее время за счёт жидкостного трения). Ход амортизатора всегда должен слегка превышать полный ход подвески.

При выбранной высоте подвески амортизатор в статике должен находится в середине полного хода. Это делается по понятным причинам: амортизатор должен иметь равные хода отбоя и сжатия в соответствии с ходами подвески. При покупке амортизаторов всегда проверяйте соответствие его хода Вашим требованиям. Если имеющийся амортизатор в статике находится не на середине хода (при правильной геометрии подвески), нужно соответствующим образом переместить верхнюю или нижнюю опоры амортизатора, как это сделать, решается отдельно в каждом конкретном случае.

Все примеры, приводимые в данной книге, относятся к телескопическим амортизаторам, но, как уже отмечалось, назначение любого типа амортизатора одно и то же, поэтому все рассуждения будут верны и для других типов амортизаторов.

При жестких амортизаторах машина не будет управляться так хорошо, как она может, поскольку колеса не будут отслеживать профиль дороги, а вы будете чувствовать каждую кочку. Между слишком большой и слишком малой степенью демпфирования лежит очень узкая зона золотой середины. Амортизаторы управляют скоростью изменения положения кузова (например, креном), но полностью это перемещение не устраняют, чаще встречаются случаи отсутствия управления. Многие типы амортизаторов не имеют регулировок и часто слишком мягкие для установки на спортивный автомобиль.

Амортизаторы устанавливаемые на большинство спортивных автомобилей, имеют простой узел регулировки характеристики, например регулировочный винт. В каждом случае изготовитель амортизатора приводит инструкцию по проведению регулировок характеристик демпфирования.

Если амортизатор имеет регулировки, сначала установите минимальное сопротивление перемещению штока для обеспечения наиболее плавного движения автомобиля с наилучшими характеристиками управляемости. Установите все четыре амортизатора с минимальным сопротивлением. Проверьте соответствие хода амортизатора ходу подвески и проведите тестовые заезды. Затем установите у всех амортизаторов средние регулировки жесткости: подвеска должна стать заметно жестче, но еще не переходить за точку отсутствия комфортности. Крен кузова также становится заметно слабее. Наконец, установите максимальную жесткость всех амортизаторов: подвеска станет очень жесткой с очень незначительными перемещениями, езда становится некомфортной. После проведения всех трех тестов, Вы определите влияние каждой регулировки амортизаторов. Затем, в зависимости от назначения автомобиля и стиля вождения, понемногу уменьшают сопротивление амортизатора до нужной величины.

Если установить слишком мягкие амортизаторы, автомобиль будет иметь тенденцию к увеличению крена (видимые наклоны кузова) в поворотах и повышенные хода подвески при движении по дороге со средним уровнем неровностей. В этом случае амортизаторы не управляют работой пружин подвески, для возвращения контроля над подвеской нужно увеличить сопротивление амортизаторов. Регулировки амортизаторов должны обеспечить минимальное, но достаточное для управления подвеской во всех ситуациях, сопротивление перемещению штока. Настройки амортизаторов по осям автомобиля могут быть разными, но регулировки на одной оси всегда должны быть одинаковыми. Итак, на спортивный автомобиль должны быть установлены амортизаторы с минимально достаточной величиной сопротивления для демпфирования действия пружин подвески. Слишком маленькое сопротивление амортизаторов приводит к нестабильному поведению автомобиля и слишком большим ходам подвески.

Никогда не устанавливайте амортизаторы с такой жесткостью, при которой колеса перестают отслеживать профиль дороги: на колеса действует меньшая прижимная сила и, что еще хуже, может возникнуть полная потеря контакта колеса с дорогой. В этом случае совершенно необходимо уменьшить жесткость регулировок.

Для обеспечения наилучшей управляемости все колеса автомобиля должны иметь постоянный контакт с дорогой (что не всегда достижимо) и колеса должны занимать правильное положение относительно дороги во всех ситуациях.

Если на автомобиле установлены слишком мягкие пружины подвески, иногда делаются попытки компенсации недостатка жесткости пружин установкой жестких амортизаторов. Это может привести к плохому прохождению затяжных поворотов большого радиуса с нарастанием крена из-за медленного сжатия амортизаторов. В таких ситуациях основным параметром регулировки является жесткость пружины, но не характеристика амортизатора.