РазноеТорсион что это такое – устройство и принцип работы, плюсы и минусы

Торсион что это такое – устройство и принцип работы, плюсы и минусы

Содержание

принцип работы торсионов, виды, плюсы и минусы

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:

  • поперечно;
  • продольно.

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 креп

ddcar.ru

Торсионная подвеска — это… Что такое Торсионная подвеска?

Торсион квадратного сечения Barre de torsion.png

Торсионная подвеска — подвеска, рабочими элементами которой являются торсионы (упругие стержни, работающие на кручение). Используются стержневые торсионы круглого или квадратного сечения, реже пластинчатые — набранные из некоторого числа пластин пружинной стали, совместно работающих на закручивание.

Расчёты

Стержень, используемый как упругий элемент, который работает на скручивание, называется торсионом. Касательные напряжения , возникающие в условиях кручения, определяются по формуле:

,

де r — расстояние от оси кручения.

Очевидно, что касательные напряжения достигают наибольшего значения на поверхности вала при и при максимальном крутящем моменте , то есть

,

де Wp — полярный момент сопротивления.

Это даёт возможность записать условие прочности при кручении в таком виде:

.

Используя это условие, можно или по известным силовым факторам, которые создают крутящий момент Т, найти полярный момент сопротивления и далее, в зависимости от той или иной формы, найти размеры сечения, или наоборот — зная размеры сечения, можно вычислить наибольшую величину крутящего момента, которую можно допустить в сечении, которое в свою очередь, позволит найти допустимые величины внешних нагрузок.

avec (barre pleine)

ou (tube)

Торсионы в подвеске бронетехники

.

\tau = \frac {16 \,d_e \,Mt}{\pi (d_e^4-d_i^4)}
\tau = \frac {16 \,d_e \,Mt}{\pi (d_e^4-d_i^4)} Ходовая часть танка Т-40 являлась новаторской в советском танкостроении — впервые (вместе с тяжёлым танком КВ-1) на серийной машине применили индивидуальную торсионную подвеску.

Торсионы подвески выполняют, как правило, в виде сплошного или полого круглого вала. Торсионы другого сечения распространения не получили.

Для соединения торсиона с другими деталями на его концах выполняются головки, как правило, со шлицами треугольного, трапециевидного и реже прямоугольного профиля. В танке Pz. V «Пантера» для соединения применялись головки с лысками и клиновидный болт.

Для обеспечения достаточной прочности, головки торсиона выполняются диаметром больше диаметра основного стержня, при этом d/D = 0.6…0.8 (d — диаметр рабочей части стержня, D — внутренний диаметр шлицов). В реальных конструкциях это значение колеблется от 0.54 до 1.0, последнее значение имел, например, итальянский лёгкий танк L6/40 Удобство монтажа обеспечивается разным диаметром головок (внутренняя меньше наружной), а также отверстием с резьбой для съёмника на внешнем торце торсиона.

\tau = \frac {16 \,d_e \,Mt}{\pi (d_e^4-d_i^4)}

Для более точной установки торсиона на требуемый угол закрутки при его монтаже, а также при устранении осадки торсиона вследствие накопления остаточной деформации, число зубьев на головках выполняют разным. В этом случае минимальный угол перестановки можно определить так:

φmin = 360 (z2 — z1) / z2·z1,

   где z2 и z1 — число зубьев на головках торсиона.

Например, минимальный угол перестановки для торсиона танка Pz.III с числом зубьев на головках 45 и 44 будет составлять примерно 0.18º; для торсиона танка Т-72 с числом зубьев 52 и 48 — примерно 0.58º. В случае же равного числа зубьев на головках, точная регулировка требуемого угла закрутки торсиона практически невозможна. Так для танка L6/40 с числом зубьев 40 на каждой головке угол перестановки торсиона составляет 9º. Крепление торсионов, выполненное по типу танка Pz.V, вообще исключает возможность регулировать подвеску в процессе эксплуатации.

Торсионы выполняют из хромистых или кремниевых сталей с содержанием углерода 0.45-0.65 %, хрома 1-1.5 %, с добавлением ванадия, никеля, молибдена и других легирующих элементов. Легированная сталь, используемая в торсионных валах, обладает высокой усталостной прочностью и упругостью, как правило, это сталь типа 45ХНМФА.

Термическая обработка хромистых сталей состоит обычно из закалки при температуре 800—860ºС с последующим отпуском при температуре 400—500ºСДля повышения усталостной прочности торсионов впадины шлицов обрабатываются накаткой роликами. Рабочая поверхность вала подвергается дробеструйной обработке или накатке роликами, это создаёт упрочнённый поверхностный слой (наклёп) и значительно повышает усталостную прочность торсиона.

Для повышения динамических свойств, воспринимаемой нагрузки и максимального угла закрутки торсион подвергают заневоливанию. Эта технологическая операция является последней среди операций механической и термической обработки. Операция заневоливания заключается в закрутке горячего торсиона за предел его упругого состояния и выдерживании в таком положении некоторое время. При этом в поверхностных слоях возникают пластические деформации, а в сердцевине упругие. После разгрузки торсиона сердцевина, стремясь освободиться от напряжений и вернуться в исходное состояние, встречает сопротивление пластически деформированного поверхностного слоя. Остаточные напряжения, полученные при заневоливании, позволяют повысить рабочую нагрузку и угол закрутки торсиона в эксплуатации. В некоторых случаях, как это делается для торсионов Т-72, торсион подвергается двойному заневоливанию.

Рабочая закрутка заневоленных торсионов должна совпадать с направлением закрутки при заневоливании. Поэтому заневоленные торсионы левого и правого бортов невзаимозаменяемы и соответствующим образом маркируются (как правило на торце торсиона буквами «Л» и «П»). Для предотвращения поломки торсионов в результате механических повреждений или коррозии рабочей поверхности вала его после окончательной механической и термической обработки покрывают специальным лаком, а иногда и прорезиненной тканью (M46) или изолентой (Т-64, Т-72).

В связи с проектом по «большой» модернизации танка Т-34 в СССР вопрос о разработке подвески, был поднят ещё в сентябре 1940 года. 19 ноября 1940 года постановление Комитета обороны № 428 обязало НКСМ и НКО к 1 января 1941 года предоставить предложения о переходе на производство танков Т-34 с новой ходовой частью с торсионной подвеской. Разработанный КБ завода № 183 проект торсионной подвески предусматривал использование существующих катков и балансиров. За счёт её применения объём боевого отделения увеличивался на 20 %, что позволило увеличить запас топлива до 750 литров и разместить его в трансмиссионном отделении. При этом масса самой подвески снижалась на 300—400 кг[1].

Однако начало Великой Отечественной войны отодвинуло планы по модернизации танка на несколько лет. Торсионная подвеска появилась на танке Т-44, явившемся глубокой модернизацией Т-34.[2]

В Великобритании параллельно с пружинами установили телескопические гидравлические амортизаторы, благодаря чему была устранена склонность подвески Кристи к продольным колебаниям корпуса, значительно повысилась плавность хода.

Торсионы в автомобильных подвесках

Стабилизатор поперечной устойчивости по сути представляет собой работающий на кручение торсион, предназначенный для создания сопротивления крену автомобиля. Закрепляется в ступичном узле левого колеса, далее проходит в направлении движения до шарнирного узла крепления к кузову, далее в латеральном направлении к противоположному борту автомобиля, где крепится зеркально аналогично первому борту. Отрезки торсиона, проходящие в направлении движения, работают как рычаги при работе подвески в вертикальном направлении.

В качестве упругих элементов используются продольно расположенные торсионы — работающие на скручивание стержни.

Торсионы могут располагаться как продольно (в этом случае они служат одновременно и осями поперечных рычагов в параллелограммной подвеске, как правило нижних), так и поперечно (во втором случае каждый из них может быть уподоблен принципу действия стабилизатору поперечной устойчивости в традиционной подвеске, с той разницей что поперечные торсионы имеют с одной стороны неподвижное крепление, а стабилизатор закреплён лишь на рычагах подвески, в точках же крепления к раме или кузову он может свободно проворачиваться, поэтому стабилизатор и не работает при сжатии или отбое подвески одновременно с двух сторон — только при разноимённом ходе противоположных колёс)

Спортивный автомобиль сороковых годов. торсионная балка располагалась поперечно и была жёстко закреплена на раме

Такая передняя подвеска использовалась на многих автомобилях фирм Packard, Chrysler и Fiat начиная с пятидесятых годов, советских легковых ЗИЛ и некоторых моделях французской фирмы Simca, созданных в годы сотрудничества с «Крайслером» (например Simca 1307).

Характеризуется высокой плавностью хода, компактностью (что например позволило на «Симке» разместить между рычагами приводы передних колёс).

\tau = \frac {16 \,d_e \,Mt}{\pi (d_e^4-d_i^4)} Передняя подвеска VW Beetle в разрезе Подвеска на продольных торсионах. Citroen, 1935 год.

Торсионы получили достаточно широкое распространение на малолитражных автомобилях 1950-х — 1960-х годов благодаря компактности и относительной простоте изготовления.

Как правило, на них торсионная балка (или балки) располагалась поперечно и была жёстко закреплена на раме, в этом случае подвеска конструктивно подобна описанной выше танковой. К концам торсиона (торсионов) крепились продольные качающиеся рычаги, соединённые с колесом непосредственно или с поворотным кулаком при помощи шкворневого узла или шаровых опор.

На автомобиле «Запорожец» и мотоколяске С-3Д так была выполнена передняя подвеска; использовались две торсионные балки квадратного сечения, заключённые в стальные трубы и расположенные одна над другой, к концам которых крепились продольные рычаги подвески. Этот тип подвески («система Порше») был разработан немецким инженером Фердинандом Порше и впервые был использован на автомобиле «Фольксваген Жук», а также ранних моделях «Порше».

\tau = \frac {16 \,d_e \,Mt}{\pi (d_e^4-d_i^4)} Renault 16 любопытен тем, что из-за использования двух расположенных по одному на борт торсионов у него была разная колёсная база справа и слева, так как один из торсионов конструктивно был расположен позади второго.

На многих французских автомобилях похожую конструкцию, но с одним торсионом (или двумя по одному на борт) имела и задняя подвеска, примеры — Renault 4, Renault 16 и другие; последний любопытен тем, что из-за использования двух расположенных по одному на борт торсионов у него была разная колёсная база справа и слева, так как один из торсионов конструктивно был расположен позади второго — рисунок. Этот вариант подвески был распространён во Франции до 1980-х и даже 1990-х годов благодаря возможности сделать совершенно ровный пол между рычагами, что было выгодно для очень популярных там автомобилей с кузовами «хетчбэк» и «универсал».

Поперечные торсионы использовались и на всех моделях автомобиля ЛуАЗ.

Подвеска с продольно расположенными цилиндрическими торсионами применялась, как правило, на сравнительно больших и тяжёлых легковых автомобилях — таких, как Imperial (США, 1957-75), Packard 1955-56 годов или представительские модели ЗИЛ (−114, −117, 4104), — но также и на сравнительно компактных: Fiat 130, Renault 4, Simca 1307, Morris Marina, Alfa Romeo (Giulietta, GTV, 75).

По конструкции она обычно соответствовала обычной подвеске на двойных поперечных рычагах, но вместо пружин в ней использовались торсионы, в большинстве случаев соединённые с нижними рычагами и одновременно с этим играющие роль их осей. По сравнению с пружинной подвеской, торсионная этого типа позволяла добиться более высокой плавности хода и управляемости.

На автомобилях Packard специальные электроприводы изменяли угол закрутки торсионов, что позволяло задолго до появления гидропневматических и пневматических подвесок (вроде устанавливаемых на лоурайдеры или автомобили «Ситроен») «на ходу» регулировать дорожный просвет — для тех лет это была очень смелая идея (к сожалению, в конкретной реализации на «Пэкардах» уровень надёжности этого узла совершенно не соответствовал уровню его новизны).

При длительной эксплуатации подвесок с продольными торсионами был выявлен серьёзный недостаток такой конструкции, связанный с уязвимостью низко расположенных креплений торсионов для коррозии.

На Fiat 130 и Porsche 911 продольные торсионы использовались в подвеске типа Макферсон. (В редких случаях в качестве упругого элемента в подвеске макферсон может использоваться не пружина, а торсион. Пример такой подвески — передняя на «Порше 911»[3].

Кроме того, на некоторых автомобиля концерна «Крайслер» существовал и тип подвески, в котором в паре с двойными поперечными рычагами использовались поперечные торсионы, что позволяло добиться большей компактности; по своему расположению и действию они были отчасти подобны «половинке» стабилизатора поперечной устойчивости в обычно подвеске, с одним из концов прикреплённым к нижнему рычагу подвески, а вторым — неподвижно закреплённым на раме или подрамнике кузова (схема).

подвеска автомобиля на двойных продольных рычагах

В этой подвеске с каждой стороны имеется по два продольных рычага. Как правило такая подвеска применялась на передней оси сравнительно малоскоростных заднемоторных автомобилей — характерными примерами её использования являются «Фольксваген Жук» и первые поколения «Фольксваген Транспортер», ранние модели спорткаров «Порше», а также мотоколяска С-3Д и «Запорожец».

Все они имели по сути общую конструкцию (так называемая «система Порше», в честь изобретателя) — в качестве упругих элементов применялись расположенные друг над другом поперечные торсионные валы, соединяющие пару рычагов, причём торсионы были заключены в образовывавшие поперечину подвески трубы (у поздних моделей «Запорожца» помимо торсионов в качестве дополнительных упругих элементов применялись также цилиндрические витые пружины, расположенные вокруг амортизаторов).

Mathis EMY6 torsion-bar rear suspension (Autocar Handbook, 13th ed, 1935).jpg Фольксваген Жук


Главным преимуществом такой подвески является большая компактность в продольном и вертикальном направлениях. Кроме того, поперечина подвески расположена далеко впереди оси передних колёс, благодаря чему появляется возможность сильно вынести салон вперёд, разместив ноги водителя и переднего пассажира между арками передних колёс, что позволяло существенно сократить длину заднемоторного автомобиля. При этом, однако, расположенный спереди багажник оказывался весьма скромным по объёму, именно из-за вынесенной далеко вперёд поперечины подвески.

С точки зрения кинематики эта подвеска несовершенна: в ней происходят хотя и меньшие по сравнению с одинарными продольными рычагами, но всё же существенные изменения колёсной базы при ходах отбоя и сжатия, и так же присутствует сильное изменение развала колёс при кренах кузова. К этому следует добавить, что рычаги в ней должны воспринимать большие изгибающие и крутильные нагрузки со стороны как вертикальных, так и боковых сил, что заставляет делать их достаточно массивными.

Торсионно-рычажная подвеска автомобиля (с сопряжёнными рычагами)

Очень распространённый в наше время тип полузависимой подвески задних колёс с двумя продольными рычагами, соединёнными работающей на скручивание торсионной балкой. Основными упругими элементами были витые пружины, а не торсион. Была разработана фирмой Audi в семидесятых годах, после чего очень широко использовалась (и используется сейчас, как правило на бюджетных моделях) в качестве задней на переднеприводных автомобилях

Torsion beam 1.jpg

Источники

В стандартную комплектацию автомобиля ГАЗ-2330 «Тигр» входят: независимая торсионная подвеска всех колёс с гидравлическими амортизаторами и стабилизаторами поперечной устойчивости.

Примечания

  1. Л. Н. Васильева, И. Желтов, Г. Ф. Чикова. Правда о танке Т-34. — Москва: Атлантида — XXI век, 2005. — С. 119. — 480 с. — 5 000 экз. — ISBN 5-93238-079-9
  2. Огонь, броня, скорость. В.Вишняков. Боевая техника армии и флота: Сб. статей / Сост. С. Н. Поташов. —М.: ДОСААФ, 1981.
  3. Раймпель, Й. Шасси автомобиля /сокр. пер. с нем./ = Fahrwerktechnik. — Москва: Машиностроение, 1983. — Т. I. — С. 195-227. — 356 с.

См. также

dic.academic.ru

что это такое, принцип работы, плюсы и минусы

История появления торсионной подвески берет начало еще в 30-х годах минувшего столетия, благодаря многократному усовершенствованию она остается актуальной до сих пор и успешно используется не только в гражданской, но и в военной технике. Причем технология востребована не какими-то скромными фирмами, а стоит на вооружении компаний, признанных лидерами отрасли, таких как Volkswagen, Ferrari, Citroen, Toyota, Jaguar и др. В свое время отечественные производители также оценили торсионную подвеску и впервые испытали её на легендарном Запорожце, в котором передняя подвеска включает пару торсионов квадратной формы. Ввиду такого положения вещей полезно было бы подробнее рассмотреть, что такое торсионная подвеска и почему интерес к ней оказался таким устойчивым.

Что такое торсионная подвеска

Базовый элемент торсионной подвески – торсион (в пер. с франц. torsion – скручивание), – элемент, выполненный в виде цилиндрического стержня повышенной упругости, работающий на скручивание в одну сторону. Форма торсиона не подчинена единому стандарту, поэтому в поперечном сечении он бывает в основном квадратным или круглым. Еще один менее распространенный вариант – пластинчатый торсион, имеющий многослойную структуру, также рассчитанный на кручение, обеспечиваемое совместной работой нескольких пластин.

С целью повышения пружинистости при скручивании используемая в производстве торсионов сталь проходит сложную многоэтапную термообработку. Благодаря этому интенсивные крутящие напряжения и значительные углы закручивания не создают подвеске проблем. Оба конца торсиона подвижны, что достигается за счет использования подшипников и шлицевых соединений, восполняющих изменения, вызванные рабочими нагрузками.

Находящаяся под кузовом торсионная балка может занимать как продольное, так и поперечное положение. Продольный вариант встречается преимущественно в грузовиках, где ходовая часть постоянно испытывает значительные нагрузки. Поперечная торсионная подвеска устанавливается на легковые автомобили, особенно заднеприводные.

Торсионные валы имеют разную толщину, что сказывается на эксплуатационных показателях и мягкости подвески. Во избежание ржавления торсиона защищен устойчивой антикоррозионной краской или же прорезинен.

Принцип работы торсионной подвески

схема торсионной подвески

Схема торсионной подвески автомобиля Hummer h3: 1. Ступица колеса; 2. Приводной вал; 3. Нижний поперечный рычаг; 4. Верхний поперечный рычаг; 5. Амортизатор; 6. Стабилизатор поперечной устойчивости; 7 Передний дифференциал; 8. Продольный торсион; 9. Подрамник

Принцип работы торсионной подвески достаточно прост. Через шлицевое соединение какой-то из концов торсиона посредством рычага подвески соединен с колесной ступицей, а другой – фиксируется к автомобильной раме. Ось рычага и ось закручивания торсиона располагаются в одной плоскости. В случае вертикального перемещения колеса торсион скручивается, что вызывает пружинящий эффект.

Напряжение в период действия сил поднятия-опускания сохраняется. При этом происходит смягчение и перераспределение нагрузки, которая направляется на кузов, что позволяет предохранить автомобиль от воздействий высокой жесткости, в том числе ударных.

Прекращение внешнего воздействия сопровождается возвращением колеса в нормальное положение. Это происходит в результате раскручивания торсиона. Механизм напоминает работу пружины, но эффективность торсиона заметно выше.

Где используется торсионная подвеска

Использование подобной подвески широко практиковалось в период Второй мировой войны. Это касалось танков и другой бронетехники. После такой апробации технологию приняли на вооружение все ведущие европейские автопроизводители и компании США. На передней подвеске торсионы впервые появляются в 1961 году в модели Jaguar E-Type. В СССР помимо Запорожцев их интегрировали в ЗИЛы и ЛУАЗы. Позже из-за своей специфики торсионы перестали использоваться в пассажирском транспорте. Хотя некоторые внедорожники и грузовики таких производителей как GM, Ford, Dodge Mitsubishi до сих пор выпускаются с подвеской именно на базе торсионов.

Несмотря на свою более чем 80-летнюю историю торсионы использовались и используются в производстве нескольких видов подвесок:

    • на продольных рычагах – находила применение в задней подвеске малогабаритных авто, а сегодня уже неактуальна;
    • независимая система на двойных поперечных рычагах – в настоящее время успешно поддерживает работоспособность некоторых моделей внедорожников;
    • полузависимая (полунезависимая) – широко используется в легковом транспорте классов «А», «В» и «С».

Плюсы и минусы

Независимо от типа используемой торсионной подвески её наличие помогает автомобилю эффективно справляться со многими задачами:

  • плавный ход;
  • хорошее поглощение рамных и колесных вибраций;
  • стабилизация ведущей колесной пары;
  • возможность регулировки степени жесткости подвески;
  • нормальная управляемость при крене.

Если принять во внимание удобства в эксплуатации и обслуживании, можно отдельно выделить, что для приведения подвески в норму во многих случаях достаточно лишь гаечного ключа, необходимого, чтобы в меру подтянуть  крепежные болты. Кроме этого следует учесть и другие положительные моменты торсионных подвесок:

  • компактные размеры и малый вес;
  • отсутствие сложностей в установке;
  • беспроблемная регулировка клиренса, не требующая внесения изменений в подвеску;
  • большой рабочий ресурс и ремонтопригодность.

Что касается недостатков торсионной подвески, то здесь нужно сфокусировать внимание вот на чем:

  • необязательно, но возможно появление тряски, особенно на заднем сидении, что связано с жестки креплением, следствием чего является передача сильных вибраций;
  • появление шумов, что объясняется проблематичностью защиты кузова от колебаний и обусловлено это также жестким креплением;
  • есть вероятность чрезмерной поворачиваемости, особенно при небольших размерах авто;
  • ресурс пробега игольчатых подшипников, расположенных в месте соединения торсионной балки и рычагов ограничен 70 тыс. км пробега.

В сравнении с продуктами автопрома на иных типах подвески приобретение автомобиля на торсионах, как правило, обходится не так дорого, при этом затраты на поддержание его в порядке нельзя назвать чрезмерными. 

Видео на тему

Похожие статьи

avtonov.com

Торсионная подвеска принцип работы и секреты конструкции

banner

Приветствую вас, мои уважаемые автолюбители! В этой статье нам предстоит выяснить: что такое торсионная подвеска принцип работы этой конструкции и её особенности.

Если копнуть глубже в историю, то окажется, что торсионная подвеска с успехом использовалась в начале, середине и в конце ХХ века, а также часто встречается и сейчас.

Претерпев за время своего существования массу модернизаций и совершенствований, она стала классикой, причём увидеть её можно не только на легковых авто, но и даже в качестве подвески танка.

Что такое торсион?

На самом деле конструктив торсионной подвески может быть различным, о чём мы поговорим далее. Но как бы то ни было, ключевым элементом системы выступает так называемый торсион (упругий элемент), откуда и название.

Что это?[highlight color=»yellow»] По сути, это металлический стержень, который может иметь как круглое, так и квадратное сечение.[/highlight]

Главным свойством торсиона является высокая упругость при скручивании, то есть [highlight color=»yellow»]если взять такой прут за два конца и крутануть в противоположные направления, то он, естественно, спружинит и попытается вернуться в исходное состояние. Это свойство и положено в основу работы торсионных подвесок[/highlight].

Без проблем из ХХ в ХХI век

Немного истории. Как мы уже сказали в начале статьи, этот вид подвесок появился не вчера. Если точнее, то в 30-х годах ХХ века, и первым автомобилем с похожей конструкцией стал легендарный Volkswagen Beetle. Удачное инженерное решение заметил и взял на вооружение в те же годы и Фердинанд Порше.

Затем, [highlight color=»yellow»]во времена Второй мировой войны торсионы оказались незаменимыми в бронетанковой технике[/highlight], причём использовалась такая подвеска и у советских, и у немецких машин.

В послевоенные годы аналогичные системы стали настоящим хитом – они были и остаются на вооружении практически у всех крупных автопроизводителей в мире.

Торсионная подвеска принцип работы

Пришло время поговорить о вариантах исполнения. Торсионная подвеска принцип работы которой основан на скручивании, можно встретить в следующих конструкциях:

  • на двойных поперечных рычагах;
  • на продольных рычагах;
  • со связанными продольными рычагами или так называемой торсионной балке.

Первые два типа относятся к независимым подвескам. В случае с поперечными рычагами торсионы устанавливают параллельно кузову.

Такое позиционирование позволяет регулировать мягкость системы в широких пределах – чем длиннее стержень, тем мягче ход. Крепится он одной стороной к верхнему или нижнему рычагу, а второй к раме авто.

Используется такая конструкция, как правило, на передней оси внедорожников и кроссоверов. К примеру на Мерседесе М-класса 163-й серии.

В подвеске с продольными рычагами торсионы располагаются поперечно кузову и также одним из концов закреплены на рычагах. Стоит отметить, что такой вариант распространён на задней оси различных небольших легковушек.

Торсионная подвеска [highlight color=»yellow»]принцип работы которой, как нам известно, основан на скручивании, относится к так называемым полузависимым подвескам[/highlight]. Колёса на оси имеют жёсткую связь между собой, но в тоже время имеют возможность двигаться вверх и вниз по отдельности.

В основе системы лежит торсионная балка, соединяющая продольные рычаги каждого колеса (всего таких рычагов два). Встретить её можно у легковых автомобилей на задней оси.

Две стороны медали торсионной подвески

Как и любая другая, торсионная подвеска имеет свои плюсы и минусы. [highlight color=»yellow»]К положительным сторонам системы однозначно относят её простоту, низкий вес и компактность, а малое число деталей тянет за собой надёжность и лёгкость в обслуживании.[/highlight]

Но есть и [highlight color=»yellow»]недостатки. Например, худшая управляемость автомобилей по сравнению машинами, имеющими многорычажные конструкции, сложности в производстве надёжных упругих элементов, а также повышенный износ игольчатых подшипников[/highlight], которые устанавливаются в местах сочленения продольных рычагов и торсионной балки.

Надеюсь, друзья, что этот материал, торсионная подвеска принцип работы, был вам полезен. Советую почитать ещё статьи о подвеске — Многорычажная подвеска, Электроподвеска и Гидроподвеска автомобиля

Не забывайте заглядывать на огонёк, чтобы продолжать изучение внутренностей автомобилей вместе с нами.

До будущих встреч!

auto-ru.ru

Торсион что это такое

Торсион (от фр. torsion — скручивание, кручение) — пружина в виде вала, работающего на кручение.

Торсион выполняют в виде длинного вала, обладающего малой крутильной жесткостью, или в виде нескольких последовательно соединённых валов, расположенных параллельно [1] .

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.

Недостатки торсионной подвески таковы:

  • 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.

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.

Легендарный французский автомобиль Renault 16 с торсионной подвеской

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.

Упругий элемент торсионной подвески с креплениями

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.

Торсионные валы круглого сечения

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.
  • Стабилизатор поперечной устойчивости, компенсирующий крены кузова при движении.

Независимая передняя торсионная подвеска на двойных поперечных рычагах Toyota Hilux Surf

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.

Задняя подвеска с поперечным расположением торсионов

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.

skoda-rapid.ru

Что такое и как работает торсионная подвеска. Ее плюсы и минусы

Основной элемент торсионной подвески – это торсион, который представляет собой цилиндрический металлический стержень, обладающий большой упругостью. Чтобы торсион хорошо пружинил при скручивании, он изготавливается из прочной стали, прошедшей специальную термическую обработку. При этом он выдерживает высокие механические крутящие напряжения и допускает без остаточной деформации большие углы закручивания. Торсионные стержни могут иметь круглое или квадратное сечение, а также состоять из металлических пластин.

Устройство торсионной подвески

Торсионная балка с одного конца жёстко закреплёна на раме автомобиля, а другой его конец через рычаг соединяется со ступицей колеса. Вертикальные перемещения колеса приводят к скручиванию торсиона и появлению пружинящей реакции. Таким образом, обеспечивается прочное и упругое соединение кузова автомобиля с его подвижной ходовой частью. Для повышения надёжности соединительных узлов и защиты от ударных перегрузок используются дополнительные спиральные пружины и гидравлические амортизаторы. Такая система подвески широко использовалась до недавнего времени во многих типах автомашин.

Как развивалась торсионная подвеска

Современная система торсионной подвески, применяемая на нынешних автомобилях, является результатом большого количества усовершенствований той детали, которая была использована впервые на автомашине Volkswagen Beetle, появившейся в 30-х годах 20-го века. Чешский учёный Ледвинка первым модернизировал торсион и применил его на автомобилях марки Tatra в тех же 30-х годах. Уже в 1938 году подобие ледвинкского торсиона стало массово применяться в KdF-Wagen автомобильной компании Фердинанда Порше.

Знаменитый австрийский инженер быстро оценил основное достоинство этой подвески – её малый вес, которое так необходимо и востребовано на армейских и спортивных автомобилях, а также внедорожниках. Там, где существуют строгие требования по весу и габаритам авто. И в настоящее время это преимущество торсионной подвески актуально и действенно, что подтверждается их применением на таких тяжеловесах, как Феррари F2001, Тойота Лэндкруизер, МАЗ-547 и др. Фердинанд Порше также разработал торсионы с двойными рычагами, поперечные стержни которых помещались в стальные трубы, расположенные друг над другом и исполняли роль торсионной балки.

Французский инженер Андре Лефевр, конструктор автомобиля Citroen TA, использовал такое достоинство торсиона, как зависимость жёсткости подвески от длины торсионной балки. Чем длиннее торсион, тем мягче получается подвеска. Кроме того, длинный вал, располагаясь вдоль продольной оси автомашины, позволяет распределить получаемую от дорожного полотна динамическую нагрузку по всей её раме. Это повышает устойчивость и управляемость машины.

Во время второй мировой войны торсионы активно использовались в бронетанковой и автомобильной военной технике. Торсионная подвеска устанавливалась на немецких «Пантерах» и советских «КВ». Успешно пройдя испытания в боевых условиях, эти подвески получили широкое распространение в послевоенное время. Их использовали практически все производители автомобилей в Европе и Америке. А 1961 год знаменателен тем, что торсион впервые был применён на передней подвеске. Этим автомобилем стал Jaguar E-Type. В Америке такая подвеска использовались на автомобилях марки «Крайслер» и «Паккард», а в Советском Союзе они устанавливались на ЗИЛах, ЛУАЗах и Запорожцах.

Плюсы и минусы

Расположение торсионной балки под кузовом может быть как продольное, так и поперечное. В большинстве своём продольное расположение применяется на крупных и тяжелых автомашинах. На легковой технике чаще используются компактные поперечные торсионы задней подвески. В обоих случаях подвеска предназначена для решения следующих задач:

Поперечно расположенная подвеска ограничена по длине шириной колеи машины. По бокам кузова рабочие концы поперечных торсионов соединены с рычагами подвесок. Поэтому мягкость таких подвесок также получается ограниченной. В отличие от поперечных продольные балки не имеют жёстких ограничений по длине, поэтому по мягкости такие подвески не уступают рессорам и пружинам. Кроме того, продольная конструкция подвесок создаёт дополнительные технологические удобства при сборке кузова больших автомобилей.

К основным преимуществам торсионной подвески относится следующее:

  • она более компактна по сравнению с пружинной системой и занимает гораздо меньшее пространство;
  • простота установки и обслуживания;
  • небольшой вес;
  • она даёт возможность просто и быстро устанавливать необходимый дорожный просвет, не изменяя деталей конструкции подвески;
  • высокая надёжность и ремонтопригодность;
  • большая периодичность обслуживания и простота регулировки;
  • она обеспечивает лучшую управляемость автомобиля при возникновении крена.

Всё обслуживание торсионной подвески в основном сводится к подтяжке крепёжных болтов, которое можно выполнить, имея с собой только один гаечный ключ. Однако при этом не следует пользоваться принципом «чем сильнее, тем надёжнее», так как излишняя затяжка болтов может стать причиной повышенной жёсткости подвески.

Торсионная подвеска, кроме тяжелых автомобилей, применяется в производстве легковых авто. Пример: Toyota Corolla Fielder, где используется задний торсион.

Основными недостатками подвесок на торсионных балках считаются:

  • Склонность автомобиля с такой подвеской к излишней поворачиваемости. На поворотах такие автомобили начинает разворачивать, что требует повышенного внимания водителя. Наиболее характерна и заметна такая склонность на автомобилях марки ЗАЗ, которые имеют небольшие размеры.
  • Сложная технология производства и обработки торсионов, обеспечивающих необходимую высокую прочность и упругость материала. Чтобы обеспечить устойчивость металла к возникновению поверхностных трещин торсионы проходят специальные процедуры по упрочнению поверхности с использованием пластических осадок и других технологий. Все эти технологические операции повышают стоимость подвески. Несмотря на это, они находят применение в современной автомобильной технике, чтобы обеспечить им высокий уровень комфортабельности при езде по различным типам дорожных покрытий.
  • Наличие игольчатых подшипников в узлах крепления рычагов к концам торсионной балки с ограниченным ресурсом пробега. Подшипники имеют свойство выходить из строя по причине попадания пыли, воды и грязи через трещины в сальниках и прокладках. Причём это происходит более часто из-за старения резинового материала и воздействия агрессивных сред, нежели от стиля вождения и его интенсивности. Основная панацея от этой беды – почаще заглядывать под днище автомобиля. Своевременное обслуживание позволит обойтись заменой сальников или подшипников. В худшем случае предстоит ремонт или замена балки, так как вышедшие из строя подшипники развальцовывают посадочные места, что приводит к изменению развала колёс. Ресурс подшипников составляет от 60 до 70 тыс. км.

Одной из причин, ограничивающих использование торсионов, является сложность получения полностью независимых колёсных подвесок, обеспечивающих высокий уровень комфорта. Однако наличие торсионной балки даёт возможность получить достаточно свободные подвески, если использовать на концах балки, вращающиеся амортизирующие рычаги. Этим достигается большая независимость колёс и большая плавность хода при езде. Особенно эффективна такая подвеска на тяжёлых машинах типа Peugeot 405 и Renault Laguna, у которых она испытывает большую нагрузку, что способствует улучшению комфортабельности езды. На более лёгких машинах Peugeot 106, 206, 306 такая подвеска будет менее эффективна и комфортабельна.

С развитием технологий производства различных подвесок со временем торсионные системы перестали применяться на пассажирском транспорте в связи с дороговизной изготовления торсионных балок и спецификой эксплуатации пассажирских автомобилей. Сейчас они используются в большинстве случаев на грузовиках и внедорожниках таких фирм, как Dodge, General Motors, Mitsubishi Pajero, Ford.

avtomotoprof.ru

Торсионная подвеска — Википедия. Что такое Торсионная подвеска

Торсион квадратного сеченияBarre de torsion.png

Торсионная подвеска (также стержневая подвеска) — подвеска транспортного средства, рабочими элементами которой являются торсионы (упругие стержни, работающие на кручение). Используются стержневые торсионы круглого или квадратного сечения, реже пластинчатые — набранные из некоторого числа пластин пружинной стали, совместно работающих на закручивание.

Торсионы в подвеске бронетехники

Barre de torsion.png Barre de torsion.png Ходовая часть танка Т-40 являлась новаторской в советском танкостроении — впервые (вместе с тяжёлым танком КВ-1) на серийной машине применили индивидуальную торсионную подвеску.

Торсионы подвески выполняют, как правило, в виде сплошного или полого круглого вала. Торсионы другого сечения в бронетехнике распространения не получили.

Для соединения торсиона с другими деталями на его концах выполняются головки, как правило, со шлицами треугольного, трапециевидного и реже прямоугольного профиля. В танке Pz. V «Пантера» для соединения применялись головки с лысками и клиновидный болт.

Для обеспечения достаточной прочности головки торсиона выполняются диаметром больше диаметра основного стержня, при этом d/D = 0,6…0,8 (d — диаметр рабочей части стержня, D — внутренний диаметр шлицов). В реальных конструкциях это значение колеблется от 0,54 до 1,0, последнее значение имел, например, итальянский лёгкий танк L6/40. Удобство монтажа обеспечивается разным диаметром головок (внутренняя меньше наружной), а также отверстием с резьбой для съёмника на внешнем торце торсиона.

Barre de torsion.png

.

Для более точной установки торсиона на требуемый угол закрутки при его монтаже, а также при устранении осадки торсиона вследствие накопления остаточной деформации число зубьев на головках выполняют разным. В этом случае минимальный угол перестановки можно определить так:

φmin = 360 (z2 — z1) / z2·z1,

   где z2 и z1 — число зубьев на головках торсиона.

Например, минимальный угол перестановки для торсиона танка Pz.III с числом зубьев на головках 45 и 44 будет составлять примерно 0,18º; для торсиона танка Т-72 с числом зубьев 52 и 48 — примерно 0,58º. В случае же равного числа зубьев на головках, точная регулировка требуемого угла закрутки торсиона практически невозможна. Так для танка L6/40 с числом зубьев 40 на каждой головке угол перестановки торсиона составляет 9º. Крепление торсионов, выполненное по типу танка Pz.V, вообще исключает возможность регулировать подвеску в процессе эксплуатации.

Торсионы выполняют из хромистых или кремниевых сталей с содержанием углерода 0,45-0,65%, хрома 1-1,5%, с добавлением ванадия, никеля, молибдена и других легирующих элементов. Легированная сталь, используемая в торсионных валах, обладает высокой усталостной прочностью и упругостью, как правило, это сталь типа 45ХНМФА.

Термическая обработка хромистых сталей состоит обычно из закалки при температуре 800—860 ºС с последующим отпуском при температуре 400—500ºС. Для повышения усталостной прочности торсионов впадины шлицов обрабатываются накаткой роликами. Рабочая поверхность вала подвергается дробеструйной обработке или накатке роликами, это создаёт упрочнённый поверхностный слой (наклёп) и значительно повышает усталостную прочность торсиона.

Для повышения динамических свойств, воспринимаемой нагрузки и максимального угла закрутки торсион подвергают заневоливанию. Эта технологическая операция является последней среди операций механической и термической обработки. Операция заневоливания заключается в закрутке горячего торсиона за предел его упругого состояния и выдерживании в таком положении некоторое время. При этом в поверхностных слоях возникают пластические деформации, а в сердцевине — упругие. После разгрузки торсиона сердцевина, стремясь освободиться от напряжений и вернуться в исходное состояние, встречает сопротивление пластически деформированного поверхностного слоя. Остаточные напряжения, полученные при заневоливании, позволяют повысить рабочую нагрузку и угол закрутки торсиона в эксплуатации. В некоторых случаях, как это делается для торсионов Т-72, торсион подвергается двойному заневоливанию.

Рабочая закрутка заневоленных торсионов должна совпадать с направлением закрутки при заневоливании. Поэтому заневоленные торсионы левого и правого бортов невзаимозаменяемы и соответствующим образом маркируются (как правило на торце торсиона буквами «Л» и «П»). Для предотвращения поломки торсионов в результате механических повреждений или коррозии рабочей поверхности вала его после окончательной механической и термической обработки покрывают специальным лаком, а иногда и прорезиненной тканью (M46) или изолентой Т-64, Т-72).

В связи с проектом по «большой» модернизации танка Т-34 в СССР вопрос о разработке подвески был поднят ещё в сентябре 1940 года. 19 ноября 1940 года постановление Комитета обороны № 428 обязало НКСМ и Народный комиссариат обороны СССР к 1 января 1941 года предоставить предложения о переходе на производство танков Т-34 с новой ходовой частью с торсионной подвеской. Разработанный КБ завода № 183 проект торсионной подвески предусматривал использование существующих катков и балансиров. За счёт её применения объём боевого отделения увеличивался на 20 %, что позволило увеличить запас топлива до 750 литров и разместить его в трансмиссионном отделении. При этом масса самой подвески снижалась на 300—400 кг[1][неавторитетный источник?].

Однако начало Великой Отечественной войны отодвинуло планы по модернизации танка на несколько лет. Первым серийным советским средним танком с торсионной подвеской стал лишь Т-44, явившийся глубокой модернизацией Т-34[2].

В Великобритании параллельно с пружинами установили телескопические гидравлические амортизаторы, благодаря чему была устранена склонность подвески Кристи к продольным колебаниям корпуса, значительно повысилась плавность хода[значимость факта?].

В стандартную комплектацию автомобиля ГАЗ-2330 «Тигр» входят: независимая торсионная подвеска всех колёс с гидравлическими амортизаторами и стабилизаторами поперечной устойчивости.

Торсионы в автомобильных подвесках

Торсионная задняя подвеска на качающихся полуосях.

В автомобильных подвесках торсионы могут использоваться как в качестве упругих элементов, так и в виде вспомогательного устройства — стабилизатора поперечной устойчивости, предназначенного для создания сопротивления крену автомобиля.

Стабилизатор поперечной устойчивости.

Стабилизатор поперечной устойчивости закрепляется на ступичном узле левого колеса, далее проходит в направлении движения до шарнирного узла крепления к кузову (как правило в виде резинометаллического шарнира), далее — в поперечном направлении к противоположному борту автомобиля, где крепится зеркально аналогично первому борту. Отрезки торсиона, проходящие в направлении движения, работают как рычаги при работе подвески в вертикальном направлении.

В качестве упругих элементов торсионы могут использоваться в рамках подвесок самых различных кинематических схем — с продольными или поперечными рычагами, с качающимися полуосями, типа «макферсон», и так далее. Однако наиболее характерно их использование в подвесках либо на двойных поперечных рычагах, либо на двойных продольных.

Наиболее последовательно применяла торсионы в подвеске на двойных поперечных рычагах американская компания «Крайслер». Первый вариант (фирменное название — TorsionAire), использовавшийся в период с 1957 по 1989 год, включал в себя два идущих вдоль лонжеронов рамы продольных торсиона в виде стальных стержней, которые служили осями нижних рычагов подвески. В ходе длительной эксплуатации у него был выявлен серьёзный недостаток, связанный с уязвимостью низко расположенных креплений торсионов для коррозии. Второй вариант использовался на отдельных моделях компании после 1976 года (платформы Chrysler F и М), в нём использовались поперечные торсионы, каждый из которых мог быть уподоблен принципу действия стабилизатору поперечной устойчивости в традиционной подвеске — с той разницей, что поперечные торсионы имеют с одной стороны неподвижное крепление, а стабилизатор закреплён лишь на рычагах подвески, в точках же крепления к раме или кузову он может свободно проворачиваться, поэтому стабилизатор и не работает при сжатии или отбое подвески одновременно с двух сторон — только при разноимённом ходе противоположных колёс. Считалось, что автомобили с последним вариантом подвески обеспечивали более высокий уровень комфорта ценой худшей управляемости по сравнению с использовавшими продольные торсионы, хотя это наверняка относится скорее к особенностям настройки подвески, чем к принципиальным особенностям её конструктивной схемы.

Подвеска на продольных торсионах. Citroen, 1935 год.

Схожие конструкции использовались также на автомобилях марок «Ситроен» (одно из самых ранних применений, ещё в середине 30-х годов), «Симка» (Simca-Chrysler 1307), «Рено» (Renault 4) и «Фиат» (Fiat 1800 и целый ряд других), представительских моделях ЗИЛ (114, 117, 4104), Morris Marina, Alfa Romeo (Giulietta, GTV, 75) и других. На автомобилях «Пакард» моделей 1955 и 1956 годов торсионными были как передняя, так и задняя подвески, причём переднее и заднее колёса с каждого борта использовали общий торсион. Специальные электроприводы изменяли угол закрутки торсионов, что позволяло «на ходу» регулировать дорожный просвет — для тех лет это была очень смелая идея, хотя в конкретной реализации на «Пакардах» уровень надёжности этого узла совершенно не соответствовал градусу его новизны.

Спортивный автомобиль 1940-х годов с торсионной подвеской на продольных рычагах. Торсион жёстко закреплён на раме поперечно, рычаги прикреплены к его концам. Конструкция простая, но очень несовершенная. Barre de torsion.png Renault 16 любопытен тем, что из-за использования двух расположенных по одному на борт торсионов у него была разная колёсная база справа и слева, так как один из торсионов конструктивно был расположен позади второго.

На многих французских переднеприводных автомобилях использовалась задняя подвеска на одинарных продольных рычагах с одним общим торсионом или двумя — по одному на борт, примерами чему являются Renault 4 и Renault 16; последний любопытен тем, что из-за использования двух расположенных по одному на борт торсионов у него была разная колёсная база справа и слева, так как один из торсионов конструктивно был расположен позади второго. Несмотря на кинематическое несовершенство, этот тип подвески был распространён во Франции вплоть до 1980-х и даже 1990-х годов благодаря возможности низко разместить между рычагами совершенно ровный пол багажного отсека, что было выгодно для очень популярных там автомобилей с кузовами «хетчбэк» и «универсал». Торсионную подвеску на продольных рычагах имели и все модели ЛуАЗ. На заднеприводных автомобилях такая подвеска применялась только на раннем этапе развития автомобилестроения (см. иллюстрацию), так как выяснилось, что при приводе на заднюю ось она не обеспечивает необходимых параметров устойчивости и управляемости.

Barre de torsion.png Передняя подвеска VW Beetle в разрезе.

Наиболее характерный вариант торсионной подвески на двойных продольных рычагах был разработан австрийским инженером Фердинандом Порше и впервые был использован в передней подвеске автомобиля «Фольксваген Жук», а затем — на ранних моделях спортивных «Порше». В ней торсионы в виде упругих стержней располагались поперечно друг над другом и были заключены в игравшие роль поперечной балки подвески стальные трубы, а их концы соединялись поворотными кулаками. Аналогичную подвеску имели «Запорожец» и мотоколяска С3Д, торсионы были наборными пластинчатыми, квадратного сечения.

Главным преимуществом такой подвески является большая компактность в продольном и вертикальном направлениях. Кроме того, поперечина подвески расположена далеко впереди оси передних колёс, благодаря чему появляется возможность сильно вынести салон вперёд, разместив ноги водителя и переднего пассажира между арками передних колёс, что позволяло существенно сократить длину заднемоторного автомобиля. При этом, однако, расположенный спереди багажник оказывался весьма скромным по объёму — именно из-за вынесенной далеко вперёд поперечины подвески.

С точки зрения кинематики эта подвеска несовершенна: в ней происходят хотя и меньшие по сравнению с одинарными продольными рычагами, но всё же существенные изменения колёсной базы при ходах отбоя и сжатия, и так же присутствует сильное изменение развала колёс при кренах кузова. К этому следует добавить, что рычаги в ней должны воспринимать большие изгибающие и крутильные нагрузки со стороны как вертикальных, так и боковых сил, что заставляет делать их достаточно массивными.

На Fiat 130 и Porsche 911 продольные торсионы использовались в подвеске типа Макферсон[3].

В целом, торсионные подвески характеризуются компактностью, что, к примеру, позволило на «Симке» и «Рено» разместить между рычагами приводы передних колёс, что было бы весьма затруднено в случае использования пружин. Однако в силу принципиальной линейности торсиона как силового элемента (постоянной жёсткости в диапазоне нагрузок) плавность хода не столь высока, как бывает у пружинной и рессорной подвесок.

Подвеска с сопряжёнными рычагами — схема. Barre de torsion.png Подвеска с сопряжёнными рычагами «в металле».

Торсион используется и в другом, весьма распространённом, типе подвески — полузависимой с сопряжёнными рычагами, используемой в качестве задней на переднеприводных моделях. При этом основными упругими элементами в неё являются витые пружины, а не торсион; на ровной дороге она работает как обычная зависимая на перекрещивающихся продольных рычагах, а на неровном покрытии колёса за счёт закручивания балки подвески получают определённую долю самостоятельности, за счёт чего повышается плавность хода, улучшается проходимость. Эта подвеска была разработана фирмой Audi в семидесятых годах, после чего очень широко использовалась и продолжает использоваться сейчас, как правило — на бюджетных моделях.

Расчёты

Стержень, используемый как упругий элемент, который работает на скручивание, называется торсионом. Касательные напряжения τr{\displaystyle \tau _{r}}, возникающие в условиях кручения, определяются по формуле:

τr=TrJ0{\displaystyle \tau _{r}={Tr \over J_{0}}},

где r — расстояние от оси кручения.

Очевидно, что касательные напряжения достигают наибольшего значения на поверхности вала при rmax=R{\displaystyle r_{max}=R} и при максимальном крутящем моменте Mmax{\displaystyle M_{max}}, то есть

τmax=TmaxRJ0=TmaxWp{\displaystyle \tau _{max}={T_{max}R \over J_{0}}={\frac {T_{max}}{W_{p}}}},

где Wp — полярный момент сопротивления.

Это даёт возможность записать условие прочности при кручении в таком виде:

τmax=TmaxWp≤[τ]{\displaystyle \tau _{max}={\frac {T_{max}}{W_{p}}}\leq [\tau ]}.

Используя это условие, можно или по известным силовым факторам, которые создают крутящий момент Т, найти полярный момент сопротивления и далее, в зависимости от той или иной формы, найти размеры сечения, или наоборот — зная размеры сечения, можно вычислить наибольшую величину крутящего момента, которую можно допустить в сечении, которое в свою очередь, позволит найти допустимые величины внешних нагрузок.

τ=MtI0V≤τadm{\displaystyle \tau ={\frac {Mt}{\frac {I_{0}}{V}}}\leq {\tau }_{adm}}

avec τ=16Mtπd3{\displaystyle \tau ={\frac {16\,Mt}{\pi d^{3}}}} (прут)

ou τ=16deMtπ(de4−di4){\displaystyle \tau ={\frac {16\,d_{e}\,Mt}{\pi (d_{e}^{4}-d_{i}^{4})}}} (труба)

Примечания

  1. Л. Н. Васильева, И. Желтов, Г. Ф. Чикова. Правда о танке Т-34. — Москва: Атлантида — XXI век, 2005. — С. 119. — 480 с. — 5 000 экз. — ISBN 5-93238-079-9.
  2. ↑ Огонь, броня, скорость. В.Вишняков. Боевая техника армии и флота: Сб. статей / Сост. С. Н. Поташов. —М.: ДОСААФ, 1981.
  3. Раймпель, Й. Шасси автомобиля /сокр. пер. с нем./ = Fahrwerktechnik. — Москва: Машиностроение, 1983. — Т. I. — С. 195-227. — 356 с.

См. также

wiki.sc

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о