Торсионная подвеска

Торсионная балка — каковы признаки износа и поломки?

Большая нагрузка на автомобиль, движение по некачественным дорогам, воздействие задних колес на бордюр, старение резины, а в случае французских автомобилей — также коррозия — все это влияет на износ задних балок и компонентов, входящих в них.

Стандартная торсионная балка должна легко выдерживать 200 000 км пробега, а в некоторых должным образом обслуживаемых автомобилях он может и вдвое больше (то есть практически на протяжении всего срока службы автомобиля). Замена может потребоватся амортизаторам и пружинам.

Французы могут испортится после пробега всего в несколько десятков тысяч км.

Преимущества и недостатки

Итак, главные плюсы данной конструкции заключаются в следующем:

• легкая регулировка по высоте при необходимости;
• сравнительно малый вес и габариты;
• долговечность и надежность;
• компактность конструкции относительно ширины автомобиля, по сравнению с некоторыми другими типами подвесок;
• удобство в обслуживании и эксплуатационная простота.

Кроме того, подвеска торсионного образца обладает возможностью регулировки ее жесткости, чего не получится в случае с пружинной конструкцией. Такая регулировка может производиться не только в ручном режиме, но и при помощи специально предназначенных для этого электрических двигателей.

Из недостатков, присущих такой подвеске, можно отметить излишнюю маневренность, которую приобретает автомобиль. Особенно сильно такие минусы могут быть заметны в случае с маленькими машинами. Вместо обычного поворота они запросто могут развернуться, если водитель потеряет бдительность. На сегодняшний день торсионы применяются уже не так часто, как прежде. Их постепенно вытеснили многорычажные конструкции. Но торсионами частенько оснащаются грузовые автомобили, прицепы и классические внедорожники, предназначенные не только для передвижений в городском режиме.

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. 

Недостатки торсионов

• Излишняя поворачиваемость. К этому склонны почти все автомобили, на которых стоит данная подвеска. Водитель должен быть особенно внимательным на поворотах, ведь в этот момент транспортное средство может просто развернуться в другую сторону. На автомобилях марки ЗАЗ с небольшой скоростью эта проблема становится особенно заметной.
• Обработка и технология производства торсионнов – довольно сложные процессы сами по себе. Но иначе производители не могут обеспечить должного уровня упругости материала, высокой прочности. Не обходится без специальных процедур по упрочнению поверхности, иначе металл не будет устойчивым к возникновению на поверхности трещин. В том числе применяются и пластические осадки. Но даже это не останавливает тех, кто пользуется торсионами, чтобы обеспечить более высокий уровень комфорта во время передвижения в самой разной местности.
• Там, где к концам торсионной балки крепятся рычаги, присутствуют игольчатые подшипники. У этой системы возникает несколько ограниченный ресурс по пробегу. Через трещины в прокладках и сальниках в подшипники попадают грязь, вода и пыль, из-за чего сами подшипники быстрее выходят из строя. При этом интенсивность вождения и стиль в этом особенной роли не играют. Гораздо важнее воздействие агрессивных сред плюс старение резинового материала.

Но, благодаря высокому уровню современного сервиса, проблему легко решить, меняя только подшипники или сальники. Иногда нужен ремонт, замена торсионной балки, но это только в худшем случае.

История системы торсионной подвески

Если вы решите поискать в интернете информацию «Что такое торсион и какова его история», то вполне возможно найти информацию о том, какой торсион был впервые использован в автомобилях Volkswagen Beettle в 30-х годах 20-го века. Что ж, эта информация не совсем верна, так как французы установили аналогичную подвеску в Citroen Traction Avant в 1934 году. Само название этой подвески происходит из французского и означает «скручивание», так что более чем ясно, кто победит в соревновании за первенство).

Как только французы и немцы начали использовать системы торсионной подвески на мировой арене, американцы вышли и начали устанавливать самые успешные торсионы на автомобили Chrysler.

В 1938 году чешский инженер Ледвинк модернизировал и усовершенствовал торсион, и Фердинанду Порше настолько понравились его модификации, что он сразу же массово представил его в своих моделях автомобилей.

Porsche ценит самое большое преимущество торсионного стержня, а именно его легкость и компактность — качества, особенно востребованные в спортивных и гоночных автомобилях.

Этот тип подвески был наиболее развит во время Второй мировой войны, когда он широко использовался в бронетехнике. (Среди наиболее известных марок танков с торсионной подвеской того времени — КВ-1 и PANTERA).

После окончания войны почти все ведущие производители стали устанавливать этот тип подвески на некоторые из своих моделей, и в 50-х и 60-х годах 20-го века был самый большой бум торсионных подвесок в автомобилях и гоночных автомобилях. Этот большой интерес со стороны как производителей, так и владельцев транспортных средств обусловлен компактностью торсионной системы, низкими затратами на установку и обслуживание и, прежде всего, долговечностью этой подвески.

В 1961 году торсион был впервые использован в качестве передней подвески в Jaguar E-Type.

Однако с годами и с появлением новых разработок система торсионной подвески стала терять популярность, так как она совершенно невыгодна. (Производственный процесс обработки стали довольно сложный, трудоемкий и дорогой, и это делает этот тип подвески намного дороже).

Сегодня этот тип подвески в основном используется на грузовиках или внедорожниках таких производителей, как Ford, Dodge, Mitsubishi Pajero, General Motors и других.

Преимущества и недостатки системы торсионной подвески

За годы использования торсионной подвески она претерпела ряд модификаций, которые привели к сглаживанию некоторых из ее начальных проблем. Конечно, как и все в этом мире, этот тип подвески не без недостатков, но о них поговорим через некоторое время.

Преимущества торсионной системы

• обеспечивает бесперебойное движение автомобиля;
• стабилизирует колеса;
• регулирует угол поворота при повороте;
• поглощает вибрации от колес и кузова автомобиля.

Эта система подвески не только довольно проста как механизм, но также очень проста в установке и ремонте, что позволяет даже неопытному механику справиться с ее ремонтом в случае необходимости.Существует очень простая регулировка жесткости, которая снова под силу любому, кто хочет, увеличить и уменьшить жесткость подвески вашего автомобиля. Это моно сделать полностью самостоятельно и дома.По сравнению со многими другими типами подвесок торсионная балка очень компактная и легкая.И на десерт … Этот тип подвески долговечен и может служить вам до тех пор, пока едет ваша машина. Торсионный стержень рассчитан на эффективную работу в течение многих лет без каких-либо дефектов, и, если его ремонтируют, ремонт можно выполнить всего одной простой регулировкой и буквально с одним ключом под рукой.

Одной из самых больших проблем с кручением является неустойчивое управление автомобилем при прохождении поворотов. Для вождения автомобиля с кручением в крутых поворотах требуется много внимания и опыта со стороны водителя.

Еще одним недостатком являются дополнительные вибрации, которые передаются при остановке автомобиля. Эти вибрации особенно сильны в задней части автомобиля, и это совсем не способствует комфорту пассажиров на задних сиденьях.

Проблемой этой подвески являются игольчатые подшипники, которые имеют ограниченный пробег около 60 — 70 тыс. км, после чего их необходимо заменить. Подшипники защищены резиновыми уплотнениями, но из-за агрессивной среды, в которой эти уплотнения подвергаются воздействию, они часто ломаются или растрескиваются, что позволяет грязи, пыли и брызгам проникать в подшипники и снижать их эффективность. В свою очередь, поврежденные подшипники расширяют соединения торсионной балки, и это меняет эффективность подвески.

В качестве недостатка мы добавляем дорогой производственный процесс. Для обеспечения устойчивости металла к скручиванию при его изготовлении используются специальные процедуры поверхностного упрочнения с использованием новых технологий. Все эти инновационные технологии приводят к увеличению производственных затрат.

Однако одной из основных причин ограниченного использования торсионной подвески остается невозможность ее работы как полностью независимой подвески и обеспечения высокого уровня комфорта. Хотя торсион обеспечивает некоторый комфорт, этого недостаточно для современных автомобилей высокого класса.

Ключевые свойства ремонта

Рассматривая все проблемы торсионных балок, вполне можно сделать вывод, что обслуживание, а также ремонт торсионной подвески связан с такими ситуациями:

• Регулирование высоты конструкции.
• Демонтаж либо замена торсионов.
• Замена игольчатых подшипников.
• Замена пальцев, осей задней балки.
• Ремонт рычагов задней балки.

Регулирование высоты задней подвески не стоит рассматривать в виде ремонта всей конструкции. Это обычно происходит из-за того, что хозяин авто хочет осуществить поднятие задней часть авто.

Иногда изменение высоты балки предусмотрено в целях повышения жесткости и уменьшения осадки автомобильной задней части, при максимальной загрузке. Надо знать, что торсион задней балки не способен работать при изменении высоты задней балки, эксплуатироваться будет при более агрессивной нагрузке, а это может сказаться на его ресурсе.

Процесс изменения высоты заключен в изменении положения торсиона, вернее его шлицевого конца, а также звездочки. У торсиона на концах имеются шлицевые разъемы. Торсион одним концом крепится в шлицевой разъем, рычаг задней балки. А другим — в разъем на корпусе балки. Если осуществляется ремонт данного типа подвески, тогда понадобится демонтаж торсионов.

В данной ситуации важно сделать в задней балке родное положение торсионов, чтобы в момент монтажа было понятно, что, а также куда вставляется. С целью демонтажа торсиона в процессе стягивания из шлицевого соединения используется инерционный съемник

Шпильку съемника вкручивают в резьбу на торце торсиона, может быть, эту резьбу стоит почистить.

Часто шлицевые соединения «закисают» либо «прикипают», в таком случае, стандартный съемник не поможет, выручить сможет только обычная кувалда.

Часто ремонт торсионной подвески связан с процессом замены игольчатых подшипников задней балки. Согласно некоторых данных, процесс замены игольчатых подшипников нужен после 80 000 км пробега.

При замене подшипников понадобится демонтаж торсионов, а также рычагов балки. Каждая сторона балки содержит два подшипника. Самой опасной проблемой задней балки является износ игольчатого подшипника, ведь обычному автолюбителю это определить затруднительно.

При отсутствии диагностики авто эксплуатируется и при рассыпавшимся подшипнике, этим усугубляя проблему. В результате изнашивается ось. Безусловно, оси задней балки возможно заменить, но это весьма затруднительно в «домашних» условиях, поскольку помимо знаний и опыта требуется специальное оборудование и приспособления.

Станции технического обслуживания не заменят оси, а предлагают лишь новую балку в сборке с новыми осями, а это весьма дорогое предложение.

Наиболее тяжелым случаем при ремонте конструкции торсионного типа является разрушение посадочного места подшипника в рычаге. Такое происходит редко, в очень «запущенной» ситуации.

Разрушение посадочного места происходит по тем причинам, что палец задней балки, хотя гораздо реже, поскольку это место защищается внешней обоймой подшипника. Процесс ремонта рычага: восстановление посадочного места на металлорежущем оборудовании.

Главной проблемой реставрации рычага балки является поиск требуемого оборудования, такая работа осуществляется на токарно-расточном станке.

Плюсы и минусы торсионной подвески

Несмотря на то, что такие торсионы на автомобиле уже давно и успешно применяются, у подвески такого типа есть немало отличительных особенностей, которые мешают массовому внедрению.

Начнем с преимуществ:

• компактное размещение под днищем или в пределах рамы;
• простота эксплуатации и ухода за упругим элементом;
• небольшой вес всего узла в сборе;
• возможность ручной настройки на требуемые условия эксплуатации (изменение клиренса);
• простой ремонт и замена на новый торсион (может потребоваться специальный инструмент);
• срок службы рассчитан на весь срок эксплуатации машины;
• хорошая плавность хода на плохой дороге;
• высокая грузоподъемность.

Большинство этих свойств было актуально в середине прошлого века, когда от легковушки требовалось простота и надежность конструкции, тогда как другие качества отходили на второй план.

На современном ТС недостатки торсиона становятся очевидны:

• регулировка и замена торсиона требует определенной квалификации и инструмента;
• сложность производства упругих штанг, их высокая стоимость в сравнении с классическими пружинами и рессорами;
• опорные игольчатые подшипники требуют регулярной замены или регулировки;
• не терпят быстрой езды по разбитым дорогам;
• в крутых поворотах требуют аккуратного и собранного вождения;
• даже исправный торсион может лопнуть от неправильной эксплуатации.

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=TrJ{\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=TmaxRJ=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 }.

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

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

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

Основные типы подвески

Существует несколько типов подвесок. Рассмотрим особенности тех, которые используются в современных автомобилях.

Зависимая подвеска

В зависимой системе подвески колеса на обеих сторонах транспортного средства связаны балкой и работают вместе. Как правило, этот тип подвески включает в себя цельную ось, которая расположена по всей ширине рамы автомобиля. Два колеса соединены этой осью, что означает, что они работают как пара и выполняют одинаковые движения.

Зависимая подвеска чрезвычайно крепкая, но не очень подходит для автомобилей. Как правило, такая подвеска используется на тяжелых грузовиках, полноценных внедорожниках. Такие транспортные средства чаще используются для езды по пересеченной местности.

Независимая подвеска

В системах с независимой подвеской нет оси, которая бы соединяла колеса попарно. Вместо этого каждое колесо по-своему реагирует на дорожные неровности. Это означает, что если одно колесо наезжает на препятствие или попадает в ямку, это не повлияет на другое колесо.

В отличие от зависимой подвески, которая намного жестче и не очень подходит для городских условий, независимая обеспечивает довольно хороший комфорт пассажирам в автомобиле. Это основная причина, по которой большинство современных автомобилей оснащаются независимой подвеской.

Основные виды независимой подвески

МакФерсон

Это одна из самых распространенных систем подвески в автомобилях. Конструкция стойки MacPherson очень проста и, как правило, представляет собой комбинацию амортизатора и спиральной пружины, которые работают синхронно.

Этот тип подвески был впервые использован в автомобилях Ford в 1950-х годах, а затем стал одним из наиболее широко используемых в современных автомобилях. Хотя стойка МакФерсон также может быть установлена ​​на задней подвеске, она обычно используется в основном на передней части машины.

Система стоек MacPherson обязана своей популярностью благодаря таким преимуществам, как простой дизайн, низкие производственные затраты, отличное обслуживание, меньший объем и многое другое.

Двухрычажная подвеска

Особенностью этого типа подвески является то, что на каждой стороне оси имеются два продольных рычага, которые сочетаются с поперечно расположенными упругими элементами подвески.

Преимущества подвески с двумя рычагами — ее компактность и комфорт, который она обеспечивает пассажирам в автомобиле. Его недостатки заключаются в том, что он имеет относительно большую массу, что увеличивает вес автомобиля. В случае сталкивания с препятствием возможно продольное движение, из-за чего система может сломаться.

Подвеска с качающимися осями

Этот тип независимой подвески использует две полуоси вместо одной стабильной. Каждая ось прикреплена к шасси посредством шарнира. Особенностью этого типа подвески является то, что в случае препятствия колесо всегда сохраняет свое положение перпендикулярно осям. Подвеска качающейся оси в основном используется для задней части заднеприводных авто.

Преимуществами этого типа подвески являются простота конструкции, низкие затраты на ее обслуживание и низкая цена. Недостатками являются большие колебания и плохое управление рулем, если скорость увеличивается выше 60 км / ч.

Многоточечная подвеска

Многоточечная подвеска — это тип подвески автомобиля, который имеет три или более боковых рычага и один или несколько продольных рычагов. Этот тип подвески довольно популярен, так как обеспечивает отличную стабильность колес и отличную устойчивость машины на поворотах. Многоточечная подвеска может быть установлена ​​на передней оси, но чаще всего используется в задней части авто.

На двойных поперечных рычагах

Этот тип подвески делится на несколько подтипов (пружинные, пневматические, гидропневматические) в зависимости от используемых упругих элементов. Общей особенностью всех подтипов этой подвески является наличие передних рычагов, которые своими наружными концами подвижно соединены с кузовом или рамой автомобиля, а внутренние соединены шарнирами.

Преимущества этого типа подвески являются как структурными, так и функциональными. Его конструкция уникальна тем, что все его элементы можно прикрепить к специальной перекладине, которая позволяет быстро снять всю подвеску во время ремонта.

Его функциональное преимущество заключается в том, что он позволяет изменять его геометрию и модернизировать. Этот тип подвески чаще всего используется в спортивных и гоночных автомобилях, поскольку способствует лучшему управлению автомобилем.

Плюсы и минусы

Как у любого узла автомобиля у торсионов есть свои преимущества и недостатки. К плюсам можно отнести:

• простую конструкции;
• надежность;
• небольшую массу и компактные размеры;
• простоту обслуживания благодаря небольшому количеству деталей;
• ремонтопригодность;
• плавный хода авто;
• снижение нагрузки, передаваемой на подшипники;
• возможность изменить дорожный просвет.

Минусы:

Производство торсионов относится к разряду сложных.
Управляемость ниже, чем при установке многорычажной подвески.
Подшипники, соединяющие торсионную балку с рычагами, быстро изнашиваются.
Эксплуатационные характеристики подвески полностью зависят от качества торсионов.
Водитель во время езды должен соблюдать осторожность.
Торсионы создают шум (скрипят), часто лопаются.

Еще видео на тему устройство и принцип работы торсионной подвески

При самостоятельной покупке, для замены необходимо учесть, что существуют левые и правые торсионы. На этих деталях имеются метки «R» (правый), «L» (левый), «-» (установка на задней части). При установке маркировку необходимо соблюдать точно.

Наши дороги далеки от идеала, поэтому подвеске необходимо уделять повышенное внимание. От ее типа зависит периодичность ремонтов

Теоретически в подобной ситуации лучшая подвеска жесткая. Исключение составляет езда по дорогам с глубокими ямами. Торсионная подвеска простая, но подходит лишь для управления на сравнительно низкой скорости и по пересеченной местности. По этому на сегодняшний день устанавливается на габаритных машинах, грузовиках и военной технике. Для спортивной езды торсионы совершенно не приспособлены.

Преимущества и недостатки

Опыт использования торсиона перевалил за 80 лет, но отказываться от его применения производители не торопятся. Причиной служат следующие соображения:

• Компактность. Небольшие размеры позволяют увеличить размеры других функциональных элементов автомобиля, например, багажник.
• Возможность регулировки подвески. Во многом эксплуатационные характеристики зависят от длины, что позволяет при проектировке машины закладывать необходимые качества.
• Недорогое обслуживание и ремонт. При производстве этот фактор также делает автомобиль дешевле конкурентов с другими типами подвесок.
• Малый вес. Благотворно влияет на ресурс машины и ее экономичность в процессе использования.
• Простота в производстве деталей и их установке.

Преимущества налицо, но не всегда можно реализовать поставленные перед конструкторами задачи, исключительно используя торсионную подвеску. Требования рынка чрезвычайно жестки. Покупатель требует нового качества, добиться которого при помощи торсиона сложно. Итак, что, прежде всего, тормозит применение подобных подвесок:

1. Тряска. Особенно она чувствуется на заднем сидении. Жесткое соединение с кузовом передает вибрации и даже совершенные по конструкции торсионные подвески не справляются с ними. Более технологичные и эффективные механизмы работают лучше, но стоимость их существенно выше.
2. Шум. Причина его также кроется в невозможности эффективно изолировать корпус от колебаний, из-за жесткого соединения. Системы шумоизоляции не в состоянии полностью исключить этот недостаток.
3. Торсион не выдерживает экстремальные нагрузки. Сборная конструкция, где для фиксации отдельных частей используется сварка. Она не дает необходимой в некоторых случаях прочности, хотя современные конструкции устанавливаются и на внедорожниках, и на грузовом транспорте, но они сложны и дороги.
4. Ремонт. Торсионы могут лопаться подобно пружинам. Если в простых конструкциях замена детали не ляжет непосильным грузом на владельца, то в некоторых современных автомобилях подвеска стоит не дешево и при высокой цене на запчасти можно приплюсовать и немалые расходы на работу.

Многие покупатели не задумываются при приобретении автомобиля о его конструктивных особенностях. Но сделать это необходимо по той причине, что впоследствии за ним придется ухаживать и ремонтировать.

Машина с торсионной подвеской в большинстве случаев будет стоить дешевле, а ее обслуживание также будет более экономичным.