Что такое ось ходовой части автомобиля?
Ось ходовой части автомобиля – это зафиксированный на основании кузова прямой вал, на который устанавливаются колеса и/или шестерни зубчатых передач. Колесо и зубчатые передачи могут оснащаться встроенным в них подшипником или втулкой. Подшипник или втулка встраиваются в центр колеса и шестерен, что позволяет осуществлять их вращение без оказания силы трения на саму ось. Цель использования оси заключается в удержании колес или шестерен в заданном им по отношению к другим колесам или шестерням месте.
Любое колесное транспортное средство имеет ось. Каждый раз, «переобуваясь» с летней резины на зимнюю и обратно, вы сталкиваетесь с этой самой осью, снимая и устанавливая на нее колесо. Без использования оси, колеса просто на просто не могли бы оставаться в положенном им месте, а сила и масса автомобиля просто раздавили бы их.
В автомобиле ось ходовой части принимает на себя нагрузки, образующиеся при торможении и ускорении транспортного средства, а также несет массу самого автомобиля. Ось формирует центр конструкционной прочности автомобиля и берет на себя всю самую тяжелую нагрузку, защищая и облегчая работу колес и других соединений автомобиля. В современном автомобиле ось принимает непосредственное участие при езде, разгоне, торможении и рулевом управлении транспортным средством. Чтобы соответствовать постоянно возрастающим требованиям, с течением времени конструкция оси изменялась, обеспечивая автомобилю должную опору.
Кинематическая цепь автомобиля, это механизм преобразования энергии двигателя в силы, вращающие ось. Это вращение, в свою очередь, передается на колеса, при помощи которых и движется автомобиль. Когда вы нажимаете на педаль тормоза, то под действием силы трения вращение оси замедляется, и, соответственно, замедляется скорость вращения колес. Руль крепится на ось рулевого управления, которая через соединение с осью передних колес контролирует направление их вращения.
В автомобилях применяется три вида осей: прямая, усиленная и сдвоенная ось. В прямой оси используется один вал, параллельно соединяющий два колеса. Каждое колесо крепится на своей стороне оси. Скорость и направление вращения колеса определяются осью. Преимущество такой конструкции заключается в фиксации колес в заданном месторасположении и равномерном распределении больших нагрузок.
В случае с усиленной осью, у каждого колеса имеется свой вал. Цель такой конструкции заключается в том, чтобы помимо фиксации колеса в заданном месторасположении, колеса могли вращаться независимо друг от друга. Такой тип оси обычно используется в пассажирских легковых автомобилях с повышенной проходимостью. Если же речь идет о сдвоенной оси, то имеется ввиду конструкция, где несколько осей расположены на относительно близком расстоянии друг от друга. Целью использования такой конструкции является увеличение грузоподъёмности автомобиля, и чаще всего она применяется в тяжелых грузовых автомобилях.
Оси автомобиля
Рама со всеми укрепленными на ней агрегатами и механизмами опирается через рессоры на оси автомобиля. Оси автомобиля через рессоры воспринимают и передают на колеса вес самого автомобиля и вес нагрузки в его кузове, а от колес на раму — толкающие и тормозные усилия.
Передними осями автомобилей со всеми ведущими колесами служат балки ведущих мостов, на цапфах поворотных кулаков которых устанавливаются на подшипниках ступицы колес.
У автомобилей, не имеющих ведущего моста, передняя ось представляет собой стальную балку 7 двутаврового сечения.
Рис. Передняя ось автомобиля КрАЗ-219: 1 — контргайка; 2 — стопорное кольцо; 3 — замочное кольцо; 4 — гайка затяжки переднего подшипника ступицы; 5 — сальник; 6 — поворотный кулак; 7 — балка оси; 8 — площадка для крепления рессоры; 9 и 13 — бронзовые втулки; 10 и 15 — масленки; 11 — гайка шкворня; 12 — шкворень; 14 — упорный шарикоподшипник; 16 и 17 — роликоподшипники ступицы; 18 — ступица колеса; 19 — шип поворотной цапфы; 20 — крышка
К балке жестко крепятся рессоры, при помощи которых она соединена с рамой. Концы балки обрабатываются, и на них при помощи стальных шкворней 12 устанавливаются вильчатые поворотные кулаки 6, которые могут свободно поворачиваться вокруг шкворней в горизонтальной плоскости. Шкворни в обработанных концах оси в большинстве случаев крепятся клиньями с гайками. В некоторых конструкциях средняя часть шкворня и отверстие для шкворня в балке делаются конусными, а шкворень, имеющий на одном конце резьбу, при помощи гайки 11 наглухо затягивается. При этом в верхнее ушко вилки поворотного кулака устанавливается распорная втулка, обеспечивающая свободное вращение поворотного кулака на шкворне. Для уменьшения трения шкворня в ушки вилки поворотного кулака запрессовываются латунные или бронзовые втулки 9 и 13, к которым через масленки 10 и 15 подводится смазка.
Для облегчения поворота колес между осью и нижней вилкой кулака на шкворне ставится упорный шарикоподшипник 14.
Поворотный кулак имеет шип 19, на конце которого нарезана резьба. На этот шип на двух роликоподшипниках 16 и 17 устанавливается и крепится гайкой 4 ступица 18 колеса. Гайка надежно стрцорится шплинтом или замочным кольцом 3 и контргайкой 1 со стрпорным кольцом 2. Во внутреннюю полость ступицы закладывается смазка для подшипников. Вытекание смазки из ступицы при ее нагреве предотвращается сальником 5 и защитным колпаком или крышкой 20.
На автомобилях со всеми ведущими колесами передней осью служит балка переднего ведущего моста. Поворотные кулаки колес в этом случае соединяются шкворнями 12 с шаровой опорой 9, которая своим фланцем при помощи болтов крепится к фланцу кожуха полуоси. Поворотный кулак с закрепленными на нем шкворнями поворачивается во втулках 25.
Внутренняя полость корпуса поворотного кулака заполняется маслом до уровня контрольного отверстия, закрываемого пробкой на резьбе или масленкой. Для предотвращения вытекания масла на корпусе поворотного кулака установлен сальник 11. К корпусу поворотного кулака крепятся поворотные рычаги.
Задней осью всех автомобилей является балка заднего моста, на кожухах полуосей которой устанавлцраются на конических роликоподшипниках ступицы с колесами.
ПОВЫШАЕМ УПРАВЛЯЕМОСТЬ АВТО. Часть 3. (Все дело в Геометрии)
В первых двух частях мы охватили простые способы тюнинга подвески. Настало времяпогрузиться немного вглубь геометрии подвесок. Внесение изменений на данном уровне это то, чем всю свою жизнь занимаются инженеры-подвесочники. Но такой тюнинг не чужд и для обычных энтузиастов-тюнеров, ибо рынок афтермаркета позволяет.
Центр вращения (крена)
Центр вращения это виртуальная точка в пространстве, вокруг которой автомобиль, подверженный боковым ускорениям, вращается. Местоположение центра определяет то как машина управляется и взависимости от расположения будут определяться шаги дальнейшего тюнинга.
Дабы найти центры вращения нужно определить «непосредственные центры» левой и правой частей передней и задней подвески. Непосредственный центр это точка в пространстве, вокруг которой вращаются соединения подвесок. Определение местонахождения этой точки заключается в измерении элементов подвески, расположения точек крепления элементов друг к другу и к кузову, затем перенос этих значений на схематичный чертеж.
Для подвески типа макферсон верхняя линия (та что в двухрычажке проводится через верхний рычаг) будет проводиться иначе. Линию нужно будет начертить под 90 градусав относительно направления движения штока аммортизаторной стойки.
(см. Иллюстрацию)
Центр масс (центр гравитации) для каждой машины индивидуален, зависит от базы, колеи автомобиля, геометрические размеры, распределения нагрузки на каждую ось и колесо. Измерения и данные помогут определить расположение центра гравитации.
Думается мало у кого есть возможность точно определить месторасположение центра масс, так как это требует сложных вычислений, особых инструментов и условий, поэтому обычно за центр масс передней оси на машинах с передним расположением двигателя принимается точка на уровне коленвала,
для задней оси центр масс будет на уровне пола багажника.
Чем длиннее рычаг пары вращения тем больше веса перераспределяется на наружние к повороту колеса. Длинная пара вращения делает реакции автомобиля более задумчивым на действия рулем. Перераспределение веса в случае с длинной парой вращения так же уменьшает загрузку внутреннего к повороту колеса, разгружает его, тем самым уменьшается уровень максимально возможного сцепления с полотном.
Для большинства автомобилей идеальным расположением центра вращения будет 2-5 дюймов от земли для передней подвески и от 4 до 10 дюймов для задней. Когда сзади центр вращения выше чем спереди, больше веса распределяется на переднюю ось. На большинстве гоночных автомобилей такой прием позволяет получить немного недостаточную управляемость на высокой скорости и избыточную на малой.
Переднемоторные заднеприводные машины будут иметь ось Майка немного ниспадающую к переду. Переднеприводные наоборот восходящую, заднемоторники соответственно будут иметь ось сильно ниспадающую к переду.
Центры вращения можно изменить практически на любом автомобиле при помощи специальных регулируемых рычагов, с изменяемыми точками крепления. Таких полно на афтермаркет рынке, для популярных среди тюнеров машин. Если же в каталогах нет таких вещей для вашего автомобиля их можно изготовить на заказ индивидуально.
Запомните: Если у вас нет возможности изменить центр вращения, вы можете изменить занчение «пары вращения» и понизить центр масс автомобиля вполне эффективно. Занижение автомобиля — эффективное средство для уменьшения «пары вращения» и перераспределения веса, главное запомнить при этом, что слишком сильное занижение принесет больше проблем чем решит.
Точность и стабильность управления, на которые влияет эффект бамп-стир, — следующие жертвы черезмерного занижения.
Создать подвеску без эффекта бамп-стир довольно просто. Чтобы вылечить сей негативный эффект на двурычажных подвесках нужно чтобы рулевые тяги находились между двумя вертикальными осями проведенными через шаровые опоры рычагов и точки крепления рычагов к кузову, а так же чтобы ось рулевой тяги была направлена в непосредственный центр вращения, о котором говорили в начале. (см. иллюстрацию)
В случае с подвеской типа МакФерсон требуется чтобы рулевая тяга располагалась в точном соответствии с нижним рычагом подвески, то есть на одной линии, имела место крепления в той же точке и чтобы длина рычага и тяги совпадала.(см. иллюстрацию)
Изучая какие изменения в геометрии подвески дают тот или иной эффект, вы можете настроить и приспособить автомобиль к различным условиям, заставить машину ехать так, как вам хочется. Понимание нюансов настройки и умение правильно подготовить автомобиль — сильный инструмент в выжимании из машины максимально возможных качеств и характеристик.
Если вы гонщик, кроссовик, дрифтер или просто маньяк, этот инструмент даст вам неоспоримое преимущество.
В следующий раз наша наука коснется амортизаторов и их настройки.
На рынке Афтермаркета валом компоненов для экстремальнейшего занижения. Почти каждая компания, даже очень уважаемые и громкоименные, выплескивают на рынок кучу комплектов подвесок которые слишком мягки и слишком низки для оптимальной и эффективной работы. Почему они это делают? Может в этих компаниях работают некомпетентные инженеры? Может это заговор чтобы сделать наши машины медленнее? Совсем нет… Виноват потребитель.
Большинство энтузиастов хочет чтобы низкая посадка придала наикрутейший вид их болидам. Чтобы колеса «заполнили» пустеющие колесные арки. Так же, никто из них не желает мириться с зубодробильностью кольцевой подвески. Парадокс.
Как бы то ни было это же большинство не ездит настолько «жестко» и настолько хорошо, чтобы понять что машины, на которых они ездят, фактически ведут себя на дороге зачастую даже хуже чем стандартные. Эти Люди путают уменьшение кренов с улучшением управляемости…
Что такое ось ходовой части автомобиля?
В технических характеристиках автомобилей указывается такой параметр как колесная база. Он влияет на проходимость машины и удобство пассажиров. Это важная характеристика, которую следует учитывать при выборе транспортного средства.
Что это?
Колесная база – это расстояние между передней и задней осью автомобиля. Иначе ее называют межосевой длиной машины. Не стоит путать данный параметр с клиренсом – дорожным просветом между самой нижней точкой кузова и дорогой.
В зависимости от колесной базы определяется класс ТС:
У грузовых машин расстояние между осями больше, составляет около 8000 мм.
Различают длинную и короткую колесную базу автомобиля, что влияет на управляемость, маневренность и комфорт. У каждого вида есть преимущества и недостатки.
Шасси грузовых автомобилей
Практически всегда грузовики строятся на шасси с рамой лестничного типа. Два массивных лонжерона вдоль автомобиля, обычно переменного сечения, обеспечивают независимое размещение кабины с двигателем и грузовой платформы или сцепного устройства для полуприцепа.
Для тяжёлого грузовика именно такой подход очень важен. В кузове, а здесь это означает именно грузовую платформу, размещается очень большая масса, погасить колебания которой с помощью только подвески невозможно.
Плоская рама же обеспечивает гибкость и податливость, груз обретает некоторую свободу и его перемещения в такт неровностям дороги не достигают разрушающих нагрузок. Сама же рама выполнена из упругой стали, восстанавливающей свою исходную форму после снятия напряжения.
Кроме того, рамная конструкция позволяет выполнить шасси грузовика функционально завершённой конструкцией. На нём располагаются двигатель, трансмиссия, подвески и тормоза.
Остаётся навесить на раму любой кузов из предусмотренной линейки, будь то бортовой грузовик, фургон, цистерна или седельный магистральный тягач.
Так же достаточно легко решаются вопросы с изменением количества мостов, размеров, типов кабин и дополнительного оборудования. Модульность конструкции позволяет снизить себестоимость автомобилей.
Вплоть до поставки голых шасси специализированным фирмам для постройки уникальных автомобилей в единичном производстве.
Длинная колесная база
База автомобиля влияет на многие характеристики машины. И принято считать, что чем больше расстояние между осями, тем лучше маневренность и управляемость. На самом деле, длинная колесная база встречается преимущественно в автомобилях премиум-класса.
Основное преимущество большого расстояния между осями – комфортные условия для пассажиров. Расстояние между сидениями довольно большое, поэтому не приходится упираться коленями в кресла. Такие машины особенно удобны для людей с высоким ростом.
Длинная база автомобиля обеспечивает плавный ход, на неровных участках дорожного полотна машина не подскакивает и проезжает препятствия достаточно легко. Можно смело сказать, что комфортно в таких автомобилях не только пассажирам, но и водителям.
Еще одно преимущество – легкость разгона, меньше вероятности ухода в занос при резком повороте. Объясняется эта особенность тем, что в таких машинах требуется меньшее перераспределение веса, обеспечивающее устойчивое положение на дороге.
Большинство автомобилей с удлиненной колесной базой имеют передний привод. А это определяет еще одно важное преимущество – легкость обслуживания. Ремонт таких машин обходится дешевле, чем заднеприводных.
Короткая колесная база
Несмотря на многочисленные преимущества длинной базы, автомобили с небольшим расстоянием между осями пользуются большим спросом. Объясняется это многочисленными преимуществами таких машин:
Большинство современных городских кроссоверов и внедорожников имеют оптимальное соотношение короткой колесной базы и общей длины кузова. Это определяет большинство преимуществ: удобство для пассажиров, хорошая управляемость и маневренность.
Виды основных углов установки колес автомобиля
| Параметр | Ось автомобиля | Регулируемый параметр | На что влияет |
| Угол развала колес (Camber) | Передняя Задняя | Да (зависит от автомобиля) | Устойчивость движения в повороте Преждевременный износ шин |
| Угол схождения колес (Toe) | Передняя Задняя | Да | Устойчивость при прямолинейном движении Преждевременный износ шин |
| Поперечный угол наклона оси поворота (KPI) | Передняя | Нет | Стабилизация автомобиля при движении |
| Продольный угол наклона оси поворота (Caster) | Передняя | Да (зависит от автомобиля) | Стабилизация автомобиля при движении |
| Плечо обкатки | Передняя | Нет | Стабильность автомобиля при торможении Стабилизация автомобиля при движении |
Развал колес
Развал колес (англ. camber) — это угол, образованный средней плоскостью колеса и вертикалью, проходящей через точку пересечения средней плоскости колеса и опорной поверхности. Различают положительный и отрицательный развал:
Положительный и отрицательный углы развала колес
Конструктивно camber формируется положением ступичного узла и обеспечивает максимальную площадь пятна контакта шины с дорогой. В случае двухрычажной независимой подвески положение ступицы определяется верхним и нижним поперечными рычагами. В подвеске типа МакФерсон на формирование угла развала влияет нижний рычаг и амортизационная стойка.
Отклонение значений угла развала от нормы влияют на автомобиль следующим образом.
Слишком большой отрицательный угол:
Слишком большой положительный угол:
Схождение колес
Cхождение колес (англ. toe) — угол между продольной осью автомобиля и плоскостью вращения колеса. Может быть также определено как разность расстояний между передними и задними бортами ободов колес (на рисунке это значение А минус В). Таким образом, схождение может измеряться в градусах либо миллиметрах.
Схождение колес автомобиля
Различают суммарное и индивидуальное схождение. Индивидуальное схождение рассчитывается отдельно для каждого колеса. Это отклонение плоскости его вращения от продольной оси симметрии автомобиля. Суммарное схождение рассчитывается как сумма индивидуальных углов схождения левого и правого колес одной оси. Аналогично определяется суммарное схождение в миллиметрах. При положительном схождении (англ. toe-in) колеса взаимно повернуты внутрь по направлению движения, при отрицательном значении (англ. toe-out) – наружу.
Положительное и отрицательное схождение колес
Отклонение значений угла схождения от нормы влияют на автомобиль следующим образом.
Слишком большой отрицательный угол:
Слишком большой положительный угол:
Поперечный угол наклона оси поворота колеса
Поперечный угол наклона оси поворота (англ. KPI) — угол между осью поворота колеса и перпендикуляром к опорной поверхности. Благодаря данному параметру при повороте управляемых колес кузов автомобиля приподнимается, вследствие чего возникают силы, стремящиеся вернуть колесо в прямолинейное положение. Таким образом, KPI оказывает значительное влияние на стабильность и устойчивость автомобиля при прямолинейном движении. Разность величин углов поперечного наклона правой и левой осей может приводить к уводу автомобиля в сторону с большим наклоном. Данный эффект может проявляться и при соответствии нормальным значениям остальных углов установки колес.
Угол продольного наклона оси поворота колеса
Продольный угол наклона оси поворота (англ. caster) — угол между осью поворота колеса и перпендикуляром к опорной поверхности в продольной плоскости автомобиля. Различают положительный и отрицательный углы продольного наклона оси поворота колеса.
Положительный caster способствует возникновению дополнительной динамической стабилизации автомобиля при движении на средней и высокой скорости. При этом ухудшается поворачиваемость на малой скорости.
Плечо обкатки
Помимо вышеперечисленных параметров, для передней оси имеет большое значение еще одна характеристика — плечо обкатки. Это расстояние между точкой, образованной пересечением оси симметрии колеса и опорной поверхности, и точкой пересечения линии поперечного наклона оси поворота и опорной поверхности. Плечо обкатки положительное, если точка пересечения поверхности и ось поворота колеса лежат справа от оси симметрии колеса (нулевого плеча), и отрицательное, если располагается слева от него. Если эти точки совпадают — то плечо обкатки нулевое.
Значение плеча обкатки
Данный параметр влияет на стабилизацию и поворачиваемость колеса. Оптимальным значением для современных автомобилей является нулевое либо положительное плечо обкатки. Знак плеча обкатки определяется развалом, поперечным наклоном оси поворота колеса и вылетом колёсного диска.
Автопроизводители не рекомендуют устанавливать колесные диски с нестандартным вылетом, т.к. это может повлечь изменение заданного плеча обкатки на отрицательное значение. Это может серьезно повлиять на устойчивость и управляемость автомобиля.
Что лучше: длинная или короткая база?
Раньше считалось, что колесная база определяет большинство эксплуатационных характеристик автомобиля. И при определении расстояния между осями для будущей машины учитывались характеристики автомобилей у конкурентов. Чтобы опередить других производителей, инженеры увеличивали межосевое расстояние на несколько миллиметров. И только при детальном изучении поведения машины на дороге удалось выяснить, что на управляемость и маневренность влияет совокупность параметров: клиренс, длина кузова и колесной базы.
Нельзя сказать определенно, при какой базе автомобиль лучше едет и справляется с дорожными препятствиями. Учитывать следует особенности эксплуатации транспорта и личные предпочтения. Так, если вы любите поездки на длинные расстояния по трассам и бездорожью, то выбирайте автомобиль с длинной базой. Аналогичный выбор стоит сделать при выборе машины представительского класса и с целью перевозки пассажиров.
Для езды в черте города, когда важна маневренность на узких улицах, подходят автомобили с короткой базой. Если при этом нужна комфортабельность для пассажиров, то предпочтение стоит отдать модели с длинным кузовом.
Что касается стоимости, то в бюджетном и премиум-классе есть представители обоих видов. При этом длинная база – не показатель престижа. Например, у Газелей и фургонов тоже широкое расстояние между осями, но это не относит их к элитной линейке ТС.
Расчёт перегруза
Осевая нагрузка – это нагрузка от массы ТС, которая передаётся на плоскость через колёса. Степень распределения массы неравномерная, на переднюю ось она всегда меньше. Точные показатели даёт только взвешивание, а непрофессиональные расчёты грешат показателями, требующими дальнейших уточнений. Допустимую нагрузку на ось грузового автомобиля часто считают с погрешностью.
Масса автомобиля складывается из массы нагрузки на передние и задние оси.
Это наглядно иллюстрируют два простых примера:
Для каждой марки машины существуют свои показатели, но сохраняется вышеописанная тенденция – нагрузка на заднюю часть шасси всегда выше. Передние держат лишь кабину и двигатель, на задние давит перевозимый груз.
Все автогрузы разделены на 2 большие группы:
Видно, что нагрузка на ось – ключевой весовой параметр автомобиля, который учитывается при его конструировании и использовании.
Стоит рассмотреть алгоритм расчёта нагрузок на оси грузовых автомобилей в России на примере тягача с 3 осями и аналогичного прицепа. Пусть загружен для перевозки груз 20 т.
Необходимо узнать, как будет распределяться нагрузка между шестью осями:
Получается некоторое приближённое представление о давлении груза на оси автомобиля: 4,4 + 6,8 + 6,8 + 8 + 8 (тонны). Так считаются (примерные) допустимые нагрузки на ось.
Понятно, что приведённый расчёт – условный, точные цифры покажут только дорожные пункты взвешивания. Но даже такой простой пример позволит подстраховаться и не допустить перегруза.
Можно ли самостоятельно увеличить межосевое расстояние
Теоретически можно изменить ширину между осями. Но на практике сделать это довольно сложно и дорого. Внесение изменений в базовые характеристики машины чревато негативными последствиями:
Важно помнить, что внесение изменений в характеристики машины незаконно без предварительного согласования с ГИБДД. За это можно получить административное наказание и требование о возврате первоначальных параметров. Поэтому изменять колесную базу не стоит – от этого больше минусов, чем плюсов.