Předměty:
- Stupně volnosti ve vedení kola
- Panty ve vedení kola
- Vodítka ve vedení kola
- Vypočítejte stupně volnosti
Stupně volnosti ve vedení kola:
Odpružení automobilu obsahuje řadu závěsů (včetně závěsů na příčných ramenech a tlumiči), které poskytují stupně volnosti v celém zavěšení. Vedení kola zajišťuje, že možné stupně volnosti možných pohybů kol jsou omezeny pouze na jeden nebo dva. Pokud kolo nebude drženo „pevně“, bude se moci volně otáčet, naklánět (ve směrech x a y), otáčet, pohybovat se nahoru a dolů. Kolo je pak v principu „uvolněné“ ze zavěšení. Může se pohybovat jakýmkoli směrem bez „vedení“. Každý právě zmíněný pohyb představuje jeden stupeň volnosti.
Zavěšení kol, tedy vedení kol, zajišťuje omezení volnosti pohybu na 1 stupeň volnosti. To znamená, že kolo se může „volně“ pohybovat pouze jedním směrem, bez vlivu řidiče. Tento volný pohyb je pohyb nahoru a dolů při stlačení a odrazu. Kolo může na nerovném povrchu vozovky nerušeně poskakovat dovnitř a ven.
Zavěšení kol automobilu je konstruováno s řadou liniových závěsů, kulových kloubů a otočně posuvných závěsů. Všechny tyto panty se navzájem ovlivňují. Jeden příliš mnoho pantů vytváří příliš mnoho stupňů volnosti (takže se kolo může neúmyslně pohybovat různými směry) nebo 0 stupňů volnosti (kolo se nemůže pohybovat, a proto se nemůže stlačovat a stlačovat).
Panty ve vedení kola:
Linkový závěs:
Tento závěs se může pohybovat jedním směrem; nahoru a dolů. To poskytuje 1 stupeň volnosti.
Kulový kloub:
S tímto závěsem mohou příslušné části provádět 3 vzájemné pohyby; kývání, rolování a otáčení. Tento závěs má 3 stupně volnosti, protože když je závěs „uvolněný“, může provést 3 volné pohyby (viz šipky).
Otočný posuvný závěs:
Tento závěs může provést 2 pohyby; rotační a posuvný pohyb dovnitř a ven. V principu se jedná o příklad tlumiče (od vzpěry McPherson). Tyto 2 pohyby zajišťují, že otočně-posuvný závěs má 2 stupně volnosti.
Vodítka ve vedení kola:
Pro vytvoření závěsu kola z různých typů závěsů je někdy nutné závěsy kombinovat na 1 předmětu, např. Toto nosné rameno pak nazýváme vodítkem. Níže je uvedeno několik příkladů těchto vodičů:
Liniový závěs s kulovým kloubem:
Toto je typický příklad lichoběžníkového ramene, které je spojeno s karoserií (nebo pomocným rámem) na straně závěsu vedení a na straně kulového čepu spojeno s čepem řízení. Když je celý tento závěs uvolněný, může se pohybovat jak ve směru pohybu liniového závěsu (1 směr), tak ve 3 směrech kulového kloubu. Koneckonců, závěs vedení má 1 stupeň volnosti a kulový kloub má 3. Protože je tato část považována za 1 vodič, lze stupně volnosti sčítat. 1 a 3 pak udělají 4 stupně volnosti.
Dvojitý kulový kloub:
Příkladem vedení s dvojitým kulovým kloubem je táhlo s vnitřní a vnější koulí táhla. Každý kulový kloub má 3 stupně volnosti, takže jelikož se jedná o 1 vodič, měly by se tyto sečíst. Mají však stejnou vlastní rotaci, protože pokud 1 kulový kloub vykonává rotační pohyb, pak druhý také. Takže 1 stupeň volnosti samorotace se nepočítá (viz červené šipky). Stupně volnosti pro tento vodič jsou celkem 6, ale v následujícím výpočtu zadejte číslo 1 pod „samootočení r“. Tato 1 se pak ve výpočtu odečte.
Otočný posuvný závěs s kulovým kloubem:
Jak již bylo zmíněno dříve, tlumič je otočně posuvný závěs. Každá vzpěra McPherson má však nad sebou i kulový kloub, i když by se vám to zprvu nezdálo. V horní části tlumiče je další guma. Tato guma poskytuje určitou volnost pohybu tlumiče, a proto má také vlastnosti kulového kloubu. Tlumič má tedy jak 2 stupně volnosti otočně posuvného závěsu, tak 3 stupně volnosti kulového kloubu, což dohromady činí 5. I zde dochází k přirozené rotaci, protože rotační pohyb otočně posuvného závěsu je stejný jako rotační pohyb kulového kloubu. Takže 1 bude muset být přidáno k „r“ samorotace.
Vypočítejte stupně volnosti:
Počet stupňů volnosti lze vypočítat na základě dat zavěšení. Pro správné doplnění vzorce je třeba panty a vodítka rozdělit do kategorií:
- L pro počet vodičů
- g pro počet kloubů a závěsů
- r pro počet přirozených rotací (jako u dvojitého kulového kloubu v 1 vedení)
Kromě toho písmena:
- k pro počet nosičů kol (ve většině případů 1, protože se jedná o čep řízení)
- εfi pro počet stupňů volnosti pro celkový počet spojů a závěsů sečtených dohromady.
F = 6 (k + L – g) -r + εfi
Příklad:
Závěs kola obsahuje: k 1 unašeč kola (kloub), L 2 vedení, g 5 kloubů, r 2 samorotace, εfi celkem 15 stupňů volnosti
Ve formě vzorce je to:
F = 6 (1 + 2 – 5) – 2 + 15
F = 6 x (-2) – 2 + 15
F = 1
Takže teď je 1 stupeň volnosti, takže je to dobré. Kolo se může pohybovat čistě nahoru a dolů.
Abychom to objasnili, uvádíme příklad s obrázkem zavěšení kol:
Na obrázku níže je vzpěra McPherson s odpovídající legendou. Písmena A, B a C představují vodítka a čísla 1 až 6 představují závěsy / klouby.
εfi jsou stupně volnosti sečtených závěsů; tedy 3 stupně volnosti na kulový kloub (takže 4 x 3), 1 stupeň volnosti liniového závěsu a 2 stupně volnosti otočně posuvného závěsu.
Vzorec lze doplnit tímto:
F = 6 (k + L – g) -r + εfi
F = 6 (1 + 3 – 6) – 2 + 15
F = 6 x (-2) – 2 + 15
F = -12 – 2 + 15
F = -14 + 15
F= 1 stupeň volnosti
