Основное назначение и составляющие ходовой части легкового автомобиля

К ходовой части автомобиля относятся: рама (кузов), оси, упругие элементы с амортизаторами или пневмобалонами, колеса с шинами, стабилизаторы поперечной устойчивости.

Рама является основанием автомобиля, на котором устанавливаются двигатель со сцеплением и коробкой передач, рулевой механизм и кузов автомобиля; к ней же подвешиваются на упругих элементах передняя и задняя оси с колесами.

Рама состоит из: двух продольных балок, соединенных между собой поперечинами; продольные балки и поперечины имеют корытообразное сечение, прессуются из листовой стали и соединяются на заклепках или болтах при помощи угольников.

Также в автомобилях применяется неполная рама (подрамник) – только в передней части автомобиля (такая конструкция получила широкое применение на переднеприводных автомобилях). В этом случае роль рамы частично выполняет кузов. Имеются легковые автомобили, у которых раму полностью заменяет кузов (несущий кузов, или кузов-рама – конструкция типа «endoframe» - кузов приварен жёстко к раме).

Передняя и задняя оси автомобиля воспринимают через упругие элементы вес автомобиля, приходящийся на передние и задние колеса.

Передняя ось при управляемых, но не ведущих колесах состоит из:
а) неподвижной балки двутаврового сечения (возможно применение и другого типа сечения балки), жестко скрепленной с передними рессорами,

б) правой и левой поворотных цапф, поворачивающихся на шкворнях. Между нижним ушком поворотной цапфы и концом передней оси устанавливается для уменьшения трения упорный подшипник. На шейках поворотных цапф устанавливаются на подшипниках ступицы, удерживаемые гайками со шплинтами или контргайками. При передних ведущих колесах осью служит балка, образованная картером главной передачи и дифференциала, кожухами приводных валов и цапфами. Поворотные цапфы изготовляются и устанавливаются на оси так, что передние колеса имеют развал; вследствие этого расстояния между верхними и нижними частями колес неодинаковы: вверху это расстояние больше, чем внизу.

Развал колес делается для того, чтобы они при движении автомобиля занимали относительно друг друга правильное, почти вертикальное положение даже при износе шкворней, их втулок и подшипников колес или при деформациях передней оси под нагрузкой. Оттого, что колеса имеют развал, их ступицы стремятся под воздействием дороги прижиматься к внутреннему подшипнику. Поэтому уменьшается биение колес при износе внутренних подшипников и снижается нагрузка на внешний подшипник и гайку, крепящую ступицу. Шкворни поворотных цапф установлены также не вертикально. Они обычно имеют боковой наклон, уменьшающий плечо, на котором действует сила сопротивления движению. Кроме бокового наклона, шкворни имеют часто наклон назад, способствующий стабилизации управляемых колес, т. е. стремлению их при случайном выводе из нейтрального положения вернуться обратно в это положение. Помимо развала, управляемые колеса сближены между собой спереди так, что расстояние между ободами колес на уровне оси впереди меньше расстояния сзади; таким образом, колеса имеют схождение. Схождение колес необходимо потому, что при наличии неизбежных деформаций и зазоров в деталях рулевого управления и передней оси колеса под влиянием сопротивления движению стали бы непараллельны друг другу. Следствием этого были бы сильный износ покрышек и увеличение расхода топлива.
Задняя ось представляет собой составную или цельную балку, образованную картером главной передачи и дифференциала и кожухами заднего моста.

Рама соединяется с осями посредством упругих элементов (рессоры, пружины, торсионы) для уменьшения толчков от неровности пути. Кроме того, во многих автомобилях упругие элементы передают на раму усилия от ведущих колес (толкающие усилия) и усилия, стремящиеся повернуть оси (скручивающие усилия), например, при торможении и ускорении автомобиля.
Листовая рессора состоит из нескольких стальных упругих листов разной длины с закрепленными на них хомутиками. Листы рессор стягиваются центровым болтом или удерживаются от продольного смещения выступами, входящими в углубления смежных листов. Первый, самый длинный лист рессоры, называемый коренным, снабжен ушками, в которые запрессовываются втулки. Ушки рессор посредством пальца или сережки с пальцами соединяются с кронштейнами рамы или кузова автомобиля. При неподвижном соединении с осью рессора крепится к ней двумя стремянками с накладкой. Чтобы усилить листы, воспринимающие наибольшую нагрузку, в некоторых рессорах ушки загибают из двух верхних листов, причем концы третьего листа также загибают, и они частично охватывают оба ушка. Поэтому, если сломаются ушки, нагрузка воспринимается третьим листом рессоры. При таком устройстве ушков второй лист для возможности скольжения по соседним листам делается разрезным и снабжается вкладышами, устраняющими затяжку внутренних концов этого листа центровым болтом. В некоторых автомобилях, вместо разреза второго листа рессоры, ушки его делаются овальными так, что они соприкасаются с ушками коренного листа только сверху и снизу. Поэтому ушки коренного листа могут перемещаться в ушках второго листа. Рессоры могут и не иметь ушков, в этом случае их плоские концы скользят по поверхности опорных кронштейнов или перемещаются в резиновых вкладышах опоры. Рессорные пальцы, так же как и их втулки, иногда снабжаются крупной резьбой, которая уменьшает возможность попадания грязи к трущимся поверхностям и способствует лучшему сохранению смазки, которая подается через осевые и боковые сверления. Применяются также соединения рессор с пальцами, не требующие смазки и состоящие из двух металлических втулок с резиновой прокладкой между ними. Наружная втулка запрессована в ушко рессоры, а внутренняя зажата неподвижно между щеками кронштейна рамы. Резиновая прокладка позволяет пальцу поворачиваться (при изгибаниях рессоры) за счет упругости резины. Подвеска осей автомобиля на полуэллиптических продольных рессорах имеет наибольшее распространение. Иногда передняя ось подвешивается на полуэллиптической опрокинутой поперечной рессоре. Концы рессоры в этом случае соединяются посредством двух сережек с кронштейнами, установленными на оси, а средняя часть рессоры скрепляется стремянками с поперечиной рамы. Особый вид рессорной подвески (на трех шарнирах), когда передний конец рессоры соединяется с кронштейном рамы сережкой, а задний консольный конец – с подшипником, сидящим подвижно на кожухе заднего моста; средняя часть рессоры качается на опорном кронштейне рамы.

Основным преимуществом листовых рессор является способность выполнять одновременно функции упругого элемента, направляющего, гасящего и стабилизирующего устройств подвески.

Недостатки листовых рессор по сравнению с другими упругими элементами: высокая масса, не долговечны, обладают сухим межлистовым трением, менее эффективно обеспечивают плавность хода автомобиля, требуют ухода в процессе эксплуатации автомобиля (смазывания или замены межлистовых «прокладок»).

В основном рессоры используются в зависимых подвесках.

Спиральные (витые) цилиндрические пружины воспринимают только вертикальные нагрузки и не могут передавать продольные и поперечные усилия и их моменты от колёс на раму и кузов автомобиля, поэтому при их установке требуется применять направляющее устройство. Кроме того необходимо гасящее устройство, так как в пружинах отсутствует трение.

Преимущества пружин по сравнению с листовыми рессорами: меньший вес, более долговечны, не требуют технического обслуживания.

Спиральные пружины в качестве основного упруго элемента в основном применяют на независимых подвесках и значительно реже в зависимых. Их обычно устанавливают вертикально на нижние рычаги подвески.

Торсионная подвеска своим упругим устройством имеет торсион – стальной упругий стержень, работающий на скручивание. Торсион может быть как сплошным круглого сечения, так и составным из круглых стержней или прямоугольных пластин. Концы торсиона имеют головки (утолщения) с нарезанными шлицами или выполненные в форме многогранника. С помощью головок торсион крепится к раме или кузову автомобиля с одной стороны и к рычагам подвески с другой стороны. Упругость связи колеса с рамой обеспечивается в следствие скручивания торсиона.

Торсионы, как и пружины, требуют применения направляющего и гасящего устройства. Торсионы обладают теми же преимуществами, что и пружины, но менее долговечны.

Торсионы наиболее распространены в независимых подвесках, могут располагаться на автомобиле, как продольно, так и поперечно.

Пневматические подвески в качестве упругого устройства имеют пневматические баллоны различной формы. Упругие свойства в таких подвесках обеспечиваются за счёт сжатия воздуха.

Применение пневматических подвесок обеспечивает высокую плавность хода и возможность изменения клиренса, а также достаточно большую грузоподъёмность. Недостатком таких подвесок является высокая стоимость, меньшая долговечность по сравнению с пружинными подвесками и сложная электроника и гидравлика используемая в управлении подвеской.

Также в подвесках современных легковых автомобилей широко применяются резиновые упругие элементы в качестве дополнительных упругих устройств, которые называются ограничителями хода подвески или буферами.

Буфера сжатия ограничивают ход колёс вверх а буфера отдачи – в низ. При этом буфера сжатия снижают деформацию упругого устройства подвески и увеличивают его жёсткость. Буфера сжатия и отдачи обычно применяют совместно в независимых подвесках. В зависимых подвесках главным образом применяют буфера сжатия.