Торсионная подвеска. Её принцип работы, достоинства и недостатки

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

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

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

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

Что это? По сути, это металлический стержень, который может иметь как круглое, так и квадратное сечение.

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

Без проблем из ХХ в ХХI век

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

Затем, во времена Второй мировой войны торсионы оказались незаменимыми в бронетанковой технике , причём использовалась такая подвеска и у советских, и у немецких машин.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Две стороны медали торсионной подвески

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

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

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

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

До будущих встреч!

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

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

Задняя подвеска с поперечным расположением торсионов

Особенностью упругих элементов задней подвески было их расположение — один находился позади другого, что конструктивно влекло разность в колесной базе по сторонам автомобиля (одно из колес находилось ближе к переднему на несколько сантиметров). Управляемость и устойчивость автомобиля оставляла желать лучшего, однако именно компактность торсионной подвески позволила значительно увеличить объем багажного отделения, что в значительной степени определило популярность модели. В настоящее время подобная схема подвески автопроизводителями не применяется.

Полузависимая задняя торсионная балка

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.

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

Устройство торсионной подвески

Торсионная балка с одного конца жёстко закреплёна на раме автомобиля, а другой его конец через рычаг соединяется со ступицей колеса. Вертикальные перемещения колеса приводят к скручиванию торсиона и появлению пружинящей реакции. Таким образом, обеспечивается прочное и упругое соединение кузова автомобиля с его . Для повышения надёжности соединительных узлов и защиты от ударных перегрузок используются дополнительные спиральные пружины и . 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 – её малый вес, которое так необходимо и востребовано на армейских и спортивных автомобилях, а также внедорожниках. Там, где существуют строгие требования по весу и габаритам авто. И в настоящее время это преимущество торсионной подвески актуально и действенно, что подтверждается их применением на таких тяжеловесах, как Феррари F2001, Тойота Лэндкруизер, МАЗ-547 и др. Фердинанд Порше также разработал торсионы с двойными рычагами, поперечные стержни которых помещались в стальные трубы, расположенные друг над другом и исполняли роль торсионной балки.

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

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

Плюсы и минусы

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

максимальное поглощение механических колебаний колёс и рамы;
стабилизация положения управляемых колёс;
регулировка угла крена на поворотах.

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

К основным преимуществам торсионной подвески относится следующее:

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

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

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

Основными недостатками подвесок на торсионных балках считаются:

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

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

С развитием технологий производства 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.

Торсион представляет собой металлический упругий элемент, работающий на скручивание. Как правило, это металлический стержень круглого сечения со шлицевым соединением на концах. Торсион может состоять из набора пластин, стержней, балки определенного сечения. Конструктивно торсион одним концом крепиться к кузову или раме автомобиля, а другим – к направляющему элементу – рычагу. При перемещении колес торсион закручивается, чем достигается упругая связь между колесом и кузовом. Особенностью торсионов является вращение только в одну сторону – в направлении скручивания. Другой особенностью является то, что торсион может использоваться для регулировки высоты кузова. Торсионы применяются в различных видах независимых подвесок: на двойных поперечных рычагах, на продольных рычагах, со связанными продольными рычагами (торсионной балке).

В торсионной подвеске на двойных поперечных рычагах торсионы располагаются параллельно кузову, благодаря чему их длину, а соответственно упругие свойства можно регулировать в широком пределе. Один конец торсиона крепиться к нижнему поперечному рычагу (реже к верхнему рычагу), другой конец – к раме автомобиля. Данная конструкция торсионной подвески используется в качестве передней подвески легковых автомобилей повышенной проходимости – некоторых моделей американских и японских внедорожников. В торсионной подвеске на продольных рычагах торсионы соединены с продольными рычагами и, соответственно, расположены поперек кузова. Данная конструкция торсионной подвески применяется в качестве задней подвески некоторых моделей легковых автомобилей малого класса. Особое место в конструкциях торсионных подвесок занимает т.н. торсионная балка или подвеска со связанными продольными рычагами. Направляющим устройством данной подвески являются два продольных рычага, жестко соединенных между собой балкой. Продольные рычаги с одной стороны крепятся к кузову, с другой – к ступицам колес. Балка имеет U-образное сечение, поэтому обладает большой жесткостью на изгиб и малой на кручение. Это свойство позволяет колесам двигаться вверх-вниз независимо друг от друга. Торсионная балка в настоящее время широко применяется в качестве задней подвески переднеприводных автомобилей малого и среднего класса. Благодаря своей конструкции подвеска с торсионной балкой занимает промежуточное положение между зависимым и независимым типом подвесок, поэтому другое ее название полунезависимая подвеска.

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. 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.

Виды торсионных подвесок

Передняя независимая торсионная подвеска на поперечных рычагах Передняя торсионная подвеска на поперечных рычагах (один или два в зависимости от конструкции) состоит из следующих элементов: Продольно расположенный торсион, работающий на скручивание и заменяющий пружину. Воспринимающий основную нагрузку нижний или верхний рычаг, посредством которого происходит передача усилия на торсион. Демпфирующий элемент - амортизатор, выполняющий функцию гашения колебаний. Стабилизатор поперечной устойчивости, компенсирующий крены кузова при движении. 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. Особенностью упругих элементов задней подвески было их расположение - один находился позади другого, что конструктивно влекло разность в колесной базе по сторонам автомобиля (одно из колес находилось ближе к переднему на несколько сантиметров). Управляемость и устойчивость автомобиля оставляла желать лучшего, однако именно компактность торсионной подвески позволила значительно увеличить объем багажного отделения, что в значительной степени определило популярность модели. В настоящее время подобная схема подвески автопроизводителями не применяется.