Framhjulsupphängning Upphängningen, fastsättningen, av framhjulen kan konstrueras efter två olika principer: stel framaxel eller separat hjulupphängning. Stel framaxel, fjädringsrörelse hos det ena hjulet påverkar det andra. Dubbel stel framaxel Dubbla framaxlar kan ta upp ett högre framaxeltryck eftersom trycket fördelas på flera hjul. Denna typ av axel används oftast på anläggningsfordon vars last ger en tyngdpunkt långt fram. Ä ven framkomligheten på löst underlag ökar när trycket fördelas jämnt på två axlar. De båda framaxlarna är identiska med den axel som finns på fordon med en enkel framaxel. Styrningen på den bakre framaxeln utförs med ett länksystem. Hydraulisk hjälpcylinder, ansluten till styrväxeln. förstärker servokraften för andra axeln Bakre framhjul Stel framaxel Stel framaxel är en stark konstruktion och är därför lämplig för lastbilar och andra tunga fordon där det är vanligt med stora belastningar. Framaxeln kan ex. vara upphängd med bladfjädrar i ramen. En fjädringsrörelse hos ett av framhjulen påverkar även det andra hjulet. Hjulspindlarna, där framhjulen är lagrade, sitter fästa med en spindeltapp i framvagnens båda ändar. Spindeltappen är lagrad i spindeltappsbussningar 'Och ett trycklager så att hjulen kan vridas lätt. Hjulnavet är lagrat på hjulspindelns axeltapp med två rullager. Bromstrumma och hjul är fastskruvade på hjulnavet Pitmanarm med fäste för två länkstänger Hjulspindel Axeltapp Dubbla framaxlar kan vara nödvändigt på ex. anläggningsfordon där lasten ger en tyngdpunkt långt fram. Bild Volvo ~ Lastvagnar AB. 134
Hjulspindel Framhjulen är lagrade på hjulspindlarna som vrids kring spindeltapparna. Denna konstruktion gör att det går att vinkla hjulen och därmed att styra fordonet. Tunga lastvagnar har kraftiga hjulspindlar som är lagrade upptill med koniska rullager och nedtill med bussningar. Spindelns lagerspel justeras med justermellanlägg. Beroende på konstruktion placeras mellanlägget mellan den övre tätningsringen och rullagret eller mellan distanshylsan och rullagret. Spindeltappen hålls på plats för att den är konisk och med hjälp aven kronmutter på ovansidan. Spindeltappen är inkapslad och rullagret skyddas mot smuts av ett övre och ett undre skyddslock Upphängning med två länkarmar denna typ av framhjulsupphängning finns två tvärställda triangelformade länkarmar, en undre och en övre. Länkarmarna är lagrade i två hörn i fordonets stomme, i motstående spets sitter en spindelled. Mellan länkarmar och kaross finns fjädrar och stötdämpare som tar upp stötar och ojämnheter från vägbanan. Länkarmarna ska inte bara fungera som hållare för hjulen och överföra krafter till fjädringen. Dessutom måste länkarmarna ta upp påfrestningarna vid bromsning, acceleration och kurvtagning. Länkarmarnas egen form och den geometriska form de tillsammans formar, bestämmer hur hjulen spårar på ojämn vägbana vilket i sin tur inverkar på styrning, väghållning och däckslitage. Övre spindelled Hjulspindel / Hjulspindel ndividuell framhjulsupphängning ndividuell hjulupphängning används på alla personbilar, vilket ger betydligt bättre styregenskaper och åkkomfort än en stel axel. ndividuellt upphängda hjul är anslutna till kaross eller ram genom anordningar, så att det ena sidans fjädringsrörelser inte påverkar den andra sidans hjul. Ofta förenar en krängningshämmare de båda sidornas hjulupphängningar. Den motverkar att karossen kränger i kurvor. Häftiga fjädrings- eller hjulrörelser vid kurvtagning ska så lite som möjligt fortplanta sig till ratten och inverka på styrningen. nte heller får dessa krafter påverka hjulens stadiga rotation så att fordonets kurs påverkas. 'tyänstra bilens övre- och undre länkarmar är lika långa vilket } Skulle-leda till bia ett orimligt däckslitage. En konstruktion som inte a-;;änas. Den högra bilens övre länkarmar är kortare vilket innebär att spårvidden förblir oförändrad vid fjädring och däckslitaget minimeras. Konstruktionen till höger ger också bättre stabilitet vid kurvtagning. Med en individuell upphängning fjädrar framhjulen var för sig. 135
Fjäderbens- MacPhersonframvagn stället för triangellänkar används ofta ett fjäderben och en undre länkarm kombinerad med en krängningshämmare. Systemet kallas för Mac-Phersonframvagn efter uppfinnaren. Hjulets axeltapp är en del av fjäderbenet. Hela fjäderbenet vrids av styrinrättningen. Högst upp är fjäderbenet lagrat med ett axiallager mot karossen. Den nedre änden är fäst i länkarmen med en spindel- ed. En skruvfjäder sitter runt fjäderbenets övre del. nuti fjäderbenet sitter en teleskopstötdämpare. Denna konstruktion finns på de flesta personbilar. Fördelarna är många: få rörliga delar, relativt billig och bilen blir kursstabil. Krängningshämmare På grund av centrifugalkraften kränger bilen i kurvor, och de yttre fjädrarna belastas mer än de inre. Krängningshämmaren begränsar krängningen. Vridning av dess raka mittparti motverkar krängningar och däckslitage. Krängningshämmaren drar upp högerhjulet så att karossen sänks ~ även på högersidan :------ ~~~ Centrifugalkraften i högersvängen pressar ner karossens vänstra sida och krängningshämmaren vrids Nedre fjäderfäste Gummibuffert Genom att båda hjulen är sammankopplade påverkar ena sidans fjädringsrörelse den andra sidans hjulupphängning. Pressasvänstra sidan ner så sänks även den högra och krängningen minskas. Undre spindelled Reaktionsstag Hjullänkar i bilens längdriktning Med hjullänkarna placerade i fordonets längdriktning varierar avståndet mellan fram- och bakhjulen vid fjädringsrörelserna medan cambervinkeln och spårvidden inte förändras. På bilden sköts fjädringen med torsionsstavar. Övre spindelled Bakhjulsupphängning Bakhjulsupphängningen kan bestå av stel bakaxel med olika typer av fjädring som skruv- eller bladfjädrar. På tyngre fordon används oftast luftfjädring. Både fram- och bakhjulsdrivna fordon kan ha en stel bakaxel. Upphängningen kan också vara sk. individuell upphängning, där varje bakhjuls fjädringsrörelse sker oberoende av det andra bakhjulet. Fjädringen kan vara: skruv- eller bladfjädring, hydrolastic-, gas-, eller torsionsfjädring. Både fram- och bakhjulsdrivna fordon kan ha en individuell bakhjulsupphängning. Torsionsfjäder Nedre spindelled Stel bakaxel, lätta fordon En stel bakaxel på en bakhjulsdriven personbil innehåller slutväxel, differential, drivaxlar och hjulnav. Är fordonet framhjulsdrivet saknas drivning, men bakaxeln kan fortfarande vara stel. Bakaxeln, som är sammankopplad med kardanaxeln, är fäst vid karossen eller ramen på så sätt att den kan röra sig upp och ner i förhållande till karossen, fjädra. Stötdämparna, som motverkar gungningsrörelser, är vanligen hydrauliska av teleskoptyp. 136
~-----------------------------------------------------------------------------------------------------l Fjäder Tvärstag (Panhardstag) Övre länkarm (reaktionsstag, momentstag) ndividuell bakhjulsupphängning, fordon lätta Den individuella upphängningen tillåter varje hjul att fjädra oberoende av det andra hjulet på samma axel. En del av de konstruktioner som används vid individuell framhjulsupphängning förekommer också vid individuell bakhjulsupphängning. MacPhersonupphängning för bakhjul har många likheter med MacPherson framvagnen, förutom att den inte är styrbar. Stel bakaxel för framhjulsdriven personbil Bakaxeln måste också behålla rätt läge, utan att det blir för stora vibrationer och stötar, vid acceleration, inbromsning och kurvtagning. För att hindra axeln att komma i vridsvängning, vid acceleration och inbromsning, har bakaxeln försetts med längsställda sk. reaktionsstag. Ett tvärställt stag, sk. Panhardstag, är i sin ena ände fäst vid karossen eller ramen och i andra änden vid bakaxeln som därmed hindras från att röra sig i sidled. V-svängarmen är bakåtriktad i rät vinkel mot bilens längdriktning.>«. Bakåtriktade svängarmar är en upphängning som gör att hjulen kan fjädra separat utan någon förändring av hjulvinklar eller spårvidd. Här för bakhjulsdrivning Panhardstag Stel bakaxel med bladfjäd ring för lätt fordon ex. lätt lastbil Stötdämpare Så här kan en bakhjulsupphängning med individuella rörelser se ut för en framhjulsdriven personbil. princip är det ingen större skillnad på konstruktionen med och utan drivning. Stel bakaxel för ett lättare fordon med skruvfjädring Bakhjulsupphängning tunga fordon Förutom det som beskrivits ovan för lättare fordon måste upphängningen av bakhjulen på tunga fordon tåla betydligt större krafter, påfrestningar. Utseendet på bakvagnen varierar mycket beroende på vilket användningsområde fordonet är byggt för. När bakvagnen är utrustad med en bakaxel, kalllas den enkelaxlad bakvagn. Det andra alternativet benämns boggi och består av två eller flera bakaxlar Boggin kan vara utrustad med två drivande bakaxlar sk. 6x4 (sex hjul, fyra drivande) eller med en 137
drivande bakaxel och en medrullande löpaxel sk. 6x2 (sex hjul, två drivande). Det förekommer även boggikombinationer med två medrullande löpaxlar, vilka då är placerade framför och bakom drivaxeln. Vissa medrullande löpaxlar kan höjas och sänkas med hjälp aven lyftanordning. Bakvagnen kan utrustas med antingen luftfjädring eller bladfjädring. Vilken typ av fjädring som väljs beror på vilket användningsområde fordonet är avsett för och vilka egenskaper som ägaren föredrar. Både de svenska och engelska benämningarna används i branschen. Andra vinklar som mäts och justeras är: styrradie (negativ eller positiv), trustvinkel och set back. Hjulvinklarna mäts i grader lutning i förhållande till lodlinjen. Undantaget är Toe-in som oftast mäts i millimeter. Hjulvinklar mäts ofta i noggrannare mått än hela grader. Hjullutning, Camber Med Camber menas hjulens lutning utåt eller inåt i förhållande till lodlinjen. Hjullutningen räknas som positiv om hjulets överkant lutar utåt och negativ om hjulets överkant lutar inåt. Moderna personbilar har oftast cambervinkel nära O grader eftersom dagens breda lågprofildäck kräver det. Vid negativ Camber blir väggreppet bättre eftersom hjulen kommer att stå vertikalt när bilen kränger. Tävlingsbilar har ofta negativ Camber. Lodlinje ---.:., Camber~: :. ' ' ' ' Hjulvinklar - hjulinställning För att fordonet ska få så bra styregenskaper som möjligt och minsta möjliga däckslitage, måste alla hjulvinklarna vara korrekta. När man talar om hjulinställning på fordon har man tidigare menat framhjulens vinklar. På senare år har man insett att man måste ta hänsyn till fordonets alla hjul. På personbilar görs en fyrhjulsmätning, på lastbilar mäter man alla hjul. Oavsett vilka fordon och hjul som mäts är det vissa vinklar som är viktiga: Hjullutning (Camber) Spindeltappslutning (King Pin nclination-kp) Axellutning (Caster) Skränkning (Toe-in) Kurvtagningsvinkel (Toe-out) 138 Positiv Camber medför bättre vägkänsla i ratten. Vid extremt felaktig Camber slits däcken snett. Spindeltappslutning, nclination KP King Pin Med KP menades ursprungligen spindeltappens lutning. Eftersom personbilar i dag saknar spindeltapp motsvaras KP av vinkeln mellan lodlinjen och en linje genom fjäderbenet eller övre och undre spindel- ed, sett framifrån., '
Axellutning, (aster Castervinkeln är vinkeln mellan lodlinjen och en linje som går genom centrum på fjäderbenet, eller övre och undre spindelled, sett från sidan. Castervinkeln kan aldrig vara negativ, om du tänker på hjulen på kundvagnen i snabbköpet så vrider de sig alltid så att de ligger efter vridningscentrum. Caster gör att hjulen strävar rakt fram och underlättar på så sätt styrningen. En stor positiv Castervinkel innebär snabb och effektiv rattåtergång efter kurvtagning och gör fordonet kurs stabilt. Men gör samtidigt att styrningen blir tung, oftast har ett sådant fordon servostyrning. Liten positiv Caster gör att fordonet upplevs som lättstyrt men instabilt. Lodlinje ~- Färdriktning Att en cykel har positiv easter märks om man släpper styret när man kör rakt fram. ; easter Hjulets centrum : Lodlinje Bakhjulsdrivna bilar har normalt positiv Toe-in. Detta motverkar hjulens tendens att vrida sig utåt när bakhjulen skjuter bilen framför sig. Framhjulsdrivna bilar har ibland negativ Toe-in, vilket motverkar hjulens inåtvridning när framhjulen drar bilen framåt. Toe-in kan mätas som en vinkel Kurvtagningsvinkel, oe out Negativ ~==-~~.=.~~ ~----~ Fl '*A eller som skillnaden mellan måtten A och B i mm. Vid kurvtagning måste det inre hjulet vridas mer än det yttre. Styrarmarnas utformning bestämmer hur stor skillnaden blir. Vid mätning utgår man från att om ytterhjulets vridning är 20, då ska innerhjulets vridningsvinkel vara 21-23. Nedre spindelled fjäderns vridningspunkt 21-2300' Positiv easter. Hjulets centrum ligger efter hjulets vridningspunkt. Negativ easter. Hjulets centrum ligger före hjulets vridningspunkt. OBShjulupphängningen konstrueras aldrig så här. Skränkning, loe-in Vid positiv Toe-in pekar hjulens främre del snett inåt. Toe-in kan antingen mätas som en vinkel eller som en måttskillnad mellan hjulens fram- och bakkant. Rätt Toe-in ger vägkänsla i ratten och bidrar till riktningsstabiliteten. Det är viktigt att vinkeln är lika på båda hjulen. Toe-in är justerbart på alla bilar, vinkeln justeras genom att man kortar eller förlänger styrstagen. Felaktig Toe- in ger vibrationer som medför ökat däckslitage. Däcket kanar mot vägen. Kurvtagnings- <, - vinkel,a B Kurvtagningsvinkeln, innerhjulet vrids mer än ytterhjulet vid kurvtagning. / / J J J 139
Hjulinställning för dubbla framaxlar För att inget onödigt däckslitage ska uppstå är det viktigt att båda framaxlarna har rätt kurvvinklar. Det innebär att de inre hjulen måste vridas mer än de yttre. Alla framhjulen ska rulla i cirkelbanor med samma centrum. Eftersom den bakre framaxeln ligger närmare bakaxlarnas centrurnlinje, blir kurvvinklama mindre på denna axel. Genom noggrann beräkning av längd och fästpunkter på pitmanarm och mellanstyrarm anpassas kurvvinklarna mellan framaxlarna. Thrustvinkel och Set back Vid hjulinställning (fyrhjulsmätning) är det viktigt att man utgår från bakvagnen och använder sig av bilens geometriska mittlinje. Thrustvinkel Bakhjulen förskjutna i förhållande till den geometriska mittlinjen. ' Alla hjulen ska rulla i en cirkelbana med samma centrum. ~ k~ ~: r ~~ ~, r J ~ Styrradie Är ett avstånd, mätt på vägbanan, mellan hjulets vridningsaxel och hjulets centrumlinje. Vid negativ styrradie vrider sig hjulet inåt vid inbromsning. Detta motverkar bilens sneddragning när t.ex. bara ena framhjulet driver eller vid bromsning på isfläckar. Vid positiv styrradie vrider sig hjulet utåt vid bromsning. Skulle ena framhjulet bromsa hårdare eller om ena framhjulet får punktering, vrider sig detta hjul utåt och strävar efter att dra hela bilen åt detta håll. Vilket naturligtvis kan vara farligt. ~ Hjulaxlarnas mitt är förskjuten i förhållande till varandra. Set back Vid fyrhjulsmätning fästs en mätanordning på varje hjul. Med hjälp av laserstrålar mellan instrumenten kan hjulvinklarna mätas. Framhjulen är förskjutna i förhållande till den geometriska mittlinjen. En skillnad i eastervinkel mellan höger och vänster hjul ger Set back. Set-back fram Set-back bak När någon av hjulaxlarnas axiella linje är vriden i förhållande till en linje som ligger rakt i bilens riktning, symmetrilinjen, då finns en Set-back. Negativ styrradie, Positiv styrradie 140
o Atgärder före hjulinställning nnan man mäter och justerar hjulvinklar ska man kontrollera och ev. åtgärda följande: o Ovanligt stor last i fordonet o Rätt lufttryck i däcken o Däckslitage, framdäcken bör ha ung. samma förslitning o Brustna fjädrar o Skadad styrväxel o Glapp i styrleder o Skada eller glapp i fjäderbenslagring (MacPhearson framvagn) o Glapp i spindelleder eller länkarmslagringar o Glapp i framhjulslager Över- och understyrning Vid kurvtagning drar centrifugalkraften fordonet utåt. Man säger att fordonet är understyrt när man måste vrida hjulen mera ju högre hastighet man har. Om farten är för hög kommer fordonet att gå i diket med fronten före. Ett överstyrt fordon däremot svänger av sig själv, allt snävare ju högre hastigheten är. Man måste minska rattutslaget när fordonet kommer in i en kurva. Om föraren inte parerar med ratten kommer fordonet att sladda runt. Det bästa ur trafiksäkerhetssynpunkt är ett neutralstyrt eller måttligt understyrt fordon. Detta uppnås genom en bra viktfördelning mellan bak-och framaxel. Observera att ett fordons styregenskaper kan ändra sig oerhört mycket när det lastas eller när lufttrycket i däcken ändras. Styrinrättning Styrningen ska kännas lätt och säker. Framhjulen ska ha en tendens att själv gå tillbaka till rakt fram läge efter en sväng. Stötar och ojämnheter får inte fortplantas från vägbanan till ratten, men föraren ska ändå ha känslan av kontakt med vägen. Styrväxeln överför kraften från rattvridningen till framhjulen. Det finns två olika huvudtyper av styrväxlar. På lastbilar och andra tyngre fordon är skruvväxel med kulmutter vanligast. På personbilar används oftast kuggstångsväxel. Kuggstå ngsväxel Kuggstångsväxeln har fördelen att den tar liten plats, ger direkt gensvar, god vägkänsla och har få leder. Nackdelen kan vara att stötar och ojämnheter känns upp i ratten. Ä ven en liten obalans i hjulen känns tydligt med denna typ av styrväxel. Kuggstång Rattstång Justerkolv. Kugghjul Fjäder På rattstångens nedre ände sitter ett litet kugghjul som står i ingrepp med en kuggstång. Kuggstången har förbindelse med styrarmarna och hjulen. När ratten, och därmed kugghjulet, vrids skjuts kuggstången i sidled och hjulen vrids. Styrväxel med skruv Rattrörelserna överförs via skruvväxeln till en sidrörelse hos den sk. pitmanarmen. Styrstag överför sedan rörelsen till hjulen. Utväxlingsförhållandet mellan rattstång och styraxel är 15: 1-20: 1 på personbilar och på lastbilar kan det vara upp till 50: 1. Genom det höga utväxlingsförhållandet behövs inte så stor kraft för att vrida ratten. nre styrled Bilens tyngdpunkt långt bak. Bilens tyngdpunkt långt fram. Styrväxel med kulmutter, rattstångens skruv flyttar kulmuttern som via en kuggväxel vrider pitmanarmen. Fäste för pitmanarm 141
Detta system har fler leder och stag än kuggstångsstyrningen. Risken för glapp i styrningen ökar, vilket ger sämre styrrespons. Däremot känns inte obalans och stötar från hjulen lika tydligt. Parallellstag Servostyrningen arbetar med hydraulvätska som trycksätts aven hydraulpump. Pumpen drivs via rem av fordonets motor eller aven elmo tor. Servostyrningen fungerar inte med stillastående motor, vilket kan vara ett problem vid bogsering. Bilen blir då oerhört tungstyrd utan servohjälpen. Styrstag Pitmanarm Spindel Oljebehållare Kylare för oljan i styrservon Principskiss av styrinrättningen hos en tung lastbil. lastbilens styrinrättning, ett exempel Rattens rörelse överförs via övre och nedre rattaxel till styrväxeln som är av kulmuttertyp med servo. Styrservons uppgift är att förstärka rattrörelsen så att lastvagnen blir lättare att styra. Servopumpen, som drivs av lastvagnens motor, ger hydraultryck till servons hydraulsystem. På styrväxeln sitter pitmanarmen som för rattrörelsen vidare tilllänkstången och den övre styrarmen. Från styrarmen överförs rörelsen vidare till hjulspindeln varvid hjulet vrider sig. Hjulspindeln är försedd med en.nedre styrarm som överför rörelsen via ett parallellstag till den andra sidans hjulspindel. Exempel på hur styrinrättningen konstruerad. Hjulspindel på en tung lastbil kan vara Servopumpen drivs oftast mekaniskt av motorn via en rem. Pumpen ger ett hydraultryck till styrventilen. När föraren vrider ratten styr styrventilen ut ett tryck till styrväxeln som hjälper till att vrida hjulparet. Rattlås De flesta fordon är utrustade med ett rattlås. Tidiga rattlås spärrade ratten med en låstapp, men tappen gick att bryta av med en snabb kraftig vridning med ratten. Ä ven i moderna rattlås används en låstapp, men nu går tappen in i ett av spåren på en spårring. Om man försöker vrida ratten kommer en fjäderring att slira mellan rattstång och spårring. Det går inte att styra bilen eftersom det är så tungt att vrida ratten, men den är inte helt låst. Konstruktionen gör att det inte går att knäcka låstappen med våld och stjäla bilen. När nyckeln sätt in i låset och vrids om dras låstappen ur spåret i spårringen. Servostyrning De flesta större personbilar och alla lastbilar är idag utrustade med servoassisterad styrning. Servostyrning ger föraren hjälpkraft vilket underlättar när man ska manövrera fordonet i låga hastigheter ex. vid parkeringsmanövrar. Styrningen kan göras mer direkt, vilket ger bättre vägkänsla. Stötar och obalans förmedlas inte lika mycket upp i ratten. På rattstången sitter fastpressad ring med utfrästa spår. o~låstapp Fjäderring 142