Что такое торсион в подвеске автомобиля и как он устроен

Виды подвески

Преимущества торсиона в подвеске

Торсионы в независимой подвеске имеют по сравнению с другими элементами упругости такие плюсы:

• Большая плавность хода, достигающаяся благодаря лучшим характеристикам деформации. Это обеспечивает нелинейный рост жесткости, в зависимости от величины скручивания, то есть, в конце хода подвеска становится жестче, что смягчает ее удар в отбойник.
• Простота конструкции.
• Компактность.
• Возможность ремонта подвески без стяжек и другого специального инструмента.
• Доступность регулировки жесткости подвески и дорожного просвета.

Торсионная балка в ходовой части автомобиля применяется в полунезависимой задней подвеске, которая тоже имеет несколько достоинств:

Недостатки торсионов

К недостаткам задних торсионных балок импортных автомобилей можно отнести, пожалуй, только игольчатые подшипники в креплении их к несущим элементам которые время от времени выходят из строя, так как их трудно защитить от коррозии под днищем кузова. Приятно отметить, что задняя балка нашего ВАЗ 2108, прикрепленная к кузову через резинометаллические шарниры, лишена этого недостатка.

Торсионная подвеска

Торсион квадратного сечения

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 .

В Великобритании параллельно с пружинами установили телескопические гидравлические амортизаторы, благодаря чему была устранена склонность подвески Кристи к продольным колебаниям корпуса, значительно повысилась плавность хода.

История появления торсионной подвески

С момента своего появления в 1930-х годах на машинах марки Citroen торсион в подвеске использовался почти всеми крупнейшими производителями: Рено, Пежо, Крайслер, Форд, ЗИЛ, Мазда, ЛуАЗ и другие. Прежде всего привлекала компактность и простота как передней, так и задней подвески авто. Благодаря этому, стало возможным создать компактный переднеприводный автомобильчик, например Ситроен 2CV или Рено 16. Ресурс металлических стержней также был выше у амортизаторов и пружин того времени, а понятие управляемости отличалось от современных представлений об эталонном поведении автомобиля.

В настоящее время торсионная подвеска продолжает массово использоваться на французских машинах. Например, Ситроен Ксара удачно совмещает торсион в задней балке и современный Макферсон в передней.

Торсионная подвеска – что это такое?

Торсион представляет собой вал, изготовленный из специальной пружинящей стали, обработанной термически. К сплаву предъявляются весьма жесткие требования. Он должен выдерживать продолжительные нагрузки, не теряя при этом свои первоначальные свойства. От этого зависит надежность и долговечность подвески в целом. Для уменьшения негативного воздействия внешней среды торсион покрывают антикоррозийным составом и краской. Наиболее защищены от появления ржавчины валы, которые покрыты прорезиненным составом.

Популярные марки:

Acura RSX , Citroen C5 , Skoda Yeti

Во время преодоления автомобилем неровностей торсионы работают на скручивание в одном направлении. В зависимости от конструктивных особенностей они бывают:

• круглые;
• квадратные;
• прямоугольные;
• набранные из нескольких слоев металла.

Концы торсиона жестко крепятся к:

• несущему рычагу;
• кузову или раме автомобиля (в зависимости от конструкции).

Фиксация происходит посредством шлицев. Крепление к кузову может быть реализовано при помощи профиля, отличного от круглого. Для нормальной работы подвески ось вращения рычага и ось торсиона должны лежать на одной линии.

Сопротивление скручиванию рассчитывается таким образом, чтобы торсион удерживал вес автомобиля, но при этом позволял двигаться рычагу, обеспечивая упругое соединение колес с кузовом. На жесткость подвески влияют форма, упругость сплава, длина и прочие рабочие характеристики торсиона.

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.

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)

Применение торсиона в современном автопроме

Наибольшее распространение торсионы в подвеске получили в бронетехнике, гусеничной технике и в тяжелых грузовиках. Определяющим фактором стало свойство торсиона выдерживать очень большие нагрузки и при этом занимать мало место в трансмиссионном отсеке. Управляемость и стоимость изготовления подвески в этом случае отходит на второй план. По этой схеме построены все современные танки и бронетранспортеры.

Второе направление использования торсионов – это легкие коммерческие автомобили. Тут уже определяющим фактором служит объем грузового отсека и грузоподъемность. Поэтому максимально компактная и простая задняя подвеска пришлась как нельзя кстати. Сегодня такой тип можно увидеть на: Пежо Партнер, Ситроен Берлинго, Рено Меган, Рено Кангу.

Примерная цена работ по обслуживанию подвески такого типа. Стоимость самого упругого стержня для машин бюджетного класса около 6-7 тысяч рублей, держатели и сайлентблоки обойдутся еще в 700-1000 рублей. Замена в сервисе будет стоить еще пару тысяч, но можно сделать все работы своими руками при наличии специального ключа и съемника.

Примечания

1. 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.
2. [armor.kiev.ua/Tanks/Modern/T62/t62.php Огонь, броня, скорость.] В.Вишняков. Боевая техника армии и флота: Сб. статей / Сост. С. Н. Поташов. —М.: ДОСААФ, 1981.
3. Раймпель, Й. [publ.lib.ru/ARCHIVES/R/RAYMPEL’_Yornsen/_Raympel’_Y..html Шасси автомобиля /сокр. пер. с нем./] = Fahrwerktechnik. — Москва: Машиностроение, 1983. — Т. I. — С. 195-227. — 356 с.

[armor.kiev.ua/wiki/index.php?title=Торсион Торсион] в Бронетанковой энциклопедии

Принцип работы секционных ворот

Принцип работы секционных ворот основан на перемещении полотна по рельсовым профилям. По способу управления конструкции разделяются на ручные и автоматические.

• Цепными приводами обычно оснащают все бытовые и промышленные модели. Это нужно для открытия створок при отключении подачи электроэнергии.
• Автоматика значительно упрощает и облегчает эксплуатацию. Для приведения полотна в движение применяют пульты ДУ и настенные модули. Правильность работы секционных ворот контролирует электронный блок управления.

Ознакомьтесь со стандартной комплектацией автоматических моделей.

Изображение № 6: автоматические секционные ворота (схема)

История подвесок в бронетехнике

Благодаря своим особым свойствам, торсионы активно применялись ранее и используются до сих пор в бронетехнике.

Выполняются они в двух основных видах – полого или сплошного вала. Иная конструкция торсионных подвесок в производстве бронетехники не применяется.

Соединение торсионов с остальными узлами кузова осуществляется с помощью специальных головок, имеющих шлицы различного профиля – треугольника, прямоугольника или трапеции.

К примеру, в хорошо известном танке «Пантера» соединение производилось с помощью уникального клиновидного болта и головок с лысками.

Основное задачей разработчиков бронетехники было желание добиться максимальной прочности. И у них это получилось за счет увеличения диаметра головки торсиона. При этом необычная простота монтажа обусловлена наличием специальной резьбы на торце.

В большинстве случаев торсионы для бронетехники изготавливаются из надежных кремниевых или хромистых сталей.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ: Как сделать разварки дисков своими руками

Кроме этого, в состав сплава обязательно добавляется никель, ванадий, молибден и ряд других элементов.

Для достижения максимальной устойчивости хромистые стали проходят высокотемпературную обработку (предельный уровень температур закалки порой достигает 800-850 градусов Цельсия).

Еще один важный момент – повышение динамических свойств автомобиля. Этого удалось добиться за счет заневоливания – операции закрутки раскаленного торсиона выше предела его максимальной упругости и удержание в этом состоянии какой-то промежуток времени.

В итоге торсионы способны выдерживать огромные рабочие нагрузки. Такая методика активно применяется при производстве танков Т-72, где заневоливание производится дважды.

История торсионной подвески для бронетехники началась еще с 1940 года, когда была дана команда оптимизировать танк Т-34. Уже с 1941 года первые модели танка имели торсионную подвеску.

Благодаря такому нововведению, появилось возможность использовать больший объем топлива (до 750 литров) и увеличить объем боевого отделения. В дальнейшем из-за войны работы по оптимизации пришлось на время отложить.

В свое время отличились мастера Великобритании, которые одновременно с пружинами производили установку специальных гидравлических амортизаторов. Такое новшество позволило свести к минимуму продольные колебания кузова и улучшить плавность хода.

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.

Торсионы, из истории их развития

Volkswagen Beetle – первая машина, на которой использовались детали с похожими функциями, основным назначением. Она появилась ещё в 20-ом веке, в 30-ых годах. Первая модернизация торсиона была проведена чешским учёным Ледвинкой. В тех же 30-ых годах торсионы были поставлены на автомобили Tatra. К концу десятилетия система применялась повсеместно и на технике, выпускаемой Фердинандом Порше и его компанией.

Малый вес подвески в то время стал основным преимуществом для австрийского инженера. Особенно оно было востребовано на автомобилях для спортивных соревнований, армии. Для внедорожников подобная деталь тоже не оказалась лишней. Это преимущество торсионов остаётся актуальным и в современном мире. Торсионы с двойными рычагами тоже стали изобретением Фердинанда Порше. В стальные трубы этих конструкций помещали поперечные стержни. Именно эта деталь и была так называемой торсионной балкой.

Зависимость жёсткости подвески от длины торсионной балки – преимущество конструкции, которое использовал Андре Лефевр, инженер из Франции. Он потом создал автомобиль Citroen TA. Подвеска становилась более мягкой по мере того, как более длинным был торсион. Нагрузка, которая появляется на дорожном полотне, распределяется по всей раме. Это достигается благодаря длинному валу, располагающемуся вдоль продольной оси всей машины.

В автомобильной и бронетанковой технике тоже активно использовали торсионы, особенно, в военное время. И потом они получили большее распространение, пройдя испытание временем. В странах Европы, Америки, эту систему применяли практически все производители автомобилей. Довольно быстро деталь получила признание даже в Советском Союзе. Если торсионная подвеска немного разболталась, в этом нет ничего страшного. Достаточно использовать обычный гаечный ключ для регулировки положения. С пружинными конструкциями работать гораздо сложнее, а здесь всё просто и понятно.

Принцип работы торсионной подвески

Торсионы представляют собой либо сплошной, либо полый круглый вал, имеющий конструктивно заложенную определенную жесткость на скручивание.

Видео — поможет понять принцип работы торсионной подвески:

Для того, чтобы осуществить сопряжение с другими деталями подвески, на концах торсионов изготавливаются шлицевые, шестигранные, трапецивидные или треугольные головки.

Поскольку на саму головку приходится наибольшее усилие, ее размер всегда больше основного диаметра стержня и рассчитывается по формуле:

d/D=0,6…0,8, г

де d — диаметр тела торсиона, а D — диаметр шлицевой части.

Как было сказано выше, одним концом торсион закреплен в гнезде рычага, а вторым — на неподвижно закрепленной поперечной балке кузова с определенным натягом, который можно регулировать, поднимая или опуская ключ торсиона при помощи регулировочного болта.

Ниже представлена типичная схема торсионной подвески.

Для ясности, расшифровка основных позиций:

• 1 — тормозной диск
• 2 — привод
• 3 — нижний рычаг
• 4 — верхний рычаг
• 5 — амортизатор
• 6 — тяга поперечной устойчивости
• 7 — мост
• 8 — торсион
• 9 — балка торсиона.

Поскольку сам ключ на схеме не виден, ниже его отдельное изображение.

Основным преимуществом использования торсионной подвески является возможность изменения высоты (клиренса) автомобиля практически «на ходу», используя минимум инструментов.

Как видно из схемы, тот край торсиона, на который надет ключ, находится внутри поперечной балки. Край ключа упирается в регулировочный болт, вкрученный в само тело балки и может поворачиваться при вкручивании и опускаться при выкручивании болта. А поскольку скручивание торсиона рассчитано на массу автомобиля, то при подъеме ключа рычаг подвески проворачивается вниз, поднимая автомобиль. Таким образом, используя только ход ключа, можно приподнять или опустить ось автомобиля на 5-7 см в зависимости от модели.

Дополнительными «бонусами» применения торсионной подвески в автомобиле является увеличение плавности хода, что можно наблюдать на примере автомобилей ЗИЛ — одного из эталонов автомобилестроения, а также более высокую устойчивость и управляемость из-за того, что торсион, получая динамическую нагрузку от дорожного полотна, равномерно распределяет ее вдоль всего кузова.

Регулировка торсионной подвески своими руками

Необходимость регулирования натяжки торсиона возникает из-за их неравномерного износа или после каждой замены. Визуально этот параметр определяется методом измерения от земли до кузова автомобиля или в контрольных точках, которые указаны производителем в руководстве по эксплуатации. Периодичность проверки для внедорожников – каждые 10 тыс. км.

Простую подтяжку торсионов можно сделать своими руками. Для этого потребуется смотровая яма или подъемник, линейка (штангенциркуль), домкрат, набор ключей.

Порядок действий:

• устанавливаем машину на ровную площадку, выравниваем давление в шинах;
• покачиваем авто, чтобы снять остаточную нагрузку;
• измеряем расстояние, вычисляем на сколько необходимо изменить клиренс;
• приподнимаем автомобиль и ослабляем крепежную гайку торсиона;
• ставим метки исходного положения;
• спецключом вращаем вал из расчета 1 шлиц – 3 мм высоты;
• затягиваем гайку и опускаем автомобиль;
• проводим измерения, при необходимости повторяем.

Торсионная подвеска хоть и несколько непривычна для обычного автолюбителя, но достаточно широко распространена

Поэтому при выборе авто всегда следует обращать внимание на данную особенность и учитывать во время дальнейшей эксплуатации. Как показывает практика, современный торсион на легковом ТС – это надежный и ремонтопригодный узел и боятся его не стоит

Видео на тему

Зачем нужна?

Торсионная подвеска — это важный для любого автомобиля вариант наряду с рессорными, пружинными, пневматическими и другими.

Напомним, что подвеска автомобилю нужна для того, чтобы обеспечить амортизацию при соединении колес автомобиля и его несущей системы. Подвеска выполняет еще одну важную функцию: она уменьшает нагрузку на колеса, оказываемую со стороны дорожного покрытия, стабилизируя положение кузова при движении.

Немного предыстории

В первой половине прошлого столетия, примерно в 30-х годах, автомобильный производитель «Фольксваген» на свою модель «Битл» установил любопытную в то время конструкцию. Как оказалось, она является своего рода прототипом современной торсионной подвески. В дальнейшем эта конструкция была усовершенствована ученым Ледвинком из Чехословакии, а затем была установлена на автомобилях «Татра«.

Далее ею заинтересовался Фердинанд Порше, и уже в 40-х годах он воспроизвел данную идею профессора и внедрил в массовое производство под названием «KDF-Wagen». Далее во времена Второй мировой войны данная подвеска использовалась в конструкции танков и прочей военной техники. В послевоенные годы торсионами заинтересовались «Рено» и «Ситроен». Однако вскоре, несмотря на простоту эксплуатации, производство торсионов стало куда сложнее, поэтому от него отказались. В настоящее время торсионная подвеска получила широкое распространение на грузовых автомобилях и на внедорожниках некоторых японских и американских автопроизводителей.

Устройство

Торсионная подвеска состоит из металлических валов. Они работают на так называемое кручение. Так, один конец вала закреплен на шасси, а другой — на специальном рычаге, который в свою очередь связан непосредственно с осью автомобиля. Торсионный вал, как правило, изготавливается из высокотемпературной стали. Благодаря своей прочности этот материал может без вреда испытывать большие нагрузки. Торсионная балка (или вал) может иметь два расположения в зависимости от типа автомобиля. Например, в легковых машинах она размещена поперечно. Чаще всего торсионная подвеска встречается на заднеприводных легковых автомобилях. На грузовых же автомобилях балка имеет продольное расположение. Однако несмотря на различие в расположении, функции остаются прежними. Как и остальные подвески, торсионная влияет на плавность движения, отвечает за регулировку крена при поворачивании, за снижение колебаний управляемых колес. Одн

ако торсионная подвеска в ряде случаев выполняет еще и функцию автоматического выравнивания при помощи двигателя, который, в свою очередь, стягивает торсионные валы для придания дополнительной жесткости. Подобного рода конструкция может быть использована при замене колеса. В то время, пока все три колеса приподнимают автомобиль, четвертое можно заменить без использования домкрата.

Преимущества

Торсионная подвеска обладает некоторыми преимуществами по сравнению с другими видами. Например, срок службы такой конструкции гораздо больше, к тому же регулировка высоты происходит проще. Такая подвеска компактнее и проще в обслуживании, что является главным преимуществом. Ее при «разбалтывании» можно починить с помощью стандартного гаечного ключа, чего нельзя сказать о пружинной подвеске.

Отличается от классической пружинной тем, что вместо пружин в ее конструкции используются торсионы. предельно проста и одновременно эффективна. Торсион представляет собой упругий вал, который одной стороной жестко закреплен на или , а другая сторона связана со ступицей колеса. В случае с переднеприводным автомобилем, торсион закреплен на нижнем поперечном рычаге.