Odpružení automobilů

Odpružení vozidel
Odpružením se zmenšuje přenos kmitavých pohybů náprav vozidla na podvozek a karoserii, neboli
má zajistit pohodlí cestujícím. Zároveň zvyšuje životnost některých dílů podvozku především
zajišťuje stálý styk pneu s vozovkou, čímž je zajištěn přenos obvodových i bočních sil, t. j. větší
bezpečnost.
Tlumiče jako prvek odpružení pak tlumí kmitavý pohyb náprav a podvozku. Listové pružiny jako
jediné z pružin přenáší na podvozek i suvnou a brzdnou sílu.
Pérování automobilu jsou tedy takové prvky automobilu, které vytváří pružné spojení mezi
nápravami a nadstavbou (karoserií) s funkcí zabezpečit :
- maximálně možné pohodlí
- maximálně možnou bezpečnost
Soustava odpružení je zpravidla tvořena : - pružinami
- tlumiči pérování
- stabilizátory
Na odpružení se svým způsobem také podílí pneumatiky a odpružené sedačky.
Z hlediska působení na člověka má mít pérování podobnou frekvenci jako člověk při chůzi [(65110) kmitů za minutu] a zrychlení by nemělo překročit 1/3 (nejvýše 1/4) g.
Požadavky na pérování
- minimální svislé zrychlení karoserie
- minimální kývavý pohyb ve svislé podélné rovině
- minimální kolísání svislého zatížení kola (vlivem jízdy po nerovné vozovce by kolo mohlo ztratit
styk s vozovkou - b e z p e č n o s t )
Celkovou hmotnost vozidla lze z hlediska pérování rozdělit na :
Neodpérované hmoty - kola, nápravy, některé části zavěšení kol, pérování a tlumení
Odpérované hmoty - karoserie a příslušné části náprav, pérování a tlumení
Odpérované a neodpérované hmoty jsou navzájem odděleny pružinami a tlumiči a proto je
kmitání odpérovaných hmot tlumené.
Druhy pérování
1. Pružinové
- s listovými pery
- s vinutými pružinami
- s torzními tyčemi
2. Pneumatické
3. Hydropneumatické
4. Hydroelastické
5. Pryžové
Z uvedených druhů pérování se u těžších užitkových vozidel používají ocelové pružiny, především
listová pera, a pneumatické pérování.
Druhy pružin
1.1. Listová pera
Používají se zejména u NA, popř. u zadních náprav OA.
Podle polohy a umístění na vozidle se používají listová pera přední, zadní, podélná, příčná a šikmá.
Nejpoužívanějším druhem jsou podélná poloeliptická pera.
Jejich vlastnosti a uspořádání :
- pero je složeno z několika listů
stejné šířky, ale různé délky nad
sebou
- hlavní list má zpravidla na
obou koncích oka pro
připevnění pera
- druhý list má někdy volně
zahnuté konce kolem ok hlavního
- průřez listů je obdélníkový
- listy jsou vyrobeny z pérové
oceli třídy 13,14
- v podélném směru jsou listy uprostřed jištěny svorníkem
- proti bočnímu posunutí jsou listy pojištěny sponami
- v okách per jsou pouzdra pro čepy - ocelová, bronzová nebo pryžová
- čepy pro uchycení per jsou z cementované oceli, broušené a s drážkami pro mazání
- uchycení pera k nápravě (rámu) je třmenem uprostřed
- pera mohou být chráněna obaly
Závěsy listových per
Jedním koncem, zpravidla předním, je pero uloženo pevně v držáku přinýtovaném nebo
přišroubovaném k rámu a druhý konec pera je uložen výkyvně na závěsu nebo kluzně pomocí opěry,
protože při propérování se mění délka pera.
Při deformaci pružiny dochází ke vzájemnému posuvu mezi listy a tudíž tření, které vlastně
způsobuje tlumení kmitů. Protože by však tření mohlo dosáhnout vysoké hodnoty, buďto se pružiny
mažou nebo v současnosti se mezi listy vkládají vložky z plastů. Pokud bychom chtěli vyloučit tření
mezi listy vůbec, byla by ideální jednolistová pružina parabolického tvaru.
Tuhost listové pružiny závisí přímo úměrně na počtu listů, jejich šířce, 3. mocnině jejich tloušťky a
nepřímo úměrně na 3. mocnině jejich délky.
Pokud chceme, zejména u nákladních automobilů, aby bez zatížení nebylo pérování tvrdé, musíme
odpružení upravit, jedná se o tzv. progresívní pérování, jehož účinek může být stupňový nebo
plynulý.
Způsoby dosažení progresivity u listových per :
a) použitím stupňové pružiny ( hlavní list. pružina s
přídavnou )
Při malém zatížení nebo prázdném vozidle je v
činnosti jen hlavní svazek a při velkém zatížení
dojde k průhybu a přídavný svazek se opře a pak
pérují oba.
b)
použitím listové pružiny s přídavným listem
U prázdného vozidla není krátký přímý list v činnosti,
teprve při určitém zatížení na něj dosedne svou plochou
sousední list a pak se deformují společně.
c)
použitím pružiny se změnou činné délky
Při určité deformaci se hlavní list opře o pryžový doraz, čímž se zmenší činná délka a tím
zvýší tuhost.
1.2. Vinuté pružiny
- je to nejpoužívanější druh pérování u OA
- nemohou vést nápravu
- většinou se používají tlačné vinuté pružiny válcového tvaru s konstantním středním průměrem
a kruhovým průřezem drátu
- jsou vyrobeny z pružinové oceli a jejich povrch je kuličkován
- mezi závity musí být bezpečná vůle a na koncích musí být závěrné závity
- tuhost pružiny závisí :
- přímo úměrně na 4. mocnině průměru drátu
- nepřímo úměrně na : - 3. mocnině průměru pružiny
- počtu činných závitů
- progresivity lze u těchto pružin dosáhnout proměnlivostí :
- ve stoupání závitů ( u okrajů menší stoupání )
- změnou průměrů drátu ( od středu směrem k okrajům se průměr drátu ztenšuje )
- změnou průměrů pružiny ( kuželový či soudečkový tvar pružiny )
1.3. Zkrutné tyče (torzní) ( viz obrázek u stabilizátoru na konci textu)
- používají se u polonáprav, zpravidla kyvadlových, např. TATRA (PN), Š 1203
- jsou to přímé tyče zpravidla kruhového průřezu (mohou být tvořeny i svazkem ocelových pásů
v tvaru čtverce nebo obdélníku) namáhané na krut
- jeden konec tyče je zasunut do lůžka v karoserii nebo rámu ( neotočně ) a na druhý je nasazeno
rameno s kolem
- vyrábí se z pružinových ocelí s broušeným povrchem zpevněným kuličkováním
- na obou koncích tyče jsou hlavy s větším průměrem než má tyč; hlavy mají zpravidla jemné
drážkování, kterým jsou uchyceny v pouzdrech chráněných obaly
- tuhost tyčí závisí přímo úměrně na čtvrté mocnině průměru tyče a nepřímo úměrně na délce tyče
- předpětí se dá nastavit natočením tyče v drážkách
Podle umístění na vozidle jsou torzní tyče podélné a příčné.
U kyvadlové polonápravy zkrácené i nezkrácené může být použita podélná torzní tyč, u úhlové
kyvadlové nápravy pak příčná torzní tyč.
U klikové polonápravy se používá příčná torzní tyč.
Plynové pružiny
Využívají k pružení stlačitelnosti plynu.
Hmotnost plynu nebo jeho objem lze regulovat a tím udržovat u stojícího vozidla jeho karoserii ve
stálé výšce nad vozovkou, nezávisle na zatížení. To je možno dvěma způsoby :
- stlačení se vyrovnává změnou hmotnosti vzduchu při stálém objemu - pneumatické odpružení
- stlačení se vyrovnává přečerpáváním kapaliny (oleje) nad píst, přičemž hmotnost plynu nad
pístem zůstává stálá - hydropneumatické odpružení
2. Pneumatické pérování
Používá se převážně u nákladních automobilů, jejich přípojných vozidle a autobusů.
Podle způsobu regulace u užitkových a přípojných vozidel rozlišujeme :
- pneumatické pérování s konstantní výškou vozidla nezávislou na zatížení
- pneumatické pérování s možností změny výšky rámu pro nakládku a vykládku ručním ovládáním
- pneumatické pérování s možností změny výšky rámu pro nakládku a vykládku dálkovým
ovládáním – elektronicky ( ECAS ).
Podle konstrukce pneumatické pružiny rozlišujeme dva druhy pružin :
a) vlnovcová pneumatická pružina
Je tvořena jedním až čtyřmi prstencovými
pryžovými vaky zpevněnými kordy kruhového
popř. obdélníkového průřezu, naplněnými
vzduchem . Mezi vaky jsou zpravidla ocelové
kroužky.
b) membránová pneumatická pružina
Funkce je podobná jako u vlnovcové pružiny,
ale místo pryžových prstenců jsou tu ocelová
tělesa, plnící funkci válce a pístu a jejich těsnění zabezpečuje pryžová membrána.
Pryžové části pružin musí mít vysokou pevnost a odolnost proti únavě (materiál je podobný jako
u pneumatik).
U systému s s konstantní výškou vozidla
nezávislou na zatížení jsou pružiny spojeny s
tlakovou nádobou přes regulační ventily a
výška karoserie nad silnicí se udržuje pomocí
nich.
Regulační ( výškový ventil )
Plní úlohu stabilizátoru a regulátoru světlé
výšky.
Při zvětšení zatížení jsou vzduchové vaky
nejdříve stlačeny, čímž se zmenší vzdálenost
mezi karoserií a nosníkem pružin. Táhlo ventilu
natočí páku ventilu a ten otevře průchod
vzduchu mezi zásobníkem tlakového vzduchu a
pneumatickými pružinami. Při odlehčení
probíhá tento děj obráceně.
Má-li vozidlo ruční páku pro ovládání zvedání a spouštění podvozku, jsou mezi pneumatickými
pružinami a regulačními ventily vřazeny další ventily pro napouštění a vypouštění, ovládané přes páku
řidičem.
Elektronická regulace výšky vozidla ( ECAS )
Tento systém snímá výšku rámu a
prostřednictvím dálkového ovládání může
obsluha vozidla přes elektromagnetické ventily
nastavovat změnu výšky pro nakládku a
vykládku, přičemž určité úrovně je možno uložit
do paměti.
Systém může být také vybaven tlakovými
senzory, které slouží k monitorování zatížení náprav.
V provozu pak systém umožňuje :
- automatický návrat na jízdní výšku
- nastavení jízdní výšky dle rychlosti nebo spínačem
- pomoc při rozjezdu prostřednictvím zvedacích náprav
- automatickou kompenzaci deformace pneumatik
Pro přípojná vozidla se vzduchovým pérováním slouží modul ELM, který je napojen na brzdovou
soustavu EBS.
3. Hydropneumatické pérování
Hydropneumatická pružina se vyznačuje tím, že pracuje s konstantní
hmotností pružícího plynu. Je složena z válce a kulové nádoby. Ve válci se
pohybuje píst spojený pákovým převodem s kolem. V horní části válce je
tlaková nádoba kulového tvaru, která je rozdělena na dvě části pryžovou
membránou. V horní části kulové nádoby je stlačený plyn (dusík), v dolní je
kapalina (olej), která tak vyplňuje prostor mezi membránou a pístem. Prostor
pod membránou a nad pístem je navíc oddělen průtokovými ventily, které plní
funkci tlumičů.
Funkce: Při propružení se přenese pohyb na píst, který tlačí na olej. Olej se
přetláčí přes ventily a přes membránu tlačí na dusík, který zajišťuje pružení. Průtokem oleje přes
ventily dochází zároveň k tlumení kmitání.
Světlá výška vozidla a rozdíly v zatížení se regulují přívodem kapaliny ze zásobníku. Použito u vozů
Citroen ( patentováno ).
4. Hydroelastické pérování ( pryžokapalinové)
Hydroelastická pružina má tvar soudku a tvoří ji pryžové bloky - hydroelastické pružící členy
naplněné kapalinou a oddělené kovovým zvonem se škrtícími ventily. Na tyto členy působí přes
pryžovou membránu kuželový píst spojený s kolem. Prstencová pryžová pružina je tak namáhána na
tlak a smyk.
Pružící členy jsou vzájemně propojeny mezi nápravami na jedné straně vozidla potrubím, které
umožňuje vzájemné přepouštění kapaliny při přejezdu po nerovnostech.
5. Pryžové pérování (plastové)
Pryžové pružiny ( silentbloky) jsou pryžové členy vložené mezi rám a nápravy.
Toto pérování je jednoduché, levné a bez nároků na údržbu a používá se málo, jen u malých
automobilů či přívěsů za osobní automobil ( v kombinaci se zkrutnou příčkou ).
.Pryž popř. plast ( pěnový polyuretan ) se spíše používají jako přídavné pružící prvky, dorazové bloky
a silentbloky k uložení motoru,převodovky či karoserie. Výhodou polyuretanu je jeho odolnost proti
oleji, benzínu či ovzduší a jeho progresívní charakteristika.
Tlumiče pérování
K tlumení pérování se používají nejčastěji olejové tlumiče, kde tlumící síla vzniká odporem při
průtoku kapaliny škrtícími ventily a zmařená energie se mění na teplo. U listových per se dříve
využívalo k tlumení tření, které vznikalo vzájemným posouváním listů po sobě. To je ale
v současnosti nedostatečné.
Úkolem je tlumit kmitání kol a rázy a tím zpříjemnit jízdu a zvýšit bezpečnost.
Tlumiče pérování se umísťují mezi nápravu a rám, popř. karoserii, co nejblíže pružinám; u vinutých
pružin často přímo do jejich osy.
Olejové tlumiče pérování dělíme :
- p o d l e k o n s t r u k c e na
a) pákové – v současnosti se již nepoužívají
b) teleskopické :
- jednoplášťové
- dvouplášťové - nejpoužívanější
a dle tlaku a druhu plynu :
- kapalinové – plynem je atmosferický vzduch
- plynokapalinové – plynem je dusík
- nízkotlaké
- vysokotlaké
- p o d l e p ů s o b e n í na
a) jednočinné - tlumí jen v jednom směru
b) dvojčinné - tlumí v obou směrech a při roztahování zpravidla více
Teleskopické tlumiče
Uvnitř pracovního válcového prostoru pláště tlumiče se pohybuje píst s pístnicí, který je spojen
s ochranným pláštěm. V pístu se nachází škrtící ventily, které škrcením průtoku kapaliny z jedné části
pracovního prostoru do druhé přeměňují mechanickou energii kmitavého pohybu na teplo.
Kromě pracovního prostoru s tlumičovým olejem se nachází v tlumiči vyrovnávací prostor s plynem.
Jeho úkolem je vyrovnávat změny objemu kapaliny vlivem pohybu pístnice a teplotní roztažnosti
kapaliny.
Vnější část pláště tlumiče a ochranný plášť s pístnicí jsou spojeny přes oka nebo šroubový spoj a
kovopryžová pouzdra a ( silentbloky ) s rámem ( karoserií ) a příslušnou částí nápravy.
Dvouplášťový tlumič
Tlumič je tvořen dvěma válcovými
tenkostěnnými tělesy ( trubkami )
umistěnými v sobě. Ve vnitřní části se
nachází pracovní prostor s kapalinou a
pístem, ve vnější části ( mezi plášti ) se
nachází vyrovnávací prostor, ve spodní části
s kapalinou ( olejem ) a v horní s plynem,
kterým může být vzduch spojený
s atmosférou přes ochranný plášť nebo dusík
o přetlaku 2 až 8 baru.
Mezi pracovním a vyrovnávacím prostorem
se nachází nízkotlaké přepouštěcí ventily.
Při stlačování tlumiče se přepouští olej nad
píst přes škrtící ventily a část oleje přechází
do vyrovnávacího prostoru. Při roztahování
tlumiče se přepouští olej zpět pod píst a
zároveň se vrací olej z vyrovnávacího do
pracovního prostoru.
Aby nedošlo ke vniknutí plynu do pracovního
prostoru, nesmí tlumič pracovat s větším
sklonem od svislé roviny než 45 stupňů.
Jednoplášťový plynokapalinový tlumič
Konstrukce a princip činnost jsou v podstatě stejné, ale
pracovní i vyrovnávací prostor se nachází v jednom
plášti nad sebou, přičemž vyrovnávací prostor je
zpravidla oddělen plovoucím pístem a plynem je dusík
o tlaku 20 až 30 barů.
Speciální konstrukce tlumičů
Jedná se zpravidla o dvouplášťové tlumiče, které
dokážou manuálně nebo automaticky dle změny
zatížení měnit tuhost tlumení ( PSD, DCD - obtok
kapaliny ve střední části dráhy pístu ), popř. zajišťovat
stálou výšku karoserie ( např. NIVOMAT ).
Stabilizátory
Úkolem stabilizátorů je zmenšovat naklánění karoserie, zejména při průjezdu vozidla zatáčkou.
U vozidel s pneumatickým pérováním tuto funkci plní regulační ventily.
Většina vozidel používá ke stabilizaci zkrutných tyčí tvaru U, uchycených ve střední části ke karoserii
nebo rámu a na zahnutých koncích k nápravě ( polonápravám ). Při zatáčení se prostřednictvím změny
výšky mezi nápravou a karoserií přenáší nakrucováním tyče moment i na druhou starnu vozidla a
dochází k omezení naklonění.
U osobních automobilů může tuto funkci plnit i spřažená náprava, ale většinou se nachází stabilizátor
alespoň na přední nápravě.