Motoros járművek futómű felfüggesztései

Varga J. László előadásai alapján készítette Gulyás Imre és Holló Zoltán diákok (1996)

Szárazföldön közlekedő motoros járművek a talajon mozognak, követik domborzatát, és mindig szükséges számukra ez a KAPCSOLÓDÁS. Vagy siklanak rajta (szánok), vagy gördülnek (kerekes járművek), vagy lebegnek közvetlenül felette az elemelkedés lehetősége nélkül (légpárnások).


Ábra 1.: Az őskerék és egy mai futómű

A kerék evolúciója, feltalálása óta (lásd 1. ábrát), hatalmas. Gördülékenysége, egyszerűsége, hatékonysága ma messzemenően domináns a többi lehetőségek között. A jövő anti-g (antigravitációs) járműveinek viszont nem valószínű a kerékszükséglete, fő - első szinten. Autó mint jármű, nyilvánvalóan sokáig létezni fog, a mozgás szabadságának jelképévé vált. És a jövő autójának bizonyára lesz meghajtója - motorja, megállítója - fékje és irányítója - kormánya, de hogy lesz e kereke? Lehet, de nem biztos.

A vontatott járműveknél, lovaskocsiknál például, a kerekek felfüggesztése merevtengelyes, forgásuk szabadonfutó (nincs összefüggés egymás között), kormányzásuk forgó tengelyes. A kocsi akkor is haladna, ha netán a kerekek a levegőben lennének hosszabb időre, mert a lovak - vontatók húzzák. A lóerőt - a szükséges teljesítményt a haladáshoz, itt a talajnak a lovak lábainak rugaszkodása adja át! Fiákerek, hintók, postakocsik, az úgynevezett „féderes” kocsik rugózása kizárólag csak a hölgyek és a többi utas kényelmét szolgálták - szolgálják elvétve ma is. A kormányzás a lovak lábain keresztül történik a talajon, gyeplő vezényléssel, zabla jeladóval. A fékezés megosztódik a lólábak és a szalagfék között.

A kerékmeghajtású járműveknél, motor által, a mozgáshoz előállított szükséges teljesítmény a kerék - talaj megrugaszkodásával érvényesül. Úgyszintén a fékezés és a kormányzás is. Ezért oly fontos ma a kerekek felfüggesztésének jó kivitelezése (lásd 2. ábrát) és hibátlan működése. Ha nincs a keréknek kapcsolata a talajjal, a motoros jármű nem haladhat, nem fékezhet, és nem kormányozhat megfelelően, akármilyen márkájú is. A Fítyó (Z750) és a Ferrarik is egyenlően mozgásképtelenné válnak, ha kiterjedt jégfelületre futnak. A tapadás megszűnik! Az indiánok is bölényzsírozták a síneket, hogy leállítsák a Pacific Express vonatot. A mozdony meghajtott vaskerekei helyben forogtak, csúsztak a sínen, és stop. Legfontosabb talán a kerék - talaj súrolódási tényezője (μ) és a jó tapadás F_X=μ*F_N (lásd 3. ábrát):




A rugózás szerepe teljesen megváltozott, csak másodlagos az utasok kényelme (például a Forma 1-nél irtó kemény rugózást alkalmaznak, mintha nem is lenne, úgy érzik a pilóták). Elsődleges a kerék–talaj minél állandóbb kapcsolata. A rugó nyomja rá a kereket a talajra. Előfeszített állapota a kocsi súlyától (Q=mg) ered. A csavarrugó dinamikusabb a laprugóhoz viszonyítva, de óncsillapítása rossz, míg a laprugóké elegendő (a lapok közti súrolódás) (lásd 4. ábrát). Az első, kimozdult egyensúlyát sokára nyeri vissza, elasztikusan hosszant (longitudinálisan) leng. Ezt lengéscsillapítóval fojtjuk: a legjobb két(2) hullámra, ami csak a hullám (A) plusz (+) kilengésénél (amplitúdónál) jelent rövididejű eltávolodást a talajtól (lásd 5. ábrát):

Ábra 4. :
Laprúgózott futómű, kormányzással és fékezéssel.















Ábra 5.: Rugózás lengéscsillapításának diagramja















A Forma 1-nél az F_N = (Q + F_AD + F_SZH), vagyis nagyban fokozzák még az aerodinamikus fordított szárnyak, amelyek nem elemelnek, hanem rányomnak a talajra, elől is, hátul is (lásd 6. ábrát). Plusz még a szívóhatás a kocsi aljára: az alatta és a sima útburkolat közötti szabályozott réstávolságon átsüvítő levegőtől (alulnyomás keletkezik, mint a porlasztó szívótorkában). Olyannyira fokozzák a tapadás hatását a felsoroltak, hogy akár a plafonon is futhatna az F1, ha felorsózna a versenypálya burkolata egy fél csavarulaton. A szakaszhossz másik végén visszaorsózna, akár kivezető dőlt kanyarba, mint a 6. ábrán, elasztikusan csatlakozva (hullám F1). Megtehetnék a versenytervezők a jövőben, érdekes lenne, és nem is olyan nagy valami, csak nem szabadna ott lassítaniuk, megállniuk…


Ábra 6. : Forma 1 - Ferrari 2006. július 2., Indianapolis USA, vezeti Michael Schumacher „Schumi”

Modern kivitelezésű autóknál az első futóművek, a „kerekek”:
- Meghajtottak
- Fékezettek
- Kormányzottak, és
- Rugózottak - Lengéscsillapítottak

Tehát igen összetett szerep, összetett konstruktív kivitelezéssel, amelynek mára kiforrott külalakja, többgenerációs fejlődésen keresztül, megszokottá vált (lásd 2.és 12. ábrákat).

A rugózott jármű lehetséges mozgásai összetettek (lásd 7. ábrát)


Ábra 7. : A gépkocsi lehetséges mozgásai rugózás közben

A jármű stabilitását növeli a kerékdőlés, kisebb kormányzóerőt pedig csapterpesztéssel érünk el (lásd 8. ábrát, lent).

A kormányzás ma nem tengelyzsámoly elfordításával történik, hanem tengelycsonk kormányzással (lásd 8. ábrát, lent).


Ábra 8. : Csap(kerék) DŐLÉS és csap TERPESZTÉS

Maga az első futóművek felfüggesztésének konstrukciós kivitelezése lehet (lásd 9., 10. és 11. ábrákat):

Paralelogrammás
Trapézos
Egy(lengő)karos

Ábra 9. :
Paralelogrammás kerékfelfüggesztés






















Ábra 10. :
Trapézos
kerékfelfüggesztés















Az egykarú kerékfelfüggesztés (lásd 11. ábrát), a Mac Pherson mechanizmusa a legegyszerűbb megoldás. Könnyű szerkezet, de nagy erők átadására nem alkalmas. További hátránya, hogy a terheléstől függően, valamint rugózáskor változik a nyomtáv és a kerékdőlés. Ebből ered egyrészt a gumik egyenlőtlen kopása, másrészt a kormányzást hátrányosan befolyásoló „szitálás”. A hátrányok miatt az egykarú kerékfelfüggesztést csak könnyű gépkocsiknál alkalmazhatják (például Yugo, Peugeot, Ford, BMW, …).

Ábra 11. :
Egy lengőkaros kerékfelfüggesztés, az úgynevezett
Mac Pherson mechanizmus

















Egy mai összetett középkategóriás motoros jármű konstrukciós követelményei (lásd 12. ábrát) a következők :
1. motor elöl
2. első kerék meghajtás
3. első kerékkormányzás
4. minden kerék (elsők is) fékezett
5. minden kerék (elsők is) rugózott és lengéscsillapított


Ábra 12. : Első kerékmeghajtású gépjármű korszerű konstrukciós kivitelezése, például a FIAT-ok (a YUGO-k is), VW GOLF, OPEL, FORD, CITROEN, stb. ebből a szempontból ide tartoznak.

Az ismertető beszámolón túl, sok, sok részleteiben eltérő megoldás létezik. Most az alapfogalmakra és tényezőkre igyekeztem rámutatni.

…folytatás következik a nyomatékváltóművekkel („sebváltók”)…