Пружина в автомобильной подвеске: роль, срок службы

Чем бережней эксплуатируют автомобиль, тем дольше прослужат эти детали, а основным признаком, говорящим о том, что пружина устала, говорит проседание машины с одной или нескольких сторон. Кроме того, некачественные изделия, а также пружины, которые часто используют в экстремальных режимах, могут не только устать, но и лопнуть, из-за чего автомобиль настолько просядет на дефектную сторону, что не всегда получится своим ходом добраться до автосервиса.

Пружина автомобильной подвески определяет расстояние, на которое кузов будет приподнят от земли, поэтому именно от нее зависят такие параметры машины, как:

  • грузоподъемность;
  • клиренс;
  • мягкость или жесткость подвески;
  • крен в поворотах;
  • управляемость;
  • устойчивость на дороге.

Эволюция пружинной подвески

Колесные транспортные средства известны с древнейших времен, на них перевозили различные грузы (телеги и тачки), а также ходили в бой (колесницы), но расстояние от земли до днища было неизменным, ведь между осью колес и «кузовом» отсутствовал упругий промежуточный элемент. Если же добавить к этому деревянные, нередко обитые железом, колеса, то езда в подобных транспортных средствах, особенно по неровной дороге, превращалась в пытку из-за постоянной жесткой вибрации.

Пружина в автомобильной подвеске

Пружина в автомобильной подвеске

Античные и средневековые инженеры не раз пытались сделать ход таких транспортных средств более мягким, использовали всевозможные ременные или гибкие деревянные подвески, но до изобретения пружинной стали кардинально повлиять на тряску возможности не было. Затем появились листовые пружины (рессоры), которые сильно увеличили плавность хода телег и карет, но требовали много дорогого металла и сильно утяжеляли всю конструкцию.

При этом листовые пружины были известны еще со времен античной Греции, но из-за крайне высокой стоимости и низкой надежности, в сочетании с невысокой несущей способностью, их применяли чаще всего в военной технике, то есть всевозможных катапультах и баллистах. В какой-то мере пружиной были луки, но изготовление даже одной единицы мощного и, при этом небольшого оружия требовалось несколько лет, поэтому проще было ездить на трясущейся телеге, чем оснащать ее подобной подвеской.

  • В III веке до Н. Э. Архимед разработал теорию и создал первую винтовую пружину, за которой закрепилось название «спиральная пружина Архимеда», однако лишь в XV веке их начали применять в часах. И только в конце XVIII века появились полноценные винтовые пружины, которые могли удерживать на себе определенную нагрузку, что и требовалось для создания автомобильной подвески. К середине первой половины XX века были уже три типа подвесок:
  • рессорные;
  • торсионные (в них роль упругого элемента играл стальной пруток, изгибающийся вдоль своей оси);
  • пружинные.

Рессорные автомобильные подвески были максимально просты в изготовлении, максимальная нагрузка ограничена только толщиной рессор, а упругость зависела от длины листа. Торсионные подвески были гораздо меньше по размеру, но недостаточно надежны, а для их производства необходимо было реализовывать дорогостоящие технологии. Поэтому витые пружины стали своеобразным компромиссом, сочетая в себе небольшие размеры, свойственные торсиону и сочетание надежности и простоты изготовления, свойственных рессорам.

Упругие элементы автомобильной подвески

Упругие элементы автомобильной подвески

Именно поэтому они быстро завоевали популярность, вытеснив почти отовсюду торсионы и рессоры, исключение составляли только грузовики, ведь изготовление спиральной пружины с подходящей упругостью обходилось на порядок дороже создания рессоры.

Как работает пружина автомобильной подвески

Пружина и весь кузов автомобиля образуют механический колебательный контур, который стремится к равновесию. Когда колеса вывешены, их удаление от кузова максимально, но стоит поставить машину на землю, как под действием силы притяжения подрессоренная масса (все то, что расположено выше пружин) начнет давить на подвеску, прижимая кузов к земле. Конечный результат зависит от трех факторов:

  • длины упругого элемента автомобильной подвески;
  • жесткости пружины;
  • веса подрессоренной массы.

Когда пассажиры и водитель садятся в салон, или укладывают в багажник груз, подрессоренная масса возрастает, а значит, уменьшается расстояние от днища до земли, ведь пружина сжимается чуть сильней. Но поскольку контур снова переходит в состояние покоя, то это расстояние не меняется. Однако, когда автомобиль наезжает на кочку, ситуация кардинально меняется, ведь чем выше скорость движения и чем круче кочка, тем сильней вертикальный импульс, выводящий систему из состояния покоя. В результате пружина сжимается гораздо сильней, чем требуется, после чего импульсы действия и противодействия уравниваются, а затем противодействие становится сильней и упругий элемент распрямляется.

Принцип работы пружинной автомобильной подвески

Принцип работы пружинной автомобильной подвески

Запасенной энергии хватает для того, чтобы подкинуть кузов заметно выше, чем он находился в состоянии покоя и, контур переходит в режим колебания, подобно маятнику, когда кузов движется вверх-вниз. Такая особенность пружины подвески автомобиля позволяет ей сглаживать кочки, делая езду более комфортной, однако последующие за этим колебания все портят, поэтому их необходимо подавить. Иначе распрямляющаяся пружина сначала подкинет кузов над землей, а затем снова сожмется, оторвав колесо от земли и лишив водителя контроля над направлением движения.

Чтобы избежать такого развития событий, применяют амортизаторы, при плавном сжатии или растяжении сопротивление движению у них невелико, однако, чем быстрей изменяется их общая длина, тем сильней они сопротивляются процессу.

Поэтому при наезде на кочку они почти не мешают пружине сжиматься, снижая тем самым силу импульса, передаваемого кузову, а вот при удлинении упругого элемента их сопротивление резко возрастает, снижая силу импульса и препятствуя переходу контура в режим колебания. В результате их воздействия повторного отскока колеса от дороги не происходит, а значит, водитель не теряет контроля над направлением движения своего автомобиля.

Основные параметры пружин автомобильной подвески

К основным параметрам этих деталей относят:

  • длину в разжатом состоянии;
  • тип упругости (линейная или нелинейная);
  • жесткость;
  • примерный ресурс.

Длина в разжатом состоянии – основной параметр, определяющий пригодность этой детали к использованию, ведь со временем он меняется и, тогда говорят, что пружина «просела». Автомобили с таким упругим элементом обладают меньшим клиренсом и хуже переносят проезд через неровности, ведь они менее эффективно гасят вертикальные импульсы. Можно сказать, что сокращение длины в разжатом состоянии равносильно снижению жесткости, однако в домашних условиях или даже в обычном автосервисе измерить жесткость невозможно, тогда как для определения общей длины пружину достаточно снять с машины, затем измерить обычной рулеткой.

Пружина — элемент подвески

Пружина — элемент подвески

Тип упругости зависит от конструкции упругого элемента и толщины прутка, из которого навивают пружину. Если по всей длине толщина прутка, а также шаг и диаметр навивки неизменны, это деталь с линейной упругостью, если же любой из параметров меняется, то с нелинейной. Упругие элементы с нелинейной упругостью могут быть достаточно мягкими примерно на трети хода амортизатора, после чего их жесткость резко возрастает, что снижает риск пробития подвески.

Жесткость упругого элемента зависит от:

  • диаметра пружины;
  • шага навивки;
  • толщины прутка.

Еще на этапе проектирования автомобиля определяют все эти параметры, а также длину в разжатом состоянии и тип упругости, после чего присваивают детали, соответствующей требованиям производителя машины определенный артикул. Кроме того, для каждого автомобиля выпускают пружины нескольких классов жесткости, помечая их краской, это помогает автовладельцам подбирать упругие элементы и амортизаторы одного класса жесткости.

Жесткость новых пружин автомобильной подвески

Жесткость новых пружин автомобильной подвески

Ресурс упругого элемента зависит от двух факторов:

  • химического состава стали, из которой ее изготовили;
  • условий эксплуатации.

Средний срок службы пружины автомобильной подвески составляет 40–80 тысяч километров и напрямую зависит от того:

  • как сильно будут нагружать автомобиль;
  • по каким дорогам автомобиль будет ездить;
  • какой манеры езды придерживается водитель автомобиля.

Чем бережней эксплуатируют автомобиль, тем дольше прослужат эти детали, а основным признаком, говорящим о том, что пружина устала, говорит проседание машины с одной или нескольких сторон. Кроме того, некачественные изделия, а также пружины, которые часто используют в экстремальных режимах, могут не только устать, но и лопнуть, из-за чего автомобиль настолько просядет на дефектную сторону, что не всегда получится своим ходом добраться до автосервиса.