Перегляд вихідного коду сторінки Торсіонна підвіска

[[Файл:Twisted bar.png|thumb|Торсіон у здеформованому стані]]

'''Торсіо́нна підві́ска'''&nbsp;— [[підвіска автомобіля|підвіска транспортного засобу]], пружними елементами якої є [[торсіон]]и<ref> ДСТУ 2947-94 Автотранспортні засоби. Підвіски автомобілів. Терміни та визначення.</ref> ([[пружність|пружні]] [[стрижень (механіка)|стрижні]], що працюють на [[деформація кручення|кручення]]).

У транспортних засобах знайшли застосування стрижневі торсіони круглого або квадратного перерізу, рідше пластинчасті&nbsp;— набрані з певного числа пластин [[ресорно-пружинна сталь|пружинної сталі]], що сумісно працюють на закручування.

== Торсіони в автомобільних підвісках ==
=== Стабілізатори поперечної стійкості ===
[[Файл:Stabilisator (Porsche).jpg|thumb|250px|[[Стабілізатор поперечної стійкості]] [[Porsche_911#Porsche 911 IV (1998–2006)|Porsche 996 Carrera]]]]

Стабілізатор поперечної стійкості по суті є торсіоном і призначений для створення опору зусиллям, що спричиняють крен автомобіля. Стабілізатор кріпиться своїм кінцем у вузлі [[Маточина (техніка)|маточини]] колеса,  проходить у напрямі руху до шарнірного вузла кріплення до кузова, а далі, у поперечному напрямі до протилежного борта автомобіля, де кріпиться своїм другим кінцем дзеркально до першого. Відрізки торсіона, що є паралельними до напряму руху, працюють як важелі при роботі підвіски у вертикальному напрямі. Таке кріплення торсіона дозволяє створювати зусилля, що протидіють появі різниці ходів підвіски, тобто крену і не створює зусилля при однаковому ході підвіски з обох сторін автомобіля.
{{Main|Стабілізатор поперечної стійкості}}

=== Торсіонна підвіска ===
[[Файл:Citroen front suspension (Autocar Handbook, 13th ed, 1935).jpg|thumb|250px|Підвіска на поздовжніх торсіонах. [[Citroen]] (1935)]]

Перше застосування торсіонної підвіски відбулось у 1934 році на автомобілях [[Citroën Traction Avant]]<ref> [http://books.google.com/books?id=xd8DAAAAMBAJ&pg=PA482&dq=%22Popular+Mechanics%22+Jan+1935+floating&hl=en&ei=Wtc4TsGsDeSusAKXtpka&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=10&sqi=2&ved=0CFUQ6AEwCQ#v=onepage&q&f=true «Torsion Bars Support Car Without Springs» ''Popular Mechanics'', October 1934] Кресленик підвіски Citroen Traction Avant</ref>. Чехословацькі автомобілі [[Tatra]] за проектом австрійського професора Ганса Ледвінка (Hans Ledwinka) в середині 1930-х років разом з повітряним охолодженням двигунів, розташованих у задньому відсіку кузова, використовували незалежну торсіонну підвіску.

Торсіони у підвісках можуть розташовуватись як у поздовжньому (у цьому випадку вони слугують одночасно і осями, зазвичай нижніми, поперечних важелів у паралелограмній підвісці,), так і у поперечному (у цьому випадку кожен з них може працювати як стабілізатор поперечної стійкості, з тією різницею, що торсіон з одного кінця кріпиться нерухомо, і жорстко пов'язується з кузовом чи рамою автомобіля.
[[Файл:Sospensioneprima Bandini.JPG|thumb|250px|Поперечно розташована закріплена на рамі торсіонна балка спортивного автомобіля 1940-их років]]

==== Підвіски з поперечним розташуванням торсіонів ====


Торсіони набули досить значного поширення на малолітражних автомобілях 1950-х та 1960-х років завдяки компактності та відносній простоті виготовлення. Зазвичай, на них торсіонні балки розташовувались упоперек і одним кінцем жорстко кріпились до рами а до протилежних кінців кріпились поздовжні коливні важелі, що сполучені з колесом безпосередньо або з поворотним кулаком за допомогою [[шворінь|шкворневого вузла]] чи сферичних (кульових) [[шарнір]]них опор.

Такого ж типу підвіска встановлювалась на усіх моделях автомобілів «[[Запорожець (автомобіль)|Запорожець]]», [[ЛуАЗ]]. і у мотоколясці [[С-3Д]]. Використовувались дві торсіонні балки квадратного перерізу, поміщені у сталеві труби, що розташовані одна над одною, до кінців яких кріпились поздовжні важелі підвіски. Цей тип підвіски було розроблено німецьким інженером [[Фердинанд Порше|Фердинандом Порше]] і вперше використано на автомобілях «[[Volkswagen Käfer |Фольксваген Жук]]» та ранніх моделях автомобілів марки «[[Porsche]]».

Головною перевагою такої підвіски є більша компактність в поздовжньому і вертикальному напрямках. Крім того, поперечка підвіски розташована далеко попереду осі передніх коліс, завдяки чому з'являється можливість сильно винести салон вперед, розмістивши ноги водія і переднього пасажира між арками передніх коліс, що дозволяло істотно скоротити довжину автомобіля із задньомоторним компонуванням. При цьому однак, розташований спереду багажник виявлявся досить скромним за об'ємом, саме з цих причин.

З точки зору кінематики ця підвіска не є досконалою: в ній відбуваються хоч і менші в порівнянні з одинарними подовжніми важелями, але все ж суттєві, зміни колісної бази при ходах відбою і стиснення, і так само присутня сильна зміна розвалу коліс при кренах кузова. До цього слід додати, що важелі в ній повинні сприймати великі згинальні і крутильні навантаження з боку як вертикальних, так і бічних сил, що змушує робити їх досить масивними.

[[Файл:R4 hatso futomu.JPG|thumb|left|Розташування торсіонів задньої підвіски легкових автомобілів [[Renault]] 1960-х&nbsp;— 90-х у горизонтальній площині]]
Схожу конструкцію мала і задня підвіска на багатьох автомобілях французького виробництва, приклади&nbsp;— [[Renault 4]], [[Renault 5]], [[Renault 16]] , [[Renault 19]] та ін.; ці моделі цікаві тим, що через використання двох (по одному на борт) торсіонів у них різна колісна база справа і зліва (див. рис.). Цей варіант підвіски був поширений у Франції до 1980-х і навіть 1990-х років завдяки можливості зробити гладке днище між важелями, що є важливим для автомобілів з кузовами типу «[[хетчбек]]» чи «універсал».

Крім того, на деяких автомобіля концерну [[Крайслер]] використовувався і тип підвіски, в якому в парі з подвійними поперечними важелями використовувалися поперечні торсіони, що дозволяло домогтися більшої компактності, по своєму розташуванню і принципом роботи вони були частково подібні до половини стабілізатора поперечної стійкості в звичайній підвісці, з одним з кінців прикріпленим до нижнього важеля підвіски, а другим&nbsp;— нерухомо закріпленим на рамі або підрамнику кузова.

==== Підвіски з поздовжнім розташуванням торсіонів ====
Підвіски з поздовжнім розташуванням торс іонів  знайшли використання на багатьох автомобілях фірм [[Packard]], [[Chrysler]], [[Renault]] та [[Fiat]] з початку п'ятдесятих років, радянських легковиків [[Автомобільний завод ім. І. О. Лихачова|ЗІЛ]] та деяких моделях французької фірми Simca, створених у співробітництві з «Крайслером». Характеризуються високою плавністю ходу, компактністю (що наприклад дозволило на «Сімці» розташувати між важелями приводи передніх коліс).

Підвіска з поздовжньо розташованими циліндричними торсіонами у передній підвісці, зазвичай, на порівняно великих і важких легкових автомобілях&nbsp;— таких, як «[[Imperial]]» (США, 1957-75), «[[Packard]]» 1955-56 років чи представницькі моделі ЗІЛ (−114, −117, 4104), а також і на порівняно компактних: «[[Fiat 130]]», «[[Renault 4]]», «[[Simca 1307]]», «[[Morris Marina]]», «[[Alfa Romeo]]» (Giulietta, [[Alfa Romeo GTV|GTV]], [[Alfa Romeo 75|75]]).

Конструктивно такі підвіски відповідали звичайній підвісці на подвійних поперечних важелях, але замість пружин у ній використовувались торсіони, переважно сполучені з нижніми важелями, що одночасно відігравали роль їх осей («Renault 4», «Renault 5», «Renault 6», «Simca-Chrysler 1307/1308» вип. 1975&nbsp;р.) або верхніми важелями (вантажний «Daimler-Benz L206/L307»<ref>''Раймпель Й.'', 1983. С. 73, С. 128–129.</ref>), що було можливим при високому розташуванні лонжеронів у передній частині рами.
[[Файл:Torsion beam 1.jpg|thumb|thumb|Торсіонна балка напівзалежної підвіски підвіски]]
У порівнянні з пружинною, торсіонна підвіска цього типу дозволяла досягнути вищої плавності ходу і керованості.

На автомобілях «Packard» спеціальні електроприводи змінювали кут закручування торсіонів, що дозволило задовго до появи гідропневматичних і пневматичних підвісок «на ходу» регулювати дорожній просвіт&nbsp;— для тих років це була прогресивна ідея, але вона не набула поширення через низьку надійність роботи вузла.

При тривалій експлуатації підвісок з поздовжніми торсіонами був виявлений серйозний недолік такої конструкції, пов'язаний з уразливістю до корозії низько розташованих кріплень торсіонів.

На [[Fiat 130]] і [[Porsche 911]] поздовжні торсіони використовувались у підвісці типу [[Підвіска макферсон|«Макферсон»]]<ref>''Раймпель Й.'', 1983.&nbsp;— С. 215–218.</ref>.

=== Торсіонно-важільна підвіска автомобіля (зі спряженими важелями) ===
[[Файл:Twistbeam-suspension-left-fade-rest.JPG|thumb|Принцип роботи торсіонно-важільної підвіски]]

Починаючи з 1974 року, поширення набув тип напівзалежної підвіски задніх коліс з двома поздовжніми важелями, сполученими торсіонною балкою. Була розроблена одночасно фірмами [[Audi]] («Audi-50») та [[Volkswagen]] («Sirocco», «Golf»), після чого знайшла застосування у бюджетних моделях у задніх підвісках передньоприводних автомобілів. Обидві конструкції мають поздовжні важелі, сполучені поперечиною. У першому випадку поперечина має U-подібний перетин а у другому&nbsp;— Т-подібний з податливістю до кручення і жорсткістю при згині у вертикальному і поздовжньому напрямах. Основним пружним елементами у цього типу підвіски були виті пружини, а не торсіон<ref>''Раймпель Й.'', 1983.&nbsp;— С. 265–273</ref>.

== Торсіони у підвісці бронетехніки ==
[[Файл:Triebwerkraum Leopard 2A5.jpg|thumb|Торсіони підвіски танка [[Leopard 2]]]]
[[Файл:T40kub1.jpg|thumb|[[Ходова частина]] танка [[Т-40]], де вперше (разом з важким танком [[КВ-1]]) у радянському танкобудуванні застосували індивідуальну торсіонну підвіску]]
[[Файл:Panther Road wheels.jpg|thumb|Підвіска [[Panzer V Пантера|Пантери]] із розташуванням коліс у шаховому порядку]]

Торсіони підвісок виготовляють, зазвичай, у вигляді суцільного або порожнистого круглого стрижня. Торсіони з іншим видом перерізу поширення у бронетехніці не набули.

Для сполучення торсіона з іншими деталями на його кінцях виконуються головки, як правило, зі [[шліц]]ями трикутного, трапецієвидного і рідше прямокутного профілю. У танку [[Пантера (танк)|Pz. V «Пантера»]] для кріплення застосовувались головки з лисками і клиноподібний болт.

Для забезпечення достатньої міцності, головки торсіона виконуються діаметром більшим за діаметр основного стрижня, при цьому d/D&nbsp;=&nbsp;0,6…0,8 (d&nbsp;— діаметр робочої частини стрижня, D&nbsp;— внутрішній діаметр [[шліц]]ів).

Зручність монтажу забезпечується різним діаметром головок (внутрішня є меншою від зовнішньої), а також отвором з різзю для знімача на зовнішньому торці торсіона.
Для точнішого встановлення торсіона на потрібний кут закручування при його монтажі, а також при усуненні осадки торсіона внаслідок накопичення залишкової деформації, число зубів на головках виконують різним. У цьому випадку мінімальний кут перестановки можна визначити так:

{{center|φ<sub>min</sub> = 360 (z<sub>2</sub>&nbsp;— z<sub>1</sub>) / z<sub>2</sub>•z<sub>1</sub>,}}

:де z<sub>2</sub> і z<sub>1</sub>&nbsp;— число зубів на головках торсіона.

Наприклад, мінімальний кут перестановки для торсіона танка [[Panzer III]] з числом зубів на головках 45 і 44 буде становити приблизно 0,18º; для торсіона танка [[Т-72]] з числом зубів 52 і 48&nbsp;— приблизно 0,58º. У випадку ж однакового числа зубів на головках, точне регулювання потрібного кута закручування торсіона практично неможлива. Так для танка [[L6/40]] з числом зубів 40 на кожній головці кут перестановки торсіона становить 9º. Кріплення торсіонів, виконане по типу танка Pz.V «Пантера», взагалі виключає можливість регулювання підвіски у процесі експлуатації.

== Розрахункові залежності ==
Дотичні напруження <math>\tau_r</math>, що виникають в умовах кручення, визначаються за формулою:

: <math> \tau_r = {T \cdot r \over J_0} </math>,
де ''r''&nbsp;— відстань до осі кручення;
: ''T''&nbsp;— крутний момент;
: ''J<sub>0</sub>''&nbsp;— геометричний [[полярний момент інерції]].

Очевидно, що дотичні напруження досягають найбільшого значення на поверхні вала при <math>r_{max} = R</math> та при максимальному крутному моменту <math>T_{max}</math>, тобто

: <math> \tau_{max} = {T_{max} R \over J_0} = \frac {T_{max}}{W_p}</math>,
де ''W<sub>p</sub>''&nbsp;— [[Геометричні характеристики перерізів#Момент опору|полярний момент опору]].

Це дає змогу записати умову міцності при крученні в такому вигляді:
: <math> \tau_{max} = \frac {T_{max}}{W_p} \le [\tau]</math>.

Використовуючи цю умову, можна або за відомими силовими факторами, що створюють крутний момент ''Т'', знайти полярний момент опору і далі, залежно від тієї чи іншої форми, розміри перерізу, або навпаки&nbsp;— знаючи розміри перерізу, обчислити найбільшу величину крутного моменту, яку можна допустити в перерізі, що у свою чергу, дозволить знайти допустимі величини зовнішніх навантажень.

== Технологія виготовлення торсіонів для підвісок ==
Торсіони виготовляють з хромистих або хромо-кремнистих сталей із вмістом вуглецю 0,45-0,65%, хрому 1-1,5%, з додаванням [[ванадій|ванадію]], [[нікель|ніклею]], [[молібден]]а та інших легуючих елементів. [[Легована сталь]] (45ХНМФА), що використовується для виготовлення торсіонів, має високу пружність та міцність в умовах втоми.

[[Термічне оброблення]] хромистих сталей складається зазвичай з гартування за температури 800–860 ºС з наступним відпуском за температури 400–500 ºС. Для підвищення міцності при втомі впадини шліців обробляють накочуванням роликами. Робоча поверхня стрижня піддається дробоструминній обробці або накочуванню роликами, що створює зміцнений поверхневий шар і значно підвищує міцність в у мовах втоми.

Для підвищення динамічних властивостей, навантаження, що сприймається і максимального кута закручення торсіон піддають заневолюванню. Ця технологічна операція є останньою серед операцій механічної та термічної обробки. Операція заневолювання полягає в закрученні гарячого торсіона за межу його пружного стану та витримуванні в такому стані деякий час. При цьому в поверхневих шарах виникають пластичні деформації, а в серцевині пружні. Після розвантаження торсіона серцевина, прагнучи звільнитися від напружень і повернутися в початковий стан, зазнає опору з боку пластично деформованого поверхневого шару. Залишкові напруги, отримані при заневолюванні, дозволяють підвищити робоче навантаження і кут закрутки торсіона в експлуатації. У деяких випадках, як це робиться для торсіонів [[Т-72]], торсіон піддається подвійному заневолюванню.

Робоча закрутка заневолених торсіонів повинна збігатись з напрямом закрутки при заневоленні. Тому заневолені торсіони лівого і правого бортів не є взаємозамінними і відповідним чином маркуються (зазвичай на торці торсіона буквами «Л» чи «L» і «П» чи «R»). Для запобігання поломки торсіонів в результаті механічних пошкоджень або корозії робочої поверхні вала його після остаточної механічної і термічної обробки покривають спеціальним лаком, а іноді і прогумованою тканиною ([[M46 Patton|M46]]) або ізоляційною стрічкою ([[Т-64]], [[Т-72]]).

== Див. також ==
* [[Пружина]]
* [[Ресора]]
* [[Підвіска макферсон]]

== Примітки ==
{{reflist}}

== Джерела ==
* ''Раймпель&nbsp;Й.'' Шасси автомобиля./ Сокр. пер. 1 тома 4-го нем. изд В.&nbsp;П.&nbsp;Агапова; Под ред. И.&nbsp;Н.&nbsp;Зверева.&nbsp;— М.: Машиностроение, 1983. &nbsp;— 536 с.
* ''Раймпель&nbsp;Й.'' Шасси автомобиля: Элементы подвески. (Fahrwerktechnik: Federung Fahrwerkmechanik). / Перевод с нем. А.&nbsp;Л.&nbsp;Карпухина. Под ред. Г.&nbsp;Г.&nbsp;Гридасова.&nbsp;— М.: Машиностроение, 1987.&nbsp;— 288 с.

== Посилання ==
{{commons| Torsion bar suspension}}
* [https://web.archive.org/web/20160715002451/http://www.autoexpert.in.ua/ua/3208-napivnezalezhna-zadnya-pidviska.html Напівнезалежна задня підвіска.] на «Autoexpert»
* [https://web.archive.org/web/20160714163013/http://www.autoexpert.in.ua/ua/3209-torsionna-nezalezhna-pidviska.html Торсіонна незалежна підвіска.] на «Autoexpert»
* ''Василий Чобиток'' [http://armor.kiev.ua/Tank/design/suspension/2/ Ходовая часть танков. Подвеска.] {{ref-ru}}

[[Категорія:Деталі машин]]
[[Категорія:Підвіска автомобіля]]
[[Категорія:Оснащення бронетехніки]]