Иногда по компоновочным соображениям в автомобильных подвесках нежелательно применение известных рессорных упругих элементов или цилиндрических витых пружин. Ещё одним типом подобных устройств являются торсионы. Это стальные стержни из пружинной стали или наборы плоских листов, работающие на скручивание. Один конец торсиона закрепляется на раме или кузове, а второй зажат на рычаге подвески. При перемещении колеса возникает угловое закручивание торсионного стержня.
Начало применения на автомобилях и продолжение в настоящее время
Принципиальных отличий в поведении правильно рассчитанных торсионных или пружинных подвесок нет. Тема торсиона в применении к обеспечению плавности хода известна давно, они широко применялись ещё в первой половине прошлого века в армейской бронетехнике и используется до сих пор. Там были важны компоновочные соображения, когда большое количество опорных катков гусеничных машин приходилось снабжать индивидуальными подвесками. Размещать классические рессоры и пружины было просто негде, а поперечные стержни удачно ложились в нижней части корпуса танка или бронеавтомобиля, не занимая ограниченного внутреннего пространства боевой машины. А значит и не накладывая бремя дополнительных затрат массы на бронирование занимаемого подвеской места.
Примерно тогда же французские автомобилестроители из компании Ситроен применили торсионы и на своих машинах. Оценили положительный опыт и в других фирмах, подвески со скручивающимися стержнями прочно заняли своё место в шасси автомобилей. Использование их на многих моделях уже почти сотню лет говорит об отсутствии принципиальных недостатков и наличии достоинств.
Конструкция торсионного узла
Основой подвески стал торсион – стержень или пакет из специальной стали, круглого или прямоугольного сечения, подвергнутый весьма сложной термообработке. Связано это с тем, что размеры его в длину всё же ограничены параметрами автомобиля, а скручивание массивных металлических деталей происходит по непростым физическим законам. Достаточно представить себе, как при этом ведут себя участки стержня, расположенные внутри и снаружи. И в таких условиях металл должен выдерживать постоянные знакопеременный нагрузки, не накапливать усталость, заключающуюся в появлении микротрещин и необратимых деформаций, сохранять зависимость сил упругости от угла закручивания стабильно на протяжении многих лет эксплуатации.
Обеспечиваются подобные свойства, в том числе и проведением предварительного заневоливания торсиона. Оно состоит в том, что горячий стержень предварительно закручивается в нужную сторону за пределом текучести материала, после чего охлаждается. Поэтому правые и левые торсионы подвески при одинаковых размерах обычно невзаимозаменямы из-за разной ориентации углов заневоливания.
Для фиксации на рычагах и раме торсионы снабжены шлицевыми или иной формы головками. Утолщения подобраны таким образом, чтобы не создавать слабых мест ближе к концам стержня. При воздействии со стороны колеса рычаг подвески преобразует линейное перемещение в крутящий момент на стержне. Торсион закручивается, обеспечивая встречное усилие.
Иногда стержень делается общим для пары колёс одной оси. В этом случае он закреплён на кузове в своей средней части, подвеска становится ещё компактней. Исключается один из недостатков, когда длинные торсионы во всю ширину автомобиля располагаются рядом, и плечи рычагов слева и справа оказываются разной длины.
Различные конструктивы торсионных подвесок
Скручивающиеся стержни могут применяться во всех известных типах подвесок, даже на телескопической МакФерсон, которая максимально ориентирована на спиральные пружины.
Торсионы в независимых подвесках
Возможны разные варианты компоновки:
- передняя или задняя подвеска на двойных поперечных рычагах, торсионы соединены на оси вращения верхнего или нижнего рычага, имея продольную ориентацию относительно оси автомобиля;
- задняя подвеска с продольными или косыми рычагами, пара торсионов располагается поперёк кузова;
- задняя подвеска со скручивающейся полузависимой балкой, торсион располагается вдоль неё, обеспечивая нужную упругость и снижая требования к материалу самой балки;
- передняя подвеска с двойными продольными рычагами, благодаря поперечным торсионам максимально компактна, удобна к применению на микроавтомобилях;
- торсионная задняя подвеска с качающимися поперечными рычагами и продольным расположением упругих элементов.
Все типы достаточно компактны, допускают простую регулировку высоты кузова, иногда даже автоматическую с использованием сервоприводов предварительной закрутки стержней. Как и все прочие типы механических подвесок, торсионная снабжена независимыми телескопическими амортизаторами для гашения колебаний и направляющим аппаратом. Сами стержни в отличие, например, от рессор, совмещать функции не могут.
По торсионному принципу работают и стабилизаторы поперечной устойчивости, причём здесь альтернатива практически отсутствует.
Достоинства и недостатки
Главным плюсом является удобство компоновки. Упругий стержень практически не занимает места под днищем, в отличие от пары спиральных пружин. При этом он обеспечивает аналогичную плавность хода. В эксплуатации возможно увеличения натяга при старении и деформации деталей.
Недостаток заключается в сложной технологии производства надёжных деталей, а значит и высокой цене. Торсион примерно втрое дороже хорошей пружины для аналогичного автомобиля. А покупка бывшего в употреблении не всегда оправдана из-за накопленной усталости металла.
При всей компактности подобных подвесок не всегда удобно размещать длинные стержни под днищем автомобиля. Это достаточно легко сделать в случае внедорожника, но пол кузова легкового автомобиля расположен максимально близко к дороге, а для подвески остаётся лишь место в колёсных арках, где более уместны цилиндрические пружины.
