Συστημα αναρτησης 101: Μαθημα πρωτο

Σημειωση: Το συστημα αναρτησης βρισκεται σε απολυτη συνεργασια με το συστημα διευθυνσης του οχηματος, αλληλοεπηρεαζονται και αλληλοεξαρτωνται. Στην συγκεκριμενη περιπτωση προσπαθω να παρουσιασω το συστημα αναρτησης οσο πιο απλοϊκα μπορω, οποτε δεν μπλεκω το συστημα διευθυνσης περαν των βασικων γωνιων. Σε μετεπειτα παρουσιαση, για το συστημα διευθυνσης, θα αναφερθω στην αλληλοεπιρροη των δυο συστηματων, κατα τον σχεδιασμο, τους εκτενεστερα.

Χαρακτηριστικα αναρτησης: γωνιες camber, castor (η caster), kingpin, στιγμιαια κεντρα περιστροφης τροχου-πλαισιου, αξονας κλυδωνισμου, αξονας προνευσης.

Γωνιες camber, castor (caster), kingpin
Κατα τον σχεδιασμο μιας αναρτησης πολυ σημαντικο ρολο παιζει η γεωμετρια της και τα κινηματικα της χαρακτηριστηκα. Απο τα πρωτα βασικα γεωμετρικα χαρ/κα που πρεπει να ληφθουν υποψιν ειναι οι γωνιες camber, Kingpin και castοr και αυτο διοτι:

• Η γωνια Camber καθοριζει το μεγεθος της γωνιας πλαγιοπορειας κατα τις πλευρικες και κατακορυφες δυναμεις.
• Οι γωνιες castοr και kingpin καθοριζουν τον αξονα περιστροφης του τροχου αλλα επισης επηρεαζουν και την γωνια camber κατα την κινηση του τροχου πανω-κατω και κατα την περιστροφη του (με την στροφη του τιμονιου).
• Επισης οι γωνιες camber και castοr καθοριζουν το σημειο εφαρμογης (ιχνος) των δυναμεων στο πελμα του ελαστικου.

Οι παραπανω γωνιες επιλεγονται συμφωνα με τα αποτελεσματα της δυναμικης μελετης που θα γινει κατα τον προσχεδιασμο του οχηματος αλλα και πριν την τελικη μορφη του συστηματος αναρτησης. Εξαρτωνται απο τον προορισμο χρησης του οχηματος (απλο επιβατικο, αγωνιστικης χρησης, επαγγελματικο κλπ), ενω αν ειναι επαγγελματικης η αγωνιστικης χρησης εξαρτωνται και απο το εδαφος και τον τυπο της πιστας (αργη πιστα με κλειστες στροφες, γρηγορη με γρηγορες καμπες κλπ).

Στιγμιαια κεντρα- αξονας κλυδωνισμου
Μολις αποφασιστουν οι παραπανω γωνιες πρεπει να επιλεχθουν οι γεωμετρικοι τοποι του στιγμιαιου κεντρου περιστροφης (Instantaneous centre-IC) των τροχων σε σχεση με το πλαισιο (σε συμμετρικες αναρτησεις, που εφαρμοζονται στα περισσοτερα οχηματα, τα κεντρα των δυο τροχων ειναι συμμετρικα ως προς το μεσο του μετατροχιου*). Τα δυο αυτα κεντρα καθοριζουν και το κεντρο κλυδωνισμου (Roll centre-RC) της αναρτησης. Τα κεντρα κλυδωνισμου (μπροστα και πισω αναρτησης) καθοριζουν τον αξονα κλυδωνισμου (Roll Axis) του οχηματος. Ο αξονας κλυδωνισμου ειναι ο διαμηκης αξονας κατα τον οποιο τινει να περιστραφει το οχημα κατα την εφαρμογη κατακορυφων και πλευρικων δυναμεων (π.χ. κεντρομολος δυναμη των τροχων-εδαφους)

Στην εικονα δεξια φαινεται πως οριζεται το κεντρο στιγμιαιας περιστροφης των τροχων σε συστημα αναρτησης διπλων ψαλιδιων. Οριζεται ως η προεκταση των δυο βραχιονων (στη συγκεκριμενη περιπτωση) και της ευθειας που ενωνει το κεντρο επαφης του ελαστικου με το κοινο σημειο των 2 παραπανω προεκτασεων. Η αποσταση και το υψος του καθοριζουν την μεταβολη της γωνιας camber, κατα την κατακορυφη κινηση του τροχου, καθως και το υψος του κεντρου κλυδωνισμου. Η εικονα πανω δειχνει τον αξονα κλυδωνισμου με την συνενωση των δυο κεντρων μπροστα και πισω αναρτησης.
Οι γεωμετρικοι τοποι των παραπανω σημειων εξαρτωνται απο την γεωμετρια της αναρτησης αλλα και το ειδος της. Ειναι πολυ σημαντικα διοτι:

1. Το κεντρο στιγμιαιας περιστροφης του τροχου, οπως ειπαμε παραπανω, επηρεαζει την μεταβολη της γωνιας camber, αλλα και της γωνιας castor (σχεδον αμελητεα ομως) καθως και το υψος του κεντρου κλυδωνισμου
2. To υψος του κεντρου κλυδωνισμου επηρεαζει την εφαρμογη των πλευρικων δυναμεων (απο τις αντιδρασεις των σημειων στηρικης) στο πελμα του ελαστικου.  Αν βρισκεται πανω απο το εδαφος οι δυναμεις (jacking forces) τεινουν να σηκωσουν την αναρτωμενη μαζα (jacking effect), ενω αν βρισκεται κατω απ το εδαφος τινει να την κατεβασει.
3. Το υψος του αξονα κλυδωνισμου επηρεαζει την αποσταση (αρα και την ροπη) των δυναμεων που επιδρουν στο κεντρο μαζας απο τον αξονα περιστροφης του οχηματος καθως και την ανεση των επιβατων. Οσο πιο χαμηλα βρισκεται τοσο μεγαλυτερη ειναι η ροπη των δυναμεων αρα και η ταση τους να περιστρεψουν το οχημα, αρα επηρεαζεται και η κλιση του αμαξωματος, ομως αυξανεται η ανεση των επιβατων(αν οι κλισεις δεν ειναι υπερβολικες, κατι που εξαρταται και απο τα ελατηρια και τους αποσβεστηρες). Σε αυτοκινητα υψηλων επιδοσεων συνηθιζεται να τοποθετειται κοντα στο κεντρο μαζας, διοτι μειωνεται η κλιση και η μεταφορα βαρους απο την εσωτερικη πλευρα στην εξωτερικη, οχι ομως υπερβολικα ψηλα διοτι το jacking effect θα ειναι πολυ εντονο.

Ειναι δυνατον η αναρτηση να ρυθμιστει ετσι ωστε:

• Η κλιση του αμαξωματος να ειναι μηδενικη, 
• Η κλιση του αμαξωματος να ειναι αναποδα απ οτι συνηθως. 

Οι δυο αυτες περιπτωσεις δημιουργουν 2 προβληματα (παρολο που αποτελουν τις ιδανικοτερες επιλογες) :

1. Και στις 2 περιπτωσεις αυτη η κινηση (η μηδενικη και η αντιθετη) του αμαξωματος αποτελουν κατι ασυνηθιστο για τον οδηγο και παρολο που το φαινομενο της (κανονικης) κλισης του οχηματος επηρεαζει αρνητικα με την μεταφορα βαρους απο την εσωτερικη προς την εξωτερικη πλευρα του οχηματος, αρα και την δυναμικη συμπεριφορα, το γεγονος οτι ο οδηγος δεν εχει την απαραιτητη ενημερωση απο την αναρτηση (π.χ. την αισθηση κατα την στροφη που μας "δειχνει" στην ουσια αν η ταχυτητα εισοδου στην στροφη ηταν πολυ μεγαλη η οχι) αποτελει σημαντικοτερο παραγοντα κατα τον σχεδιασμο της αναρτησης.
2. Το δευτερο προβλημα αφορα μονο στην περιπτωση που ο αξονας κλυδωνισμου ειναι στο σημειο που δεν επιτρεπει την κλιση του αμαξωματος. Σ αυτη την περιπτωση, αφου δεν υπαρχει κλιση αρα και εμπλοκη των ελατηριων και των αποσβεστηρων, η πλευρικη δυναμη εφαρμοζεται ολοκληρη στους συνδεσμους στηριξης της αναρτησης με το αμαξωμα (πλαισιο) με αποτελεσμα την μεγαλη καταπονηση και φθορα τους. Αυτη η περιπτωση, δλδ η μη κλιση του αμαξωματος, επηρεαζει αρνητικα και την ανεση των επιβατων διοτι δεν υπαρχει αποσβεση των δυναμεων κατα την στροφη του οχηματος.

Αξονας προνευσης

Μια αναρτηση εκτος απο τα σημεια στιγμιαιας περιστροφης που οριζονται οπως βλεπει κανεις το οχημα απο μπροστα (frond view swing arm), εχει και σημεια στιγμιαιας περιστροφης οπως βλεπει κανεις το οχημα απο πλαγια (side view swing arm). Τα σημεια αυτα ειναι καπως πιο δυσκολο να βρεθουν διοτι τα καθοριζουν πολλα σημεια της αναρτησης (ενα πολυ απλο-μη εφαρμοσιμο μοντελο αποτελει η εικονα πανω που ομως δινει την αισθηση για το φαινομενο που αναφερομαστε).
Τα στιγμιαια σημεια καθοριζουν τα anti-squat και anti-dive χαρ/κα της αναρτησης. Συγκεκριμενα αναλογα με το υψος και την αποσταση τους απο τον τροχο επηρεαζουν το "γονατισμα"(dive) του οχηματος κατα το φρεναρισμα αλλα και το "σηκωμα" της μπροστα αναρτησης ή "βυθισμα" της πισω (squat) του αμαξωματος κατα την επιταχυνση. Για να υπαρξουν αυτα τα χαρακτηριστικα πρεπει να εφαρμοζεται διαμηκης δυναμη. Π.χ. σε ενα μπροσθιοκινητο οχημα η πισω αναρτηση δεν παρουσιαζει anti-squat.
Οπως και στην περιπτωση του αξονα κλυδωνισμου, τα σημεια προνευσης οριζουν και τον αξονα προνευσης που αποτελει τον εγκαρσιο αξονα που περιστρεφεται το οχημα. Σημαντικο ρολο παιζει η αποσταση του απο το κεντρο μαζας και απο τον τροχο διοτι επηρεαζει την κλιση (προνευση) του αμαξωματος κατα την εφαρμογη διαμηκων δυναμεων (φρεναρισματος και επιταχυνσης). Για παρομοιους λογους που αναφερθηκαν και για τον αξονα κλυδωνισμου το φαινομενο της προνευσης δεν πρεπει να εξαλειφεται.

Εδω τελειωνει το πρωτο μερος της παρουσιασης μου για το συστημα αναρτησης.



*Μετατροχιο: ειναι η αποσταση μεταξυ των δυο τροχων του ιδιου αξονα