Торсионная подвеска

Не путать с торсионной балкой .

Торсионная подвеска внутри Леопарда 2

На схеме переднего моста выделен торсион.

Торсионная подвеска , также известная как торсионная рессорная подвеска автомобиля , представляет собой любую подвеску используется , в которой торсион в качестве основной несущей пружины. Один конец длинного металлического стержня прочно прикреплен к шасси автомобиля; противоположный конец заканчивается рычагом, торсионной шпонкой, установленной перпендикулярно штанге и прикрепленной к рычагу подвески, шпинделю или оси. Вертикальное движение колеса заставляет стержень вращаться вокруг своей оси, чему противостоит сопротивление стержня кручению . Эффективная жесткость пружины стержня определяется его длиной, поперечным сечением, формой, материалом и процессом производства.

Использование

Торсионная подвеска используется на боевых машинах и танках, таких как Т-72 , ​​Леопард-1 , Леопард-2 , M26 Pershing , M18 Hellcat , M48 Patton , M60 Patton и M1 Abrams (эту подвеску использовали многие танки времен Второй мировой войны ), а также на современных грузовых автомобилях внедорожниках Ford Nissan , Chrysler , GM , Mitsubishi , Mazda , Isuzu , ЛуАЗ , , и Toyota . Производитель грузовиков 8-го класса Kenworth также предлагал торсионную подвеску для своих моделей K100C и W900A примерно до 1981 года.

Производители меняют торсион или шпонку для регулировки дорожного просвета, обычно для компенсации веса двигателя.

Преимущества и недостатки

Основными преимуществами торсионной подвески являются мягкий ход за счет упругости штанги, долговечность, легкая регулировка дорожного просвета и небольшой профиль по ширине автомобиля. Она занимает меньше внутреннего объема автомобиля, чем винтовые пружины .

Пика своей популярности на серийных дорожных автомобилях торсионы достигли в середине 20-го века, в то же время, когда унитарная конструкция была принята . В то время, когда механика напряжений и усталости металла в цельных каркасах кузова была плохо изучена, торсионы были очень привлекательны для конструкторов транспортных средств, поскольку их можно было крепить к усиленным частям центральной конструкции, обычно к переборке . Использование стоек MacPherson для создания независимой передней подвески с винтовыми пружинами означало создание прочных башен в передней части автомобиля.

Недостатком является то, что торсионы, в отличие от винтовых пружин, обычно не могут обеспечить прогрессивную жесткость пружины. В большинстве торсионных систем дорожный просвет (и, следовательно, многие особенности управления) можно изменить, просто отрегулировав болты, которые соединяют торсионы с поперечиной рамы. В большинстве автомобилей с таким типом подвески замена торсионов на пружины другой жесткости обычно является несложной задачей. Продольные торсионы проходят под салоном, врезаясь в внутреннее пространство за счет поднятия пола, тогда как в поперечных системах длина торсионов ограничивается шириной автомобиля.

Выравнивание

Некоторые автомобили используют торсионы для автоматического выравнивания , используя двигатель для предварительного напряжения стержней, чтобы обеспечить большее сопротивление нагрузке и, в некоторых случаях (в зависимости от скорости, с которой могут действовать двигатели), чтобы реагировать на изменения дорожных условий. . Регулируемая по высоте подвеска использовалась для реализации режима замены колес, при котором автомобиль поднимается на трех колесах, так что оставшееся колесо поднимается над землей без помощи домкрата. В этом примере показан автомобиль, в котором используется олеопневматическая подвеска, где насос высокого давления наполняет резервуар под давлением, который подает на конечные сферы гидравлическое масло (LHM) для достижения подвески. Высота дорожного просвета поддерживается за счет соединения сфер передней и задней подвески с помощью гидравлических соединительных трубок. (Два предыдущих предложения относятся к двум различным системам олеопневматической подвески, и их лучше игнорировать в контексте торсионов. Принцип смены колес путем регулировки высоты подвески уже был объяснен ранее в этом параграфе).

История

Первым автомобилем, в котором использовались торсионы, был Leyland Eight, разработанный Дж. Дж. Парри-Томасом и производившийся с 1920 по 1923 год, однако его задняя подвеска, запатентованная в 1919 году, был ретроспективно назван Лейландом «торсионным стержнем» в публикации 1966 года. потому что штанги лишь дополняли листовые рессоры. Было выпущено менее двух десятков автомобилей (включая гоночные варианты), а подвеска снова использовалась на Marlborough-Thomas гоночных автомобилях только несколько лет спустя.

В 1923 году Парри-Томас запатентовал обновленную конструкцию, представляющую собой настоящую торсионную конструкцию без листовых рессор. однако смерть изобретателя в автокатастрофе в 1927 году помешала его дальнейшему развитию. Поэтому изобретение часто приписывают компании Porsche GmbH , которая запатентовала его в 1931 году и позже использовала во многих конструкциях.

Переднеприводный Citroën Traction Avant 1934 года первым реализовал эту идею в серийном автомобиле, отличавшемся независимой передней торсионной подвеской и гибким продольным мертвым мостом, также подрессоренным торсионами. Гибкость балки оси обеспечила особенности расположения колес, подобные оси поворотной балки . Также в 1930-х годах прототипы первого Volkswagen Beetle от Porsche включали торсионы, особенно их поперечный тип крепления. В чехословацкой Tatra T600 Tatraplan 1948 года использовалась задняя торсионная подвеска, единственная Tatra, которая имела такую ​​подвеску.

Впервые система была использована в военных целях в шведском танке Stridsvagn L-60 в 1934 году. Ее подвеска была разработана немецкими инженерами, в том числе сотрудником Porsche Карлом Рабе , который также лично владел патентами на торсионную подвеску.

Он широко использовался в европейских автомобилях, таких как Renault , Citroën и Porsche/Volkswagen, менее известными производителями, такими как Mathis и Röhr , в 1930-х годах, а также американским Packard в 1950-х годах. В Packard использовались торсионы как спереди, так и сзади, а передняя и задняя системы были соединены между собой для улучшения качества езды. Morris Minor и Oxford с конца 1940-х годов использовали систему переднего торсиона, очень похожую на Citroën, как и модели Riley RM. Революционный Jaguar E-Type, представленный в 1961 году, имел торсионную переднюю подвеску, очень похожую на Citroën и Morris Minor, и независимую заднюю подвеску с винтовыми пружинами, использующую четыре амортизатора с концентрическими пружинами ( койловер ).

Первым торсионом в американском автомобиле стала компания Hudson Motor Car Company из Детройта, которая в 1934 году представила инновационную гибкую подвеску передней оси в автомобилях Hudson и Terraplane и в 1935 году поняла, что необходим поперечный торсион, связанный с задней осью. в качестве стабилизатора поперечной устойчивости для стабилизации автомобилей. Одиночный торсион устанавливался через боковые стороны рамы за задним мостом, а затем прикреплялся рычагами и тягами к передней стороне пластин рессорных U-образных болтов . Производство Axle flex было прекращено в 1936 модельном году.

Гладеон М. Барнс и Уоррен Э. Престон в 1934 году подали заявку на патент США на торсионную подвеску, которая была одобрена два года спустя. Первоначальная особенность патента заключалась в том, что сейчас называется конструкцией «труба над стержнем» (TOB), которая нашла ограниченное применение только в 1960-х годах (например, на LVTP-7 ). Несмотря на то, что Барнс работал в артиллерийском управлении армии США , торсионы не использовались в конструкциях американской брони до тех пор, пока в 1943 году не появился T70 GMC , подвеска которого была заимствована у Pz. III инженера GM Роберта Шиллинга.

В послевоенное время использование торсионной передней подвески было определяющей чертой автомобилей British Morris , начиная с Morris Minor 1948 года, его более крупного аналога Morris Oxford MO и престижного Morris Six MS , а также Wolseley элитных вариантов последнего под маркой . две модели. Дизайнер этих автомобилей Алек Иссигонис был вдохновлен подвеской Traction Avant , хотя автомобили Morris были заднеприводными и на использовались обычные листовые рессоры задних мостах . В Minor использовались рычажные амортизаторы с торсионами, а в Oxford и Six использовались инновационные телескопические амортизаторы . Производство Minor оставалось практически неизменным до 1972 года, и его заменил Morris Marina , в котором также использовалась система демпфирования торсионных рычагов для передней подвески - один из последних новых автомобилей в мире, на которых была внедрена эта система и который оставался в производстве. до 1984 года. Платформа Oxford/Six разрабатывалась в нескольких переработанных сериях , в которых использовалась торсионная система Иссигониса до 1959 года, когда появилась новая Farina Oxford была представлена ​​с использованием передней подвески с винтовыми пружинами, нижними поперечными рычагами и амортизаторами рычагов.

Самым известным применением торсиона в американских легковых автомобилях была система Chrysler, которая использовалась начиная со всей продукции Chrysler, начиная с 1957 модельного года, в таких автомобилях, как серия Imperial Crown , Chrysler Windsor , DeSoto Firedome , Dodge Coronet и Plymouth Beleveder , хотя Chrysler Подвеска «Торсион-Аир» была только на передней оси; та же базовая система (продольный монтаж) сохранялась до появления в 1981 году K-car . Модернизированная торсионная подвеска, представленная на Dodge Aspen 1976 года , включала поперечно расположенные торсионы (возможно, на основе легкового автомобиля Volkswagen Type 3 ), пока производство не закончилось в 1989 году (с платформой Chrysler M). Некоторые поколения Dodge Dakota и Durango использовали торсионы в передней подвеске.

General Motors впервые использовала торсионы на своих легких пикапах в 1960 году, пока в 1963 году они не были прекращены, когда в их полноприводных грузовиках с приводом на два колеса спереди использовались традиционные винтовые пружины. Его первое использование в легковых автомобилях произошло в 1966 году, начиная с автомобилей с платформой E ( Oldsmobile Toronado , Cadillac Eldorado ), полноприводных пикапов S-10 и фургонов Astro с дополнительным полным приводом, а с 1988 года — полноразмерных грузовиков и внедорожников с полным приводом ( Серии GMT400, GMT800 и GMT900).

Porsche использовала торсионную подвеску всех четырех колес в своих сериях 356 и 911 с 1948 по 1989 год, когда была представлена ​​модель 964. Они также используются в передней подвеске 914, а также в задней подвеске 924 , 944 и 968. . Honda также использовала передние торсионы на Civic третьего поколения и других вариантах, построенных на той же платформе, включая Ballade и CRX первого поколения .

Вариации

Немецкий танк «Пантера» времен Второй мировой войны имел двойные торсионы. Нуждаясь в стержнях длиннее ширины бака, чтобы получить необходимую жесткость пружины и максимальный угол упругого изгиба из доступных стальных сплавов, конструктор Эрнст Лер создал подвеску, которая эффективно складывала стержни пополам. Для каждого колеса одна тяга крепилась к рычагу подвески, а другая крепилась к ближайшей точке рамы. На противоположной стороне резервуара два стержня были прикреплены друг к другу и вставлены в шарнир. Прогиб рычага подвески приводил к скручиванию обеих половин двойного торсиона. Недостатком торсионной подвески, используемой в танках «Тигр» и «Пантера» (а также во многих других танках времен Второй мировой войны и других ББМ ), была невозможность установить аварийный люк в нижней части корпуса, что является общей чертой танков времен Второй мировой войны, поскольку торсионное устройство заблокировало бы доступ экипажа к такому люку; однако из-за отсутствия листовых, винтовых или спиральных рессор часто оставалось свободное место на большом пространстве борта корпуса для размещения бокового аварийного люка, и танк редко переворачивался таким образом, что все верхние части переворачивались. боковые люки не могли открываться, для чего и предназначены подфюзеляжные люки.

Многие современные основные боевые танки используют торсионную подвеску, в том числе американский M1 Abrams. немецкий Леопард 2, и китайский ОБТ-3000, хотя в танках новейшего поколения, таких как российский Т-14 «Армата», используется регулируемая гидравлическая подвеска. Благодаря своим небольшим размерам, огромной грузоподъемности и относительной простоте обслуживания торсионная подвеска идеально подходит для танков, хотя и не лишена недостатков. Большой ход и высокая упругость торсионов приводят к «раскачиванию» танка при движении или внезапной остановке. стабилизатор пушки Для компенсации раскачивания необходимо использовать . Из-за огромного веса основного боевого танка, по сравнению с автомобилем, существует гораздо больший риск поломки торсиона на резких неровностях или маневрах, и если его не заменить в короткие сроки, уменьшенная подвеска может повлиять на маневренность танка. транспортное средство, а в крайних случаях рискует обездвижить транспортное средство, поскольку снижение мощности подвески приводит к поломке дополнительных торсионов.

Другое использование

Торсионы иногда использовались вместо обычных винтовых клапанных пружин в некоторых старых мотоциклах, таких как Honda CB450 , а также на автомобилях Panhard Dyna X и Panhard Dyna Z 1950-х годов. Они также использовались в дверном механизме автомобиля DMC DeLorean и крышках багажника некоторых моделей Toyota Corolla (E30) .

Библиография

• Командование материальной частью армии США (1963). «Глава 11: Система подвески» . Сборка автомобилей: исследования и разработки техники . Том. 3. Типография правительства США.
• Сюй, Гоин; Сюэ, Дабин; Ван, Тао (2017). Состояние разработки и основных исследований системы подвески гусеничной машины (PDF) . Достижения инженерных исследований. Том. 138. Академия бронетанковых войск.
• Мерхоф, Вольфганг; Хакбарт, Эрнст-Майкл (2015). Механик-водитель гусеничных машин (PDF) . Университет Бундесвера, университетская библиотека. ISBN  978-3-943207-13-2 .