Торсионная подвеска | это... Что такое Торсионная подвеска? (original) (raw)

Торсион квадратного сечения

Торсионная подвеска — подвеска, рабочими элементами которой являются торсионы (упругие стержни, работающие на кручение). Используются стержневые торсионы круглого или квадратного сечения, реже пластинчатые — набранные из некоторого числа пластин пружинной стали, совместно работающих на закручивание.

Содержание

1 Расчёты
2 Торсионы в подвеске бронетехники
3 Торсионы в автомобильных подвесках
4 подвеска автомобиля на двойных продольных рычагах
5 Торсионно-рычажная подвеска автомобиля (с сопряжёнными рычагами)
6 Источники
7 Примечания
8 См. также

Расчёты

Стержень, используемый как упругий элемент, который работает на скручивание, называется торсионом. Касательные напряжения $\tau_r$ , возникающие в условиях кручения, определяются по формуле:

$\tau_r = {T r \over J_0}$ ,

де r — расстояние от оси кручения.

Очевидно, что касательные напряжения достигают наибольшего значения на поверхности вала при $r_{max} = R$ и при максимальном крутящем моменте $M_{max}$ , то есть

$\tau_{max} = {T_{max} R \over J_0} = \frac {T_{max}}{W_p}$ ,

де Wp — полярный момент сопротивления.

Это даёт возможность записать условие прочности при кручении в таком виде:

$\tau_{max} = \frac {T_{max}}{W_p} \le [\tau]$ .

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.

$\tau=\frac{Mt}{\frac{I_0}{V}}\leq {\tau}_{adm}$

avec $\tau = \frac{16\,Mt}{\pi d^3}$ (barre pleine)

ou $\tau = \frac {16 \,d_e \,Mt}{\pi (d_e^4-d_i^4)}$ (tube)

Торсионы в подвеске бронетехники

Ходовая часть танка Т-40 являлась новаторской в советском танкостроении — впервые (вместе с тяжёлым танком КВ-1) на серийной машине применили индивидуальную торсионную подвеску.

Торсионы подвески выполняют, как правило, в виде сплошного или полого круглого вала. Торсионы другого сечения распространения не получили.

Для соединения торсиона с другими деталями на его концах выполняются головки, как правило, со шлицами треугольного, трапециевидного и реже прямоугольного профиля. В танке Pz. V «Пантера» для соединения применялись головки с лысками и клиновидный болт.

Для обеспечения достаточной прочности, головки торсиона выполняются диаметром больше диаметра основного стержня, при этом d/D = 0.6…0.8 (d — диаметр рабочей части стержня, D — внутренний диаметр шлицов). В реальных конструкциях это значение колеблется от 0.54 до 1.0, последнее значение имел, например, итальянский лёгкий танк L6/40 Удобство монтажа обеспечивается разным диаметром головок (внутренняя меньше наружной), а также отверстием с резьбой для съёмника на внешнем торце торсиона.

Для более точной установки торсиона на требуемый угол закрутки при его монтаже, а также при устранении осадки торсиона вследствие накопления остаточной деформации, число зубьев на головках выполняют разным. В этом случае минимальный угол перестановки можно определить так:

φmin = 360 (z2 — z1) / z2·z1,

где z2 и z1 — число зубьев на головках торсиона.

Например, минимальный угол перестановки для торсиона танка Pz.III с числом зубьев на головках 45 и 44 будет составлять примерно 0.18º; для торсиона танка Т-72 с числом зубьев 52 и 48 — примерно 0.58º. В случае же равного числа зубьев на головках, точная регулировка требуемого угла закрутки торсиона практически невозможна. Так для танка L6/40 с числом зубьев 40 на каждой головке угол перестановки торсиона составляет 9º. Крепление торсионов, выполненное по типу танка Pz.V, вообще исключает возможность регулировать подвеску в процессе эксплуатации.

Торсионы выполняют из хромистых или кремниевых сталей с содержанием углерода 0.45-0.65 %, хрома 1-1.5 %, с добавлением ванадия, никеля, молибдена и других легирующих элементов. Легированная сталь, используемая в торсионных валах, обладает высокой усталостной прочностью и упругостью, как правило, это сталь типа 45ХНМФА.

Термическая обработка хромистых сталей состоит обычно из закалки при температуре 800—860ºС с последующим отпуском при температуре 400—500ºСДля повышения усталостной прочности торсионов впадины шлицов обрабатываются накаткой роликами. Рабочая поверхность вала подвергается дробеструйной обработке или накатке роликами, это создаёт упрочнённый поверхностный слой (наклёп) и значительно повышает усталостную прочность торсиона.

Для повышения динамических свойств, воспринимаемой нагрузки и максимального угла закрутки торсион подвергают заневоливанию. Эта технологическая операция является последней среди операций механической и термической обработки. Операция заневоливания заключается в закрутке горячего торсиона за предел его упругого состояния и выдерживании в таком положении некоторое время. При этом в поверхностных слоях возникают пластические деформации, а в сердцевине упругие. После разгрузки торсиона сердцевина, стремясь освободиться от напряжений и вернуться в исходное состояние, встречает сопротивление пластически деформированного поверхностного слоя. Остаточные напряжения, полученные при заневоливании, позволяют повысить рабочую нагрузку и угол закрутки торсиона в эксплуатации. В некоторых случаях, как это делается для торсионов Т-72, торсион подвергается двойному заневоливанию.

Рабочая закрутка заневоленных торсионов должна совпадать с направлением закрутки при заневоливании. Поэтому заневоленные торсионы левого и правого бортов невзаимозаменяемы и соответствующим образом маркируются (как правило на торце торсиона буквами «Л» и «П»). Для предотвращения поломки торсионов в результате механических повреждений или коррозии рабочей поверхности вала его после окончательной механической и термической обработки покрывают специальным лаком, а иногда и прорезиненной тканью (M46) или изолентой (Т-64, Т-72).

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[1].

Однако начало Великой Отечественной войны отодвинуло планы по модернизации танка на несколько лет. Торсионная подвеска появилась на танке Т-44, явившемся глубокой модернизацией Т-34.[2]

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

Торсионы в автомобильных подвесках

Стабилизатор поперечной устойчивости по сути представляет собой работающий на кручение торсион, предназначенный для создания сопротивления крену автомобиля. Закрепляется в ступичном узле левого колеса, далее проходит в направлении движения до шарнирного узла крепления к кузову, далее в латеральном направлении к противоположному борту автомобиля, где крепится зеркально аналогично первому борту. Отрезки торсиона, проходящие в направлении движения, работают как рычаги при работе подвески в вертикальном направлении.

В качестве упругих элементов используются продольно расположенные торсионы — работающие на скручивание стержни.

Торсионы могут располагаться как продольно (в этом случае они служат одновременно и осями поперечных рычагов в параллелограммной подвеске, как правило нижних), так и поперечно (во втором случае каждый из них может быть уподоблен принципу действия стабилизатору поперечной устойчивости в традиционной подвеске, с той разницей что поперечные торсионы имеют с одной стороны неподвижное крепление, а стабилизатор закреплён лишь на рычагах подвески, в точках же крепления к раме или кузову он может свободно проворачиваться, поэтому стабилизатор и не работает при сжатии или отбое подвески одновременно с двух сторон — только при разноимённом ходе противоположных колёс)

Спортивный автомобиль сороковых годов. торсионная балка располагалась поперечно и была жёстко закреплена на раме

Такая передняя подвеска использовалась на многих автомобилях фирм Packard, Chrysler и Fiat начиная с пятидесятых годов, советских легковых ЗИЛ и некоторых моделях французской фирмы Simca, созданных в годы сотрудничества с «Крайслером» (например Simca 1307).

Характеризуется высокой плавностью хода, компактностью (что например позволило на «Симке» разместить между рычагами приводы передних колёс).

Подвеска на продольных торсионах. Citroen, 1935 год.

Торсионы получили достаточно широкое распространение на малолитражных автомобилях 1950-х — 1960-х годов благодаря компактности и относительной простоте изготовления.

Как правило, на них торсионная балка (или балки) располагалась поперечно и была жёстко закреплена на раме, в этом случае подвеска конструктивно подобна описанной выше танковой. К концам торсиона (торсионов) крепились продольные качающиеся рычаги, соединённые с колесом непосредственно или с поворотным кулаком при помощи шкворневого узла или шаровых опор.

На автомобиле «Запорожец» и мотоколяске С-3Д так была выполнена передняя подвеска; использовались две торсионные балки квадратного сечения, заключённые в стальные трубы и расположенные одна над другой, к концам которых крепились продольные рычаги подвески. Этот тип подвески («система Порше») был разработан немецким инженером Фердинандом Порше и впервые был использован на автомобиле «Фольксваген Жук», а также ранних моделях «Порше».

Renault 16 любопытен тем, что из-за использования двух расположенных по одному на борт торсионов у него была разная колёсная база справа и слева, так как один из торсионов конструктивно был расположен позади второго.

На многих французских автомобилях похожую конструкцию, но с одним торсионом (или двумя по одному на борт) имела и задняя подвеска, примеры — Renault 4, Renault 16 и другие; последний любопытен тем, что из-за использования двух расположенных по одному на борт торсионов у него была разная колёсная база справа и слева, так как один из торсионов конструктивно был расположен позади второго — рисунок. Этот вариант подвески был распространён во Франции до 1980-х и даже 1990-х годов благодаря возможности сделать совершенно ровный пол между рычагами, что было выгодно для очень популярных там автомобилей с кузовами «хетчбэк» и «универсал».

Поперечные торсионы использовались и на всех моделях автомобиля ЛуАЗ.

Подвеска с продольно расположенными цилиндрическими торсионами применялась, как правило, на сравнительно больших и тяжёлых легковых автомобилях — таких, как Imperial (США, 1957-75), Packard 1955-56 годов или представительские модели ЗИЛ (−114, −117, 4104), — но также и на сравнительно компактных: Fiat 130, Renault 4, Simca 1307, Morris Marina, Alfa Romeo (Giulietta, GTV, 75).

По конструкции она обычно соответствовала обычной подвеске на двойных поперечных рычагах, но вместо пружин в ней использовались торсионы, в большинстве случаев соединённые с нижними рычагами и одновременно с этим играющие роль их осей. По сравнению с пружинной подвеской, торсионная этого типа позволяла добиться более высокой плавности хода и управляемости.

На автомобилях Packard специальные электроприводы изменяли угол закрутки торсионов, что позволяло задолго до появления гидропневматических и пневматических подвесок (вроде устанавливаемых на лоурайдеры или автомобили «Ситроен») «на ходу» регулировать дорожный просвет — для тех лет это была очень смелая идея (к сожалению, в конкретной реализации на «Пэкардах» уровень надёжности этого узла совершенно не соответствовал уровню его новизны).

При длительной эксплуатации подвесок с продольными торсионами был выявлен серьёзный недостаток такой конструкции, связанный с уязвимостью низко расположенных креплений торсионов для коррозии.

На Fiat 130 и Porsche 911 продольные торсионы использовались в подвеске типа Макферсон. (В редких случаях в качестве упругого элемента в подвеске макферсон может использоваться не пружина, а торсион. Пример такой подвески — передняя на «Порше 911»[3].

Кроме того, на некоторых автомобиля концерна «Крайслер» существовал и тип подвески, в котором в паре с двойными поперечными рычагами использовались поперечные торсионы, что позволяло добиться большей компактности; по своему расположению и действию они были отчасти подобны «половинке» стабилизатора поперечной устойчивости в обычно подвеске, с одним из концов прикреплённым к нижнему рычагу подвески, а вторым — неподвижно закреплённым на раме или подрамнике кузова (схема).

подвеска автомобиля на двойных продольных рычагах

В этой подвеске с каждой стороны имеется по два продольных рычага. Как правило такая подвеска применялась на передней оси сравнительно малоскоростных заднемоторных автомобилей — характерными примерами её использования являются «Фольксваген Жук» и первые поколения «Фольксваген Транспортер», ранние модели спорткаров «Порше», а также мотоколяска С-3Д и «Запорожец».

Все они имели по сути общую конструкцию (так называемая «система Порше», в честь изобретателя) — в качестве упругих элементов применялись расположенные друг над другом поперечные торсионные валы, соединяющие пару рычагов, причём торсионы были заключены в образовывавшие поперечину подвески трубы (у поздних моделей «Запорожца» помимо торсионов в качестве дополнительных упругих элементов применялись также цилиндрические витые пружины, расположенные вокруг амортизаторов).

Фольксваген Жук

Главным преимуществом такой подвески является большая компактность в продольном и вертикальном направлениях. Кроме того, поперечина подвески расположена далеко впереди оси передних колёс, благодаря чему появляется возможность сильно вынести салон вперёд, разместив ноги водителя и переднего пассажира между арками передних колёс, что позволяло существенно сократить длину заднемоторного автомобиля. При этом, однако, расположенный спереди багажник оказывался весьма скромным по объёму, именно из-за вынесенной далеко вперёд поперечины подвески.

С точки зрения кинематики эта подвеска несовершенна: в ней происходят хотя и меньшие по сравнению с одинарными продольными рычагами, но всё же существенные изменения колёсной базы при ходах отбоя и сжатия, и так же присутствует сильное изменение развала колёс при кренах кузова. К этому следует добавить, что рычаги в ней должны воспринимать большие изгибающие и крутильные нагрузки со стороны как вертикальных, так и боковых сил, что заставляет делать их достаточно массивными.

Торсионно-рычажная подвеска автомобиля (с сопряжёнными рычагами)

Очень распространённый в наше время тип полузависимой подвески задних колёс с двумя продольными рычагами, соединёнными работающей на скручивание торсионной балкой. Основными упругими элементами были витые пружины, а не торсион. Была разработана фирмой Audi в семидесятых годах, после чего очень широко использовалась (и используется сейчас, как правило на бюджетных моделях) в качестве задней на переднеприводных автомобилях

Источники

В стандартную комплектацию автомобиля ГАЗ-2330 «Тигр» входят: независимая торсионная подвеска всех колёс с гидравлическими амортизаторами и стабилизаторами поперечной устойчивости.

Примечания

↑ 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
↑ Огонь, броня, скорость. В.Вишняков. Боевая техника армии и флота: Сб. статей / Сост. С. Н. Поташов. —М.: ДОСААФ, 1981.
↑ Раймпель, Й. Шасси автомобиля /сокр. пер. с нем./ = Fahrwerktechnik. — Москва: Машиностроение, 1983. — Т. I. — С. 195-227. — 356 с.

Торсион в Бронетанковой энциклопедии

См. также

Ходовая часть танка
Гусеничный движитель	ведущее колесо · опорный каток · направляющее колесо · поддерживающий каток · гусеничная лента · трак · механизм натяжения гусеницы
Подвеска	амортизатор · балансир · рессора · подвеска Кристи · торсион · ограничитель хода катка

	Торсион на Викискладе?