Personbilens axlar

Axeln är den del av fordonet genom vilken två motsatta hjul (höger och vänster) är fästa/upphängda på fordonets bärande struktur.

Axelns historia går tillbaka till tiden för hästdragna vagnar, från vilka axlarna till de första bilarna lånades. Dessa axlar var mycket enkla i design, i huvudsak var hjulen förbundna med en axel, som var roterbart fäst vid ramen utan någon fjädring.

I takt med att kraven på bilar växte, ökade också axlarna. Från enkla styva axlar till bladfjädrar till moderna spiralfjädrar med flera element eller luftbälgar.

Axlarna i moderna bilar är ett relativt komplext struktursystem, vars uppgift är att ge bästa körprestanda och körkomfort. Eftersom deras design är det enda som förbinder bilen med vägen har de också stor inverkan på fordonets aktiva säkerhet.

Axeln förbinder hjulen med chassiramen eller själva karossen. Den överför bilens vikt till hjulen och överför även krafterna från rörelse, bromsning och tröghet. Den ger en exakt och tillräckligt stark styrning av de fästa hjulen.

Axeln är en ofjädrad del av bilen, så konstruktörerna försöker använda den så mycket som möjligt vid tillverkning av lätta legeringar. Delade axlarna består av separata axelaxlar.

Axiell uppdelning

Efter design

• Stela yxor.
• Roterande yxor.

Genom funktion

• Drivaxel - fordonets axel, till vilken motorns vridmoment överförs och vars hjul driver fordonet.
• Driv (driven) axel - en axel på fordonet till vilken motorvridmomentet inte överförs och som endast har en bär- eller styrfunktion.
• En styrd axel är en axel som styr fordonets riktning.

Enligt layouten

• Framaxel.
• mittaxel.
• Bakaxel.

Enligt utformningen av hjullagren

• Beroende (fast) montering – hjulen är förbundna på tvären med en balk (bro). En sådan stel axel uppfattas kinematiskt som en enda kropp, och hjulen samverkar med varandra.
• Noberoende hjulinställning - varje hjul är upphängt separat, hjulen påverkar inte varandra direkt vid fjädring.

Hjulmonteringsfunktion

• Låt hjulet röra sig vertikalt i förhållande till ramen eller kroppen.
• Överför krafter mellan hjul och ram (kropp).
• Under alla omständigheter, håll alla hjul i konstant kontakt med vägen.
• Eliminera oönskade hjulrörelser (växling åt sidan, rulla).
• Aktivera kontroll.
• Aktivera bromsning + bromskraftfångst.
• Slå på överföringen av vridmoment till drivhjulen.
• Ge en bekväm åktur.

axeldesignkrav

Fordonsaxlar är föremål för olika och ofta motstridiga krav. Biltillverkare har olika inställning till dessa krav och väljer vanligtvis en kompromisslösning.

Till exempel. för fordon av lägre klass ligger tyngdpunkten på billig och enkel axelkonstruktion, medan för fordon av högre klass är körkomforten och hjulhanteringen av största vikt.

Generellt sett bör axlarna begränsa överföringen av vibrationer till fordonshytten så mycket som möjligt, ge den mest exakta styr- och hjulkontakten med vägen, tillverknings- och underhållskostnader är viktiga och axeln ska inte i onödan begränsa bagageutrymmet. plats för fordonets besättning eller motor.

• Styvhet och kinematisk klarhet.
• Minimal geometriändring under upphängning.
• Minimalt däckslitage.
• Långt liv.
• Minsta mått och vikt.
• Motstånd mot aggressiva miljöer.
• Låga drifts- och produktionskostnader.

Getingdetaljer

• Däck.
• Skivhjul.
• Navlager.
• Hjulupphängning.
• Hängande förvaring.
• Spänning.
• Dämpning.
• Stabilisering.

Beroende hjulupphängning

stel axel

Strukturellt sett är detta en väldigt enkel (utan tappar och gångjärn) och billig bro. Typen tillhör den så kallade beroendeupphängningen. Båda hjulen är fast förbundna med varandra, däcket är i kontakt med vägen över hela slitbanebredden och fjädringen ändrar inte hjulbasen eller relativa positionen. Således är det relativa läget för axelhjulen fixerat i alla körsituationer. Men vid en enkelsidig fjädring ändras båda hjulens avvikelse mot vägen.

Den stela axeln drivs av bladfjädrar eller spiralfjädrar. Bladfjädrar är fästa direkt på fordonets kaross eller ram och förutom fjädring ger de även styrning. När det gäller spiralfjädrar är det nödvändigt att använda ytterligare tvärgående såväl som längsgående styrningar, eftersom de praktiskt taget inte överför några tvärgående (längsgående) krafter, till skillnad från bladfjädrar.

På grund av den höga styvheten hos hela axeln används den fortfarande i riktiga stadsjeepar såväl som kommersiella fordon (förbrukningsvaror, pickupbilar). En annan fördel är däckets kontakt med vägen över hela slitbanans bredd och ett konstant hjulspår.

Nackdelarna med en stel axel inkluderar en stor ofjädrad massa, som inkluderar vikten av axelaxeln, transmission (vid en driven axel), hjul, bromsar och, delvis, vikten av anslutningsaxeln, styrspakar, fjädrar. och dämpningselement. Som ett resultat minskar komforten på ojämnt underlag och prestandan försämras vid snabbare körning. Hjulstyrningen är också mindre exakt än med oberoende fjädring.

En annan nackdel är det höga utrymmesbehovet för axelrörelser (fjädring), vilket resulterar i en högre struktur samt en högre tyngdpunkt på fordonet. När det gäller drivaxlar överförs stötarna till de roterande delarna som ingår i axeln.

Den stela axeln kan användas som både framhjulsdrift och drivaxel eller både driv- och drivaxel bak.

Styv axeldesign

Enkel broaxel upphängd på bladfjädrar

• Enkel konstruktion.
• Fjädern uppfattar längsgående och tvärgående spänningar (för stora fjädrar).
• Stor intern dämpning (friktion).
• Enkel installation.
• Hög lastkapacitet.
• Stor vikt och längd på fjädern.
• Låga driftskostnader.
• Komplexa laster under övergående drift av fordonet.
• Under upphängningen utsätts brobron för vridning.
• För en bekväm åktur krävs en låg fjäderhastighet - du behöver långa bladfjädrar + sidoflexibilitet och sidostabilisering.
• För att avlasta dragspänningar vid inbromsning och acceleration kan bladfjädern kompletteras med längsgående stänger.
• Bladfjädrar kompletteras med stötdämpare.
• För progressiva egenskaper hos fjädern kompletteras den med ytterligare blad (stegförändring i styvhet vid hög belastning) - boggier.
• Denna typ av axel används sällan för upphängning av personbilar och lätta nyttofordon.

Panar bar 

För att förbättra bilens körprestanda och stabilitet är det nödvändigt att den stela axeln är så kallad orienterad både i tvärriktningen och i längdriktningen.

Numera ersätter de mer vanligt använda spiralfjädrarna de tidigare använda bladfjädrarna, vars viktig funktion förutom fjädring också styrde axeln. Men spiralfjädrar har inte denna funktion (de överför nästan inga styrkrafter).

I tvärriktningen används Panhard stav eller Watts linje för att styra axeln.

I fallet med Panhard-stången är detta dragbenet som förbinder broaxeln med fordonets ram eller kaross. Nackdelen med denna design är den laterala förskjutningen av axeln i förhållande till fordonet under fjädring, vilket leder till en försämring av körkomforten. Denna nackdel kan i stort sett elimineras genom den längsta möjliga designen och, om möjligt, den horisontella monteringen av Panhard-staven.

                                                   

watt linje

Wattlinjen är den mekanism som används för att korsa den bakre stela axeln. Den är uppkallad efter sin uppfinnare James Watt.

De övre och nedre armarna måste vara lika långa och axelbryggan rör sig vinkelrätt mot vägen. Vid styrning av en stel axel är mitten av ledelementet på styrningen monterad på axelbryggan och ansluten med spakar till fordonets kaross eller ram.

Denna koppling ger en styv sidoriktning till axeln, samtidigt som man eliminerar den sidorörelse som uppstår vid upphängning vid användning av Panhard-stången.

Längdaxelstyrning

Watts lina och Panhards stång stabiliserar endast axeln i sidled, och ytterligare styrning behövs för att överföra längsgående krafter. För detta används enkla släpande armar. I praktiken används oftast följande lösningar:

• Ett par släpande armar är den enklaste typen, som i huvudsak ersätter den lamellära läppguiden.
• Fyra bakarmar - till skillnad från ett par armar, i denna design bibehålls parallelliteten hos axeln under upphängningen. Nackdelen är dock något mer vikt och en mer komplex design.
• Det tredje alternativet är att driva axeln med två längsgående och två lutande spakar. I det här fallet tillåter det andra paret lutande armar också absorption av sidokrafter, vilket eliminerar behovet av ytterligare sidostyrning genom Panhard-stången eller Watts raka linje.

Stel axel med 1 tvärgående och 4 släpande armar

• 4 bakarmar styr axeln i längdriktningen.
• Den tvärgående armen (Panhard-stång) stabiliserar axeln i tvärriktningen.
• Systemet är kinematiskt utformat för att använda kulleder och gummilager.
• När överarmarna är placerade bakom axeln utsätts armarna för dragpåkänning vid inbromsning.

Stel axel De-Dion

Denna axel användes första gången av greve De Dion 1896 och har sedan dess hittat in i bakaxeln på bilar och sportbilar.

Denna axel tar på sig några av egenskaperna hos en stel axel, i synnerhet styvheten och säker anslutning av axelhjulen. Hjulen är förbundna med en stel axel som styrs av en rak Watt-linje eller en Panhard-stång som absorberar sidokrafter. Den längsgående axelstyrningen är fixerad med ett par lutande spakar. Till skillnad från en stel axel är transmissionen monterad på fordonets kaross eller ram och kraften överförs till hjulen via kraftuttag med variabel längd.

Tack vare denna design reduceras ofjädrad vikt avsevärt. Med denna typ av axel kan skivbromsar placeras direkt på transmissionen, vilket ytterligare minskar vikten på de ofjädrade massorna. För närvarande används inte längre denna typ av medicin, möjligheten att se den till exempel på Alfa Romeo 75.

• Minskar storleken på de ofjädrade massorna på den stela drivaxeln.
• Växellåda + differential (bromsar) monterad på karossen.
• Endast en liten förbättring av körkomforten jämfört med en stel axel.
• Lösningen är dyrare än andra metoder.
• Tvär- och longitudinell stabilisering utförs med hjälp av ett wattkoppel (Panhard-stav), en stabilisator (tvärstabilisering) och bakarmar (längdstabilisering).
• Kräver axiellt förskjutna kraftuttag.

Oberoende hjulupphängning

• Förbättrad komfort och körprestanda.
• Mindre vikt på ofjädrade delar (växellåda och differential är inte en del av axeln).
• Det finns tillräckligt med utrymme mellan förvaringsfacket för motorn eller andra strukturella delar av bilen.
• Som regel mer komplex konstruktion, dyrare produktion.
• Mindre tillförlitlighet och snabbare slitage.
• Inte lämplig för tung terräng.

Trapetsformad axel

Den trapetsformade axeln bildas av de övre och nedre tvärgående triangulära spakarna, som bildar en trapets när de projiceras in i ett vertikalt plan. Spakarna är fästa antingen på axeln eller ramen på bilen eller, i vissa fall, på transmissionen.

Den nedre armen är vanligtvis av en mer robust design på grund av överföringen av vertikala och större andel av längsgående/laterala krafter. Även överarmen är mindre av utrymmesskäl, vad gäller framaxel och transmissionslayout.

Spakarna är placerade i tysta gummiblock, fjädrarna är vanligtvis monterade på den nedre spaken. Under upphängningen sker en förändring av hjulens avböjning, konvergens, såväl som hjulbasen, vilket negativt påverkar bilens köregenskaper. För att eliminera detta fenomen är den optimala designen av templen viktig, liksom korrigeringen av geometrin. Därför bör spakarna placeras så parallellt som möjligt så att hjulets tipppunkt är längre bort från hjulet.

Denna lösning minskar hjulavböjning och hjulbyte under fjädring. Nackdelen är emellertid att lutningsaxelns centrum förskjuts till vägens plan, vilket negativt påverkar läget för fordonets lutningsaxel. I praktiken har spakarna olika längd, vilket ändrar vinkeln de bildar när hjulet fjädrar. Den ändrar också positionen för den aktuella hjullutningspunkten och positionen för axellutningens centrum.

En trapetsformad axel med korrekt design och geometri säkerställer mycket bra hjulstyrning och därför mycket goda köregenskaper. Nackdelen är dock den relativt komplexa designen och högre produktionskostnad. Av denna anledning används den för närvarande vanligen i dyrare fordon (mellanklass och high-end eller sportbilar).

Den trapetsformade axeln kan användas som en främre driv- och drivaxel eller som en bakre driv- och drivaxel.

MacPherson-korrigering

Den vanligaste typen av axel med oberoende fjädring är MacPherson (mer vanligen McPherson), uppkallad efter designern Earl Steele MacPherson.

McPherson-axeln är ett derivat av trapetsaxeln där den övre armen är ersatt av en glidskena. Så toppen är mycket mer kompakt, vilket innebär mer utrymme för drivsystemet eller. bålvolym (bakaxel). Den nedre armen är i grunden triangulär till formen och överför, liksom i fallet med en trapetsformad axel, en stor del av de tvärgående och längsgående krafterna.

När det gäller bakaxeln används ibland ett enklare bärarm som överför endast tvärkrafter och kompletteras med en släparm respektive. torsionsstabilisatorarm för överföring av längsgående krafter. De vertikala krafterna skapas av spjället, som dock också måste vara en skjuvkraft av en starkare struktur på grund av belastningen.

På den främre styraxeln ska det övre dämparlagret (kolvstången) kunna rotera. För att förhindra vridning av spiralfjädern under rotation är fjäderns övre ände roterbart monterad med ett rullager. Fjädern är monterad på spjällhuset så att glidstyrningen inte belastas av vertikala krafter och att det inte finns någon överdriven friktion i lagret vid vertikal belastning. Ökad friktion i lagret uppstår dock på grund av laterala och längsgående kraftmoment vid acceleration, inbromsning eller svängning. Detta fenomen elimineras genom en lämplig designlösning, till exempel med ett lutande fjäderstöd, ett gummistöd för det övre stödet, samt en mer robust struktur.

Ett oönskat fenomen är också tendensen till en betydande förändring av hjulens nedböjning under fjädringen, vilket leder till en försämring av köregenskaperna och körkomforten (svängningar, överföring av vibrationer till styrningen, etc.). Av denna anledning görs olika förbättringar och modifieringar för att eliminera detta fenomen.

Fördelen med McPherson-axeln är en enkel och billig design med ett minimalt antal delar. Förutom små och billiga bilar används olika modifieringar av McPherson i mellanklassbilar, främst på grund av förbättrad design, men också genom att sänka produktionskostnaderna överallt.

McPherson-axeln kan användas som en främre driv- och drivaxel eller som en bakre driv- och drivaxel.

Vevaxel

• Vevaxeln bildas av släpande armar med en tvärgående svängaxel (vinkelrätt mot bilens längdplan), som är monterade i gummilager.
• För att minimera krafterna som verkar på armstödet (särskilt minskningen av den vertikala belastningen på armen), överföringen av vibrationer och buller till karossen, placeras fjädrarna så nära som möjligt till kontaktpunkten för däcket med marken. .
• Under upphängningen ändras bara hjulbasen på bilen, hjulens avböjning förblir oförändrad.
• Låga produktions- och driftskostnader.
• Den tar lite plats, och bagageutrymmet kan placeras lågt - lämpligt för kombi och halvkombi.
• Den används främst för att driva bakaxlar och mycket sällan som drivaxel.
• Avböjningsförändringen skapas endast när skrovet lutar.
• Torsionsstänger (PSA) används ofta för upphängning.
• Nackdelen är kurvornas betydande lutning.

Vevaxeln kan användas som en framdriven axel eller som en bakre driven axel.

Länkad vevaxel (vridböjlig vevaxel)

I denna typ av axel är varje hjul upphängt i en bakarm. De släpande armarna är förbundna med en U-profil som fungerar som en sidostabilisator och samtidigt absorberar sidokrafter.

En vevaxel med anslutna spakar är en halvstyv axel ur kinematisk synvinkel, för om tvärbalken flyttades till hjulens centrala axel (utan bakarmar), skulle en sådan upphängning få egenskaperna hos en stel axel.

Axellutningens centrum är detsamma som för en konventionell vevaxel, men centrum för axellutningen är ovanför vägplanet. Axeln beter sig annorlunda även vid hjulupphängning. Med samma fjädring av båda axelhjulen ändras bara fordonets hjulbas, men vid motsatt fjädring eller fjädring av endast ett axelhjul förändras också hjulens nedböjning avsevärt.

Axeln är fäst vid kroppen med metallgummiband. Denna anslutning ger bra axelkontroll när den är korrekt designad.

• Vevaxelns armar är förbundna med en böjstyv och vridmjuk stång (mest U-formad), som fungerar som en stabilisator.
• Detta är övergången mellan en stel och en längsgående vevaxel.
• Vid kommande avstängning ändras avvikelsen.
• Låga produktions- och driftskostnader.
• Den tar lite plats, och bagageutrymmet kan placeras lågt - lämpligt för kombi och halvkombi.
• Enkel montering och demontering.
• Låg vikt av ofjädrade delar.
• Hyfsad åkkvalitet.
• Under upphängningen små förändringar i toe-in och spår.
• Självkontrollerad understyrning.
• Tillåter inte vridning av hjulen - använd endast som en bakre drivaxel.
• Tendens att överstyra på grund av sidokrafter.
• Hög skjuvbelastning på svetsarna som förbinder armarna och torsionsstången i den motsatta fjädern, vilket begränsar den maximala axialbelastningen.
• Mindre stabilitet på ojämna underlag, speciellt i snabba svängar.

En vevaxel med anslutna spakar kan användas som bakdriven axel.

Pendel (vinkel) axel

Kallas även tiltaxel respektive. sned gardin. Axeln är strukturellt lik vevaxeln, men har till skillnad från den en lutande svängningsaxel, vilket leder till självstyrning av axeln under fjädring och effekten av understyrning på fordonet.

Hjulen är fästa på axeln med gaffelspakar och metallgummilager. Under fjädring förändras hjulens spår och avböjning minimalt. Eftersom axeln inte tillåter hjulen att svänga, används den endast som en bakaxel (mest driven). Idag används den inte längre, vi brukade se den i BMW eller Opel bilar.

Flerlänkad axel

Denna typ av axel användes på Nissans första före detta flaggskepp, Maxima QX. Senare fick den mindre Primera och Almera samma bakaxel.

Flerlänksupphängningen förbättrade avsevärt egenskaperna hos den tvärmonterade vridböjliga balken som strukturen är baserad på. Multilink använder alltså en inverterad U-formad stålbalk för att koppla ihop bakhjulen, som är mycket styv vid böjning och å andra sidan relativt flexibel vid svängning. Balken hålls i längdriktningen av ett par relativt lätta styrarmar och vid sina yttre ändar hålls den vertikalt av spiralfjädrar med respektive stötdämpare. även med en speciellt formad vertikal arm framtill.

Men istället för en flexibel Panhard-balk, vanligtvis fäst i ena änden på karossramen och i den andra till axelbryggan, använder axeln ett flerlänkskompositelement av typen Scott-Russell som ger bättre sidostabilitet och hjulkontroll. på vägen.

Scott-Russell mekanism Inkluderar tvärlänk och styrstång. Liksom Panhard-stången förbinder den även länkarmen och den vridningsflexibla balken med karossen. Den har ett tvärgående fäste, vilket gör att du kan göra bakarmar så tunna som möjligt.

Till skillnad från en Panhard-balk, roterar inte ett fordonsstång vid en fast punkt på en vridningsböjlig balk. Den är fäst med hjälp av ett speciellt fodral, styvt vertikalt, men flexibelt på sidan. En kortare styrstång förbinder länkarmen (ungefär halvvägs ner i längden) och torsionsbalken inuti det yttre höljet. När torsionsbalkens axel stiger och faller i förhållande till kroppen fungerar mekanismen som en Panhard-stav.

Men eftersom triangeln i änden av torsionsbalken kan röra sig i sidled relativt balken, hindrar den hela axeln från att röra sig i sidled och har samtidigt lyft som en enkel Panhard-stång.

Bakhjulen rör sig endast vertikalt i förhållande till kroppen, utan skillnad mellan att svänga åt höger eller vänster. Denna anslutning tillåter också mycket liten rörelse mellan rotationscentrum och tyngdpunkten när axeln höjs eller sänks. Även med längre fjädringsväg utformad för vissa modeller för att förbättra komforten. Detta säkerställer att hjulet kommer att stödjas även med betydande fjädring eller skarpare kurvtagning nästan vinkelrätt mot vägen, vilket innebär att bibehålla maximal däckkontakt med vägen.

Multilink-axeln kan användas som en framhjulsdrift, såväl som en drivaxel eller en bakre drivaxel.

Flerlänkad axel - flerlänkad fjädring

• Den ställer in hjulets kinematiska egenskaper optimalt.
• Mer exakt hjulstyrning med minimal förändring av hjulgeometrin.
• Körkomfort och vibrationsdämpande.
• Låg lagerfriktion i dämpningsenheten.
• Ändra designen på ena handen utan att behöva ändra den andra handen.
• Lätt vikt och kompakt – uppbyggt utrymme.
• Den har mindre dimensioner och vikt av upphängningen.
• Högre produktionskostnader.
• Kortare livslängd (särskilt gummilager - tysta block av de mest belastade spakarna)

Flerdelad axel är baserad på trapetsaxeln, men är mer krävande i designen och består av flera delar. Består av enkla längsgående eller triangulära bågar. De är placerade antingen tvärs eller längsgående, i vissa fall även snett (i horisontella och vertikala plan).

En komplex design - spakarnas oberoende gör att du mycket väl kan separera de längsgående, tvärgående och vertikala krafterna som verkar på hjulet. Varje arm är inställd att endast överföra axiella krafter. Längsgående krafter från vägen tas av de främre och främre spakarna. Tvärkrafter uppfattas av tvärgående armar av olika längd.

Finjustering av styvheten i tvärgående, längsgående och vertikala riktningar har också en positiv effekt på körprestanda och körkomfort. Fjädringen och ofta stötdämparen är vanligtvis monterade på en stödjande, ofta tvärgående, arm. Således utsätts denna arm för mer stress jämfört med de andra, vilket innebär en starkare konstruktion eller. olika material (som stål kontra aluminiumlegering).

För att öka styvheten hos flerelementupphängningen används den så kallade underramen - axeln. Axeln är fäst på kroppen med hjälp av metallgummibussningar - tysta block. Beroende på belastningen på ett eller annat hjul (undvikande manöver, kurvtagning) ändras tåvinkeln något.

Stötdämpare belastas endast minimalt med sidospänningar (och därmed ökad friktion), så de kan vara betydligt mindre och monteras direkt i spiralfjädrarna koaxiellt - mot mitten. Fjädringen hänger inte i kritiska situationer, vilket har en positiv effekt på åkkomforten.

På grund av högre tillverkningskostnader används flerdelad axel huvudsakligen i mellanklass- respektive high-end fordon. idrottare.

Enligt biltillverkarna varierar utformningen av själva multilänkaxeln mycket. I allmänhet kan denna upphängning delas upp i enklare (3-spak) och mer komplexa (5 eller fler spakar) fästen.

• Vid en trelänksinstallation är en längsgående och vertikal förskjutning av hjulet möjlig, inklusive rotation runt en vertikal axel, de så kallade 3 frihetsgraderna - använd med främre styrning och bakaxel.
• Med fyrlänksfäste tillåts vertikal hjulrörelse, inklusive rotation runt en vertikal axel, de så kallade 2 frihetsgraderna - använd med främre styrning och bakaxel.
• Vid en femlänksinstallation tillåts endast vertikal rörelse av hjulet, den så kallade 1 frihetsgraden - bättre hjulstyrning, använd endast på bakaxeln.