Správné odpružení automobilu je klíčové pro zajištění komfortní a bezpečné jízdy. Pružiny pérování hrají v tomto systému zásadní roli, neboť zmenšují rázy přenášené od kol na karoserii a udržují stálý kontakt kol s vozovkou, což je nezbytné pro ovladatelnost vozidla.
Funkce a principy pružin
Automobilové pružiny slouží především ke zmenšení rázů přenášených od kol automobilu na karoserii vozidla, čímž významně zlepšují jízdní komfort. Neméně důležitým úkolem pružin je zajistit stálý kontakt kol s vozovkou, který je pro bezpečnou jízdu a ovladatelnost vozidla nepostradatelný.
Pružiny pérování jsou umístěny mezi nápravami a rámem automobilu. Při jízdě na nerovnosti reaguje pohyblivé zavěšení ramen náprav, přičemž většinu energie pohltí právě pružiny. Na celkovém odpružení automobilu se z části podílí také pneumatiky a tlak jejich huštění.
Instalace samotných pružin na automobilových nápravách by však bez dalších tlumicích prvků měla na přilnavost vozu a komfort posádky spíše negativní vliv. Po přejezdu nerovností by se auto nepříjemně rozkmitalo a mohlo by se stát neovladatelným. K utlumení kmitů pružiny u dopravních prostředků proto slouží tlumič kmitů.
Tlumiče pérování jsou konstruovány tak, aby tlumily nekontrolovatelné vibrace pružiny. Proto spolu tvoří nedělitelný funkční celek. Pružiny jsou velmi důležité pro správnou funkci závěsu kola a jeho udržení ve správném kontaktu s vozovkou. Pružiny pérování, pokud jsou v dobrém technickém stavu, zajistí správnou funkci nejen tlumiče, ale i ostatních komponent a asistenčních systémů.
5 znaků opotřebení tlumičů | AUTODOC
Typy pružin pérování
V automobilovém průmyslu se setkáváme s několika hlavními typy pružin:
Listové pružiny
Starší modely automobilů používaly listové pružiny. Tyto pružiny snesou vysoké zatížení, ale nejsou v pružení tolik komfortní. Jejich nevýhodou je navíc vysoká hmotnost a velké konstrukční rozměry.
Listové pero je tvořeno hlavním listem s oky a dalšími listy. Listy jsou vzájemně drženy třmeny a uprostřed obvykle tzv. opaskem a středovým šroubem. Odpružení těmito pery bývá využíváno u těžších prostředků, například nákladních automobilů či nákladních vlaků.
Listové pero má stejně vysokou účinnost jako vinutá pružina, ale je mnohem větší a těžší. Na rozdíl od klasických pružin má samo-tlumící účinky, které způsobuje tření mezi listy, a proto nepotřebuje tlumič. Další její dobrou vlastností je, že přenáší suvné, brzdné a boční síly, které vinuté pružiny tuhých náprav přenést nemohou. Tuhost listového pera závisí na délce hlavního listu a počtu a rozměrech ostatních listů.
Vinuté ocelové pružiny
K nejpoužívanějším pružinám pérování používaným v automobilovém průmyslu patří vinuté ocelové pružiny. Vynikají nenáročnou konstrukcí a bezúdržbovým provozem. Specifické vlastnosti pružinám dodává stupeň stoupání vinutí a průměr drátu.
Podle způsobu vinutí rozlišujeme lineární a progresivní pružiny. Lineární pružiny mají přítlak ve všech místech stejný, zatímco progresivní pružiny mají podle síly stlačení variabilní průběh pružení.
Vinutá pružina je tvořena drátem kruhového průřezu zkrouceným do spirály. Pružina je uložena tak, aby stlačující síla působila v její ose. Pružina je umístěna mezi pevnou a pohyblivou částí či mezi nápravou a rámem (případně samonosnou karoserií), kromě nápravy MacPherson, kde je přímo její součástí. Přesné umístění na dopravních prostředcích závisí na typu nápravy. Tuhost pružiny závisí na průměru drátu, počtu závitů, stoupání závitů a průměru pružiny.
Většinou z oceli: Vinuté pružiny se obvykle vyrábí z oceli, ačkoliv už nějaký čas se experimentuje i s laminátem, který se ale zatím ve větší míře neprosadil. Používané oceli se často říká "pružinová ocel" a většinou je buď nelegovaná s vyšším obsahem uhlíku, případně jde o slitinu s obsahem chromu nebo manganu. Základním požadavkem je vysoká odolnost materiálu proti únavě.
Torzní tyče
Torzní tyč je zkrutná pružina umístěná napříč nebo podél dopravních prostředků a je namáhána na krut. Obvykle bývá kruhového průřezu, ale není výjimkou, že mají průřez čtvercový. Konce tyče jsou zesíleny a opatřeny jemným drážkováním nebo šestihranem. Tyč může být uložena v plastovém ochranném obalu, nebo může být nahrazena svazky tvořenými plochými tyčemi nebo trubkami. Pružina je konstrukčně jednoduchá a nevyžaduje téměř žádnou údržbu. Tuhost závisí na průměru a délce tyče.
Pryžové pružiny
Pryžová pružina využívá elastických vlastností gumy. Je konstrukčně jednoduchá a nevyžaduje téměř žádnou údržbu. Má nejlepší využití materiálu ze všech pružin. Jsou velmi tiché a těžko se opotřebí.
Pneumatické pružiny
Pneumatická pružina je de facto celý pružící systém, ve kterém pruží vzduch uzavřený v nádobě z pružného měchu nebo ocelového válce, v níž je píst těsněn membránou (ve vlnovcích). Používají se zejména u nákladních automobilů, autobusů, přívěsů a návěsů. Při zatížení se pružiny stlačí a prostřednictvím regulačního ventilu se do pružin doplňuje tolik vzduchu, kolik bylo vytlačeno. Tím je dosažena progresivita. Samočinně udržuje vzdálenost podlahy vozidla od náprav.
Hydropneumatické pružiny
Hydropneumatická pružina je, stejně jako pneumatická, celý pružící systém. Skládá se z válce pružiny, ve kterém pruží stlačený plyn ze zásobníku stlačeného plynu (obvykle dusíku stlačeného na 10-20 MPa). Tyto dvě části jsou spojeny tlakovým potrubím, nebo jsou řešeny jako jeden celek, ve kterém je plyn od oleje oddělen membránou. Válec s plunžrem - díky tomu, že v sobě nemá písty, je užší a lehčí.
Opotřebení a poškození pružin
Nejčastějším důvodem opotřebení vinutých pružin je únava materiálu, při které pružina ztrácí své specifické vlastnosti. Obvyklou příčinou je koroze, jejímž působením dochází k loupání a úbytku materiálu. Nejzávažnějším vadou je samotné prasknutí pružiny, které je téměř vždy způsobené kombinací nadměrného zatížení a oslabenou konstrukcí. Prasknutí může teoreticky způsobit i defekt materiálu.
Časem však začne většinou pružina podléhat korozi, která se z ní odlupuje v tenkých vrstvičkách. Tím samozřejmě ztrácí požadované vlastnosti. Při nadměrném zatěžování může rovněž péro prasknout vlivem zmíněné únavy materiálu. Nejčastější příčinou prasknutí pružiny je kombinace obou výše zmíněných příčin.
Poškození a praskliny se nejčastěji objevují na koncových závitech. Horní a spodní koncové závity jsou často umístěny ve speciálním ochranném návleku nebo lůžku, což může činit vizuální kontrolu obtížnou. Například u většiny vozidel vybavených vzpěrou MacPherson je spodní závit pružiny umístěn v misce tlumiče, která ho zcela obklopuje a pohledem není ani viditelný.
Pokud je hodně poškozený speciální krycí lak pružiny i přes to, že je pružina chráněna fosfátováním, může ji koroze snadno napadnout. Postupující koroze dokáže výrazně zeslabit průměr drátu a tím pádem ovlivnit mechanické vlastnosti pružiny. Poškození ochranné vrstvy může způsobit použití nevhodného stahováku při montáži, ale hlavně odlétávající kamení, písek a sůl při zimním provozu.
Při propérování se písek a posypový materiál, nacházející se na držáku pružiny a na horním uložení, tře o pružinu, a tak způsobuje její neustálé obrušování. Delší opakované provozování vozidla s maximální možnou zátěží se rovněž projeví na stavu vinutých pružin. V důsledku nadměrného zatěžování vozidla a zejména překračování jeho přípustné hmotnosti snáze dochází k sesedání pružin - jejich snížení. Takto poškozené pružiny vedou k tomu, že vozidlo má sníženou světlost a zhoršené jízdní vlastnosti.
Kvůli chybné montáži pružiny, zejména špatnému usazení koncových závitů dole v misce tlumiče a nahoře v horním uložení, může pružina drhnout o podběh popřípadě i o pneumatiku. Další chybou při montáži bývá, že je pružina namontována obráceně.
Jak poznat opotřebení pružin?
Běžný řidič oslabení materiálu pružin a s ním spojenou změnu vlastností odhalí jen stěží. Pokud však automobilem jezdíte každý den a svůj vůz dobře znáte, můžete vypozorovat menší odlišnosti ve vlastnostech pružení, které je měkké a neúčinné. Naopak špatná přilnavost automobilu k vozovce a odskakování kol při průjezdech nerovností může být příčinou netěsného tlumiče.
Řidič prasklou pružinu může odhalit a nemusí. Projevuje se to obvykle horšími jízdními vlastnostmi, nebo také náklonem auta k jedné straně. V případě podezření na prasklou pružinu není nic jednoduššího než zastavit, v případě předního kola vytočit kolo a podívat se. Je to jedna z těch závad, jejíž odhalení je otázkou pár sekund.
Porovnejte světlou výšku vozidla - prasklá popřípadě jinak zdeformovaná pružina má za následek snížení světlé výšky vozidla na dané straně závěsu kola.
Stačí se jednou za třeba půl roku podívat, jak na tom zavěšení je a v rámci toho zkontrolovat i pružinu. Pokud je pokryta rzí, nemusí to ještě nic znamenat. Ve chvíli, kdy ale očividně dochází k úbytku materiálu a rez se doslova odlupuje, není od věci přistoupit k výměně.
Údržba a výměna pružin
Při opotřebení pružiny pérování nebo jejím prasknutí se pružina neopravuje, ale vždy se celá vymění. Abyste předešli fatálnímu prasknutí pružiny, je potřeba myslet na výměnu pružin již mnohem dříve.
Pro zvýšení životnosti pružiny doporučujeme zejména vždy po zimě provést dokonalé vyčištění upevňovací misky pružiny. Miska samotná musí dokonale držet koncový závit, aby při propérování nevyskočil, a zároveň musí mít několik důležitých otvorů pro odvod nečistot, jako jsou slaná voda, písek a podobně.
Při sejmutí kola by měly být pružiny zkontrolovány jako první. Poškození a praskliny se nejčastěji objevují na koncových závitech.
V případě podezření na poškozené pružiny je nezbytné nechat je zkontrolovat odborníkem a v případě potřeby vyměnit. Tuto vadu může způsobit i defekt při výrobě.
Výroba pružin
Výroba vinutých pružin probíhá na CNC strojích. Jedná se o základní výrobní proces vinutí pružiny za studena, v jehož průběhu pružina dostává své geometrické a výkonové charakteristiky. Proces tepelného zpracování pak uvolňuje vnitřní pnutí materiálu po vinutí.
Přibližně 4 % výrobního sortimentu pružin je na konci zabrušováno. Požadavek na zabroušení konců pružin je dán konstrukcí uchycení pružiny na vozidle. Před lakováním jsou pružiny povrchově upraveny nanesením fosfátu zinečnatého.