Торсионная подвеска танка: Ходовая часть танков Подвеска. Техника и вооружение 2005 10 – Торсионная подвеска — Википедия — Stoppanic

Содержание

Торсионная подвеска — Википедия

Торсион квадратного сечения

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

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.

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:

φ_min = 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. 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.

Передняя подвеска VW Beetle в разрезе.

Известный вариант передней торсионной подвески на двойных продольных рычагах был разработан австрийским инженером Фердинандом Порше и впервые был использован на гоночном автомобиле Auto Union тип-А. Аналогичной подвеской оснащались все прочие гоночные Auto Union, Фольксваген Жук», Фольксваген тип-82 и послевоенный «Порше 356». В данной подвеске 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 с поворотными кулаками. Аналогичную подвеску имели все модели «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. 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 ней 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 W_p — 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}},

где τ=16Mtπd3{\displaystyle \tau ={\frac {16\,Mt}{\pi d^{3}}}} (для сплошного вала)

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

Примечания

↑ 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.
↑ Огонь, броня, скорость. В.Вишняков. Боевая техника армии и флота: Сб. статей / Сост. С. Н. Поташов. —М.: ДОСААФ, 1981.
↑ Раймпель, Й. Шасси автомобиля /сокр. пер. с нем./ = Fahrwerktechnik. — Москва: Машиностроение, 1983. — Т. I. — С. 195-227. — 356 с.

См. также

Подвеска Кристи — Википедия

Схема Подвески Кристи

Подвеска Кристи, или свечная подвеска, — вид независимой подвески с винтовой цилиндрической пружиной, изобретённый американским инженером Джоном Кристи для колёсно-гусеничных танков собственной конструкции. Динамический ход подвески Кристи оказался существенно большим по сравнению с традиционной рессорной подвеской, что позволило танкам иметь большую скорость перемещения по пересечённой местности и меньшую высоту (более низкий профиль). Подвеска Кристи была впервые использована им в танке M1928 и использовалась во всех разработках Кристи до самой его смерти в 1944 году.

Танк БТ-2 1932 года — советский танк с модернизированной подвеской Кристи.

Английский танк Cruiser Mk III c подвеской Кристи.

Кристи отстаивал концепцию лёгких быстроходных танков с большим запасом хода, предназначенных для прорыва линии обороны противника, уничтожения его материально-технического обеспечения, нарушения работы тыла и инфраструктуры, имевших классификацию в СССР как колёсно-гусеничные танки (к этому же типу, но несколько изменённой конструкции, относили американский танк Кристи, называемый «амфибия-танк»;^[1] Первые разработанные Кристи конструкции оказывались малопригодными для продвижения по пересечённой местности из-за ограниченных возможностей подвески, и во второй половине 20-х годов Кристи потратил много времени в поисках лучшего конструкторского решения для подвески. Основной проблемой был большой вертикальный размер пружины: для того, чтобы обеспечить 25 сантиметровый ход подвески нужно было от 50 до 70 сантиметров пространства для размещения пружины и стойки, что не вписывалось в конструкцию его лёгких танков.

Решением проблемы стало применение коленчатого рычага («L»-образной формы)

, изменявшего движение пружины с вертикального на горизонтальное. Каток крепился на один конец коленчатого рычага, двигавшийся только по вертикали, изгиб рычага закреплялся на корпусе, а второй конец рычага соединялся с пружиной подвески, располагавшейся горизонтально внутри корпуса. При этом пружина могла быть достаточно длинной, чтобы обеспечить большой ход подвески: до 25 см у M1928, 35 см у M1930 и 60 см у M1932, вместо 10 см хода у первоначально использованной подвески.

Кристи продал свой танк (без башни) Советскому Союзу и Великобритании. Хотя при прыжке с трамплина у танка были повреждения, его купили для дальнейшей модификации.

Другой интересной особенностью конструкции, разработанной Кристи, была её «изменяемость»: для передвижения по шоссе имелась возможность снять гусеницы и передвигаться только на катках. На шоссе этим достигалось несколько целей:

увеличивалась скорость передвижения танка;
увеличивалась дальность передвижения танка;
уменьшался износ траков гусеницы, которые в 1930-е годы были достаточно хрупкими.

Кристи использовал покрытые резиной катки большого диаметра, равные по высоте гусенице, отказавшись от применения возвратных роликов. Поскольку траки гусеницы имели центральный гребень (направляющую), катки были спаренными, и гребень (направляющая) проходил между ними. Возможность передвигаться на катках существует только при относительно малом весе танка (менее 20 тонн) и только по дорогам с твердым покрытием. При росте боевой массы (танк заправлен топливом, водой и загружен боеприпасами) давление на грунт оказывается недопустимо высоким. Как вспоминал генерал-лейтенант Ветров А.А «при движении по шоссе колонны танков со снятыми гусеницами их колеса оставляют на асфальте глубокую колею. Особенно же большому разрушению подвергаются асфальтированные дороги в жаркую пору, когда асфальт размягчен…» Дальнейшее развитие танков в СССР привело к созданию чисто гусеничных образцов (экспериментального А-32,впоследствии Т-34).

Напротив, применение толстого резинового покрытия по ободу катка — бандажа, стало общепринятой практикой в танкостроении, поскольку это значительно увеличивает срок службы траков гусеницы. Из-за нехватки резины в военное время некоторые заводы выпускали Т-34 с катками без резинового покрытия. Экипажи танков очень не любили такие цельностальные катки, поскольку при контакте катков с траками возникала значительная вибрация, передававшая на корпус и создававшая неприятный шум внутри танка. Вдобавок, излишняя вибрация приводила к повреждению оборудования танка, ослабляя крепление агрегатов и устройств. Когда ситуация с производством резины стала лучше, первый и пятый каток стали выпускать с резиновым ободом. В 1943 году производство цельнометаллических катков было полностью прекращено, и все танковые катки были оснащены резиновым бандажом. Ещё один вариант уменьшения вибраций был с внутренней амортизацией катка. Данный тип широко применялся на тяжелых танках.

Наиболее известными танками, использовавшими подвеску Кристи, были советские быстроходные танки (БТ-2, БТ-5, БТ-7) и большей частью танки Т-34. Они использовали вариант конструкции подвески с вертикально закреплённой спиральной пружиной (в случае Т-34 пружина была размещена под небольшим углом).

Поскольку большие катки и «провисающая» гусеница (отсутствие поддерживающих катков) — хорошо заметные особенности конструкции Кристи, танки с торсионной подвеской, имеющие подобный внешний вид ходовой части, часто ошибочно называют танками с подвеской Кристи. На самом деле подвеска Кристи была применена в достаточно небольшом числе моделей:

Пружинная (свечная) подвеска была проверенной и надёжной в работе, но имела и недостатки:^[2]

она создавала продольные колебания, что затрудняло возможность вести прицельный огонь на ходу;
шахты для пружин сильно стесняли внутренний объём
вырезы под балансиры снижали бронестойкость бортов корпуса танка.

В СССР вопрос о разработке подвески, устраняющей перечисленные недостатки, был поднят ещё в сентябре 1940 года в связи с проектом по «большой» модернизации танка Т-34. 19 ноября 1940 года постановление Комитета обороны № 428 обязало НКСМ и НКО 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.^[2]Великая Отечественная война отменила эти планы, и торсионная подвеска впервые появилась только на новом танке Т-44, практически никак не связанным с Т-34 по конструкции.^[3]

Великобританией был куплен танк Кристи М1936, на котором были введены телескопические гидравлические амортизаторы, благодаря чему была устранена склонность подвески Кристи к продольным колебаниям корпуса, значительно повысилась плавность хода.

В 70-е годы 20-го века подвеска Кристи была применена на израильском танке Меркава, который эксплуатируется по сей день.

↑ Ф. Л. Хлыстов Танки и механическая тяга в артиллерии (Общие сведения о танках. Системы основных танковых трансмиссий)
↑ ¹ ² 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.
↑ Огонь, броня, скорость. В.Вишняков. Боевая техника армии и флота: Сб. статей / Сост. С. Н. Поташов. —М.: ДОСААФ, 1981.

Работа подвески Porsche с продольными торсионами

Изначально это была здоровенная тяжеленная статья о подвеске фирмы Porsche с продольными и о ходовых частях бронетехники, на которой она использовалась. По разным причинам оригинал статьи удалён, поэтому я решил вновь опубликовать текст, мало ли кому он пригодится. Я уполовинил статью и оставил только кусок про подвеску.

Текст очень старый, почти музейный. Теперь я бы так тяжело писать постеснялся.

В этой статье подробно рассматривается блокированная подвеска фирмы Porsche K.G. — одна из самых необычных и оригинальных подвесок в истории танкостроения. Из воплощённых в металле проектов она применялась на танках Leopard P (Typ 100), Tiger P (Typ 101) и Tiger P2 (Typ 180), а также на САУ Ferdinand и ранних Jagdtiger. На бумаге остались Typ 181 и ранние варианты сверхтяжёлого танка Maus с блокированной торсионной подвеской. Все они, за исключением Jagdtiger, были спроектированы самой фирмой Porsche K.G.

При испытаниях трофейного Фердинанда в СССР основное внимание уделялось трансмиссии и необычной подвеске. В отчёте отмечалось, что во время испытаний «все элементы ходовой части работали надёжно» и что «для отечественной промышленности представляет интерес тип подвески ходовой части, обеспечивающий надёжную амортизацию такой тяжёлой машины». Во многих книгах по истории бронетехники блокированная подвеска Porsche K.G. характеризуется как удачная, высокоэффективная, ремонтропригодная конструкция. Но возникает справедливый вопрос: почему при всех своих достоинствах эта блокированная подвеска использовалась лишь на нескольких опытных или мелкосерийных танках и САУ самой фирмы Porsche K.G.? Почему она не была скопирована советскими специалистами, знавшими её достоинства и изучившими её устройство? И почему после войны она больше никогда не применялась в танкостроении, став музейным экспонатом? Попробуем разобраться.

Устройство и принцип работы тележки
Каждый узел подвески состоит из балансира, картера, торсиона, резиновой подушки (демпфера) и кулачкового привода закрутки торсиона.

На данной схеме кулак оси первого катка обозначен как Axle radius arm

Балансир шарнирно закреплён на корпусе танка. Один конец балансира жёстко соединён с осью первого катка (обозначения катков, разумеется, условны), на другом конце балансира закреплена резиновая подушка. На оси первого катка установлен качающийся картер, на противоположном конце которого находится ось второго катка. Внутри картера размещены торсион и кулачковый привод закрутки торсиона. Со стороны второго катка торсионный вал шлицевым соединением закреплён в картере, со стороны первого катка — в трубе, поворачивающейся на подшипниках относительно картера. На трубе закреплён кулак, который упирается в кулак, неподвижно закреплённый на оси первого катка.

Подвеска работает следующим образом. Предположим, танка наезжает на неровность и второй каток тележки начинает подниматься. Картер поворачивается на оси первого катка, при этом верх картера упирается в сжимающуюся резиновую подушку. Кулак трубы упирается в неподвижный кулак оси первого катка, поэтому при работе подвески труба начинает поворачиваться относительно качающегося картера, закручивая торсион. При повороте картера на оси первого катка по часовой стрелке ограничителем хода служит выступ на картере, в крайнем положении упирающийся в балансир, при повороте против часовой стрелки — резиновая подушка.

Отметим две важные особенности данной подвески. Во-первых, для амортизации используется не только торсион, но и резиновая подушка, которая также служит ограничителем хода и предохраняет торсионный вал от чрезмерной нагрузки. Во-вторых, оси катков жёстко связаны с картером, поэтому при любом положении картера и балансира относительно корпуса танка расстояние между осями катков в тележке одинаково. Для сравнения, в блокированной по два катка подвеске лёгкого танка Pz.38(t) каждый каток связан с корпусом через свой балансир, поэтому при ходе одного катка второй каток узла подвески может сохранять одно и то же положение относительно корпуса танка, а расстояние между осями катков узла подвески может как увеличиваться, так и уменьшаться. Поэтому применительно к подвеске с продольным расположением торсионов имеет смысл говорить не о динамическом или статическом ходе отдельного катка, а о ходе картера с жёстко закреплёнными на нём катками относительно корпуса.

Оценка конструкции
В отличие от других танковых торсионных подвесок (Pz.III, КВ-1, M26 Pershing), подвеска с продольным расположением торсионов не занимает место внутри корпуса танка. Благодаря этому можно уменьшить высоту корпуса, снизив массу танка и увеличив дорожный просвет. Относительно небольшая масса узлов подвески и их наружное расположение обеспечивают высокую ремонтопригодность. Повреждённые или изношенные тележки можно демонтировать в полевых мастерских без необходимости отправки танка на завод. Хотя узлы подвески находятся снаружи, они прикрыты опорными катками и расположены ниже зоны, подверженной наиболее интенсивному обстрелу.

Подвеска фирмы Porsche K.G. помимо выдающихся достоинств отличается выдающимися недостатками. Опорный каток может совершать значительные ходы вверх-вниз относительно корпуса лишь тогда, когда второй каток тележки будет совершать практически такой же по длине, но обратный по направлению ход. Сопровождающийся амортизирующим эффектом угол поворота картера очень незначительный. Он лимитируется сжимаемостью резиновой подушки и коротким торсионом, который сам по себе не может обеспечить достаточную энергоёмкость и мягкость подвески. После того, как резиновая подушка сожмётся до упора, картер не сможет поворачиваться далее и закручивать торсион, поэтому узел подвески станет работать как жёсткая система, передающая колебания корпусу, а экипаж танка будет испытывать тряску. Вывод из вышесказанного очевиден: подвеска была очень жёсткой.

Слабым местом подвески является недостаточно надёжное крепление резиновой подушки. В случае её срыва торсион разрушается из-за чрезмерной нагрузки, на которую он не рассчитан. Другой несомненный недостаток — сложная конструкция тележки, состоящей из множества деталей. Однако, сложность узлов подвески ещё не означает увеличение цены и трудоёмкости танков с данной подвеской в серийном производстве. Напротив, ходовые части Тигров и Пантер по цене, затратам на металл и трудоёмкости превосходили ходовую часть Фердинандов. Объясняется это просто. Хотя тележки подвески фирмы Porsche K.G. были сложными по конструкции, на весь танк требовалось лишь 6-8 узлов подвески. Конструкция узлов подвесок Тигров и Пантер была проще, но она один танк уходило 16 таких узлов. Для монтирования блокированной подвески на корпусе нужно было закрепить 6-8 балансиров. При монтаже подвесок Тигров и Пантер требовалось высверливать в броне 16 отверстий для балансиров, а затем устанавливать внутри корпуса «частокол» из торсионных валов. Иными словами, если оценивать трудоёмкость процесса сборки от начала и до конца, то становится ясно, что сложность тележек компенсируется простотой монтажа и тем, что на один танк нужно было всего 6-8 узлов подвески.

Подведём итог и составим список достоинств и недостатков подвески фирмы Porsche K.G.:

+ компактность
+ ремонтопригодность
+ относительно малый вес
+ удобство монтажа на танк

— жёсткость
— малые ходы катков
— сложность конструкции тележек
— недостаточно надёжное крепление резиновой подушки

Теперь мы можем ответить на вопросы, поставленные в предисловии. На танках Typ 100, Typ 101, Typ 180 и САУ Ferdinand использовалась схема с двумя двигателями внутреннего сгорания, соединёнными с генераторами, которые питали электродвигатели. По сравнению с механической электротрансмиссия утяжеляла танк, а занимающая значительный заброневой объём двухдвигательная силовая установка лишь усугубляла проблему. Для сглаживания недостатков двухдвигательной схемы с электротрансмиссией при сохранении её достоинств инженеры применили компактную и лёгкую подвеску, которая также позволила облегчить корпус без ослабления бронирования. При создании блокированной подвески пожертвовали простотой конструкции, мягкостью и ходами катков, но добились компактности, снижения веса и повышения ремонтропригодности. В результате подвеска выделялась необычной конструкцией и, что намного существеннее, несбалансированными характеристиками.

Отсутствие гармоничного сочетания относительно небольшого веса, компактности, ремонтопригодности, мягкости и достаточного полного хода катков предопределило ограниченное применение данной подвески, которая подходила лишь для тяжёлых тихоходных танков. Ещё во время Второй мировой войны советским, американским и немецким инженерам стало ясно, что при возрастающих требованиях к подвижности и защищённости танков наиболее оптимальным вариантом являются индивидуальные торсионные подвески. Англичане тем временем продолжали применять индивидуальные пружинные подвески по типу Кристи, которые были довольно мягкими, обеспечивали достаточный динамический ход катков и также подходили для быстроходных машин. А вот жёсткой блокированной подвеске с продольным расположением торсионов на новых перспективных танках места не нашлось. Ей суждено было остаться отличительной чертой линейки тяжёлых танков фирмы Porsche K.G. времён Второй мировой войны, но не более того.

Торсионная подвеска Википедия

Торсион в передней подвеске
(на рисунке указан как Torsion bar)

Торсионная подвеска — подвеска транспортного средства, демпфирующими элементами которой являются торсионы (упругие стальные стержни, работающие на кручение). В сравнении с пружинной или рессорной подвеской, особенность торсионной в том, что торсионы всегда исключены из неподрессоренной массы транспортного средства.

Торсионы в подвеске бронетехники[ | ]

φ_min = 360 (z₂ — z₁) / z₂·z₁,

где z₂ и z₁ — число зубьев на головках торсиона.

Торсионная подвеска — Википедия

Торсион в передней подвеске
(на рисунке указан как Torsion bar)

Торсионы в подвеске бронетехники

φ_min = 360 (z₂ — z₁) / z₂·z₁,

где z₂ и z₁ — число зубьев на головках торсиона.

Торсионы в автомобильных подвесках

Торсионная задняя подвеска на качающихся полуосях.

Стабилизатор поперечной устойчивости.

Подвеска на продольных торсионах. Citroen, 1935 год.

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.

Передняя подвеска VW Beetle в разрезе.

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

Подвеска с сопряжёнными рычагами — схема.

Подвеска с сопряжёнными рычагами «в металле».

Примечания

↑ 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.
↑ Огонь, броня, скорость. В.Вишняков. Боевая техника армии и флота: Сб. статей / Сост. С. Н. Поташов. —М.: ДОСААФ, 1981.
↑ Раймпель, Й. Шасси автомобиля /сокр. пер. с нем./ = Fahrwerktechnik. — Москва: Машиностроение, 1983. — Т. I. — С. 195-227. — 356 с.

См. также

Торсионная подвеска Википедия

Торсион в передней подвеске
(на рисунке указан как Torsion bar)

Торсионы в подвеске бронетехники

φ_min = 360 (z₂ — z₁) / z₂·z₁,

где z₂ и z₁ — число зубьев на головках торсиона.

Торсионы в автомобильных подвесках

Торсионная задняя подвеска на качающихся полуосях.

Стабилизатор поперечной устойчивости.

Подвеска на продольных торсионах. Citroen, 1935 год.

Передняя подвеска VW Beetle в разрезе.

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

Подвеска с сопряжёнными рычагами — схема. Подвеска с сопряжёнными рычагами «в металле».

Примечания

↑ 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.
↑ Огонь, броня, скорость. В.Вишняков. Боевая техника армии и флота: Сб. статей / Сост. С. Н. Поташов. —М.: ДОСААФ, 1981.
↑ Раймпель, Й. Шасси автомобиля /сокр. пер. с нем./ = Fahrwerktechnik. — Москва: Машиностроение, 1983. — Т. I. — С. 195-227. — 356 с.

См. также

Подвеска «Пантеры»: плюсы и минусы

Многокатковая ходовая «Пантеры» воспринимается массовым сознанием как бесполезно усложненная конструкция. И в принципе, такое впечатление объяснимо: увидев на чертеже 16 катков на борт мало кто захочет разбирать технические подробности.
Меж тем, они весьма интересны.

Вообще, с чего стоит начать — многие рассуждения о технических решениях страдают одним общим недостатком: их авторы сосредотачиваются на описании окончательного результата, и не дают ответа на вопрос — а почему сделали именно так. А ведь этот важный момент для понимания, и вести разговор без ответа на него — примерно то же самое, что предложить читателям оценить решение математической задачи в ситуации, когда никто не слышал ее условий.
Поэтому разговор о подвеске Пантеры мы начнем с прояснения двух моментов:
— чего гансы хотели от нее получить; и
— почему конструкция стала именно такой.

Не секрет, что глобальное перевооружение панцерваффе с довоенных четверок и троек планировалось уже после победы в восточной кампании 41-го. Поэтому затормозившийся блицкриг и отбитый зимний раш на Москву принес управлению вооружений рейха два неприятных сюрприза: во-первых, никакой паузы для танковых войск не будет, во-вторых (что более важно), четверка проигрывает советскому Т-34 по нескольким ключевым параметрам. Поэтому новый танк должен не просто заменить старые модели, но и радикально их превосходить. Это обусловило целый ряд требований ко всему спектру ТТХ нового танка, которые в конечном итоге и предопределили облик будущей Пантеры.
В частности, от подвески ожидалось, что она позволит новому танку двигаться на высокой скорости (30 км/ч крейсерской и 40-45 км/ч максимальной) по полю боя, при этом преодолевая препятствия до 450-500 мм в высоту без поломки. Задача оказалась трудной. Соответствующие полигонные испытания четверок с двумя вариантами подвески (серийный и опытный вариант со спиральными пружинами) показали: при увеличении скорости до 22-25 км/ч вертикальные раскачивания танка становятся настолько сильными, что не позволяют продолжать разгон. Ни подвеска Кристи с Т-34, ни листовые рессоры c VK 3001 (DB) и Шермана не обеспечивали нужных характеристик. Требовалась конструкция, которая одновременно давала бы опорному катку максимально возможный вертикальный ход и обеспечивала требуемую надежность.
Таковой и стала конструкция профессора Эрнста Лёра с двойными торсионами, известная в англоязычной литературе как hairpin torsion bar (букв. шпилька для волос). Можно долго объяснять как она работает, но лучше посмотрите. Все сразу понятно, и схема перестает казаться мешаниной линий.

Обычно на этом моменте принято восклицать «ололо, это полный сон разума, зачем так делать?!» Чтобы это понять вот вам, дорогие мои, характеристики, в сравнении еще с парочкой танков:

	Тигр	Т-34	Шерман	Леопард-1	Леопард-2	Пантера
вертикальный ход катка, мм	220	240	111	373	526	510
жесткость подвески, кг/мм (под статической нагрузкой)	31,3/ 26	20	16	24	21	8

Видно, что «шпилька» по этим параметрам превосходит конкурентов в разы. Фантастический по тем временам ход катка позволяет танку преодолевать большие по размеру неровности не снижая скорости. Понадобилось больше тридцати лет развития танкостроения, чтобы достигнуть таких же показателей на Леопарде-2. Мягкость подвески это не только лучшая реакция на неровности, но и снижение нагрузки, передаваемой на торсионы.
Что это дает на практике? Обратимся к отчету о ходовых испытаний на полигоне Куммерсдорф. Дистанция пробега — один километр, на котором через каждые шесть метров установлены бетонные неровности высотой 100 мм. Обращаем внимание на развиваемую скорость.

Примечание 1 — использованная дистанция не позволяет развить большую скорость.
Примечание 3 — [по вертикальной оси] итоговое количество колебаний в зависимости от скорости.
Что можно сказать? Серийный вариант подвески панцерфир несколько выигрывает у спиральных пружин. Подвеска Кристи выглядит получше, но и раскачивается при разгоне сильнее.
Примечание: это как раз тот момент, когда хочется воскликнуть: «врут проклятые фашисты, неизвестно в каком состоянии был тот трофей, да и вообще это судя по всему самоходка». Вполне понимаю, однако у Шеина и Уланова (угадайте где) опубликован отчет о ходовых испытания тридцатьчетверок зимой 1940 года, который помимо прочего отмечает «Значительные и медленно затухающие колебания танка при движении, отрицательно сказываются на меткости стрельбы из пушки и пулеметов». Так что я бы не стал сходу отметать эти данные как неправдоподобные.
В целом «стиральная доска» снизила скорость всех испытываемых танков до примерно одного уровня в 22-25 км/ч. Явный лидер — американский Шерман, он не только едет порезвее, но и раскачивается при этом с меньшей частотой (крайне любопытно было бы глянуть на результаты шерманов с HVSS, но увы).
Пантера — вне конкуренции. Она превосходящий всех конкурентов как по скорости, так и по плавности хода. Особо доставляет сравнение «правильных» одинарных торсионов Тигра и неправильной «шпильки».
Но даже результат Пантеры не самый лучший. Линия (2) — это экспериментальный вариант Пантеры, на котором гидравлические амортизаторы HT 90 установлены на оптимальном месте — т.е. на кронштейнах первого и восьмого катков. На серийных машинах это оказалось невыполнимым из-за технических ограничений, что привело к серьезному ухудшению характеристик. Потом мы еще вернемся к этим демпфирующим элементам.

Кроме упругих элементов, надо упомянуть и о появлении на Пантере «тарелочек» — сдвоенных катков большого диаметра. Истоки решения на самом деле все те же: каток большого диаметра относительно меньше смещается по вертикали при движении через препятствия, что приводит к меньшим потерям мощности и помогает поддерживать высокую скорость. Кроме того, такая конструкция увеличивает срок службы резиновых бандажей, поскольку площадь контакта резины с металлическими поверхностями увеличивается, а ее сжатие уменьшается.
В целом подвеска Лёра удовлетворяла всем выдвинутым требованиям и представляла собой техническое решение высочайшего качества. Расчеты и проводимые опыты показывали, что никакая другая конструкция не в состоянии обеспечить того же качества подвески без существенного прироста массы. Именно это и обусловило ее применение на серийных Панцер-фюнф. Тем не менее, «шпилька» не была лишена недостатков, среди которых называли:
— большое объем работ по сверлению корпуса танка для монтажа элементов подвески, что повышало стоимость производства;
— применение торсионов увеличивало высоту танка на 50-55 мм; из-за переднего расположения трансмиссии высота увеличивалась еще на 140 мм, до общего результата в 195 мм;
— из-за повышенных требований к качеству балансиров их производство некоторое время было узким местом, впоследствии с изменением их конструкции проблема была решена;
— торсионы покрывали все дно машины, что делало невозможным наличие эвакуационных и эксплуатационных люков в нем;
— замена двойных торсионов (например после подрыва на мине) представляла собой тяжелую и утомительную работу.
Но качества «шпильки» по сравнению с аналогами были неимоверно высоки. Фактически на тогдашнем уровне технологий они так и остались непревзойденной. Поэтому когда в следующий раз вы встретитесь с классическим кошкинским вопросом «но почему в четыре ряда!», помните, что у немецких инженеров не стояла задача сделать плохо и непрактично. Их задачей было — сделать лучшую подвеску из существующих. И они с ней успешно справились.

Теперь перейдем к претензиям, высказанных уважаемыми оппонентами (ОУ) в прошлом посте. Рассмотрим их по порядку.

>Годная подвеска на двойных торсионах — это шведский L-100, а немцы сделали неправославно.
Повешу-ка для начала фотку этого самого Л-100 — просто чтобы было понятно, о чем разговор.

Действительно, применение двойных торсионов при незначительном весе (пять тонн) позволило шведам добится очень высокой мягкости хода — 5,5 кг/мм. Но как мы помним, ключевым моментом при выборе подвески Пантеры был наибольший возможный ход катка. У Ландверка он составлял вполне приличные, но недостаточные 290 мм, но главное — не мог быть увеличен из-за жесткой сцепки торсионов между собой. Соответственно, ни о каком заимствовании или копировании не может идти и речь.
Мягкость хода сама по себе показатель важный, но надо помнить, что масса Пантеры и Ландверка различаются в восемь раз. При незначительной массе танкетки шведы могли позволить такие решения, которые совершенно не подходят для Панцер-фюнф, как то фактическое сдваивание торсионов и развитые резиновые бандажи на катках малого диаметра.

>В результате, в торсионах возникают очень сложные напряжения от кручений и изгибов, что делает подвеску не слишком надёжной.
Процитируем Шпилбергера, а именно его монографию «Panther and its Variants» (перевод мой):
«Initially this design was quite a risk, since the spring bar was not only subject to torsional stress, but also bent to a certain degree. After extensive testing showed that this double load would be carried remarkably well, this suspension could be introduced on production models. There were virtually no complaints during Panther operations».
«На первый взгляд такая конструкция казалась довольно рискованной, поскольку торсион испытывал нагрузки не только на кручение, но и на изгиб. Всесторонние испытания показали, что такая двойная нагрузка переносится на удивление хорошо, и конструкция может быть рекомендована к применению в серийных моделях. Впоследствии во время боевого применения Пантер на нее практически не было жалоб».
Можно добавить также, что по выдвинутым управлением вооружений требованиям ресурс ходовой должен был составлять 10 000 км, и Пантеры им вполне соответствовали.
Чтобы избежать обвинений в пристрастности (хотя они все равно будут, бгг) сошлюсь еще на один документ — отчет французского министерства обороны о применении своих трофейных Пантер 1947 года разлива. Отчет достаточно известен в сети, его обильно цитирует Коломиец в своей последней книге, и его наверняка читали УО.
Так вот, французы жалуются буквально на все: на слабость механизма поворота башни, на низкий ресурс двигателя, на неполадки в системе отката орудия от частой стрельбы, на фантастическую ненадежность главного привода. Оно и понятно — попавшие к ним Пантеры были старыми, порядком изношенными, да и вообще галлов трудно заподозрить в симпатиях к своему восточному соседу. Но ресурс ходовой тот же отчет определяет в 2000-3000 км. Без упоминания летящих, как спички, торсионов и сминаемых на маршах катков.

>экипаж в Пантере укачивало.
более полно сформулировано в этом комменте
>Это научно установленный факт. Период собственных продольных колебаний Пантеры составляет 1.86 с. Это т.н. чрезмерная плавность хода, когда тряску побороли, а завышенный период колебаний ведет к укачиванию.
Очень жаль, что мне не доводилось читать о подобных проблемах экипажей Пантер ни в мемуарах самих танкистов, ни в попадавшихся мне ислледованиях. Вдвойне жаль, что уважаемый оппонент так и не развеял мое неведение.
Однако это совершенно не повод ставить точку в вопросе. Помните демпфирующие элементы HT 90? Сейчас станет понятно, какую роль они играют. Еще раз обратимся к монографии сами понимаете кого:
Примечание: может возникнуть вопрос — почему я так часто цитирую именно Шпилбергера. Ответ простой — он приводит наиболее полную техническую спецификацию Пантеры из тех ,что мне известны.

Период собственных вертикальных колебаний (в скобках — соотв. частота ), составляет 1,16 сек (0,85 Гц), а продольных — 1,96 сек (0, 51 Гц).
Как видно, демпфирование подвески практически совпадает с оптимальным расчетным уровнем в 0,3-0,4, который обеспечивал бы минимальные вертикальные ускорения на любой скорости движения (см. график внизу слева). Меньший уровень демпфирования гарантировал бы сильную качку при разгоне; больший менее выгоден по мере роста скорости.
Чтобы проследить влияние таких ускорений на физиологию человека, посмотрим на график внизу справа, взят отсюда. Здесь показаны результаты двухчасового воздействия колебаний

Частоты 0,5-0,85 при ускорении близком к 1 м/с2. Выводы по поводу остроты проблемы укачивания на Пантерах делайте сами.

>Из-за сложности подвеска Пантеры много весит
Да, конструкция Лёра не самая простая из возможных. Вместе с тем много/мало — не слишком удобный для восприятия критерий. Проиллюстрируем, о каком приросте массы идет речь — например, в сравнении с Т-34.
Согласно руководству по мат. части Т-34, вес одного катка с балансиром — 200 кг. По борту их пять, поэтому в сумме получается тонна.
Пантера на каждый борт имеет по четыре сдвоенных внешних и внутренних катка 2*4+4*75= 1200 кг. К этому надо добавить массу 16 бандажей — выходит 1488 кг (дотянулся проклятый гитлер, бггг), и восьми балансиров — еще 8*59=472 кг. Итого получается 1488+472=1960 кг.
Уже имеем практически двукратный прирост. Частично он объясняется большим весом немецкого танка вообще (более мощная артсистема, лучшая защита лба, более мощный двигатель и т.д.), но в целом это обратная сторона высоких характеристик.
Примечание: к сожалению сравнение остальных элементов — ведущих колес, ленивцев и особенно упругих элементов (там провал «шпильки» по массе будет особенно ощутим) пока невозможно из-за крайне разрозненной информации по обеим танкам. Этот вопрос, а также оставшиеся тезисы ОУ оставлю на потом. Итак уже затянуто сверх меры.

Источник — http://t-bone-wowp.livejournal.com/5551.html