Торсионная подвеска что такое

Торсионная подвеска. Устройство и принцип работы.

Подробности Автор: Сергей Категория: Подвеска Опубликовано: 01 октября 2015 Просмотров: 19889

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.

Торсионная подвеска: виды и особенности

Вы слышали такое понятие, как «торсионная подвеска»? Не знаете, о чем идет речь? Это такая разновидность подвески, где главным элементом является торсион.

Устройство и принцип работы

Торсион выполнен из металла, его работа осуществляется на скручивании. Он представляет собой стальной стержень, соединенный со шлицем на концах. Также эта деталь может состоять из балки конкретного сечения, набора пластин.

Крепление торсиона производится к кузову автомобиля или к его раме, а другой конец присоединяется к рычагу. Когда колеса перемещаются, он закручивается, поэтому происходит неразрывная связь между кузовом и колесом. Так выглядит устройство торсионной подвески.

Вращаются торсионы исключительно односторонне. Другая не менее важная особенность подобного элемента состоит в том, что он также используется для определения высоты кузова. Работа торсионной подвески осуществляется в процессе вращения. Для того чтобы понять ее специфику можно представить вытянутую руку с вращающимся запястьем.

Виды независимых подвесок

Независимая торсионная подвеска имеет несколько видов:

На двойных поперечных рычагах.

Здесь торсион находится параллельно кузову, поэтому его длина поддается регуляции в широком пределе. Так, один конец подвески крепится к поперечному рычагу, а второй – к раме машины. Эту конструкцию часто можно встретить на внедорожниках, где она выступает в виде передней подвески.

В этом случае торсионы располагаются в поперечной зоне кузова. Их в основном используют для создания задней подвески автомобилей.

Связанные продольные рычаги.

В этом варианте направляющими являются 2 рычага продольного типа, которые соединены друг с другом при помощи балки. Так создается задняя подвеска торсионная в автомобилях переднего привода.

Иногда такая конструкция необходима для обеспечения выравнивания в автоматическом режиме с применением мотора, стягивающего балки для увеличения жесткости.

Немного из истории

Торсионная подвеска автомобиля применяется с давних пор. Впервые она была использована на машине Citroen Traction Avant. Затем немецкие производители выпустили известный Volkswagen Beetle, где главной деталью выступал торсион. Такая конструкция получила широкую популярность во многом благодаря простой схеме изготовления и компактному размеру.

Позже ее стали применять на машине «Запорожец», где она выступала в виде передней подвески с двумя торсионами квадратного сечения. Поэтому не стоит удивляться тому, что сегодня такая конструкция особенно популярна.

Преимущества и недостатки подвески

Для того чтобы понять, что же у нее такого особенно, необходимо рассмотреть плюсы и минусы. Но вначале мы определим положительные характеристики, свойственные торсионной подвески:

Малая масса конструкции;
Можно регулировать жесткость дорожного просвета и подвески;
Простой ремонт и сервисное обслуживание.

Среди отрицательных характеристик следует выделить такие, как:

Необходимость наличия дорогих технологий в процессе производства;
Ограничение нагрузки по причине напряжения в сварном шве.
Неспособность создавать прогрессивное увеличение упругости.

Торсионная подвеска в большинстве случаев используется на внедорожниках и грузовых машинах

Торсионная подвеска разболталась? Ничего страшного в этом нет. Достаточно всего лишь исправить ее положение с помощью гаечного ключа, подтянув болты. Но действовать нужно осторожно, чтобы чрезмерно перетянутые детали при передвижении машины не создали большую жесткость ухода. На самом деле регулировать торсионную подвеску просто, сложнее это производить, если речь идет о пружинных конструкциях.

Сегодня этот тип подвески в большинстве случаев используется на внедорожниках и грузовых машинах известных марок – Додж, Мицубиси, Дженерал Моторс и Форд.

Принцип работы и устройство торсионной подвески. Торсионная подвеска что такое

ГлавнаяРазноеТорсионная подвеска что такое

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 автомобиля Hummer h4: 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

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

Торсион с одного конца жёстко закреплён 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 торсионов 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 торсионы использовались на автомобилях марки «Крайслер» и «Паккард», а в Советском Союзе они устанавливались на ЗИЛах, ЛУАЗах и Запорожцах.

Плюсы и минусы торсионов

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

Видео: Экстрим на «Тигре» Независимая торсионная подвеска одна из составляющих высокой проходимости «Тигра»

Поперечно расположенные торсионы ограничены 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 торсионов 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 самих торсионов. Несмотря на это, торсионы 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 торсионной 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 комфортна.

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 - это... Что такое Торсионная подвеска?

Торсион квадратного сечения

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

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.

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).

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».

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).

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

Источники

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

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

dic.academic.ru