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坦克的悬挂系统

第一章 克里斯蒂悬挂系统

相信大家都知道克里斯蒂悬挂是美国人克里斯蒂发明的,克里斯蒂悬挂是一种独立式圆柱螺旋弹簧悬挂系统。那么我们来看看克里斯蒂悬挂是个什么样的东西。

上图就是克里斯蒂悬挂的一个示意图。这个设计同样使用在俄国的BT系列快速坦克上。

克里斯蒂悬挂的是早期的一种独立悬挂系统,大家可从上图看到其悬挂的工作原理,就是将路轮的垂直运动转化成弹簧的伸缩,由此产生的弹性形变提供给车体的支撑力。是一种结构很简单,可靠性很好,而且弹性也很好的悬挂系统。因此通过性很好,适用于一些早期的高速度坦克上,比如BT系列快速坦克,以及著名的T-34坦克等等。

BT系列坦克的悬挂就是上图中的克里斯蒂悬挂,因此构造跟上图都完全一样,所以下面来看看T34上的克里斯蒂悬挂

上面两图就是T34上所使用的克里斯蒂悬挂,大家可看到负重轮连接到摆臂上,而摆臂的支撑点连接到竖直的弹簧上。由弹簧提供对车体的支撑力,这就是T34坦克的悬挂系统。

很明显这种克里斯蒂悬挂方式结构很简单,但是有一个突出的缺点,就是占用车体内部空间太大。下面几张图我们可以看到T34的克里斯蒂悬挂对车内空间的占用情况。

上图是被摧毁的T-34,可以看到几个竖起来的方形盒子,就是T34的克里斯蒂悬挂中的弹簧槽,这几根突兀的弹簧槽破坏了车内空间的工整度,大量占用车内空间的同时也使得车内的整体布局很凌乱。这图直观地显示出克里斯蒂的弊端。

而在另一边的英国,也在自己的巡洋坦克上使用了这种悬挂系统,包括十字军,克伦威尔,彗星等,都使用了这款非常经典的悬挂,但是跟毛子T34和BT系列不同,英国对克里斯蒂悬挂进行了一定的改造,下面我们来看看英国的克里斯蒂悬挂是怎么样的。

上图是克伦威尔上的克里斯蒂悬挂,我们可以看到弹簧的布置与T34的区别。为了更清楚的显示,我们再看看实车

上面两张图是被拆除了侧面保护装甲的克伦威尔车体,我们可以清晰看到克伦威尔上的克里斯蒂悬挂的形状和工作原理。

与T34的不同,克伦威尔上的克里斯蒂悬挂,弹性部件采用倾斜布置,而且弹簧使用拉伸形变来支撑车体而非T34上使用压缩形变来支撑车体。这种倾斜弹簧的布局降低了悬挂所需的高度(起码不像T34那样需要在车内竖几根巨大的弹簧),而且在第一根,第二根和最后一根悬挂上,我们还看到采用了液压减震器(弹簧筒上方那根圆管)这比起毫无减震的T34来说,有了一定的进步。

当然,独立式圆柱螺旋弹簧悬挂系统不仅仅使用在这几款车辆上,在非常多的车辆上,我们都看得到他们的身影,只是我们一般都不将他们归类在克里斯蒂悬挂上而已。

比如T-28采用的烛式悬挂(这个名称大家也可以在坦克世界里看到,T-28的配件中有增强型烛式悬挂装置这个选项)

这种悬挂就是使用一根套筒,套筒中安置弹簧,压杆向上压缩套筒中的弹簧引起弹性形变来支撑车体。每组悬挂固定有两个小直径路轮,路轮摆臂中轴安装在悬挂下方。优点是结构比较简单,缺点是车辆行驶中产生的所有侧向力都作用在这根压杆上,容易造成压杆和套筒的磨损。

丘吉尔上使用的独立螺旋弹簧悬挂

这种悬挂类似于T34上的克里斯蒂悬挂的缩小版,同样是以摆臂压缩垂直弹簧以获得支撑车体的弹性力。在每一侧安装数量较多的这种小型悬挂来支撑车体。优点是结构简单,弹性也不错,个别悬挂即使被击毁也不影响全车机动性(看上图就知道了,缺了那么多组悬挂都不会导致车辆趴下),缺点是行程过短,弹簧容易压缩到底而产生刚性的碰撞

梅卡瓦上使用的独立式垂直弹簧悬挂

梅卡瓦系列都使用这种外置的弹簧悬挂,但梅卡瓦1和2,以及3和4型的布置有所不同& `3 X

梅卡瓦1,2使用的悬挂

其中梅卡瓦1和2所使用的悬挂系统虽然两个为一组,但与平衡式悬挂不同,仅仅是共用一组支撑架而已,弹簧都是独立布置的,因此作动原理与平衡式悬挂不同。

梅卡瓦的悬挂结构是非常简单的,因此也容易在战地直接进行修理和更换,相比T34的克里斯蒂悬挂,这种悬挂系统全部布置在车外,一来不占用车内空间,二来也可以给车辆带来一定程度的额外防护。但缺点跟所有的垂直弹簧独立悬挂一样,行程比扭杆悬挂要短,不过在中东地区,这种缺点也不明显。

还有一个异类,是II号坦克,它的悬挂虽然并非螺旋弹簧,但也是一种独立式的板簧悬挂系统

悬挂通过摆臂的支点,利用杠杆原理向板簧施力,板簧一侧固定,另一侧链接到摆臂上,摆臂运动时,带动板簧一侧,将板簧弯曲,板簧产生弹性形变支撑起车体的重量。

好了,关于克里斯蒂悬挂。包括其他样式的独立式螺旋弹簧悬挂,就说到这里。

第二章 平衡式悬挂

平衡式悬挂广泛运用于2~30年代到二战期间,包括非常著名的维克斯6吨(包括T-26),瓦伦丁,玛蒂尔达以及谢尔曼,IV号,乃至战后的百夫长以及酋长,都在使用平衡式悬挂

平衡式悬挂是一种非独立式悬挂,他的原理是多个负重轮使用同一组支撑架以及弹性部件,然后每侧安装一组到多组这样的悬挂组件。

平衡式悬挂以多组轮子和一个共用的支撑架以及弹性部件为特点,根据不同的战车设计,有使用双轮组(谢尔曼),三轮组(瓦伦丁),四轮组(维克斯,玛蒂尔达)等等。

下面我们先看看著名的维克斯悬挂

上图中可以看到维克斯悬挂的外形,我们来看看他是怎么工作的,.

首先圆圈中是主轴,整个悬挂组件通过这根主轴连接到车体上。主轴上安装有一个基座,可以绕主轴转动,基座后部安装一组叶片弹簧。

在基座前端,和叶片弹簧后端,分别固定一个转轴,转轴上安装有轮架,每个轮架固定两个小直径负重轮,这样就构成了维克斯平衡悬挂

工作原理是这样的,由于两组小直径的负重轮共用一组弹簧,因此当某一组负重轮遇到障碍物向上抬起时,就以另外一组负重轮为支点压弯叶片弹簧组,产生弹性力,形成对车体的支撑。

下面看看苏联的T-26M的悬挂工作情况:

虽然与标准的维克斯悬挂有所不同,但一样都是平衡式悬挂。我们可看到末端轮架其实是自由摆动的,并无弹簧支撑,这可让战车的轮子更好地附着地面,而当轮组中的某一组轮子遭遇障碍物之时,共用的弹簧会给予另外一组轮子更强的弹性力(因为弹簧被加以压缩了)用以支撑车体,因此这就是平衡式悬挂的优点:行驶平稳。

下面我们看看其他使用平衡式悬挂的车辆。

首先看看采用四轮组平衡式悬挂的35(t)"

相比维克斯悬挂,35(t)采用的悬挂在外观看起来更为工整,整个组件由中间的主支撑架,双联叶片弹簧组,以及前后摆臂和轮架构成。相信大家可以从上图看清35(t)的悬挂工作原理。

下面看看35(t)的悬挂工作情况,看下图:

接下来是玛蒂尔达,玛蒂尔达有1型和2型。先看看1型

这组悬挂也非常简单,连摆臂都不用,前后两个双轮托架直接通过两组叶片弹簧链接到主支撑架上。

下面看看玛蒂尔达2型,因为玛女王经常以长裙示人,悬挂自然也是被包裹在长裙底下,所以只好找个模型图片

上图可以看到玛蒂尔达2的中央悬挂系统(玛蒂尔达由于负重轮很多,采取最前一对独立悬挂,中间两对4轮组平衡悬挂和后面一对双轮组平衡悬挂构成,见下图……)

玛蒂尔达2的悬挂类似于35(t)型,只是将主弹簧由叶片弹簧组改成了螺旋弹簧而已。

看完了构造看起来很复杂,但原理很简单的4轮组平衡悬挂,我们再来看看三轮组的,也就是瓦伦丁这个奇葩

上图是瓦伦丁的悬挂组件示意图,其实原理与上面所说的四轮组是一样的,只是前一个摆臂使用单轮,后一个摆臂安装了一个双轮的自由轮架,安装完成的样子如下图,瓦伦丁每边使用两组这样的悬挂

奇葩说完了,下边看看最常见的双轮组平衡悬挂,首先看看经典的谢尔曼。

谢尔曼有两种构造的平衡悬挂,分别是垂直弹簧平衡悬挂(VVSS)以及水平弹簧平衡悬挂(HVSS)。

先看看VVSS:

上图就是VVSS的外观,可以看到中间的支撑架以及两边的摆臂。上边是拖带轮和履带支撑架。那么他的弹簧在哪里呢?我们再看看下图

从车体向外看,我们可以看到一个涡卷弹簧,这就是M4的弹性部件。每一组VVSS组件使用前后两个一组涡卷弹簧。由于弹簧垂直布置,故名垂直弹簧平衡式悬挂(Vertical Volute Spring Suspension)。

早期的M4由于重心过高,履带又过窄,所以经常在机动时翻车,因此在后期,美军采用了水平弹簧平衡式悬挂系统(Horizontal Volute Spring Suspension),我们看看图

相比弹簧内藏的VVSS,HVSS可以看到明显的水平布置的涡卷弹簧。而轮架也改到中间,以适应双缘负重轮的设计。这种布局增加了履带的宽度,让使用HVSS的M4更稳,通过性更好。

下面再看看几张图

然后我们再看看谢尔曼宿命中的对手IV号

先看看实物

其中上面是一个支撑架,这个支撑架通过螺钉直接固定到车体上,下面是前后两个摆臂,这两个摆臂通过各自的轴固定到支撑架上,下方是一组叶片弹簧,接触地面时两组摆臂向上摆,弯曲下方的叶片弹簧 以产生弹性形变,获得弹性力以支撑车体。IV号每边使用4组这样的悬挂

下面再看看模型,就可看出IV号悬挂的工作原理了。

而德军的另一台著名的战车38(t)也使用了板簧式平衡悬挂

38(t)的悬挂由一组月牙型叶片弹簧,以及两个摆臂组成。

上面三图可以明显看到38(t)采用的悬挂原理(车辆是追猎者,但悬挂与38(t)一样)。

再来一幅38(t)本尊的

在二战以后,英国的百夫长,酋长以及征服者坦克都使用了类似HVSS的平衡式悬挂,经过上面的说明,相信大家也知道平衡式悬挂的工作原理,所以下面就不细讲了,直接上图,大家可以分析一下。

上图是百夫长的悬挂

上图是征服者的悬挂

好了,这一章就先讲到这里。

第三章 扭杆悬挂

扭杆式相信大家都不陌生,因为实在是太多经典坦克使用这款悬挂了,远到二战之前研发的III号,二战中大名鼎鼎的虎式,豹式,虎王,斯大锤的KV系列,JS系列,美帝的潘兴,巴顿系列,到战后的常青树T55,以至于整个T系列,到当代最先进的豹II,M1,解放军的99式都在使用扭杆悬挂。就算使用液气主动悬挂的日本90式,其中间两对轮子也是使用扭杆悬挂的(前面和后面两对是液气悬挂)。

那么扭杆悬挂的原理是什么呢?下面直观地说明一下,拧毛巾相信大家都拧过,用双手将毛巾两头抓住,然后双手反方向扭动,毛巾里的水就会被拧出来。当然这里不是讨论毛巾的干湿问题,而是拧毛巾以后的感觉,你将毛巾拧紧以后,手有木有感觉到毛巾有一股反作用力?这个反作用力就是毛巾被扭转以后产生的弹性力。

扭杆的原理正与拧毛巾类似,扭杆就是你手中的这一条毛巾。下面我们看看扭杆具体是长啥样的。

上图就是一个扭杆的模型示意图,其中灰色的是扭杆的固定端,也就是车体,红色的圆柱形就是扭杆,绿色的长方体就是轮子的摆臂,下面看看扭杆工作时的状态

上图,摆臂运动,将扭杆扭转,扭杆产生弹性力,而在安装扭杆的坦克上,此弹性力就是支撑车体的力量。

扭杆悬挂通常布置是这样的(图示为T55的扭杆悬挂系统)

扭杆一侧安装在车体侧壁上,另外一侧通过车体的孔洞穿出,连接到摆臂上,轮子上的重量载荷通过摆臂使扭杆产生扭转,获得的弹性力用于支撑车体。这就是扭杆悬挂的原理,非常简单,而且占用空间也非常少(只需要车底部分的空间就可以了。)

扭杆悬挂的特点就是动行程很大,理论上行程总长是可以接近两倍摆臂的长度的(从摆臂向下无限接近竖直,可以一直扭转到摆臂向上无限接近竖直),完全不存在其他悬挂需要考虑弹簧的长度等问题。另外结构不算很复杂,占用车体空间很少(扭杆平铺在车体底部),弹性和可靠性都非常好,因此逐渐被大量战车使用,包括先进三代坦克。

扭杆也有缺点,因为扭杆是横穿车体的,所以战地维修不便,不能像平衡式悬挂一样,直接用千斤顶顶起,整组悬挂卸下更换,一般需要到达比较正规的维修厂中才能修理。也易受地雷威胁(M1的前后扭杆就安装在装甲套筒内,避免受到地雷攻击)。但相比巨大的优势,这点缺点都是可以忍受的。

下面看看实车上的扭杆具体长啥样:

图中工人所拿的这根灰色的物体就是扭杆,而前后的就是摆臂,此照片是英国缴获自北非的131号早期虎在全面整修的时候所拍。

下面再看一张

上图为当年亨舍尔工厂生产虎式时留存的照片,其中左侧工人正在安装的也是虎式的扭杆。大家可以对比下上上图,看看虎式左右侧的摆臂朝向(上上图车首在图片左侧,上图车首在图片右侧),这个下面会提到。

然后我们再看看扭杆悬挂在车体里的布置情况。

上图是黑豹的车体,去掉炮塔后从座圈处看到的内部结构,可以看到中间的变速箱传动轴(导致车体变高的元凶),下方的两组蓄电池,以及本文的主角,位于底部,横穿车体的扭杆

再看看现代坦克的"

上图是M1的车体,去掉炮塔后从座圈处看到的内部结构,大家也可以清楚看到中间横穿车体的扭杆

上面多次提到扭杆“横穿车体”,所以下面就要讨论下使用扭杆的车辆外部特征。

对,使用扭杆的战车外部特征表现为左右侧负重轮一般不对称。

原因很简单,因为扭杆要横穿车体,左侧使用的扭杆需要穿过整个车体固定在右侧装甲板上,右侧使用的扭杆需要穿过整个车体固定在左侧装甲板上,于是左右的扭杆就必须错开布置,这也就导致了使用扭杆悬挂的车辆,左右的负重轮均要错开一定的距离,以便布置这些“横穿车体”的扭杆

下图是豹2坦克,从前方履带的倾斜角度可以清楚看到左右的路轮错开的情况。

我们看看豹2的三视图

可发现豹2坦克的右侧所有负重轮均比左侧靠前,距离就是一根扭杆的直径。

豹2的悬挂系统示意图

下面再看看M1艾布拉姆斯

可见左右轮组也是不对称的,与豹2相反,M1的右侧所有负重轮均比左侧靠后,距离也是一根扭杆的直径

看看M1的三视图

上图也显示M1的扭杆和轮子的布置情况。:

而同样使用扭杆的III号,KV等坦克也是有同样的情况。

III号

III号的底盘示意图(模型)

III号侧视图

以上图片均显示III号坦克的左右负重轮和扭杆布置情况,右侧轮组比左侧轮组靠前一根扭杆的距离。

KV1

(上图有些神奇,是使用T-34 mod 1940的 L11型76mm炮)

KV五视图

KV左侧轮组比右侧靠前错开一个扭杆的距离。

当然,也有例外,这个例外毫无例外就是我们可爱古板的德国人,上面二姐埋了个伏笔,让大家查看虎式左右摆臂的朝向问题,这里就要说明一下虎I式,黑豹式和虎王式这几种猫猫战车的设计。

重新拿出这两张图

从上面两图可以看出,虽然外边采用了多重重叠负重轮设计,虎式依旧跟III号,KV一样使用扭杆悬挂。但是虎式的左右路轮却是对称的,为什么呢?上图就给出了解释,虎式,黑豹和虎王三种坦克,左右摆臂是反向布置的,左侧摆臂朝前,右侧摆臂朝后,运用这种方法错开扭杆,但路轮依旧能保持左右对称……

上图显示虎1的底盘以及悬挂设置,箭头是二姐自己画的,这张图是虎式的底盘顶视图,红色代表上方,也就是车体右边悬挂扭杆,绿色代表下方,也就是车体左边悬挂扭杆,箭头位置是该条扭杆固定到车体上的位置,大家可看到虎式的扭杆是如何布置的,并且也能看到左右侧的摆臂反向布置的设计(上方也就是右侧的摆臂全部向后,下方,也就是左侧的摆臂全部向前,因此所有轮子依旧保持左右对称)

下面再看看黑豹的悬挂

上图是黑豹左侧摆臂布置,可看到全部朝前(右侧则全部朝后)

摆臂和轮轴特写

上面三突是去掉了扭杆以后的车体内部,大家可以看到扭杆的固定座,穿入车体时的套筒,但黑豹和虎式的悬挂有一定不同,与虎式的单扭杆悬挂不同,黑豹使用双扭杆悬挂,每一根摆臂连接到两根扭杆上,大家从上图也可以看到,左侧的那个扭杆穿入车体的套筒是有两个孔洞的,下图将可以看清黑豹的双扭杆悬挂布置。

由于实车设备过多,不易看清双扭杆的设置,所以采用上面两张模型的图片,大家可以跟下图实车图片对比一下,了解一下双扭杆的具体情况。

虎王的底盘照片因为二姐木有找到,所以在此略过,但虎王跟黑豹一样使用双扭杆设计。

最后再简要说说扭杆悬挂除了扭杆以外的一些设备。首先是限位器

上文提到由于扭杆的行程非常大,所以实际使用中为了避免损坏扭杆或者损坏车体,会在摆臂的活动范围内增设限位器,避免扭杆过度压缩,或者车体坐地。

下图可看到III号的限位器,箭头所示就是限位器:

下图是KV1的限位器

另外,使用扭杆悬挂的车辆,通常在第一组和最后一组(有时候是第一第二组,以及最后一组,或者是最前和最后的两组)扭杆上安装减震器。下面还是以III号为例子,箭头所示的两个竖直的圆柱就是减震器:

下面看看豹2的减震器(最后两对轮子上方斜向布置的圆柱体物体)由于豹2美眉总是穿着裙子,减震器一般不露面,所以用模型示意一下。

好了,关于扭杆就谈到这里了。

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