|
Jousitus ja iskunvaimennus
MJ 6.7.2009
Jousituksen tarkoitus
Auton renkaat ja penkit muodostavat mukavasta ajotuntumasta vain pienen murto-osan, sillä koko auton ajomukavuus on lähtöisin jousituksesta. Olipa tie kuinka tasainen tahansa, se on liian epätasainen 1500 kilon massalle liikkua yli sadan kilometrin tuntinopeutta. Ja niinpä jousitus on helpottamassa asiaa. Jousitusrakenne muodostuu kahdesta peruskomponentista:
Jouset
Jousia on kolmea eri tyyppiä: kierrejouset, vääntösauvat sekä lehtijouset. Nykypäivänä kierrejousi on yleisin ratkaisu, vaikkakin periaatteessa ne ovat vain kierteelle väännettyjä vääntösauvoja. Lehtijousia tapaa lähinnä vanhemmassa kalustossa sekä raskaan liikenteen autoissa. Lehtijousipakka koostuu yleensä useasta jousilehdestä ja pakka on kiinni akselissa. Vääntösauva sinällään on hieman erikoinen ratkaisu, mutta sitä käytetään paljon esimerkiksi ranskalaisten autojen taka-akselistoissa. Vääntösauvan toiminta perustuu teräsrakenteen vääntymisominaisuuksiin. Poikittaisrakenteinen sauva on molemmista päistään kiinteästi kiinni ja pyörän joustaessa sauva kiertyy pituusakselinsa ympäri ja teräksen kiertojäykkyys muodostaa jousen tavoin toimivan rakenteen.
Iskunvaimentimet
Iskunvaimentimien tehtävänä on vaimentaa tiestä autoon kohdistuvaa pystysuoraa liikettä, jota epätasaisuudet tienpinnassa aiheuttavat. Jos autossa olisi vain pelkät jouset, käyttäytyminen muistuttaisi lähinnä venettä; edestakaisin vellomista ja epämukavaa liikettä. Jokainen, joka on ajanut autolla rikkinäisillä iskareilla, tietää varmasti tilanteen.
Vaimentimilla on kaksi tehtävää. Toinen on vaimentaa hiemankaan suuremmat epätasaisuudet jotta ne eivät kulkeudu auton koriin asti. Lisäksi vaimentimet pitävät jouset ääriasennossaan, jotta em. vellomista ei pääsisi tapahtumaan. Vaimentimien jännittäessä jousia renkaat pysyvät suurimman mahdollisen ajan kiinni tiessä.
Nykyaikainen iskunvaimennin-jousi-rakenne
Yllä oleva kuva esittää nykyaikaista säädettävää iskunvaimenninta sekä jousta. Yleisimmin tällainen rakenne löytyy jälkiasennussarjojen puolelta eikä niinkään autotehtaan asentamina. Säädettävällä jousilautasella voi säätää jousien jäykkyyttä ja iskunvaimentimen säädöllä määrätään vaimennustehoa. Toisin kuin autojen vakiovarustelusta, on nykypäivän moottoripyörissä usein ainakin esijännityksen ja kireyden säätö.
Jousitustyypit
Autojen jousitusrakenne vaihtelee suuresti autovalmistajasta ja -mallista riippuen. Nykyautoissakin rakenteita on hyvin erilaisia sekä etu- että taka-akseleille.
Yleisesti rakenteet jaotellaan kahteen pääryhmään: erillisjousitettuihin sekä toisissaan yhteydessä oleviin, "jäykkiin", jousituksiin.
Jäykkä etujousitus
Etupyörien jousitusrakenteet ovat yhteydessä toisiinsa. Normaalikäyttöön ei tällaista enää nykypäivänä rakenneta. Jousitustyyppi on erittäin yksinkertainen: renkaiden välillä on jäykkä akseli, jota pitää autossa kiinni lehtijouset sekä iskunvaimentimet. Rakenne on yleinen raskaan liikenteen puolella, mutta kevyellä puolella tämä on nykyään jo erittäin harvinaista. Jäykkä etujousitus hylättiin jo aikoja sitten pääasiassa kolmen suuren vian vuoksi:
- Epävakaus - koska pyörät ovat yhteydessä toisiinsa, toiseen pyörään kohdistuva epätasaisuus aiheuttaa etupäähän heilahtelua.
- Paino - Tarkemmin ottaen jousittamaton paino. Jäykkä akselirakenne painaa paljon sekä vaatii lisäkseen vankat lehtijouset.
- Pyöräkulmat - Jäykällä akselilla pyöräkulmia ei voida säätää. Tehtaalta lähtiessään kulmat ovat kunnossa, mutta jos niitä tarvitsee jälkeen päin syystä tai toisesta säätää, se ei onnistu.
Jäykkä jousitusrakenne on yleinen vanhoissa maastoautoissa, esim. Toyota Land Cruiser on sitä käyttänyt. Offroad-käyttöön rakenne onkin varmasti hyvä, mutta kadulle siitä ei ole.
Etujousitus erillisjousitettuna
Erillisjousitus on nimensä mukaisesti toisistaan erillä oleva jousitusrakenne. Autojen etujousitus on ollut erillisrakenteinen jo 1930-luvulta lähtien, pois lukien tietenkin kallistuksenvakaaja, joka tänä päivänäkin yhdistää rakenteita.
MacPherson-tuenta
MacPherson on tällä hetkellä ylivoimaisesti eniten käytetty tuentamalli. MacPherson on kaiken kaikkiaan hyvin yksinkertainen ratkaisu. Kierrejousi ja iskunvaimennin ovat samaa pakettia, ja iskunvaimenninrungon alapää kiinnittyy joko suoraan tai pyörän navan kautta alatukivarteen. MacPhersonissa alatukivarren nivel joutuukin kovahkolle rasitukselle rakenteesta johtuen. Kaikki voima välittyy lopulta tukivarren nivelelle, iskunvaimennintolpan ja jousen lähinnä pitäessä autoa ylhäällä. Kuvassa et näe iskunvaimenninta, mutta se sijaitsee kierrejousen sisäpuolella.
Raidetanko on toteutettu joko iskunvaimentimen alapäähän tai kuvan mukaisesti olka-akseliin kiinnitetyllä varrella, joka on autosta riippuen sijoitettu etu- tai takapuolelle vaimenninta. Rattia käännettäessä raidetanko työntää tai vetää vartta ulos tai sisään, jolloin koko iskunvaimennin+jousi-paketti kääntyy kääntäen samalla auton pyörää. Iskunvaimenninrungossa on jousille lautaset, joita vasten jousien päädyt asettuvat. Lautasiin on tehty upotukset, jotta jousen pää asettuisi kohdalleen. Nämä upotukset estävät jousen pyörimistä lautasta vasten autoa käännettäessä. Mikäli lautaset ovat kuluneet tai vaurioituneet, kuuluu pyöriä käännettäessä "klonk"-ääni, kun jousi pyörähtää tyhjää lautasta vasten.
Rover 2000 MacPherson johdannainen. 2. Maailmansodan aikana brittiläinen autovalmistaja Rover työskenteli turbiinimoottoreiden kanssa ja sodan jälkeen yhtiöllä olikin paljon tietoa niiden toiminnassta. Turbiinimoottori Rover T4 - joka oli hyvin paljon samannäköinen kuin Rover P6, Rover 2000 ja Rover 3500 - oli yksi prototyypeistä. Alustana käytettiin samaa kuin muissakin malleissa, ja lopputuloksena 2000- sekä 3000-malleihin tuli todella erikoinen tuentarakenne. Turbiinimoottori ei ollut pienin mahdollinen ja Roverin suunnittelijat tarvitsivat kaiken mahdollisen tilan moottoria varten. Perinteistä MacPhersonia soveltamalla tehtiin poikkeava ratkaisu: jousi on kuvan mukaisesti vaakatasossa ja iskunvaimentimen alapää on yhdistetty olka-akseliin kulmavivulla. Näin säästettiin konehuoneesta runsaasti tilaa. Kulmavipu muutti pystysuuntaiset voimat vaakasuuntaisiksi, jolloin iskunvaimennin+jousi-paketti vaimensi renkaisiin kohdistuneet tärinät. Loppujen lopuksi turbiinimoottoria ei kuitenkaan koskaan saatu tuotantoon. Sen korvasivat 4-sylinterinen Rover 2000- sekä ikivihreä Rover 3.5 V8- moottori. Jos jossain satut tällaisen auton näkemään, käy avaamassa konepelti ja vilkaise moottoritilaan - joka näyttää omituisen tyhjältä. Kuva vasemmalla on mallinnus Roverin käyttämästä MacPherson-sovelluksesta.
Ja vielä hiukan MacPhersonin historiaa
General Motorsin Earle S. MacPherson kehitti nimensä mukaisen tuennan vuonna 1947. GM:n autojen suunnittelu oli talouspohjaista; jos joku osa maksoi liikaa tai sitä ei kokeiltu ja testattu, sitä ei myöskään toteutettu. Valtaosa GM:n kehitelmistä seisoivat vuosia tyhjän pantteina hyllyissä, koska niiden toimivuutta ei saatu koskaan todistettua. Earle MacPherson siirtyi töihin Fordille vuonna 1950 ja MacPhersonin kehittämää tuentaa alettiin käyttämään Fordilla jo samana vuonna. Nykyään tuennasta käytetään "McPherson"- ja "MacPherson"-nimikkeitä, jotka ovat molemmat yhtä oikeellisia.
Kahden tukivarren tuentatavat
Seuraavat kolme esimerkkiä ovat kaikki variaatioita samasta tuentatyypistä.
Tapa 1.
Kaksi A-tukivartta. Olka-akseli on tuettu kahdella A-mallisella tukivarrella, ja alatukivarsi joutuu luonnollisesti kovimmalle rasitukselle. Malli on hyvin suunnikastyyppinen, joka antaa olka-akselin liikkua pystysuunnassa. Tätä liikettä tehdessään tapahtuu myös pientä sivuttaissuuntaista liikettä, joka johtuu tukivarsien liikkeestä nivelpisteidensä "ympäri". Tämä sivuttaisliike tunnetaan myös nimellä hierontasäde. Mitä pidemmät tukivarret, sitä suurempi on sivuttainen hankausliike. Renkaissa tapahtuu myös kahta muunlaista liikehdintätyyppiä joustamistapahtuman aikana. Ensimmäisenä ja tärkeimpänä aurauskulma (toe angle) ja toisena, hiukan vähemmän tärkeänä, camber-kulma. Nämä kaksi tekijää vaikuttavat suuresti ajettavuuden ohella esimerkiksi renkaiden kulumiseen.
Tapa 2.
Tästäkin käytetään joskus kahden A-tukivarren nimitystä, vaikkakin alatukivarsi voi olla myös yksittäinen varsi, ei siis A-mallinen. Ainoa oleellinen ero edellä esiteltyyn tuentaan löytyy jousen sijoituksesta, tässä mallissa jousi on nostettu ylätukivarren yläpuolelle pois tukivarsien välistä. Kuormitus kasaantuu iskunvaimentimen kiinnitykseen ja ylätukivarrelle. Alemmasta tukivarresta tulee tässä tapauksessa ohjaava. Tällainen tuenta ei ole kovin yleinen, johtuen lähinnä sen vaatimasta suuresta tilasta.
Monivarsituenta
Tässä on yksi viimeisimmistä useamman tukivarren tuentatavan sovellutuksista. Tällä hetkellä se on käytössä muun muassa Audi A8- ja A4-malleissa. Tuennan perusidea on aivan sama kuin edellisissäkin, mutta normaaleiden ylä- ja alatukivarsien sijasta jokainen varsi on erillinen osa. Erillisillä varsilla on sama kiinnityspiste olka-akselin ylä- ja alapuolella. Erikoisin seikka tässä mallissa on kuitenkin pyörän kääntyessä tapahtuva liike. Olka-akselin kääntyessä pyörän mukana se vääntää myös kaikkia neljää tukivartta mukanaan. Tämä tapahtuma vaatii varsien niveliltä hiukan monimutkaisempaa rakennetta. Autovalmistajien mukaan kyseinen tuenta mahdollistaa entistäkin paremmat pito-ominaisuudet, koska kaikkien nivelten eriaikainen, toisistaan riippumaton liikehdintä tekee jousituksesta erittäin hyvin tienpintaan mukautuvan.
Monivarsituennasta on paljon erilaisia variaatioita ja valmistajasta riippuen nivelten rakenne voi vaihdella, samoin nivelten ja tukivarsien määrä, tukivarsien rakenne jne. Periaate on kuitenkin kaikissa sama. Huomattava ero on, että tässä mallissa jousi on erillään iskunvaimentimesta. Kuvaa klikkaamalla saat näkyviin toisen kuvakulman.
Twin I-Beam -jousitus
Vuonna 1965 esiteltyä Twin I-Beam-jousitustapaa on käytetty käytännössä ainoastaan F-sarjan USA-Fordeissa. Toteutuksen pieni omituisuus piilee I-palkin ja tukivarren yhdistävässä rakenteessa. Ainoastaan tässä mallissa palkki on jaettu kahteen osaan ja sisemmät päät eivät ole auton pohjan keskellä kiinni, vaan risteävät jonkin matkaa. Tukivarret ovat oikeastaan pitkittäistukivarret ja ohjauksen raidetankomekanismi on sijoitettu jousitusrakenteen etupuolelle. Fordin mukaan tällainen jousitustyyppi parantaa auton ajettavuutta silloin, kun autossa on täysi lasti päällä. Tyhjällä autolla tilanne on joka tapauksessa eri.
Poikittainen lehtijousi
Tämä tyyppi yhdistää normaalisti taka-akselilta löydettävän lehtijousituksen kahdella tukivarrella tuettuun jousitukseen. Poikittaista lehtijousta on käytetty esimerkiksi Corvetessa. Akseli rakentuu yhdestä poikittaisesta lehtijousesta, jonka päät kiinnittyvät alempiin tukivarsiin. Jousipakka on kiinnitetty keskeltä autoon. Lehtijousi toimii siis samalla myös etuakselina. Chevrolet väitti rakenteen olleen paras keksintö sitten valmiiksi viipaloidun leivän, mutta asialle on vastaväitteitä monenkin asiantuntijatahon suunnalta. Ei ole koskaan selvinnyt, oliko tämä ratkaisu todellakin ajettavuutta silmälläpitäen tehty, vai oliko kyseessä yksinkertaisesti halvan ratkaisun hakeminen. Joka tapauksessa tällainen ratkaisu on hyvin harvinainen.
Jäykkä akseli lehtijousilla
Tämä jousitustyyppi oli suosittu hyvin pitkään. Se on hyvin yksinkertainen rakenteeltaan ja siten myös halpa tehdä. Kääntöpuolena voitaneen mainita kyseenalainen ajettavuus. Jousipakat kiinnitetään akseliin yleensä U-mallisilla raudoilla ja iskunvaimentimet ovat kiinnitetty suoraan akseliin. Jousipakkojen päät ovat auton pohjassa kiinni, kuten myös iskareiden yläpäät. Ei mikään tyylikkäin ratkaisu, mutta halpa. Yleisesti huonona pidetty ominaisuus on suuri sivuttaisliike.
Jäykkä akseli kierrejousilla
Tämä on muunnos ja paranneltu versio edellisestä. Lehtijousien tilalle on laitettu joko jousi-iskunvaimennin-paketti tai sitten kuvan mukaisesti jousi ja iskunvaimennin erilleen. Lehtijousien poistamisen vuoksi akseli täytyy kuitenkin tukea muulla tavalla sivuttaissuunnassa, ja yleensä se hoidetaan pitkittäisillä tukivarsilla. Tukivarsien toinen pää on kiinni alustassa ja toinen akselissa.
Yhdysheiluri
Esimerkiksi VAG:n etuvetoisissa käytetty taka-akselistorakenne on tällainen. Yhdysheilurissa poikkipalkin päissä on pyörännavat kiinni ja palkki on pitkittäisten varsien avulla kiinni auton korissa. Iskunvaimennin ja jousi on alapäästään kiinni poikkipalkissa ja yläpäästään korissa.
Takaisin Tietopankkiin
|
