Niektórzy lubią podróżować samochodem komfortowo, gdy można powiedzieć, że się płynie a nie jedzie, majestatycznie podziwiając krajobrazy. Inni natomiast wolą bardziej agresywną jazdę o dużej ilości ciasnych i szybkich zakrętów, balansując na granicy przyczepności. To, jaki charakter będzie miał samochód - komfortowy czy sportowy, w dużej mierze zależy od zawieszenia.
Rolą zawieszenia jest przenoszenie sił działających pomiędzy oponą a nawierzchnią jezdni na nadwozie samochodu. Musi być to zrealizowane tak, aby w każdych warunkach zapewniało maksymalne bezpieczeństwo.
Obecnie najpopularniejszymi typami zawieszeń samochodowych są: zawieszenie z kolumnami prowadzącymi Macpherson, podwójne wahacze poprzeczne, wahacze wzdłużne i skośne oraz zawieszenie wielodrążkowe. Rzadko stosuje się już zawieszenia zależne np. ze sztywną belką.
W naszym projekcie Urbika zdecydowaliśmy się na układ podwójnego poprzecznego wahacza z przodu (rys. 1) i układ podwójnego wahacza wzdłużnego z tyłu (rys. 2). Oprócz tego, aby zawieszenie spełniało ogólne wymagania (komfort, bezpieczeństwo), chcieliśmy, aby było innowacyjne. Ciekawy pomysł podsunął dr Janusz Piechna. Zaproponował, aby wahacze wykonać z niespotykanego materiału bez jakichkolwiek przegubów. Powyższe wymagania bardzo dobrze spełnia kompozyt węglowy.
Wiedzieliśmy już, że pasy wahaczy będą wykonane z kompozytu węglowego. Pasy miały spełniać jednocześnie rolę elementów łączących koło samochodu z nadwoziem oraz rolę resorującą. Wszystko byłoby dobrze, ale okazało się, że w takim układzie brakuje tłumienia. Dodanie standardowego amortyzatora popsułoby i zeszpeciłoby projekt, więc należało poszukać innego rozwiązania. Dobre właściwości tłumiące oraz możliwość łatwego kształtowania ma elastomer, czyli po prostu guma. Elastomer miał być wylany w przestrzenie pomiędzy wahaczami, gdzie pracując na ścinanie (siła działa w płaszczyźnie przekroju poprzecznego obciążanego elementu), tłumiłby energię.
Kolejnym krokiem w budowie zawieszenia było wykonanie modelu wahacza. Podczas budowy modelu wyniknęły pewne trudności związane z łączeniem kompozytu z elastomerem, które po kilku próbach udało się jednak pokonać. Badania przeprowadzone na modelu pozwoliły na wyznaczenie stałych materiałowych układu kompozytu węglowego z elastomerem, takich jak sztywność (ugięcie się próbki w funkcji siły) i moduł Younga (wielkość uzależniająca odkształcenie materiału od naprężenia). Na podstawie powyższych danych byliśmy już w stanie wyliczyć geometrię wahacza, który będzie pracował w rzeczywistych warunkach.
Pod stwierdzeniem "rzeczywiste warunki pracy wahacza" kryje się wiele czynników... i tu jest chyba właściwe miejsce, aby opisać siły przenoszone przez zawieszenie.
Możemy wyróżnić trzy główne siły obciążające zawieszenie (rys. 3): siłę wzdłużną, boczną i pionową. Każda z tych sił występuje w dwóch postaciach: statycznej (gdy nie ma żadnych przyśpieszeń) i dynamicznej (gdy w układzie występują jakiekolwiek przyśpieszenia). Decydującym jest ten drugi przypadek. Przyspieszenia działające na zawieszenie mogą wywoływać różne czynniki, takie jak: przyspieszanie samochodu po dodaniu gazu, hamowanie, najechanie na nierówność czy wpadnięcie w dołek.
Na zawieszenie oprócz sił działają także momenty wywołane tymi siłami. Bardzo niebezpiecznym jest moment pochodzący od siły hamującej. Powoduje on skręcanie wahacza, co w skrajnym przypadku może doprowadzić do uszkodzenia tego elementu.
Zaprojektowanie dobrego zawieszenia z uwzględnieniem wszystkich czynników na nie działających przysparza wiele trudności i przymnaża siwych włosów na głowie. Często dopiero testy pokazują, na ile założenia konstruktorów okazały się trafne. Pierwsza próba Urbika odbędzie się już niebawem. Mamy nadzieję, że nasze przewidywania i obliczenia okażą się słuszne i bezbłędne. Trzymajcie kciuki!
Obecnie najpopularniejszymi typami zawieszeń samochodowych są: zawieszenie z kolumnami prowadzącymi Macpherson, podwójne wahacze poprzeczne, wahacze wzdłużne i skośne oraz zawieszenie wielodrążkowe. Rzadko stosuje się już zawieszenia zależne np. ze sztywną belką.
W naszym projekcie Urbika zdecydowaliśmy się na układ podwójnego poprzecznego wahacza z przodu (rys. 1) i układ podwójnego wahacza wzdłużnego z tyłu (rys. 2). Oprócz tego, aby zawieszenie spełniało ogólne wymagania (komfort, bezpieczeństwo), chcieliśmy, aby było innowacyjne. Ciekawy pomysł podsunął dr Janusz Piechna. Zaproponował, aby wahacze wykonać z niespotykanego materiału bez jakichkolwiek przegubów. Powyższe wymagania bardzo dobrze spełnia kompozyt węglowy.
Wiedzieliśmy już, że pasy wahaczy będą wykonane z kompozytu węglowego. Pasy miały spełniać jednocześnie rolę elementów łączących koło samochodu z nadwoziem oraz rolę resorującą. Wszystko byłoby dobrze, ale okazało się, że w takim układzie brakuje tłumienia. Dodanie standardowego amortyzatora popsułoby i zeszpeciłoby projekt, więc należało poszukać innego rozwiązania. Dobre właściwości tłumiące oraz możliwość łatwego kształtowania ma elastomer, czyli po prostu guma. Elastomer miał być wylany w przestrzenie pomiędzy wahaczami, gdzie pracując na ścinanie (siła działa w płaszczyźnie przekroju poprzecznego obciążanego elementu), tłumiłby energię.
Kolejnym krokiem w budowie zawieszenia było wykonanie modelu wahacza. Podczas budowy modelu wyniknęły pewne trudności związane z łączeniem kompozytu z elastomerem, które po kilku próbach udało się jednak pokonać. Badania przeprowadzone na modelu pozwoliły na wyznaczenie stałych materiałowych układu kompozytu węglowego z elastomerem, takich jak sztywność (ugięcie się próbki w funkcji siły) i moduł Younga (wielkość uzależniająca odkształcenie materiału od naprężenia). Na podstawie powyższych danych byliśmy już w stanie wyliczyć geometrię wahacza, który będzie pracował w rzeczywistych warunkach.
Pod stwierdzeniem "rzeczywiste warunki pracy wahacza" kryje się wiele czynników... i tu jest chyba właściwe miejsce, aby opisać siły przenoszone przez zawieszenie.
Możemy wyróżnić trzy główne siły obciążające zawieszenie (rys. 3): siłę wzdłużną, boczną i pionową. Każda z tych sił występuje w dwóch postaciach: statycznej (gdy nie ma żadnych przyśpieszeń) i dynamicznej (gdy w układzie występują jakiekolwiek przyśpieszenia). Decydującym jest ten drugi przypadek. Przyspieszenia działające na zawieszenie mogą wywoływać różne czynniki, takie jak: przyspieszanie samochodu po dodaniu gazu, hamowanie, najechanie na nierówność czy wpadnięcie w dołek.
Na zawieszenie oprócz sił działają także momenty wywołane tymi siłami. Bardzo niebezpiecznym jest moment pochodzący od siły hamującej. Powoduje on skręcanie wahacza, co w skrajnym przypadku może doprowadzić do uszkodzenia tego elementu.
Zaprojektowanie dobrego zawieszenia z uwzględnieniem wszystkich czynników na nie działających przysparza wiele trudności i przymnaża siwych włosów na głowie. Często dopiero testy pokazują, na ile założenia konstruktorów okazały się trafne. Pierwsza próba Urbika odbędzie się już niebawem. Mamy nadzieję, że nasze przewidywania i obliczenia okażą się słuszne i bezbłędne. Trzymajcie kciuki!
Rys. 1 Zawieszenie przednie. 1 - kompozytowe wahacze poprzeczne, 2 - miejsce, gdzie wlany będzie silikon, 3 - zwrotnice.
Rys. 2 Zawieszenie tylne. 1 - kompozytowe wahacze wzdłużne, 2 - miejsce, gdzie wlany będzie silikon, 3 - belka stabilizująca.
Rys. 3 Siły działające na zawieszenie. 1 - siła wzdłużna, 2 - siła boczna, 3 - siła pionowa.
Autor: Konrad Kamieniecki
Witam,
OdpowiedzUsuńpost już dość stary, kilka lat. Zastanawiam się jak rozwinął się projekt. Czy materiały kompozytowe spełniły swoją rolę?
Pozdrawiam
Członkowie koła na pewno chętnie udzielą odpowiedzi na pytania: http://www.skap.meil.pw.edu.pl/
OdpowiedzUsuń