И это все о ней… о рессоре
Рессора намного старше автомобиля. К примеру, гоголевские персонажи, обсуждавшие «доедет ли колесо…» глядели, скорее всего, на рессорную коляску. Естественно, унаследовали ее и самобеглые экипажи. В разное время ее очень широко, порою почти тотально использовали в подвесках автомобилей. И сегодня на старой технике можно встретить множество просто потрясающих конструкций. Но разбирать их здесь мы не будем, поскольку и практическая ценность этой информации небольшая, да и места для приличного обзора потребуется намного больше, чем есть во всем журнале. А потому поговорим о том, что выкристаллизовалось в процессе развития к сегодняшнему дню.
Рессорой называют пружину, представляющую собой пластину или набор пластин, работающих на изгиб. Соответственно, будучи пружиной, она обладает свойствами, присущими всем пружинам. И если на конкретной модели автомобиля рессорная подвеска жестче пружинной, это только потому, что рессору по каким-то причинам сделали более жесткой. Впрочем, есть и свои особенности. Так, если винтовая пружина практически неразрушима сжатием – витки лягут друг на друга и скорее разрушатся мосты, колеса и рама, чем сжатая пружина, то рессора будет прогибаться до полного или частичного уничтожения. Кстати, точно так же, как и растягиваемая винтовая пружина. Отсюда первое чисто практическое следствие: на забывайте бросить взгляд на отбойники и ограничители хода подвески, особенно, если приходится работать с перегрузом.
Жесткость рессоры зависит от множества параметров, но их все можно оценить невооруженным глазом. Так, она прямо пропорциональна ширине листа и количеству листов, обратно пропорциональна длине и пропорциональна кубу толщины листа. Это правило, может быть выглядящее очень наукообразным, бывает полезно. К примеру, если приходится подыскивать замену перебитой рессоре для уникальной в ваших местах иномарки. К слову, в российской глубинке автору попадались экземпляры весьма редких европейских грузовиков.
Рессоры бывают много-, мало- и однолистовыми. До недавнего времени во всем мире были, а в нашей стране еще и сегодня наиболее распространены многолистовые рессоры. Поскольку график изменения изгибающего рессору момента имеет форму треугольника с вершиной в точке нагружения (мост), то этот треугольник и «заполняют листами», чтобы получить более равномерные напряжения в каждом из них. В результате удается убить не одного, не двух, а целое стадо зайцев.
Во-первых, получается весьма жесткая в продольном направлении конструкция, которая позволяет прекрасно обходиться без реактивных штанг или других удерживающих мост устройств. Во-вторых, все листы находятся в примерно равных условиях, что особенно важно для постоянно «играющей» на неровностях конструкции, а значит, и служат они примерно одинаковое время. В-третьих, стянутые стремянками листы в процессе прогиба трутся между собой, гася раскачку автомобиля. Во многих случаях это позволяет прекрасно обходиться безо всяких амортизаторов. Наконец, само обилие листов открывает простор для конструкторской фантазии, например для получения нелинейной характеристики, приближенной к идеальной. Правда, попутно страдает надежность, и солидные автостроители подобными вещами не грешат, предпочитая использовать дополнительные рессоры («подрессорники») и хитрые опоры.
Для изготовления листов обычно используют горячекатаную полосу из углеродистой пружинной стали. Нужный выгиб придается рихтовкой, а в заводских условиях – в штампах. После этого делается термообработка. Нередко поверхность упрочняется дробеструйной обработкой.
Сечение листа до некоторого времени было прямоугольным со скругленными кромками. Но поскольку усталостное разрушение листов почти всегда начинается сверху, нижнюю поверхность сократили скосами или выемками. В результате в сечении листы большинства современных рессор имеют или трапецию, или своеобразное «Т» с очень толстой ножкой. Как водится, у такого решения имеется и «обратная сторона»: образовавшиеся после сборки многолистовой рессоры щели служат прекрасными грязесборниками и накопителями влаги. На все это можно бы наплевать и забыть, не будь грязь и ржавчина превосходными абразивами, перетирающими листы. Отсюда еще одна практическая рекомендация: не забывайте поглядывать в те места, где заканчиваются нижние листы – там верхний лист истирается сильнее.
В подробной технической характеристике отечественные заводы традиционно сообщают, что «подвеска на продольных четверть эллиптических рессорах». Такое уточнение формы изгиба листов имело смысл во времена широкого распространения рессорных подвесок, когда в качестве упругого элемента использовались конструкции из нескольких рессор. Сегодня, когда повсеместно применяется единственный выживший тип многолистовой рессоры, форма выгиба определяется скорее компоновочными соображениями, чем особенностями работы.
При переборке рессоры следует иметь в виду, что кривизна всех листов должна быть одинаковой и прилегать друг к другу они должны по всей поверхности. В противном случае возникает преднапряжение некоторых листов, что резко сократит их срок службы, да тому, что машина через некоторое время «присядет» на одно колесо, удивляться не стоит.
К мосту рессора практически всегда крепится стремянками – или сверху, или снизу (про балансирную подвеску речи нет). А вот конструкции креплений рессоры к раме могут быть трех типов. Назовем их «легкий», «средний» и «тяжелый».
В первом случае оба конца коренного листа рессоры загибаются в кольца под цилиндрические сайлент-блоки, через которые и крепятся с одной стороны к кронштейну на раме, а с другой к серьге. Сегодня считается, что рессора должна крепиться к раме передним концом. Именно так их и устанавливают почти все автостроители. Тем не менее, порой попадаются машины (как ни странно, довольно свежие по возрасту), у которых рессоры стоят «задом наперед». Сайлент-блоки, как правило, представляют собой резиновые втулки. Конструкция хороша тем, что хорошо гасит вибрации и не требует обслуживания, но ее регулярная ревизия просто необходима. Нагрузочные способности такого крепления рессор не велики, правда, встречаются довольно тяжелые машины, подвеска которых сделана именно так. Примером может служить Renault Mascott с полной массой семь тонн. В основном же легкий тип используется на немногих легковушках, сохранивших до наших дней рессорную подвеску, а также на грузовиках с «легковой» полной массой.
Второй вариант – заделка переднего конца рессоры в три подушки (верхнюю, нижнюю и переднюю – чтобы ограничить продольное перемещение), а заднего только в две (верхнюю и нижнюю). Эта конструкция хорошо известна по ульяновским «буханкам» и нижегородским среднетоннажникам от ГАЗ-53 и более поздним. Обслуживания не требует. Очень надежна, но вибрации гасит несколько хуже, чем «легкая». Сборка крепления сопряжена с определенными неудобствами, впрочем, не большими. Несмотря на очевидные достоинства, у западных автостроителей особой популярностью не пользуется.
Наконец, тяжелая серия. В ней нет никаких резиновых втулок или подушек. К переднему концу коренного листа крепится корпус подшипника скольжения, в отверстие которого вставлен довольно массивный стальной палец, закрепленный в кронштейне на раме. Рабочая поверхность пальца чаще всего цилиндрическая, однако попадаются модели, у которых резьбовая поверхность трения. Прелесть такой конструкции заключается в том, что она ограничивает осевое перемещение рессоры, а кроме того, в ней зона трения хорошо защищена от воды и грязи (разумеется, при наличии смазки). Наибольшим ее недостатком является сложность ремонта, а кроме того, в запущенном состоянии резьбовая пара, трущаяся «сталь по стали», становится неразборной. Правда, для получения такого результата нужно здорово постараться.
Задний конец коренного листа обычно опирается на цилиндрическую опору. Когда рессора прогибается, лист перекатывается по опоре, рабочая длина рессоры уменьшается, а ее жесткость увеличивается. Такая конструкция прекрасно передает на раму все вибрации, зато способна выдерживать огромные нагрузки. Она очень долговечна, но требует своевременной смазки. Примечательно, что это решение встречается и на сравнительно легких грузовиках, но у них задний конец может крепиться и серьгой.
Как известно, самые большие недостатки – продолжения достоинств. И если межлистовое трение гасит раскачку, то лишь после того, как начнется перемещение. А если учесть, что трение покоя больше, чем трение скольжения, то получится занятная ситуация: на гладкой дороге усилия на рессоре недостаточны для того, чтобы сдвинуть листы относительно друг друга, и рессора не прогибается вовсе. Потому-то многолистовую рессору и называют «подвеской для плохих дорог».
С этим явлением пытались бороться. Например, московские таксисты и водители «персоналок» снимали задние рессоры с ГАЗ-24, смазывали их графитной смазкой, упаковывали в чехол, после чего ставили на место. Понятно, на грузовиках никто подобным не занимался. Впрочем, если уж приходится перебирать подвеску и рессоры, то между листами можно проложить присыпанную графитом (но не смазкой!) трансформаторную бумагу. Кое-кто засовывает туда тефлоновую или полиэтиленовую пленку, однако эти материалы под нагрузкой текут. Кроме того, после уменьшения межлистового трения энергоемкость штатных амортизаторов в некоторых случаях может оказаться недостаточной. Разумеется, там, где амортизаторы не предусмотрены изготовителем, с межлистовым трением бороться не следует.
Именно межлистовое трение стало причиной того, что многолистовые рессоры начали вытесняться мало- и даже однолистовыми. В большей степени это происходит в легких классах грузовиков и на пассажирских транспортных средствах. Принципиальное отличие таких рессор только одно: в них лист вовсе необязательно сделан из полосы с постоянными толщиной и формой сечения. Если листов больше одного, то они уже не обязательно плотно прилегают друг к другу, чаще можно наблюдать обратное.
Теоретически (да и практически) лопнувший лист, пусть даже коренной, в многолистовой рессоре чаще всего не приводит к серьезным последствиям. А вот в мало-, а уж тем более в однолистовой рессоре то же событие оборачивается отказом автомобиля. Тем не менее, качественно изготовленные рессоры всех типов примерно равно надежны. А поскольку разрушение чаще всего носит усталостный характер и начинается с трещины, своевременное проведение технических ревизий гарантирует от неприятностей на дороге.
Сегодня рессоры все больше вытесняются пневматическими подвесками. Их главное достоинство – возможность по мере надобности изменять дорожный просвет и жесткость, да и с электронным управлением они дружат. Одновременно рессоры постепенно сдают позиции. Может показаться, что дни рессоры сочтены.
Действительно, с точки зрения конструктора рессора – объект неудобный. Напряжения в ее материале зависят от деформации, а с нею не все просто. Кроме того, рессора прогибается под нагрузкой, при перекосе мостов она скручивается, разгон и торможение ее также скручивают, но уже в другой плоскости, а кроме того, она служит еще и реактивной тягой, воспринимает поперечные нагрузки, и все это при наличии дорожных неровностей! Все это предопределяет невозможность простого и точного проектировочного расчета, да и моделирование затрудняет очень сильно. Все же, производители, опираясь на опыт, насчитывающий не одну сотню лет, делают рессоры и ставят их на грузовики, ибо во многих случаях они остаются наилучшим решением.
Современные исследования открывают перед рессорами новые горизонты. Так, благодаря композиционным материалам можно снизить вес и получить практически любую характеристику, более того, можно заложить внутреннее демпфирование и распроститься с амортизаторами. Цена? Как ни странно, при использовании стеклопластика она получается вполне приемлемой. Но это вопрос будущего. А пока в рессорном хозяйстве царствует железо. И его много. Во всяком случае, на наш век хватит.
