Обеспечивая упругую связь между колесами и несущим кузовом автомобиля, передачу всех сил и моментов, действующих между колесами и кузовом, передняя подвеска автомобиля уменьшает динамические нагрузки, передающиеся автомобилю при движении по неровным дорогам, а также гасит колебания кузова. В конструкции подвески применяют различные упругие элементы: рессоры, пружины, торсионы, резиновые элементы и др.
Подвески бывают зависимой конструкции, когда перемещение одного колеса вызывает кинематически определенное перемещение другого, и независимой, когда перемещения колес кинематически не связаны. Независимая подвеска передних колес характеризуется тем, что при ней оба передних колеса с помощью рычагов на пружинах подвешены независимо одно от другого к подрамнику несущего кузова или к раме автомобиля. Таким образом, толчки, получаемые одним колесом от неровностей дороги, не передаются на другое колесо. Применение независимой подвески обеспечивает снижение массы неподрессорных частей благодаря отсутствию балки передней оси, предотвращение синхронных колебаний передних колес, уменьшение крена кузова при наезде колеса на препятствие и опасности бокового заноса.
Из существующих разновидностей конструкций независимых подвесок наибольшее распространение получила рычажно-пружинная с поперечным качанием рычагов, обеспечивающая плавность и мягкость хода, в частности, на автомобиле ГАЗ-3102 «Волга».
Спиральная пружина, являющая упругим элементом подвески, опирается на нижние рычаги 23 (рис. 71), которые с помощью шарниров связаны поперечиной. Верхней опорой пружины служит штампованная головка поперечины. Между пружиной и головкой размещена прокладка 9 с отбортовкой. Внутри пружины установлен телескопический амортизатор 10. Шток амортизатора верхним концом крепится через резиновые подушки 12 к кронштейну, жестко закрепленному вместе с осью верхних рычагов на поперечине. Внизу в проушину амортизатора запрессован резиновый шарнир, ось которого закреплена двумя болтами к опорной чашке 24 пружины.
Рис. 71. Передняя подвеска автомобиля ГАЗ-3102: 1 — игольчатый подшипник, 2 — шкворень, 3 — стопорный штифт, 4, 26 — верхний и нижний шарниры стойки, 5 — стойка, 6, 23 — верхние и нижние рычаги, 7 — буфер хода отдачи, 8 — пружина, 9 — прокладка пружины, 10 — амортизатор, 11 — кожух амортизатора, 12 — подушка верхнего крепления амортизатора, 13 — ось верхних рычагов, 14 — регулировочные прокладки, 15 — планка крепления оси верхних рычагов, 16, 17 — болты, 18 — планка крепления подвески, 19 — продольная балка рамы, 20 — лонжерон рамы, 21 — втулка верхнего рычага, 22 — поперечина, 24 — опорная чашка пружины, 25 — буфер хода сжатия.
Верхние и нижние рычаги подвески соединены между собой стойкой 5, к которой с помощью шкворня 2 крепится поворотная цапфа. Стойка связана с верхними и нижними рычагами пальцами с резиновыми втулками. При наезде переднего колеса на препятствие нижний рычаг поднимается и сжимает пружину, воспринимающую часть массы автомобиля, приходящуюся на колесо.
При независимой передней подвеске устанавливают торсионный стабилизатор поперечной устойчивости. Если при боковом крене кузова увеличивается нагрузка на одну сторону подвески, стержень стабилизатора, работая на скручивание, стремится выровнять положение кузова.
Независимые рычажно-пружинные подвески некоторых моделей автомобилей («Москвич», ВАЗ) выполняются бесшкворневыми (рис. 72). К преимуществам такой подвески следует отнести простоту конструкции, наличие сравнительно небольшого числа деталей, меньшую (по сравнению со шкворневой подвеской) массу неподрессоренных частей и минимальное число точек смазки.
Рис. 72. Передняя подвеска автомобиля ВАЗ-2105: 1 — подшипники ступицы колеса, 2 — колпачок, 3 — регулировочная гайка, 4 — ось поворотной цапфы, 5 — ступица, 6 — сальник, 7 — тормозной диск, 8 — верхний рычаг, 9 — верхняя шаровая опора, 10 — буфер хода сжатия, 11 — опорный стакан, 12 — резиновые подушки, 13 — верхняя опорная чашка пружины, 14 — ось верхнего рычага, 15 — регулировочная шайба, 16 — кронштейн крепления штанги стабилизатора поперечной устойчивости, 17 — резиновая втулка, 18 — штанга стабилизатора, 19 — лонжерон кузова, 20 — ось нижнего рычага, 21 — нижний рычаг, 22 — пружина подвески, 23 — обойма, 24 — амортизатор, 25 — кронштейн крепления амортизатора, 26 — нижняя опорная чашка, 27 — корпус нижней шаровой опоры, 28 — центрифующая шпилька.
На переднеприводных моделях автомобилей применена независимая передняя подвеска типа «макферсон» с качающейся телескопической амортизаторной стойкой. Подобная передняя подвеска автомобиля АЗЛК-2141 (рис. 73) выполнена с отрицательным плечом обкатки колеса, характеризующимся размером между пересечением оси поворота переднего колеса и его центральной плоскости в наружной половине пятна контакта шины с дорогой. Конструкция подвески с отрицательным плечом обкатки колеса повышает активную безопасность при неодинаковых тормозных силах.
Рис. 73. Передняя подвеска автомобиля АЗЛК-2141: 1 — телескопическая стойка амортизатора, 2 — поворотный рычаг, 3 и 8 — нижняя и верхняя опорные чашки пружины, 4 — пружина, 5 — защитный чехол телескопической стойки, 6 — шток телескопической стойки, 7 — буфер сжатия, 9 — верхняя опора стойки, 10 — подшипник телескопической стойки, 11 — нижний болт крепления телескопической стойки к поворотному кулаку, 12 — поворотный кулак, 13 — тормозной диск, 14 — ступица переднего колеса, 15 — защитный кожух, 16 — защитный чехол шарового шарнира, 17 — шаровой шарнир, 18 — рычаг передней подвески, 19 — чашка шарнира стабилизатора, 20 — регулировочная шайба, 21 — резинометаллический шарнир штанги стабилизатора, 22 — защитный чехол наружного шарнира вала привода, 23 — штанга стабилизатора поперечной устойчивости, 24 — резинометаллический шарнир рычага передней подвески, 25 — защитный чехол внутреннего шарнира вала привода, 26 — вал привода переднего колеса, 27 — ползун регулировки развала колеса, 28 — гайка.
Основным узлом подвески является телескопическая амортизаторная стойка 1, выполняющая функцию направляющего механизма. Нижняя часть стойки соединена с поворотным кулаком 12. На резьбовом стержне нижнего болта размещен регулировочный ползун 27. Телескопическая стойка содержит цилиндрическую пружину 4, опирающуюся на верхнюю 8 и нижнюю 3 опорные чашки, а также резиновые буферы сжатия 7, верхнюю опору 9 с подшипником 10 и поворотный рычаг 2 рулевой трапеции. Чашка 3 приварена к резервуару амортизационной стойки, в нее же встроен буфер хода отбоя передней подвески.
Упорный подшипник 10 — размещенный между верхней чашкой 8 и обоймой опоры стойки, обеспечивает поворачиваемость колес с незначительным трением.
Нижняя часть поворотного кулака 12 и рычаг 18 подвески соединены между собой шаровым шарниром 17. Тормозные и тяговые усилия воспринимаются продольными ветвями штанги 23 стабилизатора, посредством резиновых элементов шарнира 21 и скобы стабилизатора передаются на кузов автомобиля. В месте соединения концов стабилизатора с рычагами подвески размещены шайбы 20, регулирующие угол продольного наклона оси поворота передних колес. В поворотном кулаке передней подвески установлен с натягом двухрядный радикальный упорный шарикоподшипник.
Передние колеса автомобиля должны иметь определенные углы установки для облегчения управления, сохранности шин и уменьшения износа передней подвески благодаря снижению действующих на них динамических нагрузок. Важным фактором повышения устойчивости автомобиля является стабилизация управляемых колес, т. е. стремление их вернуться после поворота в положение, соответствующее прямолинейному движению автомобиля. Установка передних колес определяется углами развала, продольного и поперечного наклонов стойки, а также величиной схождения колес (рис. 74).
Рис. 74. Схема углов установки передних колес в трех положениях — сбоку (а), спереди (б), сверху (в): 1 — вертикаль, 2 — плоскость вращения колес, 3 — ось поворота стойки подвески; α — угол развала колес, β — угол поперечного наклона оси стойки подвески, γ — угол продольного наклона оси стойки подвески, А и В — величины схождения колес.
Угол развала α — это угол между вертикальной плоскостью и плоскостью переднего колеса, наклоненного в наружную сторону. Он необходим для того, чтобы при движении автомобиля колесо занимало вертикальное положение, которое может быть нарушено вследствие прогиба передней оси и наличия зазоров в подшипниках и втулках шкворней. Силы, действующие на колесо при положительном угле развала, позволяют выбрать эти зазоры и занять колесу вертикальное положение.
Угол поперечного наклона стойки β измеряется между вертикалью и осью стойки, верхняя часть которой отклонена внутрь. Этот угол содействует улучшению стабилизации передних колес автомобиля, особенно при небольших скоростях движения. Благодаря поперечному наклону при повороте автомобиля происходит небольшой подъем его передней части. Масса поднятой части автомобиля стремится вернуть колесо после поворота в положение, соответствующее прямолинейному движению.
Угол продольного наклона оси стойки γ измеряется между вертикалью и осью стойки, верхняя часть которой наклонена назад. При положительном угле продольного наклона стойки точка пересечения ее оси с дорогой лежит впереди точки касания колеса с дорогой. Благодаря этому при повороте колеса появляется стабилизирующий момент, стремящийся возвратить колесо в плоскость его качения, особенно заметный при средних и повышенных скоростях движения. Тем самым управление автомобилем значительно облегчается.
Схождение колес — это такое положение, при котором расстояние между их ободами впереди меньше, чем сзади (положительное отклонение). Схождение колес необходимо для того, чтобы обеспечить их параллельное качение без бокового проскальзывания, так как сила сопротивления качению, возникшая при движении автомобиля, стремится повернуть колеса наружу. Величина схождения колес определяется как разность расстояний А—В между ободами колес (или шинами) сзади и спереди и регулируется путем изменения длин рулевых тяг.