Macpherson (avstängning)

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 12 juli 2022; verifiering kräver 1 redigering .

MacPherson fjäderben , även känd som MacPherson fjäderbensupphängning eller fjädring på styrstag , "svingande ljus"  är en typ av bilupphängning , vars huvudelement är en stötdämparfjäderben ( MacPherson strut ) [1] . Den är uppkallad efter designingenjören för bilföretaget General Motors Earl Steel MacPherson , författaren till designen.   

Den erhölls genom vidareutveckling av upphängningen på dubbla triangeben , men den har bara ett bärarm i botten, istället för den andra spaken används ett gångjärn högt under vingen - fäst på stänkskyddet på vingen på en roterande ( i fallet med en främre fjädring med styrda hjul) rack , som samtidigt spelar rollen som en stötdämpare, som förbinder denna led med det nedre triangelbenet. Krängningshämmaren i en sådan fjädring spelar ofta rollen som en del av den nedre armen - förlängning, som visas i illustrationen; annars - på moderna bilar som regel - används triangulära eller L-formade spakar och en separat stabilisator [1] .

För MacPherson-fjädringen är en sådan parameter som lutningen på stötdämparbenet viktig, som i dess fall faktiskt spelar rollen som kingpin . För att korrigera bilens körprestanda används både längsgående och tvärgående lutningar.

I sällsynta fall kan inte en fjäder, utan en torsionsstång användas som ett elastiskt element i en MacPherson fjäderbensupphängning  - ett exempel på en sådan fjädring är den främre på Porsche 911 , eller till och med en tvärgående fjäder som ersätter bärarmsbenet eller agerar i tandem med det [1] . Dessutom är fjädern i en sådan fjädring inte nödvändigtvis placerad runt stötdämparen - till exempel på Mercedes-Benz W124 och många Ford Fox plattformsbilar, var fjädern och MacPherson fjäderbens främre fjädring monterade separat från varandra .

MacPherson fjäderbensupphängning kan användas för både fram- och bakhjul. Men i engelsktalande länder kallas en liknande bakhjulsupphängning vanligen för "Chapman's suspension" ( Eng.  Chapman strut ). I inhemsk praxis används ibland termen "ljushänge" eller "svingande ljus" i samma betydelse.

Jämfört med fjädringen på dubbla triangelben är MacPherson fjäderben underlägsen när det gäller kinematik (främst på grund av en betydligt större förändring av camber under kompressions- och returslag), överför vibrationer och ljud till bilens kaross i mycket större utsträckning, tar upp mycket utrymme på höjden, och även svårare att underhålla på grund av behovet av att demontera hela racket, till exempel för att byta ut eller reparera en stötdämpare. Men en sådan fjädring är billigare och mer tekniskt avancerad i produktionen, kompakt i bredd och har en liten massa, vilket ledde till dess bredaste tillämpning i praktiken av modern bilindustri.

Historik

Fjädringen är uppkallad efter en amerikansk Ford-ingenjör, Earl Steel MacPherson, som utvecklade den under andra hälften av 1940-talet, medan han fortfarande var anställd hos GM och arbetade med ett projekt designat för den amerikanska marknaden, men som inte gick in i serieproduktion av en lätt och billig Chevrolet-bil Cadet [2] , och senare använd för första gången på en produktionsbil av 1948 års Ford Vedette -modell, producerad av företagets franska filial [3] . Senare användes den på Ford Zephyr (1950) och Ford Consul (1951), som också säger sig vara de första storskaliga bilarna med en sådan fjädring, eftersom Poissy -fabriken som tillverkade Vedette från början hade stora svårigheter att bemästra den nya modell.

Faktum är att upphängningar med styrstag (men utan underarm) som föregick MacPherson fjäderben användes mycket tidigare, ända fram till slutet av 1800-talet, och på 1920-talet utvecklade FIAT -ingenjören Guid Fornaka en typ av upphängning med en spak och styrstag , mycket lik "MacPherson" - man tror att MacPherson delvis drog fördel av sin utveckling [4] .

En annan utvecklingslinje som leder till denna typ av fjädring är en slags främre fjädring på två triangelben av olika längd, där fjädern i ett enda block med stötdämpare flyttades in i utrymmet ovanför överarmen. Detta gjorde upphängningen mer kompakt, avlastade den nedre kulleden från överföringen av vertikala krafter och gjorde att axelaxeln med gångjärnet kunde passera mellan spakarna på en framhjulsdriven bil.

Genom att ersätta överarmen med en kulled och en stötdämpare och en fjäder ovanför den med ett stötdämparstag som ställer in hjulets rörelsebana med ett svängbart gångjärn monterat på vingskyddet, fick MacPherson en kompakt, strukturellt enkel och billig fjädring med kinematik uppkallad efter honom, i en något förenklad form som upprepar upphängningen på dubbla triangelben.

I den ursprungliga versionen av en sådan upphängning, utvecklad av MacPherson själv, var kulleden belägen på fortsättningen av stötdämparens axel - sålunda var stötdämparens axel också hjulets rotationsaxel. Senare, till exempel på Audi 80 och Volkswagen Passat av de första generationerna, började kulleden att flyttas utåt till hjulet, vilket gjorde det möjligt att flytta hjulets rotationsaxel utåt från kuggstångens axel och erhåller därmed mindre positiva, noll eller till och med negativa värden på inkörningsaxeln . [ett]

Denna upphängning fick massdistribution först på sjuttiotalet, när tekniska problem äntligen löstes, i synnerhet massproduktionen av stötdämparstag med nödvändiga resurser. På grund av dess tillverkningsbarhet och låga kostnad fick denna typ av fjädring sedan snabbt en mycket bred tillämpning inom bilindustrin, trots ett antal nackdelar.

På åttiotalet fanns det en trend mot en utbredd användning av MacPherson fjäderben, även på stora och relativt dyra bilar ( Audi 100 , Mercedes-Benz W124 , Opel Senator , nästan hela BMW -modellsortimentet från andra hälften av 70-talet - början av 70-talet 90-tal och andra, såväl som många amerikanska modeller). Men sedan ledde behovet av ytterligare tillväxt i tekniska och konsumentkvaliteter till att många relativt dyra bilar återvände till dubbla triangelfjädringar ( Audi A4 och A6 , Mercedes-Benz W210 , nyare BMW -modeller ), som är dyrare att tillverka, men har bättre kinematik och förbättrad körkomfort.

MacPherson designade sin fjädring för att installeras på alla hjul på en bil, både fram och bak - i synnerhet så användes den i Chevrolet Cadet- projektet . På de första produktionsmodellerna användes emellertid upphängningen av hans design endast framtill, och baksidan, för att förenkla och minska kostnaden, förblev traditionell, beroende med en stel drivaxel på längsgående fjädrar .

Det var först 1957 som Lotus -ingenjören Colin Chapman applicerade en liknande fjädring på bakhjulen på Lotus Elite , vilket är anledningen till att den brukar kallas "Chapman-upphängningen" i engelsktalande länder. Men till exempel i Tyskland görs inte en sådan skillnad, och kombinationen "MacPherson fjäderben bakre fjädring" anses vara helt acceptabel [1] .

MacPherson pneumatisering

Med den aktiva utvecklingen av luftfjädring började pneumatiska element ta platsen för klassiska stötdämpare. Detta gjorde det å ena sidan möjligt att justera frigångsnivån och minska skakningar, å andra sidan är oberoende luftfjädring den svåraste och dyraste att tillverka och driva.

Fördelar och nackdelar

Fördelar

  1. Låga tillverkningskostnader [1] , förenkling av fordonsmontering på fabriken - hela upphängningen av denna typ (tvärbalk, spakar, stag) monteras vanligtvis på en separat transportör och installeras på en gång.
  2. Kompakthet i längsgående och tvärgående riktningar [1] .
  3. Ett stort höjdavstånd mellan stödnoderna, vilket minskar de laterala och längsgående krafterna som uppstår vid fästpunkterna till kroppen [1] .
  4. Möjligheten att genomföra stora konstruktiva drag [1] .
  5. Mindre massa ofjädrade delar.
  6. Kuggstångens övre stöd är ett axiallager med en enorm resurs. Spaken och kulleden i denna design avlastas från de vertikala krafter som överförs under passagen av vägojämnheter, som ett resultat av vilka de har en betydande resurs och kan extremt lättas, och diagnosen av ett gångjärnsfel underlättas på grund av förekomsten av tydliga symptom på deras slitage - knackning och instabilitet i hastighet, som föraren omedelbart uppmärksammar.

Nackdelar

  1. Något sämre kinematiska parametrar jämfört med en fjädring på två tvärgående eller släpande armar: med en stor fjädringsväg kommer cambern (hjulets vinkel mot vertikalplanet) att förändras avsevärt, och ju mer, desto längre fjädringsväg [1] . När fjädringen komprimeras övergår den initialt positiva cambern snabbt till negativ, vilket i fallet med den främre fjädringen innebär en försämring av bilens stabilitet och kontrollerbarhet på grund av minskad vidhäftning av dess hjul mot vägytan.
  2. Överföringen av kraft till ett relativt svagt stänkskydd, som kräver dess förstärkning [1] ; vid körning på dåliga vägar och när fjädringen är "hacka", börjar förstörelsen av fästpunkterna för strävorna på vingskyddet med bildandet av utmattningssprickor på det och början av en korrosionsprocess, därför är MacPherson fjäderbensupphängning främst lämplig för användning på bra välskötta vägar. När man kör på dåliga vägar är den kortlivad jämfört med andra typer av fjädringar.
  3. Stötdämparstaget är ett högbelastat fjädringselement, genom vilket alla vertikala krafter och stötar som uppfattas av fjädringen överförs till fordonets bärsystem, och under drift misslyckas ganska ofta, särskilt när man kör på ojämna vägar. Samtidigt är kostnaden och komplexiteten i arbetet med att byta ut ganska stora. I händelse av ett haveri av fjädringen, kan den nedre ventilen på fjäderbenet inte motstå, vilket inaktiverar dess stötdämpardel, medan de flesta moderna fjäderben är icke-separerbara och byts uteslutande som en enhet. Att köra med ett "trasigt" sträva leder i sin tur till skador på stagfästet på vingskyddet och slutar i slutändan med en deformation av kroppen med en kränkning av fjädringsgeometrin, vilket endast kan elimineras genom dyra karossreparationer .
  4. Svårighet att isolera vägbuller [1] .
  5. Mindre kompensation för longitudinell roll ("dive") vid inbromsning, jämfört med dubbeltarmsupphängning [1] . Detta var särskilt tydligt på den tidigare vanligaste typen av MacPherson fjäderbensupphängning i tidiga konstruktioner med krängningshämmare placerad framför spakarna, som samtidigt spelar rollen som en del av underarmen. Eftersom stabilisatorfästena på karossen, för att upprätthålla den nödvändiga markfrigången under det främre överhänget, var relativt högt placerade, visade det sig att upphängningsarmarnas axlar var riktade på ett sådant sätt att "hacken" under inbromsningen till och med intensifierades , eftersom spakens axel passerade längre från tyngdpunkten än med spakarna, parallellt med marken. Sedan 1990-talet har MacPherson fjäderben vanligen gjorts L-formade, med en stor bas, vilket gjorde det möjligt att överge användningen av stabiliseringsarmar som en del av upphängningsarmen och sätta en geometri som är mer optimal när det gäller att motverka "dyk ” vid inbromsning.
  6. Friktion mellan spindeln och styrningen, försämrar fjädringsprestandan [1] .

På grund av detta används MacPherson fjäderben nästan aldrig på :

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Reimpel, J. Bilchassi (översatt från tyska för kort) = Fahrwerktechnik. - Moskva: Mashinostroenie, 1983. - T. I. - S. 195-227. — 356 sid.
  2. ↑ SIA Flashback - Sanningen om Chevy's Cashiered Cadet Arkiverad 14 juli 2010 på Wayback Machine 
  3. ↑ 4Car 100 största innovationer . Hämtad 16 augusti 2006. Arkiverad från originalet 23 februari 2012.
  4. ↑ Setright, LJK, "MacPherson Strut: Legs to Support the Car", i Northey, Tom, ed. World of Automobiles (London: Orbis, 1974), volym 11, s.1235.