Торсионная подвеска , также известная как торсионная пружинная подвеска , — это любая подвеска транспортного средства , которая использует торсион в качестве своей основной несущей пружины. Один конец длинного металлического стержня прочно прикреплен к шасси транспортного средства; противоположный конец заканчивается рычагом, торсионным ключом, установленным перпендикулярно стержню, который прикреплен к рычагу подвески, шпинделю или оси. Вертикальное движение колеса заставляет стержень скручиваться вокруг своей оси и встречает сопротивление кручению стержня . Эффективная жесткость пружины стержня определяется его длиной, поперечным сечением, формой, материалом и процессом изготовления.
Торсионные подвески используются на боевых машинах и танках, таких как T-72 , Leopard 1 , Leopard 2 , M26 Pershing , M18 Hellcat , M48 Patton , M60 Patton и M1 Abrams (многие танки времен Второй мировой войны использовали эту подвеску), а также на современных грузовиках и внедорожниках Ford , Chrysler , GM , Mitsubishi , Mazda , Nissan , Isuzu , LuAZ и Toyota . Производитель грузовиков класса 8 Kenworth также предлагал торсионную подвеску для своих моделей K100C и W900A, примерно до 1981 года.
Производители меняют торсион или шпонку, чтобы отрегулировать дорожный просвет, обычно для компенсации веса двигателя.
Главные преимущества торсионной подвески — мягкость хода за счет эластичности стержня, долговечность, легкая регулировка дорожного просвета, малый профиль по ширине автомобиля. Занимает меньше внутреннего объема автомобиля, чем пружины .
Торсионные стержни достигли пика своей популярности на серийных дорожных автомобилях в середине 20-го века, в то же время, когда была принята унитарная конструкция . В то время, когда механика напряжения и усталости металла в унитарном кузове была плохо изучена, торсионные стержни были очень привлекательны для конструкторов транспортных средств, поскольку стержни можно было монтировать на усиленные части центральной конструкции, как правило, на переборку . Использование стоек Макферсона для достижения независимой передней подвески с винтовыми пружинами означало обеспечение прочных башен в передней конструкции автомобиля.
Недостатком является то, что торсионы, в отличие от пружин, обычно не могут обеспечить прогрессивную жесткость пружины. В большинстве систем торсионов дорожный просвет (и, следовательно, многие характеристики управляемости) можно изменить, просто отрегулировав болты, которые соединяют торсионы с поперечиной рамы. В большинстве автомобилей с таким типом подвески замена торсионов на другую жесткость пружины обычно является простой задачей. Продольные торсионы простираются под салоном, врезаясь в внутреннее пространство за счет подъема пола, в то время как в поперечных системах длина торсиона ограничена шириной автомобиля.
Некоторые транспортные средства используют торсионные стержни для обеспечения автоматического выравнивания , используя двигатель для предварительного напряжения стержней для обеспечения большего сопротивления нагрузке и, в некоторых случаях (в зависимости от скорости, с которой могут работать двигатели), для реагирования на изменения дорожных условий. Регулируемая по высоте подвеска использовалась для реализации режима смены колес, когда транспортное средство поднимается на трех колесах, так что оставшееся колесо поднимается над землей без помощи домкрата. Это пример транспортного средства, которое использует олеопневматическую подвеску, где насос высокого давления заправляет резервуар давления, который питает конечные сферы гидравлическим маслом (LHM) для достижения подвески. Высота дорожного просвета поддерживается путем сшивания передних и задних сфер подвески с помощью гидравлических соединительных труб. (Два предыдущих предложения относятся к двум различным системам олеопневматической подвески и лучше всего игнорируются в контексте торсионных стержней. Принцип смены колес путем регулировки высоты подвески уже был объяснен ранее в этом параграфе).
Первым автомобилем, использовавшим торсионы, был Leyland Eight , разработанный Дж. Г. Парри-Томасом и выпускавшийся с 1920 по 1923 год, однако его задняя подвеска, запатентованная в 1919 году [1], была ретроспективно названа Leyland «torsion bar assisted» в публикации 1966 года [2], поскольку стержни лишь дополняли листовые рессоры. Было выпущено менее двух десятков автомобилей (включая гоночные варианты), и подвеска была использована снова только на гоночных автомобилях Marlborough-Thomas несколько лет спустя.
В 1923 году Парри-Томас запатентовал обновленную конструкцию, включающую настоящую торсионную конструкцию без листовых рессор, [3] однако смерть изобретателя в автокатастрофе в 1927 году помешала ее дальнейшему развитию. Поэтому изобретение часто приписывают Porsche GmbH , которая запатентовала его в 1931 году и позже использовала во многих конструкциях. [4] [5]
Переднеприводный Citroën Traction Avant 1934 года был первым, кто реализовал эту идею в серийном автомобиле, обладая независимой передней торсионной подвеской и гибкой задней мертвой осью, также подрессоренной торсионами. Гибкость балки оси обеспечивала особенности расположения колес, такие как ось с поворотной балкой . [6] Также в 1930-х годах прототипы Porsche первого Volkswagen Beetle включали торсионные стержни — особенно их поперечный стиль крепления. Чехословацкая Tatra T600 Tatraplan 1948 года использовала заднюю торсионную подвеску, единственная Tatra, которая делала это. [7]
Впервые система была использована в военных целях на шведском танке Stridsvagn L-60 1934 года. Ее подвеска была разработана немецкими инженерами, включая сотрудника Porsche Карла Рабе , который также лично владел патентами на торсионную подвеску. [8] [9] [10]
Она широко использовалась в европейских автомобилях, таких как Renault , Citroën и Porsche/Volkswagen, менее известными производителями, такими как Mathis и Röhr в 1930-х годах, а также американской Packard в 1950-х годах. Packard использовал торсионы как спереди, так и сзади, и соединял переднюю и заднюю системы между собой для улучшения качества езды. Morris Minor и Oxford с конца 1940-х годов использовали переднюю торсионную систему, очень похожую на Citroën, как и модели Riley RM. Революционный Jaguar E-Type, представленный в 1961 году, имел переднюю торсионную подвеску, очень похожую на Citroën и Morris Minor, и независимую заднюю пружинную подвеску, использующую четыре амортизатора с концентрическими пружинами ( coilover ).
Одним из первых применений торсиона в американском автомобиле было применение компанией Hudson Motor Car Company из Детройта, которая представила инновационную гибкую подвеску передней оси в автомобилях Hudson и Terraplane 1934 года и поняла в 1935 году, что поперечный торсион, соединенный с задней осью, необходим в качестве стабилизатора поперечной устойчивости для стабилизации автомобилей. Одиночный торсион устанавливался через боковины рамы за задней осью, а затем крепился рычагами и звеньями к передней стороне пластин пружинных U-образных болтов . Гибкая ось была прекращена для модельного года 1936 года.
Гладеон М. Барнс и Уоррен Э. Престон подали заявку на патент США на торсионную подвеску в 1934 году, которая была одобрена два года спустя. [11] Первоначальной особенностью патента была конструкция, которая сейчас называется труба над стержнем (TOB), которая нашла ограниченное применение только в 1960-х годах (например, на LVTP-7 ). Несмотря на то, что Барнс работал в Департаменте вооружений армии США , торсионные стержни не использовались в американских конструкциях брони до T70 GMC в 1943 году, подвеска которого была разработана на основе Pz. III инженером GM Робертом Шиллингом. [12]
Послевоенное использование торсионной передней подвески стало определяющей чертой британских автомобилей Morris , начиная с Morris Minor 1948 года, его более крупного аналога Morris Oxford MO и элитной Morris Six MS , а также элитных вариантов последних двух моделей под маркой Wolseley . Дизайнер этих автомобилей, Алек Иссигонис , был вдохновлен подвеской Traction Avant , хотя автомобили Morris были заднеприводными и использовали обычные листовые рессоры для своих задних осей. Minor использовал рычажные амортизаторы с торсионными штангами, в то время как Oxford и Six использовали инновационные телескопические амортизаторы . Minor выпускался практически без изменений до 1972 года и был заменен на Morris Marina , в передней подвеске которого также использовалась система торсионных амортизаторов с рычагами. Это был один из последних новых автомобилей в мире, на котором была представлена эта система, и который выпускался до 1984 года. Платформа Oxford/Six была разработана в ходе нескольких доработанных серий , в которых использовалась торсионная система Иссигониса до 1959 года, когда была представлена новая Farina Oxford с передней подвеской с винтовыми пружинами, нижними поперечными рычагами и амортизаторами с рычагами.
Самым известным американским применением торсионной балки в легковых автомобилях была система Chrysler, которая использовалась со всеми продуктами Chrysler, начиная с модельного года 1957 года, в таких автомобилях, как серия Imperial Crown , Chrysler Windsor , DeSoto Firedome , Dodge Coronet и Plymouth Belevedere, хотя подвеска Chrysler «Torsion-Air» была только для передней оси; та же базовая система (продольное крепление) сохранялась до появления автомобиля K в 1981 году . Модернизированная торсионная подвеска, представленная с Dodge Aspen 1976 года , представляла собой поперечно установленные торсионные балки (возможно, основанные на легковом автомобиле Volkswagen Type 3 ) до окончания производства в 1989 году (с платформой M Chrysler). Некоторые поколения Dodge Dakota и Durango использовали торсионные балки на передней подвеске.
General Motors впервые применила торсионные стержни на своих пикапах малой грузоподъемности в 1960 году, пока в 1963 году она не была снята с производства, а в грузовиках 2WD спереди использовались традиционные спиральные пружины. Первое использование в легковом автомобиле состоялось в 1966 году, начиная с автомобилей с E-платформой ( Oldsmobile Toronado , Cadillac Eldorado ), пикапов 4WD S-10 и фургонов Astro с опциональным полным приводом, а с 1988 года — полноразмерных грузовиков и внедорожников с полным приводом (серии GMT400, GMT800 и GMT900).
Porsche использовала торсионную подвеску всех четырех колес для своих серий 356 и 911 с 1948 по 1989 год с появлением модели 964. Они также используются в передней подвеске 914, а также в задней подвеске 924 , 944 и 968. Honda также использовала передние торсионные штанги в третьем поколении Civic и других вариантах, построенных на той же платформе, включая Ballade и первое поколение CRX .
Немецкий танк Panther времен Второй мировой войны имел двойные торсионные стержни. [ необходима цитата ] Нуждаясь в стержнях, длиннее ширины танка, чтобы получить требуемую жесткость пружины и максимальный угол упругого изгиба из доступных стальных сплавов, конструктор Эрнст Лер создал подвеску, которая фактически складывала стержни пополам. Для каждого колеса один стержень был прикреплен к рычагу подвески, в то время как другой был установлен в близлежащей точке на раме. На противоположной стороне танка два стержня были прикреплены друг к другу и вставлены в шарнир. [ необходима цитата ] Прогиб рычага подвески приводил к скручиванию обеих половин двойного торсионного стержня. Недостатком торсионной подвески, используемой в танках Tiger и Panther (и многих других танках и других ББМ времен Второй мировой войны ), была невозможность встроить аварийный люк через дно корпуса, что было общей чертой танков времен Второй мировой войны, поскольку расположение торсионных стержней заблокировало бы доступ экипажа к такому люку; Однако отсутствие листовых, спиральных или спиральных пружин часто оставляло большую часть боковой поверхности корпуса свободной для размещения бокового аварийного люка, и редко случалось, чтобы танк переворачивался таким образом, что все верхние бортовые люки не могли открыться, что и является целью использования нижних люков.
Многие современные основные боевые танки используют торсионную подвеску, включая американский M1 Abrams, [13] немецкий Leopard 2, [14] и китайский MBT-3000, [ требуется цитата ] хотя новейшее поколение танков, таких как российский T-14 Armata, использует регулируемую гидравлическую подвеску. [ требуется цитата ] Благодаря своим небольшим размерам, огромной грузоподъемности и относительной простоте обслуживания торсионная подвеска идеально подходит для танков, хотя она не лишена недостатков. Большой ход и высокая эластичность торсионных валов приводят к «раскачиванию» при движении танка или его резкой остановке. Для компенсации раскачивания необходимо использовать стабилизатор орудия . Из-за большого веса основного боевого танка, по сравнению с автомобилем, существует гораздо больший риск поломки торсиона при резких ударах или маневрах, и если его не заменить в кратчайшие сроки, ослабленная подвеска может повлиять на маневренность машины, а в экстремальных случаях создать риск ее обездвиживания, поскольку уменьшенная грузоподъемность подвески приведет к поломке дополнительных торсионов.
Торсионы иногда использовались вместо обычных пружинных клапанов в некоторых старых мотоциклах, таких как Honda CB450 , а также в автомобилях Panhard Dyna X и Panhard Dyna Z 1950-х годов. Они также использовались в дверном механизме автомобиля DMC DeLorean и крышках багажника некоторых моделей Toyota Corolla (E30) .