Подвеска «МакФерсон» — история и современность
Послевоенное время и пятидесятые заслуженно считаются золотой эпохой в автомобилестроении. В этот период появилось множество новых и смелых технических решений, которые используются до сих пор. Одним из таких новшеств является подвеска колес, известная по имени своего изобретателя, инженера МакФерсона.
Новая подвеска для новых времен
Дизайн послевоенных машин стремительно менялся. Широкие крылья, обрамляющие узкий капот довоенных машин, сменялись более компактными, а само подкапотное пространство становилось более широким.
Одной из причин этого был переход от длинных и узких рядных двигателей к более широким, но коротким V-образным. Для того чтобы разместить такой двигатель и навесное оборудование в моторном отсеке, последний необходимо было расширить. Но такое расширение проблематично, кода передняя подвеска организована на двойных поперечных рычагах. Необходимо было найти более компактное решение.
Американская история, ставшая европейской
Талантливый инженер Эрл МакФерсон был ведущим инженером проекта GM — «Легкий автомобиль Шевроле». В рамках проекта было построено три прототипа Chevrolet Cadet, один из которых МакФерсон снабдил компактной, но жесткой передней подвеской, в которой был всего один поперечный рычаг. Второй точкой опоры стала качающаяся стойка, представлявшая собой одновременно и упругий элемент, и рычаг.
Руководство GM затеи не оценило — проект показался им слишком дорогим, сложным, да и подвеска оказалась по-европейски жестковатой. Не найдя общего языка с начальством, МакФерсон, уверенный в своей правоте, перешел из GM в Ford. Именно под эмблемой «голубого овала» оригинальный тип подвески и получил свое серийное воплощение. Первой машиной с «МакФерсоном» стал европейский Ford Consul.
Через несколько лет инженер компании Lotus по фамилии Чепмен модифицировал новый тип подвески для установки и на задней оси для модели Elan. С тех пор заднюю подвеску с качающейся стойкой на Западе иногда называют «подвеской Чепмена», хотя по факту это все тот же «МакФерсон».
Как это устроено
Суть подвески типа «МакФерсон» заключается в том, что упругий элемент (стойка амортизатора в сборе с пружиной) является одновременно и точкой крепления подвески к кузову, и поворотным узлом, подвижно связывая поворотный кулак с силовым элементом кузова. Нижняя часть подвески состоит из одного поперечного рычага. Стабилизатор поперечной устойчивости дополняет картину, связывая подвеску одного колеса с противоположным колесом.
Простота такой конструкции определила ее популярность. Сейчас львиная доля современных легковых автомобилей использует именно такой вид подвески, несмотря на некоторые ее минусы.
За и против
К минусам можно отнести короткий рабочий ход и излишнюю жесткость, что хорошо для дорожных машин, но не подходит для внедорожников. Жесткость также способствует передаче чрезмерных ударов и вибраций на корпус автомобиля. При перемещении подвески типа «МакФерсон» в вертикальной плоскости происходит сильное изменение развала колес, что негативно сказывается на стабильности автомобиля и управляемости на неровных покрытиях. Подвеска такого типа сложнее в обслуживании, поскольку требует демонтажа всей стойки. Само крепление стойки к кузову — как опора, так и стакан — являются чрезмерно нагруженными узлами, требующими внимания и своевременной замены (в случае опоры).
Однако на этом минусы заканчиваются и начинаются плюсы. Жесткая подвеска «МакФерсон» хорошо подходит для современных машин с высокими требованиями к управляемости. Большое расстояние между точками крепления уменьшает боковые крены и делает машину стабильнее, при этом нагрузка на точки крепления, особенно на сайлент-блоки нижнего рычага, снижена по сравнению с подвеской на двойных поперечных рычагах. Подвеска на качающейся стойке является самым компактным решением, позволяющим разместить в моторном отсеке двигатель большого размера, — благодаря «МакФерсону» удалось применить поперечное расположение двигателя, что укоротило капот и улучшило обзорность современных машин. По сравнению с «многорычажкой» в «МакФерсоне» меньше подвижных элементов (сайлент-блоков и шаровых опор), подверженных износу и требующих регулярной замены. Для производителей все элементы подвески проще и дешевле в изготовлении, что, кстати, влияет и на конечную стоимость автомобиля.
Что делает Delphi Technologies
Компания Delphi Technologies является одним из мировых лидеров по производству элементов подвески автомобилей. Это касается и деталей подвески типа «МакФерсон» — Delphi Technologies производит и поставляет на конвейеры мировых производителей все элементы подвески этого типа. Практически все из них доступны и для рынка автозапчастей. Резинометаллические изделия, рычаги подвески, стабилизаторы и их стойки, верхние опоры стоек «МакФерсон» — все это можно найти в электронном каталоге компании.
Каждая из деталей Delphi Technologies имеет проверенную временем конструкцию: то, что требует усиления, усилено; что можно сделать легче, облегчено. Все детали проходят качественную антикоррозийную обработку. Можно уверенно сказать, что сегодня Delphi Technologies знает о подвеске типа «МакФерсон» буквально все!
Наша страница на DRIVE2:
Что из себя представляет подвеска МакФерсон (принцип работы, плюсы и минусы)
По мере ужесточения требований к компоновке автомобилей в результате конкурентной борьбы автопроизводителей появилась задача создать максимально компактную, лёгкую и универсальную подвеску для недорогих машин широкого применения. Удачным компромиссом стало использование качающейся свечи телескопического типа по имени одного из авторов, получившей название МакФерсон.
Как появилась независимая подвеска типа McPherson
Изобретение этих всем сейчас известных стоек произошло задолго до того, как идея стала действительно актуальной. Сама мысль приходила в голову многим, наиболее распространённой версией стало первое воплощение её в металле легендарным конструктором танков Уолтером Кристи.
Это он создал концепцию бронированных машин, на базе которых создавались практически все последующие танки во всех странах. А в свободное время Кристи увлекался автогонками, и именно на его машине инженеры FIAT впервые увидели интересное решение стоек подвески.
Идею начали развивать в автомобилях Lancia, потом на некоторых французских моделях, но окончательно её сформировал бывший инженер GM, перешедший на работу в Ford, Эрл МакФерсон. Именно он получил патент на существующую сейчас конструкцию и серийно внедрил её в Ford Consul 1950 года.
Устройство
Основой подвески стал телескопический амортизатор, оформленный в виде стойки, включающей в себя ещё и пружину. В отдельных случаях упругий элемент может быть вынесен, например если в его роли выступает торсион, но в бюджетных машинах такое не встречается.
Таким образом стало возможным избавиться от верхнего рычага подвески, что повысило компактность и уменьшило массу. При использовании стоек МакФерсон для передних управляемых колёс поворот обеспечивается вращением штока амортизатора относительно неподвижного корпуса.
Шток крепится на подшипниковой резинометаллической опоре, закреплённой на стакане кузова. В её подвижную часть упирается пружина, нижним концом лежащая через подушку на фланце корпуса амортизатора. Сам корпус выполняется достаточно прочным для восприятия всех поперечных нагрузок, раньше приходившихся на верхний рычаг.
Снизу стойка амортизатора крепится винтами к поворотному кулаку со ступицей колеса. К этому же кулаку подсоединена единственная во всей подвеске шаровая опора, выполняющая роль свободного шарнира между нижним рычагом подвески и всей качающейся частью.
Конструкции нижнего рычага могут быть разными, но их общей функцией является придание необходимой жёсткости в продольном и поперечном направлениях. К кузову или подрамнику рычаг подсоединяется через резинометаллические сайлентблоки, обеспечивающие некоторое поглощение мелких вибраций и частичное демпфирование ударов.
В передней подвеске к корпусу амортизатора через приваренный рычаг подсоединяется шаровый шарнир рулевого наконечника. Тяга от него идёт к рейке рулевого механизма.
Регулировка углов установки подвески производится эксцентриковыми винтами в зоне крепления стойки к поворотному кулаку, а также изменением геометрии нижнего рычага, если это предусмотрено.
Иногда от части регулировок отказываются ради упрощения и удешевления конструкции. Всегда регулируется только угол развала, всё прочее (кроме схождения, которое относится к рулевой трапеции) задаётся конструктивно с требуемой точностью и при эксплуатации не изменяется.
Принцип работы
От независимой подвески требуется выполнение трёх основных функций:
- упругое восприятие нагрузок от дороги с минимальной передачей их на кузов;
- гашение энергии возникающих колебаний, неизбежных из-за накапливания энергии в упругом элементе (пружине);
- задание траектории перемещения колеса во время рабочих ходов подвески и отбоев, а также поворот кулака для управляемой оси.
При наезде на препятствие корпус стойки перемещается вверх, утапливая шток. Одновременно сжимается пружина, накапливая энергию. По окончании этого процесса, называемого рабочим ходом, пружина начинает отдавать энергию, перемещая колесо вниз. Это принято называть ходом отбоя.
Излишки энергии необходимо преобразовывать в тепло, для чего в стойке имеется гидравлический амортизатор.
В нём непрерывно, как при прямом ходе, так и обратном, происходит перекачивание рабочей жидкости через клапаны и калиброванные отверстия, что демпфирует колебательные процессы и препятствует раскачке кузова. Одновременно предотвращается инерционный отрыв колеса от поверхности дороги.
За стабильным сохранением максимально возможного пятна контакта шины с дорогой следит направляющий аппарат подвески из телескопа стойки и нижнего рычага. Для этого рычаг выполняется достаточно жёстким, а места его крепления всё чаще переносятся с кузова на подрамник.
Схема подвески
Схематически составные части подвески подразделяются на:
- телескопическую стойку, представляющую собой амортизатор с усиленным корпусом и штоком;
- упругий элемент – пружину;
- нижний рычаг подвески с сайлентблоками и шаровой опорой;
- поворотный кулак, в подвеске выполняющий роль связующего элемента;
- верхнюю опору с резиновыми втулками, отбойниками и подшипником;
- дополнительные элементы, например, стабилизатор поперечной устойчивости.
В конкретном исполнении возможны отступления от теоретической схемы, направленные на улучшение характеристик управляемости, возможно введение дополнительных растяжек, рычагов, вынос упругого элемента.
Плюсы и минусы МакФерсон
Основным достоинством стала универсальность применения. Но есть и более конкретные преимущества:
- компактность конструкции, незаменимое качество, например, для автомобилей с поперечным размещением силового агрегата;
- дешевизна в серийном производстве за счёт малого количества деталей;
- хорошие возможности для увеличения ходов подвески без существенных затрат полезного пространства в арках колёс;
- надёжность, обусловленная общей простотой;
- относительно небольшие неподрессоренные массы.
Без недостатков настолько простая конструкция также не обошлась:
- трудности с обеспечением кинематики подвески, то есть правильных траекторий перемещения колёс;
- большие нагрузки на кузов в зоне крепления верхней опоры стойки;
- высокая цена амортизатора, имеющего усиленную конструкцию;
- проблемы с передачей непосредственно на кузов всех шумов и вибраций от подвески;
- избыточное трение в направляющем аппарате телескопического элемента;
- плохая ремонтопригодность в случае замены единичных деталей;
- малый запас по прочности.
Особенности таковы, что при всей распространённости МакФерсон на легковых автомобилях, её почти не применяют на премиум-классе, машинах высокой проходимости и во многих категориях автоспорта. Тем не менее, сейчас именно эта подвеска статистически применяется чаще всего.
Распространенные неисправности в подвеске
Надёжность МакФерсон определяется качеством используемых деталей.
Ярко выраженных проблемных мест в ней нет, неисправности возникают в результате естественного износа после больших пробегов:
- усталостный износ опорных подшипников и разрушение резиновых элементов верхних опор;
- выход из строя амортизационных стоек, подтекание жидкости и утрата характеристик;
- ослабевание и поломки пружин;
- износ шаровых опор и растрескивание резины сайлентблоков;
- появление трещин в зоне крепления верхних опор к кузову.
Технологически ремонт таких подвесок выгодно проводить с полной заменой всех подверженных износу деталей. При использовании качественных запчастей все они потеряют свои свойства примерно одновременно.
Достаточно заменить стойки, пружины, подушки, чехлы, отбойники, опоры и сайлентблоки, как подвеска станет практически новой и о ней можно будет забыть на очень долгий срок.
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.
Новая по тем временам система имела важный недостаток — ресурс телескопических стоек был невелик. Развитие ученой мысли привело к открытию более прочных сплавов, и проблема была решена. По планам изобретателя подвеска МакФерсон должна была применяться как в передней, так и в задней части авто, но после продолжительной дискуссии, более востребованной была признана традиционная схема. Аналогичный вариант подвески задних колес был использован в 1957 году при разработке модели Lotus Elite. В честь конструктора Колина Чепмена подвеска, устанавливаемая на заднюю ось, получила название Chapman.
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.
- Низкие затраты на производство по сравнению с аналогичными системами на двойных поперечных рычагах;
- Большой эксплуатационный ресурс верхней опоры амортизационной стойки, сконструированной в виде подшипника качения;
- Компактные размеры и сравнительно небольшой вес обеспечивают отличные динамические характеристики, даже автомобилям с двигателями средней мощности;
- Легкая диагностика неисправностей: легкое постукивание и неустойчивость автомобиля при движении на высокой скорости говорит об износе деталей подвески.
- Потеря устойчивости при движении на высокой скорости и при резком торможении. Причиной неустойчивости является существенное изменение положения колеса по вертикальной оси вследствие увеличения, либо уменьшения хода амортизатора;
- Подвеска МакФерсон не предназначена для эксплуатации в условиях бездорожья. При езде по плохой дороге разрушаются детали крепления стоек, в результате на брызговике крыла образуются так называемые усталостные трещины, начинается процесс коррозии;
- Постоянное давление вредит амортизационным стойкам, поэтому подвеска МакФерсон не выдерживает больших нагрузок. Таким образом, данный тип подвески не подходит для эксплуатации на спортивных, грузовых машинах, а также внедорожниках и автомобилях с рамной конструкцией;
- Относительно сложный ремонт. Сложная конструкция подвески не позволяет точечно заменить износившуюся деталь. Сотрудникам СТО приходится полностью разбирать систему, что увеличивает время и стоимость ремонта.
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.
Официальные сервисные центры Группы компаний FAVORIT MOTORS оказывают высококачественные услуги по диагностике, ремонту и техническому обслуживанию автомобилей различных марок. Квалифицированные сотрудники и современное оборудование позволяют нам осуществлять работы любой сложности в короткие сроки и по доступным ценам. Не подвергайте риску себя и своих близких — при любой неисправности автомобиля, обращайтесь только к профессионалам!
Ходовая часть (устройство автомобиля)
Внимание! Все тесты в этом разделе разработаны пользователями сайта для собственного использования. Администрация сайта не проверяет возможные ошибки, которые могут встретиться в тестах.
Тест на тему ходовая часть автомобиля по дисциплине «Устройство автомобилей»
Список вопросов теста
Вопрос 1
Что означают в маркировке шин легковых автомобилей буквенные индексы L, P, Q, S ?
Варианты ответов
- индекс максимальной допустимой скорости
- индекс максимально грузоподъемности
- товарный знак завода-изготовителя
Вопрос 2
Какие силы воздействуют на несущий кузов или раму автомобиля при движении?
Варианты ответов
- сила тяжести
- продольные силы
- вертикальные силы
- боковые силы
- все перечисленные силы
Вопрос 3
Что такое клиренс?
Варианты ответов
- величина хода штока амортизаторов
- максимальная возможная деформация пружин
- расстояние от дороги до нижней точки днища автомобиля
Вопрос 4
Какой тип подвески изображен на рисунке?
Вопрос 5
Какой тип подвески изображен на рисунке ?
Вопрос 6
Благодаря каким конструктивным особенностям нашли широкое применение шаровые опоры?
Варианты ответов
- возможность вращения в любых плоскостях
- высокая нагрузочная способность
- не требовательны к обслуживанию
- всё вышеперечисленное
Вопрос 7
Какая подвеска наиболее широко применяется на передней оси автомобиля?
Варианты ответов
- Мак-Ферсон
- на двойных поперечных рычагах
- многорычажная
- Н-образная балка
Вопрос 8
Что такое сайлентблок?
Варианты ответов
- устройство, блокирующее вертикальные перемещения кузова
- элемент, состоящий из резиновой втулки с железным сердечником
- подушка под амортизатор
Вопрос 9
Какая деталь изображена на рисунке ?
Вопрос 10
Назовите деталь №1 ?
Вопрос 11
назовите деталь №4
Вопрос 12
Назовите деталь №1
Вопрос 13
Каким образом осуществляется соединение колес с балкой моста на автомобилях с зависимой передней подвеской?
Варианты ответов
- цапфа колеса крепится к деталям, имеющим возможность перемещаться относительно балки
- цапфа шарнирно крепится к концевой части балки
- цапфа может крепиться любым из названных способов в зависимости от марки автомобиля