Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Konstrukční řešení podvozků osobních automobilů Bakalářská práce
Vedoucí práce: doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. Brno 2008
Vypracoval: Mikulášek Václav
2
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ PODVOZKŮ OSOBNÍCH AUTOMOBILŮ vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.
dne…………….………………………. podpis …………..……….…………….
3
PODĚKOVÁNÍ Děkuji panu doc. Ing. Miroslavu Havlíčkovi, CSc. za odborné vedení a cenné rady, které mi během zpracovávání této bakalářské práce vždy ochotně poskytoval. 4
ABSTRAKT Obsahem mé bakalářské práce je souhrn nejpoužívanějších podvozků osobních automobilů. Úvod je zaměřen na jednotlivé hlavní části, který spolu tvoří jeden celek-podvozek. Dále jsou popsány jednotlivé druhy podvozků z hlediska bezpečnosti, jízdního komfortu posádky a ekonomiky provozu. Následně je zhodnoceno současné řešení podvozků osobních automobilů. Nabízí se také otázka perspektivního řešení podvozků a to: podvozky Air-Spring a systém víceprvkového zavěšení Multilink.
Klíčová slova: podvozek, vozidlo, nápravy, bezpečnost
ANNOTATION The present bachelor thesis presents an overview of the most frequently used automobile chassis. First, the thesis focuses on the individual major parts that make up one unit – the chassis. Then individual chassis types are described in terms of safety, ride comfort for the passengers and operational economy. This is followed by assessment of the current automobile chassis designs. Further, the issue of possible futute chassis designs is introduced – these are Air-Spring chassis and the Multilink suspension system.
Key words: chassis, automobile, axles, safety
5
OBSAH: 1)
2)
ROZBOR PROBLEMATIKY ZADÁNÍ ………………………………………..8 1.1
Úvod ………………………………………………………………………….8
1.2
Cíl práce ……………………………………………………………………..9
1.3
Pneumatiky a kola …………………………………………………………. 10
1.3.1
Pneumatiky …………………………………………………….……...10
1.3.2
Kola ……………………………………………………………………12
1.4
Zavěšení kol ………………………………………………………………...13
1.5
Odpružení …………………………………………………………………..14
1.5.1
Ocelové pružiny ............................................................……………….15
1.5.2
Vinuté pružiny .......................................................................................15
1.5.3
Zkrutné pružiny ....................................................................................15
1.5.4
Pryžové pružiny.....................................................................................15
1.5.5
Pružiny vzduchové ................................................................................16
1.5.6
Hydropneumatické odpružení .............................................................16
1.6
Tlumiče ………………………………………………………......................17
1.7
Řízení ……………………………………………………………….............18
1.8
Brzdy …………………………………………………………… ................19
1.8.1
Bubnové brzdy ……………………………………………….............19
1.8.2
Kotoučové brzdy ………………………………...................................20
PODVOZKY OSOBNÍCH AUTOMOBIŮ …………………………………...21 Nápravy ……………………………………………………………………………21 2.1
Tuhá náprava ……………………………………………………………...22
2.2
Lichoběžníková náprava ………………………………………………….22
2.3
Náprava McPherson ……………………………………………………...23
2.4
Kyvadlová úhlová náprava ……………………………………………….24
2.5
Kliková náprava …………………………………………………………...25
2.5.1
Kliková náprava s propojenými rameny ............................................26
3)
ZHODNOCENÍ SOUČASNÉHO STAVU ŘEŠENÍ..........................................27
4)
PERSPEKTIVNÍ KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ....................................................28 4.1
Podvozky Air-Spring …………………………………………...................28
Údržba: ………………………………………………………………......................28 Výhody: ……………………………………………………………………………..28
6
4.2
Systém víceprvkového zavěšení Multilink ……………………………….29
4.2.1
Přední nápravy ......................................................................................29
4.2.2
Zadní nápravy .......................................................................................31
5)
ZÁVĚR ...................................................................................................................32
6)
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY .................................................................33
7)
SEZNAM OBRÁZKŮ...........................................................................................34
7
1 Rozbor problematiky zadání 1.1 Úvod Každý automobil má v podstatě tyto hlaví části: hnací soustavu, podvozek, karoserii, příslušenství s výstrojí a výbavou.
Podvozek je spodní část motorového vozidla a má tyto hlavní části:
1) Kolo s pneumatikou – je spojovacím článkem mezi vozidlem a vozovkou. Vozidlová kola nesou hmotnost vozidla, posádky a nákladu:přenášejí hnací a brzdné momenty a jsou i důležitým prvkem v pružící soustavě vozidla. 2) Zavěšení kola – je způsob připojení kola k rámu nebo karoserii. Zavěšení kol umožňuje svislý pohyb kola při pružení a přenáší síly a momenty mezi kolem a karoserii. 3) Odpružení – zmenšuje přenos kmitavých pohybů nápravy na karoserii nebo rám. Chrání tak posádku, náklad i samotné vozidlo před nežádoucími otřesy. 4) Řízení – slouží k udržování směru nebo změně směru jízdy. 5) Brzdné zařízení – umožňuje snížit rychlost pohybujícího se vozidla nebo jeho zastavení a zajištění již stojícího vozidla.
obr. 1 Přehled konstrukčních částí podvozku
8
1.2
Cíl práce
Cílem mé práce je Vás seznámit s konstrukčním řešením podvozků automobilů, jejich jednotlivé součásti a využití s ohledem na bezpečnost posádky a perspektivní řešení které využívají dnešní automobily.
9
1.3 Pneumatiky a kola Kolo s pneumatikou je spojovacím článkem mezi vozidlem a vozovkou. Vozidlová kola nesou hmotnost vozidla a nákladu, přenáší hnací momenty a boční síly. Dále jsou důležitým prvkem v pružící soustavě z hlediska pohodlí a bezpečnosti jízdy.
1.3.1 Pneumatiky Pneumatikou rozumíme plášť případně s duší, ochranou vložkou nebo bezdušovým ventilkem, namontovaným na ráfek a naplněný stlačeným vzduchem nebo dusíkem. Pneumatika naplněná dusíkem má červenou čepičku.U Bezdušových pneumatik odpadá duše a její funkci přebírá vlastní plášť opatřený bezdušovým ventilkem. Pneumatika má zcela mimořádný význam pro jízdní bezpečnost u každého vozidla. Odborníci hovoří o tom, že pneumatika a brzdy jsou nejvýznamnějšími konstrukčními prvky z hlediska bezpečnosti. Pneumatika se skládá ze tří hlavních komponentů: 80-85% tvoří pryž, 12-16% různá vlákna a 2-3% připadají na ocelový drát či umělohmotnou síť. Základními surovinami pro výrobu plášťů pneu jsou: - elastomery (kaučuky) - přísady do kaučukové směsi - kordy z přírodních a chemických vláken (bavlna, polyamid, polyester) - kordy z ocelových vláken - ocelový drát (patní vlákno) Plášť pneumatiky: Pláště pro osobní i nákladní automobily mají tyto hlavní části: korunka , rameno, bok a patka. Vnější obvodová plocha pláště, která přichází do styku s vozovkou, se nazývá běhoun a je opatřena vzorkem. Označování pneumatik:
Označení pneumatik pro osobní automobily se podle předpisu EHK R-30 skládá z těchto údajů:
10
- jmenovitá šířka pneumatiky v mm - profilové číslo pneumatiky (poměr výšky k šířce v %) - označení konstrukce (R= radiální, D= diagonální) - jmenovitý průměr ráfku v palcích nebo v mm - index nosnosti a kategorie rychlosti
Systém soudobého značení pneumatik pro osobní automobily:
175/70 R 14 84 S
175 – šířka pneumatiky v mm 70 – profilové číslo R – radiální konstrukce kostry 14 – průměr ráfku v palcích 84 – index nosnosti S – kategorie rychlosti
Opotřebení pneumatik:
Opotřebení případně životnost závisí na vlastní pneumatice a na provozních podmínkách. K nim náleží rychlost jízdy, teplota, kvalita povrchu vozovky a síly působící ve stopě pneumatiky. Na rychlé opotřebení pneu má vliv nesprávný tlak vzduchu. Při nízkém tlaku vzduchu vzniká intenzivní opotřebení krajních pásů běhounu, při velkém tlaku dojde k intenzivnímu opotřebení ve střední části běhounu. Další příčiny nestejnorodého opotřebení jsou chyby v geometrii nápravy jako nesprávná sbíhavost nebo velký odklon kola.
11
obr. 2 Typické průběhy opotřebení pneumatik
a – velký tlak vzduchu, b- nízký tlak vzduchu c- velká sbíhavost (pravé kolo, pohled zezadu) d – velká rozbíhavost (pravé kolo, pohled zezadu)
1.3.2 Kola Účel kol jako celku: - nést hmotnost vozidla - přenášet veškeré síly mezi vozovkou a vozidlem - odvalování po vozovce - měnit rotační pohyb od motoru na přímočarý pohyb vozidla - udržovat či měnit směr pohybu vozidla - doplňovat pružící systém
Vozidlové kolo se skládá ze střední nosné části a ráfku. Podle provedení střední nosné části lze kola rozdělit na: •
Disková kola, jejichž nosnou část tvoří lisovaný kotouč (disk) bud plný, nebo s odlehčovacími otvory.
•
Hvězdicová kola (Triplex), jejichž nosnou část tvoří lisovaná nebo odlévaná hvězdicová hlava.
12
U osobních automobilů se kromě ocelových diskových kol používají také kola odlévaná z lehkých slitin. Přesto, že vzhledem k menší pevnosti je tloušťka stěn dvojnásobná, jsou kola z legovaných slitin o 20 % a z legovaného hořčíku o 40 % lehčí. Protože u kol z lehkých kovů jsou důležité plochy a upevňovací otvory třískově obráběny, mají tato kola vysokou přesnost (vynikající neházivost oproti ocelovým diskovým kolům).
1.4 Zavěšení kol Pod pojmem zavěšení kol rozumíme způsob připojení kol k rámu nebo karoserii vozidla. Často používaný pojem ,, náprava“, není přesný, neboť náprava je tvořena několika funkčními celky: zavěšení kola, uložení kola, odpružení kola, brzdou, řídícím nebo hnacím ústrojím.
Zavěšení kola má tyto funkce:
Umožňuje svislý relativní pohyb kola vzhledem ke karoserii nebo rámu, potřebný z hlediska propružení a eliminuje na přijatelnou hodnotu nežádoucí pohyby kola (zejména boční posuv a naklápění kola) jde o tzv. vedení kola.
Druhy zavěšení kol: Zavěšení kol bývá zpravidla děleno na dva druhy : - závislé zavěšení(tuhá náprava) - nezávislé zavěšení
- U nezávislého zavěšení (každé kolo je zavěšeno ke karoserii samostatně, nezávisle na protilehlém kole).
- Tuhá náprava je nejstarší a dnes stále ještě užívaný druh zavěšení kola. Je zejména používána pro zadní nápravy osobních a užitkových automobilů.
13
obr. 3 Porovnání tuhé nápravy (a) a nezávislého zavěšení (b)
1.5 Odpružení Odpružením se zmenšuje přenos kmitavých pohybů náprav vozidla na jeho podvozkové části a karoserii. Chrání tak posádku, popř. přepravovaný náklad před nežádoucími otřesy. Odpružení také zvyšuje životnost některých dílů podvozku a zajišťuje stálý styk pneumatiky s vozovkou i při přejíždění výmolů. U řídících kol by ztráta styku pneumatiky s vozovkou měla nepříznivý vliv na řiditelnost vozidla. Vozidlové tlumiče tlumí kmitavý pohyb náprav a podvozku.
Druhy pružících prvků:
a) pružiny ocelové (listové, vinuté, torzní) b) pružiny pryžové c) pružiny vzduchové (pneumatické) d) pružiny vzduchokapalinové (hydropneumatické) e) pružiny pryžokapalinové (hydroelastické)
14
1.5.1 Ocelové pružiny V současné době se používají převážně listové a vinuté pružiny, ojediněle zkrutné tyče. Listové pružiny se používají zejména u nákladních automobilů a ojediněle na zadních nápravách osobních automobilů.U předních náprav osobních automobilů se listové pružiny nepoužívají. Listové pružiny jsou většinou umístěny v rovinách rovnoběžných s podélnou rovinou vozidla. Protože listové pružiny mění při propružení svoji délku, je jeden konec obvykle uchycen otočně a druhý tak, aby mohl vymezit délkové rozdíly při propérování.
1.5.2 Vinuté pružiny Vinuté pružiny se používají u osobních automobilů, ojediněle u lehkých nákladních automobilů. Jejich výhodou jsou: malá hmotnost, žádná údržba, jednoduché uložení, žádné suché tření. Nevýhody nemohou vést nápravu (kola) a nemají žádné vlastní tlumení. Stoupání vinutých pružin je takové, aby při maximálně stlačené pružině byla zajištěna bezpečná vůle mezi závity, v opačném případě by pružina způsobovala hluk a přenos rázů z vozovky na vozidlo.
1.5.3 Zkrutné pružiny Zkrutná pružina (zkrutná tyč, torzní tyč) je tyč s přímou osou, obvykle kruhového průřezu a na koncích jsou hlavice o větším průměru. Předností zkrutných pružin je malá hmotnost a nízké nároky na údržbu. Torzní tyče lze na vozidle snadno umístit, zabírají velmi málo místa.
1.5.4 Pryžové pružiny Pryž se používá prakticky u každého vozidla jako přídavný pružící prvek. V 60. letech byl pryžový odpružovací element použit u osobních automobilů BMC Mini. Použití pryže jako materiálu pro vozidlové pružiny má několik výhod: nízká cena, vysoká životnost, žádná údržba, vysoké vlastní tlumení. Na druhé straně má pryžový element řadu nevýhod: pryž je citlivá na teplotu, počasí, chemikálie a olej. Přes tyto nevýhody se pryž 15
široce uplatňuje nejen jako materiál přídavných odpružovacích elementů a dorazových bloků, ale jako pružící prvek silentbloků k uložení motoru, karoserie i jiných dílů hnacích skupin a podvozku motorových vozidel.
1.5.5 Pružiny vzduchové Vzduchové pružiny nejsou ve skutečnosti pístové, ale mají uzavřený prostor. Nejčastěji se používají pružné měchy, a to buď vlnovce nebo vaky. Vlnovcová pružina může mít dva až čtyři vlnovce. Pryžový vlnovec se zpevňuje kordovými vložkami a je velmi pevný a odolný proti proražení, velmi vysoká životnost (až 500 000 km) je dána hlavně tím, že při pružení se stěna vlnovce v podstatě jen ohýbá. Proti jednoduché pístové pružině se vzduchové pružiny liší tím, že činná plocha není konstantní, ale mění se v závislosti na propružení a na vnitřním přetlaku.
1.5.6 Hydropneumatické odpružení Hydropneumatická pružina se vyznačuje tím, že pracuje s konstantním hmotností pružícího plynu (obvykle dusík). Typickým představitelem této pružiny je pružící jednotka umístěná na všech čtyřech kolech osobních vozidel typu Citroën. Hydropneumatická pružina Citroën nevyžaduje tlumič, neboť umožňuje
16
účinné tlumení přímo v pružící jednotce.
1.6 Tlumiče - Tlumiče v pružící soustavě motorového vozidla mají splňovat dvě úlohy:
- zajištění vysoké bezpečnosti jízdy - zvýšení jízdního pohodlí Zároveň s tím vozidlový tlumič musí: 1) tlumit nárazy, vznikající nerovnostmi vozovky a tyto nepřenášet na karosérii. Tím je zabráněno propružení až k dorazu, zavěšení kol a omezovací dorazy netrpí zatěžováním, jízdní pohodlí pro cestující je zlepšeno. 2) Kmitaní neodpružených částí udržovat v co nejmenší možné míře. Tím je dosažen lepší pokud možno nepřerušený styk kol s vozovkou, který je nezbytný k zajištění vysoké jízdní bezpečnosti.
V současnosti se používají výhradně teleskopické tlumiče. Teleskopické tlumiče je možno rozdělit na dva typy: a) dvouplášťový tlumič b) jednoplášťový tlumič
obr.4 Schéma dvouplášťového tlumiče
17
1.7 Řízení Řízení slouží k udržování nebo ke změně směru jízdy vozidla. Podle konstrukce se řízení dělí na: řízení jednotlivými koly a řízení celou nápravou. Řízení celou nápravou se používá běžně jen u nákladních přívěsů. Motorová vozidla jsou obvykle řízena natáčením předních kol kolem rejdového čepu (osy řízení). Řízení zadních kol se používá u některých pojízdních pracovních strojů. V posledních letech se u některých osobních automobilů začíná používat řízení všemi koly.
Podle způsobu ovládání rozlišujeme: •
řízení přímé, ovládané jen silou řidiče
•
řízení s posilovacím zařízením (servořízení), kdy pohybem volantu je ovládán posilovač, který pak řídí přední kola.
Požadavky na řízení Řízení musí dle § 32 vyhl. č. 102/1995 Sb. o podmínkách provozu vozidel na pozemních komunikacích splňovat následující požadavky: a) snadná, rychlá a bezpečná ovladatelnost. Mechanismus řiditelné nápravy musí být konstruován tak, aby nevznikly kmity a rázy v řízení b) řízená kola po projetí zatáčky se musí samovolně vracet do přímého směru c) řídící ústrojí nesmí mít větší vůle. U vozidel s nejvyšší rychlostí přes 100 km/hod je přípustná vůle na volantu 18°, u vozidle s max. rychlostí 25 – 100 km/hod do 27° a u vozidle s konstrukční rychlostí nepřesahující 25 km/hod může vůle činit 36°.
Řízení také musí splňovat také homologační předpisy evropské hospodářské komise (EHK) OSN č. 12 a EHK č. 79
obr. 5 Schéma funkce dvou druhů řízení : a) řízení předními koly, b) řízení cenou nápravou
18
1.8 Brzdy Brzdové zařízení tvoří všechny brzdové soustavy montované na vozidlo, jejichž funkcí je snížení rychlosti pohybujícího se vozidla nebo jeho zastavení nebo zajištění již stojícího vozidla. Brždění vozidla se dosahuje zpravidla záměrně vyvolaným třením mezi rotujícími a pevnými částmi motorového vozidla, např. mezi brzdovým kotoučem a brzdovými čelistmi.
1.8.1 Bubnové brzdy Otáčející se částí je buben, jehož vnitřní válcový povrch tvoří třecí plochu. Při brždění jsou na tuto plochu přitlačovány brzdové čelisti s třecím obložením, které jsou umístěny ve vnitřním prostoru bubnu.
obr. 6 Schéma bubnové brzdy
Druhy bubnových brzd: a) jednoduchá brzda - má jednu náběžnou a jednu úběžnou čelist
b) dvojnáběžná brzda (Duplex)- má obě čelisti náběžné
19
1.8.2 Kotoučové brzdy Otáčející se částí je kotouč, jehož boky tvoří třecí plochy. Při brždění jsou pomocí ovládacího zařízení přitlačovány na tyto třecí plochy desky s třecím obložením.
obr. 7 Kotoučová brzda s plovoucím třmenem
Druhy kotoučových brzd:
- podle způsobu ovládání rozlišujeme dva druhy kotoučových brzd:
a) kotoučová brzda s pevným třmenem b) kotoučová brzda s volným (plovoucím) třmenem
20
2 Podvozky osobních automobilů Nápravy Účel: - připevňují dvě protilehlá kola k vozidlu - udržují kola v určité formaci (geometrii) - umožňují pružné spojení mezi koly a karoserií - přenášejí veškeré síly mezi koly a karoserií (suvné, brzdné, boční a silové)
Umístění na vozidle: Nápravy jsou umístěny pod rámem, a to podle konstrukce buď úplně (tuhé nápravy), nebo částečně (ostatní druhy).
Požadavky: Musí být dostatečně pevné, tuhé a bezpečné, mají být lehké a levné.
Rozdělení náprav:
Podle pohonu - hnací - hnané
Podle ovládání – rejdové - vlečné
Podle konstrukce – tuhé (závislé zavěšení) - nezávislé zavěšení
21
2.1 Tuhá náprava Tuhá náprava je nejstarší a dnes stále ještě užívaný druh závislého zavěšení kol.Je zejména používána pro zadní nápravy osobních a užitkových automobilů. U tuhé nápravy jsou obě kola spojena pevně (tzn. že není možná změna rozchodu kol) a náprava je jako celek odpružena vzhledem k vozidlu. Má hlavní pevnou nosnou část Nápravnici (pevný nebo dutý nosník) na jejichž koních jsou připevněna koka a mezi nimi sedla pro připojení pružin, případně tlumičů. Výhodou tuhé nápravy je, že dobře vede kola, snese velká namáhání.
Obr.8 Zadní tuhá náprava vozu Volvo 440
V současnosti se používají zejména tyto druhy nezávislého zavěšení kol:
2.2 Lichoběžníková náprava Používá se jako přední náprava. Název pro tento druh nezávislého zavěšení vznikl tím, že koncové body ramen tvoří v průmětu do příčné svislé roviny lichoběžník. Kola jsou připevněna k nápravníci pomocí dvou nestejně dlouhých příčných ramen a rejdového čepu. Spodní rameno je mohutnější a zachycuje převážnou část příčných i podélných sil. Horní rameno je kratší méně zatěžované a udržuje rejdový čep v příslušné
22
poloze. Mezi nápravnicí a spodním ramenem je uložena pružící jednotka u osobních automobilů jsou nápravnice i ramena svařena s lisovaných ocelových plechů.
Obr.9 Přední lichoběžníková náprava Opel Kadett C
Výhodou lichoběžníkové nápravy je, že může být nízká ( velmi plochá v porovnání s nápravou Mc Pherson) a navíc zabírá méně místa než tuhá náprava. Toto a kinematické přednosti jsou důvody, proč se lichoběžníková náprava používá i pro lehké nákladní automobily.
2.3 Náprava McPherson
Náprava McPherson je odvozena z lichoběžníkové nápravy u které je horní rameno nahrazeno posuvným vedením. Tím se např. získá přídavný vnitřní prostor pro motor nebo zavazadlový prostor. Kolo je vedeno jedním příčným závěsným ramenem a teleskopickou vzpěrou McPherson, která zároveň plní funkci tlumiče a otočného čepu kola. Ke vzpěře je připevněno sedlo pružiny, která se opírá druhým koncem o nápravnici. Příčné a podélné síly zachycuje rameno. Vzpěra udržuje polohu kola a přenáší síly tíhové.
23
Výhodou je lehká a jednoduchá konstrukce a lepší vedení rejdových kol, dále pak předností tohoto uspořádání je zvýšení stability vozu v zatáčce a také to, že v jednom konstrukčním celku jsou sloučeny tři funkce – odpružení, tlumení a natáčení kol do rejdu. I když se náprava McPherson používá převážně jako řídící, může sloužit také jako zadní náprava hnaná i hnací.
Obr. 1O Přední náprava Mc Pherson automobilu Opel Omega (1999)
2.4 Kyvadlová úhlová náprava Kyvadlová úhlová náprava je používána jako náprava zadní Kola jsou připevněna dvěma rameny uspořádanými do tvaru písmene Y směřujícími do zadu. Ramena jsou spojena s karosérií (rámem) ve dvou kyvných bodech. Ramena dobře zachycují podélné i příčné síly a náprava může být hnací i hnaná.
24
Obr.11 Úhlová zadní náprava BMW 3. řady (1994)
2.5 Kliková náprava Kliková náprava se dnes používá pro nepoháněné zadní nápravy. Zabírá málo místa a je vhodná zejména pro vozidla typu kombi a pro osobní automobily s velkými pátými dveřmi popřípadě zadními sedadly. Části nápravy nezužují podlahu vozu, která může být proto velmi nízko. Každé kolo je zavěšeno na podélném klikovém rameni. Umožňuje výhodné použití torzních tyčí, může být hnací i hnaná. Dobře zachycuje podélné síly, poněkud hůře síly příčné. V porovnání s kyvadlovou nápravou má tedy kliková náprava nevýhodu zvětšeného klopení karoserie v zatáčce.
25
Obr.12 Zadní kliková náprava Mitsubishi Colt
2.5.1 Kliková náprava s propojenými rameny
U vozidel s výklopnou zádí (hatchback) a sklopenými zadními sedadly se využívá nový druh podélné klikové nápravy, tzv. spražená náprava (náprava s propojenými podélnými rameny). Tato prostorově úsporná konstrukce zadní nápravy snižuje úroveň podlahy a zvětšuje využitelnou ložnou plochu. Spražená kliková náprava má řadu výhod: snadná montáž a demontáž celé nápravy, malý potřebný prostor, velmi málo konstrukčních dílů a tím také malá hmotnost neodpružených částí. [1]
26
3 Zhodnocení současného stavu řešení V současné době je snaha aby podvozky osobních automobilů splňovaly všechny požadavky na něj kladené. Současné luxusní vozy mají podvozky laděny pro komfortní a bezpečnou jízdu, to vše v souladu s výkonem motoru. U těchto automobilů začínají výrobci používat víceprvkové nápravy Multilink, podvozky Air-Spring a současně dnes už používané klikové úhlové nápravy. Tyto podvozky jsou sladěny s vynikajícími a dostatečně dimenzovanými kotoučovými brzdami s přesným dávkováním a citlivým elektronicky ovládaným řízením. Standardně konstruované podvozky automobilů používají nápravy McPherson, tuhou nápravu, lichoběžníkovou nápravu, přední kotoučové brzdy a zadní bubnové brzdy. Řízení používají hřebenové s posilovačem řízení. Další skupinou jsou vyloženě sportovní vozy, kde je podvozek speciálně upraven a přizpůsobuje se výkonu motoru a dostatečné přilnavosti vozu k vozovce k dosažení co nejvyšší rychlosti. Jízdní vlastnosti všech těchto typů automobilů jsou závislé na kvalitě používaných pneumatik.
27
4 Perspektivní konstrukční řešení Perspektivní konstrukční řešení má zajišťovat zejména bezpečnost jízdy, zlepšení jízdních vlastností tj. zmírnění hluku od vozovky, zlepšení směrové stability a pohodlí posádky.
4.1 Podvozky Air-Spring Základem technologie Air-Spring jsou uzavřené gumové vaky s regulovatelnou vnitřní atmosférou, které se vkládají do vinutých pružin v podvozku automobilu. Při natlakování přídavných vaků vzduchového pérování na předepsanou hodnotu (0,6 až 2 bar) dojde ke zvýšení tuhosti podvozku a vzhledem k zatížení i k zvýšení světlé výšky automobilu. Přídavné vaky vzduchového pérování byly vyvinuty pro prodloužení životnosti a zvýšení stability podvozku osobních automobilů v náročných podmínkách provozu. Jejich úkolem je udržovat původní vlastnosti vinutých pružin a zlepšovat stabilitu vozu při převozu těžkých nákladů uvnitř vozu, na střeše automobilu a na tažném zařízení – přívěsy, karavany atd. Přídavné vaky vzduchového pérování lze instalovat pouze do zadních vinutých pružin bez tlumičů uvnitř. [3] - Údržba: Vaky vzduchového pérování značky Air-Spring nevyžadují zvláštní údržbu, doporučuje se pouze 1x měsíčně kontrolovat minimální tlak 0,6 bar. - Výhody: •
prodlužuje se životnost tlumičů a vinutých pružin
•
lze manuálně regulovat světlou výšku vozu
•
výrazně vzrůstá stabilita automobilu na vozovce
28
Obr.13 Podvozek Air-Spring
4.2 Systém víceprvkového zavěšení Multilink Systém multilink zajišťuje přesné vedení kol, mimořádný jízdní komfort i na cestách se špatným povrchem, vyznačuje se vysokou stabilitou při velkých rychlostech v zatáčkách, malé vnější rozměry a nízká hmotnost, které nechávají více prostoru pro cestující vzadu i pro zavazadla. Tento systém užívají např. vozy Nissan, Audi, Honda. Víceprvková náprava multilink splňuje lépe než jakýkoli jiný současný sériový systém dynamické požadavky přesného vedení kol. Vyniká nízkou hmotností, nízkým třením, znamenitým potlačením vibrací a hluku přenášených z vozovky a mimořádnou prostorovou účinností a bezpečností. U těchto náprav je každé kolo zavěšeno na více (až pěti) ramenech. Jedná se o prostorově složitý systém, který zajišťuje optimální kinematiku nápravy. Požadavky na kinematiku se liší podle toho, jedná-li se o nápravu přední nebo zadní. [2]
4.2.1 Přední nápravy U těchto náprav je základním úkolem zajistit optimální polohu rejdové osy, kolem které se natáčí kolo do rejdu. Podobně jako u nápravy McPherson je v tomto případě rejdová osa virtuální.
29
Obr.14 Přední náprava automobilu Audi A8 (víceprvkový závěs)
Na obr.14 je víceprvkový závěs přední nápravy, zavěšení je provedeno na čtveřici příčných ramen, z nichž každé je samostatně spojeno s těhlicí prostřednictvím kulových kloubů. Tím se dosahuje při zatáčení přesně definované změny polohy fiktivní rejdové osy.
4.2.2 Zadní nápravy U zadních náprav je hlavním úkolem víceprvkových závěsů dosažení vysokého komfortu jízdy, což se projevuje zejména stabilitou vozidla. Jedná se jak o pohyb vozidla v přímém směru, tak i při průjezdu zatáčkou.
30
(1) pomocný rám
(5) krátké raménko
(2) horní rameno
(6) těhlice
(3) zadní rameno
(7) závěs
(4) spodní rameno
(8) zkrutný stabilizátor
Obr.15 Zadní náprava automobilu Audi A8 (víceprvkový závěs)
Každé kolo je zavěšeno na třech příčných ramenech- rozvidleném lichoběžníkovém spodním (4), které je spojeno s těhlicí (6) vpředu přímo a vzadu krátkým raménkem (5) a na dvou jednoduchých ramenech. Delší horní rameno (2) je spojeno s tlumičem pérování a kratší zadní (3) umožňuje seřizovat sbíhavost. Všechna ramena jsou uložena na nápravnici, popř. na pomocném rámu (1), podobně jako příčný stabilizátor (8) spojený s těhlicí závěsem (7).
31
5 Závěr Ve své práci jsem chtěl poukázat na to, že podvozek respektive jízdních vlastností vozidla je svým významem zcela srovnatelný s ostatními agregáty vozidla. Dnes jezdí po silnicích světa skoro miliarda motorových vozidel, především osobních automobilů. Podvozky těchto vozidel prochází celou dobu neustálým vývojem a zdokonalováním.Výrobci montují do svých osobních vozidel části podvozků, které jsou šetrné k životnímu prostředí a ohleduplnější k vozovce, například součásti jako pneumatiky, brzdy, tlumiče. Aktivní a pasivní bezpečnost stejně jako komfort jízdy zajišťují podvozky, které jsou náročnější na výrobu. Podvozky jednodušší konstrukce vykazují delší životnost, avšak nejsou tak komfortní a bezpečné, ale z hlediska oprav jsou ekonomičtější. Chtěl bych, aby moje práce posloužila těm, kteří se zajímají o zmíněné téma a chtějí nahlédnout do problematiky konstrukčního řešení náprav podvozků a s tím souvisejícím nástupem nových perspektivních řešení a bezpečností provozu.
32
6 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] VLK, F. Podvozky motorových vozidel. 2. vyd. Brno: František Vlk, 2000. 392 s. ISBN 80-239-0026-9. [2] JAN, Z. KUBÁT, J. ŽDÁNSKÝ, B. Automobily: Podvozky. 1 vyd.Brno: Nakladatelství Avid. s.r.o. Brno 2001 ISBN Schvalovací doložka MŠMT ČŘ: [3] internetový odkaz www.autovaky.cz/index.php?page=technologie [4] internetový odkaz www. roto.cz/zajimavosti/index.php?id=8
33
7 SEZNAM OBRÁZKŮ
Obr. 1 Přehled konstrukčních částí podvozku ……………………………………...8 Obr. 2 Typické průběhy opotřebení pneumatik……………………………………12 Obr. 3 Porovnání tuhé nápravy (a) a nezávislého zavěšení (b)……………………14 Obr. 4 Schéma dvouplášťového tlumiče ………………………………………….17 Obr. 5 Schéma funkce dvou druhů řízení a) řízení předními koly, b) řízení cenou nápravou………………………...18 Obr. 6 Schéma bubnové brzdy ……………………………………………………19 Obr. 7 Kotoučová brzda s plovoucím třmenem …………………………………..20 Obr. 8 Zadní tuhá náprava vozu Volvo 440……………………………………….22 Obr. 9 Přední lichoběžníková náprava Opel Kadett C…………………………….23 Obr. 10
Přední náprava McPherson automobilu Opel Omega (1999)…………..24
Obr. 11 Úhlová zadní náprava BMW 3. řady (1994)……………………………...25 Obr. 12 Zadní kliková náprava Mitsubishi Colt…………………………………...26 Obr. 13 Podvozek Air-Spring……………………………………………………...29 Obr. 14 Přední náprava automobilu Audi A8 (víceprvkový závěs)……………….30 Obr. 15 Zadní náprava automobilu Audi A8 (víceprvkový závěs)………………..31
34
