Themen:
- Freiheitsgrade in der Radführung
- Scharniere in der Radführung
- Führungen in der Radführung
- Berechnen Sie Freiheitsgrade
Freiheitsgrade in der Radführung:
Die Aufhängung eines Autos enthält eine Reihe von Scharnieren (auch an den Querlenkern und am Stoßdämpfer), die für die Freiheitsgrade der gesamten Aufhängung sorgen. Durch die Radführung wird sichergestellt, dass die möglichen Freiheitsgrade der möglichen Radbewegungen auf nur eins oder zwei beschränkt sind. Wenn ein Rad nicht „fest“ gehalten wird, kann es sich drehen, neigen (in x- und y-Richtung), drehen und sich frei auf und ab bewegen. Das Rad ist dann grundsätzlich „locker“ zur Aufhängung. Es kann sich ohne „Führung“ in jede Richtung bewegen. Jede gerade erwähnte Bewegung ist ein Freiheitsgrad.
Die Radaufhängung, also die Radführung, sorgt dafür, dass die Bewegungsfreiheit auf 1 Freiheitsgrad begrenzt wird. Das bedeutet, dass sich das Rad „frei“ in nur eine Richtung bewegen kann, ohne Einfluss des Fahrers. Diese freie Bewegung ist die Auf- und Abbewegung der Kompression und des Rückpralls. Das Rad kann auf einer unebenen Fahrbahnoberfläche ungehindert ein- und ausfedern.
Die Radaufhängung eines Autos ist aus einer Reihe von Linienscharnieren, Kugelgelenken und Dreh-Schiebe-Scharnieren aufgebaut. Diese Scharniere beeinflussen sich alle gegenseitig. Ein zu großes Scharnier erzeugt zu viele Freiheitsgrade (das Rad kann sich also unbeabsichtigt in verschiedene Richtungen bewegen) oder 0 Freiheitsgrade (das Rad kann sich nicht bewegen und kann daher nicht ein- und ausfedern).
Scharniere in der Radführung:
Linienscharnier:
Dieses Linienscharnier kann sich in eine Richtung bewegen; auf und ab. Dies bietet 1 Freiheitsgrad.
Kugelgelenk:
Mit diesem Scharnier können die betreffenden Teile drei Bewegungen relativ zueinander ausführen; eine Nick-, Roll- und Drehbewegung. Dieses Scharnier verfügt über 3 Freiheitsgrade, denn wenn das Scharnier „locker“ ist, kann es 3 freie Bewegungen ausführen (siehe Pfeile).
Dreh-Schiebe-Scharnier:
Dieses Scharnier kann zwei Bewegungen ausführen; eine rotierende und eine ein- und ausschiebende Bewegung. Im Prinzip handelt es sich hier um ein Beispiel für einen Stoßdämpfer (aus einem McPherson-Federbein). Diese 2 Bewegungen sorgen dafür, dass das Dreh-Schiebe-Scharnier 2 Freiheitsgrade hat.
Führungen in der Radführung:
Um eine Radaufhängung aus verschiedenen Scharniertypen zu erstellen, müssen die Scharniere manchmal an einem Objekt, z. B. einem Querlenker, kombiniert werden. Wir nennen diesen Tragarm dann Führung. Nachfolgend einige Beispiele dieser Dirigenten:
Linienscharnier mit Kugelgelenk:
Dies ist ein typisches Beispiel für einen Querlenker, der auf der Seite des Linienscharniers mit der Karosserie (oder dem Hilfsrahmen) und auf der Seite des Kugelgelenks mit dem Achsschenkel verbunden ist. Wenn dieses gesamte Scharnier locker ist, kann es sich sowohl in der Bewegungsrichtung des Linienscharniers (1 Richtung) als auch in den 3 Richtungen des Kugelgelenks bewegen. Schließlich hat das Linienscharnier einen Freiheitsgrad und das Kugelgelenk drei. Da dieser Teil als ein Leiter angesehen wird, können die Freiheitsgrade addiert werden. Die 1 und die 3 ergeben dann 1 Freiheitsgrade.
Doppeltes Kugelgelenk:
Ein Beispiel für eine Führung mit Doppelkugelgelenk ist die Spurstange mit den inneren und äußeren Spurstangenkugeln. Jedes Kugelgelenk verfügt über 3 Freiheitsgrade. Da es sich also um einen Leiter handelt, sollten diese addiert werden. Allerdings haben sie die gleiche Eigendrehung, denn wenn ein Kugelgelenk eine Drehbewegung ausführt, dann tut es auch das andere. 1 Freiheitsgrad der Eigenrotation zählt also nicht (siehe rote Pfeile). Die Freiheitsgrade für diesen Leiter betragen insgesamt 1, in der folgenden Berechnung tragen Sie jedoch unter „Eigenrotationen r“ die Zahl 1 ein. Diese 6 wird dann bei der Berechnung abgezogen.
Dreh-Schiebe-Scharnier mit Kugelgelenk:
Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei einem Stoßdämpfer um ein Dreh-Schiebe-Scharnier. Allerdings hat jedes McPherson-Federbein darüber auch ein Kugelgelenk, auch wenn man das zunächst nicht vermuten würde. Oben am Stoßdämpfer befindet sich ein weiteres Gummi. Dieses Gummi sorgt für eine gewisse Bewegungsfreiheit des Stoßdämpfers und hat daher auch die Eigenschaften eines Kugelgelenks. Ein Stoßdämpfer verfügt also sowohl über die 2 Freiheitsgrade des Dreh-Schiebe-Scharniers als auch über die 3 Freiheitsgrade des Kugelgelenks, also zusammen 5. Auch hier kommt es zu einer natürlichen Drehung, da die Drehbewegung des Dreh-Schiebe-Scharniers die gleiche Bewegung ist wie die Drehbewegung des Kugelgelenks. Daher muss 1 zum „r“ der Selbstrotation addiert werden.
Freiheitsgrade berechnen:
Anhand der Aufhängungsdaten kann die Anzahl der Freiheitsgrade berechnet werden. Um die Formel richtig zu vervollständigen, müssen die Scharniere und Führungen in Kategorien unterteilt werden:
- L für die Anzahl der Leiter
- g für die Anzahl der Gelenke und Scharniere
- r für die Anzahl der Eigendrehungen (wie beim Doppelkugelgelenk in 1 Führung)
Außerdem die Buchstaben:
- k für die Anzahl der Radträger (in den meisten Fällen 1, da es sich hierbei um den Achsschenkel handelt)
- εfi für die Anzahl der Freiheitsgrade für die Gesamtzahl der Gelenke und Scharniere addiert.
F = 6 (k + L – g) -r + εfi
Beispiel:
Eine Radaufhängung enthält: k 1 Radträger (Achsschenkel), L 2 Führungen, g 5 Gelenke, r 2 Eigenrotationen, εfi 15 Gesamtfreiheitsgrade
In Formelform lautet dies:
F = 6 (1 + 2 – 5) – 2 + 15
F = 6 x (-2) – 2 + 15
F = 1
Jetzt gibt es also 1 Freiheitsgrad, das ist also gut. Das Rad kann eine reine Auf- und Abbewegung ausführen.
Um dies zu verdeutlichen, hier ein Beispiel mit Bild einer Radaufhängung:
Das Bild unten zeigt ein McPherson-Federbein mit der entsprechenden Legende. Die Buchstaben A, B und C stehen für die Führungen und die Zahlen 1 bis 6 für die Scharniere/Gelenke.
εfi sind die addierten Freiheitsgrade der Scharniere; also 3 Freiheitsgrade pro Kugelgelenk (also 4 x 3), 1 Freiheitsgrad des Linienscharniers und 2 Freiheitsgrade des Dreh-Schiebe-Scharniers.
Die Formel kann wie folgt vervollständigt werden:
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 Freiheitsgrad
