Stabilizatory przechyłu
Wahacze
Drążki reakcyjne
Drążki ustalające

Stosowanie sprężystych elementów zawieszenia powoduje, że podczas jazdy na zakręcie lub pod działaniem innych sił bocznych nadwozia samochodów przechylają się w kierunku poprzecznym do kierunku ruchu. Daje się to odczuć szczególnie wyraźnie w szybkich samochodach osobowych oraz w dużych samochodach ciężarowych, których środek masy jest usytuowany wysoko. W takich samochodach konieczne jest stosowanie urządzeń zabezpieczających przed nadmiernymi przechyłami nadwozia – tzw. stabilizatorów.

W samochodach osobowych najczęściej stosuje się stabilizatory mechaniczne w postaci drążków skrętnych związanych z elementami prowadzącymi kół jednej osi. Skręcenie drążka jest proporcjonalne do różnicy ugięć prawego i lewego koła. Działanie stabilizatora zmniejsza różnice chwilowych obciążeń działających na elementy sprężyste jednej osi, a więc jak gdyby powoduje wzrost sztywności zawieszenia po stronie bardziej obciążonej oraz zmniejszenie sztywności zawieszenia po stronie mniej obciążonej. Ujmując poglądowo, stabilizator poprzeczny odciąża bardziej odkształcony element resorujący i dociąża mniej odkształcony element resorujący. W części centralnej stabilizator przymocowany jest do nadwozia za pomocą tulei gumowych.

Zadaniem stabilizatorów jest zmniejszenie bocznych przechyłów nadwozia na zakręcie oraz wpływanie na kierowalność, czyli na zwiększenie bezpieczeństwa jazdy. Przy jednakowych ugięciach zawieszenia z obu stron środkowa część stabilizatora 1 (rys. 5) obraca się w gniazdach L: stabilizator nie działa. Istotny dla zmniejszenia bocznych przechyłów współczynnik sztywności stabilizatora przy przeciwnych skokach zawieszenia, odniesiony do obu kół danej osi, zależy w przypadku zawieszeń niezależnych od przełożenia między przegubem G a punktem mocowania T2 lub w wypadku sztywnej osi (rys. 6) – od stosunku odl. br i bs.

Im bliżej koła jest zamocowany stabilizator, tym może on być lżejszy i tańszy i tym mniejsze siły wystąpią we wszystkich elementach. Rozwiązaniem zmierzającym do osiągnięcia takich cech jest, pokazany na rysunku 2, stabilizator z wahliwymi cięgnami stosowany, jak dotychczas, tylko w zawieszeniach z kolumnami prowadzącymi. Do obudowy kolumny 1 jest przymocowane cięgno 5, którego skok jest w przybliżeniu równy skokowi koła. Poza zmniejszeniem przechyłów bocznych za pomocą stabilizatorów można też wpływać na zachowanie się pojazdu w ruchu krzywoliniowym. W ogólnym wypadku słuszne są następujące stwierdzenia:

• sztywny stabilizator zastosowany w przednim zawieszeniu zwiększa tendencję do podsterowności i poprawia zachowanie się samochodu podczas zmiany pasa ruchu,

• sztywny stabilizator w zawieszeniu tylnym umożliwia uzyskanie w samochodzie o przednim napędzie neutralnej charakterystyki sterowności, natomiast w samochodzie o tylnym napędzie zwiększa nadsterowność.

Stabilizator ma także oddziaływanie niekorzystne. Im większa jest wartość odniesionego do koła współczynnika sztywności stabilizatora, tym silniej są napięte poszczególne przeguby elastyczne i tym słabiej zawieszenie reaguje na pokonywane nierówności drogi. Ruch nadwozia odwzorowuje przebieg nierówności nawierzchni. Dochodzą do tego uderzenia (szczególnie w samochodach o przednim napędzie), wynikające z drgań, do których jest pobudzany silnik zawieszony na elastycznych poduszkach. Ponadto podczas jazdy po drodze wyboistej niekorzystne jest zwiększenie sztywności kątowej zawieszenia przy przeciwnych skokach kół, ponieważ jednostronne ugięcia zawieszenia wywołują w stabilizatorze siły, które przenoszone są na drugą stronę zawieszenia, zmniejszając komfort jazdy.

Drążek skrętny, który jest przymocowany pośrodku stabilizatora przechyłu połączony jest z dźwignią, która przesuwa suwak kolektora wysokości. Zadaniem kolektora wysokości jest automatyczne utrzymywanie stałego prześwitu niezależnie od zmian rozkładu nacisków statycznych. Stabilizator przechyłu jest połączony z wahaczami obu kół i ich ruch wpływa na jego obrót. Pod wpływem wzrostu obciążenia nadwozie obniża się i skręca się stabilizator. Ruch ten jest przekazywany do dźwigni skrętnej, która wywiera stały nacisk na suwak korektora. Suwak jest przesunięty do pozycji zasilania. W tym momencie objętość płynu w cylindrach zawieszenia rośnie i nadwozie podnosi się. Podnoszenie się nadwozia wywołuje z kolei odwrotny ruch stabilizatora, ustanie nacisku na suwak korektora i jego szybki powrót do położenia neutralnego.

4.2

4.2.1 Wahacz poprzeczny jest sztywnym elementem o niezmiennej długości, który prowadząc przemieszczane przestrzennie koło jezdne przekręca się wokół osi równoległej do wzdłużnej płaszczyzny symetrii pojazdu. Klasyczne zawieszenia niezależne kół jezdnych na wahaczach poprzecznych cechuje prowadzenie każdego z kół przez dwa wahacze, które tworzą albo tzw. układ równoległy (rys. 7), albo tzw. układ trapezowy (rys. 8).

Układ równoległy wahaczy poprzecznych dzięki identycznym ich długościom czynnym zapewnia niezmienność pochylenia koła jezdnego podczas przemieszczeń przestrzennych. Jednak istotną niezgodność zawieszenia niezależnego na wahaczach poprzecznych o układzie równoległym stanowią znaczne zmiany rozstawu kół jezdnych wskutek ich przemieszczeń przestrzennych – tym większe, im krótsze są wahacze.

Układ trapezowy wahaczy poprzecznych różni się od układu równoległego głównie tym, że górny wahacz jest znacznie krótszy niż dolny. Odmienne długości czynne wahaczy poprzecznych w układzie trapezowych sprawiają, że wskutek przestrzennych przemieszczeń koła jezdne zmieniają swe pochylenie i rozstaw.

Jednak przez trafne zaprojektowanie szczegółów konstrukcji zawieszenia niezależnego na wahaczach poprzecznych w układzie trapezowym, a zwłaszcza przez odpowiednie dobranie czynnych długości i usytuowania środków obrotu wahaczy, można w zakresie przeciętnych odkształceń elementów resorujących zapewnić niemal niezmienność rozstawu kół jezdnych oraz ograniczyć do dopuszczalnego zmienność ich pochyleń. Ponadto przez zastosowanie tzw. trójkątnych(przeważnie rozwidlonych) wahaczy poprzecznych oraz duże rozstawy ich przegubów względnie łatwo zapobiega się niedopuszczalnym zmianom zbieżności kół jezdnych. Obecnie układy trapezowe stosuje się bardzo rzadko ze względu na znaczny ciężar łączny elementów składowych i dość duże zapotrzebowanie przestrzeni.

4.2.2 Wahacz wzdłużny jest sztywnym elementem o niezmiennej długości, który prowadząc przemieszczające się przestrzennie koło jezdne przekręca się wokół osi prostopadłej do wzdłużnej płaszczyzny symetrii pojazdu. Zawieszenie niezależne koła jezdnego zapewnia albo pojedynczy wahacz wzdłużny (rys.9), albo para wahaczy wzdłużnych (rys.10).

Wśród wahaczy wzdłużnych z uwagi na ich ukształtowanie ogólnie rozróżnia się wahacze proste, wahacze rozwidlone oraz wahacze korbowe. Pojedyncze wahacze stosowane są bardzo rzadko z uwagi na znaczną zmienność wyprzedzenia sworzni zwrotnic.

Para wahaczy wzdłużnych w układzie równoległobocznym zapewnia optymalne zawieszenie niezależne koła jezdnego, ponieważ podczas wychyleń w zakresie przeciętnych odkształceń elementów resorujących zmienia ono nadane mu ustawienie minimalne, jedynie wskutek podatności przegubów. Jednak zawieszenie niezależne kierowanych kół jezdnych na parach wahaczy wzdłużnych są trudne technologicznie oraz kosztowne i dlatego bywają stosowane dość rzadko.

4.2.3 Wahacz skośny jest stosowany prawie wyłącznie przy osiach napędowych kół niekierowanych i ze względu na duże siły w łożyskach tylko jako oś wleczona. Występują niewielkie zmiany rozstawu i pochylenia kół. Jest to sztywny element o niezmiennej długości, który prowadząc przemieszczane przestrzennie koło przekręca się wokół osi skośnej w stosunku do podłużnej i poprzecznej osi symetrii samochodu.

4.2.4. Wichrowaty układ wahaczy zapewnia zawieszenie niezależne kierowanego koła jezdnego dzięki współdziałaniu dwóch wahaczy rozwidlonych, zwykle dolnego poprzecznego i górnego wzdłużnego. Przez odpowiednie zaprojektowanie wichrowatych układów wahaczy można niemal całkowicie wyeliminować zmienność pochyleń i rozstawu kół jezdnych w zakresie przeciętnych odkształceń elementów resorujących. Wadą tych układów są względnie duże zmiany rozbieżności kół jezdnych wskutek ich wychyleń. Niedogodność tę można ograniczyć przez zastąpienie górnych wahaczy wzdłużnych wahaczami skośnymi.

Opony radialne mają jedną wadę: drgania występujące podczas ich toczenia się. Sztywne opasanie wywołuje drgania wzdłużne, które w wypadku zawieszeń niezależnych poprzez wsporniki kół i wahacze przenoszą się na nadwozie. W zawieszeniu przednim można ten problem rozwiązać za pomocą wahacza poprzecznego z ramieniem skierowanym do tyłu lub do przodu (rys. 11), które wspiera się na przegubie gumowym o dokładnie określonej, silnie progresywnej charakterystyce sztywności. Ważne jest, aby w punktach obrotu D i G znajdowały się sztywne przeguby, które pod działaniem sił bocznych na zakręcie i sił hamowania nie odkształcają się w znacznym stopniu.

Jeśli zamocowany w punkcie D wahacz poprzeczny przejmuje prowadzenie koła, to może on mieć wykonany otwór, w którym jest osadzony łącznik podatny w kierunku wzdłużnym (rys. 12). Wewnętrzna tuleja tego łącznika może być połączona z ramieniem stabilizatora 5 lub z podłużnym drążkiem reakcyjnym skierowanym do przodu lub do tyłu.

 W wypadku niezależnych zawieszeń napędzanych kół tylnych ważne jest precyzyjne prowadzenie wahaczy wzdłużnych lub skośnych, aby uniknąć wynikających z elastyczności zmian kątów pochylenia i zbieżności kół. Trzy lub cztery przeguby gumowe można jednak tak ukształtować, aby drgania wynikające z toczenia się opon radialnych mogły być wytłumione. W wypadku osi sztywnej zadanie to przejmują przeguby podłużnych drążków reakcyjnych, a w zawieszeniach ze wzdłużnymi wahaczami sprzężonymi – elementy gumowe (rys. 13).

Wahacze w zawieszeniach nie napędzanych kół przednich.

 W wypadku zawieszenia z podwójnymi wahaczami poprzecznymi do prowadzenia zwrotnicy 5 koła (rys. 14) służą dwa przeguby kulowe, umożliwiające ruch obrotowy we wszystkich kierunkach. Wahacz poprzeczny, na którym opiera się sprężyna, musi być wyposażony w przegub 7 zdolny do przeniesienia siły pionowej. Dla drugiego wahacza wystarczający jest przegub prowadzący 8, przenoszący tylko siły wzdłużne i boczne. Im większa może być odległość między przegubami, tym mniejsze mogą być siły występujące w przegubach.

Wahacze w zawieszeniach przednich kół napędzanych.

Korzystne jest mocowanie sprężyn do dolnych wahaczy, a ich siły wprowadzić w nadwozie w tych samych miejscach, gdzie mocowane są górne wahacze. Stosowane wówczas zespoły amortyzatorów ze sprężynami mogą być zamontowane przed półosiami napędowymi (rys. 17) lub mogą być z wahaczami dolnymi połączone przegubowo poprzez rozwidlenia obejmujące z dwóch stron półosie (rys. 18). W obu rozwiązaniach łożyskowania górnych wahaczy są rozstawione szeroko, a same wahacze są stosunkowo krótkie, dzięki czemu uzyskuje się szerszy przedział silnika.

Wahacze wykonywane są jako wytłaczane profile z blachy stalowej o przekroju zamkniętym lub otwartym. Używa się do tego celu stali konstrukcyjnej o podwyższonych właściwościach wytrzymałościowych.

Wahacze mogą też być wykonywane jako odlewy żeliwne (np. Cinquecento) lub odlewy ze stopów lekkich (aluminium) – np. Audi A8, albo odkuwki stalowe.

W miejscach zamocowania wahaczy stosuje się tuleje metalowo – gumowe i sworznie, które wykonane są zwykle ze stali węglowej konstrukcyjnej.

4.3

4.3 Drążki reakcyjne. Drążek reakcyjny ogranicza wzdłużne przemieszczenia wzajemne ramy lub nadwozia pojazdu samochodowego i jego osi lub mostu napędowego. Typowe drążki reakcyjne są zaopatrzone w elastyczne przeguby z elementami gumowymi i konstrukcyjnie nie różnią się od drążków ustalających. Przeważnie w przednim lub tylnym zawieszeniu pojazdu samochodowego wbudowane są dwa drążki reakcyjne lub rzadziej pojedynczy wzdłużny drążek reakcyjny. Drążki reakcyjne, podobnie jak drążki ustalające wykonuje się w postaci prętów lub rur stalowych.

4.4

4.4 Drążki ustalające. Drążek ustalający ogranicza poprzeczne lub skośne przemieszczania wzajemne ramy lub nadwozia pojazdu samochodu i jego osi lub mostu napędowego czy też zawieszonego niezależnie koła jednego. Typowe drążki ustalające stosuje się wówczas, gdy elementy zawieszenia nie nadają się do przejmowania obciążeń bocznych i nie zapewniają wymaganego prowadzenia kół jezdnych lub gdy boczne obciążenia zewnętrzne mogą powodować niepożądane odkształcenia elementów resorujących. Zwykle drążki ustalające są łączone z innymi elementami za pośrednictwem elastycznych przegubów, które przekazując obciążenia dynamiczne osłabiają dynamiczne wstrząsy i tłumią drgania. Niekiedy skośne drążki ustalające są wykorzystywane jako wahacze niezależnego zawieszenia kół jezdnych. Często zadania drążków ustalających spełniają inne elementy zawieszenia, np. rozwidlone wahacze skośne lub człony niekonwencjonalnego stabilizatora.

Przeważnie w przednim lub tylnym zawieszeniu pojazdu samochodowego są wbudowane dwa drążki ustalające, współdziałające jako para elementów stabilizacyjnych. Coraz częściej zamiast takiej pary drążków stosuje się pojedynczy poprzeczny lub usytuowany niemal poprzecznie drążek ustalający tzw. drążek Panharda. Jest on zamocowany z dwóch stron na elementach gumowych. Z jednej strony do masy resorowanej, a z drugiej do nieresorowanej. Ma za zadanie ograniczać ich przemieszczenia względem siebie, wzdłuż osi jezdnej napędzanej lub nienapędzanej. Wykonuje się go w postaci rury stalowej o średnicy ok. 30 mm i więcej.