Рессоры — упругие элементы подвески¶

Рессоры — это упругие элементы подвески транспортных средств и механизмов, предназначенные для смягчения ударов и колебаний, воспринимаемых колёсами или опорами при движении по неровностям. Рессоры обеспечивают плавность хода, снижают динамические нагрузки на раму, кузов и груз, а также поддерживают постоянный контакт колёс с дорогой. В русском языке слово «рессора» происходит от немецкого Ressort — «пружина, упругая связь».

¶Принцип работы

Рессора работает как механический накопитель энергии: при наезде на неровность она деформируется (изгибается или скручивается), преобразуя кинетическую энергигу удара в потенциальную энергию упругой деформации, а затем возвращает её, плавно гася колебания. Для предотвращения затяжных колебаний рессорная подвеска комплектуется амортизаторами, которые рассеивают энергию за счёт вязкого трения.

Основные характеристики рессоры:

• жёсткость — отношение приложенной силы к деформации (Н/мм);
• ход деформации — максимальный прогиб или кручение;
• гистерезис — потеря части энергии на внутреннее трение, что само по себе обеспечивает некоторое затухание колебаний.

¶Виды рессор

¶Листовые рессоры

Наиболее старая и распространённая конструкция. Состоят из набора упругих пластин (листов) разной длины, стянутых хомутами и закреплённых на оси центром. При работе листы проскальзывают друг относительно друга, создавая внутреннее трение, поэтому листовые рессоры частично выполняют функцию амортизаторов. Широко применяются на грузовых автомобилях, прицепах, задних подвесках легковых машин и в железнодорожном транспорте.

¶Винтовые (винтовки-рессоры)

Спиральные пружины, работающие на кручение. Представляют собой стержень круглого сечения, свитый в спираль. Легки и компактны, однако не обладают внутренним затуханием и всегда требуют пары с амортизатором. Применяются в большинстве легковых автомобилей.

¶Торсионные рессоры

Упругий элемент в виде стержня, работающего на кручение. Один конец закреплён на раме, второй — на балке или рычаге подвески. Позволяют регулировать высоту кузова и экономят место. Использовались на танках (например, советских Т-34 и Т-54), в подвеске некоторых автомобилей (Trabant, Chrysler, ряд моделей ВАЗ), в стабилизаторах поперечной устойчивости.

¶Резиновые рессоры

Изготавливаются из эластомеров (природного или синтетического каучука). Работают на сжатие и изгиб, не требуют смазки, не боятся коррозии. Применяются в железнодорожном подвижном составе, грузовиках малой грузоподъёмности, прицепах. Недостаток — чувствительность к перепадам температур и старению материала.

¶Комбинированные конструкции

Современные подвески часто сочетают несколько типов: например, винтовая пружина вместе с торсионным стабилизатором или листовая рессора с резиновым буфером.

¶Материалы и изготовление

Основной материал — пружинная сталь, способная выдерживать миллионы циклов деформации без усталостного разрушения. Классические марки: 60С2А, 60С2ХА, 50ХФА. Листовые рессоры изготавливают штамповкой с последующей термообработкой (закалкой и отпуском) и дробеструйным упрочнением поверхности, повышающим ресурс. Винтовые пружины навивают на станках, а торсионы куются или прокатываются.

В легковом автомобилестроении всё шире применяются композитные материалы: стеклопластик и углепластик. Например, рессоры из стеклопластика используются в подвеске Chevrolet Corvette с 1990-х годов — они легче стальных и не подвержены коррозии.

¶Применение

В железнодорожном транспорте рессорная подвеска включает также фрикционные гасители колебаний и элементы упругого демпфирования, обеспечивающие грузоперевозки без повреждения хрупких грузов.

¶История

Первые листовые рессоры появились в Англии в XVI веке и применялись в каретах. В 1804 году Оливер Эванс построил один из первых паровых автомобилей с рессорной подвеской. С массовым производством автомобилей в конце XIX — начале XX века рессоры стали ключевым элементом подвески. В СССР листовые рессоры выпускались на заводах «Фрезер» (Москва), позднее — на множестве автозаводов; велосипедные и мотоциклетные винтовые рессоры производились на заводе «Кулон».

¶Достоинства и недостатки

Достоинства: простота конструкции, ремонтопригодность, способность воспринимать большие нагрузки, устойчивость к боковым смещениям (у листовых).

Недостатки: значительная масса (у листовых), наличие внутреннего трения, требующего смазки, зависимость характеристик от температуры (у резиновых), необходимость применения амортизаторов (у винтовых и торсионных).

Источники:

• Вентцель Е. С. «Конструкция и расчёт автомобилей»
• Хрулев В. А. «Конструкция и расчёт подвижного состава»
• «Автомобиль: Справочник» под ред. Л. А. Волкова
• Бурмистров Ю. А. «Конструкция и расчёт гусеничных машин»