Pružiny a tlmiče - Časť 1 - Listové pružiny - MATSCH; Zjazdovka
Podvozok a najmä jeho úpravy sú predmetom stoviek kubíkov palivového dreva pri táboráku. Po sérii s zavesením náprav sa teraz pozrieme na dva dôležité komponenty podvozka, pružiny a tlmiče. Prvá časť je o listovej pružine.
Podvozok predstavuje spojenie medzi vozidlom a vozovkou. Takmer všetky sily pôsobiace na vozidlo sa prenášajú iba v kontaktných bodoch medzi vozovkou a kolesami. V prípade automobilu je to zhruba plocha listu papiera DIN A4, nič viac. To jasne ukazuje, akú ústrednú rolu hrá podvozok. Musí zabezpečiť, aby nikdy nedošlo k prerušeniu kontaktu medzi vozovkou a kontaktnou oblasťou pneumatiky (kontaktná oblasť pneumatiky). Podvozok je zároveň významne zodpovedný za jazdný komfort.
Podvozok obsahuje množstvo samostatných systémov, ako napríklad riadenie, brzdy, kolesá, zavesenie kolies alebo zavesenie náprav a stabilizátory. Súčasťou sú samozrejme aj pružiny a tlmenie. V tomto článku sa chceme podrobnejšie zaoberať pružinami a tlmičmi, pretože navzájom veľmi úzko spolupracujú, a preto musia byť navzájom koordinované.
O zavesení náprav v niekoľkých častiach sme sa už rozprávali v Matsch & Piste, počnúc časťou 1 o vedení nápravy s listovými pružinami.
Pruženie - bezpečnosť, funkčnosť a pohodlie
Odpruženie vozidla má v zásade tri komponenty: a) pružiny odpruženia, b) stabilizátory ac) tlmenie vibrácií. Úlohou je chrániť vozidlo a jeho posádku pred nepríjemnými sklonmi a pohybmi kolies, ako aj pred nárazmi. Zároveň by sa mal vždy udržiavať kontakt medzi bicyklom a zemou.
Úlohu upokojiť má tlmič, ktorý v skutočnosti nie je tlmič, ale tlmič vibrácií. Pneumatiky a pružiny tvoria vibračné systémy. Ak dostanú impulz, napríklad z hrče, začnú vibrovať. Na jednej strane by to bolo veľmi nepríjemné a na druhej strane by sa stratil bezpečný kontakt so zemou. Tlmič upokojuje systém, a preto je veľmi dôležitý pre bezpečnosť jazdy.
Čo znamená vibračný systém?
Prečo musí byť vibračný systém tlmený klapkou? Aby ste to pochopili, môžete urobiť jednoduchý experiment. Vezmite si kuchynský nôž, toto je vaše pero. Držte čepeľ palcom na okraji stola a nechajte nôž voľne plávať po hrane. Teraz jedným prstom stiahnite rukoväť a nechajte ju kmitať. Nôž sa hojdá dlho.
Ak sa to stane s vašimi kolesami, vozidlo nie je možné ovládať, nehovoriac o tom, ako je všetko v aute otrasené. Preto musia tlmiče toto hojdanie a hojdanie upokojiť. Sú preto veľmi dôležitou súčasťou bezpečnosti jazdy.
V tejto malej sérii článkov vám chceme predstaviť najbežnejšie typy pružín a tlmičov. Je ľahké pochopiť, že pruženie a tlmenie sú uvažované spoločne v podvozku. To platí aj pre výber podvozku alebo jeho úpravy. Ak sa tieto dva typy navzájom nezhodujú, čo sa týka nastavenia a rozmerov, vedie to v lepšom prípade k zlému a nepríjemnému správaniu pri jazde. V najhoršom prípade dôjde k poškodeniu alebo výraznému narušeniu bezpečnosti jazdy.
Pierko
Pružiny vo vozidle, správne nazývané pružiny zavesenia, určujú výšku podvozku nad nápravami. Súvisia teda priamo s maximálnym zaťažením, ktoré môže vozidlo uniesť. Ak je vozidlo zdvihnuté alebo znížené, vykoná sa to pomocou iných pružín. Ak chcete zachovať krútenie aj napriek zaťaženiu, je to možné dosiahnuť aj pomocou iných pružín. Dôležitou vlastnosťou pružiny je v tejto súvislosti pružnosť. Udáva, akú silu vyžaduje určité stlačenie pružiny. Čím vyššie je pruženie, tým väčšie zaťaženie môže pružina uniesť bez toho, aby sa viac stlačila.
Ďalej spolu s tlmičmi absorbujú rázy, ktoré do vozidla pôsobia cez zem. Deformáciou pružiny krátkodobo ukladá energiu týchto impulzov. Samozrejme, že to chce vrátiť. K dispozícii je tlmič nárazov, ktorý funguje bezpečne a pohodlne a nekončí vyklopením systému nahor. Keď deformovaná pružina uvoľní svoju akumulovanú energiu, musí pohybovať piestom v tlmiči cez olej. Vďaka tomu sa energia uložená v pružine rozptýli mechanickou prácou v tlmiči. Kinetická energia sa v tlmiči premieňa na tepelnú energiu.
Zapletenie je bez kontaktného tlaku zbytočné
V teréne pružina tiež zaisťuje, aby sa čo najdlhšie vytváral prítlačný tlak, ktorý stále tlačí odrazené koleso na zem. Bez dostatočného tlaku sa koleso roztočí a bude treba použiť zámok. Kontaktný tlak sa stratí, keď je pružina úplne uvoľnená, pretože už na nej nie je podporovaná hmotnosť vozidla.
Bez dostatočného kontaktného tlaku je zapletenie k ničomu.
Typy pierok
V súčasnosti zohrávajú úlohu závesnej pružiny v osobných a nákladných vozidlách tri typy. Najstarší je listový prameň. Najrozšírenejšia je vinutá pružina a v posledných rokoch sa zväčšuje pružina vzduchového vlnovca. Existujú aj iné pružinové systémy, ktoré sa vyskytujú buď zriedka, alebo sú v špeciálnych konštrukciách.
Listová jar
Listový prameň je veterán medzi prameňmi. Predtým najbežnejší pružinový systém pre všetky vozidlá, od vozňov po nákladné automobily, bol od úspechu vinutej pružiny zatlačený späť do segmentu úžitkových vozidiel. Dnes sa nachádza hlavne na zadných nápravách moderných pick-upov, ako sú VW Amarok, Toyota Hilux alebo Isuzu D-Max, alebo na dodávkach ako VW Crafter, Mercedes Sprinter a ďalších. Pokiaľ ide o vysoké užitočné zaťaženie, stále má výhodu.
Pero a vedenie v jednom
Listová pružina zaujíma osobitnú pozíciu, pretože slúži nielen ako odpruženie, ale je tiež konštruktívnym spojením medzi podvozkom a nápravou a preberá vedenie nápravy (pozri vedenie nápravy). U starších vozidiel existujú dokonca prevedenia, v ktorých je trenie medzi jednotlivými vrstvami pružín zodpovedné za tlmenie.
Teória lúčov
Listová pružina je v zásade špirálová pružina upnutá na jednej strane, s listom pružiny na každej strane. Ich správanie je v podstate určené barovou teóriou. V najjednoduchšom prípade je plochá pružina, niekoľko vrstiev plochých, predpätých (ohnutých) obdĺžnikových oceľových pásov položených na sebe. Svorky sú upínacím bodom a upevňujú spolu nápravu a pružinu. Konce hlavnej pružinovej vrstvy sú vytvorené ako oči. V týchto očiach sú pružné gumené alebo polyuretánové objímky, pomocou ktorých je listová pružina pripevnená k upevňovacím bodom rámu. Jedna strana je pripevnená, druhú, strmeň, je možné pozdĺžne posúvať, aby sa mohla počas stlačenia a odskoku kompenzovať dĺžka pružiny. Ak sa vrstvy pružín navzájom dotýkajú, navzájom sa trú, čo má tlmiaci účinok.
V strede sú držané spolu srdcovou skrutkou, ktorá fixuje pružinové vrstvy v pozdĺžnom smere, ale umožňuje ich skrútenie (ako je to vidieť na obrázku pre lichobežníkovú pružinu dole). Všetky vrstvy pružín majú v strede otvor, ktorým prechádza skrutka. Dĺžka pružinových sponiek drží vrstvy pohromade.
Štruktúra listovej suspenzie.
Druhá vrstva pod hlavnou vrstvou je často stále ohnutá okolo oka. Toto je kvôli bezpečnosti. Ak by sa oko zlomilo, telo bude stále zachytené.
Druhá vrstva je často okolo oka úplne alebo čiastočne obalená.
Základné tvary listovej pružiny
Aj keď sa zdá, že o listovej pružine sa nedá veľa povedať, došlo aj k niekoľkým inováciám. Pre listovú pružinu existujú štyri základné tvary, ktoré majú odlišné vlastnosti. V dnešnej dobe hrajú v praxi úlohu iba tri z týchto tvarov, ploché, lichobežníkové a parabolické pružiny, známe tiež ako parabolické pružiny. V prípade lichobežníkových a parabolických pružín sa po celej dĺžke mení prierez pružinového listu. Ku koncom sa mení buď jeho šírka (lichobežník), alebo hrúbka (parabolická). Tieto zmeny prierezu pozitívne menia tuhosť a využitie materiálu je rovnomerne rozložené po celej čepeli. Nezáleží na tom, či sa v smere ohybu mení šírka alebo hrúbka. Oba majú rôzne účinky.
Lichobežníková pružina je výsledkom trojuholníkovej pružiny, ktorá je v skutočnosti ideálnym tvarom z hľadiska rozloženia zaťaženia na celé krídlo pružiny. celý pružinový materiál je rovnako zaťažený a pracuje s ním. Pretože je na svojich koncoch príliš úzky pre zaťaženie, špicatý koniec sa odrezal a získala sa lichobežníková pružina. Trojuholníková pružina nemohla zvíťaziť.
Základné tvary listových pružín.
Rozdelenie ohybových momentov.
Plochá listová pružina
Originálna a najjednoduchšia forma je plochá listová pružina. Skladá sa z jednoduchých, obdĺžnikových, zakrivených oceľových pásov, ktoré sú naskladané v niekoľkých vrstvách ako balík. Je to lacné na výrobu a môže to trvať veľa nákladu.
Jednostranné zaťaženie plochej pružiny.
Ich nevýhody spočívajú v tom, že poskytujú malý komfort a zaťaženie v ohybe sa vyskytuje hlavne iba pri upnutí. Väčšina jarných prác sa tam robí. Všetky pružinové vrstvy sa navyše navzájom dotýkajú po celej svojej dĺžke a pri ohýbaní sa proti sebe posúvajú. Takto vzniká nedefinovateľný útlm. Závisí to od veku, meniacich sa povrchových vlastností (farba, hrdza, opotrebenie) a znečistenia medzi vrstvami. Aplikované ochranné povlaky určené na ochranu pred hrdzou sa časom stratia, takže je potrebné vykonať údržbu plochej listovej pružiny.
Trapézová pružina
Najbežnejšou formou je lichobežníkový prameň. Názov lichobežník pochádza zo skutočnosti, že ak by sa všetky vrstvy pružiny rozprestierali vedľa seba, vznikol by tvar dvojitého lichobežníka.
Výhodou lichobežníkovej pružiny v porovnaní so zastaraným štandardným tvarom plochej pružiny je, že ohybové momenty nie sú umiestnené hlavne v mieste upnutia, ale sú rovnomerne rozložené po celom liste. Vďaka tomu je pružinová práca lichobežníkovej pružiny výrazne lepšia a materiál pracuje po celej dĺžke. To ponúka mäkšiu odozvu a teda viac pohodlia. Je to lacnejšie ako parabolická pružina.
Lichobežníková listová pružina - na konci je zreteľne viditeľné zúženie.
Mierne skrútenie nožov je normálne a je spôsobené napríklad krútením alebo zákrutami.
Nevýhody trapézovej pružiny sú nevýhody plochej listovej pružiny, pokiaľ ide o kontakt medzi vrstvami pružín. Aby boli čo najtrvanlivejší, idú tam dobrí výrobcovia a zhutňujú povrchy. Stlačenie sa uskutočňuje najmä na hornej strane listu, ktorá je počas stlačenia vystavená ťahovému namáhaniu. Stlačenie materiálu na tejto strane zmierňuje oblasti namáhané v ťahu.
Na obrázkoch sú listové pružiny Old Man Emu (OME). Ich povrchy sú zhutnené bombardovaním sklenenými guľkami. Toto opatrenie v priemere zdvojnásobuje životnosť pružinových listov. Dve priame spodné vrstvy pružín, podporné vrstvy, fungujú iba pri vysokom zaťažení. Sú tiež koncipované ako lichobežník.
Podvozok OME - lichobežníkové listové pružiny s opornou polohou.
Parabolická pružina
Najpohodlnejšou a najľahšou listovou pružinou je parabolická pružina, známa tiež ako parabolická pružina. Tvar zodpovedá tvaru paraboly, pretože je v strede hrubší ako na jeho koncoch. Posledná štvrtina peria už zvyčajne nie je tenšia, aby jarný list ku koncu príliš slabý nebol. Šírka zostáva rovnaká. Realizuje sa buď s jedným, alebo s dvoma pružinovými listami. Dvojitá vrstva sa používa, keď výpočet pružiny ukazuje, že nemôže uniesť celú váhu v požadovanej šírke. Parabolická pružina reaguje veľmi jemne aj pri nezaťaženom stave. V súčasnosti sa vyskytuje väčšinou na dodávkových vozidlách.
Parabolický listový prameň je od konca do stredu hrubší.
Ich veľkou výhodou je úspora hmotnosti o dobrých 30% v porovnaní s porovnateľnou trapézovou pružinou. Ďalšou výhodou je, že sa vrstvy navzájom nedotýkajú po celej svojej ploche, takže je možné lepšie určiť ich tlmiace vlastnosti a použiť ľahšiu ochranu proti korózii. Výroba je ale nákladnejšia, pretože sa vyvaľuje na príslušnú hrúbku.
Ešte jedno slovo k listovej pružine
Ak jazdíte moderným pickupom, máte na jednej strane vozidlo optimalizované, izolované a odhlučnené v aerodynamickom tuneli. V závislosti na značke a jej požiadavkách zvukoví inžinieri prevzali každý zdroj hluku vo vozidle. Zároveň má auto často najstarší pružinový systém, listovú pružinu. Svojím spôsobom je to vyváženie. Táto pružina už bola nainštalovaná vo vozidlách, v ktorých bolo bežné, že všetky zvuky motora, prevodovky a chodu dokonca znemožňovali konverzáciu. V týchto časoch a pri takýchto vozidlách si listovú pružinu a jej hluk v pozadí vôbec nevšimli.
Podvozok s listovými pružinami funguje, trie, tlačí a krúti svoje pružinové listy o seba, a to vydáva zvuky. Môže prasknúť, kliknúť a škrípať. Pretože povrchy sa navzájom otierajú, čo nie je prípad vinutých pružín, má na hluk vplyv aj aktuálny stav medzi listovými vrstvami. Nečistoty a soľ medzi vrstvami teda môžu vytvárať zvuky, ktoré by inak neboli počuť, napríklad príliš veľa tuku medzi vrstvami. Ak ste sa rozhodli pre vhodné vozidlo, musíte s týmito účinkami žiť.
Napriek modernému vozidlu môžu vydávať zvuky najmä listové pružiny.
Všetko jednotlivo alebo v balíku
Z dôvodu dôležitosti podvozku je vhodné kontaktovať odborníka, ak sa čaká na prestavbu. Ako je popísané v článku o Death Wobble, pri prestavovaní nezmeníte iba výšku a zdvih pruženia, ale v závislosti od rozsahu zmien podstatne zasiahnete aj do geometrie podvozku. V každom prípade by sa pružiny a tlmiče mali vždy posudzovať spoločne a mal by sa zvoliť koordinovaný balík pruženia.
Podvozok pre široké použitie
Každý, kto chce vylepšiť svoj podvozok v širšom rozsahu účelov, by sa mal rozhodnúť pre kompletný balík pozostávajúci z pružín a tlmičov od jedného výrobcu. Napríklad každý, kto sa rozhodne pre poskytovateľa, ako je Old Man Emu (OME), má výhodu úplného koordinovaného pozastavenia a na druhej strane rýchleho získania správnej náhrady na celom svete a nemusí sa spoliehať na jediného poskytovateľa, ktorý môže nastavil také individuálne nastavenie, že ho musí najskôr urobiť, až potom vám ho môže poslať do sveta.
Špecializovaný podvozok
Ak hľadáte podvozok na špeciálne účely, pretože máte na pick-upe mimoriadne ťažkú kabínu, náklad sa príliš líši v cestovnom a štandardnom režime, alebo ak máte záujem o rally alebo skúšobné súťaže, hľadajte najlepšie špecialista na podvozky zo scény. Takéto úpravy si zvyčajne vyžadujú viac ako len výmenu tlmičov a pružín. Tu sa musí vykonať celkový pohľad na všetky komponenty podvozku a prípadne hnacie ústrojenstvo. Nie je nezvyčajné vykonať špeciálne úpravy rámu a úchytov tlmičov a pružín a dokúpiť alebo vyrobiť ďalšie diely.
Land Rover Enthusiast - Defender Td5 90/Serie IIa 109 "ExMoD