Fjöðrun

Viðfangsefni:

Almennur rekstur fjöðrunarkerfisins
McPherson
Spólufjöðrun
Vorfasti
Lauffjöðrun
Loftfjöðrun
Snúningsfjöður
Hydropneumatic fjöðrun

Almenn virkni fjöðrunarkerfisins:
Tilgangur fjöðrunarkerfisins er að gleypa sem best hreyfingar við akstur yfir ójöfnur í vegyfirborði, þannig að sem mest akstursþægindi haldist. Veghald hefur einnig áhrif á fjöðrunina. Ef fjöðrunin er mjög sveigjanleg (hugsaðu um gamla ameríska bíla) verður veghaldið mun verra en bíll með stífa fjöðrun. Þetta er vegna þess að mjög sveigjanlegur bíll missir gripið þegar hann tekur frákast (t.d. þegar hann bremsar hart eða tekur krappar beygjur). Þrýstingur hjólbarða á vegyfirborði með fjöðruðu hjóli er mun minni en þjappað hjól og mun því renna mun hraðar. Þegar teknar eru krappar beygjur á miklum hraða eru líkurnar á því að brotist verði út einnig mjög miklar, því grip dekkjanna innan í beygjunni er í lágmarki.
Þegar mjög mjúklega fjaðraður bíll ekur yfir hæðótt, bundið slitlag, mun bíllinn sveiflast mikið þegar hann snýr frá. Þegar bíllinn er sprunginn er þrýstingur á dekkjunum minni og lítið sem ekkert hægt að bremsa eða stýra á þeirri stundu.
Með stíffjöðruðum bíl, sérstaklega sportlegum bílum eða lækkuðum bílum, verður gripið á öllum 4 hjólunum sem mest þegar farið er í krappar beygjur. Jafnvægisstöngin og dekkjastærðin hafa einnig mikil áhrif á þetta. Þegar bíll sem hefur verið lækkaður ekur yfir hæðótt, bundnu slitlagi, mun bíllinn haldast vel á veginum og því engin vandamál með skyndilega harða hemlun í framlengdri stöðu.

Sveigjanleg og stíf fjöðrun (í bílum með fjöðrum) tengist fjöðrun. Til að hámarka fjöðrun bíls (fer eftir smíði) er hægt að setja sveigjanlega gorma til þæginda (línulaga gorma) eða stífari gorma fyrir sportleika (framsækinn fjöðrum). Meira um þetta í Vorföstukaflanum, neðar á síðunni.

McPherson:
Stóri kosturinn við McPherson fjöðrunina er að gormur og demparar eru sameinaðir. Þetta sparar mikið pláss og er líka auðvelt að smíða þegar bíllinn er hannaður. Þess vegna er framleiðslukostnaður einnig lágur.
McPherson fjöðrunin er frekari þróun á fjöðruninni með tveimur þverskipsfjöðrun (einnig kölluð tvöföld óskabeinsbygging). Í stað efra óskabeinsins kemur stimplastöng höggdeyfarans sem tekur nú einnig upp hliðarkraftana. Við árekstur við hjólið (við annað farartæki eða þegar ekið er á kantstein) verða því tafarlausar skemmdir á stimpilstönginni venjulega. Þetta aflagast mjög fljótt og er því skakkt. Þá þarf að skipta um heilan höggdeyfara.
McPherson fjöðrunin er alltaf notuð framan á bílnum. Stundum eru einnig notaðar stangir á afturöxulinn, en þær eru ekki af McPerson gerð. Í afturfjöðruninni eru gormar og höggdeyfar oft hönnuð sérstaklega.

Efsta legan er staðsett ofan á stífunni. Efsta legan gerir stýrishreyfingar mögulegar. Stífan er oft fest við yfirbygginguna undir húddinu með skrúftengingum. Þannig að þetta er fastur punktur. Efsta legan, sem er staðsett undir, tryggir að heill stífan geti snúist mjúklega miðað við efri fasta punktinn. Þetta kerfi með burðarvirkni og snúningspunkti með topplegu er kallað McPherson kerfið.

Spólu fjöðrun:
Rekstur fjaðra er ekki byggður á beygju eins og þú gætir fyrst haldið, heldur á snúningi (snúningi). Þegar gorminn er þrýst á, verður spíralstöngin snúin. Öll þyngd ökutækisins er studd af gormum. Fjöðrið er læst á milli efstu legunnar og neðsta gormsins. Þegar ökutækið þjappast saman mun efsta legan ýta spólufjöðrun niður. Vegna þess að það snýst, myndast mótkraftur. Þessi mótkraftur er að lokum fjaðrandi áhrifin. Því meira mótkraftur sem gorminn beitir, því öflugri er gormurinn.

Vorfasti:
Sveigjanleiki gorma er sýndur með gormfastanum. Fjaðrhraði línulegs spólufjöðurs er frábrugðin framsæknum spólufjöðrum. Með línulegri gorm er fjarlægðin milli allra snúninga sú sama. Með framsæknu vori eru þessar vegalengdir ekki jafnar; efst eða neðst á gorminu verða vafningarnar settar nær saman en annars staðar. Munurinn á þessum tveimur gerðum gorma má sjá á myndinni:

Með línulegri gorm fellur gormurinn alltaf saman í ákveðinni fjarlægð við ákveðna þyngd. Hér að neðan er dæmi um ferð línulegs vors:

+100 kg auka hleðsla, bíllinn sekkur 2cm.
+200 kg auka hleðsla, bíllinn sekkur 4cm.
+300 kg auka hleðsla, bíllinn sekkur 6cm.

Það er nú samband milli þyngdar og fjarlægðar með þessari línulegu gorm. Þjöppun línulegs gorms er sýnd hér að neðan; því meiri kraftur sem er á gorminni, því meiri er fjöðrunin. Línurnar eru beinar vegna þess að fjarlægðin milli allra beygja gormsins er jöfn.

Með framsæknu vori er ekkert samband á milli þyngdar og fjarlægðar. Þetta vor verður sífellt stífara eftir því sem það þjappast meira saman. Fyrsti hlutinn er auðveldur en eftir því sem álagið eykst fjaðrir það minna og minna langt. Þetta er vegna þess að vafningarnar eru nær saman að ofan. Hér að neðan er dæmi um vorferð framsækins vors:

+100kg auka hleðsla, bíllinn sekkur 2cm.
+200kg auka hleðsla, bíllinn sekkur 3cm.
+300kg auka hleðsla, bíllinn sekkur 3,5cm.

Hér að neðan er graf af framsæknu vori. Upphaflega mun gormaferðin aukast eftir því sem kraftur gormsins eykst. Línan er ekki bein, heldur hallar upp á við. Þetta þýðir að eftir því sem krafturinn á gormurinn eykst enn frekar verður gormferðin minni og minni. Bíllinn mun því sveigjast minna og minna eftir því sem krafturinn á gorminn eykst.

Bílaframleiðendur eru alltaf að leita að besta hlutfallinu á milli þæginda og aksturseiginleika ökutækisins. Hægt er að stilla fjöðruna með því að stilla framsækni gormsins (með því að setja fleiri eða færri vafningar þétt saman). Þvermál vafningarinnar sjálfrar hefur einnig mikil áhrif á magn snúnings sem er mögulegt. Þetta verður öðruvísi fyrir hvern bíl. Einnig eru til mismunandi gormar fyrir sömu tegund bíla með mismunandi strokka rúmtak, gerð vélar (bensín eða dísel), sportpakka o.fl.
Lækkandi gormar hrynja oft mikið í fyrri hluta þannig að bíllinn er þegar kominn neðar yfir vegyfirborðið í hlutlausri stöðu. Þetta ætti að gera það erfiðara að þjappa bílnum saman þannig að gormarnir eru gerðir extra framsæknir. Annars myndi ökutækið keyra allt of hratt á vegyfirborðið. Vegna þess að gormarnir þjappast minna saman verður ökutækið stífara; Sumum finnst þetta óþægilegt.

Lauffjöðrun:
Lauffjaðrir samanstanda af mörgum laufum sem eru festir ofan á hvort annað. Efsta blaðið er kallað aðalblaðið. Því fleiri laufblöð sem vor hefur, því sterkari og stífari verður hann. Áður fyrr voru þeir stundum settir undir fólksbíla. Lauflindin samanstóð þá aðeins af nokkrum blöðum, stundum jafnvel bara aðalblaðinu. Þeir eru enn notaðir í atvinnubíla þó þeir séu auðvitað talsvert þykkari. Miðja blaðfjaðranna eru festir við ásinn og endar á yfirbyggingu eða undirvagn. Fjöðrandi hreyfingin fæst með því að beygja mörg blöðin í miðri heildarlengdinni.

Það eru 2 mismunandi gerðir af blaðfjöðrum:

Trapesu vor: Vorblöðin eru mis löng og alls staðar jafn þykk.
Fleygboga vor: Vorblöðin eru öll jafn löng og eru þykkari í miðjunni en á endunum. Einnig er bil á milli vorlaufanna. Parabolic gormar eru sveigjanlegri en trapisu gormar og hafa minni massa.

Loftfjöðrun:
Loftfjöðrun er sjaldnar notuð en fjöðrun á fólksbílum. Loftfjöðrun má til dæmis finna á Audi A8, BMW 7 seríu eða X5. Þessir bílar eru oft með loftfjöðrun á öllum fjórum hjólunum. Sumir bílar eru með gormum með fjöðrum að framan og loftfjöðrun að aftan.

Myndin sýnir afturfjöðrun með loftfjöðrum. Innan í bílnum (oft neðst í skottinu) er dæla sem dælir lofti inn í loftfjöðrurnar. Loftfjaðrarnir þenjast út eftir endilöngu, þannig að þyngd bílsins getur hvílt á þeim. Oft er skynjari á þráðbeini sem skráir hversu langt bíllinn er hengdur af hleðslu (fólk sem situr aftast, eða þungur kerru). Út frá þessum mæligögnum getur loftdælan blásið aðeins harðar upp í loftbelginn, þannig að bíllinn hallast ekki aftur á bak.

Torsion fjöðrun:
Torsion er annað orð fyrir „beygja“. Snúningsgormar voru (aðallega) notaðir á ameríska bíla. Neðra armbein þessarar smíði er tengt við yfirbygginguna með snúningsstöng. Þegar ökutækið þjappast saman munu efri og neðri snúningspunktarnir hreyfast. Stuðningsarmurinn sem snúningsstöngin er sett í mun vilja lamir um snúningsstöngina. Það er hins vegar ekki hægt, því snúningsstöngin er með fasta tengingu í burðararminum. Hin hliðin á snúningsstönginni (á myndinni neðst) er þétt tengd við yfirbygginguna.

Þetta þýðir að þegar hjólið þjappast saman verður stöngin fyrir snúningsálagi. Þessi snúningur byggir upp viðnám (því lengra sem hjólið þjappast saman, því lengra er snúningsstöngin snúin). Þjöppunin verður því sífellt þyngri eftir því sem snúningurinn eykst. Öll fjöðrun framöxuls bílsins virkar á þessari reglu. Það er líka ein af ástæðunum fyrir því að gamlir amerískir bílar þjappast saman og bakka svo auðveldlega og mjúklega.

Vatnsloftfjöðrun:
Vatnapneumatics er sambland af vökva og pneumatics. Þetta kerfi hefur verið notað af Citroën síðan á fimmta áratugnum og er enn að finna í gerðum í dag.
Vorkúlan inniheldur þjappað gas (blátt á myndinni) sem er þjappanlegt. Vökvavökvinn (gulur) er það ekki. Meðan á þjöppun stendur mun rauða stimplinum þrýsta upp af stuðningsarminum og gasrýmið þjappað saman. Bláa rýmið verður minna fyrir vikið. Þegar hjólið snýr aftur og stimpillinn færist niður á við fer kerfið aftur í fyrri aðstæður. Fjöðrandi og dempandi áhrifin fást með því að þjappa þessu þjappað gasi saman.

Hægt er að stjórna kerfinu með því að stilla olíumagnið (gult). Með því að bæta við aukaolíu í kerfið þegar það er mikið álag, sem gerist sjálfkrafa þökk sé vatnsdælunni, eykst aksturshæðin. Farartækið mun þá sitja hærra á gormunum. Þegar hleðslan er fjarlægð aftur (eða farþegarnir komast út) mun olían í kerfinu fara aftur í geymslugeyminn um þrýstiventil. Aksturshæðin lækkar aftur.