Подвеска МакФерсон (McPherson): устройство,описание,назначение,фото

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 создания

Ford Vedette 1948 года выпуска
Данная подвеска была разработана на базе двухрычажной, применявшейся в 1940-х годах. Разработал и внедрил в серийное производство свое изобретение инженер компании Ford Эрл МакФерсон. Решением, позволившим упростить конструкцию подвески с двумя поперечными рычагами, стало применение несущей амортизационной стойки. Характерной особенностью являлось наличие пружины в ее верхней части. В собранном виде конструкция представляла собой единое целое. Это позволило отказаться от необходимости использования верхнего рычага. Первым серийным автомобилем с данной конструкцией передней подвески стал Ford Vedette 1948 года выпуска. Позже модифицированные варианты стали использовать и на других автомобилях концерна. В 70-х идею МакФерсона подхватили остальные автопроизводители. Тип подвески назвали именем создателя.

Отличительные характеристики

Если сравнивать разработку МакФерсона с предыдущим вариантом автомобильной подвески, то основная разница здесь заключается в том, что шаровую опору перенесли в верхнюю крайнюю точку стойки амортизатора. Параллельно с этим изменился шарнир, а опора стала шариковым подшипником радиального типа. Отныне вся нагрузка приходится на верхнюю часть стойки. Ранее в моторном отсеке использовать штампованные брызговики, изготовленные из тонкого металла. На нём крепился основной узел. Но с приходом подвески МакФерсон такой брызговик уже не мог выполнять свои задачи, потому его в несколько раз вынуждены были усилить. Пройдя все усовершенствования, новый вариант автомобильной подвески получил упрощённую схему, но максимально соответствовал всем актуальным требованиям в плане безопасности.
Основной пик популярности пришёлся на 70-ые годы прошлого века. С того момента началось активное применение разработки инженера Эрла МакФерсона, которое не снижается до сих пор. Это обусловлено появлением телескопической стойки амортизатора, ресурс которой значительно увеличился. Именно новый амортизатор сделал из подвески МакФерсон настоящий бестселлер своего времени, а также позволил сохранить устройство актуальным до нашего времени. Новые разработки в автомобилестроении позволили сделать подвеску Эрла технологичной, но вместе с этим очень дешёвой в плане изготовления. Поэтому МакФерсон активно используется на автомобилях бюджетного и среднего класса.

Устройство подвески

Широкое распространение подвеска MacPherson получила благодаря очень простому устройству с небольшим количеством составных частей.

Конструкция ее включает в себя:

Кронштейны кузова или подрамник;
Нижний рычаг;
Амортизационная стойка;
Верхняя опора;
Элементы, обеспечивающие подвижные соединения (резинотехнические элементы, шаровые опоры).

Это компоненты только одного колеса. На одной оси для двух ее колес используется два комплекта перечисленных составляющих. Но есть еще один компонент, соединяющий подвески левого и правого колес – стабилизатор поперечной устойчивости, который своими концами прикрепляется к стойкам или рычагам, а в центральной части к подрамнику или кузову.

Элементы подвески МакФерсон

Устройство подвески МакФерсона очень простое. В нижней части ступица колеса прикреплена подвижным соединением к кузову посредством поперечного нижнего рычага. К ступице также крепиться вертикально расположенная амортизационная стойка (хотя и не строго вертикально, а под определенным углом). В верхней части эта стойка упирается в кузов и крепиться к нему посредством опоры. Вот и вся конструкция этой независимой подвески.

Поворотный кулак со ступицей

Теперь немного по каждому составному элементу подвески. Для крепления к кузову в нижней части предусмотрены кронштейны, представляющие собой обычные проушины, к которым посредством болтового соединения крепятся поперечные рычаги. Но чтобы обеспечить уменьшенную передачу вибрации на кузов, крепление рычага делается через резинометаллические проставки – сайлент-блоки. Кронштейны эти могут быть сделаны как на самом кузове, так и на подрамнике – трубной конструкции, крепящейся к несущей части.

В самой простой версии этой подвески используется всего один нижний поперечный рычаг, крепящийся одним концом через сайлент-блок к кузову, а вторым посредством шаровой опоры – к ступице. Дополнительно к этому рычагу присоединяется стабилизатор, тоже через сайлент-блок. Но такая конструкция не обеспечивает должной жесткости относительно продольного смещения колеса.

Поэтому более современные подвески МакФерсона используют либо два поперечных рычага, установленных под определенным углом относительно друг друга, либо один, но А-образный. Такое решение несколько увеличивает количество точек крепления, а значит, и мест, в которых может появиться вибрация, но зато обеспечивается должная фиксация колеса от продольного смещения. В таких конструкциях стабилизатор если и крепиться к рычагу, то не напрямую, а посредством специальной стойки. Но очень многие автопроизводители фиксируют концы стабилизатора к корпусу стойки через тяги.

Амортизационная стойка является главным элементом подвески МакФерсона, поскольку в ее задачу входит гашение колебательных движение и максимально возможное снижение их передачи на кузов. Состоит она из корпуса, посредством которого она крепиться к ступице, пружины и амортизатора. Классической является схема стойки, в которой амортизатор с корпусом располагаются внутри пружины, хотя есть и конструкции с вынесенной пружиной.

Устройство газомасляной стойки MacPherson

В верхней части стойка крепиться посредством специальной опоры, в которую упирается пружина. Зачастую в конструкции опоры используется подшипник, который обеспечивает возможность вращения стойки вокруг оси. Чем достигается еще одно положительное свойство этого вида подвески – возможность использования ее в качестве поворотного кулака.

Творчество

В году Джеймс Макферсон опубликовал поэму «Горец» (The Highlander), а в году — книгу «Отрывки древней поэзии, собранные в горах Шотландии» (Fragments of Ancient Poetry Collected in the Highlands of Scotland), изданную анонимно. Затем, в году, Макферсон был направлен эдинбургской коллегией адвокатов в горы на севере Шотландии на поиски материалов об эпическом герое Фингале (Финне Маккулле), о деяниях которого рассказывал его сын Оссиан. Для такой экспедиции имелись основания: неграмотные гэльские сказители ещё недавно способны были многократно и слово в слово повторить старинные легенды, в записанном виде превышавшие 80 тысяч строк. Но, судя по всему, на слишком большое углубление в материал у Макферсона не было ни средств, ни времени. Вскоре книга вышла почти сразу двумя изданиями; а меньше чем через год её перепечатали в Лондоне. Издание имело успех, и на собранные по подписному листу деньги Макферсон предпринял ещё одну поездку в горную Шотландию за новыми материалами. Так появились поэмы «Фингал» (Fingal, 1762) на основе легенд о Финне Маккулле и «Темора» (Temora, 1763), якобы созданные легендарным ирландским героем Оссианом в III веке. Затем Макферсон объединил их с «Отрывками» в «Сочинения Оссиана, сына Фингала, переведённые с гэльского языка Джеймсом Макферсоном». Поэмы Оссиана завоевали огромную популярность в Европе и Америке, однако тайна была раскрыта и Макферсон был обвинён в литературной мистификации.

Сочинения Макферсона обеспечили ему значительное состояние. Его «оссиановские» поэмы представляли собой, в сущности, лишь вольную обработку подлинных кельтских преданий. Тем не менее славу литературного фальсификатора принесли Макферсону неприятные лондонской элите «наглость и псевдоучёность», при посредстве которых он пытался отстоять научную доброкачественность своих публикаций (не следует забывать, что геноцид горцев, последовавший за Каллоденом (), был памятен и сторонникам правящей династии, и горцам, а клан Макферсонов числился одним из наиболее мятежных). Подлинность так называемых «поэм Оссиана» поставил под сомнение Самуэл Джонсон. После смерти Макферсона его литературная мистификация стала «общепризнанным фактом», однако современная наука склоняется к тому, что он не столько фальсифицировал поэмы, сколько скомпилировал и отредактировал подлинные сказания в духе сентиментализма. До 30 фрагментов, включённых в «Поэмы», обнаружены в так называемой «Книге декана острова Лисмор» (en:The Book of the Dean of Lismore, гэльск. Leabhar Deathan Lios Mòir, манускрипте, который в 1512—1526 годы составили из записанных ими старинных шотландских легенд братья Джеймс Макгрегор (James MacGregor, гэльск. Seumas MacGriogair ) и Дункан Макгрегор (Duncan MacGregor, гэльск. Donnchadh MacGriogair).

Влияние на европейскую литературу

Несмотря на поставленные под сомнение достоинства поэм Макферсона и невзирая на его стилизаторство в духе предромантизма, «поэмы Оссиана» оказали огромное влияние на европейскую и, в частности, русскую литературу. Державин, Карамзин, Батюшков, Дмитриев, Гнедич, Жуковский, Баратынский и многие другие поэты переводили их и подражали им. Следует специально отметить, что рифмованное переложение одной из коротких поэм «Оссиана» — «Кольна» выполнено Пушкиным в юности (у Макферсона «Кольна-Дона»); ею завершается второй том «Поэм Оссиана».

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.

Применение

Не взирая на наличие небольшого числа минусов, на большинстве популярных моделей применяется данный вариант независимой подвески. Этому способствует её простота, надёжность и дешевизна для массового производства.

Кроме стандартного набора элементов, в конструкциях применяются модернизированные вариации. В таких вариантах принято менять стандартный амортизатор на гидропневматический аналог.

На каких машинах же стоит данный тип конструкции? Например, её можно встретить на Mercedes-Benz W124, многих моделях BMW, Skoda (Octavia), Mitsubishi (Lancer), Kia (Soul), Honda (Creta), Audi 80 и в отечественном автопроме ВАЗ 2109.

Как она функционирует

Работает подвеска МакФерсона так: при наезде на неровность, колесо вертикально смещается относительно кузова и это обеспечивает стойка (за счет сжатия пружины) и рычаг, крепящийся подвижными соединениями к ступице и несущей части.

Пружина воспринимает усилие, но она не способна его быстро загасить, и здесь в работу вступает амортизатор, который и поглощает всю энергию.

Во время наезда на неровность также возникает усилие, которое старается сместить само колесо в продольном направлении. С таким негативным действием «борются» два рычага, установленных под углом или же один А-образный, у которого две вершины крепятся к кузову и только одна – к ступице.

После преодоления неровности, пружина принимает исходное положение, из-за чего колесо, относительно кузова, выравнивается.

При преодолении неровностей оба колеса смещаются независимо друг от друга. Но при этом подвеска не способна полностью поглотить все усилия и часть их все же передается на кузов. При этом возникает вероятность раскачивания несущей части, если оба колеса движутся по неровности.

Чтобы этого не произошло и используется стабилизатор поперечной устойчивости, соединяющий две независимые подвески одной оси. Он представляет собой обычный торсион и за счет возникновения сил, противодействующих скручиванию, он способен погасить колебательные движения кузова.

Принцип работы

Если рассматривать работу этого устройства в более обобщённом виде, то выглядит она так: проезжающее по дорожным неровностям автомобильное колесо плавно стремится вверх, затем последовательно движется обратно. Не стоит оставлять без внимания появляющуюся в этот момент нагрузку, переходящую на сжимающуюся или распрямляющуюся пружину. В это же время работает телескопическая стойка, которая либо удлиняется, либо, наоборот, сокращается.

Некоторая составляющая нагрузки переходит на корпус, из-за чего пружина в автомобиле постепенно выпрямляется, приобретая изначальную форму, в результате чего удлиняется стойка. Появившиеся колебания притупляются внутренним амортизатором, благодаря чему практически исчезают перемещения корпуса автомобиля вверх и вниз относительно земной поверхности. На поворотах стойка, работающая в составе с кулаком и колесом на ступице, меняет движение и поворачивается, что способствует изменению направления движения автомобиля.

Подвеска типа Мак-Ферсон чаще всего устанавливается в машинах с ведущей передней осью, где двигатель располагается перпендикулярно ходу. С одной стороны, такая конструкция во многом превосходит стандартную двухрычажную компоновочную систему, а с другой — во многом ей уступает.

Признаки и неисправности подвески МакФерсон

Первая и весьма заметная неисправность – раскачивание кузова автомобиля

. Основной признак того, что стойки амортизатора вычерпывают свой ресурс и приходят в негодность. Как результат потеря комфорта, ухудшение управляемостью автомобиля, а так же ускоренный износ сопутствующих деталей подвески.

Автомобили, на которых установлены ABS и ESP

, в случае поломки подвески начинают чаще срабатывать и сигнализировать. Как только Ваш «железный конь» начинает клевать носом или же раскачиваться, то не стоит откладывать на потом. Результат таких поломок – пропорциональное увеличение тормозного пути, чем больше поломка, тем медленней будет останавливаться автомобиль. Соответственно и безопасность автомобиля теряется.

Потеря курсовой устойчивости

еще одна причина, по которой стоит обратить внимание на подвеску автомобиля. Выход или ослабление одного из амортизаторов приводит к уменьшению упора машины на все 4 колеса. Таким образом, при заходе в поворот, машину попросту заносит, само скольжение любой оси говорит о возможной поломке.

Хотя бы раз в жизни каждый водитель ощущал на себе, как автомобиль клюет носом или подкидает зад

. Обычно это приводит к плохому самочувствию, снижению внимания или куда более яркие последствия такой поломки. Это очередной признак выхода из строя амортизаторов автомобиля, сама ж раскачка и неправильное распределение массы машины ощущается при резком разгоне или торможении. Комфортно сидеть в таком автомобиле никак нельзя, к тому же все это вредит кузовной конструкции.

Уменьшение дорожного просвета

так же признак выхода из строя одной из частей подвески, если вы конечно не сторонник «заниженных» автомобилей, а подвеска автомобиля не проходила доработок. Причин такой поломки может быть несколько, усталый металл, коррозия одной из деталей. Чаще всего могут просесть пружины (сокращают ход сжатия), за счет чего вся сила удара передается за кузов и салон автомобиля, расширяются соединения и стыки на кузове и по интерьеру.

Неравномерный износ шин и излишняя жесткость

, именно с этих показателей и начинается большинство проблем с подвеской. Увидеть износ шин можно невооруженным глазом, а жесткость будет ощутима при езде по неровной дороге. Для подвески МакФерсон это весьма распространенное явление, за счет плавающего угла колес (нарушение развала-схождения колес) или же проседания амортизационной стойки в целом.

Составляющие элементы подвески

Амортизационная стойка

Представляет собой амортизатор с установленной на корпусе витой пружиной. Пружина зажата между нижней и верхней чашками. Верхняя опора амортизатора закреплена на кузове в специальной нише под крылом автомобиля. Поворот колеса осуществляется за счет интегрированного в нее подшипника. Нижняя часть стойки МакФерсон соединяется со ступичным узлом. Стойка устанавливается не вертикально, а под определенным углом к колесу автомобиля в поперечной плоскости. Данный угол называется углом поперечного наклона шкворня или KPI и оказывает большое влияние на управляемость автомобиля. Данный параметр не регулируется и закладывается в конструкцию подвески при проектировании.

Нижний поперечный рычаг

Направляющий элемент, обеспечивающий вертикальное перемещение подвески. Имеет две точки крепления к подрамнику кузова. Реже встречается вариант с одним креплением, при этом вторая точка дублируется продольной (реактивной) тягой. Через шаровое соединение фиксирует ступицу колеса в ее нижней части.

Стабилизатор поперечной устойчивости

Упругая изогнутая металлическая тяга, закрепленная на подрамнике и обоих рычагах. Предназначена для выравнивания поперечного крена автомобиля. При поворотах сторона с меньшим наклоном поддерживает противоположную.

В чем особенность?

Особенность подвески Макферсон в том, что она является независимой для каждого колеса. То есть, подвеска устанавливается отдельно на каждое колесо. В данном типе конструкции вместо двух поперечных рычагов применяется один, вместо второго поперечного рычага применяется амортизирующая стойка. В большинстве стойка собрана с пружиной. Крепление всей конструкции производится с помощью поворотного шарнира к крылу автомобиля.
Стойка очень редко устанавливается прямо. Очень часто в автомобилях можно наблюдать ее расположение под определенным углом. Этот выставленный угол имеет большое влияние на ходовые характеристики авто. Применяться эта подвеска может как для передних, так и для задних колес.

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:

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

Задняя подвеска типа Макферсон

На автомобилях с независимой подвеской сзади также применяется схема МакФерсон. Однако ее разрабатывал уже другой конструктор по фамилии Чапмен. В названии часто используется и его имя. Принцип действия и устройство аналогичны передней.

Задняя независимая подвеска МакФерсон

Преимущества:

Отличается легкостью по причине меньшей нагруженности задней части автомобиля.
Позволяет улучшить общую управляемость.
Имеет конструктивную возможность реализовать поворот колес. Актуальна для ряда автомобилей с подруливающей задней подвеской.

Несмотря на имеющиеся недостатки, подвеска на основе направляющих стоек оптимальна для большинства легковых автомобилей среднего класса. Одними из решающих преимуществ остаются стоимость производства и ремонтопригодность.

Нереализованные возможности

С 1982 года появилась тенденция использования подвески на автомобилях более дорогих и престижных. «Опель Сенатор», «Ауди 100», «Мерседес 124» и практически весь модельный ряд легковых БМВ стали оснащать устройством «МакФерсон». В течение нескольких лет такое решение себя оправдывало. Однако на определенном этапе подвеска независимая МакФерсона стала отставать по своим техническим характеристикам от развития автомобильного производства в целом и уже не подходила для дорогих моделей, которые требовали более качественной кинематики и плавности хода. Кроме того, машины бизнес-класса по своим характеристикам не нуждались в дешевых деталях в принципе.

В итоге подвеска «МакФерсон», устройство которой в целом соответствовало своему прямому назначению, стала применяться в производстве автомобилей эконом-класса, выпускаемых в огромном количестве по всему миру. Принцип действия агрегата позволял совершенствовать конструкцию и делать ее все более технологичной и удобной для сборочного процесса.