TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 1/29

Zavěšení kol

Podvozek = spodní část motorového vozidla, která má následující části: 1. Kolo s pneumatikou (spojuje vozidlo s vozovkou, přenáší síly a momenty,

pruží) 2. Zavěšení kol 3. Odpružení (zmenšuje přenos pohybů nápravy na karoserii a rám) 4. Řízení (slouží k udržování a změně směru jízdy vozidla) 5. Brzdné zařízení (umožňuje snížit rychlost, zastavit a udržet vozidlo

v klidu) Náprava = zavěšení kola + odpružení kola + brzdné zařízení + řídící ústrojí + hnací ústrojí

Zavěšení kol = Způsob připojení kol k rámu nebo karoserii vozidla Funkce zavěšení kol

- umožnit svislý relativní pohyb kola vzhledem k rámu nebo karoserii - přenášet síly mezi kolem a rámem (karoserií) - za všech okolností zajistit trvalý kontakt všech kol s vozovkou - eliminovat nežádoucí pohyby kola (boční posuv, naklápění) - umožnit řízení - umožnit brždění + zachytit brzdné síly - umožnit přenos momentu na hnací kola - zajistit pohodlí jízdy

Konstrukční požadavky

- tuhost a kinematická jednoznačnost - minimální změna geometrie při propružení - minimální opotřebení pneumatik - dlouhá životnost - minimální požadavky na prostor (nekonfliktnost) - odolnost v agresivním prostředí

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 2/29

Druhy zavěšení kol : - Závislé – kola na společném příčném nosníku (mostu), celek (tuhá

náprava) je kinematicky vnímána jako jedno těleso ⇒ kola se navzájem ovlivňují

- Nezávislé – každé kolo zavěšeno samostatně, kola se při propružení přímo neovlivňují

Rozdělení náprav podle přenosu Mk

- nápravy nepoháněné - nápravy poháněné

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 3/29

Tuhá náprava - tradiční (nejstarší) konstrukce - velká hmotnost neodpružených částí - u hnacích náprav se rázy přenáší na rotační části, které jsou součástí

nápravy - především zadní hnací nápravy užitkových vozidel

Jednostranné propružení

Protiběžné propružení

Stejnoběžné propružení

Protiběžné propružení v zatáčce

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 4/29

Konstrukční požadavky :

- zprostředkovat přenos Mk - izolovat vozidlo při přejezdu nerovnosti (pohyby v ose z), umožnit

relativní pohyb vůči rámu (karoserii) - zachytit síly v ose x – podélná stabilizace - zachytit síly v ose y – příčná stabilizace

Z

X

Y

Kolébání

Houpání

Nadnášení

Mk

Mh Fx Fy

Fz

v

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 5/29

Vedení tuhých náprav (podélná a příčná stabilizace + pružné uložení) A) Listová pera + jednoduchá konstrukce + pružina vede podélně i příčně (u velkých pružin) + velké vnitřní tlumení (třením) + nekonfliktní zástavba + velká únosnost

- velká hmotnost a délka pružiny - nároky na údržbu - komplikované namáhání při přechodových režimech vozidla (S-ráz) - při propružení je most nápravy namáhán na krut

• Požadavek pohodlné jízdy : nízká tuhost pružiny ⇒ dlouhé listové pružiny

⇒ boční poddajnost ⇒ nutnost příčné stabilizace • Pro odlehčení tahového namáhání při brždění a akceleraci je možné listovou

pružinu doplnit podélnými tyčemi • Listové pružiny se v současné době doplňují tlumiči • Třepetání náprav se zmírňuje umístěním tlumičů střídavě (na jedné straně

před a na druhé straně za mostem) • Pro progresivní charakteristiku pružiny doplňují přídavnými listy (skoková

změna tuhosti při vysokém zatížení) – nákladní automobily • Pro odpružení osobních a lehkých užitkových vozidel se přestávají používat

(viz nevýhody)

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 6/29

B) Podélná a příčná ramena 1) 4 podélná + 1 příčné rameno • 4 podélná ramena vedou most v podélném směru. • Příčné rameno (Panhardská tyč) stabilizuje příčně. • Soustava je kinematicky přeurčena ⇒ použití kulových kloubů a

pryžových lůžek • Při umístění horních ramen za nápravou jsou ramena při brždění

namáhána tahem (Wattův přímovod)

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 7/29

Wattův přímovod • Horní a dolní ramena musí mít

stejnou délku • Most se pohybuje v poloze kolmé

k vozovce Panhardská tyč :

• Způsobuje boční posunutí ⇒ boční zrychlení ⇒ kmitání vozidla

• Co nejdelší a vodorovně uspořádaní

2) 2 podélná vlečná ramena + trojúhelníkové rameno

• Podélná ramena – podélná stabilizace • Trojúhelníkové rameno – podélná a příčná stabilizace • Pružiny a tlumiče přímo na mostu • Příčný stabilizátor (torzní tyč) přivařen na podélných ramenech v blízkosti

mostu

Nevýhoda 1) + 2) Nelze zabránit předklápění a zaklápění karoserie

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 8/29

3) ojnicové tuhé nápravy • lze nahradit Panhardskou tyč • ojnice na straně rámu (karoserie) uložena v kloubu (3o volnosti) –

zachycuje podélné síly (Autobusy) • na straně mostu pevné spojení • trojúhelníkové rameno – zachycuje podélné i příčné síly • zabraňuje třepetání • používá se především u osobních automobilů (měkčí uložení je více

náchylné k předklápění a zaklápění) • ojnice může být realizována jako trubka, kterou prochází hřídel od

převodovky, podélné síly jsou zachyceny podélnými rameny, příčné Panhardskou tyčí (Opel Manta), Rover používá trubku + Wattův přímovod

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 9/29

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 10/29

4) náprava De-Dion • snižuje velikost neodpružených hmot hnací tuhé nápravy • rozvodovka + diferenciál se upevňují na karoserii • neodstraňuje třepetání • řešení je dražší než ostatní způsoby • příčná a vodorovná stabilizace se provádí dříve uvedenými způsoby • vyžaduje kloubové hřídele s možností axiálního posunu

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 11/29

Nezávislé zavěšení kol - nevzniká třepetání - menší hmotnost neodpružených částí (rozvodovka a diferenciál není

součástí nápravy) - mezi uloženími je dostatek místa na motor nebo jiné konstrukční části

vozidla Druhy nezávislého zavěšení kol :

1) přední nápravy : lichoběžníková náprava McPherson

2) zadní nápravy : kyvadlová úhlová náprava kliková náprava Kliková náprava s propojenými rameny (torzní kliková

náprava) 3) přední i zadní nápravy : Elastokinematické zavěšené

Multilink

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 12/29

A) Lichoběžníková náprava • Průmět do roviny kolmé na směr jízdy tvoří lichoběžník • dochází ke změně odklonu při propružení a bočnímu posunu • dochází ke změnám geometrie i při naklopení karosérie • změna geometrie je tím větší, čím blíže ke kolu leží pól klopení • změna odklonu je dána okamžitým natočení kolem pólu • Poloha středů klopení karoserie plyne ze vzájemného sklonu příčných

ramen (rovnoběžná ramena ⇒ střed klopení →∞) + z polohy ramen je jasně definována změna geometrie (výška středu

klopení, výška středu klonění) + náprava vychází velmi nízká (plochá) + vhodná pro lehké nákladní automobily (ale i pro autobusy KAROSA)

Okamžitý střed klonění – myšlený bod (pevně spojený s karoserií) kolem kterého se kolo při své propružení otáčí v podélné rovině. Střed klonění musí ležet co nejblíže k těžišti vozidla ⇒ nevznikají klopné momenty při akceleraci ani brždění. Zatížení kola (svislá rekce) je do karosérie přenášena především pružinou. Ramena jsou řešena jako trojúhelníková (2 úložné body musí přenést moment) Spodní rameno je silnější (je více namáháno) – leží blíže k působišti sil. Pružiny jsou uloženy převážně v dolním rameni (malé pohyby dovolují tuhé uložení, pružina vychází delší.

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 13/29

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 14/29

B) náprava McPherson • Odvozena z lichoběžníkové nápravy – horní rameno je nahrazeno

posuvným vedením. • Na řízené nápravě se kolo točí kolem osy teleskopické vzpěry. • Podélné a boční síly jsou zachyceny silovými dvojicemi na karosérii. • Posuvný člen = hydraulický tlumič ⇒ pístnice větší a silnější. • Pružina často vedena vodicí trubkou. • Podélné a příčné síly zvětšují třecí sílu v tlumiči ⇒ nebezpečí

zablokování tlumiče ⇒ horní ložisko pružně uloženo, pružina vyosena vůči tlumiči

• Kolo mění odklon při propružení ⇒ kmitání řízení (způsobené gyroskopickým momentem)

• McPherson na zadní neřízené nápravě ⇒ dlouhá trojúhelníková ramena, odpadá ložisko tlumiče ⇒ malá změna odklonu

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 15/29

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 16/29

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 17/29

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 18/29

C) Kyvadlová úhlová náprava • Používá se na zadní nápravy • Osa kývání je v půdorysu šikmá ⇒ „šikmý závěs“ • Většinou osa kývání šikmá i v nárysu • Při propružení vzniká samořízení, které má nedotáčivý účinek • U poháněných náprav musí být kvůli změnám rozchodu zajištěna změna

délky hnacích hřídelů

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 19/29

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 20/29

D) Kyvadlová náprava • Skládá se z nosníku kolmého k podélné ose vozidla, na němž je uloženo

kolo • Osa kola je totožná s osou nosníku • Nosník se kývá kolem osy rovnoběžné s osou x • ŠKODA 105/120, Tatra • Větší změny geometrie při propružení • Nerovnoměrné opotřebení pneumatik • Jednoduchost • Spolehlivost

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 21/29

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 22/29

E) Kliková náprava • Skládá se z podélného ramene s příčnou osou kývání (kolmou k podélné

rovině vozidla) • Používá se většinou pro nepoháněné zadní nápravy • Zabírá málo místa ⇒ je vhodná pro vozidla Combi a pro auto vozidla

s velkými 5. dveřmi nebo sklopnými zadními sedadly • Uložení tvořeno převážně pryžovými ložisky • Pružiny co nejblíže k dotykovému bodu kola s vozovkou (redukce

svislého zatížení ložisek) • Zvětšením c se sníží zatížení ložisek • Střed klopení leží v nekonečnu ⇒ střed klopení leží v rovině vozovky • Změna odklonu vzniká jen klopením karoserie • K pružení se používá často torzních tyčí • Nevýhoda : zvětšené klopení v zatáčce

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 23/29

F) Kliková náprava s propojenými rameny • Kliky klikové nápravy jsou propojeny ohybově tuhou a torzně měkkou

příčkou (většinou tvaru U), která slouží jako stabilizátor • Je to přechod mezi podélnou klikovou a tuhou nápravou • Při protiběžném propružení dochází ke změně odklonu + Snadná montáž a demontáž + Malý zástavbový prostor + Málo konstrukčních dílů + Malá hmotnost neodpružených částí + Stabilizace + Malá změna sbíhavosti, rozchodu a odklonu + Nedotáčivé samořízení + Vhodná poloha středu klonění - Nelze použít pro poháněnou nápravu - Tendence k přetáčivosti vlivem bočních sil - Vysoké namáhání svarů příčky

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 24/29

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 25/29

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 26/29

G) Elastokinematické zavěšení • Zlepšení jízdních vlastností z hlediska směrové dynamiky • Ovlivnění přetáčivosti a nedotáčivosti • Ramena pružně uložena vlivem brzdných sil se zvyšuje sbíhavost • Boční síly při zatáčení způsobují přetáčivost (nevýhodné) ⇒ řešeno

specálními pryžovými lůžky

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 27/29

H) Zavěšení typu MULTILINK Kola jsou podélně a příčně ustavena prostřednictvím několika ramen, Toto zavěšení: • optimálně nastavuje požadované kinematické vlastnosti, • řeší požadavky na dynamiku jízdy, jízdní komfort a zastavěný prostor, • Přesněji vede kola s minimální změnou geometrie, • Zvyšuje stabilitu, • Má menší rozměry a hmotnost zavěšení.

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 28/29

TU v Liberci – Fakulta strojní – Katedra vozidel a motorů Kolové dopravní a manipulační stroje I 5 – Zavěšení kol

Pavel Němeček 2009 29/29