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.
