Φίλε 4troxos
Καλό θα ήταν να διαβάσεις το πιο κάτω άρθρο Μιχάλη Ζωτου που μιλά για την τεχνολογία των ελατηρίων του αυτοκινήτου …
Αν μετά από τα πιο κάτω εξακολουθείς να θέλεις να χώσεις αυτό το πράγμα ανάμεσα στα ελατήρια σου τότε το ιδανικό αυτοκίνητο για εσένα δεν είναι το VITARA αλλά το SAMURAI …
Δικός μου είναι αυτός παιδιά !!!
Wellcome to the club …
Ελατήρια
Τα ελατήρια κατασκευάζονται από ειδικά κράματα ατσαλιού και με ειδικές θερμικές και
επιφανειακές κατεργασίες αυξάνονται τα όρια κόπωσής τους. Οι κατασκευαστές σε όλο τον
κόσμο είναι στην κυριολεξία χιλιάδες, όμως η μέθοδος κατασκευής είναι περίπου η ίδια: το
αρχικό υλικό σε μορφή ράβδου (κυκλική διατομή) θερμαίνεται και περιστρέφεται γύρω απο μια
μήτρα/καλούπι που θα του δώσει την απαιτούμενη μορφή.
Κάθε ελατήριο που φορτίζεται παραμορφώνεται ελαστικά, ασκώντας μια δύναμη αντίστασης που
είναι ανάλογη της συμπίεσής του. Αυτή η σταθερά αναλογίας είναι η λεγόμενη σταθερά του
ελατηρίου. Συνήθως απαντάται σε N/mm. Ένα ελατήριο με σταθερά 70 N/mm, για παράδειγμα, θα
συμπιεστεί κατά 1 χιλιοστό όταν ασκηθεί σε αυτό μια δύναμη 70 Newton (περίπου 7 κιλά). Η
δύναμη που θα ασκήσει το ελατήριο είναι, επομένως, συνάρτηση της μετατόπισης (αυτό πρέπει
να θυμόμαστε κάθε φορά που συζητάμε για ελατήρια και αμορτισέρ). Η βασική και ουσιαστική
διαφορά είναι ότι τα αμορτισέρ ασκούν δυνάμεις που είναι ανάλογες της ταχύτητας
μετατόπισης. Η κατανόηση των διαφορών αυτών θα φανεί ιδιαίτερα χρήσιμη, όταν θα αρχίσουμε
να αναφερόμαστε στο στήσιμο του αυτοκινήτου.
Η σταθερά του ελατηρίου (η σκληρότητά του στην καθομιλουμένη) εξαρτάται ―σε αναλογία― απο
το υλικό κατασκευής και τη διατομή της αρχικής ράβδου, ενώ μεταβάλλεται αντιστρόφως
ανάλογα με τον αριθμό των σπειρών και τη συνολική εξωτερική διάμετρο του ελατηρίου. Ένα
ελατήριο με μικρότερο αριθμό σπειρών ή εξωτερική διάμετρο θα είναι σκληρότερο.
Πολλοί κατασκευαστές στηρίζονται στις παραπάνω σχέσεις για να κατασκευάσουν ελατήρια με
μεταβαλλόμενες σταθερές, τα λεγόμενα προοδευτικά ελατήρια. Oι μέθοδοι κατασκευής είναι
ουσιαστικά τρεις:
1. Ο αριθμός των ενεργών σπειρών μεταβάλλεται με διαφορετική πυκνότητα περιέλιξης. Οι
αποστάσεις μεταξύ των σπειρών είναι διαφορετικές έτσι ώστε, καθώς το ελατήριο συμπιέζεται
και ο αριθμός των ενεργών σπειρών μειώνεται, η σταθερά του ελατηρίου αυξάνεται. Είναι η
πιο διαδεδομένη μέθοδος, έχει, όμως, το μειονέκτημα ότι η σκληρότητα μεταβάλλεται όχι
προοδευτικά, αλλά με διαβαθμίσεις.
2. Η αρχική ράβδος έχει διάμετρο σταδιακά μεταβαλλόμενη: η καλύτερη μέθοδος για
πραγματικά προοδευτικό ελατήριο.
3. Η μήτρα που χρησιμοποιείται για την περιέλιξη έχει διαφορετικές διαβαθμίσεις
προσδίδοντας έτσι διαφορετικές εσωτερικές/εξωτερικές διαμέτρους στο ελατήριο. H εφαρμογή
και τοποθέτηση τέτοιων ελατηρίων, όμως, είναι δύσκολη, καθώς ο χώρος που απαιτείται στην
ανάρτηση είναι μεγάλος.
Θα περίμενε κανείς ότι, με τόσες διαθέσιμες λύσεις, η εκλογή για το σχεδιαστή αναρτήσεων
θα ήταν απλή υπόθεση. Τα πράγματα, όμως, δεν είναι τόσο απλά.
Στους υπολογισμούς που θα κάνει ο σχεδιαστής πρέπει να λάβει υπόψιν του τη χρήση του
αυτοκινήτου, τα μέγιστα φορτία που το όχημα θα μεταφέρει, την ελάχιστη απόσταση των
μηχανικών μερών απο το έδαφος, την άνεση των επιβατών, την αντίσταση στην περιστροφή
(roll stiffness) και τις απαιτήσεις ως προς την οδική συμπεριφορά.
Ο μεγαλύτερος συμβιβασμός που καλείται να επιτευχθεί είναι ανάμεσα στην οδική συμπεριφορά
και στην άνεση των επιβατών.
Eίναι σίγουρο ότι δεν μπορούμε να εμβαθύνουμε στις λεπτομέρειες ενός τόσο περίπλοκου
θέματος στον περιορισμένο χώρο αυτού του άρθρου. Aς εξετάσουμε, όμως, το απλό μοντέλο
μιας ανάρτησης, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.
Το ελαστικό μπορεί να μοντελοποιηθεί ως ένα σύστημα ελατηρίου και αποσβεστήρα καθώς, ως
ελαστικό, υπακούει στο νόμο του ελατηρίου και ασκεί μια δύναμη αντίδρασης ανάλογη με τη
συμπίεσή του, ενώ λόγω των εσωτερικών τριβών μπορεί να διαχέει ενέργεια, δρώντας έτσι ως
αποσβεστήρας/αμορτισέρ.
Έτσι, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ φερόμενης (αμάξωμα, επιβάτες, κ.λπ.) και μη φερόμενης
μάζας (τροχοί, φρένα, τμήματα της ανάρτησης) έχουν να κάνουν με δυνάμεις που είναι
ανάλογες είτε των μετατοπίσεων είτε των ταχυτήτων των μετατοπίσεων.
Οι εξισώσεις που περιγράφουν τις επιμέρους κινήσεις και τις δυνάμεις που αναπτύσσονται
βασίζονται σε εξισώσεις αρμονικών ταλαντώσεων που γίνονται σταδιακά πιο περίπλοκες, όταν
σε αυτές συμπεριλάβουμε φαινόμενα μη γραμμικά (ελαστικοί σύνδεσμοι, παραμορφώσεις
μεταλλικών μερών υπό φορτίο κ.λπ.)
Aπό τα παραπάνω γίνεται αντιληπτό ότι η απλή εκλογή ενός σκληρότερου ελατηρίου είναι
βέβαιο ότι θα διαταράξει τις λεπτές ισορροπίες που ο κατασκευαστής έχει καθορίσει, ύστερα
απο πολλές μελέτες και υπολογισμούς. Σε όλες ανεξαιρέτως τις περιπτώσεις, ένα σκληρότερο
ελατήριο από αυτό του κατασκευαστή ―χωρίς καμία άλλη αλλαγή― θα μειώσει την άνεση των
επιβατών και σε σπάνιες περιπτώσεις θα βελτιώσει πραγματικά την οδική συμπεριφορά.
Μια και η περαιτέρω εμβάθυνση είναι εκτός των ορίων αυτού του άρθρου, ας προσπαθήσουμε
τουλάχιστον να καταγράψουμε μερικές βασικές αρχές/αλήθειες σχετικά με τα ελατήρια:
? Η άνεση των επιβατών έχει να κάνει με τις υποκειμενικές αντιδράσεις τους στις δυνάμεις
και στις επιταχύνσεις που ασκούνται στο σώμα τους από το προφίλ του δρόμου μέσω της
ανάρτησης. H βελτιστοποίηση της άνεσης των επιβατών επιτυγχάνεται με τη μείωση της
συχνότητας ταλαντώσεων, άρα με μαλακότερα ελατήρια. Παρ? όλα αυτά, υπάρχει ένα κατώτατο
όριο στην εκλογή μαλακών ελατηρίων. Ένα μαλακό ελατήριο θα επιτρέψει μεγαλύτερη
μετατόπιση του τροχού για μια δεδομένη διέγερση και, συχνά, η ταχύτητα αυτής της
μετατόπισης είναι μεγαλύτερη, με αποτέλεσμα το αμορτισέρ να αναπτύσσει μεγάλες δυνάμεις
αντίδρασης οι οποίες μεταδίδονται στην καμπίνα των επιβατών και μειώνουν την άνεση.
? Για να υπάρχει μια λογική συνέπεια στις συγκρίσεις μεταξύ αυτοκινήτων και σταδίων
βελτίωσης, πρέπει πάντα να αναφερόμαστε όχι στη σταθερά του ελατηρίου αλλά στη σταθερά η
οποία ανάγεται στον τροχό (wheel rate). Λόγω των διαφορετικών συστημάτων ανάρτησης και
μοχλικών σχέσεων, η σκληρότητα που «βλέπει» ο τροχός σε κάθε περίπτωση είναι διαφορετική.
Για παράδειγμα, σε μια ανάρτηση τύπου McPherson, το ελατήριο εδράζεται εσωτερικά του
τροχού σε μια απόσταση που συνήθως ορίζει μια μοχλική σχέση 0,9 πρός 1. Αυτό σημαίνει ότι
η μετατόπιση του τροχού κατά ένα χιλιοστό σε βύθιση μεταφράζεται σε μετατόπιση μόνο 0,9
χιλιοστών στον άξονα κίνησης του ελατηρίου. Μια και οι δυνάμεις μεταβάλλονται ανάλογα,
ένα ελατήριο με σταθερά 70 N/mm θα έχει σταθερά μόλις 56,7 N/mm = 70/ 0,92 N/mm στον
τροχό (wheel rate).
Η έκφραση, λοιπόν, ότι το αυτοκίνητο Χ φοράει σκληρότερα ελατήρια από το αυτοκίνητο Ψ,
άρα έχει σκληρότερη ανάρτηση, δείχνει ημιμάθεια και οδηγεί σχεδόν πάντα σε λανθασμένα
συμπεράσματα.
? Σκληρότερα ελατήρια στην εμπρός ανάρτηση μπορούν να αυξήσουν την κατευθυντικότητα και
την αντίδραση του οχήματος στις εντολές του τιμονιού όσο το ελαστικό βρίσκεται στη
γραμμική περιοχή λειτουργίας. Πολύ σκληρά ελατήρια θα οδηγήσουν στη μεταφορά και στην
ανάπτυξη φορτίων στα ελαστικά με μεγάλη ταχύτητα. Όταν η ταχύτητα αυτή είναι μεγαλύτερη
από την ταχύτητα ανάπτυξης της γωνίας ολίσθησης, το ελαστικό δεν είναι έτοιμο να
«παραλάβει» κατακόρυφα φορτία και να αναπτύξει πλευρικά, με αποτέλεσμα την απώλεια
πρόσφυσης. Σε αυτή την παρατήρηση στηρίζεται το μεγαλύτερο μέρος της φιλοσοφίας περί
στησίματος αυτοκινήτων. Τα κατακόρυφα φορτία στα ελαστικά πρέπει να αναπτύσσονται
συγχρόνως με την ανάπτυξη της γωνίας ολίσθησης. Φορτία που αναπτύσσονται αργότερα οδηγούν
σε αργές αντιδράσεις, ενώ φορτία που αναπτύσσονται γρηγορότερα οδηγούν σε απώλεια
πρόσφυσης.
? Με πολύ σκληρά ελατήρια η απώλεια πρόσφυσης θα είναι πιο απρόβλεπτη και θα εμφανίζεται
χωρίς προειδοποίηση, όταν τα ελαστικά βρίσκονται εκτός της γραμμικής περιοχής λειτουργίας
τους.
? Σε περίπτωση που θέλουμε να αντικαταστήσουμε τα ελατήρια του κατασκευαστή θα πρέπει να
προσέξουμε ώστε τα νέα ελατήρια να δίνουν το ίδιο ύψος αμαξώματος από το έδαφος (ride
height) ανεξαιρέτως της σκληρότητάς τους. Σε αυτή την περίπτωση, αναφερόμαστε στο μήκος
του ελατηρίου υπό συγκεκριμένο φορτίο (compressed length at ride height) Μόνο τότε θα
είμαστε σίγουροι ότι συγκρίνουμε με όλες τις υπόλοιπες παραμέτρους σταθερές.
από apnea » Τετ Οκτ 01, 2008 6:06 pm 
? Updates every