Jousitus

Aiheet:

Jousitusjärjestelmän yleinen toiminta
McPherson
Kierukkajousitus
Jousivakio
Lehtijousitus
Ilmajousitus
Vääntöjousi
Hydropneumaattinen suspensio

Jousitusjärjestelmän yleinen toiminta:
Jousitusjärjestelmän tarkoituksena on vaimentaa tienpinnan epätasaisuuksien yli ajamisen liikkeet mahdollisimman hyvin, jotta ajomukavuus säilyy mahdollisimman hyvin. Tienpito vaikuttaa myös jousitukseen. Jos jousitus on erittäin joustava (ajatella vanhoja amerikkalaisia autoja), tielläpito on paljon huonompi kuin autolla, jossa on jäykkä jousitus. Tämä johtuu siitä, että erittäin joustava auto menettää pitonsa pomppiessaan (esim. jarrutettaessa voimakkaasti tai ottaessa jyrkkiä käännöksiä). Renkaiden paine tienpinnalla jousitetun pyörän kanssa on paljon pienempi kuin jousitetun pyörän ja siksi ne liukuvat paljon nopeammin. Kun otetaan jyrkkiä mutkia suurella nopeudella, myös murtumismahdollisuus on erittäin suuri, koska renkaiden pito mutkan sisäpuolella on minimaalinen.
Kun erittäin tasaisesti jousitettu auto ajaa mäkisen, päällystetyn tienpinnan yli, auto heiluu paljon pomppiessaan. Kun auto on jousitettu, renkaiden paine on pienempi ja jarruttaminen tai ohjaaminen on tällä hetkellä mahdollista vain vähän tai ei ollenkaan.
Jäykästi jousitetussa autossa, erityisesti urheilullisissa autoissa tai matalammissa autoissa, kaikkien 4 pyörän pito on mahdollisimman suuri jyrkissä mutkissa. Myös tukitangon ja renkaan koolla on suuri vaikutus tähän. Kun alaslaskettu auto ajaa mäkisen, päällystetyn tienpinnan yli, auto pysyy tiukasti tiellä, eikä sillä siksi ole ongelmia äkillisen kovan jarrutuksen kanssa ojennetussa asennossa.

Joustava ja jäykkä jousitus (kierrejousilla varustetuissa autoissa) liittyy jousen määrään. Auton jousituksen optimoimiseksi (rakenteesta riippuen) voidaan asentaa joustavat jouset mukavuuden lisäämiseksi (lineaarijouset) tai jäykemmät jouset urheilullisuuden lisäämiseksi (progressiiviset jouset). Tästä lisää kevään vakio -luvussa, alempana sivua.

McPherson:
McPherson-jousituksen suuri etu on, että jousi ja iskunvaimennin yhdistetään. Tämä säästää paljon tilaa ja on myös helppo rakentaa autoa suunniteltaessa. Tämän seurauksena myös tuotantokustannukset ovat alhaiset.
McPherson-jousitus on jatkokehitys jousituksesta, jossa on kaksi poikittaista tukivartta (kutsutaan myös kaksoistukivarsirakenteeksi). Ylempi tukivarsi korvataan iskunvaimentimen männänvarrella, joka nyt myös vaimentaa sivuttaisvoimat. Siksi törmäyksessä pyörään (toisella ajoneuvolla tai törmäyksessä reunakiveyteen) tapahtuu yleensä välitön männänvarsi vaurioituminen. Tämä muotoutuu hyvin nopeasti ja on siksi vinossa. Koko iskunvaimennin on tämän jälkeen vaihdettava.
McPherson-jousitusta käytetään aina auton etuosassa. Taka-akselissa käytetään joskus myös jousia, mutta ne eivät ole McPerson-tyyppisiä. Takajousituksessa kierrejouset ja iskunvaimentimet suunnitellaan usein erikseen.

Ylälaakeri sijaitsee tuen päällä. Ylälaakeri mahdollistaa ohjausliikkeet. Tuki kiinnitetään usein konepellin alle ruuviliitoksilla. Tämä on siis kiinteä kohta. Alla oleva ylälaakeri varmistaa, että koko tuki voi pyöriä tasaisesti suhteessa ylempään kiinteään pisteeseen. Tätä järjestelmää, jossa on kantava toiminto ja kääntöpiste ylälaakerilla, kutsutaan McPherson-järjestelmäksi.

Kierukkajousitus:
Kierrejousen toiminta ei perustu taivutukseen, kuten ensiksi luulisi, vaan vääntöön (vääntöön). Kun jousta painetaan, kierretanko kiertyy. Kierrejouset tukevat koko ajoneuvon painoa. Kierrejousi on ylälaakerin ja alemman jousen istukan välissä. Kun ajoneuvo puristuu, ylälaakeri painaa kierrejousen alas. Koska se kiertyy, syntyy vastavoima. Tämä vastavoima on viime kädessä joustovaikutus. Mitä enemmän jousi käyttää vastavoimaa, sitä voimakkaampi jousi on.

Jousivakio:
Jousen joustavuus ilmaistaan jousivakiolla. Lineaarisen kierrejousen jousinopeus on erilainen kuin progressiivisen kierrejousen. Lineaarisella jousella kaikkien kierrosten välinen etäisyys on sama. Progressiivisella jousella nämä etäisyydet eivät ole yhtä suuret; jousen ylä- tai alaosassa käämit sijoitetaan lähemmäksi toisiaan kuin muualla. Ero näiden kahden jousityypin välillä näkyy kuvassa:

Lineaarisella jousella jousi painuu aina tietyn matkan tietyllä painolla kokoon. Alla on esimerkki lineaarisen jousen liikkeestä:

+100kg lisäkuorma, auto uppoaa 2cm.
+200kg lisäkuorma, auto uppoaa 4cm.
+300kg lisäkuorma, auto uppoaa 6cm.

Tällä lineaarisella jousella on nyt suhde painon ja etäisyyden välillä. Lineaarisen jousen puristus on esitetty alla; mitä suurempi jousen voima, sitä suurempi jousitusliike. Viivat ovat suoria, koska jousen kaikkien kierrosten välinen etäisyys on yhtä suuri.

Progressiivisella jousella ei ole suhdetta painon ja etäisyyden välillä. Tämä jousi tulee yhä jäykemmäksi, kun se puristuu edelleen. Ensimmäinen osa on helppo, mutta kuorman kasvaessa se jousi vähemmän ja vähemmän kauas. Tämä johtuu siitä, että käämit ovat lähempänä toisiaan yläosassa. Alla on esimerkki progressiivisen jousen jousimatkasta:

+100kg lisäkuorma, auto uppoaa 2cm.
+200kg lisäkuorma, auto uppoaa 3cm.
+300kg lisäkuorma, auto uppoaa 3,5cm.

Alla on kaavio progressiivisesta jousesta. Aluksi jousen liike kasvaa jousen voiman kasvaessa. Linja ei ole suora, vaan kallistuu ylöspäin. Tämä tarkoittaa, että kun jouseen kohdistuva voima kasvaa edelleen, jousen liike pienenee. Auto siis taipuu yhä vähemmän jousen voiman kasvaessa.

Autonvalmistajat etsivät aina parasta suhdetta ajoneuvon mukavuuden ja ajo-ominaisuuksien välillä. Jousen liikettä voidaan säätää säätämällä jousen progressiivisuutta (asettamalla enemmän tai vähemmän käämiä lähelle toisiaan). Myös itse käämin halkaisijalla on suuri vaikutus mahdolliseen vääntömäärään. Tämä on erilainen jokaisessa autossa. Samantyyppisiin autoihin on myös olemassa erilaisia jousityyppejä, joiden sylinteritilavuus, moottorityyppi (bensiini tai diesel), urheilupaketti jne.
Laskevat jouset luisuvat usein paljon ensimmäisessä osassa niin, että auto on jo alempana tienpinnan yläpuolella vapaa-asennossa. Tämän pitäisi vaikeuttaa auton puristamista, joten jouset ovat erityisen progressiivisia. Muuten ajoneuvo törmäisi tien pintaan liian nopeasti. Koska jouset puristuvat vähemmän helposti, ajoneuvosta tulee jäykempi; Jotkut ihmiset kokevat tämän epämiellyttävänä.

Lehtijousitus:
Lehtijouset koostuvat useista lehdistä, jotka on asennettu päällekkäin. Ylälehteä kutsutaan pääarkiksi. Mitä enemmän lehtiä jousella on, sitä vahvempi ja jäykempi se on. Aiemmin ne asennettiin joskus henkilöautojen alle. Lehtijousi koostui silloin vain muutamasta lehdestä, joskus jopa vain päälehdestä. Niitä käytetään edelleen hyötyajoneuvoissa, vaikka ne ovat tietysti paljon paksumpia. Lehtijousien keskiosa on kiinnitetty akseliin ja päät koriin tai alustaan. Joustava liike saadaan taivuttamalla useita lehtiä kokonaispituuden keskellä.

Lehtijousia on 2 eri tyyppiä:

Puolisuunnikasjousi: Jousen lehdet ovat eripituisia ja ne ovat kaikki saman paksuisia kaikkialla.
Parabolinen jousi: Jousen lehdet ovat kaikki samanpituisia ja paksumpia keskeltä kuin päistä. Jousen lehtien väliin jää myös tilaa. Paraboliset jouset ovat joustavampia kuin puolisuunnikkaan muotoiset jouset ja niillä on pienempi massa.

Ilmajousitus:
Ilmajousitusta käytetään harvemmin kuin kierrejousia henkilöautoissa. Ilmajousitus löytyy esimerkiksi Audi A8:sta, BMW 7 -sarjasta tai X5:stä. Näissä autoissa on usein ilmajousitus kaikissa neljässä pyörässä. Joissakin autoissa on tukijouset, joissa on kierrejousi edessä ja ilmajousitus takana.

Kuvassa on ilmajousitettu takajousitus. Auton sisällä (usein tavaratilan pohjassa) on pumppu, joka pumppaa ilmaa ilmajousiin. Ilmajouset laajenevat pituussuunnassa niin, että auton paino voi levätä niihin. Tukivarressa on usein anturi, joka rekisteröi, kuinka pitkälle auto on kuorman (takaistuimen tai raskaan perävaunun) varassa. Näiden mittaustietojen perusteella ilmapumppu voi puhaltaa ilmapalkkeja hieman kovemmin, jotta auto ei kallistu taaksepäin.

Vääntöjousitus:
Vääntö on toinen sana "kiertymiselle". Vääntöjousia käytettiin (pääasiassa) amerikkalaisissa autoissa. Tämän rakenteen alempi tukivarsi on yhdistetty päällirakenteeseen vääntötangon avulla. Kun ajoneuvo puristuu kokoon, ylempi ja alempi kääntöpiste liikkuvat. Tukivarsi, johon vääntötanko asetetaan, haluaa saranoitua vääntötangon ympärille. Se ei kuitenkaan ole mahdollista, koska vääntöpalkissa on kiinteä liitäntä tukivarressa. Vääntötangon toinen puoli (kuvassa alareunassa) on liitetty tiukasti koriin.

Tämä tarkoittaa, että kun pyörä puristuu, tankoon kohdistuu vääntökuormitus. Tämä vääntö kasvattaa vastusta (mitä pidemmälle pyörä puristuu, sitä enemmän vääntötanko kiertyy). Puristus tulee siksi yhä raskaammaksi, kun vääntö kasvaa. Auton etuakselin koko jousitus toimii tällä periaatteella. Tämä on myös yksi syy siihen, miksi vanhat amerikkalaiset autot puristavat ja pomppaavat niin helposti ja sujuvasti.

Hydropneumaattinen jousitus:
Hydropneumatiikka on hydrauliikan ja pneumatiikan yhdistelmä. Citroën on käyttänyt tätä järjestelmää 50-luvulta lähtien, ja se löytyy malleista edelleen.
Jousipallo sisältää puristettua kaasua (kuvassa sininen), joka on kokoonpuristuvaa. Hydraulineste (keltainen) ei ole. Puristuksen aikana tukivarsi työntää punaista mäntää ylöspäin ja kaasutila puristuu. Tämän seurauksena sininen tila pienenee. Kun pyörä pomppaa ja mäntä liikkuu alaspäin, järjestelmä palaa edelliseen tilanteeseen. Joustava ja vaimennusvaikutus saadaan puristamalla tätä painekaasua.

Järjestelmää voidaan ohjata säätämällä öljymäärää (keltainen). Lisäämällä ylimääräistä öljyä järjestelmään raskaasti kuormitettuna, mikä tapahtuu automaattisesti hydropumpun ansiosta, ajokorkeus kasvaa. Ajoneuvo istuu sitten korkeammalla jousiensa varassa. Kun kuorma poistetaan uudelleen (tai matkustajat nousevat ulos), järjestelmässä oleva öljy palaa paineventtiilin kautta varastosäiliöön. Ajokorkeus laskee jälleen.