[@Менеджер сайта]

Автор: Тревор Андерсон (Trevor Anderson)
Дата: 27 сентября, 2015г.

Выбор пружин является важным аспектом в постройке любого спортивного автомобиля. С точки зрения шоссейных гонок выбор пружин – это неотъемлемая часть будущей динамики автомобиля.

Винтовые пружины имеют свои преимущества в зависимости от других типов и конструкций по нескольким причинам. Вес, подбор, срок службы и возможность регулировки – все это важнейшие моменты, которые необходимо учитывать в первую очередь. И в то время как пластинчатые пружины, торсионы, воздушные подушки и прочие компоненты подвески занимают свою собственную нишу в области гоночных каров, винтовые пружины всегда становятся спонтанной покупкой у многих гонщиков. Чтобы получить целостную картину по теории и выбору пружин, мы проконсультировались с такими производителями, как Eibach, Swift Springs и Vogtland/DG Spec Racing. Используя их опыт, мы проведем вас через основные положения по винтовым пружинам.



Выбор правильных винтовых пружин для каждого отдельного случая является не таким уж и простым делом.

Важно рассматривать этот вопрос под разным углом, отталкиваясь от исходной точки, а именно от процесса изготовления пружин. Понимание состава материала и конструкции пружины, а так же теории – все это имеет настолько же большое значение, насколько важным является понимание различных стилей вождения и наличие опыта.

Хотя подавляющее большинство любителей переделок принимают решение о покупке по результатам поиска в интернете, либо по слухам среди своих единомышленников, наилучшим сочетанием между переделкой и ее соответствию реальности является решение, принятое на основании конкретной информации и комплектом пружин, подобранным с учетом индивидуальных требований.

Если смотреть в корень вопроса, то следует помнить, что подвеска удерживает всю массу вашего автомобиля. Это относится и к динамике, когда в момент движения перегрузки идут со всех существующих осей, так и к статике, после останова. Системы подвески отличаются своим разнообразием по составу материала и по геометрии, в результате непонимания этого момента подбор так называемых идеальных «деталей без дополнительных доработок» становится ошибочным. И даже более обширный багаж знаний пилота, задачей которого является повышение уровня вождения, включая навыки управления автомобилем, в вопросе выбора становится бесполезным.

Целью данной статьи не является вывод формулы выбора идеальной винтовой подвески, благодаря которой ваш мускул-кар шестидесятых вдруг превратиться в гоночный автомобиль, способный преодолеть крутые виражи на треке Формулы 1. Наша задача – показать, насколько глубокой может оказаться любая дискуссия, посвященная установке подвески. Как говорит Дэн Гарднер (Dan Gardner) из DG Spec Racing, когда речь заходит об установке пружин, «существует всего лишь пять верных способов и примерно тысяча и один – неверный» (оснащения автомобиля).


Состав материала, конструкция и технология производства пружин

«Существует всего лишь пять верных способов и примерно тысяча и один – неверный, - Дэн Гарднер, DG Spec Racing»

В целях написания этой статьи пружины, о которых мы будем говорить, будут винтовыми, где материалом служит ферросплав, а конструкция разрабатывается специально для вторичного рынка, где закупаются любые комплектующие для гоночных автомобилей. Материал, из которого производятся пружины, стабильно менялся на протяжении многих десятилетий, поскольку технологии по созданию материалов постоянно усовершенствовались. Поскольку железо уступило легированной углеродсодержащей стали в конце восьмидесятых, пружины стали прочнее, их срок службы увеличился, а жесткость повысилась. Если заглянуть в наши дни, то мы увидим, что наука металловедения продвинулась далеко вперед в создании сплавов по индивидуальным разработкам, где речь идет об их удельных свойствах и специфических характеристиках.

Фото: Компания Swift Springs ведет
свои собственные разработки в
металлургической сфере промышленности,
поэтому может обеспечивать контроль
над свойствами материалов, используемых
для пружин собственного производства.

В качестве современного ферросплава для пружин может служить нелегированная углеродистая сталь (например, марка сплава 1070), легированная сталь с содержанием хрома и молибдена (например, марки 4130, 4140 и 4340), и даже брендовые сплавы (например, 300M) или запатентованные смеси, разработанные частными заводами, где контроль осуществляют сами производители пружин. Возможность выбора легирующих элементов (например, карбон, молибден, хром, кремний) обеспечивает пружинам не только универсальность характеристик, но и наличие таких преимуществ, как антикоррозионная стойкость, так и гашение вибрации. Когда Дэвида Карди (David Cardey) из Eibach спросили о выборе сплава, он ответил «хром и силикон», поскольку этот сплав способен обеспечить различные пределы прочности на разрыв. Используя максимальное значение прочности на разрыв, специалисты из Eibach способны применять еще более тонкие материалы, а это означает, что вес пружины – меньше, а ход – длиннее.

Компания Vogtland применяет запатентованный сплав, в состав которого входит ванадий и хром с кремнием, который носит название VVS. Хотя специалисты компании никогда не раскроют секрет формулы этого сплава, они описывают некоторые из качеств, которые ставят этот материал по своим свойствам намного выше всех остальных сплавов, применяемых для производства спиральных пружин.

Как говорит Лейла Виззари (Leila Vizzari) из Vogtland, этот материал был сначала представлен на рынке конструкторским отделом немецкой компании, занятой производством пружин. Она пояснила, что он на тридцать пять процентов легче по сравнению с пружинами, выпускаемыми конкурирующими компаниями, поскольку свойства материала позволяют делать меньше витков на пружинной спирали. А если количество витков на пружине меньше на один-два оборота по сравнению с пружинами конкурентов, ход увеличивается, а вес – снижается.

«Материал, который мы использовали для наших гоночных пружин, используется и для наших пружин для понижения дорожного просвета, которые мы предлагаем на вторичном рынке, поэтому и в этом сегменте рынка вы увидите разницу», - говорит Виззари. Она продолжила объяснять, что компания Vogtland проводит испытания на каждой пружине с целью убедиться, что они имеют два процента допуска, что является нормой. Эти витые пружины, производство которых запущено в Германии на высокоточном оборудовании, проходят тщательный контроль качества, вне зависимости от цели их применения – будь то гоночные, либо обычные автомобили.

Разрабатывая пружины, которые (по словам специалистов) не теряют своих свойств по жесткости или весу, имеют уменьшенное количество витков, пониженный вес и отличаются более длинным ходом до отказа, компания Vogtland обеспечивает гонщикам возможность снизить вес неподрессоренных деталей и, в конечном итоге, повысить качество срабатывания своих систем подвески.

Разработчики винтовых пружин берут под свой контроль гораздо большее количество различных переменных величин, чем это может сделать обычный наблюдатель. И хотя такие очевидные вещи, как толщина витка и материал пружины, имеют прямое влияние на ее конченую жесткость, в этой игре участвует немало заводов-производителей. Диаметр витка, количество витков (количество спиралей на фут), угол наклона витков, толщина или уровень жесткости каждого витка по всей длине пружины, термообработка и прочие производственные моменты – все это оказывает свое влияние на поведение пружины после того, как она будет установлена на ваш автомобиль.





Ваш выбор дополнительных компонентов оказывает такое же влияние на выбор пружины, как и на выбор тех же покрышек. Например, Леонард Ванг (Leonard Wang) из Swift Springs расширил границы этой темы, просто спросив «какой тип покрышек вы используете, какую цель вы для себя определили? Покрышки, качество сцепления которых выше стандартных, требуют установки более жестких пружин, чтобы нейтрализовать эффект скольжения». Леонард подытожил весь опыт, связанный с модификациями подвесок, сказав, что «тюнинг начинается только после того, как ты купил комплект регулируемых амортизаторов». Это истина, которую просто обязан понимать каждый гонщик.

Динамика автомобиля и подвески
Техническая терминология

«Тюнинг начинается только после того, как ты купил коплект регулируемых амортизаторов, - Леонард Ванг (Leonard Wang), компания Swift Springs»

Понимание технической терминологии, связанной с характеристиками подвески, является важным «теоретическим» шагом, который необходимо сделать перед тем, как погружаться с головой в этот обособленный мир, имея открытый кошелек. Понимание правильной терминологии, связанной с эксплуатационными условиями вашего собственного автомобиля, даст вам возможность не только правильно сформулировать свои пожелания в магазине, но и грамотно настроить подвеску. Эти термины относятся ко всем абсолютно автомобилям, вне зависимости от конструкции самой подвески и от того авто спорта, каким вы занимаетесь.

Фото: Тяжелые автомобили, оснащенные
передними и задними крыльями, будут также
иметь более высокую подрессоренную массу.

Подрессоренная масса – это нагрузка на вашу подвеску, которая оказывается деталями, расположенными над колесами. Это нагрузка, опорой для которой служит ваша подвеска в момент нахождения на дороге. Это важно учитывать для оценки необходимой жесткости пружины.

Неподрессоренная масса – это нагрузка на вашу подвеску, которая оказывается колесами и деталями, которые к ним крепятся. Неподрессоренная масса включает в себя вес рычагов управления, шпинделей, ступиц, колес, покрышек и пружин. Неподрессоренная масса имеет большое значение при установке тюнинг-амортизаторов и их настройки клапанной системы.

Фото: Гоночные автомобили, не имеющие
крыльев, оснащены тормозами вне колес,
а результатом легковесности компонентов
подвески становится очень низкая
неподрессоренная масса.

Поскольку увеличение массы приравнивается к увеличению силы инерции, здесь действует первый закон Ньютона (тело сохраняет скорость своего движения неизменной, когда на тело отсутствует воздействие, и тело меняет скорость своего движения, когда на него воздействует некая сила). Если неподрессоренная масса выше требуемой, то при управлении автомобилем возникают сложности, которых не будет, если общий вес компонентов автомобиля будет низким. Поскольку подвеска должна «преодолеть» сопротивление, чтобы начать свое движение, более высокий вес компонентов приведет к отсутствию срабатывания.

Угловая масса – это распределение массы и нагрузки от покрышки к покрышке. Автомобиль с передним расположением двигателя может иметь тенденцию к смещению центра тяжксти ближе к передней части, при заднем расположении двигателя центр тяжести «уходит» ближе к задней части, при центральном расположении двигателя распределение нагрузки становится очень близким к идеальному соотношению 50/50. Угловая масса – это вопрос распределения нагрузки. Угловая «боковая» масса может меняться в зависимости от присутствия или отсутствия пассажиров.

Фото: Автомобиль с задним расположением
двигателя может иметь совершенно иное
распределение угловой массы по сравнению
с автомобилем с центральным расположением
двигателя.

Угловая масса также может меняться в зависимости от динамики. Транспортное средство при ускорении (изменение скорости и/или направления) будет иметь искусственно меняющуюся угловую массу в результате временной перегрузки. С учетом этого, транспортные средства, движение которых происходит только по прямой линии, либо поворот которых осуществляется только в одном направлении, должны оснащаться различными пружинами, в отличие от транспортного средства, управление которого происходит под разным углом движения.

Коэффициент движения (передаточное отношение) говорит о месте расположения пружины относительно внутреннего стержня рычага управления, продольного рычага подвески или оси, на которую она установлена. Чем дальше от стержня установлена пружина, тем меньше передаточное отношение, при котором автомобилю необходимо преодолеть номинальную силу натяжения (жесткость) пружины, чтобы колеса начали свое движение.



И наоборот, пружина, установленная очень близко к внутреннему стержню и далеко от точки приложения нагрузки, будет легче сжиматься. При этом жесткость пружины будет искусственно снижаться. Понимание необходимого значения коэффициента или передаточного отношения для конкретной геометрии вашей подвески играет важную роль при выборе соответствующей пружины.

Угол винтовой пружины требует такого же внимания к коэффициенту движения, как и к производительности пружины при сжатии и разжимании. Проще всего определить эксплуатационные качества пружины в состоянии сжатия. Пружины, установленные под углом, теряют в производительности. Кроме того, в этом случае сложнее определить их эксплуатационные характеристики. Важно отметить, что угол установки пружины не имеет отношение к углу установки пружины относительно земли. Это угол говорит о направлении хода подвески.

Фото: Стойки McPherson редко способны
избежать какого-то
угла амортизатора.

В случае подавляющего большинства стоек McPherson угол установки пружины имеет небольшой наклон во внутреннюю часть узла, но при этом ход колеса является вертикальным. Некоторые системы подвесок имеют ход внутри арок, а их характеристики можно назвать устойчивыми. Конструкция продольного рычага подвески и пластинчатых пружин дают угол наклона, при котором пружина направлена вперед к верхней части узла, поскольку направление хода не всегда идет по прямой линии вверх и вниз.

Ход - это всего-навсего разница между пружиной под нагрузкой и пружиной без нагрузки. Расстояние, которое «проходит» пружина, меняется на протяжении всего хода, и его следует учитывать, когда речь идет о коэффициенте движения и общем ходе колеса. Важно учитывать, что ход колеса не должен вызывать заедание пружины.

Фото: Сочетание «пружина-динамометр»
может использоваться для замеров
различных механических свойств
пружины.

Жесткость пружины – это жесткость, при которой пружина сжимается под нагрузкой. Длина пружины при сжатии может снижаться на один дюйм каждые дополнительные двести фунтов. Это значение является самым распространенным для пружин, и применяется для определения поведения пружины во время ее использования.

Нагрузка на пружину – часто путается с жесткостью пружины. Нагрузка на пружину – это сила, под воздействием которой пружина прогибается.

Предварительная нагрузка – это сжатие пружины, не вызванное естественными условиями работы в результате воздействия массы транспортного средства. Предварительная нагрузка на пружину может применяться с целью изменения высоты дорожного просвета и коэффициентов хода во время толчков / снижения хода.

Линейные уровни жесткости пружины – это номинальные значения, которые не меняются на протяжении всего хода пружины. Поскольку линейные значения требуют применения силы, которая необходима для непрерывного сжатия, пружина сохраняет свои постоянные значения. Благодаря этой предсказуемости, выбор пружины с линейным уровнем жесткости является предпочтительным в случае гоночного автомобиля любого типа.

Фото: Переменная жесткость пружин
меняется на протяжении всего хода самой
пружины.

Переменная жесткость пружины меняется при сжатии хода. Проще говоря, переменная жесткость повышается в зависимости от увеличения прилагаемой силы. Это повышение жесткости подвески, благодаря которой увеличивается ход пружины, необходимо для того, чтобы предотвратить опускание до нижней точки подъема. Но при этом становится намного сложнее выполнять настройку в случае работы с дополнительным демпфером.

Карди (Cardey) из компании Eibach пояснил, что в зависимости от характеристик пружины (переменная или неизменная жесткость) требуется просчитывать расстояние между витками и менять угол наклона витков.


Навыки и цели каждого пилота

Пришло время быть предельно честным с самим собой. Какой у тебя реальный опыт гонок на треке? Каковы твои реальные возможности? Четкое понимание своего опыта в роли пилота прямо сейчас поможет тебе с грамотным выбором соответствующих модификаций подвески, которая поможет тебе достичь максимальной полноты твоего собственного умения и, в конечном счете, повысить уровень твоих навыков в роли пилота. Это вовсе не значит, что начинающий должен менять винтовые пружины с целью получить преимущества по техническим характеристикам. Это значит, что благодаря изменениям, внесенным профессионалом, ты почувствуешь огромную разницу между своим стилем вождения и стилем тех опытных воинов, которые выходят на трек раз в месяц.



Усовершенствования подвески, как в случае начинающего пилота, так и в случае пилота среднего уровня, зачастую вносятся из-за нетерпения и жадности до быстрой езды. При этом понимание важности выбора пружины отсутствует. Чрезмерное опускание, как и подрессоривание автомобиля ради эстетики и хардкора на треке способно вывести пилота на ошибочный и деструктивный путь.

Фото: Гарднер объяснил, как именно
жесткость пружины для автомобилей
с передним приводом может помочь
сделать заднюю жестче ради заносов
на повороте.

Как говорит Гарднер, в большинстве случаев поклонники трека начинают свой путь с серийного автомобиля, в который можно внести свои собственные модификации, где коэффициент движения составляет обычно 1:1, а жесткость пружины – от ста до двухсот фунтов. Можно безопасно повысить жесткость пружины в два или три раза, если речь идет о треке. Но более экстремальные значения жесткости лучше отложить до того момента, когда придет лучшее понимание вопроса.

Чрезмерное опускание может привести к изменениям в геометрии подвески, когда преимущества заниженной центра тяжести теряют вес из-за последствий, к которым приводит более низкий центр крена. По словам Гарднера «центр крена падает в зависимости от понижения центра тяжести, что создает опрокидывающий момент, который никому не нужен».


Испытания и тюнинг

«Я бы установил подвеску помягче, уделив больше внимания крену и углу наклона. Мне бы хотелось, что бы диски с покрышками лучше «вцеплялись» в полотно, но на высоких скоростях становились неустойчивыми, – Леонард Ванг (Leonard Wang), компания Swift Springs»



Испытания и тюнинг имеют огромное значение при подборе пружины, которая должна отвечать как требованиям, так и целям, которые вы преследуете. На треке времени для замены не будет. Отработка стабильного времени прохождения круга – это ваша прямая обязанность перед тем, как полностью погрузиться в эту тему и приступить к замене подвески. Опыт и полное понимание своей платформы – это необходимость, которая поможет вам определить конкретные сильные и слабые стороны своего проекта. Как говорит Гарднер, «нужно быть крайне аккуратным, рассматривая вопрос с разных сторон и пытаясь взять управление в свои собственные руки».

Целевая задача – настроить свой автомобиль. К какой категории принадлежит ваш автомобиль? Это автомобиль для обычных ежедневных поездок или только для трека? Вы планируете участвовать в авто кроссе, в заездах на дорогах или в гонках на овалах? Трезво оценивайте свои пожелания, и тогда конечный результат покупки сделает вас еще счастливее. Предположим, вы планируете участвовать в авто кроссах. Ванг из Swift Springs устанавливал подвески на совершенно разные автомобили, и вот что он говорит: «В этом случае я бы установил подвеску помягче, уделив больше внимания крену и углу наклона. Мне бы хотелось, что бы диски с покрышками лучше «вцеплялись» в полотно, но на высоких скоростях становились неустойчивыми».

«Нужно быть крайне аккуратным, рассматривая вопрос с разных сторон и пытаясь взять управление в свои собственные руки, – Дэн Гарднер (Dan Gardner), компания DG Spec Racing»

Гарднер пояснил, что умение определить разницу между осознанной проблемой с автомобилем и проблемой с техникой вождения является фундаментальным для таких рабочих процессов, как испытание и тюнинг.

Испытание и тюнинг могут принимать различные формы и не должны основываться только на ощущениях пилота. Телеизмерения могут стать невероятно эффективными, камера дает возможность экипажу, механикам и пилоту пересматривать по нескольку раз отснятый материал, определять проблему и принимать необходимые меры для исправления ошибок. Хороший датчик давления воздуха в шинах и пирометр помогут собрать нужные данные по работе покрышек.



В качестве общей проблемой Гарднер перечислил нам концепции, которые он называет «подпрыгиванием, кручением и вымыванием». Первые два феномена – это плавное раскачивание от «носа до хвоста» и «от бока до бока», соответственно. Если вы когда-нибудь видели огромный старый автомобиль, выезжающий из-за угла, как яхта в ветреную погоду, то считайте, что поняли, о чем идет речь.

Вымывание – это разрушения или «скачки» в подвеске, в результате чего пилот лишается возможности контролировать направление. Главный совет Гарднера был таким: найти внешние края, идя слишком мягко или слишком жестко и доверять себе». Постройка подвески, которую можно будет назвать соответствующей – это гарантия доверия к своему стилю вождения в качестве начинающего пилота, благодаря чему любой пилот сможет развивать свои навыки без страха разбиться из-за ошибок, которые он делает. Эта идеология является фундаментом любого совета DG Spec по испытаниям и тюнингу.

«Выбрасывайте свою математику в окно, проводите испытания и занимайтесь тюнингом, Леонард Ванг (Leonard Wang), компания Swift Springs»

- Выбрасывайте свою математику в окно, проводите испытания и занимайтесь тюнингом, - говорит Леонард, подчеркивая важность реального опыта, который превосходит любые расчеты, где чаще всего не учитывается разнообразие существующих факторов, которые влияют на ваш стиль управления.


Перейти на сайт журнала REVVED