W dzisiejszych czasach pojazdy mechaniczne są użytkowane na różnych typach dróg. Niektóre z nich radzą sobie świetnie nawet na dziurawych trasach, natomiast inne wymagają gładkiej i utwardzonej nawierzchni. W każdym przypadku pojazd musi posiadać układ zawieszenia odpowiedzialny za właściwy kontakt kół z drogą oraz zwiększony komfort jazdy.
Aktualnie zawieszenia w pojazdach muszą spełniać wiele wymagań z zakresu różnych warunków jazdy. Nie da się stworzyć jednego doskonałego systemu, dlatego w każdym rozwiązaniu zdecydowano się na pewne kompromisy. Istnieje kilka głównych typów układów zawieszenia, którymi warto się zainteresować.
Podstawowy podział układów zawieszenia
Obecnie stosowane układy zawieszenia w samochodach, dzielą się na zależne i niezależne. W przypadku tych pierwszych koła konkretnej osi posiadają sztywne połączenie, a obudowa mostu rusza się z kołami. Niezbędne jest więc zagwarantowanie miejsca na przemieszczenia pionowe co jest osiągane zwykle kosztem mniejszej pojemności bagażnika. W przednich kołach dodatkowo niezbędne jest podniesienie silnika do góry. Taki układ jest więc popularny w pojazdach ciężarowych, a jeśli chodzi o osobówki to systemy takie można znaleźć w pojazdach o przeznaczeniu terenowym.
Jeśli mowa o zawieszeniu niezależnym to mamy do czynienia z konstrukcją, w którym każde koło pojazdu przemieszcza się niezależnie od pozostałych. W tym przypadku stosuje się sporo elementów prowadzących koła, takich jak drążki czy też wahacze. To właśnie one są stosowane najczęściej w pojazdach osobowych.
Istnieją też zawieszenia półzależne stanowiące kompromis pomiędzy wspomnianymi konstrukcjami. Do tej grupy zaliczane są na przykład zawieszenia ze sprzężonymi wzdłużnymi wahaczami, w których podstawowym elementem konstrukcji jest belka skrętna.
Zawieszenia z podwójnymi poprzecznymi wahaczami i sprężynami śrubowymi
W takim zawieszeniu mamy do czynienia z dwoma poprzecznymi wahaczami po każdej stronie auta. Jest to zawieszenie zapewniające skuteczną ochronę przed przechylaniem się karoserii na boki. Poprzeczne wahacze mocuje się do ramy albo nadwozia. Ich końcówki zewnętrzne łączy się zwykle przegubem kołowym ze zwrotnicą.
Mocną stroną tego systemu jest odpowiednia odległość między wahaczami. Im jest ona większa tym mniejsze siły będą oddziaływać na przeguby i zmniejszy się ich skłonność do odkształceni, a prowadzenie kół będzie prawidłowe. Wybierając stosowną długość wahacza górnego i dolnego można wpłynąć na kątowe przemieszczenia kół w czasie ruchu pionowego. Jeśli wahacz górny jest krótszy, dociążone koło posiada ujemny kąt pochylenia, a odciążone ma z kolei kąt dodatni. Pozwala to na ochronę przed pochyleniem kół spowodowanym przechyłem poprzecznym nadwozia.
Zawieszenie wyposażone w kolumny prowadzące
Jest to pewnego rodzaju bardziej rozwinięta wersja zawieszenia posiadającego podwójne poprzeczne wahacze. W tej konstrukcji wahacz górny jest zastąpiony przez punkt podparcia znajdujący się w nadkolu. To w nim znajdują się zakończenia sprężyny oraz tłoczyska amortyzatora.
Chyba najpopularniejszym zawieszeniem tego rodzaju jest obecnie kolumna McPhersona. Jej konstrukcja sprawia, że resorowanie, tłumienie i prowadzenie koła jest nadzorowane przez jedną spójną grupę komponentów. Amortyzator najczęściej jest ułożony współosiowo w sprężynie i spełnia zadania tłumiące oraz prowadzące. Jego dolna część jest mocowana do punktu górnego zwrotnicy. Pozwala więc na jej połączenie z karoserią przy jednoczesnym zachowaniu możliwości obracania wokół własnej osi. Dolna strefa sprężyny jest wspierana z kolei przez talerz oporowy. Dolna partia zwrotnicy łączy się z kolei z wahaczem poprzecznym.
Rozwiązanie to posiada następujące zalety:
- prosta i zwarta budowa wymagająca małej ilości miejsca,
- zmniejszenie masy w porównaniu z zawieszeniem posiadającym podwójne wahacze poprzeczne,
- mały stopień skomplikowania sprawia, że takie zawieszenie jest niedrogie w produkcji
- odpowiednio duży skok zawieszenia.
Istnieją też pewne wady takiego zawieszenia:
- drgania i hałas z układu kierowniczego przechodzą na karoserię,
- tarcie w gnieździe tłoczyska amortyzatora wywołane obrotem wokół własnej osi,
- konieczność użycia tłoczyska o dużej średnicy w amortyzatorze (ok. 20 mm).
Zawieszenie tylne ze wzdłużnymi wahaczami
To zawieszenie charakteryzuje się prostą konstrukcją obejmującą dwa wzdłużne wahacze, po jednej dla każdej strony auta. Mocowane są one zgodnie z kierunkiem jazdy oraz obrotowo w stosunku do nadwozia albo ramy pomocniczej. Elementy te potrafią przenosić siły w każdym kierunku. To sprawia, że potrafią być podatne na skręcanie i zginanie. Taka konstrukcja jest wykorzystywana w pojazdach posiadających napęd na przednią oś. Zawieszenie to pozwala na płaskie prowadzenie podłogi i zaoszczędzenie miejsca.
Kolejną ważną kwestią w przypadku zawieszenia tego rodzaju, przy pionowych przemieszczeniach kół, jeżeli osie obracania wahaczy są równoległe do podłoża oznacza to brak zmiany kątów pochylenia i zbieżności oraz rozstawu kół. Tylko rozstaw osi ulega delikatnej zmianie.
Jeśli mowa o wadach to trzeba pamiętać o odkształceniach wahaczy wywołanych siłami bocznymi. Prowadzą one do nadsterowności pojazdu. W czasie pokonywania zakrętu koła pochylają się w tym samym kierunku.
Zawieszenie tylne ze skośnymi wahaczami
Pod względem konstrukcyjnym zawieszenie to jest praktycznie takie samo jak konstrukcja posiadająca wahacze wzdłużne. Różnicą jest tylko typ użytego wahacza, który pozwala na przystosowanie tego układu do pojazdów posiadających napęd na tylne oraz na wszystkie koła. Oczywiście system ten może być również użytkowany w autach z napędem przednim.
W przypadku tego systemu koła wykonują ruchy o charakterze przestrzennym. Konieczne więc było wykorzystanie dwóch przegubów na każdą półoś napędową. Pozwalają one na kątowe przemieszczenia i kompensują przemieszczenia typu osiowego.
Zawieszenie wielowahaczowe
Ten typ konstrukcji jest też czasem nazywany zawieszeniem wielodrążkowym. Rozwiązanie to obejmuje wykorzystanie wahaczy wzdłużnych, skośnych, poprzecznych oraz drążków. Każdy producent stosuje własne rozwiązania, ale dość częstą konstrukcją jest dolny wahacz wzdłużny i dwa drążki poprzeczne. Do dolnego mocuje się też amortyzator i sprężynę. Pozwala to zagwarantować jak najmniejszą zmianę kąta zbieżności oraz pochylenia w związku z ruchem pojazdu i jego zmiennym obciążeniem.
Pomimo zwiększenia nieresorowanej masy, zawieszenie takie wykorzystuje się na osi przedniej oraz tylnej, jednak w przypadku tyłu jest to rzadsza opcja, ze względu na spore koszty. Liczne zalety sprawiają, że takie zawieszenie coraz częściej pojawia się w pojazdach klasy średniej.
Oto kilka istotnych atutów:
- uzyskanie dowolnych, niezależnych od siebie promieni zataczania kół,
- możliwość uzyskania sporej kompensacji wzdłużnych przechyłów w czasie przyspieszania i hamowania,
- korzystna budowa sprawia, że siły idące od kół można bezpośrednio wprowadzać w nadwozie przy zachowaniu sporych odległości pomiędzy punktami mocowania,
- możliwość uzyskania korzystnych kątów zbieżności oraz pochylenia kół zależnie od stopnia ugięcia zawieszenia, a to wpływa w sposób bezpośredni na kierowalność.
Rozwiązanie to posiada jednak pewne wady:
- skomplikowana konstrukcja,
- wysoki koszt produkcji i naprawy,
- zwiększona podatność na zużywanie się przegubów oraz pozostałych komponentów,
- duże wymagania z zakresu zachowania tolerancji sztywności i wymiarów.
Zawieszenia typu zależnego
Jeśli chodzi o zawieszenia zależne posiadające sztywną oś, rozwiązania te posiadają sporo wad, które obecnie wykluczają korzystanie z takich rozwiązań w pojazdach osobowych. Są one akceptowane jedynie w samochodach ciężarowych oraz w niektórych pojazdach terenowych.
Istotne wady tych systemów to:
- koła na jednej osi oddziałują na siebie wzajemnie,
- gdy na osi znajduje się główna przekładnia, mamy do czynienia z dużą masą,
- pionowy ruch osi wymaga sporej ilości miejsca.
Półzależne zawieszenia ze sprzężonymi wahaczami
Jest to rozwiązanie z lat 70. XX wieku, ale można spotkać je również obecnie w wielu pojazdach klasy średniej i niższej. System ten posiada nieskomplikowaną budowę bazującą na dwóch wzdłużnych wahaczach przyspawanych do belki poprzecznej, która je łączy. Wahacze mocowane są z kolei do nadwozia przy pomocy dużych przegubów elastycznych.
W przeciwieństwie do typowego zawieszenia zależnego, belka poprzeczna jest umieszczona przed osią kół i przejmuje wszystkie siły pionowe oraz boczne. Aby pozwolić wahaczom na kątowe ruchy względem siebie, belka jest podatna na odkształcenia w każdym kierunku, a przede wszystkim na siły skręcające. To dlatego potocznie o takim układzie mówi się, że jest to zawieszenie z belką skrętną. Dodatkowo jest ona wykorzystywana jako stabilizator. Ponadto system ten obejmuje sprężyny przymocowane do wahaczy i amortyzatory. Czasami w autach klasy średniej można też spotkać dodatkowy stabilizator mocowany wzdłuż poprzecznej belki.
Jest to prosta konstrukcja posiadająca sporo ciekawych zalet, takich jak:
- zwarta konstrukcja,
- łatwy montaż i demontaż całego systemu,
- łatwy montaż kolumn sprężysto-tłumiących,
- brak drążków skrętnych, przez co ilość elementów składowych jest mała,
- małe masy nieresorowane,
- belka skrętna jest wykorzystywana również jako stabilizator,
- kąty pochylenia zmieniają się tylko nieznacznie pod wpływem sił bocznych,
- niski koszt produkcji i użytkowania.
Podobnie jak wszystkie inne rozwiązania, również ta konstrukcja posiada pewne wady, takie jak:
- spore naprężenia tnące i skrętne belki poprzecznej sprawiające, że spawy są mocno obciążone,
- ograniczenie wytrzymałości spawanych połączeń osi tylnej,
- ruchy kół oddziałują na siebie wzajemnie,
- nadwozie jest słabo tłumione, jeśli chodzi o drgania i hałasy powodowane przez nierówną nawierzchnię,
- punkty mocowania wahaczy do nadwozia muszą być bardzo wytrzymałe w miejscach występowania dużych sił oddziałujących w wielu kierunkach (wynikają one z pracy zawieszenia).