Laboratorium Budowy Pojazdów
Temat: Zawieszenia samochodów osobowych i ciężarowych
Samochodowe zawieszenia
Wstęp teoretyczny
Zawieszeniom współczesnych pojazdów stawia się wiele wymagań, które uwzględniając
różne warunki jazdy (pojazd obciążony-nieobciążony, przyspieszenie-hamowanie,
nawierzchnia równa-nierówna, ruch prostoliniowy-krzywoliniowy) są często sprzeczne.
Każdy samochód poruszający się po drogach podlega drganiom. Dzięki elementom
konstrukcyjnym w zawieszeniach koła w większym stopniu przylegają do drogi podczas
jazdy na łuku i na złych nawierzchniach. Ustawienie kół kierowanych tj. kąt pochylenia,
rozstaw kół i kąt ich skrętu powinno pozostawać niezmienne tak przy ugięciu zawieszenia,
jak i podczas przenoszenia sił napędowych i hamujących. Zmiany pochylenia kół wywołują
zjawisko trzepotania (efekt żyroskopowy) i zwiększenie obciążenia łożysk. Również
niekorzystna jest zmiana rozstawu kół, zmniejszająca przyczepność (na jezdni mokrej czy
śniegu) i zwiększająca zużycie ścierne opon. W celu wyeliminowania tych zjawisk
zastosowano w pojazdach elementy konstrukcyjne zwane zawieszeniami, które utrzymują w
wymaganych ustawieniach koła jezdne względem nadwozia nie utrudniając odkształcania się
elementów sprężystych. O istotnej różnicy konstrukcji zawieszeń decyduje to czy dane
zawieszenie stosowane jest do kół kierowanych przedniej osi, czy do kół osi tylnej oraz czy
koła danej osi są napędzane czy nie.
Pod względem konstrukcji zawieszenia dzielimy na:
- 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 ramÄ…) indywidualnie
Zawieszenia zależne:
- z resorami podłużnymi
- ze sprężynami śrubowymi
Zawieszenia niezależne:
- zawieszenia z kolumnami prowadzÄ…cymi typu McPherson
- zawieszenia z podwójnymi wahaczami poprzecznymi
- zawieszenia z pojedynczymi wahaczami poprzecznymi
- zawieszenia z wahaczami skośnymi
Elementy konstrukcyjne zawieszeń
Główne funkcje zawieszenia to :
- przenoszenie sił wzdłużnych i poprzecznych wywołanych reakcją nawierzchni drogi na
koła w czasie jazdy
- przenoszenie i przekształcanie wymuszonych przez koła jezdne ruchów nadwozia na
przemieszczenia jak najmniej uciążliwe i bezpieczne
- ograniczenie przemieszczeń pionowych, przechyłów bocznych i przechyłów wzdłużnych
- tłumienie pionowych drgań własnych układu zawieszenia opartego na elementach o dużej
sprężystości
Zadania te spełnia układ zawieszenia za pomocą następujących elementów :
- zespołu elementów wodzących łączących koła jezdne z kadłubem nadwozia (pojazdu),
wyznaczających kinematykę kół względem kadłuba oraz przenoszących wszystkie siły
wzdłużne i poprzeczne działające na koła jezdne za pomocą:
1) wahaczy
2) zwrotnic
3) drążków reakcyjnych
4) drążków ustalających
- elementów sprężystych, umieszczonych między kołami i kadłubem pojazdu,
przenoszącymi wszystkie siły pionowe działające na koła jezdne i zmniejszającymi
działanie tych sił na kadłub pojazdu
SÄ… to :
1) metalowe elementy sprężyste (takie jak resory piórowe, sprężyny śrubowe, drążki skrętne)
2) pneumatyczne elementy sprężyste
3) gumowe elementy sprężyste (pomocnicze)
4) magnetyczne elementy sprężyste (eksperyment  sprężyna magnetyczna)
- amortyzatorów, elementów tłumiących drgania masy resorowanej kadłuba samochodu.
Występują następujące typy:
1) amortyzatory teleskopowe dwustronnego działania
2) amortyzatory dz
wigniowe
3) amortyzatory cierne
4) elementy hydrauliczne (specjalne)
- stabilizatorów, elementów ograniczających przechyły boczne kadłuba pojazdu za pomocą:
1) drążków skrętnych typu  U
2) hydraulicznych stabilizatorów przechyłu
Odlewany wahacz samochodu BMW
Amortyzator
Zawieszenia pneumatyczne w pojazdach samochodowych
Zawieszenia pneumatyczne, ze względu na wprowadzenie do układu zawieszenia obok
elementów pasywnych ( sprężyna metalowa, tłumik hydrauliczny ) , również elementów
czynnych , zalicza się do grupy zawieszeń pół-aktywnych.
Zawieszenie pół-aktywne to zawieszenie, w którym w wyniku sygnału sterującego następuje
przestrojenie układu na inny zakres działania.
W zawieszeniu pneumatycznym tak dobiera siÄ™ charakterystykÄ™ zaworu poziomujÄ…cego, aby
jego działanie ograniczyć do kompensacji zmian obciążenia statycznego na postoju, co nie
oznacza jednak, że układ kompensacji nie ma wpływu na działanie zawieszenia w ruchu.
Kompensacja taka występuje, lecz jej działanie jest bardzo ograniczone przez dobór
odpowiedniej czułości zaworu i stosowanie urządzeń zwłocznych. Kompensacja zmian
obciążenia przez zmianę ilości powietrza zgromadzonego w sprężynie powoduje zmianę
takich parametrów zawieszenia jak np: sztywność, czy tłumienie, które zależą wówczas od
obciążenia pojazdu.
Zawieszenia pneumatyczne znajdujÄ… dziÅ› powszechne zastosowanie w autobusach oraz
samochodach i naczepach ( przyczepach ) ciężarowych ze względu na zalety i możliwości
jakie oferujÄ….
Budowa i działanie zawieszenia pneumatycznego
Niezależnie od rodzaju pojazdu, każdy układ zawieszenia pneumatycznego składa się z pięciu
podstawowych elementów tj. wahacza, sprężyny pneumatycznej, zbiornika dodatkowego,
zaworu poziomującego i urządzenia zwłocznego .
Rys. 1. Schemat ideowy zawieszenia pneumatycznego- 1- wahacz, 2-sprężyna pneumatyczna,
3- zbiornik dodatkowy, 4- zawór poziomujący, 5- urządzenie zwłoczne
Na rys.1 przedstawiono schemat ideowy układu zawieszenia pneumatycznego.
Sprężyna pneumatyczna 2 oparta jest z jednej strony na wahaczu 1 układu prowadzenia osi
koła, a z drugiej strony bezpośrednio o nadwozie pojazdu. Jest ona połączona ze zbiornikiem
dodatkowym 3, ten zaś z kolei z zaworem poziomującym 4 sprzężonym mechanicznie przez
urządzenie opóz
niajÄ…ce 5 z wahaczem.
Jeżeli wzrośnie obciążenie pojazdu to nastąpi ugięcie sprężyny i nadwozie obniży się.
Spowoduje to przesunięcie tłoczka w zaworze poziomującym i otwarcie przepływu powietrza
między zbiornikiem zasilającym, a zbiornikiem dodatkowym ( w niektórych rozwiązaniach
bezpośrednio do sprężyny pneumatycznej ) . Doprowadzone do sprężyny pneumatycznej
powietrze spowoduje wzrost masy powietrza w sprężynie i powrót sprężyny do objętości
początkowej. Tym samym nadwozie pojazdu powróci do położenia początkowego.
Zmniejszenie obciążenia powoduje połączenie sprężyny z atmosferą i zmniejszenie nadmiaru
powietrza w sprężynie, a tym samym powrót nadwozia do położenia początkowego.
Regulacja wysokości nadwozia przez zmianę masy powietrza powoduje jednocześnie wzrost
sztywności sprężyny proporcjonalnie do wzrostu obciążenia. Daje to w rezultacie prawie stałą
częstotliwość drgań własnych praktycznie niezależną od obciążenia.
Samochodowe zawieszenia sportowe
Tuning mechaniczny jest obok wizualnej stylizacji nadwozi jedną z prężniej rozwijających się
dziedzin motoryzacji. Oczywiście tej widzianej oczami ludzi młodych gdyż głównie w ich
stronÄ™ kierowane sÄ… ofert firm zajmujÄ…cych siÄ™ tymi zagadnieniami oraz tych wszystkich,
którzy traktują samochody nie tylko jako środek transportu niezbędny w życiu codziennym,
ale także, a może przede wszystkim jako z
ródło przyjemności i podnoszenia adrenaliny
wynikającej z poruszania się zmodyfikowanymi pojazdami. Jedną z ważniejszych dziedzin
tuningu polecaną przez specjalistów jako tą, od której należy rozpocząć modyfikacje pojazdu
jest tuning zawieszenia. To od zastosowanych sprężyn i amortyzatorów zależy stabilność
i przyczepność auta do nawierzchni. Sprężyna jest elementem zawieszenia, który
współpracuje z amortyzatorem. Wraz z nim odpowiada za resorowanie samochodu. Ich
odpowiednia współpraca zapewnia należyty komfort podczas jazdy. W momencie
pokonywania nierówności następuje ugięcie tego elementu, co umożliwia ruch całego
zawieszenia. Nie traci się w ten sposób kontaktu z nawierzchnią jezdni podczas jazdy. Płynna
praca tych elementów, sprężyna- amortyzator, jest bardzo ważna. Nie tylko w kwestii
komfortu, ale również dla bezpieczeństwa.
Rodzaje przeróbek
Sprężyny sportowe ( o charakterystyce progresywnej )- jest to najpopularniejszą i zarazem
najtańszą opcją, w której wymianie poddane zostają same sprężyny na krótsze i sztywniejsze
dzięki czemu obniża się środek ciężkości oraz zmniejszają się boczne przechyły pojazdu co
zapewnia lepszą stabilność szczególnie podczas pokonywania zakrętów.
Zestawy sportowe (amortyzator + sprężyna)- polega na wymianie seryjnego zawieszenia
na zestaw składający się ze sprężyn i dobranych do nich amortyzatorów o krótszych skokach
Zawieszenia śrubowe ( gwintowe )- zawieszenie to składa się z amortyzatora, który w
dolnej części posiada nacięty gwint za pomocą którego reguluje się wysokość zawieszenia.
Elementem sprężystym w tym przypadku są dwie sprężyny współpracujące ze sobą
posiadające różną sprężystość co zapewnia ich progresywną charakterystykę pracy.
Zawieszenia Å‚Ä…czone  w zwiÄ…zku ze znacznymi kosztami Å‚Ä…czÄ…cymi siÄ™ z zastosowaniem
zawieszenia gwintowego obecnie możliwe jest zastosowanie tzw.  hybrydy . Jest połączenie
dwóch rodzajów zawieszeń. Jako zawieszenie przednie zostaje wówczas zastosowane w
kolumnie McPherson zawieszenie gwintowe z uwagi na większą masę przedniej części
pojazdu, natomiast jako tylne zawieszenie używany jest komplet tuningowy- amortyzator o
regulowanej sile tłumienia i sprężyna progresywna.
Teoretyczna charakterystyka sprężyn progresywnej i liniowej
80
70
60
progresywna
50
liniowa
40
liniowa
30
progresywna
20
10
0
0 50 100 150
Obciążenie [ kg ]
Obliczenia do części praktycznej
Sztywność sprężyny wyznacza się ze wzoru
P
cal
= [N mm]
C
cal
f
cal1;2
- obciążenie całkowite modelu
P
cal
- ugięcie całkowite sprężyny
f
cal1
Ugi
Ä™
cie [ mm ]
Teoretyczne podstawy działania sprężyn gazowych
Charakterystyka dynamiczna systemów sprężyn pneumatycznych determinowana jest tylko w
części przez ich czynnik roboczy- powietrze. Istotny udział w charakterystyce dynamicznej
systemów sprężyn pneumatycznych mają z jednej strony właściwości zastosowanej mieszanki
gumowej oraz tekstylnego wzmocnienia ścianek powłoki, z drugiej zaś strony, podczas
projektowania nowoczesnego uresorowania pojazdu należy także uwzględnić wzajemne
oddziaływania wszystkich elementów składowych systemu zawieszenia pneumatycznego.
Działanie sprężyny pneumatycznej polega na sprężeniu gazu ( na ogół powietrza )
zamkniętego w elastycznej, odkształcalnej i prowadzonej przez brzegi powłoce.
Charakterystykę  idealnej  sprężyny pneumatycznej określają w zasadzie rodzaj przemiany
termodynamicznej i ściśliwość gazu.
Do opisu ciśnień i sił wykorzystuje się ogólne równanie stanu gazu
pV = m RT
gdzie:
p- ciśnienie bezwzględne
R- uniwersalna stała gazowa
T- temperatura bezwzględna
Częstotliwość drgań własnych jest zależna głównie od stosunku ciśnień
( + ) / i teoretycznej wysokości sprężyny pneumatycznej h.
p p p
a i i
ëÅ‚ öÅ‚
p
kg
ìÅ‚1+ ÷Å‚
a
= 2Ä„
f
e ìÅ‚ ÷Å‚
h
p
íÅ‚ i Å‚Å‚
- ciśnienie otoczenia
p
a
- nadciśnienie = - gdzie p  ciśnienie bezwzględne
p p p p
i i a
h  wysokość poduszki
g  przyspieszenie ziemskie
K = 1,4
Stanowisko do badań porównawczych metalowych elementów
sprężystych o charakterystyce liniowej i progresywnej ( na przykładzie
kolumny McPherson )
Stanowisko wykonane zostało w oparciu o podzespoły przedniego zawieszenia samochodu
VW Polo. Jedna strona zawiera standardowe elementy zawieszenia montowane w tym
pojez
dzie, przy czym należy zwrócić szczególna uwagę iż zastosowana w standardowej
kolumnie McPherson sprężyna jest sprężyną o charakterystyce linowej. Natomiast druga
strona posiada zamontowaną sportową kolumnę McPherson w której znajduje się amortyzator
z regulacją tłumienia drgań oraz sprężyna progresywna. W celu wymuszenia ugięcia
zastosowana została dz
wignia z podwieszonym obciążeniem, które można zwiększać
stopniowo w celu zdjęcia odpowiedniej ilości punktów pomiarowych dla wyznaczenia
charakterystyk ugięcia.
Stanowisko do badań modelowych zawieszenia pneumatycznego
Stanowisko do badań modelowych zawieszenia pneumatycznego służy do pomiarów
częstotliwości drgań przenoszonych na nadwozie pojazdu przez resor pneumatyczny przy
zmiennym obciążeniu, ale zachowanej wysokości resoru. Badania przeprowadzane na
stanowisku potwierdzić mają tezę, że:  możliwe jest uzyskanie stałej częstotliwości drgań
masy uresorowanej przy zmiennym obciążeniu statycznym z zachowaniem stałej wysokości
resoru pneumatycznego .
1
Silnik elektryczny, typ SZJe48a, napięcie zasilania 380 V
2
Kompresor, typ IS17 z samochodu Star 200
3
Poduszka pneumatyczna
4
Koła zębate, 55 zębów
5
Koła zębate, 11 zębów
6
Belka wzdłużna - ramię
7
Rama
8
Ciężar
9
Pistolet z manometrem
10
WÅ‚Ä…cznik
11
Przyrząd do pomiaru wysokości poduszki pneumatycznej
Opis działania stanowiska
Zasada działania stanowiska do modelowego badań zawieszenia pneumatycznego jest
następująca:
Silnik elektryczny (1) poprzez przekładnię łańcuchową napędza urządzenie wzbudzające
drgania (2). Pomiędzy urządzeniem wzbudzającym drgania (2), a belką wzdłużną- ramieniem
(6) zamocowana jest poduszka pneumatyczna (3).
Nominalne obciążenie poduszki pneumatycznej (3) wynosi 250 kg.
Na końcu ramienia (6) znajduje się miejsce (8), do mocowania dodatkowych ciężarków, z
których każdy waży 5 kg, a przez długość ramienia wywiera dodatkowe obciążenie na
poduszkÄ™ o 25 kg.
Za pomocą pistoletu z manometrem (9) zmieniane ciśnienie w poduszce pneumatycznej w
taki sposób, aby wysokość poduszki po zmianie obciążenia w miejscu (8) pozostała bez
zmian.
Przebieg ćwiczenia
Część 1
1. Dokonać pomiaru ugięcia sprężyny seryjnej używając ciężarków nakładanych stopniowo
po sztuce, a następnie odczytać wskazania na skali.
2. Powtarzać czynność z pkt.1 przy użyciu kolejnych ciężarków aż do momentu całkowitego
obciążenia.
3. Pomiar powtórzyć i uśrednić wyniki.
4. Pomiary umieścić w tabeli pomiarowej nr 1.
5. Następnie zmienić dz
wignię na stronę zawieszenia sportowego i postępować w taki sam
sposób jak przy zawieszeniu seryjnym.
6. Pomiary umieścić w tabeli pomiarowej nr 1.
7. W tabeli nr 2 przeliczyć różnice ugięcia sprężyny pomiędzy poszczególnymi
zwiększeniami obciążenia.
8. Obliczyć na podstawie zebranych pomiarów sztywność obu sprężyn.
9. Wykonać charakterystyki sprężyny liniowej i progresywnej.
10. Porównać wykresy.
11. Opisać wnioski.
Część 2
1. Sprawdzić zamocowanie osłon kół zębatych i łańcucha.
2.Zdjąć dodatkowe odważniki z ciężaru ( 8 ).
3.Odczytać ciśnienie atmosferyczne wskazane przez barometr.
4.Przy pomocy pistoletu ( 9 ) ustawić poduszkę na zadaną wysokość.
5.Odczytać ciśnienie wskazane przez manometr.
6.Włącznikiem ( 10 ) uruchomić silnik.
7.Po wykonaniu czynności od 1 do 6, należy założyć dodatkowy odważnik i powtórzyć
czynności od 3 do 6.
8.Wyniki zestawić tabelarycznie wg podanego wzoru.
9.Wyznaczyć częstotliwość drgań własnych układu wg zależności przedstawionej w
 Teoretycznych podstawach działania sprężyny gazowej
10.Opisać wnioski.
Tabele pomiarowe
Tabela nr 1.( część 1 )
Wartości pomiaru sprężyny [cm]
Nr pomiaru Obciążenie [kg]
Seryjna Sportowa
Tabela nr 2.( część 1 )
Wartości ugięcia sprężyny [mm]
Nr pomiaru Obciążenie [kg]
Seryjna Sportowa
Tabela nr 3. ( część 2 )
Ustawienie pi pa fo
wysokości Obciążenie [bar] [bar]
poduszki [kg] [Hz]
[mm]
250
275
h1=100
300
325
250
275
h2=110
300
325
250
275
h3=120
300
325