Что такое подвеска макферсон?

История[править | править код]

Свечная подвеска — предшественник «макферсона» (Fournier Voiturette BaBy, 1912 год). Движение колеса задано направляющей стойкой, также играющей роль шкворня. Ford Vedette — первый автомобиль с подвеской системы Макферсона Эта подвеска была названа по имени американского инженера из Эрла Стила Макферсона, который разработал её во второй половине сороковых годов, ещё будучи сотрудником GM и работая над проектом разработанного для американского рынка, но не пошедшего в серийное производство лёгкого и дешёвого автомобиля Chevrolet Cadet, а впоследствии впервые применил на серийном автомобиле модели «Форд Ведет» 1948 года, выпускавшейся французским филиалом компании. Позднее она использовалась на Ford Zephyr (1950) и Ford Consul (1951), которые также претендуют на звание первых крупносерийных

автомобилей с такой подвеской, так как выпускавший Vedette завод в Пуасси первоначально испытывал большие затруднения с освоением новой модели.

На самом деле, предшествовавшие «макферсону» подвески с направляющими стойками (но без нижнего рычага) применялись и намного ранее, вплоть до самого конца XIX века, а в середине двадцатых годов XX века инженером Guido Fornaca был разработан тип подвески с рычагом и направляющей стойкой, очень похожий на «макферсон» — считается, что Макферсон частично воспользовался его разработками.

Ещё одна линия развития, ведущая к подвеске данного типа — разновидность передней подвески на двух поперечных рычагах неравной длины, в которой пружина в едином блоке с амортизатором была вынесена в пространство над верхним рычагом. Это делало подвеску более компактной, разгружало нижний шаровой шарнир от передачи вертикальных усилий и позволяло на переднеприводном автомобиле пропустить между рычагами полуось с шарниром.

Заменив верхний рычаг с шаровой опорой и расположенными над ним амортизатором и пружиной на задающую траекторию движения колеса амортизаторную стойку с закреплённым на брызговике крыла поворотным шарниром, Макферсон получил названную его именем компактную, конструктивно простую и дешёвую подвеску с кинематикой, в несколько упрощённом виде повторяющей подвеску на двойных поперечных рычагах.

Типичная конструкция передней подвески типа «макферсон» на современном автомобиле. Жёлтым выделен брызговик крыла с усилением, в который упирается стойка.

В изначальном варианте такой подвески, разработанном самим Макферсоном, шаровой шарнир располагался на продолжении оси амортизаторной стойки — таким образом, ось амортизаторной стойки была и осью поворота колеса. Позднее, например на Audi 80 и Volkswagen Passat первых поколений, шаровой шарнир стали смещать наружу к колесу, что позволяло сместить ось поворота колеса наружу от оси стойки и за счёт этого получить меньшие положительные, нулевые или даже отрицательные значения плеча обкатки.

Массовое распространение эта подвеска получила лишь в семидесятые годы, когда были окончательно решены технологические проблемы, в частности — массового изготовления амортизаторных стоек с необходимым ресурсом. В связи со своей технологичностью и дешевизной данный тип подвески впоследствии быстро нашёл очень широкое применение в автомобилестроении, несмотря на целый ряд недостатков.

Задняя подвеска Чепмена на шасси Lotus Elan.

В восьмидесятые годы наметилась тенденция к повсеместному использованию подвески макферсон, в том числе — на больших и сравнительно дорогих автомобилях (Audi 100, Mercedes-Benz W124, Opel Senator, практически весь модельный ряд BMW второй половины 70-х — начала 90-х годов и другие, а также многие американские модели). Однако впоследствии необходимость дальнейшего роста технических и потребительских качеств обусловила возврат на многих сравнительно дорогих автомобилях к подвеске на двойных поперечных рычагах (Audi A4 и , Mercedes-Benz W210, более новые модели BMW), более дорогой в производстве, но имеющей лучшие параметры кинематики и повышающей ездовой комфорт.

Макферсон создавал свою подвеску для установки на все колёса автомобиля, как передние, так и задние — в частности, именно так она была использована в проекте Chevrolet Cadet. Однако на первых серийных моделях подвеска его разработки была применена только спереди, а задняя из соображений упрощения и удешевления оставалась традиционной, зависимой с жёстким ведущим мостом на продольных рессорах.

Только в 1957 году инженер фирмы Lotus Колин Чепмен применил аналогичную подвеску для задних колёс модели «Лотус Элит», поэтому её в англоязычных странах принято называть «подвеской Чепмена». Но, к примеру, в Германии такой разницы не делается, и сочетание «задняя подвеска макферсон» считается вполне допустимым.

Достоинства и недостатки

Подвеска автомобиля, как и остальные механизмы, имеет свои преимущества и, соответственно, есть недостатки. Начнем с хорошего – рассмотрим преимущества.

Имеет относительно небольшие габариты, от сюда небольшой вес. Благодаря своей компактности макферсон подвеска может использовать как для компактных, так и для субкомпактных автомобилей. А не тяжелый вес конструкции позволяет не утяжелять транспорт, таким образом, сохраняется уровень топливного расхода в разумных пределах;

Макферсон подвеска способна выдержать большой вес конструкции;
Надежность. Благодаря тому, что конструкция имеет не много элементов, количество соединительных мест от этого меньше, а значит и надежность выше;
Макферсон подвеска позволяет уменьшить боковые и продольные силы, которые возникают в местах, где присуще крепление к кузову за счет большого расстояния высоты между опорными узлами;
Минимальные затраты на производство. Сборка автомобиля, становится намного проще, так как подвеска собирается, как правило, на отдельном сборочном участке, и устанавливается в один приём;
Применение подвески Макферсон позволяет поперечно поместить двигатель автомобиля с коробкой передач в пространстве под капотом;
Элементы неподрессоренной области подвески имеют гораздо меньший вес;
Конструктивная компактность относительно продольного и поперечного сечения;
Большой ресурс элементов подвески: верхней опоры, шаровой шарнир и рычага. Возможность самостоятельного определения износа. Опора стоики имеет вид опорного подшипника качания, который обладает огромным ресурсом. Шаровая и рычаг так же имеют большой ресурс. Все по тому, что в данном типе подвески эти элементы не подвергаются негативному эффекту от движения авто по неровным участкам дорожного покрытия, за счет этого они долговечны. В случае, когда появляется неустойчивость автомобиля во время движения и к тому же, это сопровождается постукиванием – это значит, что проблемы с подвеской

И на это водитель всегда обратит внимание.

Учитывая массовое применение в автомобилях, макферсон подвеска имеет ряд недостатков:

• Кинематика. В случае большого хода подвески наклон колеса меняется относительно вертикальной плоскости, и чем больше ход подвески, тем больше пределы изменения наклона колеса. Существующие параметры для положительного наклона относительно вертикальной плоскости, меняются на отрицательные в случае сжатия подвески. А это в свою очередь приводит к ухудшению устойчивости и управлению автомобиля из-за недостаточной сцепки колес с покрытием дороги;
• От работы подвески происходит передача усилий на брызговик, о время движения автомобиля. Особенно это усиливается при езде на дорогах с плохой поверхностью. В результате происходит разрушение крепления стойки с брызговиком крыла. При этом происходит появление мелких трещин, что в дальнейшем способствует появлению коррозии. Поэтому, для сбережения всей системы, передвигаться автомобилем необходимо только на ровных поверхностях дороги, в противном случае уменьшается срок службы и износ произойдет намного раньше;
• Так как амортизационная стойка является одним из самых высоконагружаемых элементов подвески, через которую на систему автомобиля передаются все усилия и толчки, она очень часто может приходить в негодность. Очень частой причиной является езда по дороге с неровной поверхностью. Также может произойти поломка клапана стойки, который отвечает за систему амортизации. А, учитывая тот факт, что большая часть современных стоек представляют неразборную конструкции, то менять ее придется полностью (в сборе). Неисправная работа подвески, как правило, приводит к изменению геометрии кузова автомобиля, которую не так уж просто исправить;
• Слабая компенсация продольного крана во время движения автомобиля;
• Работа подвески ухудшается в результате трения штока с направляющей;
• Макферсон подвеска, к тому же является очень шумной во время работы. Поэтому необходимо использовать дополнительный слой шумоизоляции колесных арок авто.

Так же запрещено применять ее для легких грузовиков. Макферсон подвеска – это отличное цена-качество для легковых автомобилей среднего класса и кроссоверов.

Преимущества и недостатки системы МакФерсон

Любая модификация стандартной системы автомобиля имеет как преимущество, так и недостаток. Коротко о них – в следующей таблице.

Достоинство МакФерсон:	Недостаток подвески МакФерсона:
Тратится меньше средств и материалов для ее изготовления, если сравнивать модификацию с двумя рычагами	Кинематические свойства немного меньше, чем у двухрычажного типа (с продольными или поперечными рычагами)
Компактность конструкции	В процессе езды по дорогам с плохим покрытием в месте крепления верхней опоры со временем появляются микроскопические трещины, из-за чего стакан должен быть усиленным
Сравнительно меньший вес модуля (если сравнивать с рессорным типом, например)	В случае поломки амортизатор можно заменить, но сама деталь и работа по ее замене стоит приличных средств (цена зависит от модели автомобиля)
Благодаря поворотной способности верхней опоры увеличивается ее ресурс	Амортизатор имеет практически вертикальное положение, от чего на кузов часто поступают вибрации от дороги
Выход из строя подвески легко диагностируется (как это сделать, читайте в отдельном обзоре)	Когда машина тормозит, кузов сильнее «клюет», чем у других типов подвески. Из-за этого задняя часть авто сильно разгружается, что на большой скорости приводит к скольжению задних колес

Стоит отметить, что стойка МакФерсона постоянно модернизируется, поэтому каждая новая модель обеспечивает лучшую стабильность машины, а ее рабочий ресурс увеличивается.

В завершение предлагаем посмотреть подробное видео о разнице нескольких типов подвесок:

Чем отличается подвеска Макферсон от многорычажной, и какие автомобильные подвески бывают

Watch this video on YouTube

Плюсы и минусы MacPherson

Целый комплекс преимуществ позволил этой системе достичь такого повсеместного распространения, которое мы можем с Вами наблюдать. Приведем основные из их числа:

• относительно небольшие производственные издержки;
• простота устройства;
• значительный срок эксплуатации;
•  хорошая ремонтопригодность;
• высокое качество креплений в местах соединения с кузовом.

Конечно, не обошлось без отрицательных характеристик. Например, стоит выделить:

• необходимость усиления кузова в точке фиксации верхней стойки;
• повышенный шум в работе, отсюда необходимость улучшения шумоизоляции колесных арок;
• необходимость периодической процедуры контроля развала колес;
• сниженная кинематика.

Учитывая сравнительно небольшие затраты на производство системы, она была и остается популярной у ведущих мировых производителей транспорта.

Плюсы и минусы подвески МакФерсон

Как и в каждом устройстве, подвеска МакФерсона имеет свои плюсы и минусы в сравнении с другими подвидами независимых подвесок. Для начала рассмотрим основные плюсы, которые инженеры и специалисты чаще всего выделяют, так как данная подвеска получила широкое распространение на современных автомобилях:

• Надежность, а простота самой конструкции обеспечивает весьма большой ресурс эксплуатации;
• Универсальность, подвеска МакФерсон отлично работает как на передней, так и на задней оси автомобиля;
• Относительно небольшая стоимость производства. Небольшое количество составных деталей делает эту подвеску самой доступной и недорогой;
• Небольшие размеры. За счет небольшого количества деталей, позволяет использовать даже на самых компактных автомобилях;
• Ход подвески с большим запасом. За счет такого запаса снижается вероятность пробоя подвески или передачи энергии удара на кузов автомобиля;
• Снижена нагрузка на подвижные элементы подвески. Основное усилие берет на себя стойка, а вот шаровые опоры и сайлентблоки обеспечивают подвижность механизмов, за счет чего они получили неплохой запас ресурса.

Несмотря на такие плюсы подвески МакФерсон, все же есть и минусы, которые сыграли не самую последнюю роль в массовом использовании на всех автомобилях:

• Сложность в обслуживании амортизационной стойки. Чтоб заменить одну деталь или провести обслуживания других составных, необходимо полностью извлекать всю конструкцию, а вот для разборки потребуется специальный инструмент, так как пружину сжать и разжать не так просто;
• Постоянная нагрузка на стойку. Именно этот фактор влияет на срок эксплуатации подвески, как правило, он пропорциональный. Чем больше нагрузка, тем меньший срок эксплуатации;
• Развал-схождения и кинематика. В случае большого хода амортизационной стойки, углы развала-схождения меняются в широком диапазоне. В результате, снижается устойчивость и управляемость автомобиля, повышается износ шин;
• Усиление места крепления на кузове верхней части амортизационной стойки. Можно сказать, что эта часть кузова больше всего выдерживает перегрузки, если не укрепить, то могут появиться трещины или коррозия;
• Повышенный шум работы. За счет шумных механизмов, подвеску МакФерсон не используют на автомобилях премиум класса, чаще всего предпочтение отдают многорычажному варианту. Такой тип подвески обеспечивает бесшумность и плавность хода кузова автомобиля.

Учитывая плюсы и минусы подвески МакФерсон, её все же решили использовать на множестве серийных автомобилей, как один из вариантов независимой подвески. Дешевая, проста и надежная, что и придает ей популярности. Помимо стандартного набора есть и модифицированные варианты. В таком случае вместо стандартного амортизатора производитель устанавливает гидропневматический амортизатор.

За счет такой доработки можно менять жесткость подвески, устанавливать дополнительный шаровый шарнир сверху. В свою очередь это сказывается на улучшении управляемости, в случае движения по неровностям на дороге.

Устройство и принцип работы

Принято считать, что устройство подвески Макферсон является продолжением разработки конструкции с двумя поперечными рычагами, которая также принадлежит к группе независимых подвесок. Одной из отличительных черт является в таких сборках установленная вверху пружина. Специалисты выделяют такие отличительные черты стоек в сравнении с амортизаторами:

• способность удержания массы машины;
• более сложное устройство механизмов;
• усиленная конструкция и шток с увеличенным диаметром;
• рассчитаны на перепады нагрузок и осевое/радиальное усилие;
• при повороте задействуется поворотная опора.

В схеме присутствует несколько базовых обязательных элементов. По их взаимодействию можно понять общий принцип работы подвески.

Главным несущим элементом служит подрамник. К кузову он фиксируется благодаря прорезиненным сайлентблокам. Подобное конструкционное решение позволило существенно снизить шум и минимизировать вибрации.

Для задней либо передней подвески типа Макферсон характерно наличие опоры поперечного рычага и стабилизатора поперечной устойчивости. Их закрепляют к подрамнику, к боковой части которого фиксируются поперечные рычаги колёс. В большинстве случаев рычажное крепление двойное, что обеспечивает повышенную продольную жёсткость всей системы. Ко второму концу поперечного рычага прикреплён кулак благодаря шаровой опоре.

Верхняя часть поворотного кулака на задней либо передней подвеске Макферсона крепится к амортизационной стойке, а нижняя часть находится в тесном контакте с рычагом поперечным. В качестве дополнительной степени свободы используется и придания плавности хода на рычаге стоит ступичный подшипник с тормозным суппортом.

Неотъемлемым атрибутом работающей подвески служит амортизаторная стойка. Она включает в себя как сам амортизатор, так и соосную с ним пружину и буфер сжатия. Последний позволяет варьировать пружинное усилие и линейные характеристики. Нижняя часть в тесном контакте с кулаком, а вверху посредством резиновых втулок происходит крепление к брызговику крыла.

В конструкции также работает стабилизатор поперечной устойчивости. В его функционал включено снижение боковых кренов машины в общем. Крепление детали проводится на подрамнике благодаря двум опорам, а свободные концы из-за шарнирного соединения фиксируются с амортизаторными стойками.

Начинает работать подвеска Макферсон как только авто выезжает на неровную дорогу или совершает маневр. Например, когда машина наезжает на небольшое препятствие или попадается неровность на дорожном полотне, происходит смещение колеса в вертикальном направлении. Далее пружина сжимается, ведь на неё воздействуют основные силы в первые мгновения, а поглощением удара занимается амортизатор, который принимает на себя всю энергию.

Подвеска автомобиля: виды, устройство и принцип работы

Также на колесо действует сила, благодаря которой оно сдвигается в продольной оси. Удержать его на своей позиции помогают рычаги, смонтированные под определенным углом либо один фигурный рычаг. Во втором случае пара вершин его фиксируется на кузове, а третья вершина – на ступице.

После того как неровность преодолели, начинаются другие манипуляции. Пружина возвращается в первоначальную позицию, что провоцирует выравнивание колеса относительно кузова

Важно знать, что смещение колес осуществляется при движении вне зависимости друг от друга. Хотя часть вибраций и нагрузок поглощается такой подвеской, но всё же водитель и пассажиры ощущают определённые вибрации на неровных дорогах

В тех случаях, когда оба колеса перемещается по неровностям, то вне зависимости от состояния и качества элементов подвески машину всё равно немного раскачивает по сторонам

Для подобных ситуаций в конструкции предусмотрен стабилизатор поперечной устойчивости. Он замыкает элементы двух колёс в единую систему. Фактически это балка-торсион, установленная для гашения колебаний и препятствования скручивания

В тех случаях, когда оба колеса перемещается по неровностям, то вне зависимости от состояния и качества элементов подвески машину всё равно немного раскачивает по сторонам. Для подобных ситуаций в конструкции предусмотрен стабилизатор поперечной устойчивости. Он замыкает элементы двух колёс в единую систему. Фактически это балка-торсион, установленная для гашения колебаний и препятствования скручивания.

История изобретения и развития

В названии конструкции употребляется фамилия изобретателя, сотрудника компании «Форд» Earl Steel McPherson. Впервые данный тип подвески был применен на серийной модели Ford Vedette после Второй мировой войны в 1948 году. Инженер изначально работал в конструкторском бюро компании GM над автомобилем для широкого потребителя Chevrolet Cadet.

Модель в серию не пошла, а конструктор ушел к конкурентам, где и применил собственные наработки. На деле же подвески такого типа несколько иной конфигурации без поперечного качающегося рычага применялись еще на заре автомобилестроения.

В 20-х годах прошлого века в итальянской компании «Фиат» инженером Гуидо Форнаца была разработана принципиальная схема и запатентована в Соединенных Штатах 15 сентября 1925 года.

Компоновка имела привычный для нас вид с нижним качающимся рычагом и поворачивающейся вертикальной стойкой. Американский конструктор Earl Steel McPherson использовал общий принцип действия, доработал и реализовал его в металле. Основной сложностью на начальном этапе был невысокий ресурс телескопических стоек. С развитием технологий данную проблему удалось решить.

Изначально данный тип подвески планировалось применить не только в передней части автомобиля, но и сзади. После долгих обсуждений выбор был сделан в пользу традиционной схемы. Впервые такой тип подвески задних колес был применен в 1957 году Колином Чепменом на модели «Лотус Элит». В силу этого обстоятельства в Новом Свете и Великобритании данную конструктивную схему принято называть подвеской типа Chapman.

Альтернативным вариантом истории развития подвесок данного типа можно считать конструкцию с двумя рычагами разной длины. Верхний узел при этом значительно короче нижнего, а пружин с амортизатором располагалась над ними. Такая схема применяется в полноприводной «Ниве», вал с внешним шарниром равных угловых скоростей находится как раз между рычагами.

Подвеска Макферсон: схема и устройство

Подвеска — это агрегат, который включает компоненты:

• Подрамник — основная несущая деталь, на которую крепятся рычаг, стойка, рулевой механизм, другие элементы.
• Поперечный рычаг — деталь для изменения развала колес и колеи при совершении маневров, наезде на препятствия.
• Поворотный механизм — элемент, обеспечивающий поворот автомобильного колеса благодаря шарнирному соединению с рулевой тягой.
• Амортизаторная стойка — телескопическая деталь для снижения вибраций, ударов при езде по неровным дорогам.
• Стабилизатор поперечной устойчивости — элемент, нужный для уменьшения бокового крена при движении машины.

Изначально подвеска МакФерсон должна была быть применена ко всем колесам автомобиля. Однако из‐за высокой цены технологии в задней части машин стали применять зависимую, а McPherson использовались в качестве передней.

Несущим элементом схемы подвески является подрамник. Для снижения негативного воздействия вибраций и шума крепление к кузову подрамника осуществляется через сайлентблоки. Поперечный рычаг с шаровой опорой с одной стороны связан с поворотным механизмом, а с другой — с подрамником. Благодаря креплению с двух сторон обеспечивается необходимая жесткость конструкции.

Отличие амортизационной стойки от амортизатора

Амортизатор – демпфирующий элемент подвески, предназначенный для гашения колебаний. Амортизационная стойка, в свою очередь, состоит из амортизатора и пружины. Таким образом, помимо конструктивных особенностей, стойка выполняет намного больше функций, а именно является одновременно несущим, упругим и демпфирующим элементом конструкции.

Амортизационная стойка подвески

Отличие стойки от обычного амортизатора:

1. Представляет собой более сложный механизм.
2. Имеет усиленную конструкцию и больший диаметр штока.
3. Является упругим элементом, воспринимающим нагрузки от дорожной поверхности.
4. Удерживает вес автомобиля.
5. Поворотная опора амортизатора участвует в повороте колес автомобиля.
6. Воспринимает осевые и боковые нагрузки.

Устройство подвески Макферсон

Она состоит:

1. Амортизационная стойка;
2. Стабилизатор поперечной устойчивости;
3. Нижний рычаг.

Всего три основных элемента в схеме подвески Макферсон. Но её надежность и управляемость автомобилем не снизилась ни на грамм. Разберем назначение и устройство каждого элемента по отдельности.

Амортизационная стойка

Это единый узел в котором объединены амортизатор и пружина. То есть, амортизационный и упругий элемент в одном флаконе. Он представляет собой большой амортизатор, на котором навешана пружина. Она зажимается двумя чашками, причем верхняя – съемная чаша. На ней находится опорный подшипник, которым стойка крепится к кузову авто и за счет его происходит поворот колеса.

Нижним краем стойка Макферсон жестко крепится к поворотному кулаку. В результате этого ступица и амортизатор становится единым целым. То есть, при повороте колеса поворачивается не только ступица, но и стойка.

Нужно отметить, что конструкция с амортизатором и пружиной расположены не под прямым углом к дороге, а под небольшим наклоном. Причем как в сторону поперечной, так и продольной оси автомобиля. Это называется углом поперечного наклона шкворня. Но это уже другая тема.

Стабилизатор

Все вы знаете, зачем нужен стабилизатор поперечной устойчивости. Но в отличие от двухрычажной схемы, в подвеске Макферсон он крепится не к рычагу, а к амортизационной стойке за счет шарового соединения.

Чтобы соединить стабилизатор и амортизатор, используется переходной элемент – стойка стабилизатора. Её можно найти и в схеме с двумя продольными рычагами, только там нет шаровых креплений, там используются сайлентблоки – резинометаллические крепления.

Стойка стабилизатора нижним краем цепляется за штангу стабилизатора, верхним – за амортизационную стойку. В большинстве случаев внизу и вверху используется шаровые механизмы, как на рулевых тягах.

Нижний рычаг

Обеспечивает соединение колеса с кузовом. Не позволяет ему двигаться в продольном направлении, допуская движение вверх и вниз.

Соединяется с колесом за счет шаровой опоры, а с кузовом резинометаллическими элементами – сайлентблоками. За счет этого рычаг имеет вертикальную подвижность, а колесо может поворачиваться вокруг своей оси.

Перспективы развития

Приведенное выше описание конструкции дает общее представление о том, что такое подвеска МакФерсон и как она работает. Одним из недостатков такой схемы является то, что плечо обкатки в ней имеет всегда положительное значение, иными словами, ось поворота находится с внутренней стороны от точки контакта колеса с дорогой. Это снижает курсовую устойчивость и создает значительные усилия на руле.

Проблема была решена известной немецкой компанией ZF Lemförder, которая предложила в классическую подвеску McPherson ввести ряд дополнительных элементов. Конструкция получила наименование Revo-Knuckle и была запатентована в Европе и на Американском континенте. Введение двух шарниров в схему позволило разделить функции направляющей и поворотного механизма.

Стойка McPherson с поворотным кулаком Revo

Такая конструкция значительно уменьшает трение и возмущение от люфтов. По своим параметрам данная конструкция приближается к схеме с двумя рычагами. Конструкторам удалось сделать узел, который устанавливается на машину без переделки ее кузова простой заменой. В итоге поведение в поворотах, особенно при наличии колеи стало заметно более устойчивым и предсказуемым.

Видео — работа подвеска МакФерсон на автомобиле: