RESOR PIÓROWY
MiBM 2009/2010
Zawieszeniem samochodu nazywamy zespół elementów sprężystych oraz wiążących je łączników, łączący osie lub poszczególne koła samochodu z ramą albo wprost z nadwoziem pojazdu. Zadaniem zawieszenia jest łagodzenie wstrząsów wywołanych nierównościami nawierzchni, po której porusza się samochód, w celu zapewnienia maksymalnego komfortu jazdy przewożonym osobom oraz ochrony ładunków przed wstrząsami i szkodliwymi drganiami.
Zabezpieczenie przed zbyt silnymi wstrząsami ma także istotny wpływ na trwałość mechanizmów samochodu.
Połączenie osi lub kół z pozostałymi zespołami za pomocą łączników sprężystych sprawia, że wszystkie masy pojazdu można podzielić na dwie grupy:
· masy nieresorowane, podlegające bezpośrednio działaniu wstrząsów wywołanych nierównościami drogi (koła , bębny hamulcowe, osie),
· masy resorowane, jak rama, silnik, nadwozie i inne, których ruch jest znacznie bardziej płynny.
Masy nieresorowane, wbrew przyjętej nazwie, nie podlegają wszystkim ruchom dokładnie tak, jakby to wynikało z napotykanych nierówności drogi. Duże znaczenie ma tu bowiem sprężystość ogumienia kół, łagodząca w pewnym stopniu uderzenia wywołane przejeżdżaniem przez nierówności. Ogumienie spełnia takie zadanie w stosunku do mas resorowanych.
Podczas przejeżdżania przez przeszkodę, np.: kamień, w pierwszej kolejności ugięciu podlega ogumienie koła, co łagodzi uderzenie działające na masę nieresorowaną. Ruch tej masy powoduje ugięcie zawieszenia i pojawienie się sił sprężystości wywołanych ściśnięciem elementów sprężystych, znajdujących się między masą nieresorowaną i masą resorowaną. Siły te powodują przemieszczenie masy resorowanej. Dzięki pracy zawieszenia samochodu zmiana położenia masy resorowanej odbywa się w sposób płynny, mimo że impuls wywołany najechaniem na przeszkodę działa na pojazd w sposób gwałtowny.
Zastosowanie miękkiego, sprężystego zawieszenia sprawiło, że niezależnie od złagodzenia bezpośredniego wpływu uderzeń pochodzących od nierówności drogi, samochód stał się układem podatnym na powstawanie drgań. Drgania te mogą być wywołane nierównościami drogi, podmuchami wiatru, siłami bezwładności ds. Wiąże się to z powstawaniem obciążeń dynamicznych elementów nośnych, sumujących się z obciążeniami statycznymi pochodzącymi od ciężaru pojazdu.
W przypadku niewłaściwego doboru własności zawieszenia (sztywność elementów sprężystych ich rozmieszczenie ) powstające drgania wpływają niekorzystnie na komfort jazdy, stateczność ruchu, a także na trwałość niektórych zespołów.
Rodzaje Resorów
Pod względem konstrukcji zawieszenia dzielimy na zależne i niezależne. Zawieszenia zależne (sztywne) to takie, w których oba koła jezdne są osadzone na wspólnej sztywnej osi związanej z ramą lub nadwoziem elementami sprężystymi. Zawieszenia niezależne to takie zawieszenia, w których każde z kół jest połączone z nadwoziem (lub z ramą) indywidualnie.
Zawieszenia zależne są stosowane w większości samochodów ciężarowych oraz w niektórych samochodach osobowych jako zawieszenia tylnych mostów napędowych.
Zależne zawieszenia kół kierowanych w samochodach osobowych spotyka się bardzo rzadko. Zaletą zależnego zawieszenia jest prostota konstrukcji, istotna zwłaszcza w przypadkach pojazdów o znacznych naciskach na osie.
Zawieszenia niezależne, jakkolwiek nieco bardziej skomplikowane, mają wiele zalet w porównaniu z zawieszeniami zależnymi, co sprawia, iż w ostatnich latach obserwuje się coraz powszechniejsze ich stosowanie, nawet w samochodach ciężarowych.
Ich najistotniejsze zalety to:
· zmniejszenie mas nieresorowanych samochodu,
· korzystniejsza pod względem stateczności ruchu kinematyka zawieszenia,
· możliwość stosowania bardzo miękkich elementów sprężystych.
O ile w większości zawieszeń zależnych elementami sprężystymi, na których jest zawieszona oś nośna lub most napędowy, są podłużne resory piórowe, o tyle zawieszenia niezależne cechuje znaczna liczba odmiennych rozwiązań konstrukcyjnych, różniących się niekiedy w istotny sposób kinematyką ruchu koła.
Zawieszenie z zastosowaniem resorów piórowych
Resor piórowy - to element resorujący, który najczęściej ma postać sprężyny
wielopłytkowej utworzonej z płaskowników stalowych, zwanych piórami. Pióra resoru
wykonuje się ze stali sprężynowej oraz poddaje się obróbce cieplnej i niekiedy
kulkowaniu. Pióra resoru są wygięte, przy czym promień krzywizny zależy od długości
pióra. Pióra ściąga się śrubą przechodzącą przez ich środki i zabezpiecza przed
posuwaniem się w bok specjalnymi opaskami stalowymi. Ten typ resoru jest
stosowany w zawieszeniach zależnych i jest umieszczony poprzecznie lub wzdłużnie
do kierunku jazdy. Resor piórowy spełnia równocześnie rolę elementu prowadzącego
i resorującego. Z uwagi na tarcie występujące pomiędzy poszczególnymi piórami,
resor posiada również własności tłumiące. Jednak to zjawisko nie jest pożądane
(wpływa na pogorszenie komfortu) i w celu jego ograniczenia stosuje się przekładki
teflonowe, funkcję tłumiącą powierzając amortyzatorom. Resory piórowe występują
również w postaci pojedynczych piór. Mogą być wykonane z tworzyw sztucznych
Jest to zawieszenie stosowane zarówno w samochodach osobowych jak i ciężarowych. W samochodach osobowych stosowane jest jako zawieszenie w postaci resorów tylnych podłużnych oraz w niektórych przypadkach stosowano resorowanie przednie poprzeczne.
Na rysunku 1 przedstawiono typowy przykład resoru tylnego podłużnego zastosowanego w samochodzie Polonez.
Rys. 1 Zawieszenie tylne samochodu Polonez
W samochodach osobowych, które w swojej konstrukcji mają w zawieszeniu tylnym resory podłużne, można zastosować różnego typu resory w zależności od wymagań konstruktora:
· resory podłużne o charakterystyce liniowej.
Na rysunku 2 przedstawiono charakterystykę liniową pracy resoru piórowego.
Zależność obciążenia pionowego F od odkształcenia s, nie może być dowolna .Podstawowymi parametrami charakterystyki są: ugięcie statyczne s0, ugięcie dynamiczne s2, oraz współczynnik dynamiczności kd=F2/F0. Przy charakterystyce liniowej F=Rxs z ograniczeniem ugięcia maksymalnego wzrostowi obciążenia statycznego F0 odpowiada proporcjonalny wzrost ugięcia statycznego s0 oraz zmniejszenie częstości drgań własnych. Zakres wartości częstotliwości drgań własnych, korzystnych z punktu widzenia fizjologii człowieka , wynosi dla samochodów osobowych 0.8 – 1.2 Hz . Wielkość ugięć dynamicznych ±Ds zależy od jakości nawierzchni, prędkości jazdy i charakterystyki amplitudowo-częstościowej pojazdu. Zabezpieczając się przed granicznym ugięciem smax stosuje się zderzaki gumowe. Linią przerywaną zaznaczono charakterystykę zderzaków.
Resory stosowane w samochodach osobowych są pakietowane w zespoły piór w zależności od wytwórcy samochodu. Na rysunku 3 przedstawiono typowe przykłady stosowanych resorów.
Rys.3 Resory podłużne o charakterystyce liniowej:
1 - resor podłużny piórowy , wzmocniony
2 - resor podłużny piórowy , standardowy,
3 - resor podłużny piórowy , standardowy.
Resor przedstawiony na rysunku 3.1 przeznaczony jest do samochodów osobowych o podwyższonym standardzie. Resor ten posiada atest, ma podwyższoną wytrzymałość i trwałość. Resor przedstawiony na rysunku 3.2 standardowy stosowany był w samochodach dostawczych ZUK i NYSA. Natomiast resor pokazany na rysunku 3.3 stosowany był w samochodach typu POLONEZ Truck oraz w innych samochodach.
· resory podłużne o charakterystyce progresywnej
Resory o charakterystyce progresywnej stosuje się w tych przypadkach , gdy znacznie wzrasta obciążenie statyczne nawet do 400% i konieczna staje się zmiana sztywności zawieszenia , aby zachować założony zakres częstotliwości drgań własnych samochodu.
Na rysunku 4 przedstawiono charakterystykę progresywną resoru piórowego.
Rys.4 Charakterystyka resoru progresywnego
s01 - ugięcie statyczne przy obciążeniu F01
s02 - ugięcie statyczne przy wzroście obciążenia do F02
R1 , R2 - sztywności sprężyn w dowolnych pu
odpowiednio dla s 01 i s02.
Na rysunku 4 przedstawiono charakterystykę progresywną resoru. Taką charakterystykę można uzyskać przez zastosowanie dodatkowego resoru stopniowo włączającego się do pracy przy narastającym obciążeniu. W obszarze F01(obszar małych ugięć) uzyskuje się małą częstotliwość i małą sztywność. Gdyby ta mała częstotliwość i mała sztywność obowiązywała w całym zakresie obciążeń to towarzyszyło by temu maksymalne niedopuszczalne ugięcie. W związku z tym w punkcie a wykresu włącza się do pracy dodatkowy element resoru pracujący w zakresie obciążeń F02. Po przekroczeniu punktu b pracuje zderzak, którego charakterystykę przedstawia linia przerywana. Charakterystyka progresywna resoru składa się jakby z dwóch charakterystyk liniowych resoru lecz o różnych sztywnościach R1 i R2.
Na rysunku 5 przedstawiono przykłady resorów progresywnych złożonych z dwu różnych elementów. Element pierwszy działa przy mniejszych obciążeniach statycznych, natomiast przy zwiększeniu obciążenia włącza się do pracy drugi element powodując wzrost sztywności.
resor zasadniczy Rys.5 Resor o charakterystyce progresywnej resor pomocniczy
Resor pokazany na rysunku 5 ma zastosowanie w samochodach ciężarowych gdzie różnice między masami pojazdów pustych i załadowanych mogą być kilkukrotne, a konstrukcja ogranicza zakres ugięć.
W niektórych typach samochodów stosowane są resory poprzeczne w przednim zawieszeniu. Przykładowymi markami są Trabant i Fiat 126p. Na rysunku 6 przedstawiono resor poprzeczny stosowany w Fiacie 126p, a na rysunku 7 resor poprzeczny w samochodzie VW.
Rys.6 Resor poprzeczny FIAT 126p
Rys.7 Zawieszenie z resorem poprzecznym samochód VW.
Resory poprzeczne stosowane są tam , gdzie nie wymaga się dużego komfortu jazdy, oraz tam gdzie zmuszają nas warunki techniczne i ekonomiczne . Przedstawiono charakterystyki teoretyczne resorów podłużnych rysunek 3 i poprzecznych rysunek 5 stosowanych w samochodach osobowych i ciężarowych. Stosując różnego rodzaju pakietowanie resorów w zależności od potrzeb konstruktorów siłą rzeczy w resorach wielo piórowych występują znaczne siły tarcia, które są źródłem rozpraszania energii mechanicznej. Graficznym przedstawieniem tego zjawiska jest pętla histerezy. Resor reaguje na obciążenia F większe od siły oporu tarcia T . Siły tarcia są wprost proporcjonalne do obciążenia resoru, liczby i grubości piór, współczynnika tarcia i odwrotnie proporcjonalne do długości resoru. W celu zmniejszenia siły tarcia stosuje się różnego rodzaju przekładki , pokrywa się farbami cynkowymi lub smarami grafitowymi. Na rysunku 9 przedstawiono rzeczywistą charakterystykę resoru wielo piórowego.
Rys. 8 Rzeczywista charakterystyka resoru wielo piórowego
a. T siła tarcia
b. S0 obciążenie statyczne
c. R sztywność rzeczywista
d. R’ sztywność pozorna
Jak wynika z rysunku w wyniku tarcia zewnętrznego i tarcia wewnętrznego linia obciążenia nie pokrywa się z linią odciążenia tworząc pętlę histerezy. Pole wewnątrz tych linii w otoczeniu ugięcia s0 ( zakreskowane) jest energią rozproszenia, natomiast pole pod krzywą odciążenia (a, b, c) jest pracą odkształcenia. Stosunek energii rozproszenia do pracy odkształcenia jest współczynnikiem tłumienia. Wartości ugięć dynamicznych ±Ds . Rs’ –sztywność zastępcza jest znacznie większa od obliczeniowej.
Resory piórowe należały do najczęściej stosowanych elementów sprężystych, ponieważ oprócz przenoszenia sił pionowych mogły pełnić funkcję elementów wodzących jak również mogły przenosić obciążenia wzdłużne, poprzeczne oraz momenty skręcające. Produkcja resorów była bardzo tania.
Trzeba dodać jeszcze konkretny element jaki wybieram do opracowania i jakoś metodą „ashbiego” dobrać do tego material.
Osashel