Устройство подвески mcpherson и её преимущества и недостатки

История [ править | править код ]

Эта подвеска была названа по имени американского инженера из фирмы «Форд» Эрла Стила Макферсона, который разработал её во второй половине сороковых годов, ещё будучи сотрудником GM и работая над проектом разработанного для американского рынка, но не пошедшего в серийное производство лёгкого и дешёвого автомобиля Chevrolet Cadet , а впоследствии впервые применил на серийном автомобиле модели «Форд Ведет» 1948 года, выпускавшейся французским филиалом компании . Позднее она использовалась на Ford Zephyr (1950) и Ford Consul (1951), которые также претендуют на звание первых крупносерийных автомобилей с такой подвеской, так как выпускавший Vedette завод в Пуасси первоначально испытывал большие затруднения с освоением новой модели.

На самом деле, предшествовавшие «макферсону» подвески с направляющими стойками (но без нижнего рычага) применялись и намного ранее, вплоть до самого конца XIX века, а в середине двадцатых годов XX века инженером фирмы «Фиат» Gu > .

Ещё одна линия развития, ведущая к подвеске данного типа — разновидность передней подвески на двух поперечных рычагах неравной длины, в которой пружина в едином блоке с амортизатором была вынесена в пространство над верхним рычагом. Это делало подвеску более компактной, разгружало нижний шаровой шарнир от передачи вертикальных усилий и позволяло на переднеприводном автомобиле пропустить между рычагами полуось с шарниром.

Заменив верхний рычаг с шаровой опорой и расположенными над ним амортизатором и пружиной на задающую траекторию движения колеса амортизаторную стойку с закреплённым на брызговике крыла поворотным шарниром, Макферсон получил названную его именем компактную, конструктивно простую и дешёвую подвеску с кинематикой, в несколько упрощённом виде повторяющей подвеску на двойных поперечных рычагах.

В изначальном варианте такой подвески, разработанном самим Макферсоном, шаровой шарнир располагался на продолжении оси амортизаторной стойки — таким образом, ось амортизаторной стойки была и осью поворота колеса. Позднее, например на Audi 80 и Volkswagen Passat первых поколений, шаровой шарнир стали смещать наружу к колесу, что позволяло сместить ось поворота колеса наружу от оси стойки и за счёт этого получить меньшие положительные, нулевые или даже отрицательные значения плеча обкатки.

Массовое распространение эта подвеска получила лишь в семидесятые годы, когда были окончательно решены технологические проблемы, в частности — массового изготовления амортизаторных стоек с необходимым ресурсом. В связи со своей технологичностью и дешевизной данный тип подвески впоследствии быстро нашёл очень широкое применение в автомобилестроении, несмотря на целый ряд недостатков.

В восьмидесятые годы наметилась тенденция к повсеместному использованию подвески макферсон, в том числе — на больших и сравнительно дорогих автомобилях (Audi 100, Mercedes-Benz W124, Opel Senator, практически весь модельный ряд BMW второй половины 70-х — начала 90-х годов и другие, а также многие американские модели). Однако впоследствии необходимость дальнейшего роста технических и потребительских качеств обусловила возврат на многих сравнительно дорогих автомобилях к подвеске на двойных поперечных рычагах (Audi A4 и A6, Mercedes-Benz W210, более новые модели BMW), более дорогой в производстве, но имеющей лучшие параметры кинематики и повышающей ездовой комфорт.

Макферсон создавал свою подвеску для установки на все колёса автомобиля, как передние, так и задние — в частности, именно так она была использована в проекте Chevrolet Cadet. Однако на первых серийных моделях подвеска его разработки была применена только спереди, а задняя из соображений упрощения и удешевления оставалась традиционной, зависимой с жёстким ведущим мостом на продольных рессорах.

Только в 1957 году инженер фирмы Lotus Колин Чепмен применил аналогичную подвеску для задних колёс модели «Лотус Элит», поэтому её в англоязычных странах принято называть «подвеской Чепмена». Но, к примеру, в Германии такой разницы не делается, и сочетание «задняя подвеска макферсон» считается вполне допустимым .

Преимущества и недостатки подвески McPherson

В настоящее время существует несколько альтернативных вариантов построения механизмов, обеспечивающих плавность хода автомобиля. Подвеска МакФерсона является одной из самых распространённых, но её трудно назвать не имеющей достойных конкурентов – несмотря на наличие большого перечная очевидных достоинств, есть у неё и не менее очевидные недостатки. Опишем плюсы и минусы подвески типа МакФерсон, начав с преимуществ:

• механизм данного типа достаточно технологичен, что удачным образом сочетается с относительно невысокой себестоимостью производства. Небольшое количество компонент позволяет собирать узел как единое целое, что существенно упрощает процесс сборки автомобиля – на установку подвески отводится одна технологическая операция, осуществляемая на отдельной или общей сборочной линии;
• компактные размеры конструкции МакФерсона позволяют устанавливать её даже на самые миниатюрные автомобили. При этом, несмотря на малые размеры, подвеска в состоянии выдержать большой вес самого автомобиля (разумеется, в пересчёте на одну полуось, как правило – переднюю);
• компактность удивительным образом сочетается с большим вертикальным ходом амортизационного блока, позволяя обеспечить оптимальный ход в широких границах работы узла, характерных для повседневной эксплуатации. Именно последнее свойство – большое расстояние между опорными элементами по высоте – позволяет существенно снизить уровень продольных и боковых сил, действующих на автомобиль в месте крепления подвески к кузову;
• небольшой вес устройства – дополнительный плюс, влияющий как на износ деталей ходовой, так и на уменьшение расхода дорогостоящего топлива;
• хороший ресурс у МакФерсон позволяет при правильной эксплуатации транспортного средства на протяжении длительного времени не думать о том, что узел преждевременно выйдет из строя;
• оптимальное распределение нагрузки между всеми нагруженными элементами подвески, и в первую очередь между нижним рычагом и шаровой опорой, позволяет разгрузить и увеличить срок беспроблемной эксплуатации других компонентов ходовой, включая сайлентблоки, втулки и т. д.;
• благодаря подвеске, функционирующей по принципу McPherson, появилась возможность продольного размещения силового агрегата в подкапотном пространстве, что также сулит ряд преимуществ;
• отличная диагностируемость устройства – вам не потребуется много времени и усилий, чтобы локализовать неисправность в данном узле, что снижает стоимость ремонта.

Подвеска McPherson на авто К сожалению, идеальным такой агрегат назвать никак нельзя – список недостатков системы МакФерсон тоже немал, что и обусловило ограниченную область применения подвески. Перечислим их:

• изменение кинематики автомобиля при существенных колебаниях элементов подвески относительно кузова транспортного средства. При попадании в подобную ситуацию нормальный развал, являющийся положительным, меняется на отрицательный. Вследствие этого ухудшаются такие показатели, как управляемость и устойчивость автомобиля;
• особенностью подвески МакФерсон является повышенная нагрузка на брызговики. Основной удар при наезде машины на препятствие приходится именно на брызговик. Поэтому при изготовлении автомобилей, использующих этот тип подвески, брызговики обязательно укрепляют. В противном случае, если машина подвергается интенсивной эксплуатации в условиях плохих дорог, брызговик начинает постепенно и последовательно разрушаться;
• таким же повышенным нагрузкам подвержена и амортизационная стойка, которая при длительной эксплуатации по дорогам, не отличающимся хорошим качеством, также разрушается. В первую очередь выходят из строя нижние клапана, затем приходит очередь деструкции опорной площадки. Ремонт таких поломок неприятен и с точки зрения финансов, и из-за высокой трудоемкости;
• для подвески типа McPherson характерно продольное раскачивание автомобиля. Особенно оно заметно во время торможения, когда в результате резкого нажатия на педаль тормоза происходит клевок машины, компенсировать который подвеска не в состоянии. Более того, из-за поперечного пространственного расположения рычагов этот клевок может даже усиливаться;
• чтобы уверенно гасить вертикальные колебания, диаметр штока стойки делают достаточно большим. При этом увеличиваются силы трения, что влечёт за собой снижение скорости реакции подвески на гашение вертикальных колебаний;
• наконец, нельзя не отметить повышенную шумность устройства данного типа по сравнению с подвесками других конструкций.

Устройство и принцип работы

Принято считать, что устройство подвески Макферсон является продолжением разработки конструкции с двумя поперечными рычагами, которая также принадлежит к группе независимых подвесок. Одной из отличительных черт является в таких сборках установленная вверху пружина. Специалисты выделяют такие отличительные черты стоек в сравнении с амортизаторами:

• способность удержания массы машины;
• более сложное устройство механизмов;
• усиленная конструкция и шток с увеличенным диаметром;
• рассчитаны на перепады нагрузок и осевое/радиальное усилие;
• при повороте задействуется поворотная опора.

В схеме присутствует несколько базовых обязательных элементов. По их взаимодействию можно понять общий принцип работы подвески.

Главным несущим элементом служит подрамник. К кузову он фиксируется благодаря прорезиненным сайлентблокам. Подобное конструкционное решение позволило существенно снизить шум и минимизировать вибрации.

Для задней либо передней подвески типа Макферсон характерно наличие опоры поперечного рычага и стабилизатора поперечной устойчивости. Их закрепляют к подрамнику, к боковой части которого фиксируются поперечные рычаги колёс. В большинстве случаев рычажное крепление двойное, что обеспечивает повышенную продольную жёсткость всей системы. Ко второму концу поперечного рычага прикреплён кулак благодаря шаровой опоре.

Верхняя часть поворотного кулака на задней либо передней подвеске Макферсона крепится к амортизационной стойке, а нижняя часть находится в тесном контакте с рычагом поперечным. В качестве дополнительной степени свободы используется и придания плавности хода на рычаге стоит ступичный подшипник с тормозным суппортом.

Неотъемлемым атрибутом работающей подвески служит амортизаторная стойка. Она включает в себя как сам амортизатор, так и соосную с ним пружину и буфер сжатия. Последний позволяет варьировать пружинное усилие и линейные характеристики. Нижняя часть в тесном контакте с кулаком, а вверху посредством резиновых втулок происходит крепление к брызговику крыла.

В конструкции также работает стабилизатор поперечной устойчивости. В его функционал включено снижение боковых кренов машины в общем. Крепление детали проводится на подрамнике благодаря двум опорам, а свободные концы из-за шарнирного соединения фиксируются с амортизаторными стойками.

Начинает работать подвеска Макферсон как только авто выезжает на неровную дорогу или совершает маневр. Например, когда машина наезжает на небольшое препятствие или попадается неровность на дорожном полотне, происходит смещение колеса в вертикальном направлении. Далее пружина сжимается, ведь на неё воздействуют основные силы в первые мгновения, а поглощением удара занимается амортизатор, который принимает на себя всю энергию.

Подвеска автомобиля: виды, устройство и принцип работы

Также на колесо действует сила, благодаря которой оно сдвигается в продольной оси. Удержать его на своей позиции помогают рычаги, смонтированные под определенным углом либо один фигурный рычаг. Во втором случае пара вершин его фиксируется на кузове, а третья вершина – на ступице.

После того как неровность преодолели, начинаются другие манипуляции. Пружина возвращается в первоначальную позицию, что провоцирует выравнивание колеса относительно кузова

Важно знать, что смещение колес осуществляется при движении вне зависимости друг от друга. Хотя часть вибраций и нагрузок поглощается такой подвеской, но всё же водитель и пассажиры ощущают определённые вибрации на неровных дорогах

В тех случаях, когда оба колеса перемещается по неровностям, то вне зависимости от состояния и качества элементов подвески машину всё равно немного раскачивает по сторонам

Для подобных ситуаций в конструкции предусмотрен стабилизатор поперечной устойчивости. Он замыкает элементы двух колёс в единую систему. Фактически это балка-торсион, установленная для гашения колебаний и препятствования скручивания

В тех случаях, когда оба колеса перемещается по неровностям, то вне зависимости от состояния и качества элементов подвески машину всё равно немного раскачивает по сторонам. Для подобных ситуаций в конструкции предусмотрен стабилизатор поперечной устойчивости. Он замыкает элементы двух колёс в единую систему. Фактически это балка-торсион, установленная для гашения колебаний и препятствования скручивания.

Как она функционирует

Работает подвеска МакФерсона так: при наезде на неровность, колесо вертикально смещается относительно кузова и это обеспечивает стойка (за счет сжатия пружины) и рычаг, крепящийся подвижными соединениями к ступице и несущей части.

Пружина воспринимает усилие, но она не способна его быстро загасить, и здесь в работу вступает амортизатор, который и поглощает всю энергию.

Во время наезда на неровность также возникает усилие, которое старается сместить само колесо в продольном направлении. С таким негативным действием «борются» два рычага, установленных под углом или же один А-образный, у которого две вершины крепятся к кузову и только одна – к ступице.

После преодоления неровности, пружина принимает исходное положение, из-за чего колесо, относительно кузова, выравнивается.

При преодолении неровностей оба колеса смещаются независимо друг от друга. Но при этом подвеска не способна полностью поглотить все усилия и часть их все же передается на кузов. При этом возникает вероятность раскачивания несущей части, если оба колеса движутся по неровности.

Чтобы этого не произошло и используется стабилизатор поперечной устойчивости, соединяющий две независимые подвески одной оси. Он представляет собой обычный торсион и за счет возникновения сил, противодействующих скручиванию, он способен погасить колебательные движения кузова.

Устройство подвески McPherson

Подвеска McPherson по своей сути является несколько измененной системой с двумя рычагами, только вместо верхнего рычага его функцию выполняет опора амортизатора, которая закреплена в верхней части кузова под крылом автомобиля, а снизу она соединяет нижний рычаг и шаровую опору. Если говорить в общем, то устройство подвески McPherson несложное, что позволяет выполнять ремонтные операции в гаражных условиях. К основным конструктивным элементам McPherson можно отнести нижний поперечный рычаг, амортизационная стойка, подрамник, ступица колеса, шаровая опора, опора крепления амортизатора, пружина. Подрамник автомобиля, с помощью сайлентблоков или жестких креплений крепится к кузову автомобиля, его основная задача уменьшить действие вибрации подвески на кузов. В некоторых случаях подрамник может отсутствовать. В этом случае нижние рычаги, которые должны крепиться к нему с помощью салентблоков, крепятся к специально усиленным платформам на самом кузове. Характерной особенность нижних поперечных рычагов является наличие с одной стороны двух точек опор, на которых он крепится к подрамнику или к кузову автомобиля, а с другой стороны к нему крепится шаровая опора с помощью, которой поворотный кулак может вращаться в любой плоскости.

Схема подвески МакФерсон

На поворотном кулаке находится ступица, которая обеспечивает крепление колеса и его вращение с помощью, установленного в ней подшипника. Верхняя часть поворотного рычага соединена с амортизационной стойкой, верхняя часть которой является подвижной за счет, в большинстве случаев резиновой втулки с подшипником, в котором крепится шток амортизатора. Опорный подшипник обеспечивает вращение стойки вокруг своей оси, а резиновая втулка компенсирует ее отклонение возникающие во время работы подвески McPherson (МакФерсон). Также хочется отметить, что амортизационная стойка находится внутри пружины, которая обеспечивает дополнительную упругость подвески.

Для более совершенной работы, подвеска McPherson (МакФерсон) может иметь и ряд дополнительных элементов, таких как стойки стабилизатора и сами стабилизаторы поперечной устойчивости, обеспечивающие устойчивость автомобиля на поворотах. Стабилизатор крепится к подрамнику или же к кузову автомобиля в двух точках с помощью металлических кронштейнов, внутри которых в обязательном порядке должны находятся резиновые втулки, обеспечивающие мягкость подвески в местах крепления.

Плюсы подвеска McPherson

1. Низкие затраты изготовления элементов, в сравнении с двухрычажной подвеской
2. Легко диагностируемая и ремонтируемая
3. Компактная
4. Неподрессоренная масса меньше чем у других подвесок
5. Более длительный срок службы отдельных элементов.

Минусы подвески McPherson

1. Несколько хуже параметры кинематики, если сравнивать с двухрычажной подвеской
2. Повышенная передача дорожного шума в кузов и салон автомобиля
3. Меньше по сравнению с другими подвесками компенсация продольного крена во время торможения.
4. Частый выход из строя амортизаторов

Конструкция амортизационной стойки МакФерсон

Упругий и демпфирующий элементы подвески собраны в единую конструкцию – стойку. Амортизационная стойка состоит из:

• корпуса (с нижней чашкой пружины);
• амортизатора;
• пружины;
• верхней опоры.

стойка МакФерсон в разборе

Корпус используется для размещения в нем амортизатора. Демпфер помещается внутрь корпуса, на который накручивается гайка, удерживающая амортизатор. Корпус также используется для соединения стойки со ступицей колеса и для закрепления наконечника рулевой тяги.

Сверху на корпус с зафиксированным в нем амортизатором надета пружина. Причем она получается зажатой между двумя чашками – корпуса и верхней опоры. В сжатом состоянии ее удерживает шток амортизатора, проходящий через опору и зафиксированный гайкой.

Верхняя опора выступает в качестве элемента для соединения подвески с кузовом. Она фиксируется в специальных углублениях в колесных арках. Это позволило отказаться от использования верхнего рычага в подвеске. При этом сама стойка выступает в роли поворотного кулака, обеспечивающего поворот колеса. Для снижения трения в верхней опоре установлен подшипник, который позволяет стойке легко вращаться вокруг своей оси.

В нижней части амортизационная стойка крепится к кузову рычагами. На авто используются подвески МакФерсон с одним обычным рычагом (в виде штока с проушиной для сайлентблока с одной стороны и отверстиями для крепления шаровой опоры – с другой), А-образным, Г-образным или двумя рычагами, расположенными под углом друг к другу.

С кронштейном кузова нижний рычаг соединяется посредством сайлентблоков – резинотехнических элементов, обеспечивающих упругое соединение.

Со ступицей колеса нижний рычаг соединен шаровой опорой, обеспечивающей возможность стойке вращаться вокруг оси.

Подвеска МакФерсона подразумевает использование стабилизатора поперечной устойчивости. Причем это единственный элемент, соединяющий подвески колес одной оси. Этот стабилизатор имеет П-образную форму и в центральной части крепится к кузову (подрамнику). Своими концами стабилизатор соединен с элементами подвески. Причем на одних моделях он соединяется напрямую, в других же используется дополнительная стойка стабилизатора.

Устройство подвески типа McPherson

Конструкция подвески МакФерсон, если сравнивать её с классическим устройством подавления вертикальных колебаний, более простая. Типичный узел состоит из следующих элементов:

• нижний рычаг, соединённый с шаровой опорой;
• колёсная ступица с тормозным диском;
• телескопическая амортизационная стойка, устанавливаемая на опорную чашку;
• поворотный кулак в сборе с рулевой тягой и щитом;
• витая пружина;
• протекторный буфер сжатия, оснащённый защитным чехлом (пластмассовым или резиновым);
• верхняя чашка с опорным подшипником;
• поперечная тяга, обеспечивающая устойчивость автомобиля.

Разумеется, именно такая компоновка применяется далеко не всегда. Существует немало модификаций, отличающиеся от классической схемы подвески Макферсон. В частности, культовый кар Porsche 911 оснащали торсионом вместо классической пружины – подобная конструкция обладала меньшей высотой, что для заниженного силуэта Порше было очевидным плюсом. Примерно такая же схема использовалась на некоторых французских автомобилях. А, скажем, на достаточно популярном Mercedes-Benz W124 пружина стоит отдельно от телескопического амортизатора. Похожая конструкция используется на платформе Fox, на основе которой производится целый ряд фордовских моделей.

Строго говоря, потенциал макферсоновской подвески далеко не исчерпан, поэтому можно ожидать, что и в будущем её конструкция будет подвергаться совершенствованию. Учитывая простоту и компактность конструкции, данный тип подвески ещё длительное время будет оставаться главенствующим на рынке легковых автомобилей.

Особенности конструкции МакФерсон таковы, что телескопическая амортизационная стойка монтируется в моторном отсеке вверху к брызговику, а внизу к поворотному кулаку. Несмотря на жёсткость соединения, конструкция имеет немало степеней свободы, позволяющих вращаться узлу в определённых направлениях и диапазонах.

Устройство подвески

Подвеска МакФерсон состоит также из шаровой опоры, которая смонтирована на рычаге, и через которую проходит передняя полуось с подшипником качения. Если говорить о телескопической стойке, то она в независимой пружинной подвеске данного типа выполняет сразу несколько функций:

• определяет вектор движения механизма в вертикальном направлении;
• гасит такие вертикальные колебания;
• выступает в качестве аналога поворотного шкворня для передних колёс.

Устройство подвески МакФерсон в общем случае обеспечивает следующую реакцию на проезд неровностей дороги: когда колесо попадает в ямку или на горб, оно либо опускается, либо, наоборот, поднимается вверх. Если бы амортизационного блока не было, кузов автомобиля также двигался бы в аналогичном направлении, а поскольку провал или подъём колеса при движении на скорости имеет кратковременный характер, вектор движения столь же молниеносно меняется на противоположный. Учитывая, что у автомобиля вес немалый, силы инерции неспособны реагировать на быстро изменяющуюся обстановку, и из-за повышенной нагрузки механизм сопряжения колёс и кузова быстро бы разрушался. Заметим, мы здесь даже не упоминаем о неудобстве для водителя и пассажиров – это подразумевается по умолчанию.

При наличии подвески нагрузка от колеса воспринимается витой пружиной, которая сжимается/распрямляется под действием соответствующей силы. Одновременно с этим работает и телескопическая стойка, соответственно укорачиваясь или удлиняясь. При попадании на препятствия большого размера пружина деформируется настолько, что часть колебаний передаётся на кузов. В следующий момент времени пружина меняет вектор движения на противоположный, стремясь восстановить свою прежнюю форму, что отражается и на изменении длины стойки. Этот процесс с точки зрения физики – колебания, которые гасятся благодаря амортизационному механизму. Чем качественнее пружина и телескопический амортизатор, тем быстрее происходит затухание колебательного движения