Sprężyny zawieszenia
Można odnieść wrażenie, że od czasów, kiedy sprężyny na dobre zastąpiły w samochodach osobowych resory piórowe, stały się elementem bezobsługowym i kompletnie zapomnianym. Częściowo to prawda, ale zauważa się rosnący trend sprzedaży, a zatem ich wymiany towarzyszącej naprawom zawieszeń. Czy świadczy to o tym, że są coraz bardziej zawodne lub nie nadążają za duchem czasu, jak kiedyś resory? Nie, szczęśliwie rośnie po prostu świadomość, że system działa poprawnie tylko jako całość. Dzięki wiedzy i doświadczeniu ekspertów marki MaXgear przeczytacie Państwo, po co i dlaczego montuje się sprężyny zawieszenia, a także, dlaczego właściwe ich wykonanie jest takie istotne.
Pomijając aplikacje służące celom specjalnym, zawieszenia współczesnych pojazdów mają swój jeden nadrzędny cel – zapewnić użytkownikom odpowiedni komfort podróżowania w kompromisie z cechami gwarantującymi stabilne (a zatem bezpieczne) prowadzenie i podróżowanie. W przypadku braku układu zawieszenia nierówności drogi byłyby przenoszone bezpośrednio na podróżujących, co z pewnością byłoby hamulcem wzrostu popularności tego rodzaju środku lokomocji. Wielu użytkowników dróg uważa, że za ich komfort odpowiedzialne są amortyzatory. To część prawdy, a świadomość ta zasadnie ugruntowana jest w codziennym życiu przeciętnego Kowalskiego. Okresowe badania techniczne dotyczą każdego użytkownika pojazdów samochodowych, a przecież sprawność amortyzatorów bada się na stacjach diagnostycznych. Ich uszkodzenia widoczne są chociażby gołym okiem lub najzwyczajniej słyszalne i odczuwalne z pozycji kierowcy. Ale to rozdzielona od nierówności drogi elementem sprężystym (takim jak resor piórowy, drążek skrętny czy sprężyna) karoseria wpada w drgania i to, jakiej te drgania będą częstotliwości, o jakiej amplitudzie i ostatecznie jak zachowywał się będzie pojazd, zależy od elementów sprężystych. Bez względu na ich konstrukcję wyróżniają je dwie cechy charakterystyczne – maksymalna strzałka ugięcia i odpowiadające jej maksymalne obciążenie. Zależność tych dwóch parametrów nazywa się charakterystyką i można rozróżnić przebieg:
- płaski (znaczne różnice sił powodują nieznaczne odkształcenie),
- liniowy (ugięcie proporcjonalne do siły obciążającej):
- progresywny (sztywność wzrasta wraz z wartością siły obciążającej),
- degresywny (sztywność spada wraz ze wzrostem siły obciążającej)
- stały (wynikający z elementu regulującego – zmiana ciśnienia gazu, długości drążka etc.).
Większość sprężyn posiada charakterystykę liniową, ale stosuje się także sprężyny o charakterystyce progresywnej. Uzyskuje się to, stosując odpowiedni kształt drutu stanowiącego zwoje sprężyny. Zmieniając sposób nawijania zwojów wzdłuż sprężyny (np. zwiększając gęstość zwojów), uzyskujemy progresję pracy.
Cylindryczne sprężyny śrubowe (bo tak precyzyjnie nazywa się ten element) pojawiły się wraz z rozwojem niezależnych układów zawieszeń. Ich prosta, lekka, zwarta konstrukcja oraz niski koszt wytwarzania to niewątpliwe zalety. W porównaniu do zastępujących przez nie resorów piórowych wyszczególnić można jedną z ich wad w postaci braku zdolności do samoczynnego tłumienia drgań (za sprawą tarcia pomiędzy poszczególnymi piórami resoru). Zdolność ta jest jednak niewystarczająca dla wyższych prędkości podróżowania, więc trudno uznać wyższość rozwiązania ustępującego sprężynom. Nawet jeżeli spojrzeć na największą wadę sprężyn, nasza uwaga skoncentruje się wokół innej części układu. Mianowicie sprężyna nie przenosi obciążeń poprzecznych, więc z konstrukcyjnego punktu widzenia wymagane jest zastosowanie wahacza poprzecznego. Nic więc dziwnego, że przypominamy sobie o tej części tak rzadko i to najczęściej wskutek jej widocznego uszkodzenia, gdy pojazd stoi krzywo. Jeśli już do tego dochodzi, powodem jest zazwyczaj pęknięcie końcowych zwojów sprężyn. Może do tego dojść wskutek zużycia zmęczeniowego (szczególnie widoczne w przypadku częstego przeładowywania samochodu) lub ze względu na uszkodzone (zatarte) łożyska kolumny MacPhersona (sprężyna jest wtedy nadmiernie skręcana), jeśli taka konstrukcja zawieszenia występuje. W takich przypadku warto rozszerzyć diagnostykę układu zawieszenia o dodatkowe oględziny sprężyn i skonsultować z klientem wymianę na nowe.
Napisaliśmy już, jakie jest zadanie stawiane sprężynom z puntu widzenia przeciętnego użytkownika drogi. Wnikając w szczegóły – ma także zachować odpowiedni prześwit pojazdu w przeciągu całego okresu użytkowania. By tak się stało, musi być wykonana z odpowiedniej stali o odpowiedniej wytrzymałości zmęczeniowej. Mowa o stalach sprężynowych, odrębnej grupie stopowych stali konstrukcyjnych cechujących się wysoką granicą sprężystości, plastyczności, odporności na relaksację naprężeń i udarność. Mogą to być tańsze węglowe stale lub jakościowe o odpowiedniej zawartości krzemu, manganu, chromu i wanadu. Warto zwrócić uwagę na dodatek krzemu, który wpływa na właściwości hartowanej stali. Dlaczego? Końcowe zwoje sprężyn poddawane są temu procesowi i, jak już wspomnieliśmy, to tam najczęściej dochodzi do ich uszkodzenia. By wydłużyć czas eksploatacji elementu w warunkach drogowych, powierzchnia sprężyn powinna być odpowiednio gładka, czyli bez karbów, rys czy jakichkolwiek nierówności. Wymagana jest także obróbka cieplna stali sprężynowych, która polega na austenityzowaniu wyrobu w przedziale temperatur 800-870°C i hartowaniu w przedziale temperatur 30-70°C, zależnie od medium chłodzącego. Późniejsze odpuszczanie odbywa się w temperaturze 300-520°C, w zależności od gatunku stali. Tak wykonana obróbka cieplna gwarantuje strukturę martenzytu odpuszczonego. Okazuje się więc, że w nawet tak prostym elemencie producenci części zamiennych mają spore pole do popisu, a samo odtworzenie kształtu oryginału nie gwarantuje sukcesu.
Tę świadomość, wiedzę i o wiele więcej posiadają inżynierowie firmy MaXgear, którzy od ponad 10 lat produkują sprężyny bez chodzenia na skróty. Nie trudno wyprodukować części z pominięciem kosztownych (można odnieść wrażenie „jałowych”) procesów produkcyjnych, takich jak hartowanie czy normalizowanie. Pokusa jest duża, bowiem po ukształtowaniu drutu mamy w zasadzie prawie gotowy produkt do spakowania i sprzedaży. Podobnie może być z rezygnacją z drogich dodatków stopowych poprawiających odporność na korozję, jak chrom czy wanad. Cena części przecież musi być niska, a kiedyś musi przyjść czas na ich wymianę. Byłoby to jednak sprzeczne z działalnością inżynierów MaXgear, którzy starają się możliwie najlepiej wykorzystywać inwestowane w kosztowne badania i rozwój środki. Wynikiem są produkty, których właściwości nie są „zunifikowane”, lecz odpowiadające produktom pierwszego montażu.
