Zawieszenie kół

Zawieszenie kół

Stosowanie skomplikowanych zawieszeń wynika z tego, że poruszający się pojazd poddawany jest działaniu

różnego rodzaju sił, np.:

 masowych (czyli związanych z ciążeniem i bezwładnością jego masy własnej oraz przewożonych ładunków),

 napędowych,

 hamowania,

 bocznych (wynikających z krzywoliniowego toru jazdy),

 podlega wstrząsom spowodowanym nierównościami nawierzchni.

Gdyby konstrukcja pojazdu nie zawierała żadnych elementów sprężystych oraz absorbujących energię drgań, komfort jazdy przewożonych osób, bezpieczeństwo ładunków oraz

stateczność pojazdu byłyby niezmiernie niskie.

Zapewnienie odpowiedniej sztywności, czyli odporności Na trwałe odkształcenia, wymagałaby stosowania bardzo dużych i ciężkich elementów konstrukcyjnych.

Koła lub osie pojazdów samochodowych nie są przytwierdzone sztywno, lecz za pośrednictwem tzw.

zawieszenia elastycznego, czyli zespołu współdziałających ze sobą:

 elementów sprężystych,

 wahaczy,

 drążków,

 amortyzatorów,

 innych elementów składowych,

z których każdy spełnia ściśle określone zadania.

Mechanizm pracy zawieszenia polega na tym. że najechanie koła pojazdu na nierówność nawierzchni powoduje ugięcie elementów sprężystych zawieszenia, w wyniku czego akumulowana jest w nich energia, rozładowująca się następnie w postaci drgań mas resorowanych. Amplituda i częstotliwość tych drgań zależą od sztywności i konstrukcji zawieszenia.

Układ zawieszenia

Zawieszenie pojazdu to układ elementów łączących koła jezdne lub osie z ramą lub bezpośrednio z nadwoziem. Spełnia ono następujące zadania:

 tłumi drgania powstające podczas jazdy po nierównościach drogi i przekazywane na nadwozie pojazdu,

 ogranicza dynamiczne obciążenie kół,

 zapewnia właściwą kierowalność i stateczność ruchu pojazdu,

 zwiększa komfort jazdy oraz ochrania przewożony

ładunek przed wstrząsami.

 przenosi na nadwozie pojazdu siły i momenty powstające między nawierzchnią drogi i kołami pojazdu,

 umożliwia odpowiednie mocowanie układu jezdnego, zapewniające właściwą geometrię kół i osi pojazdu,

 zwiększa trwałość innych elementów,

zabezpieczając je przed drganiami.

Elementy wchodzące w skład zawieszenia pojazdu:

 elementy sprężyste (np. sprężyny śrubowe, resory)

 elementy tłumiące (np. amortyzatory)

 elementy prowadzące (np. wahacze)

Rodzaje zawieszeń pojazdów

 zależne,

 niezależne,

 półzależne,

Ze względu na rodzaj zastosowanych elementów sprężystych rozróżnia się zawieszenia z elementami:

 stalowymi (np. sprężyny śrubowe, resory piórowe, drążki skrętne),

 gumowymi i z tworzyw sztucznych (np. resory z włókien węglowych),

 hydroelastycznymi

sprężyste gumy oraz tłumiące cieczy),

 pneumatycznymi (miechy powietrzne),

 hydropneumatycznymi (wykorzystującymi właściwości sprężyste gazu i tłumiące cieczy),

 elektromagnetycznymi (

Zawieszenie niezależne.

Wahacze o różnej konstrukcji łączą każde koło oddzielnie z ramą (nadwozie, belka osi).

Wahacz i dźwignia wykute są ze stali, odlane z aluminium lub wytłoczone z blachy stalowej. Przenoszą one siły poziome.

W zależności od konstrukcji, stosowane są wahacze proste trójkątne lub ich modyfikacje

Ich zalety i wady:

 nierówności jezdni działają prawie wyłącznie na dane koło i tam mogą być kompensowane.(+)

 nieresorowane masy są małe, ponieważ belka osi jest na stałe połączona z nadwoziem.(+)

 zmiany geometrii układu jezdnego (ustawienie kół przy ugięciu elementu sprężystego (dobiciu) przez ładunek lub siły masy mogą poprawić właściwości jezdne.(+)

 skomplikowana konstrukcja.(-)

Niezależne zawieszenie koła typu McPersona

Poprzeczny wahacz trójkątny

Z punktu widzenia teorii drgań pojazd jest układem masowo - sprężystym, w którym różnego rodzaju wymuszenia (działające chwilowo lub przez pewien czas) wywołują drgania wokół położenia równowagi statycznej. Drgania masy pojazdu można rozłożyć na sześć ruchów składowych: przesunięcia wzdłuż osi x, y, z oraz obroty wokół tych trzech osi. Tych sześć składowych ruchów, jakie może wykonywać każda masa, nazywamy sześcioma stopniami swobody.

Masy resorowano

Sztywność zawieszenia Masa nieresorowana Sztywność ogumienia

Masy resorowano

Sztywność zawieszenia Masa nieresorowana Sztywność ogumienia

Podczas badania zawieszenia pojazdu nie wszystkie jego drgania interesują nas w równym stopniu.

Najistotniejszy dla oceny zawieszenia jest ruch pionowy masy uresorowanej (w kierunku osi z) oraz jej obrót wokół osi y (kołysanie podłużne).

Ruch pionowy (w kierunku osi z) można analizować

posługując się modelem uproszczonym o jednym stopniu swobody.

Model taki składa się z masy m

równej masie samochodu i sprężyny, której sztywność c jest równa

sztywności całego zawieszenia (wraz ze sztywnością opon).

Jeżeli wymuszenie drgań jest jednorazowe, to wywołuje drgania własne układu o częstotliwości

c – sztywność sprężyny, m – masa samochodu,

f_st – statyczne ugięcie sprężyny

Zależność między częstotliwością drgań własnych a statyczną strzałką ugięcia resorów

Sprężyste elementy zawieszeń

Elementami sprężystymi współczesnych zawieszeń pojazdów drogowych mogą być:

 resory piórowe,

 sprężyny zwijane,

 drążki skrętne,

 sprężyny gumowe lub plastikowe,

 sprężyny pneumatyczne.

Elementy sprężyste

W zawieszeniach samochodów są stosowane elementy sprężyste metalowe, gumowe i pneumatyczne.

W niektórych samochodach stosuje się elementy resorujące hydropneumatyczne oraz tzw.

hydroelastyczne, w których ciecz współpracuje

z gumą.

Metalowe elementy sprężyste

Do metalowych elementów sprężystych

zaliczamy resory piórowe, sprężyny śrubowe i

drążki skrętne.

1. Zawieszenie z zastosowaniem resorów piórowych

Jest to zawieszenie stosowane zarówno w samochodach osobowych jak i ciężarowych.

W samochodach osobowych stosowane jest jako zawieszenie w postaci resorów tylnych podłużnych oraz w niektórych przypadkach stosowano resorowanie przednie poprzeczne.

Na rysunku przedstawiono typowy przykład resoru tylnego podłużnego zastosowanego w samochodzie

Resor piórowy ma postać sprężyny wielopłytkowej utworzonej z płaskowników stalowych, zwanych piórami.

Najczęściej są stosowane resory półeliptyczne, umieszczone równolegle do podłużnej osi samochodu, zamocowane przegubowo obydwoma końcami do ramy lub nadwozia oraz podparte w środku osią nośną lub pochwą mostu napędowego.

Taki sposób resorowania jest stosowany powszechnie w zawieszeniach zależnych. W zawieszeniach niezależnych także spotyka się czasem resory piórowe, ale są zwykle umieszczone poprzecznie do kierunku jazdy; w środku mocowane do nadwozia lub ramy, a końcami do związanych z kołami elementów niezależnego zawieszenia.

Pióra resoru wykonuje się ze stali sprężynowej, niestopowej lub niskostopowej oraz poddaje obróbce cieplnej i niekiedy kulowaniu (w celu zwiększenia wytrzymałości). Poszczególne pióra resoru są wygięte, przy czym promień ich krzywizny jest tym mniejszy, im krótsze jest pióro. Dzięki temu po złożeniu uzyskuje się napięcie wstępne piór, zabezpieczające przed odstawaniem ich końców przy uginaniu resoru.

Pióra ściąga się śrubą przechodzącą przez ich środki

i zabezpiecza przed przesuwaniem się w bok

specjalnymi opaskami stalowymi.

Elementy sprężyste – sprężyny śrubowe

1. Połączenia podatne

2. Charakterystyka sprężyn

3. Klasyfikacja sprężyn

• Klasyfikacja sprężyn

Sprężyny są klasyfikowane w zależności od rodzaju obciążenia, kształtu, kierunku zwojów, kształtu przekroju drutu, charakteru pracy, stanu płaszczyzn oporowych itd.

Zależnie od rodzaju obciążenia rozróżnia się sprężyny:

 ściskane (naciskowe), tj. poddane osiowemu obciążeniu ściskającemu,

 rozciągane (naciągowe), tj. rozciągane siłą osiową,

 zginane (obciążone momentem zginającym),

 skręcane (skrętne, skrętowe) — poddane działaniu momentu skręcającego

Ze względu na kształt sprężyny dzieli się na:

 śrubowe walcowe, tj. zwinięte wzdłuż linii śrubowej pobocznicy walca,

 śrubowe stożkowe, tj. zwinięte wzdłuż linii śrubowej powierzchni bocznej stożka,

 płaskie (prętowe),

 spiralne (taśmowe),

 talerzowe (krążkowe),

 pierścieniowe .

Z punktu widzenia charakteru pracy sprężyny dzieli się na:

 pracujące pod obciążeniem statycznym, np. ściśnięte do określonej wysokości, a więc pracujące pod określonym stałym obciążeniem,

 pracujące pod obciążeniem dynamicznym o dużej liczbie cykli, ale bez uderzeń, np. sprężyny zaworowe,

 pracujące pod obciążeniem dynamicznym mającym charakter uderzeń, np. sprężyny zderzakowe.

Sprężyny zwijane (śrubowe) to elementy sprężyste, powstałe w wyniku zwinięcia pręta ze stali sprężynowej wokół formy o kształcie walca, stożka lub beczki. Mogą one mieć charakterystykę:

• liniową, jeżeli stosunek przyrostu obciążenia do

ugięcia sprężyny jest wielkością stałą;

• progresywną, jeżeli w miarę wzrostu obciążenia maleją ugięcia, a więc rośnie sztywność

sprężyny;

• degresywną, jeżeli wzrost obciążenia powoduje

zmniejszenie sztywności i większe ugięcie.

Cylindryczne sprężyny śrubowe o stałym skoku mają niezmienną sztywność. Charakterystykę progresywną sprężyn można uzyskać przez:

• zmienną średnicę poszczególnych zwojów (np. sprężyny stożkowe, dwustożkowe lub w kształcie baryłki);

• nawijanie ze zmiennym skokiem;

• stosowanie drutu o zmiennej średnicy przekroju;

• stosowanie dodatkowej sprężyny śrubowej,

obciążanej dopiero przy pewnym ugięciu

głównej sprężyny.

Drążki skrętne

to elementy sprężyste w postaci pręta, rury lub wiązki płaskowników, których jeden koniec jest unieruchomiony w ramie lub w elementach nośnych nadwozia, a drugi — stanowiący oś obrotu wahacza — wykonuje ruchy skrętne. Ruchy pionowe koła powodują przemieszczenia kątowe wahacza i skręcenia drążka.

Drążki skrętne mogą przenosić moment skręcający, a ich sztywność określa się jako stosunek przyłożonego momentu skręcającego M do wywołanego nim kąta skręcenia drążka

Drążki skrętne

Stosowane w samochodach i przyczepach mogą być sytuowane poprzecznie lub wzdłużnie w stosunku do osi symetrii pojazdu.

Drążki skrętne (z tyłu) i stabilizator (z przodu) zastosowane jako resorowanie przedniej osi

Tylna, zespolona oś skrętna z dwoma drążkami skrętnymi po każdej stronie. Profil V poprzeczki powoduje przy jednostronnym obciążeniu jej

skręcanie i pełni rolę stabilizatora

Gumowe elementy sprężyste

Gumowe elementy sprężyste są stosowane

w zawieszeniach samochodów jako pomocnicze,

a niekiedy także jako główne elementy

resorujące. Dzięki własnościom gumy elementy

te wykazują wiele zalet w porównaniu ze

stalowymi elementami sprężystymi.

do zalet gumy należy:

 duża zdolność pochłaniania energii (tłumienie),

 mały ciężar właściwy,

 duża podatność,

 odporność na korozję,

 własności wibroizolacyjne,

 elementy gumowe nie wymagają żadnej obsługi

 łatwość formowania elementów o skomplikowanych kształtach, dzięki czemu w prosty sposób można

uzyskać pożądaną progresję charakterystyki sprężystości.

Wady gumy to:

 niewielka trwałość

 skłonność do starzenia się z biegiem czasu.

Element przedstawiony na rysunku odznacza się korzystna (progresywną) charakterystyką sprężystą przy obciążeniu w kierunku poosiowym oraz dużą odpornością na wyboczenie

element pierścieniowy o specyficznym kształcie, pracujący na ściskanie i ścinanie.

Ma on również charakterystykę progresywną

Pneumatyczne elementy zawieszenia:

a) budowa dwufałdowego mieszka z zasobnikiem powietrza

Pneumatyczne elementy zawieszenia:

b) schemat działania mieszka

Elementy sprężyste - wahacze

Wahacze są najbardziej rozpowszechnionymi łącznikami w zawieszeniach. Wykonuje sieje najczęściej w postaci przegubowo zamocowanych dźwigni, umożliwiających przemieszczanie się kół w płaszczyźnie pionowej.

Wahacze o różnej konstrukcji łączą każde koło oddzielnie z ramą (nadwozie, belka osi).

Wahacz i dźwignia wykute są ze stali, odlane z aluminium lub wytłoczone z blachy stalowej.

Przenoszą one siły poziome. W zależności od konstrukcji, stosowane są wahacze proste (dźwignia nośna), trójkątne lub ich modyfikacje.

Ich zalety i wady:

 (+)Nierówności jezdni działają prawie wyłącznie na dane koło i tam mogą być kompensowane.

 (+)Nieresorowane masy są małe, ponieważ belka osi jest na stałe połączona z nadwoziem.

 (+)Zmiany geometrii układu jezdnego (ustawienie kot przy ugięciu elementu sprężystego (dobiciu) przez ładunek lub sity masy mogą poprawić

właściwości jezdne.

 (-)Skomplikowana konstrukcja.

Zależnie od usytuowania osi ich obrotu wahacze dzielimy na:

 wzdłużne (wleczone lub pchane) – o osi obrotu prostopadłej do podłużnej osi symetrii pojazdu;

 poprzeczne – o osi obrotu równoległej do podłużnej osi symetrii pojazdu;

 skośne – z osią obrotu o położeniu pośrednim między poprzecznym a wzdłużnym.