Что такое подвеска макферсона
Подвеска МакФерсон.
Подвеска МакФерсон (McPherson) — один из самых распространенных типов автомобильной подвески (по англ. — MacPherson suspension). В данной статье мы узнаем что такое подвеска МакФерсон, ее основные плюсы и минусы, а также рассмотрим схему и конструкцию данной подвески.
Основным конструкционным элементом подвески является амортизационная стойка, из-за чего она также получила название «качающаяся свеча». «Свечная подвеска» преимущественно используется для передних колес. Версия для задних колес в англоязычных странах в честь разработавшего её инженера фирмы Lotus названа «подвеска Чепмена».
Использование подвески Макферсона позволило разместить двигатель и коробку передач в подкапотном пространстве поперечно и обусловило её широчайшее использование в современном переднеприводном автомобилестроении.
▪Подвеска МакФерсон состоит из:
• подрамник
• поперечный рычаг
• поворотный кулак
• амортизаторная стойка
• стабилизатор поперечной устойчивости
Основным несущим элементом подвески является подрамник. Его крепление к кузову автомобиля выполняется с помощью сайлентблоков. Применение резинометаллических опор позволяет уменьшить шум и передачу вибрации на кузов. Подрамник выступает основой для крепления рулевого механизма, опор поперечного рычага и стабилизатора поперечной устойчивости.
С двух сторон с помощью резиновых втулок к подрамнику крепятся поперечные рычаги правого и левого колес. Крепление рычагов двойное, что придает конструкции жесткость в продольном направлении. К другому концу поперечного рычага через шаровую опору крепится поворотный кулак.
Поворотный кулак посредством шарнирного соединения крепится к рулевой тяге, обеспечивая поворот колеса. Верхняя часть поворотного кулака закреплена на амортизационной стойке, а нижняя соединена с поперечным рычагом. Также в нем размещены тормозной суппорт и подшипниковый узел.
Амортизационная стойка включает пружину и амортизатор, соосно расположенные с буфером сжатия. Верхняя часть стойки с помощью резиновой втулки крепится к брызговику крыла, нижняя соединяется с поворотным кулаком. Некоторые авто производители разъединяют пружину и амортизатор на два конструктивных элемента.
Стабилизатор поперечной устойчивости предназначен для снижения боковых кренов автомобиля. Стабилизатор крепится к подрамнику посредством двух опор. Концы стабилизатора шарнирным креплением соединяются с амортизационными стойками.
▪Преимущества и плюсы подвески МакФерсон:
• менее затратна при производстве в сравнении с исполнением подвески на двойных поперечных рычагах
• относительно компактная
• уменьшение сил, возникающих в местах крепления к кузову через значительное по высоте расстояние между опорными узлами
• меньшая неподрессоренная масса
• значительный ресурс верхней опоры стойки, представляющей собою упорный подшипник качения
• легкая диагностика неисправностей вследствие наличия чётких симптомов износа
▪Недостатки и минусы подвески МакФерсон:
• сравнительно с подвеской на двух продольных или поперечных рычагах, параметры кинематики несколько хуже
• необходимость усиления брызговика крыла
• работа подвески «на пробой» и езда по плохим дорогам приводит к образованию усталостных трещин в точках крепления стоек на брызговике крыла
• частый выход из строя амортизационных стоек с необходимостью трудоемкой и дорогостоящей их замены
• передача дорожных шумов на кузов и в салон
• относительно меньшая компенсация «клевка» (продольного крена) при торможении
• трение между направляющей и штоком, приводящее к ухудшению работы подвески
В целом, недостатки подвески ограничивают возможность её применения. Так, несмотря на преимущество в стоимости изготовления, из-за некоторого ухудшения кинематики её практически не устанавливают в дорогостоящих спортивных и гоночных моделях авто. Большие нагрузки в зоне крепления стойки и связанный с ними быстрый износ конструкции не позволяет использовать МакФерсон в качестве независимой подвески в легких грузовых автомобилях. Недостаток места также усложняет использование упругих гидропневматических элементов, использующихся в некоторых видах подвесок.
Именно из-за этих недостатков часть производителей авто класса «люкс» отказалась от использования МакФерсона, продолжая совершенствовать подвеску на двойных поперечных рычагах. Вместе с тем, конструкционные преимущества и дешевизна изготовления сделали МакФерсон самым распространенным типом подвески для бюджетных автомобилей.
Подвеска МакФерсон — что это такое? Плюсы и минусы
Подвеска является одной из самых важных элементов в конструкции современного автомобиля. Именно подвеска, известная также как система подрессоривания, служит связующим звеном между несущей частью кузова и колесами машины. Сложные узлы и механизмы подвески призваны не только надежно соединить, но и передать на кузов силы, возникающие при контакте колес с дорожным покрытием. Благодаря правильному функционированию подвески обеспечиваются оптимальное положение колёс по отношению к раме или кузову, а также требуемая плавность хода автомобиля. В процессе развития автомобилестроения устройство подвески претерпело множество изменений. Значительный рост скоростей и высокие требования к управляемости и устойчивости привели к созданию системы, получившей название McPherson.
История вопроса
Технологичная подвеска получила свое наименование благодаря изобретателю Эрлу МакФерсону, трудившемуся в компании Ford в 40-е годы XX века. Именно его разработка была впервые использована при создании серийной модели Ford Vedette в 1948 году.
Примечательно, что до этого инженер работал на автогиганта General Motors, однако, там его изобретения не оценили по достоинству и МакФерсон покинул компанию.
Известно, что подвески подобного типа, но без поперечного рычага использовались в автомобилестроении еще в 20-х годах XX века. Инженер итальянского концерна Fiat Гуидо Форнац даже запатентовал в 1925 году схему аналогичной подвески в США. А спустя почти пятнадцать лет американец МакФерсон существенно доработал знакомый механизм и воплотил его в металле.
Устройство подвески МакФерсон
Основой конструкции подвески МакФерсона является массивная амортизационная стойка, расположенная на одной оси с подвижной пружиной амортизатора. Именно поэтому такой тип подвески иногда зовется «качающейся свечой». Опорой всей системе служит подрамник, который жестко крепится к кузову, в том числе с помощью так называемых сайлентблоков. Специальные металлические шарниры имеют резиновую втулку, способную смягчать колебания и устранять шум, передающиеся при взаимодействии одной детали подвески с другой.
Необходимую жесткость конструкции придают поперечные рычаги, зафиксированные на подрамнике. Поворотный кулак, в свою очередь, обеспечивает отличную управляемость, ведь именно он шарнирным соединением связан с рулевой тягой автомобиля. Кстати, с другой стороны поворотный кулак имеет специальное крепление в виде шаровой опоры, соединяющее его с поперечным рычагом. Не менее важную задачу в механизме подвески решает стабилизатор поперечной устойчивости, способный регулировать величину бокового крена. «Растяжки» или реактивные тяги стабилизатора крепятся к амортизационной стойке в точке соединения с поворотным кулаком. Благодаря четкому разделению функций каждого из элементов конструкции передняя подвеска обеспечивает мягкую, комфортную и безопасную езду на автомобиле любой марки.
На сегодняшний день крупнейшими производителями автомобилей придумано несколько разновидностей подвески МакФерсона. Например, в системе подрессоривания легендарного Porsche-911 пружину амортизатора заменяет торсион, позволяющий уменьшить высоту всей конструкции. Существуют также подвески, где амортизационная стойка с пружиной представляют собой единый элемент системы, а не две отдельные детали. Несмотря на разнообразие вариантов исполнения, любая подвеска типа МакФерсон является независимой, то есть положение одного колеса в вертикальной плоскости не сказывается на расположении другого.
Преимущества и недостатки системы МакФерсон
Популярность подвески данного типа невозможно переоценить. Конструкция МакФерсон устанавливается на огромном количестве автомобилей по всему миру. Однако, как и любой сложный механизм, подвеска МакФерсон имеет свои плюсы и минусы.
Несмотря на то, что инженеры-конструкторы постоянно дорабатывают и совершенствуют механизмы подвески, при покупке автомобиля с «МакФерсоном» следует учитывать пределы его технических возможностей. Внимательный подход к изучению характеристик позволит избежать дорогостоящего ремонта и преждевременной замены стоек амортизаторов и других деталей конструкции.
Большинство легковых автомобилей среднего ценового сегмента сегодня оснащены подвеской МакФерсон. Например, известные седаны Volkswagen и KIA, а также популярные бюджетные хэтчбеки марок Ford и Renault оборудованы различными вариантами подвески этого типа.
История подвески Макферсона. Чем она так хороша, что используется уже почти 80 лет?
Сегодня мы помним американского инженера Эрла Макферсона исключительно как автора амортизационной стойки, широко применяемой с середины прошлого века и ставшей одним из самых долгоиграющих нововведений в автомобильном мире. Между тем, Макферсон не был заурядным инженером, поймавшим удачу за хвост: к главному изобретению своей жизни он шёл долгие годы, возглавляя конструкторский отдел марки Chevrolet.
Середина мая 1945 года, США. Президент General Motors Чарльз Уилсон подписывает план по переводу компании на мирные рельсы. Союзники только-только приняли капитуляцию Германии и у правительства страны отпала необходимость в широком военном заказе. Вместо танков, бронемобилей и пулемётов, которые заводы GM выпускали в войну, нужно было возвращаться к самым обычным машинам. Уилсон заявил, что гвоздём послевоенного модельного ряда Chevrolet станет небольшой автомобиль ценой в тысячу долларов. Название машине придумали подходящее – Cadet, что значит «младший».
Действительно, Cadet не вписывался в тогдашний модельный ряд Chevrolet, с которым бренд, как и весь концерн General Motors, возвращался к мирной жизни. Преимущественно это были громоздкие модели довоенного образца, сборку которых восстановили уже 3 октября 1945 года. К примеру, семейство Fleetline предлагало несколько просторных кузовов на одном шасси. Размеры по европейским меркам – исполинские.
Колёсная база исполнений в кузове «седан» составляла почти три метра (2946 мм), объём 6-цилиндрового мотора – 3,5 литра, снаряженная масса едва не достигала полутора тонн. Для того времени это было очень много, ведь машины были очень простыми: без электроники, практически без шумоизоляции, без «ненужных» конструктивных мер пассивной безопасности, которые добавляют сегодняшним автомобилям пару-тройку центнеров. В коробке передач было всего лишь три ступени — притом, что верхняя была «прямой». На борту седана Fleetline могли разместиться шестеро, и стоил такой автомобиль чуть более 1300 долларов.
А вот другой пример: за базовую версию Special модели Oldsmobile 60-серии просили от 1169 долларов, несмотря на то, что колёсная база седана была уже больше трёх метров! Помимо шестицилиндрового мотора можно было приобрести и модификацию с V8 объёмом в 4,2 литра, а в качестве опции предлагался 4-ступенчатый «автомат». Соответственно, весила такая машина уже под 1,8 тонны. Короче говоря, вот с такими вот массовыми моделями GM вступил в послевоенную эпоху. И тут вдруг нарисовался «младший», на разработку которого бросили самого Эрла Макферсона.
Chevrolet Cadet мог взять на борт только четверых, и был задумал исключительно в виде небольшого седана – без дополнительных модификаций. Колёсную базу ему обрезали до 2743 мм, да ещё и поставили на крохотные 12-дюймовые колёса! Под капот хотя и определили 6-цилиндровый мотор, но с объёмом лишь в 2,1 литра. При всём при этом инженеры должны были уложить массу машины в скромные 2000 фунтов, то есть 907 кг. Одним из главных ограничений стала цена – до тысячи долларов. Задачка, что ни говори, непростая, и по готовым шаблонам Chevrolet Cadet было не спроектировать.
Нужно было что-то радикально новое, и первым делом Эрл Макферсон отказался от… рамы. Собственно, благодаря разработкам Lancia, к несущему кузову в Европе стали присматриваться ещё в двадцатые годы, но для консервативной автомобильной Америки несущий кузов тогда был в диковинку.
Макферсону представлялось, что маленькая база – это главное «узкое место» всего автомобиля, поэтому, приняв решение сохранить классическую компоновку, он постарался распределить массу машины по всей длине кузова. Так, коробку передач из подкапотного пространства он перенёс в пределы колёсной базы и разместил под передними креслами, подушки которых тогда обыкновенно выполняли в виде единого дивана. Рычаг переключения передач вывели на рулевую колонку. Другим важным решением стала искомая конструкция подвески. Раньше всё было просто: на том же Fleetline неразрезная балка заднего моста соединялась с рамой через пакет листовых рессор, а спереди к несущему элементу крепились рычаги шкворневой подвески, которая давала откровенно посредственную «грузовую» управляемость и для маленькой манёвренной машины с небольшим радиусом разворота совершенно не годилась. К слову, хотя и моторчик на Cadet был слабее, чем на Fleetline (60 л.с. против 90), за счёт меньшей массы энерговооружённость Cadet была даже выше, поэтому и устойчивость её в виражах должна была быть выше.
Хотя Макферсон сохранил у Cadet классическую компоновку с задним приводом, на подготовительном этапе он рассматривал и передний привод, который в Европе ещё до войны с лёгкой руки братьев Бучиали нашёл пусть и ограниченное, но всё же распространение. Поисковые работы в этом направлении сыграли ключевую роль при определении конструктивных особенностей будущей подвески, что в какой-то мере сыграло с Макферсоном злую шутку. Дело в том, что наиболее полно преимущества его конструкции оказались заметны применительно к управляемым колёсам переднеприводной машины, но, как мы знаем, время таких машин наступит гораздо позже, причём, не в США, а в Европе.
Итак, в чём же заключаются основные преимущества «стойки Макферсона» в её классическом виде? Основную сумму положительных свойств даёт небольшое число элементов. Это влияет на уменьшение неподрессоренной массы машины, предполагает относительную дешевизну при изготовлении и при сборке, определяет компактные размеры узла подвески. Более того, для недорогих переднеприводных легковушек оказалось важным ещё одной свойство стойки Макферсона: её компоновочная предрасположенность к беспроблемному размещению приводных валов к колёсам.
Итак, низкая подрессоренная масса важна в первую очередь как делитель подрессоренной массы: чем больше отношение подрессоренной к неподрессоренной массе, тем у автомобиля выше плавность хода и устойчивость в виражах. Само собой, низкая подрессоренная масса важна и сама по себе. С тех пор, как производители автомобилей стали вынужденно задумываться о сокращении вредных выбросов, совершенствование технологических процессов, направленных на уменьшение массы всех узлов и агрегатов, стало ключевым направлением для инвестирования. А стойка Макферсона уже по природе своей «легковесна».
Кстати, стремясь уложить Chevrolet Cadet в установленную цену, Макферсон постарался по возможности унифицировать узлы машины. Предварительный анализ показал, что его стойка работает на задней оси с тем же успехом, что и на передней, а испытания изготовленных прототипов автомобиля полностью подтвердили теоретические выкладки. Между тем автомобильные фирмы оценили возможность применения стоек Макферсона для задних колёс много позже, чем для передних.
Теперь перечислим элементы, из которых состоит классическая стойка Макферсона, и их взаимное расположение, попутно обратив внимание на ключевой момент. Эрл Макферсон разместил амортизатор внутри пружины, закрепив верхний конец стойки на кузове (сейчас для этого чаще всего используется брызговик крыла), а нижний конец – на ступице. В этом и заключалась новизна изобретения. Будучи объединёнными в один узел указанным образом, пружина и амортизатор помимо своих «прямых» обязанностей – сглаживания нагрузки и демпфирования колебаний — начали выполнять и функции направляющего элемента. Для этого пришлось увеличить диаметр штока амортизатора, который в основном и воспринимает продольные и боковые силы.
Новая конструкция дала возможность оставить всего один поперечный рычаг, расположенный снизу, отказавшись от верхнего рычага и трёх его опор. Отметим, что стойка Макферсона появилась не на пустом месте, не как усовершенствование для уже известной модели, а именно как результат анализа довольно жёстких ограничений при проектировании машины нового типа. То есть, речь не об «озарении», не о случайной находке, а о плодах длительных размышлений талантливого инженера. К слову, свою работу над Cadet Макферсон начал, когда ему минуло 54 года – к этому времени его талант был уже многократно помножен на опыт.
Ещё один интересный момент: в оригинальном варианте Макферсона пружина и амортизатор размещались соосно, однако в последствие инженеры начали разносить оси пружины и амортизатора под углом друг к другу, в том числе и для снижения нагрузки на шток. Кроме того, при соосном расположении пружина практически не сжималась при несущественном вертикальном перемещении колеса, зато при дальнейшем движении колеса вверх, начинала сжиматься чересчур быстро. Упрощённая конструкция стойки определила и один из основных её недостатков: при больших ходах развал колеса не просто меняется в широких пределах, но и мог менять свой знак. Такая кинематика определяет худшую устойчивость и управляемость автомобиля с передними стойками Макферсона по сравнению с моделями, где используется более сложная и дорогостоящая подвеска на поперечных рычагах.
Кроме того, изначально ось стойки совпадала с осью поворота колеса, что давало большое положительное плечо обкатки, а значит, неважную управляемость и резкие реакции на руле при изменении нагрузки от дороги.
В дальнейшем, после многолетних исследований, инженеры сместили в поперечной плоскости шаровую опору, соединяющую рычаг и поворотный кулак, ближе к колесу, что уменьшило плечо обкатки, однако этого оказалось недостаточно. С ростом мощности двигателей требования к управляемости переднеприводных легковушек сильно возросли, притом, что именно для подвески управляемых колёс таких машин стойку Макферсона начали применять особенно широко. Дальнейшее улучшение управляемости было достигнуто уже существенным усложнением кулака: в его конструкцию ввели дополнительные шарниры, образовав таким образом новую ось поворота колеса.
При этом, в зависимости от других конструктивных параметров автомобиля, можно получать и отрицательное, и нулевое плечо обкатки. В том числе и это новшество дало возможность использовать стойку Макферсона даже на очень дорогих спортивных машинах. Скажем, в настоящее время её применяют на Porsche 911 Carrera текущего поколения (кузов 992) для подвески передних колёс. При этом в технических данных уточняется: «McPherson type, Porsche-optimised».
Напоследок отметим, что Chevrolet Cadet так и не пошёл в серию: менеджмент GM не поверил рыночный успех небольшого автомобиля и сосредоточился на привычных для себя форматах автомобилей. Вместе с Cadet исчезнуть с автомобильного небосклона могла и подвеска Эрла Макферсона, однако конструкцию взяли на вооружение другие автопроизводители, а через некоторое время вернулся к ней GM. Сегодня концерн широко применяет стойку на своих моделях, а компания ACDelco, входящая в GM, выпускает широчайший ассортимент амортизаторов для всех типов подвески – как для конвейерной установки для автомобилей GM, так и для вторичного рынка.
Найти подходящий амортизатор ACDelco можно в каталоге по ссылке, а в этой статье мы напомним вам, как оценить состояние амортизатора на вашем автомобиле и не прозевать время его плановой замены.
Уважаемые читатели, спасибо за внимание. Надеемся, этот материал вам понравился. Будем рады вашим дополнениям, вопросам и комментариям!
Подвеска МакФерсон (McPherson)
McPherson — Является самым распространенным видом независимой подвески, который применяется на передней оси автомобиля. По своей конструкции подвеска МакФерсон является развитием подвески на двойных поперечных рычагах, в которой верхний поперечный рычаг заменен на амортизаторную стойку.
Благодаря компактности конструкции подвеска McPherson широко используется на переднеприводных легковых автомобилях, так как позволяет поперечно разместить двигатель и коробку передач в подкапотном пространстве. К другим преимуществам данного типа подвески относятся простота конструкции, а также большой ход подвески, препятствующий пробоям.
Вместе с тем, конструктивные особенности подвески (шарнирное крепление амортизаторной стойки, большой ход) приводят к значительному изменению развала колес (угла наклона колеса к вертикальной плоскости). По этой причине данный тип подвески не применяется на спортивных автомобилях и автомобилях премиум-класса.
Подвеска МакФерсон имеет следующее устройство:
• Подрамник;
• Поперечный рычаг;
• Поворотный кулак;
• Амортизаторная стойка;
• Стабилизатор поперечной устойчивости.
Схема подвески МакФерсон
Подрамник является несущим элементом подвески. Он крепится к кузову автомобиля с помощью резинометаллических опор – сайлентблоков. Применение резинометаллических элементов в конструкции подвески позволяют уменьшить вибрации и снизить шум. На некоторых автомоблиях предусмотрено жесткое крепление подрамника к кузову. К подрамнику крепятся опоры поперечного рычага, стабилизатор поперечной устойчивости, устанавливается рулевой механизм.
На подрамник с двух сторон крепятся поперечные рычаги (рычаг правого и левого колес). Каждый поперечный рычаг соединяется с подрамником в двух местах с помощью резиновых втулок. Двойное крепление рычага обеспечивает необходимую жесткость в продольном направлении. Другим концом поперечный рычаг через шаровую опору соединен с поворотным кулаком.
Поворотный кулак обеспечивает поворот колеса за счет шарнирного соединения с рулевой тягой. В верхней части поворотный кулак поворотный кулак закреплен на амортизаторной стойке с помощью клеммового соединения. В нижней части кулак соединен с поперечным рычагом. Дополнительным рычагом выступает наконечник рулевого механизма, соединенный с поворотным кулаком шаровой опорой. В поворотном кулаке размещены подшипниковый узел и тормозной суппорт. Подшипниковый узел включает ступицу колеса и ступичный подшипник.
Амортизаторная стойка объединяет упругий элемент (пружину) и амортизатор. Металлическая пружина расположена соосно с амортизатором и закреплена на стойке. Для изменения линейной характеристики упругости пружины соосно с ней устанавливается буфер сжатия. В нижней части стойка соединена с поворотным кулаком. В верхней части она крепится к брызговику крыла с помощью резиновой втулки.
Стабилизатор поперечной устойчивости обеспечивает снижение боковых кренов автомобиля. Стабилизатор устанавливается в подрамнике посредством двух опор. Концы стабилизатора соединены с амортизаторными стойками с помощью соединительных штанг (стоек) с шарнирными наконечниками.