Zawieszenie

Przedmioty:

Ogólna obsługa układu zawieszenia
McPherson
Zawieszenie cewki
Stała sprężyny
Zawieszenie liści
Zawieszenie pneumatyczne
Sprężyna skrętna
Zawieszenie hydropneumatyczne

Ogólna obsługa układu zawieszenia:
Zadaniem układu zawieszenia jest jak najlepsze amortyzowanie ruchów podczas jazdy po nierównościach nawierzchni, tak aby zachować jak największy komfort jazdy. Trzymanie się drogi ma również wpływ na zawieszenie. Jeśli zawieszenie jest bardzo elastyczne (pomyśl o starych amerykańskich samochodach), trzymanie się drogi będzie znacznie gorsze niż samochodu ze sztywnym zawieszeniem. Dzieje się tak, ponieważ bardzo elastyczny samochód traci przyczepność podczas odbicia (np. podczas gwałtownego hamowania lub pokonywania ostrych zakrętów). Nacisk opon na nawierzchnię w przypadku koła resorowanego jest znacznie mniejszy niż w przypadku koła skompresowanego i dlatego będzie ślizgał się znacznie szybciej. Podczas pokonywania ostrych zakrętów z dużą prędkością ryzyko wyrwania się również będzie bardzo duże, ponieważ przyczepność opon po wewnętrznej stronie zakrętu jest minimalna.
Kiedy samochód o bardzo gładkich resorach jedzie po pagórkowatej, utwardzonej nawierzchni, samochód będzie się mocno kołysał podczas odbijania. Kiedy samochód jest resorowany, ciśnienie w oponach jest mniejsze i w tym momencie hamowanie lub kierowanie jest niemożliwe lub nie jest możliwe wcale.
W przypadku samochodu ze sztywnym zawieszeniem, zwłaszcza samochodów sportowych lub samochodów obniżonych, przyczepność wszystkich 4 kół będzie możliwie maksymalna podczas pokonywania ostrych zakrętów. Duży wpływ na to mają także stabilizator i rozmiar opon. Kiedy obniżony samochód jedzie po pagórkowatej, utwardzonej nawierzchni, samochód będzie stabilnie trzymał się drogi i dzięki temu nie będzie miał problemów z nagłym, mocnym hamowaniem w pozycji wysuniętej.

Elastyczne i sztywne zawieszenie (w samochodach ze sprężynami śrubowymi) jest powiązane z sztywnością sprężyny. Aby zoptymalizować zawieszenie samochodu (w zależności od konstrukcji), można zamontować sprężyny elastyczne dla komfortu (sprężyny liniowe) lub sztywniejsze dla sportowego charakteru (sprężyny progresywne). Więcej na ten temat w rozdziale Stała Springa, w dalszej części strony.

McPhersona:
Dużą zaletą zawieszenia McPherson jest połączenie sprężyny i amortyzatora. Pozwala to zaoszczędzić dużo miejsca i jest również łatwe w konstrukcji podczas projektowania samochodu. W rezultacie koszty produkcji są również niskie.
Zawieszenie McPherson jest rozwinięciem zawieszenia z dwoma wahaczami poprzecznymi (zwanego także konstrukcją podwójnych wahaczy). Górny wahacz zastąpiono tłoczyskiem amortyzatora, który teraz przejmuje także siły boczne. Dlatego też w przypadku zderzenia z kołem (innym pojazdem lub przy uderzeniu w krawężnik) zazwyczaj następuje natychmiastowe uszkodzenie tłoczyska. Odkształca się bardzo szybko i dlatego jest krzywy. Należy wtedy wymienić cały amortyzator.
Zawieszenie McPherson jest zawsze stosowane z przodu samochodu. Czasami na tylnej osi stosuje się również rozpórki, ale nie są one typu McPerson. W tylnym zawieszeniu sprężyny śrubowe i amortyzatory są często projektowane oddzielnie.

Górne łożysko znajduje się na górze kolumny. Łożysko górne umożliwia ruchy kierownicze. Rozpórka jest często mocowana do nadwozia pod maską za pomocą połączeń śrubowych. Jest to więc punkt stały. Górne łożysko, umieszczone pod spodem, zapewnia płynny obrót całej kolumny względem górnego punktu stałego. Układ ten, pełniący funkcję nośną i punkt obrotu z łożyskiem górnym, nazywany jest systemem McPhersona.

Zawieszenie cewki:
Działanie sprężyny śrubowej nie opiera się na zginaniu, jak mogłoby się początkowo wydawać, ale na skręcaniu (skręcaniu). Po naciśnięciu sprężyny śrubowy pręt zostanie skręcony. Cały ciężar pojazdu jest podtrzymywany przez sprężyny śrubowe. Sprężyna śrubowa jest umieszczona pomiędzy górnym łożyskiem a dolnym gniazdem sprężyny. Kiedy pojazd się ściska, górne łożysko dociska sprężynę śrubową w dół. Ponieważ się skręca, generowana jest siła przeciwna. Ta siła przeciwna jest ostatecznie efektem sprężystości. Im większa siła przeciwna wywierana przez sprężynę, tym mocniejsza jest sprężyna.

Stała sprężyny:
Elastyczność sprężyny jest wskazywana przez stałą sprężystości. Napięcie sprężyny liniowej jest inne niż w przypadku sprężyny progresywnej. W przypadku sprężyny liniowej odległość między wszystkimi zwojami jest taka sama. W przypadku sprężyny progresywnej odległości te nie są równe; u góry lub u dołu sprężyny zwoje będą umieszczone bliżej siebie niż gdzie indziej. Różnicę między tymi dwoma typami sprężyn widać na obrazku:

W przypadku sprężyny liniowej sprężyna zawsze zapada się na pewną odległość przy określonej masie. Poniżej znajduje się przykład skoku sprężyny liniowej:

+100 kg dodatkowego obciążenia, auto opada o 2 cm.
+200 kg dodatkowego obciążenia, auto opada o 4 cm.
+300 kg dodatkowego obciążenia, auto opada o 6 cm.

W przypadku tej sprężyny liniowej istnieje teraz związek między ciężarem a odległością. Poniżej pokazano ściskanie sprężyny liniowej; im większa siła działająca na sprężynę, tym większy skok zawieszenia. Linie są proste, ponieważ odległości pomiędzy wszystkimi zwojami sprężyny są równe.

W przypadku sprężyny progresywnej nie ma związku pomiędzy wagą a odległością. Sprężyna ta staje się coraz sztywniejsza w miarę dalszego ściskania. Pierwsza część jest łatwa, ale wraz ze wzrostem obciążenia wyskakuje coraz mniej. Dzieje się tak dlatego, że uzwojenia są bliżej siebie u góry. Poniżej znajduje się przykład skoku sprężyny progresywnej:

+100kg dodatkowego obciążenia, auto opada o 2cm.
+200kg dodatkowego obciążenia, auto opada o 3cm.
+300kg dodatkowego obciążenia, auto opada o 3,5cm.

Poniżej znajduje się wykres sprężyny progresywnej. Początkowo skok sprężyny będzie się zwiększał wraz ze wzrostem siły sprężyny. Linia nie jest prosta, ale opada w górę. Oznacza to, że w miarę dalszego wzrostu siły działającej na sprężynę skok sprężyny staje się coraz mniejszy. W związku z tym w miarę wzrostu siły działającej na sprężynę samochód będzie się coraz mniej uginał.

Producenci samochodów zawsze szukają najlepszego stosunku komfortu do właściwości jezdnych pojazdu. Skok sprężyny można regulować regulując progresywność sprężyny (poprzez umieszczenie większej lub mniejszej liczby zwojów blisko siebie). Średnica samego uzwojenia ma również duży wpływ na wielkość możliwego skręcenia. Dla każdego samochodu będzie to wyglądało inaczej. Istnieją również różne typy sprężyn do tego samego typu samochodów, o różnej pojemności skokowej, typie silnika (benzyna lub diesel), pakiecie sportowym itp.
Sprężyny obniżające często w pierwszej części mocno się zapadają, przez co auto w położeniu neutralnym stoi już niżej nad nawierzchnią drogi. Powinno to utrudnić kompresję samochodu, dlatego sprężyny są bardziej progresywne. W przeciwnym razie pojazd zbyt szybko uderzyłby w nawierzchnię drogi. Ponieważ sprężyny ściskają się mniej łatwo, pojazd staje się sztywniejszy; Niektórzy ludzie odbierają to jako nieprzyjemne.

Zawieszenie liści:
Resory piórowe składają się z wielu piór zamontowanych jeden na drugim. Górny arkusz nazywany jest arkuszem głównym. Im więcej piór ma sprężyna, tym staje się mocniejsza i sztywniejsza. W przeszłości czasami montowano je pod samochodami osobowymi. Resor piórowy składał się wówczas tylko z kilku liści, a czasem nawet tylko z liścia głównego. Nadal są stosowane w pojazdach użytkowych, chociaż są oczywiście znacznie grubsze. Środek resorów piórowych jest przymocowany do osi, a końce do nadwozia lub podwozia. Sprężysty ruch uzyskuje się poprzez zgięcie wielu skrzydeł w połowie całkowitej długości.

Istnieją 2 różne typy resorów piórowych:

Sprężyna trapezowa: Listki sprężynowe mają różną długość i wszędzie mają tę samą grubość.
Sprężyna paraboliczna: Wszystkie pióra sprężyny mają tę samą długość i są grubsze w środku niż na końcach. Pomiędzy wiosennymi liśćmi jest również przestrzeń. Sprężyny paraboliczne są bardziej elastyczne niż sprężyny trapezowe i mają mniejszą masę.

Zawieszenie pneumatyczne:
Zawieszenie pneumatyczne jest stosowane rzadziej niż sprężyny śrubowe w samochodach osobowych. Zawieszenie pneumatyczne można znaleźć na przykład w Audi A8, BMW serii 7 lub X5. Samochody te często mają zawieszenie pneumatyczne na wszystkich czterech kołach. Niektóre samochody mają rozpórki ze sprężynami śrubowymi z przodu i zawieszenie pneumatyczne z tyłu.

Rysunek przedstawia tylne zawieszenie z resorami pneumatycznymi. We wnętrzu samochodu (często na dole bagażnika) znajduje się pompa pompująca powietrze do resorów pneumatycznych. Amortyzatory pneumatyczne rozszerzają się wzdłużnie, dzięki czemu może na nich spocząć ciężar samochodu. Często na wahaczu znajduje się czujnik, który rejestruje, jak daleko samochód jest zawieszony na ładunku (osoby siedzące z tyłu lub ciężka przyczepa). Na podstawie tych danych pomiarowych pompka powietrza może nieco mocniej napompować miechy powietrzne, tak aby auto nie przechyliło się do tyłu.

Zawieszenie skrętne:
Skręcanie to inne słowo oznaczające „skręcanie”. Sprężyny skrętowe były kiedyś (głównie) stosowane w samochodach amerykańskich. Dolny wahacz tej konstrukcji połączony jest z nadwoziem za pomocą drążka skrętnego. Gdy pojazd ulegnie kompresji, górny i dolny punkt obrotu przesuną się. Ramię nośne, w które włożony jest drążek skrętny, będzie chciało obracać się wokół drążka skrętnego. Nie jest to jednak możliwe, gdyż drążek skrętny posiada stałe połączenie w ramieniu nośnym. Druga strona drążka skrętnego (na zdjęciu na dole) jest stabilnie połączona z karoserią.

Oznacza to, że podczas ściskania koła drążek poddawany jest obciążeniu skręcającemu. To skręcanie zwiększa opór (im bardziej koło jest ściskane, tym bardziej skręcony jest drążek skrętny). Dlatego też kompresja staje się coraz większa wraz ze wzrostem skręcania. Całe zawieszenie przedniej osi samochodu działa na tej zasadzie. Jest to również jeden z powodów, dla których stare amerykańskie samochody tak łatwo i płynnie ściskają się i odbijają.

Zawieszenie hydropneumatyczne:
Hydropneumatyka to połączenie hydrauliki i pneumatyki. System ten jest stosowany w Citroënie od lat pięćdziesiątych XX wieku i nadal można go znaleźć w dzisiejszych modelach.
Kulka sprężynowa zawiera sprężony gaz (niebieski na zdjęciu), który jest ściśliwy. Płyn hydrauliczny (żółty) nie. Podczas sprężania czerwony tłok zostanie wypchnięty do góry przez ramię nośne, a przestrzeń gazowa zostanie ściśnięta. W rezultacie niebieska przestrzeń staje się mniejsza. Kiedy koło odbije się i tłok przesunie się w dół, układ powraca do poprzedniej sytuacji. Efekt sprężystości i tłumienia uzyskuje się poprzez sprężanie tego sprężonego gazu.

Systemem można sterować regulując ilość oleju (żółty). Dodając dodatkowy olej do układu przy dużym obciążeniu, co dzieje się automatycznie dzięki pompie hydraulicznej, zwiększy się prześwit. Pojazd będzie wówczas osadzony wyżej na sprężynach. Kiedy ładunek zostanie ponownie usunięty (lub wysiądą pasażerowie), olej w układzie powróci do zbiornika poprzez zawór ciśnieniowy. Wysokość jazdy ponownie się zmniejszy.