Торсионная подвеска используется в автомобилестроении вот уже около восьмидесяти лет, впервые она была применена на автомобилях Ситроен в середине тридцатых годов прошлого века. Немного позже данной конструкцией заинтересовались немцы и реализовали ее в машине Фольксваген Жук. В отечественном автомобилестроении торсионная подвеска впервые была применена на машине «Запорожец», передняя подвеска которого была выполнена на основе двух торсионов квадратного сечения.
В настоящее время данный вид подвески получил широкое распространение среди большинства автопроизводителей, благодаря простоте конструкции, компактности и низкой стоимости.
Что такое торсионная подвеска
В данном виде подвески роль упругого элемента выполняет торсион. Это некий металлический стержень круглого или квадратного сечения, производящий работу на скручивание. Он может быть как цельным, так и набранным из нескольких металлических пластин, на его концах имеются шлицы для соединения с другими элементами.
В общих чертах схема торсионной подвески выглядит следующим образом. Один конец стержня неподвижно соединяется с кузовом, другой – с рычагом. Принцип работы основан на упругости торсиона. Колесо автомобиля, перемещаясь в вертикальной плоскости, закручивает его, благодаря чему возникает упругая связь между колесом и кузовом автомобиля .
Раскручиваясь к нормальному состоянию, торсион возвращает колесо в исходное положение. На видео можно посмотреть, как работает данная конструкция.
Данные упругие элементы обладают двумя особенностями:
- их вращение возможно только в сторону скручивания;
- с их помощью можно регулировать клиренс автомобиля .
Применение торсионов
Данная разновидность упругих элементов применяется в самых разных видах подвесок: на продольных или двойных поперечных рычагах, а также в полунезависимой.
Подвеска на продольных рычагах
Ее устройство следующее: один или два упругих элемента располагаются поперек кузова, а к ним присоединены продольные рычаги. Такая конструкция применялась, как правило, для задней подвески небольших легковушек, в настоящее время не применяется.
Впервые она была использована на автомобиле Фольксваген Жук, такое устройство имела его передняя часть. Одним их автомобилей, имеющих заднюю подвеску на продольных рычагах, был Рено 16. Эта машина интересна тем, что имела разную колесную базу слева и справа. Причина в том, что в конструкции ее задней оси применялись два торсиона, расположенных один позади другого.
Независимая подвеска на двойных поперечных рычагах
Торсионы в данном случае располагаются вдоль кузова, по одному с каждой стороны, одним концом они крепятся к раме, а другим – к поперечному рычагу (как правило, к нижнему, хотя в некоторых автомобилях могут крепиться к верхнему). Особенность такой подвески в том, что длину торсионов, а значит, и их упругие свойства можно регулировать в очень большом диапазоне (чем больше длина, тем легче скручивается упругий элемент, следовательно, мягче подвеска). Такое устройство имеет передняя подвеска некоторых автомобилей повышенной проходимости.
Полунезависимая подвеска
Данная разновидность занимает особое место среди подвесок, в которых упругим элементом является торсион. Она является промежуточным звеном между независимыми и зависимыми подвесками, поэтому и получила название полунезависимой. Широкое применение она нашла среди многих автомобилей от «А» до «С» — класса. Ее устройство выглядит следующим образом. Продольные рычаги, расположенные по одному с каждой стороны, соединены между собой торсионной балкой. Одним концом каждый из них крепится к кузову авто, а другим к ступице колеса.
Принцип ее работы основан на форме упругого элемента. Балка имеет U-образное сечение, благодаря чему хорошо сопротивляется изгибу, но легко скручивается. Поэтому колеса получают возможность двигаться в вертикальной плоскости не завися друг от друга. Схема торсионной балки представлена на фото.
Плюсы и минусы торсионной подвески
Как и любая другая конструкция, торсионная подвеска имеет свои плюсы и минусы.
Ее главные преимущества заключаются в следующем:
- компактность в сравнении с пружинной подвеской;
- простое устройство и высокая надежность;
- малый вес;
- возможность быстро изменить клиренс автомобиля, не внося изменений в конструкцию;
- хорошая ремонтопригодность;
- большие интервалы между обслуживанием.
Минусы торсионной подвески:
- худшая управляемость по сравнению с многорычажной подвеской (машины проявляют склонность к излишней поворачиваемости);
- сложная технология производства и обработки упругих элементов;
- ограниченный срок службы игольчатых подшипников в узлах крепления продольных рычагов к торсионной балке (порядка 60-70 тыс. км);
если своевременно не заменить вышедшие из строя подшипники, придется ремонтировать или менять торсионную балку.
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
Устройство и принцип работы торсионной подвески 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 — , выполняющий функцию гашения колебаний.
- , 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 торсионовОсобенностью 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
Задняя полузависимая U-образная 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.
Торсионная балка – вид подвески, в которой роль упругого элемента играет торсион. Торсион – это металлический упругий элемент, который работает на скручивание. Этот элемент, как правило, состоит из набора стержней, пластин или балки определенного сечения. Торсион одним концом крепится к направляющему элементу – , а другим – к раме или кузову автомобиля. Благодаря торсиону достигается упругая связь между кузовом и колесом. Торсионы применяются в различных видах подвесок: на продольных рычагах, подвеске на двойных поперечных рычагах и так далее. Схожий принцип нашел применение и в конструкции торсионной балки (подвеске со связанными между собой рычагами правого и левого колеса). Ввиду наличия прочной связи между колесами наибольшее распространение конструкция нашла в задней подвеске переднеприводных автомобилей. На сегодняшний день можно смело сказать, что подвеска задних колес на основе торсионной балки - наиболее распространенная конструкция.
Торсионная балка - полая стальная деталь сложной конфигурации, жесткая на изгиб, но податливая на кручение. Это дает возможность колесам перемещаться вниз и вверх независимо друг от друга. Торсионная балка крепится к кузову, как правило, . Жесткость самой балки в поперечном направлении должна обеспечивать постоянное расстояние между колесами. Дополнительными упругими элементами в подвесках с торсионной балкой чаще всего являются пружины.
История создания и развития торсионной конструкции
Прототипом нынешней балки является торсион - устройство, которое впервые было использовано в в 30-х годах ХХ столетия. В дальнейшем усовершенствованием торсионной подвески занимались - чешский профессор Ледвинка и немецкий изобретатель Фердинанд Порше, впервые адаптировавший ее для массового производства.
Довольно широкое применение на малолитражных автомобилях торсионы получили в 50-60-х годах прошлого века. Причина интереса к устройству относительной простоте изготовления и компактности этих элементов. К концам торсиона прикреплялись продольные качающиеся рычаги, которые были соединены с поворотным кулаком при помощи шаровых опор или шкворневого узла.
На автомобиле “Запорожец” в качестве передней подвески использовались два торсиона с квадратным сечением, которые заключались в стальные трубы расположенные друг над другом, к концам труб прикреплялись продольные рычаги подвески. Автором этой конструкции был все тот же .
Устройство и принцип работы торсионной балки
Направляющим устройством подвески с торсионной балкой являются два продольных рычага, которые жестко соединены между собой балкой. С одной стороны продольные рычаги крепятся к ступицам колес, а с другой – к кузову. Торсионная балка имеет U-образное сечение, благодаря чему обладает малой жесткость на кручение и большой на изгиб. Это свойство дает возможность колесам независимо друг от друга двигаться вверх-вниз.
На современных автомобилях торсионная балка может располагаться поперечно либо продольно. Поперечное расположение применяется на легковых автомобилях. А продольная схема расположения свойственна, преимущественно, большим и тяжелым грузовикам. В обоих вариантах торсионная подвеска обеспечивает оптимальные значения затухания колес и кузова, обеспечивает плавность хода и регулирует крен при повороте.
На некоторых автомобилях торсионная подвеска может использоваться совместно . В зависимости от состояния дорожного покрытия и скорости движения этот электромотор стягивает балки для получения необходимой жесткости.
Плюсы и минусы торсионной балки
Главные преимущества торсионных подвесок в целом – это компактность по ширине автомобиля, легкость в регулировании высоты дорожного просвета, небольшая общая масса и, конечно же, долговечность. Подвески с торсионом очень просты в техническом обслуживании и эксплуатации. Такие подвески намного легче регулировать, нежели пружинные. С точки зрения производителей: торсионная балка дешева в изготовлении и легко устанавливается на машину на сборочных линиях.
Один из самых весомых недостатков: дополнительные вибрации, передаваемые от колес на кузов, способствующие низкому комфорту пассажиров задних сидений. И как следствие, , что негативно сказывается при поездках на дальние расстояния.
Вопросы эксплуатации
Если торсионная подвеска на автомобиле разболталась, то осуществить регулировку ее положения можно при помощи простого гаечного ключа. Для этого необходимо забраться под автомобиль и подтянуть разболтавшиеся болты. Главное при этом не переусердствовать, потому что перетянутые болты при движении автомобиля станут причиной излишней жесткости хода.
Торсионная подвеска – это тип подвески, основным элементом которой является металлический стержень цилиндрической формы (торсион). Этот элемент обладает большой упругостью и отменно пружинит при скручивающих воздействиях. Обычно торсионы изготавливают из специальный сталей высокой прочности, которые проходят предварительную термическую обработку. Торсион выдерживает феноменальные механические нагрузки, отлично сопротивляется большим крутящим напряжениям и практически не подвержен деформации при больших углах закручивания. Торсионные стержни бывают круглыми или квадратными в сечении, могут быть наборными (из нескольких металлических пластин).
Торсион одной своей стороной жестко крепится к раме автомобиля, а другой стороной через рычаг соединен с колесной ступицей. Перемещения колеса в вертикальной плоскости вызывают скручивание торсиона (торсион пружинит). В итоге получается прочная и упругая конструкция, которая соединяет кузов автомобиля и его подвижную ходовую часть. Для того, чтобы повысить надежность и долговечность торсионных подвесок, основные соединения и узлы оснащают защищающими от ударных нагрузок элементами (газовыми или масляными амортизаторами или дополнительными пружинами спиральной формы).
История появления торсионной подвески.
Впервые такая подвеска использовалась на знаменитом автомобиле Фольксваген Жук (выпуск стартовал в 1930-х годах). Нынешний вариант торсионной схемы, который применяется на современных автомобилях это эволюционное детище множества доработок и усовершенствований конструкции этой подвесочной схемы.
Сразу после появления новой для тех лет конструкции подвески она начала дорабатываться инженерами европейских и американских автомобильных компаний под установку на различные выпускаемые ими автомобили. Чех Ледвинка придумал модернизированный торсион, который использовался на большегрузных автомобилях Tatra. После нескольких лет испытаний именно конструкция Ледвинки стала массово устанавливаться на автомобили, сходящие с конвейера компании Фердинанда Порше.
Сам Фердинанд Порше очень тепло отзывался о торсионной схеме подвески. Она легкая и прочная. Эти два главных преимущества способствовали тому, что практически все хорошие автомобили того времени (спортивные, внедорожные и армейские) имели торсионную подвеску. Сейчас торсионы применяют в нескольких моделях Феррари, в конструкции подвески внедорожника Toyota Landcruiser и в других моделях японского автогиганта, в подвесках большинства тяжелых авто. Порше продолжал работать над оптимизацией торсионов. Он разработал торсионы с двойными рычагами (поперечные стержни в них скрывались внутри стальных труб, которые располагались друг за другом), вместе они составляли первую в истории автомобилестроения торсионную балку.
Французские автомобилестроители тоже работали над собственными торсионными системами подвесок. Андре Лефэвр из компании Citroen придумал как использовать зависимость жесткости подвески от длины торсионной балки. Чем длиннее был торсион, тем комфортнее получалась подвеска. Помимо этого, длинный вал торсиона отлично распределяет нагрузку от дорожного покрытия по всему кузову автомобиля. Это существенно повышается устойчивость машины на трассе и улучшает её управляемость.
Во время Второй мировой войны торсионам нашли применение в конструкции танков и тяжёлых армейских броневиков. Торсионной подвеской оснащались отечественные танки «КВ», знаменитые гитлеровские «Пантеры». Реальные боевые условия еще раз подтвердили – торсионная схема работает успешно и надежно. В послевоенные годы практически весь мировой автопром переключился на выпуск автомобилей с торсионами в подвеске. Долгое время (до 1960 годов) торсионы ставили только на заднюю подвеску, но фирма Jaguar впервые применила передние торсионы на знаменитом E-Type. В США торсионами комплектовали автомобили Chrysler и Cadillac. В СССР с такой подвеской выпускались автомашины ЗИЛ, Запорожец и ЛУАЗ.
Основные достоинства и недостатки торсионной подвески.
Торсионная балка может быть размещена под кузовом автомобиля как в продольном, так и в поперечном направлении. Продольная схема больше подходит для тяжелых и крупных машин. На легковушках ставят легкие и компактные поперечные торсионы задней подвески.
Торсионная подвеска решает следующие задачи:
- Гарантирует плавный ход.
- Максимально сглаживает и поглощает механические колебания рамы и колес автомобиля.
- Способствует стабилизации положения колес.
- Регулирует угол крена в поворотах.
Торсионы, устанавливаемые поперечно, ограничиваются шириной колеи автомобиля. По бокам кузова рабочие края торсионных стержней соединяются с рычагами подвесок. Следовательно, сделать бесконечно плавную и мягкую подвеску не получается (из-за ограниченных физических размеров торсионов).
Продольные торсионы не имеют серьезных ограничений по длине. По уровню обеспечиваемой мягкости и плавности хода продольные торсионные балки легко могут соперничать с пружинами и рессорами. К тому же, установка продольного торсиона технологически более простой процесс.
Преимущества торсионной подвески:
- Малый вес и габариты в сравнении с пружинами.
- Простота ремонта, замены и обслуживания.
- Возможность изменять величину дорожного просвета без вмешательства в конструкцию других деталей подвески.
- Высокая надежность.
- Простота настройки и регулировки.
- Длительные межсервисные интервалы.
По факту все операции по обслуживанию торсионной подвески сводятся лишь к проверке болтов крепления (момента их затяжки). Для регулировки торсионной схемы мастеру нужен всего один гаечный ключ. Общий совет – строго соблюдать момент затяжки болтов, указанный в техническом описании. Если болты перетянуть, то подвеска станет жесткой и некомфортной.
Недостатки торсионной схемы:
- Автомобиль приобретает «излишнюю поворачиваемость». От водителя требуется особенная концентрация в поворотах. Да, машина кренится меньше, но и развернуться вместо того, чтобы повернуть – вполне может. Особенно сильно этот недостаток проявляется в небольших автомобилях. - Процесс производства торсионов сложен и дорог. Сталь нужна специальная, предварительно подготовленная. Именно это гарантирует прочность и упругость торсиона. К таким сталям приходится добавлять немало различных присадок, использовать дорогостоящие технологии проверки качества. Тем не менее, нередко именно торсионная схема используется для обеспечения комфортной езды по любым покрытиям (автомобили-вседорожники).
- Применение игольчатых подшипников в местах крепления торсионов к рычагам ограничивает ресурс торсионной балки. Подшипники портятся от постоянного воздействия соли, влаги, дорожных реагентов. Особенно быстро это происходит тогда, когда в сальниках есть трещины. Торсионная балка может выйти из строя даже быстрее, чем состарятся резиновые элементы подвески. Это зависит именно от условий эксплуатации, а не от агрессивного стиля вождения, как считают многие. Совет при такой беде один – как можно чаще инспектировать подвеску. Если проблему вовремя определить, то ремонт обойдется лишь заменой сальников и подшипников. Если же ситуацию запустить, то неисправные подшипники быстро разобьют посадочные места, и тогда торсионную балку нужно будет ремонтировать целиком. Обычно ресурс подшипников колеблется в диапазоне 60-70 тысяч километров пробега.
Сейчас торсионные подвески применяют не столь массово. Основная проблема – довольно сложно обеспечить полностью независимую колесную подвеску с высоким уровнем комфорта. Однако, с другой стороны, торсионная схема все же позволяет строить достаточно свободные подвески, особенно на тяжелых автомобилях (Renault Laguna и Pegeout 405).
Многорычажные подвески постепенно вытеснили торсионную схему. Её продолжают использовать только на настоящих внедорожника (Dodge, Mitsubishi Pajero, Ford) и на грузовых автомобилях.
Собираясь покупать машину, стоит узнать плюсы и минусы торсионной подвески, чтобы решить, выбирать авто именно с таким типом, или обратить свое внимание на более традиционное оснащение. Особенно популярна установка торсионной балки у французов – почти все модели Renault, Peugeot и Citroen оборудованы именно ею.
Зачастую этот механизм даже называют французской балкой, хотя основана она на идее, впервые воплощенной в машине Volkswagen Beetle (и случилось это в 30-е годы прошлого века), а совершенствовали деталь чех Ледвинка и немец Фердинанд Порше. Главной деталью в подвеске является торсион. Он представляет собой упругий сегмент из металла, предназначенный для работы на скручивание.
Чаще всего торсион – это круглая стержневая деталь со шлицевыми соединениями на окончании, однако он может быть сделан из балки или же сбора особых пластин. С одного бока механизм крепится к кузовщине или автомобильной раме, а с другого – к рычагу.В движении торсион скручивается, чем крепко связывает колеса с кузовом. Торсионная балка может быть ориентирована вдоль оси автомобиля (этот вариант используется в тяжелых грузовиках), а может быть и поперечной – именно такую монтируют на легковушках, и в основном – заднеприводных.
Плюсы и минусы торсионной подвески обусловлены именно особенностями ее строения. Давайте поподробнее разберем преимущества и недостатки подобной, ставшей уже довольно привычной и используемой во многих автомобилях, механической конструкции.
Что имеем в плюсе?
Самый главный выигрыш – в компактности такого типа сборки. За счет малой размерности появляется возможность соорудить довольно большой багажник и предоставить достаточно места для размещения задних пассажиров – то есть добавляется простор. Очень ценным качеством является также зависимость жесткости подвески от размеров торсиона: чем он длиннее, . К тому же регулировка по жесткости/мягкости очень проста и осуществима даже своими силами в домашних, так скажем, условиях.
Существует даже и возможность некоторой регулировки клиренса. Перераспределение динамической нагрузки от трассы по всей раме автомобиля повышает его устойчивость и делает машину более послушной в управлении и эксплуатации. В техобслуживании и ремонте торсионная подвеска (в большинстве случаев) проще и дешевле пружинной. Общий вес ее опять же значительно меньше, чем у традиционной, что хорошо сказывается на экономичности езды и сроке службы всего автомобиля (добавляется ресурс). На взгляд производителя, выигрышность торсионной подвески – в не слишком дорогом ее изготовлении и практической простоте установки.
Статьи по теме:
Что ушло в минус?
Однако ни одно устройство, как правило, не может быть совершенным и идеальным. Какие-то неприятные стороны имеются даже у самой удачной инженерной мысли. В торсионной подвеске найдены экспертами следующие, не совсем приятные недостатки:
- Самый основной и всеми отмечаемый минус – тряска на заднем сидении. На кузов идут дополнительные вибрации, которые сзади всеми пассажирами ощущаются очень хорошо;
- Качественной шумоизоляции добиться нельзя даже с добавочными мерами – все по той же причине, по которой людям сзади не слишком комфортно;
- Ездить придется более осторожно и аккуратно: наличие сварных швов и, соответственно, присутствие напряжения в них ограничивают максимальную допустимую нагрузку на подвеску;
- Торсионы имеют склонность лопаться не хуже пружин. А стоят они все же куда более существенно;
- Весьма относительной может стать и дешевизна ремонта с обслуживанием. Это уже зависит от конструктивных особенностей каждой модели. Если для ремонтных работ потребуется демонтировать всю балку при замене торсиона (а достаточное количество моделей сконструировано именно таким образом), то счет за услуги вам выставят довольно существенный. Если же предоставлена возможность подобраться к меняемой детали без глобального демонтажа – то да, цена будет ниже, чем при аналогичных работах с пружинной подвеской.