MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2013 ONDŘEJ KOŠŤÁL

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Podvozky motorových vozidel Bakalářská práce Vedoucí práce: prof. Ing. František Bauer, CSc. Vypracoval: Ondřej Košťál Brno 2013

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Podvozky motorových vozidel 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 bakalářské práce a děkana AF Mendelovy Univerzity v Brně. dne.. podpis.

4 PODĚKOVÁNÍ Tímto děkuji zejména prof. Ing. Františku Bauerovi, CSc. za pomoc při vypracování této bakalářské práce, za jeho cenné rady a čas strávený nad touto prací. Dále chci poděkovat rodičům za podporu při studiu.

5 ABSTRAKT Bakalářská práce na téma Podvozky motorových vozidel se zabývá problematikou podvozků osobních a nákladních vozů. Hlavní části práce jsou zavěšení kol a odpružení. Je zde funkční rozbor jednotlivých skupin, jejich konstrukce, kinematika, princip činnosti, technické parametry, výhody a nevýhody a jejich srovnání. Klíčová slova: podvozek, zavěšení, náprava, odpružení ABSTRACT Bachelor thesis s subject Chassis of motor vehicles deals with issue of chassis of cars and trucks. Main parts of thesis are suspension and springing. There is a functional analysis of different units, their construction, kinematics, principle of working, technical parameters, the proc and cons and their comparison. Keywords: chassis, suspension, axle, springing

6 OBSAH 1 ÚVOD CÍL PRÁCE ZÁKLADNÍ ČÁSTI AUTOMOBILU Podvozkové části ZAVĚŠENÍ KOL Druhy zavěšení kol Tuhá náprava Nezávislé zavěšení kol Lichoběžníková náprava Náprava McPherson Kyvadlová (úhlová) náprava Kliková náprava Víceprvková náprava Vícenápravové systémy Srovnání parametrů ODPRUŽENÍ Činnost odpružení Listové pružiny Vinuté pružiny Torzní pružina Pryžové a polyuretanové pružiny Vzduchové odpružení Hydropneumatické odpružení Příčné stabilizátory Tlumiče Srovnání parametrů ZÁVĚR POUŽITÉ ZDROJE SEZNAM LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ... 62

7 1 ÚVOD Motorová vozidla jsou nedílnou součástí moderního života téměř každého z nás ve všech koutech světa. Vozidla jsou využívána k práci, cestování nebo přepravě osob a po silnicích jich denně jezdí milióny. Je tedy jasné, že problematika všeho s motorovými vozidly spojeného je kapitola na velmi dlouhé povídání. Vozidla jsou neustále zdokonalována a za poslední století pokročil vývoj v konstrukci a zejména bezpečnosti o velký kus kupředu. Základní částí vozu, od které se odvíjí vlastnosti celého automobilu, je podvozek, jenž bude hlavním zájmem této bakalářské práce. Moderní doba klade čím dál větší nároky na komfort a zmíněnou bezpečnost, takže konstruktéři jsou stále nuceni zdokonalovat vozidlové podvozky za předpokladu zachování přijatelné ceny automobilu a jeho náhradních dílů. Ve spoustě těchto požadavků má dnes zásadní vliv elektronika, která však nebude předmětem této práce. 2 CÍL PRÁCE Cílem práce je analyzovat nynější stav v problematice podvozků motorových vozidel. Jsou zde popsány základní části podvozku, zejména zavěšení kol a odpružení. Práce je zaměřena na funkční rozbor jednotlivých skupin, jejich konstrukci a princip činnosti. V závěru jsem provedl srovnání výhod a nevýhod nejdůležitějších parametrů. 3 ZÁKLADNÍ ČÁSTI AUTOMOBILU Hlavní části automobilu jsou tyto: - Hnací soustava, - podvozek, - karoserie, - příslušenství s výbavou. Další část bakalářské práce je věnována problematice podvozků. 7

8 3.1 Podvozkové části Podvozek motorového vozidla je velmi komplikovanou částí celého vozu a jeho vývoj je složitý proces testování a zkoušení jednotlivých komponentů. Podvozek je složen z několika částí, z nichž každá má svůj význam a je jeho nedílnou součástí. Kola spojovací článek vozidla s vozovkou. Kolo je osazeno pneumatikou. Přenáší hnací a brzdné síly a je důležitým prvkem odpružení vozu. Kola nesou hmotnost celého automobilu. Zavěšení kol připojení kola ke karoserii nebo rámu vozu. Umožňuje přenášet svislý pohyb kola při propružení a přenáší síly mezi kolem a karosérií (rámem). Odpružení eliminuje kmity nápravy vůči karoserii (rámu) čímž dodává posádce a nákladu určitý komfort při jízdě díky snížení otřesů Řízení umožňuje držet přímý směr vozu popřípadě jeho změnu Brzdový systém snižuje rychlost vozidla, popřípadě umožňuje jeho zastavení a zajištění proti pohybu (Vlk, 2006). Obr. 3.1 Jednotlivé konstrukční části podvozku (Vlk, 2006) 8

9 4 ZAVĚŠENÍ KOL Problematiku kol a pneumatik přeskočíme a budeme se věnovat hlavně zavěšení kol, jenž je velice rozsáhlým tématem. Jak už bylo řečeno, pod tímto pojmem si můžeme představit připojení kola s karosérií či rámem vozidla. Úkolem zavěšení je: - Umožnění svislého pohybu kola při propružení na nerovnostech a přenášení všech sil s tímto spojených, - eliminuje nežádoucí pohyby kola, zejména boční posuv a naklápění kola, jde tedy o tzv. vedení kola, - přenáší síly a momenty mezi kolem a karosérií, potažmo rámem vozu, tj., podélné síly (hnací a brzdná), svislé síly (zatížení vozu), příčné (odstředivé) síly, momenty podélných sil (hnací a brzdný moment); vše je řešeno pevnostními výpočty zavěšení (Vlk, 2006). 4.1 Druhy zavěšení kol Základním rozdělením zavěšením kol je následující: - Závislé zavěšení (tuhá náprava), - nezávislé zavěšení. Obr. 4.1 Srovnání zavěšení a) tuhá náprava, b) nezávisle zavěšená náprava ( Nápravou rozumíme komplet sestavený z nápravnice, zavěšení kola, nábojů ložisek kol, brzdového ústrojí, pružících prvků a u přední nápravy i prvky řízení. 9

10 U závislého zavěšení jsou kola uložena na jednom společném příčném nosníku (mostu nápravy) a tvoří tak z kinematického hlediska jeden díl. Při svislém pohybu jednoho kola se tak rovněž pohybuje i kolo druhé. U nezávislého zavěšení je každé kolo ke karoserii vázáno samostatně nezávisle na kole protilehlém. Pohyby jednoho kola se tak nepřenáší na druhé kolo a každé z nich tvoří v podstatě samostatnou jednotku (Vlk, 2006) Tuhá náprava Jak již bylo řečeno, kola spolu tvoří jeden celek, tudíž jejich vzájemná poloha zůstává nezměněna. Hlavní směry pohybu tuhé nápravy jsou nadnášení z 1 a příčné kmitání ψ 1, nebo-li třepetání. Ostatní pohyby jsou vedlejší. Na nápravu také působí momenty moment kola M k a hnací moment M h. Obr. 4.2 Pohyby tuhé nápravy (Vlk, 2006) Zavěšení tuhé nápravy může být zajištěno dvojicí podélných listových pružin. Toto řešení patří k nejstarším systémům. Využívá se však dodnes, jelikož listové pružiny vykonávají hned tři funkce najednou: - Vedení nápravy, - odpružení, - tlumení mezi nástavbou a nápravou třením. 10

11 Obr 4.3 Zadní tuhá hnací náprava Volkswagen LT (Reimpell, 2001) Pohodlné vozidlo musí mít měkké odpružení, takže se musí použít delší listové pružiny s menším počtem listů. Dlouhé pružiny mají však horší držení vozu v zatáčce díky své boční poddajnosti a jsou také více deformovány účinkem hnacího a hlavně brzdného momentu. Zmíněnou deformaci nazýváme S-ráz a díky tomuto vzniká značné ohybové namáhání listové pružiny. Tření zhoršuje pohodlí posádky, takže zmenšení tření díky delším pružinám s menším počtem listů je naproti tomu výhodou. Při vyšších rychlostech ovšem třecí tlumení nedostačuje a je vhodné použití hydraulických tlumičů. Obr. 4.4 Deformace listové pružiny: a) boční silou, b) brzdným momentem (Vlk, 2006) Jelikož se při deformaci listové pružiny mění vzdálenost mezi jejími závěsnými oky, tak bývá závěsné oko připojeno ke karosérii pomocí výkyvného raménka, tzv. houpačky. Připojeno je tímto způsobem přední nebo zadní závěsné oko, záleží na modelu vozu. Toto řešení je zobrazeno na výše zmíněné nápravě užitkového vozu VW LT. 11

12 Pro zmenšení ohybového namáhání a tzv. S-rázu podélných listových pružin může být dvojice listových pružin doplněna také dvojicí suvných tyčí, které přenáší reakci brzdných a hnacích momentů a snižují tak namáhání listových pružin. Obr. 4.5 Schéma tuhé nápravy vedené dvojicí listových pružin a suvných tyčí (Vlk, 2006) U poháněných tuhých náprav s listovými pružinami může vzniknout torzní kmitání nápravy, tzv. třepetání. Hnací síla působící v místě styku kola s vozovkou vlivem nerovností kolísá, čímž může vzniknout moment způsobující kmitání tuhé nápravy kolem své osy. Řešit se to dá umístěním teleskopických tlumičů na jedné straně před most nápravy a za most nápravy na straně druhé. Tento způsob je použit u zadní nápravy Jeepu Cherokee XJ (Vlk, 2006). Obr. 4.6 Zadní poháněná náprava vozu Jeep Cherokee s odlišným uložením tlumičů ( ml) 12

13 U náprav osazených listovými pružinami bylo vedení nápravy zajištěno samotnou listovou pružinou. U vinuté pružiny, která je u moderních vozů dnes většinou použita se však vedení nápravy v bočním a podélném směru musí zajistit dalším konstrukčním prvkem. Vinutá pružina totiž nevykazuje téměř žádné boční vedení, tudíž není schopna přenášet boční síly. Tuhá náprava odpružena vinutými pružinami musí mít zajištěno vedení v bočním a podélném směru následujícími způsoby: - Dvě nebo čtyři podélná a jedno příčné rameno (panhardská tyč), - Wattův přímovod, - ojnicové vedení, - čtyři ramena dvě dvojice šikmých ramen, které vedou nápravu v podélném i příčném směru. Panhardská tyč Panhardská tyč je rameno, které drží nápravu v příčném směru a přenáší boční síly. Používá se většinou ve spojení se čtyřmi podélnými rameny, které přenášejí síly podélné. Je uložena ve vhodně nadimenzovaném pryžovém uložení. Obr. 4.7 Schéma tuhé nápravy vedené čtyřmi podélnými rameny a jedním příčným ramenem panhardskou tyčí (Vlk, 2006) Panhardská tyč při svislém pohybu nápravy způsobuje také boční posunutí nápravy. S tímto jevem je spojeno boční kmitání nástavby, které snižuje jízdní pohodlí. Z tohoto důvodu musí být Panhardská tyč co nejdelší a v pokud možno vodorovné poloze ( 13

14 Obr. 4.8 Boční posunutí nápravy při svislém propružení tuhé nápravy s Panhardskou tyčí ( Wattův přímovod Tříčlenný pětikloubový mechanismus, který je určen k ustavení většinou tuhých náprav v příčném, popř. i podélném směru. Jedná se o dokonalejší alternativu Panhardské tyče. Náprava je kloubově spojena s prostředním krátkým ramenem, které je k rámu či karosérii vozu zakotveno pomocí dvou stejně dlouhých výkyvných ramen. Střed nápravy se v celém jejím zdvihu pohybuje ve svislém směru. Na rozdíl od Panhardské tyče je náprava vedena při propružení bez jakékoliv boční odchylky. Obr. 4.9 Náprava s Wattovým přímovodem ( V ideálním případě je celý mechanismus středově souměrný a krajní ramena mají stejnou délku. Pokud je nutné použít z konstrukčních důvodů ramena odlišných délek, tak vzniknou změny polohy nápravy v příčném směru a výhody Wattova přímovodu se začnou ztrácet. Pomocí Wattova přímovodu můžeme vést nápravu také v podélném směru. V tomto případě musí být použity dva přímovody na každé straně nápravy montované 14

15 rovnoběžně se směrem jízdy automobilu. Tento systém se vyskytl u některých závodních vozů ( Obr Schéma podélného Wattova přímovodu a jeho změn při propružení (Vlk, 2006) Wattův přímovod není u moderních aut příliš běžný, ale používá se stále. Jako příklad lze uvést vůz Opel Astra modelového roku 2010, jenž má na zadní nápravě taktéž použit Wattův přímovod ( Obr Zadní náprava s Wattovým přímovodem vozu Opel Astra 2010 ( Náprava De-Dion Jak již bylo řečeno, velká nevýhoda tuhé nápravy spočívá ve vysokých neodpružených hmotách, čili horších jízdních vlastnostech při přejíždění nerovností. Tento jev částečně odbourává náprava De-Dion, jenž kombinuje výhody tuhé nápravy ale i nezávislého zavěšení. Rozvodovka s diferenciálem je pevně spojena s karosérií vozidla, tudíž náleží k odpruženým hmotám. Kola jsou spojena tuhým nosníkem, takže je zaručeno jejich konstantní postavení vzájemně i vůči vozovce. Hlavní nevýhoda tuhé nápravy, tj. třepetání zde zůstává. Od masového použití tohoto systému v praxi se upustilo také díky výrazně vyšším výrobním nákladům ( 15

16 Obr Náprava De-Dion vozu Alfa Romeo75 ( S nápravou De-Dion se můžeme setkat u starších vozidel italské automobilky Alfa Romeo. Náprava Alfy má ojnicové vedení a most nápravy je přesně veden Wattovým přímovodem. U nápravy De-Dion je na rozdíl od běžné tuhé nápravy nutné použití kloubových hnacích hřídelů s možným osovým posuvem. Dalším snížením neodpružených hmot dosáhli konstruktéři Alfy Romeo systémem transaxle, který má brzdové kotouče umístěny přímo na rozvodovce ( Výhody a nevýhody tuhé nápravy Výhody: - Jednoduché a levné konstrukční řešení, - jednodušší údržba, - poloha kol jedné nápravy se vůči sobě nemění, rozchod kol je tedy konstantní, - neustálý styk pneumatik s vozovkou v celé šíři běhounu. Nevýhody: - Vysoká neodpružená hmota (rozvodovka s diferenciálem, hnací hřídele, brzdy), - potřeba většího prostoru k propružení nápravy, tudíž vyšší těžiště, - horší stabilita při průjezdu zatáčkou, - horší vedení kola, zejména u přední tuhé nápravy ( 16

17 Využití Tuhé nápravy jsou nejstarším, ale dodnes stále používaným typem náprav. Tuhá náprava je jednoduchým, avšak tuhým celkem, což je potřeba u vozů s vysokou užitnou hmotností. Hnané tuhé nápravy často nalezneme jako zadní nápravy užitkových vozů s předním náhonem, u přípojných vozidel nebo jako přední nápravy nákladních aut. U hnacích náprav roste hmotnost neodpružených hmot, proto jsou k vidění u těžkých nákladních vozů, terénních automobilů, autobusů a traktorů Nezávislé zavěšení kol Hlavní podstata nezávislého zavěšení kol je oddělené uchycení levého a pravého kola ke karosérii nebo rámu vozu. Kola jsou tak nepřímo vázané přes karosérii, ale každé tvoří z kinematického hlediska samostatnou jednotku. Tím nemůže dojít k třepetání nápravy. Další podstatnou výhodou je mnohem menší hmotnost neodpružených částí, jelikož diferenciál s rozvodovkou jsou upevněny ke karoserii vozu, nikoliv k samotné nápravě. Rozlišujeme tyto druhy nezávislého zavěšení: - Lichoběžníková náprava, - náprava McPherson, - kyvadlová úhlová náprava, - kliková náprava, - víceprvková náprava. 17

18 Obr Typická koncepce vozu nižší střední třídy s předním zavěšením McPherson a zadní klikovou nápravou ( Využití Nezávislé zavěšení kol přináší mnohem větší pohodlí, tudíž je použito u drtivé většiny současných osobních vozů a takřka z nich vytlačily tuhé nápravy. Typů zavěšení je mnoho a jejich použití je ovlivněno mnoha faktory. Hlavním důvodem tak velkého rozšíření mezí osobními vozy je menší hmotnost neodpružených hmot a lepší jízdní vlastnosti na silnici díky oddělenému zavěšení levého a pravého kola Lichoběžníková náprava Lichoběžníkové zavěšení je realizováno dvěma nestejně dlouhými příčnými rameny. Aby byly schopny přenášet podélné i příčné síly, tak jsou obvykle trojúhelníkového tvaru. Horní rameno je vždy kratší a v průmětu do příčné svislé roviny vozidla ramena tvoří lichoběžník. Lichoběžníková náprava zaručuje dobré jízdní vlastnosti ( Při propružení nápravy dochází ke změně její geometrie, což má za následek horší jízdní vlastnosti. Konkrétně se jedná o změnu odklonu kol, sbíhavosti a také rozchodu kol. Vhodným seřízením délky obou ramen lze dosáhnout velice příznivých hodnot a omezení těchto výchylek na minimum ( 18

19 Obr Kinematické změny při propružení lichoběžníkové nápravy a) propružení kola b) propružení karosérie c) klopení karosérie a kola (Vlk, 2006) Leží-li střed klopení kola P daleko od kola, jsou změny odklonu a rozchodu při propružení minimální. Při propružení se však tento bod mění. Střed klopení karoserie S plyne ze vzájemného sklonu příčných ramen. Ve zvláštním případě rovnoběžných ramen leží střed klopení kola v nekonečnu a střed klopení karoserie na vozovce. Pro nestejně dlouhá ramena toto však neplatí, jelikož při výchylkách rovnoběžná nezůstanou (Vlk, 2006). Obr Změna středu klopení kola při propružení nápravy (Vlk, 2006) Polohou ramen lze určit výška středu klopení, ale také středu klonění nápravy. Ten leží v rovině rovnoběžné s podélnou rovinou symetrie vozu a prochází dotykovým bodem pneumatiky s vozovkou. Pokud jsou podélné osy uložení ramen zešikmené, je 19

20 možné omezit nebo dokonce úplně odstranit předklánění nápravy při brzdění, resp. zaklánění při akceleraci. Tento jev je označován jako tzv. anti-dive, resp. anti-squat efekt. Na níže uvedeném obrázku jsou znázorněný středy klonění přední lichoběžníkové nápravy O p a zadní klikové nápravy O z. Aby byl efekt anti-dive zajištěn, musí být střed klonění karoserie O ve výšce těžiště vozidla (Vlk, 2006). Obr Středy klopení náprav O p a O z a klonění karoserie O (Vlk, 2006) Hodnota Anti-dive se udává v procentech a lze spočítat ze vztahu: tga % = 100. tgb Přičemž úhel A je svírán mezi vozovkou a spojnicí kontaktu pneumatiky s vozovkou a středem klonění kola. Úhel B je svírán mezi vozovkou a směrem výsledné síly, která vznikla při brzdění. Pokud hodnota je hodnota 0%, tak nastává maximální předklonění karoserie. Jestliže nabude hodnoty 100%, tak je efekt anti-dive dosažen v maximální možné míře a při brzdění nenastane žádné předklonění nápravy (Šamaj, 2008). Obr Znázornění úhlů pro výpočet anti-dive efektu (Šamaj, 2008) Přenos boční síly F y, obvodové síly F x a hnacího, popř. brzdného momentu M přes ramena do karoserie je ukázán na spodním obrázku. Zatížení kola F z je zanedbáno, jelikož je přenášeno hlavně pružinami. Ramena jsou trojúhelníková, aby byla schopna 20

21 zachytit podélné i příčné síly. Spodní rameno je více zatěžováno, jelikož je blíže k působišti sil (stopě) a tudíž je silnější. Obr Zachycení bočních a obvodových sil (Vlk, 2006) Ramena jsou uložena v pryžových pouzdrech. Spodní rameno bývá více namáháno, proto je robustnější. Ve spodním ramenu je také pevně vetknuta vinutá pružina, jelikož díky své délce nepodléhá tak značným úhlovým výchylkám jako horní rameno. Motor vpředu potřebuje v oblasti horního ramene více místa, proto je také horní rameno podstatně menší. Tlumič s pružinou může být uchycen také na horním rameni, což ovšem značně zvyšuje prostorovou zástavbu nápravy. Obr Přední lichoběžníková náprava vozu BMW X6 ( Výhody a nevýhody lichoběžníkové nápravy Výhody - Minimální kinematické změny při vhodném seřízení délky ramen, - dobré jízdní vlastnosti, 21

22 - malá prostorová náročnost, tudíž více prostoru pro motor. Nevýhody - Vyšší konstrukční náročnost, tudíž i vyšší cena. Využití Zejména přední nápravy osobních vozů středních a vyšších tříd, popř. užitkových vozů Náprava McPherson Zavěšení McPherson je obdoba lichoběžníkové nápravy, avšak horní rameno je zde nahrazeno posuvným vedením. Skládá se z příčného trojúhelníkového ramene uchyceného pod osou kola, pružící a tlumící jednotkou a spojovací tyče řízení. Vedení ve vzpěře je realizováno hydraulickým tlumičem, jenž musí být značně silnější, než u jiného typu zavěšení. Tlumič je nahoře osazen jedním nebo dvěma axiálními ložisky. Osa rejdu je spojnice středu těchto ložisek a spodním kulovým čepem. Tlumičová vzpěra zde zastává vlastně tři funkce pružení, tlumení a natáčení kol do rejdu. Nahrazení horního ramene tlumičem má kladný vliv na místo pro motor nebo zavazadlový prostor vozu (Jan, Ždánský, 2009). Obr Schéma nápravy McPherson s pólem klopení kola P, klopením karoserie S a zachycením příčných sil ( 22

23 Póly klopení kola P a klopení karoserie S leží oba nad rovinou vozovky. Při propružení nápravy nebo naklonění karoserie mění kolo svůj odklon, což způsobuje kmitání volantu, resp. neklid řízení. To je způsobeno gyroskopickým momentem M G. Gyroskopický moment Pokud dojde k vychýlení rotujícího kola z jeho roviny rotace, vytvoří se síla F g kolmá na danou výchylku α v. U rejdového kola síla vytvoří nevhodný gyroskopický moment, který se s kolem snaží otáčet okolo jeho rejdové osy (Jan, Ždánský, 2009). Mg = Fg. r [Nm] Kde: Fg gyroskopická síla [N] r- rameno síly [m] Obr Vznik gyroskopického momentu (Jan, Ždánský, 2009) Aby bylo u McPhersonu docíleno efektu anti-dive, je opět nutné, aby byla podélná osa kývání spodního ramene šikmá, tak jako u lichoběžníkových náprav. Střed klonění karoserie O je na prodloužené přímce vedené dotykovým bodem kola K a středem klonění nápravy O p (Vlk, 2006). 23

24 Obr Střed klonění přední nápravy McPherson (Vlk, 2006) Podélné síly F x a boční síly F y, příp. z nich plynoucí momenty jsou zachycovány silovými dvojicemi na karoserii. Z toho pro McPherson nápravu plyne zatížení momentem a příčnou silou. Spodní ložisko je zatíženo víc než horní, jelikož je blíže působišti sil. Podélné síly Fx přenáší opět dvojdílné trojúhelníkové rameno. Obr Zachycení podélné síly (Vlk, 2006) Osa rejdového čepu může, ale také nemusí být vždy svislou osou hydraulického tlumiče. Záleží na umístění spodního kulového čepu. Jedná se o tzv. virtuální osu rejdu. Pokud je vysunuta k podélné rovině kola, mluvíme o záporném poloměru rejdu (Vlk, 2006). 24

25 Obr Náprava se záporným poloměrem rejdu (Vlk, 2006) Obvykle jsou nápravy McPherson využívány jako přední řídítelné, ale použití McPhersonu jako nápravy zadní je také možné. V tomto případě odpadá horní axiální ložisko, jelikož je náprava neřiditelná a tlumič se neotáčí. Příčná ramena jsou v tomto případě mnohem delší, což má kladný dopad na sbíhavost a odklon kol, které jsou v tomto případě při propružení minimální. Obr Zadní nepoháněná náprava typu McPherson u vozu Honda Prelude (Vlk, 2006) Výhody a nevýhody nápravy McPherson Výhody: - Menší konstrukční náročnost než lichoběžníková, - pružící jednotka zastává tři funkce pružení, tlumení, natáčení kol do rejdu, - kompaktní stavba - umožňuje více prostoru pro motor, - malá neodpružená hmota, - relativně nízká cena. 25

26 Nevýhody - Kinematické změny při propružení, - nutnost masivnějšího a odolnějšího tlumiče. Využití V současné době jsou nápravy McPherson nejpoužívanějším typem náprav u moderních osobních vozů. McPherson je standardní výbava automobilů nižší a střední třídy. Převážně je použit jako přední řídící hnací náprava Kyvadlová (úhlová) náprava Osa kývání ramene je v půdorysu šikmá, proto se můžeme setkat také s označením šikmý závěs. Kolo je uchyceno pomocí rozvidleného ramene uloženého na nápravnici v pryžových pouzdrech. Může být použita jako náprava hnací i hnaná, nikoliv však řídící. Vozidlo má s touto nápravou většinou nedotáčivé vlastnosti, poněvadž při propružení vzniká samořízení. Vzniká zde změna odklonu a také rozchodu, tudíž musí být u hnacích náprav zajištěna změna délky hnacích hřídelů (Vlk, 2006). Obr Kinematika úhlové nápravy (Gscheidle, 2002) Pól klopení kola je v podstatě průsečík osy otáčení kola a osy kývání ramene. Vzdálenost pólu P od svislé osy kola je někdy nazývána jako délka kývání. 26

27 Obr Zadní náprava Škoda 130 ( Výhody a nevýhody úhlové nápravy Výhody: - V porovnání s ostatními typy dnes obvyklých náprav nepřináší téměř žádné výrazné výhody. Nevýhody: - Lze ji použít pouze jako zadní nápravu, - Nelze ji využít jako řídící, - větší kinematické změny při pérování, - nutnost zajištění změny délky hnacích hřídelů. Využití Tato se využívá výhradně jako náprava zadní a není možno ji použít jako řídící. Díky svým nevýhodám se v dnešních osobních vozech téměř nevyskytuje. V minulosti byla ovšem hojně rozšířena ve vozech Škoda řady 120, 130 atd. 27

28 Kliková náprava Kola jsou zavěšena na podélných ramenech, která jsou příčně spojena většinou U profilem. Náprava má tedy příčnou osu kývání. Uložení náprav je až na výjimky tvořeno pryžovými ložisky. Síly v uložení by měli být co nejmenší, aby se zamezilo vysokému hluku. Je tedy důležité dodržovat následující dvě zásady: - pružiny by měly být co nejblíže nad stopou pneumatiky (dotyk kola s vozovkou), aby se snížilo svislé zatížení ložisek (v ideálním případě a = b, viz schéma) - zvětšením vzdálenosti ložisek (c = max) se zmenší vodorovné zatížení ložisek Obr Kliková náprava ( Střed klopení kola P v tomto případě leží v nekonečnu, střed klopení karoserie S tedy leží na vozovce. Oproti kyvadlové nápravě má tedy kliková větší klopení karoserie v zatáčkách. Změna odklonu zde probíhá pouze klopením karoserie, nikoliv propružením kola při nehybné karoserii. U klikových náprav se nevyužívá jen odpružení pomocí vinutých pružin, ale také torzními tyčemi. Mohou být uloženy ve vodících trubkách, které jsou společně s torzními tyčemi namáhány na krut. Torzní tuhost příčných trubek se podílí na tuhosti odpružení. Kliková náprava s torzním propojovacím prvkem Postupem času se torzní tyče proměnily v torzní spojení, čímž vznikla kliková náprava s propojenými podélnými rameny, mnohdy nazývána jako spřažená náprava. Podélná ramena jsou zde spojena ohybově tuhou příčkou, která je však torzně měkká a má zde funkci také příčného stabilizátoru. Tato náprava je z kinematického hlediska 28

29 v podstatě přechod mezi podélnou klikovou nápravou a tuhou nápravou. Pokud by se příčka umístila do středů kol, bylo by toto provedení v podstatě nefalšovanou tuhou nápravou. Za zmínku stojí, že osy otáčení jsou při stejnoběžném a protiběžném propružení diametrálně odlišné. Zatímco při stejnoběžném (nebo sousledném) propružení se příčka nedeformuje a tvoří zároveň i osu otáčení, při protiběžném (nesousledném) propružení je příčka torzně namáhána a osu otáčení tvoří spojnice mezi pryžovým uložením, podélnou osou vozu a středem klopení kola (viz. schéma). V prvním případě je změna odklonu kol minimální, v druhém je naopak rapidní ( Obr Schéma klikové nápravy s rozdílnými osami otáčení (Vlk, 2006) Výhody a nevýhody klikové nápravy Výhody: - Jednoduchá konstrukce a prostorová nenáročnost, - snadná montáž i demontáž, - malý počet konstrukčních dílů, tudíž nižší cena, - nízká hmotnost neodpružených částí, - snadné umístění palivové nádrže a rezervního kola, - torzní příčka funguje jako stabilizátor. Nevýhody: - Nemožnost ji použít jako hnací, - vysoké namáhání příčného nosníku, tudíž omezené zatížení. Využití Jedná se o typ, který je používán především jako zadní nepoháněná náprava a je široce rozšířena. Vzhledem ke zmíněným výhodám, zejména nízké ceně, je hojně používána u 29

30 vozů zejména nižší a střední třídy. Díky prostorové zástavbě je vhodná také pro vozy kategorie kombi Víceprvková náprava Víceprvková náprava je v podstatě nejpropracovanější druh zavěšení náprav u moderních osobních vozů. Skládá se z několika ramen (až pět ramen), která zajišťují dokonalé vedení kola a optimální kinematiku celé nápravy. Ramena mohou být tyčová nebo trojúhelníková a jejich vzájemná nezávislost umožňuje perfektní nastavení podvozku. Variabilita uspořádání ramen rozšiřuje možností naladění geometrie nápravy a lze dosáhnout minimálních změn odklonu, sbíhavosti a rozchodu kol při propružení a také přijatelné hodnoty efektu anti-dive, resp. anti-squat. Další výhody jsou nízká hmotnost, nízká hlučnost a vibrace, nízké tření a mimořádná prostorová účinnost. Univerzálnost víceprvkové nápravy ji dovoluje použít jako hnanou i hnací a může být řiditelná i neřiditelná ( Obr Ukázka pětiprvkového zavěšení nápravy ( Čtyřprvkové zavěšení zavedené koncernem VW v roce 2004 vyniká špičkovými jízdními vlastnostmi dané oddělením podélných a příčných sil přenášených od kol. Zavěšení je v příčném směru velmi tuhé, takže je zajištěna dobrá stabilita v zatáčkách. V podélném směru je naopak podvozek poměrně poddajný, takže je zajištěn vysoký cestovní komfort. U Škody Octavia II. generace nahradilo čtyřprvkové zavěšení méně komfortní klikovou nápravu ( 30

31 Obr Zadní víceprvková náprava Škoda Octavia II ( Výhody a nevýhody víceprvkové nápravy Výhody: - Optimální vedení kola a dobrá kinematika, - velmi dobré jízdní vlastnosti, - vysoký komfort a bezpečnost. Nevýhody: - Mnoho konstrukčních dílů, tudíž vysoká cena, - náročnější montáž a demontáž dražší servis. Využití Víceprvkové zavěšení představuje špičku v oblasti jízdních vlastností a bezpečnosti posádky, tudíž je v moderních vozech stále více zastoupeno. Často bývá montována jako zadní náprava a zlepšuje tak komfort během jízdy. Jedná se však o poměrně komplikovaný mechanismus náročný na výrobu, což se samozřejmě odráží v ceně. Víceprvkového zavěšení se tedy nevyužívá u levných aut a najdeme jej především u automobilů střední a vyšší střední třídy. Mnohdy je tento způsob zvolen také u vozů s pohonem všech čtyř kol. 31

32 Vícenápravové systémy Většina výše popsaných systému zavěšení je znakem spíše pro osobní automobily. Od těch na chvíli upustíme a podíváme se na podvozky a zavěšení náprav některých nákladních vozů. Nákladní vozy, ale také návěsy a přívěsy mívají dvojnápravy nebo třínápravy pro větší užitečné zatížení. U těchto systému bývá zajištěn také konstantní poměr mezi zatížením jednotlivých náprav pomocí statického vyrovnávání nápravových tlaků. To je potřeba v případě, nerovnoměrně naloženého vozu a tím různou polohou těžiště. U nákladních automobilů bývají často zdvojené (tandemové) nápravy poháněné obě, jelikož se často pohybují i v těžkém terénu (vozidla používané ve stavebnictví). Aby byl přenos točivého momentu k jednotlivým nápravám rovnoměrný, je potřeba mezinápravového diferenciálu (Vlk, 2006). Obr Dvojnáprava Pragy V3S (Jašíček, 1958) K vyrovnání zatížení dvojnáprav bývá využito podélné listové pružiny. Je zde uložena v podstatě obráceně a tvoří tak lichoběžník a je provedena jako vahadlo. Konce pružiny leží na obou nápravách a pružina zajišťuje také boční vedení náprav. Pro zachycení podélných sil jsou zde umístěny suvné tyče (Vlk, 2006). 32

33 4.2 Srovnání parametrů Každý způsob zavěšení kol má své výhody i nevýhody a nelze o žádném říct, že je nejlepší. Volba typu zavěšení se odvíjí od mnoha faktorů, přičemž nejdůležitějším je cena. Od cenové kategorie automobilu se odráží také podvozek a jeho části. Běžné osobní vozidlo je zpravidla vybaveno přední nápravou McPherson a zadní klikovou nápravou. Tento koncept dostačuje nárokům, jež mají levné automobily splňovat. Dražší a komfortnější automobily mají především víceprvkové zavěšení náprav. U nákladních vozů jsou až na výjimky tuhé nápravy. Dle získaných informací jsem srovnání parametrů jednotlivých typů náprav zaznamenal do tabulky. 33

34 Tab. 1 Srovnání parametrů jednotlivých typů náprav Tuhá náprava Lichoběžníková náprava McPherson Kliková náprava Úhlová náprava Víceprvková náprava Jízdní Horší Dobré Dobré Průměrné Průměrné Velmi dobré vlastnosti Konstrukční Nízká Vyšší Průměrná Nízká Průměrná Vysoká náročnost Prostorová Vyšší Malá Malá Malá Průměrná Vyšší náročnost Kinematické Malé Malé Průměrné Průměrné Větší Velmi malé změny Cena Nízká Vyšší Průměrná Nízká Průměrná Vysoká 34

35 5 ODPRUŽENÍ Odpružení je nedílnou součástí celého podvozku a má dost podstatný vliv na chování a jízdní vlastnosti celého vozu. Odpružení a jeho různé typy jsme už zmínili několikrát, ale teď si je trochu přiblížíme. Hlavním úkolem je snížení přenosu kmitavých pohybů náprav na jeho podvozkové části a karoserii. Chrání tak posádku i náklad před nežádoucími otřesy. Dalším velmi důležitým úkolem je zajištění stálého styku pneumatiky s vozovkou, což je velmi důležité pro ovladatelnost vozu a bezpečnost. Odpružení musí také tlumit podélné síly při brzdění a akceleraci a také klopné síly při průjezdu zatáčkou. Můžeme také říct, že odpružení zvyšuje životnost spoustě dílů na vozidle, které tak nejsou vystaveny tvrdým otřesům a rázům. Tlumiče tlumí kmitavé pohyby náprav a podvozku (Vlk, 2006). 5.1 Činnost odpružení Pérováním se z vozu stane vibrující soustava s vlastní frekvencí (frekvencí karoserie) určenou hmotností vozu a pružinami. Vibrování Přejede-li kolo přes překážku, začne karoserie i kolo vibrovat. Pohybem kola nahoru se napne pružina a její síla zrychlí karoserii nahoru. Sílu pružiny při jejím roztahování zase naopak brzdí karoserie a je dosažen bod obrácení. Hmotnost zrychlí karoserii směrem dolů přes klidovou polohu. Během toho se pružina stlačí, resp. napne a vznikající síla pružiny brzdí pohyb karoserie až do spodního bodu obrácení. Dráha mezi horním a spodním bodem obrácení vibrování se nazývá amplituda. Tento průběh pohybů se opakuje, dokud se nepřemění pohybová energie třením pružin a vzduchu na energii tepelnou (Gscheindle, 2002). 35

36 Obr. 5.1 Tlumené vibrování (Gscheidle, 2002) Rezonance Vibrování se naopak zesiluje, pokud dochází ke kontaktu s karoserií v rytmu vlastního vibrování, např. při přejíždění nerovností na vozovce, které po sobě následují ve stejných vzdálenostech (Gscheindle, 2002). Obr. 5.2 Zesílené vibrování (Gscheidle, 2002) Frekvence Je to v podstatě počet vibrací za sekundu. Jelikož karoserie nevibruje zas tak rychle, udává se spíš počet vibrací za minutu. Při měkkém pérování a velké hmotě je malá frekvence a dlouhá dráha pružin. Pérování by mělo mít podobný kmitočet jako lidská chůze, tzn kmitů za minutu (Gscheindle, 2002). Tuhost pružin Udává vlastnosti pružin, resp. jestli je pružina tvrdá nebo měkká. Tuhost se zjišťuje zatížením pružiny a následným změřením vzniklého stlačení. Poměr síly F k dráze s, nazýváme tuhost pružiny c, přičemž je její jednotka N.mm -1. U zkrutných pružin se zjišťuje úhel natočení pružiny v závislosti na momentu M k, kterým je pružina namáhána na krut. Pokud je tuhost pružiny během celé její dráhy konstantní, má pružina lineární charakteristiku. Pokud tuhost plynule nebo stupňovitě stoupá, mluvíme o progresivní charakteristice. Lze také dosáhnout degresivní charakteristiky (Gscheindle, 2002). 36

37 Obr lineární charakteristika, 2 degresivní charakteristika, 3 progresivní charakteristika ( Materiál pružin může být různý: - Ocelové (listové, vinuté, torzní), - pryžové, - vzduchové (pneumatické), - vzduchokapalinové (hydropneumatické), - pryžokapalinové (hydroelastické). Kvalita odpružení závisí na poměru mezi odpruženými a neodpruženými hmotami. Tento poměr by měl být co největší, tzn. čím je poměr hmotnosti odpružených částí k neodpruženým větší, tím je odpružení kvalitnější. Jako hmotnost odpružených částí se bere veškerá hmotnost nad vozidlovými pružinami. Hmotnost neodpružených částí je hmotnost všech komponent pod pružinami, tzn. kola, brzdy, části řízení, části náprav nebo celé nápravy atd. (Jan, Ždánský, 2009). Obr. 5.4 Průběh pohybu při přejíždění nerovností (Gscheindle, 2002) 37

38 5.2 Listové pružiny O listových pružinách už zde bylo mnoho napsáno. Listová pružina je svazek plátů (stejně širokých avšak s rozdílnou délkou) z pružinové oceli naskládány na sebe a většinou spojená třmeny. Listová pružina však může být tvořena pouze z jednoho plátku. Protože listová pružina je při propružení namáhána na ohyb, tak mění svou délku. Tyto délkové výchylky je nutno zajistit. Na jedné straně je pružina pevně připevněna, zatímco na druhé klouže v kluzné opěře nebo se kýve na pomocném třmenu. Na obou koncích pružiny bývají zpravidla závěsná oka svinutá z nejdelšího (nebo nejdelších dvou) listu. V těchto okách jsou nalisována pryžová pouzdra s otvorem pro čep. Mezi jednotlivými plátky (listy) vzniká na styčných plochách při propružení velké tření. Jedná se o suché tření, které může být i díky nečistotám nebo povrchové korozi až nekontrolovatelné. Je tedy žádoucí toto tření odstranit nebo alespoň snížit na přijatelnou mez. Řešením mohou být vložky z plastů umístěné mezi jednotlivými listy. Možné je také pružiny mazat (například grafitovou vazelínou), ale toto už se moc nevyužívá ( Ideální způsob odstranění suchého tření je použití pouze jedné listové pružiny. Toto je možné u osobních vozů, u nákladních není možné dosáhnout jedním listem požadovanou tuhost. Je však možné zvolit méně pružin s větší tloušťkou a dosáhnout tak stejného maximálního zatížení jako pružina s více tenčími listy. Obr. 5.5 Ukázka tří různých provedení pružiny pro stejné zatížení 52kN (Vlk, 2006) Listová péra mají přibližně lineární závislost průhybu pružiny na zatížení, frekvence svislého kmitání ale s rostoucím zatížení klesá. Problém tedy je, aby prázdné vozidlo 38

39 nebylo příliš tvrdé (vysoká frekvence kmitů) a naložené zas naopak příliš měkké (nízká frekvence). Řešením je tedy pružina s progresivní závislostí. Pružící síla roste rychleji než průhyb a frekvence kmitání s rostoucím zatížením klesá pomaleji. Jednou z možností stupňovitého progresivního pružení je použití přídavné pružiny. U prázdného vozu je mimo činnost a fungovat začne až při zvýšeném zatížení, kdy přídavná pružina dosedne na opěry (Vlk, 2006). Obr. 5.6 Listová pružina s přídavným perem (Lanc, Fischer, 1974) Obr. 5.7 Deformační charakteristika listové pružiny s přídavnou pružinou: a charakteristika hlavní pružiny, b charakteristika přídavné pružiny, c výsledná charakteristika (Vlk, 2006) Další možností je listová pružina s rovným přídavným listem. Ten leží na spodní straně pružiny a vrchní list na něho postupně dosedne až při určitém zatížení a dále se deformuje společně s celou pružinou, čímž se zvýší její původní tuhost. Zde je progresivita plynulá. 39

40 Obr. 5.8 Deformační charakteristika listové pružiny s přídavným listem: a charakteristika hlavní pružiny, b charakteristika přídavné pružiny, c výsledná charakteristika (Vlk, 2006) Obr. 5.9 Srovnání lineární a progresivní charakteristiky (Motejl, Hořejš, 2004) Výhody a nevýhody listových pružin Výhody - Schopnost vedení nápravy, - vhodné pro vysoké zatížení, - relativně vysoká tuhost, - konstrukčními úpravami jde dosáhnout plynulé i stupňovité progresivity. Nevýhody: - Značné nároky na prostor, - velká hmotnost špatná využitelnost materiálu, - náročnější na údržbu čistota a mazání, - tření mezi listy snižující komfort (musí být potlačeno). 40

41 Využití Listové pružiny jsou velmi rozšířený druh pružin, zejména mezi nákladními a užitkovými automobily. Listové pružiny umožňují u vícenápravových vozů zdvojené nápravy, takže u nákladních vozů je jejich použití vhodné a nachází i u těch nejmodernějších. U automobilů osobních se listové pružiny montovaly dříve, ale dnes je již v osobních vozech nenajdeme, jelikož nejsou schopny zajistit požadovaný komfort. 5.3 Vinuté pružiny Vinuté pružiny jsou konstruovány jako tlačné pružiny s kruhovým průřezem drátu. Mohou být válcové (konstantní průměr pružiny) nebo s proměnlivým průměrem pružiny (soudečkové, kuželové). Stoupání pružiny je zvoleno tak, aby i při maximálním stlačení byla zajištěna určitá vůle mezi závity. V opačném případě by docházelo k přenosu rázů a zvýšenému hluku. Vinutá pružina může být uložena svisle, šikmo nebo dokonce vodorovně. Obr Možnosti provedení vinuté pružiny (Gscheidle, 2002) U vinutých pružin je taktéž možnost progresivity odpružení, o kterém jsme mluvili u listových pružin. Toto je možné několika způsoby: - Nestejné stoupání závitů, - proměnlivý střední průměr pružiny, - proměnlivý průměr drátu pružiny, - pružina doplněna pryžovým blokem, - použití více lineárních pružin s odlišnou charakteristikou, - kombinace předchozích způsobů. 41

42 Obr Lineární charakteristiky pružin s odlišnou tuhostí (Gscheidle, 2002) Obr Plynulá progresivní charakteristika kuželové pružiny (Gscheidle, 2002) Výhody a nevýhody vinutých pružin Výhody: - Nízké výrobní náklady, - snadné dosažení progresivity, - malé rozměry a nízká hmotnost, - jednoduchá montáž i demontáž, - absence tření. Nevýhody: - nemůže vést nápravu, - spíše pro malé a střední zatěžovací síly. Využití V širokém spektru vozidel, téměř u všech běžných osobních automobilů nižších, středních i vyšších tříd. Vinuté pružiny jsou nejrozšířenějším způsobem odpružení vůbec. 42

43 5.4 Torzní pružina Můžeme se setkat také s pojmem torzní tyč nebo zkrutná pružina. Je to totiž tyč z pružinové oceli s přímou osou a zpravidla kruhového průřezu. Pružina je založena na zkrutu (torzi), jelikož je přes páku (rameno) namáhána na krut a tím je pružina natáčena v mezích její deformace. Pružina při zkutu akumuluje mechanickou energii, přičemž moment síly je přímo úměrný zkrutu. Tuhost tyče je dána jejím průměrem a délkou. U torzních tyčí by bylo dosažení progresivní charakteristiky náročné na výrobu, takže má v podstatě pouze lineární deformační charakteristiku. Díky tomu není tolik využívána, protože progresivní odpružení je trendem této doby. Obr Přední náprava TATRA odpružená torzními tyčemi ( Na konci tyče jsou hlavice s větším průměrem, tzv. upínací hlavice. Bývají osazeny vroubkováním, tzv. tisícihranem. Jeden konec tyče je zasunut do lůžka v karoserii nebo rámu vozidla a na druhém je nasazen na rameni spojeným s kolem. Torzní tyče se montují s předpětím, odpovídajícímu statickému zatížení stojícího automobilu. Tyče nesmí být namáhány na ohyb, proto bývají často uloženy v ochranných rourách. Torzní tyče bývají mnohdy použity na klikové nápravě (Vlk, 2006). 43

44 Obr Torzní tyč na klikové nápravě: 1 rameno (páka), 2 torzní tyč, 3 ochranná (podpěrná) roura, 4 rám ( Výhody a nevýhody torzních tyčí Výhody: - Vhodné pro vysoké zatěžovací síly, - nízké výrobní náklady, - v podstatě malý potřebný prostor (nároky pouze na délku) a malá hmotnost, - možnost seřízení na určitou výšku a naklopení karoserie při jednostranném propružení. Nevýhody: - Konstrukčně náročné dosažení progresivní charakteristiky, - nemůžou vést nápravu (nežádoucí ohybové namáhání). Využití Torzní tyče nejsou již v této době příliš obvyklým řešením odpružení osobních vozů, i přestože nabízejí několik výhod. Jejich nevýhodou je náročnější dosažení progresivní charakteristiky, což je podstatný argument. Torzní tyče jsou však například výsadou nákladních vozů Tatra. 44

45 5.5 Pryžové a polyuretanové pružiny Pryž je v podstatě u každého auta ve formě přídavného pružícího prvku. Samotné odpružení se pryžovými pružinami neuskutečňuje, ale na mnoha místech podvozku i jiných částí vozu má pryž velmi velký význam. Široce se uplatňuje jako dorazové bloky (například listových per), silentbloky uložení motoru nebo převodovky, v uložení příčných závěsných ramen aj. Obr Použití pryžových dorazů ( Výhody a nevýhody pryžových pružin Výhody: - dlouhá životnost, - vysoké tlumení kmitů, vibrací i hluku, - téměř nulová údržba, - nízká cena, - jednoduchá montáž a demontáž. Nevýhody: - citlivost na chemikálie (olej, nafta) a teplotu Časem u pryže klesá její statická únosnost, absorpce hluku a mez únavy, což ale vzhledem k její ceně a jednoduché výměně není natolik závažný problém ( 45

46 Přídavné pružiny jsou mnohdy vyrobeny také z pěnového polyuretanu. Ten částečně odbourává nevýhody pryže, jelikož je odolný chemikáliím (olej, benzín i vzduch) a snáší velký rozptyl teplot (od -40 C do +80 C trvale). Pěnový polyuretan dovoluje stlačení až 80% bez poškození. Jeho další nespornou výhodou je silně progresivní charakteristika. Používá se například jako přídavná pružina zavěšení kol vzpěrou McPherson nebo doplňující pružina pro listové pružiny (Vlk, 2006). Obr Charakteristika polyuretanové pružiny u osobního automobilu (Reimpell, 2001) Využití Pryžové pružiny nalezneme na všech automobilech a jejich umístění je univerzální. Nefungují jako samostatné odpružení, nýbrž jako doplněk ve formě dorazů, silentbloků, pryžových pouzder aj. Pro jejich nízkou cenu, výbornou progresivitou a schopnost tlumit hluk a vibrace je jejich využití velmi výhodné. 5.6 Vzduchové odpružení Vzduchové odpružení je většinou realizováno pružnými měchy ve tvaru vlnovce nebo vaku. Vlnovcová pružina může mít dva až čtyři vlnovce a díky kordovým vložkám je velmi pevná a odolná vůči proražení. Dlouhá životnost (až km) je dána tím, že vlnovec se v podstatě pouze ohýbá. Vakové pružiny se při propružení odvalují po pístu, který musí být vhodně tvarován, aby bylo také dosaženo vysoké životnosti. 46

47 Výhodou tohoto odpružení je progresivní charakteristika, kterou jsme zde již zmiňovali. Se změnou tlaku vzduchu se dráha pružiny přizpůsobí zatížení. Je zde také možné nastavit výšku vozu, což je velmi výhodné u terénních vozů ale také nákladních a u autobusů (Vlk, 2006). Obr a) Vlnovcová pružina, b) vaková pružina (Vlk, 2006) Činná plocha pružiny S ef není konstantní jako u běžné pístové pružiny, ale proměnlivá. Tato plocha se mění v závislosti na propružení a vnitřním přetlaku p. Nosná síla pružiny F p je tedy dána součinem činné plochy pružiny a vnitřním přetlaku, jak je patrné z následujícího vztahu. F p = S ef. p [ N ] Obr Pružící charakteristika vzduchové vlnovcové pružiny s konstantní provozní výškou (Vlk, 2006) 47

48 Vzduchové odpružení musí mít samozřejmě zdroj tlaku, což je kompresor. Další důležitou funkcí je zde regulace tlaku. Při větším zatížení jsou vaky nejdříve stlačeny a výška vozu klesne, pomocí ventilu se však do měchu dostane vzduch od kompresoru a vozidlo dosáhne své původní výšky i s vyšším zatížením. Takto se dá také zamezit naklánění karoserie při průjezdu zatáčkou. Mezi moderními terénními vozy a vozy SUV (sportovní užitkové vozidlo) se vzduchového odpružení také využívá, jelikož nastavení světlé výšky dodává automobilu schopnosti jak osobního, tak i terénního vozidla. Systém může samočinně pracovat dle okamžité rychlosti vozidla. Vzduchového odpružení se využívá také v hromadné dopravě, čili u autobusů. V zastávce se výška vozu sníží, aby bylo umožněno snadné a bezpečné nastupování a vystupování cestujícím a před odjezdem ze zastávky se znovu vzduch přifoukne a výška se vrátí do původní polohy. Mezi autobusy nebo trolejbusy je tento systém již zcela běžný. Nákladní vozy jsou vzduchovým odpružením vybaveny také ve velké míře. U vozů s třemi nápravami bývá často poslední nebo předposlední náprava zvedací. Při jízdě s prázdným nebo částečně naloženým vozidlem je zvednutá, aby se zamezilo zbytečně velkému valivému odporu, spotřebě paliva a také opotřebení pneumatik. U naloženého vozu se náprava spustí, aby byla hmotnost lépe rozložena mezi jednotlivé nápravy (Vlk, 2006). Obr Zvedací náprava ( Vzduch jako takový, má velmi nízké tlumící schopnosti. Vzduchové odpružení se tedy používá společně s hydraulickými tlumiči. Vzduchové vaky nemají žádnou schopnost vedení nápravy, takže to musí být zajištěno pomocnými rameny nebo tyčemi. 48

49 U nákladních vozů bývá vzduchové odpružení doplněno listovými pružinami splňujícími funkci vedení nápravy ( Výhody a nevýhody vzduchového odpružení Výhody - Stálá výška vozidla při rostoucím zatížení, - samočinná progresivní charakteristika pérování, - regulace světlé výšky, - omezení příčného i podélného naklánění vozu, - vysoký komfort posádky. Nevýhody - nízké tlumící schopnosti vzduchu, - absence vedení nápravy, - náročná a drahá konstrukce, - vyšší hmotnost celé soustavy. Využití Vzduchové odpružení je rozšířeno díky svým vlastnostem v širokém spektru motorových vozidel. Nalezneme jej mezi osobními vozy vyšších tříd, které mají vysokou pořizovací cenu. Vzduchové odpružení dokáže zajistit velmi dobrý komfort a bezpečí, takže u luxusnějších vozů je velice žádané. Dále je vzduchové odpružení naprosto běžné mezi autobusy (usnadnění nastupování pro cestující), nákladními vozy (zvedací náprava při vyšším zatížení) nebo u automobilů Off-Road a SUV (spojuje vlastnosti terénního a osobního vozu). 5.7 Hydropneumatické odpružení Jak je z názvu patrné, jedná se o kombinaci vzduchového a hydraulického systému odpružení proslaveného zejména značkou Citroen. Systém funguje jako odpružení i tlumič v jednom. Soustava se skládá z hydraulického čerpadla, regulace, rozvodného potrubí a samostatných pružících jednotek. Pružící jednotka je válec s tlakovou nádobou 49

50 rozdělenou na dvě části. V horní části je neměnné množství plynu (dusíku) a ve spodní části oddělené pryžovou membránou se nachází prostor s kapalinou. Plyn i olej mají stejný tlak okolo 180 MPa. Ve válci je pístnice pákovým převodem spojena se zavěšením kola. Mezi pístem a membránou se nachází redukční ventily zajišťující škrcení průtoku kapaliny během pohybu pístu, takže fungují jako tlumič pérování ( Obr Hydropneumatické pružící prvky (Gscheidle, 2002) Vyrovnání úrovně Systém je vybaven ručně ovládaným ventilem pro regulaci světlé výšky. Automatické vyrovnávání pro všechny úrovně zatížení je realizováno tyčovým ústrojím spojeným s ramenem kola a působícím na píst regulátoru výšky vozidla. Při naložení vozu klesne zadní část vozu a následně se posune píst regulátoru, čímž se uvolní přítok tlakového oleje, dokud se nezvedne výška na původní úroveň. Zvýšeným zatížením se však zvýší také tlak v celé soustavě, tudíž je odpružení tvrdší a méně komfortní. U novější konstrukce tohoto odpružení se však montuje přídavná třetí vysokotlaká nádoba na každou nápravu. Tím se zvětší objem plynu v soustavě a odpružení je komfortní i při větším zatížení. Výhodou je tedy proměnlivá charakteristika odpružení vlivem hydraulických odporů a množstvím plynu v hlavě jednotky (Gscheidle, 2002). Obr Princip regulace výšky při větším zatížení (Gscheidle, 2002) 50