Μαθήματα:
- Γενική λειτουργία του συστήματος ανάρτησης
- McPherson
- Ανάρτηση πηνίου
- Σταθερά του ελατηρίου
- Φύλλο εναιώρημα
- Ανάρτηση αέρα
- Ελατήριο στρέψης
- Υδροπνευματικό εναιώρημα
Γενική λειτουργία του συστήματος ανάρτησης:
Ο σκοπός του συστήματος ανάρτησης είναι να απορροφά όσο το δυνατόν καλύτερα τις κινήσεις της οδήγησης πάνω από ανωμαλίες στο οδόστρωμα, ώστε να διατηρείται η μεγαλύτερη άνεση στην οδήγηση. Το κράτημα του δρόμου επηρεάζει επίσης την ανάρτηση. Εάν η ανάρτηση είναι πολύ εύκαμπτη (σκεφτείτε παλιά αμερικανικά αυτοκίνητα), το κράτημα στο δρόμο θα είναι πολύ χειρότερο από ένα αυτοκίνητο με σκληρή ανάρτηση. Αυτό συμβαίνει επειδή ένα πολύ ευέλικτο αυτοκίνητο χάνει το κράτημα του όταν κάνει ριμπάουντ (π.χ. όταν φρενάρει δυνατά ή όταν κάνει απότομες στροφές). Η πίεση των ελαστικών στην επιφάνεια του δρόμου με ελατηριωτό τροχό είναι πολύ μικρότερη από έναν συμπιεσμένο τροχό και επομένως θα γλιστρήσει πολύ πιο γρήγορα. Όταν παίρνετε απότομες στροφές με υψηλή ταχύτητα, η πιθανότητα να ξεσπάσει θα είναι επίσης πολύ υψηλή, επειδή η πρόσφυση των ελαστικών στο εσωτερικό της στροφής είναι ελάχιστη.
Όταν ένα αυτοκίνητο με πολύ ομαλά ελατήρια οδηγεί πάνω από μια λοφώδη, πλακόστρωτη επιφάνεια του δρόμου, το αυτοκίνητο θα ταλαντεύεται πολύ όταν αναπηδήσει. Όταν το αυτοκίνητο είναι ελατήριο, η πίεση στα ελαστικά είναι μικρότερη και υπάρχει ελάχιστο ή καθόλου δυνατό φρενάρισμα ή διεύθυνση εκείνη τη στιγμή.
Με ένα αυτοκίνητο με άκαμπτο ελατήριο, ειδικά σπορ αυτοκίνητα ή χαμηλωμένα αυτοκίνητα, η πρόσφυση και στους 4 τροχούς θα είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερη όταν κάνετε απότομες στροφές. Η ράβδος σταθεροποίησης και το μέγεθος του ελαστικού έχουν επίσης μεγάλη επίδραση σε αυτό. Όταν ένα χαμηλωμένο αυτοκίνητο περνά πάνω από μια λοφώδη, πλακόστρωτη επιφάνεια του δρόμου, το αυτοκίνητο παραμένει σταθερά στο δρόμο και επομένως δεν αντιμετωπίζει προβλήματα με το απότομο δυνατό φρενάρισμα στην εκτεταμένη θέση.
Η εύκαμπτη και άκαμπτη ανάρτηση (σε αυτοκίνητα με σπειροειδή ελατήρια) σχετίζεται με ρυθμό ελατηρίου. Για τη βελτιστοποίηση της ανάρτησης ενός αυτοκινήτου (ανάλογα με την κατασκευή), μπορούν να τοποθετηθούν εύκαμπτα ελατήρια για άνεση (γραμμικά ελατήρια) ή πιο άκαμπτα ελατήρια για σπορ χαρακτήρα (προοδευτικά ελατήρια). Περισσότερα για αυτό στο κεφάλαιο συνεχής Άνοιξη, πιο κάτω στη σελίδα.
ΜακΦέρσον:
Το μεγάλο πλεονέκτημα της ανάρτησης McPherson είναι ότι το ελατήριο και το αμορτισέρ συνδυάζονται. Αυτό εξοικονομεί πολύ χώρο και είναι επίσης εύκολο να κατασκευαστεί κατά το σχεδιασμό του αυτοκινήτου. Ως αποτέλεσμα, το κόστος παραγωγής είναι επίσης χαμηλό.
Η ανάρτηση McPherson είναι μια περαιτέρω εξέλιξη της ανάρτησης με δύο εγκάρσια ψαλίδια (ονομάζεται επίσης κατασκευή διπλού ψαλιδιού). Το πάνω ψαλιδάκι αντικαθίσταται από τη ράβδο εμβόλου του αμορτισέρ, που πλέον απορροφά και τις πλευρικές δυνάμεις. Επομένως, σε περίπτωση σύγκρουσης με τον τροχό (από άλλο όχημα ή κατά το χτύπημα σε κράσπεδο), συνήθως συμβαίνει άμεση ζημιά στη ράβδο του εμβόλου. Αυτό παραμορφώνεται πολύ γρήγορα και επομένως είναι στραβό. Στη συνέχεια, πρέπει να αντικατασταθεί ολόκληρο το αμορτισέρ.
Η ανάρτηση McPherson χρησιμοποιείται πάντα στο μπροστινό μέρος του αυτοκινήτου. Μερικές φορές χρησιμοποιούνται γόνατα και στον πίσω άξονα, αλλά αυτά δεν είναι τύπου McPerson. Στην πίσω ανάρτηση, τα ελατήρια και τα αμορτισέρ σχεδιάζονται συχνά χωριστά.
Το πάνω ρουλεμάν βρίσκεται στην κορυφή του αντηρίδας. Το επάνω ρουλεμάν καθιστά δυνατές τις κινήσεις του τιμονιού. Το γόνατο συχνά στερεώνεται στο αμάξωμα κάτω από την κουκούλα με βιδωτές συνδέσεις. Αυτό λοιπόν είναι ένα σταθερό σημείο. Το άνω έδρανο, που βρίσκεται από κάτω, διασφαλίζει ότι το πλήρες γόνατο μπορεί να περιστρέφεται ομαλά σε σχέση με το πάνω σταθερό σημείο. Αυτό το σύστημα με φέρουσα λειτουργία και σημείο περιστροφής με άνω έδρανο ονομάζεται σύστημα McPherson.
Ανάρτηση πηνίου:
Η λειτουργία ενός σπειροειδούς ελατηρίου δεν βασίζεται στην κάμψη όπως αρχικά νομίζετε, αλλά στη στρέψη (στρέβλωση). Όταν πατηθεί το ελατήριο, η ελικοειδής ράβδος θα στρίψει. Ολόκληρο το βάρος του οχήματος υποστηρίζεται από τα σπειροειδή ελατήρια. Το σπειροειδές ελατήριο περικλείεται μεταξύ του επάνω ρουλεμάν και της κάτω έδρας του ελατηρίου. Όταν το όχημα συμπιέζεται, το πάνω ρουλεμάν θα σπρώξει το σπειροειδές ελατήριο προς τα κάτω. Επειδή στρίβει, δημιουργείται μια αντίθετη δύναμη. Αυτή η αντίρροπη δύναμη είναι τελικά το φαινόμενο ελατηρίου. Όσο μεγαλύτερη αντίθετη δύναμη ασκεί το ελατήριο, τόσο πιο ισχυρό είναι το ελατήριο.
Σταθερά του ελατηρίου:
Η ευκαμψία ενός ελατηρίου υποδεικνύεται από τη σταθερά του ελατηρίου. Ο ρυθμός ελατηρίου ενός γραμμικού σπειροειδούς ελατηρίου είναι διαφορετικός από εκείνον ενός προοδευτικού σπειροειδούς ελατηρίου. Με ένα γραμμικό ελατήριο, η απόσταση μεταξύ όλων των στροφών είναι ίδια. Με ένα προοδευτικό ελατήριο αυτές οι αποστάσεις δεν είναι ίσες. στην κορυφή ή στο κάτω μέρος του ελατηρίου οι περιελίξεις θα τοποθετηθούν πιο κοντά μεταξύ τους από ό,τι αλλού. Η διαφορά μεταξύ αυτών των δύο τύπων ελατηρίων φαίνεται στην εικόνα:
Με ένα γραμμικό ελατήριο, το ελατήριο καταρρέει πάντα σε μια ορισμένη απόσταση σε ένα συγκεκριμένο βάρος. Παρακάτω είναι ένα παράδειγμα της διαδρομής ενός γραμμικού ελατηρίου:
- +100 κιλά επιπλέον φορτίο, το αυτοκίνητο βυθίζεται 2 cm.
- +200 κιλά επιπλέον φορτίο, το αυτοκίνητο βυθίζεται 4 cm.
- +300 κιλά επιπλέον φορτίο, το αυτοκίνητο βυθίζεται 6 cm.
Υπάρχει τώρα μια σχέση μεταξύ βάρους και απόστασης με αυτό το γραμμικό ελατήριο. Η συμπίεση ενός γραμμικού ελατηρίου φαίνεται παρακάτω. Όσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη στο ελατήριο, τόσο μεγαλύτερη είναι η διαδρομή της ανάρτησης. Οι γραμμές είναι ευθείες γιατί η απόσταση μεταξύ όλων των στροφών του ελατηρίου είναι ίση.
Με ένα προοδευτικό ελατήριο δεν υπάρχει σχέση βάρους και απόστασης. Αυτό το ελατήριο γίνεται όλο και πιο άκαμπτο καθώς συμπιέζεται περαιτέρω. Το πρώτο μέρος είναι εύκολο, αλλά όσο αυξάνεται το φορτίο, πέφτει όλο και λιγότερο μακριά. Αυτό συμβαίνει επειδή οι περιελίξεις είναι πιο κοντά μεταξύ τους στην κορυφή. Παρακάτω είναι ένα παράδειγμα της διαδρομής της άνοιξης ενός προοδευτικού ελατηρίου:
- +100kg επιπλέον φορτίο, το αυτοκίνητο βυθίζεται 2cm.
- +200kg επιπλέον φορτίο, το αυτοκίνητο βυθίζεται 3cm.
- +300kg επιπλέον φορτίο, το αυτοκίνητο βυθίζεται 3,5cm.
Παρακάτω είναι το γράφημα ενός προοδευτικού ελατηρίου. Αρχικά, η διαδρομή του ελατηρίου θα αυξηθεί όσο αυξάνεται η δύναμη του ελατηρίου. Η γραμμή δεν είναι ευθεία, αλλά έχει κλίση προς τα πάνω. Αυτό σημαίνει ότι καθώς η δύναμη στο ελατήριο αυξάνεται περαιτέρω, η διαδρομή του ελατηρίου γίνεται όλο και μικρότερη. Επομένως, το αυτοκίνητο θα εκτρέπεται όλο και λιγότερο όσο αυξάνεται η δύναμη στο ελατήριο.
Οι κατασκευαστές αυτοκινήτων αναζητούν πάντα την καλύτερη αναλογία μεταξύ των χαρακτηριστικών άνεσης και οδήγησης του οχήματος. Η διαδρομή του ελατηρίου μπορεί να ρυθμιστεί ρυθμίζοντας την προοδευτικότητα του ελατηρίου (τοποθετώντας περισσότερες ή λιγότερες περιελίξεις κοντά μεταξύ τους). Η διάμετρος της ίδιας της περιέλιξης έχει επίσης σημαντική επίδραση στην ποσότητα στρέψης που είναι δυνατή. Αυτό θα είναι διαφορετικό για κάθε αυτοκίνητο. Υπάρχουν επίσης διαφορετικοί τύποι ελατηρίων για τον ίδιο τύπο αυτοκινήτων με διαφορετικό κυλινδρισμό, τύπο κινητήρα (βενζίνη ή ντίζελ), σπορ πακέτο κ.λπ.
Τα ελατήρια χαμηλώματος συχνά καταρρέουν πολύ στο πρώτο μέρος, με αποτέλεσμα το αυτοκίνητο να βρίσκεται ήδη χαμηλότερα πάνω από την επιφάνεια του δρόμου στην ουδέτερη θέση. Αυτό θα κάνει πιο δύσκολη τη συμπίεση του αυτοκινήτου, έτσι τα ελατήρια γίνονται πιο προοδευτικά. Διαφορετικά, το όχημα θα χτυπούσε πολύ γρήγορα στο οδόστρωμα. Επειδή τα ελατήρια συμπιέζονται λιγότερο εύκολα, το όχημα γίνεται πιο άκαμπτο. Αυτό βιώνεται ως δυσάρεστο από μερικούς ανθρώπους.
Φύλλο εναιώρημα:
Τα φυλλώδη ελατήρια αποτελούνται από πολλαπλά φύλλα που είναι τοποθετημένα το ένα πάνω στο άλλο. Το επάνω φύλλο ονομάζεται κύριο φύλλο. Όσο περισσότερα φύλλα έχει ένα ελατήριο, τόσο πιο δυνατό και άκαμπτο γίνεται. Στο παρελθόν, μερικές φορές τοποθετούνταν κάτω από επιβατικά αυτοκίνητα. Το ελατήριο των φύλλων τότε αποτελούνταν μόνο από λίγα φύλλα, μερικές φορές ακόμη και μόνο το κύριο φύλλο. Εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σε επαγγελματικά οχήματα, αν και είναι φυσικά πολύ πιο χοντρά. Τα μεσαία ελατήρια των φύλλων συνδέονται με τον άξονα και τα άκρα στο σώμα ή στο πλαίσιο. Η ελαστική κίνηση επιτυγχάνεται λυγίζοντας τα πολλαπλά φύλλα στη μέση του συνολικού μήκους.
Υπάρχουν 2 διαφορετικοί τύποι ελατηρίων:
- Τραπεζοειδές ελατήριο: Τα ανοιξιάτικα φύλλα έχουν διαφορετικό μήκος και έχουν όλα το ίδιο πάχος παντού.
- Παραβολικό ελατήριο: Τα ανοιξιάτικα φύλλα έχουν όλα το ίδιο μήκος και είναι πιο χοντρά στη μέση παρά στις άκρες. Υπάρχει επίσης χώρος ανάμεσα στα ανοιξιάτικα φύλλα. Τα παραβολικά ελατήρια είναι πιο εύκαμπτα από τα τραπεζοειδή ελατήρια και έχουν μικρότερη μάζα.
Ανάρτηση αέρα:
Η ανάρτηση αέρα χρησιμοποιείται λιγότερο συχνά από τα σπειροειδή ελατήρια στα επιβατικά αυτοκίνητα. Η αερανάρτηση μπορεί, για παράδειγμα, να βρεθεί σε Audi A8, BMW σειράς 7 ή X5. Αυτά τα αυτοκίνητα έχουν συχνά αερανάρτηση και στους τέσσερις τροχούς. Ορισμένα αυτοκίνητα έχουν γόνατα με σπειροειδή ελατήρια μπροστά και αερανάρτηση πίσω.
Το σχήμα δείχνει μια πίσω ανάρτηση με ελατήρια αέρα. Στο εσωτερικό του αυτοκινήτου (συχνά στο κάτω μέρος του πορτμπαγκάζ) υπάρχει μια αντλία που αντλεί αέρα στα ελατήρια αέρα. Τα ελατήρια αέρα διαστέλλονται κατά μήκος, ώστε το βάρος του αυτοκινήτου να μπορεί να ακουμπά πάνω τους. Υπάρχει συχνά ένας αισθητήρας σε ένα ψαλιδάκι που καταγράφει πόσο αναρτημένο το αυτοκίνητο από το φορτίο (άτομα που κάθονται πίσω ή ένα βαρύ ρυμουλκούμενο). Με βάση αυτά τα δεδομένα μέτρησης, η αντλία αέρα μπορεί να φουσκώσει λίγο πιο δυνατά την φυσούνα αέρα, ώστε το αυτοκίνητο να μην γέρνει προς τα πίσω.
Ανάρτηση στρέψης:
Η στρέψη είναι μια άλλη λέξη για τη "στρέψη". Τα ελατήρια στρέψης χρησιμοποιούνταν (κυρίως) σε αμερικανικά αυτοκίνητα. Το κάτω ψαλίδι αυτής της κατασκευής συνδέεται με το αμάξωμα μέσω μιας ράβδου στρέψης. Όταν το όχημα συμπιέζεται, το πάνω και το κάτω σημείο περιστροφής θα μετακινηθούν. Ο βραχίονας στήριξης στον οποίο έχει εισαχθεί η ράβδος στρέψης θα θέλει να αρθρωθεί γύρω από τη ράβδο στρέψης. Ωστόσο, αυτό δεν είναι δυνατό, επειδή η ράβδος στρέψης έχει μια σταθερή σύνδεση στον βραχίονα στήριξης. Η άλλη πλευρά της ράβδου στρέψης (στην εικόνα στο κάτω μέρος) είναι σταθερά συνδεδεμένη με το αμάξωμα.
Αυτό σημαίνει ότι όταν ο τροχός συμπιέζεται, η ράβδος υπόκειται σε στρεπτική φόρτιση. Αυτή η στρέψη δημιουργεί αντίσταση (όσο περισσότερο συμπιέζεται ο τροχός, τόσο περισσότερο συστρέφεται η ράβδος στρέψης). Επομένως, η συμπίεση γίνεται όλο και πιο βαριά όσο αυξάνεται η στρέψη. Ολόκληρη η ανάρτηση του μπροστινού άξονα του αυτοκινήτου λειτουργεί με αυτήν την αρχή. Αυτός είναι επίσης ένας από τους λόγους που τα παλιά αμερικανικά αυτοκίνητα συμπιέζονται και αναπηδούν τόσο εύκολα και ομαλά.
Υδροπνευματική ανάρτηση:
Η υδροπνευματική είναι ένας συνδυασμός υδραυλικών και πνευματικών. Αυτό το σύστημα χρησιμοποιείται από τη Citroën από τη δεκαετία του 50 και μπορεί να βρεθεί ακόμα στα μοντέλα σήμερα.
Η σφαίρα ελατηρίου περιέχει συμπιεσμένο αέριο (μπλε στην εικόνα) που είναι συμπιέσιμο. Το υδραυλικό υγρό (κίτρινο) δεν είναι. Κατά τη συμπίεση, το κόκκινο έμβολο θα ωθηθεί προς τα πάνω από τον βραχίονα στήριξης και ο χώρος του αερίου θα συμπιεστεί. Ως αποτέλεσμα, ο μπλε χώρος γίνεται μικρότερος. Όταν ο τροχός αναπηδήσει και το έμβολο κινηθεί προς τα κάτω, το σύστημα επιστρέφει στην προηγούμενη κατάσταση. Η ελαστικότητα και η απόσβεση επιτυγχάνεται με τη συμπίεση αυτού του συμπιεσμένου αερίου.
Το σύστημα μπορεί να ελεγχθεί ρυθμίζοντας την ποσότητα λαδιού (κίτρινο). Με την προσθήκη επιπλέον λαδιού στο σύστημα όταν είναι πολύ φορτωμένο, κάτι που συμβαίνει αυτόματα χάρη στην υδραντλία, το ύψος διαδρομής θα αυξηθεί. Στη συνέχεια, το όχημα θα καθίσει ψηλότερα στα ελατήρια του. Όταν αφαιρεθεί ξανά το φορτίο (ή οι επιβάτες βγουν έξω), το λάδι στο σύστημα θα επιστρέψει στη δεξαμενή αποθήκευσης μέσω μιας βαλβίδας πίεσης. Το ύψος διαδρομής θα μειωθεί ξανά.
