Aiheet:
- Vapausasteet pyörän ohjauksessa
- Saranat pyöränohjaimessa
- Ohjaimet pyöränohjaimessa
- Laske vapausasteet
Vapausasteet pyörän ohjauksessa:
Auton jousitus sisältää useita saranoita (mukaan lukien tukivarret ja iskunvaimentimet), jotka tarjoavat koko jousituksen vapausasteet. Pyöränohjaus varmistaa, että mahdollisten pyörien liikkeiden mahdolliset vapausasteet rajoittuvat vain yhteen tai kahteen. Jos pyörää ei pidetä "kiinteänä", se voi vapaasti pyöriä, kallistua (suunnassa x ja y), kääntyä, liikkua ylös ja alas. Pyörä on silloin periaatteessa "löysällä" jousituksesta. Se voi liikkua mihin tahansa suuntaan ilman "opastusta". Jokainen juuri mainittu liike on yksi vapausaste.
Pyörän jousitus eli pyörän ohjaus varmistaa, että liikkumisvapaus on rajoitettu yhteen vapausasteeseen. Tämä tarkoittaa, että pyörä voi liikkua "vapaasti" vain yhteen suuntaan ilman kuljettajan vaikutusta. Tämä vapaa liike on puristuksen ja paluuliikkeen ylös ja alas liikettä. Pyörä voi pomppia sisään ja ulos esteettä epätasaisella tienpinnalla.
Auton pyörän jousitus on rakennettu useista linjasaranoista, pallonivelistä ja pyörivistä liukusaranoista. Kaikki nämä saranat vaikuttavat toisiinsa. Liian monta saranaa luo liian monta vapausastetta (joten pyörä voi vahingossa liikkua eri suuntiin) tai 0 vapausastetta (pyörä ei voi liikkua eikä siksi voi puristaa ja puristaa kokoon).
Pyöränohjaimen saranat:
Linja sarana:
Tämä linjasarana voi liikkua yhteen suuntaan; ylös ja alas. Tämä tarjoaa 1 vapausasteen.
Pallonivel:
Tällä saranalla asiaankuuluvat osat voivat tehdä 3 liikettä suhteessa toisiinsa; nyökkäys, pyörivä ja kääntyvä liike. Tässä saranassa on 3 vapausastetta, koska kun sarana on "löysällä", se voi tehdä 3 vapaata liikettä (katso nuolet).
Kääntyvä liukuva sarana:
Tämä sarana voi tehdä 2 liikettä; pyörivä ja sisään ja ulos liukuva liike. Periaatteessa tämä on esimerkki iskunvaimentimesta (McPherson-tuesta). Nämä 2 liikettä varmistavat, että pyörivässä liukuvassa saranassa on 2 vapausastetta.
Pyöränohjaimen oppaat:
Pyöränjousituksen luomiseksi erityyppisistä saranoista saranat on joskus yhdistettävä yhteen esineeseen, esimerkiksi tukivarteen. Kutsumme sitten tätä tukivartta ohjaimeksi. Alla on muutamia esimerkkejä näistä johtimista:
Linjasarana pallonivelellä:
Tämä on tyypillinen esimerkki tukivarresta, joka on yhdistetty runkoon (tai apurunkoon) linjasaranan puolelta ja kytketty ohjausniveleen pallonivelen puolelta. Kun tämä koko sarana on löysällä, se voi liikkua sekä linjasaranan liikesuunnassa (1 suunta) että pallonivelen 3 suuntaan. Onhan linjasaranalla 1 vapausaste ja pallonivelellä 3. Koska tämä osa nähdään 1 johtimena, vapausasteet voidaan laskea yhteen. 1 ja 3 tekevät siitä sitten 4 vapausastetta.
Kaksoispallonivel:
Esimerkki ohjaimesta, jossa on kaksoispallonivel, on raidetanko, jossa on sisempi ja ulompi raidetangon kuula. Jokaisella pallonivelellä on 3 vapausastetta, joten koska kyseessä on 1 johdin, nämä tulee laskea yhteen. Niissä on kuitenkin sama itsekierto, koska jos yksi pallonivel tekee pyörivän liikkeen, niin toinenkin tekee. Joten 1 vapausaste itsekiertoon ei lasketa (katso punaiset nuolet). Tämän johtimen vapausasteet ovat yhteensä 1, mutta seuraavassa laskelmassa kirjoita "itsekierrokset r" -kohtaan numero 6. Tämä 1 vähennetään sitten laskelmassa.
Kääntyvä sarana kuulanivelellä:
Kuten aiemmin mainittiin, iskunvaimennin on pyörivä-liukuva sarana. Jokaisen McPherson-tuen yläpuolella on kuitenkin myös pallonivel, vaikka näin ei aluksi luulisikaan. Iskunvaimentimen yläosassa on toinen kumi. Tämä kumi tarjoaa jonkin verran liikkumavapautta iskunvaimentimelle ja siksi sillä on myös pallonivelen ominaisuuksia. Iskunvaimentimessa on siten sekä pyörivän liukuvan saranan 2 vapausastetta että pallonivelen 3 vapausastetta, jotka yhdessä muodostavat 5. Myös tässä on luonnollinen pyöriminen, koska pyörivän-liukuvan saranan pyörimisliike on sama liike kuin pallonivelen pyörimisliike. Joten 1 on lisättävä itsekierron "r":iin.
Laske vapausasteet:
Vapausasteiden lukumäärä voidaan laskea jousitustietojen perusteella. Kaavan suorittamiseksi oikein saranat ja ohjaimet on jaettava luokkiin:
- L johtimien lukumäärälle
- g liitosten ja saranoiden lukumäärälle
- r luonnollisten pyörien lukumäärälle (kuten kaksoispallonivelessä 1 ohjaimessa)
Lisäksi kirjaimet:
- k pyöränkannattimien lukumäärälle (useimmissa tapauksissa 1, koska tämä on ohjausnivel)
- εfi vapausasteiden lukumäärälle nivelten ja saranoiden kokonaismäärälle laskettuna yhteen.
F = 6 (k + L – g) -r + εfi
Esimerkki:
Pyörän jousitus sisältää: k 1 pyöränkannatin (nivel), L 2 ohjainta, g 5 niveltä, r 2 itsekiertoa, εfi 15 kokonaisvapausastetta
Kaavamuodossa tämä on:
F = 6 (1 + 2 - 5) - 2 + 15
F = 6 x (-2) – 2 + 15
F = 1
Joten nyt on 1 vapausaste, joten tämä on hyvä. Pyörä voi tehdä puhtaan ylös ja alas liikkeen.
Tämän selventämiseksi tässä on esimerkki, jossa on kuva pyörän jousituksesta:
Alla olevassa kuvassa on McPherson-joustintuen vastaava selite. Kirjaimet A, B ja C edustavat ohjaimia ja numerot 1-6 tarkoittavat saranoita/niveliä.
εfi ovat saranoiden vapausasteet yhteen laskettuina; eli 3 vapausastetta palloniveltä kohden (eli 4 x 3), 1 vapausastetta linjasaranalle ja 2 vapausastetta pyörivälle liukuvalle saranalle.
Kaava voidaan täydentää tällä:
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 vapausaste
