Mówiąc o zawieszeniu w samochodzie, większości z nas do głowy przychodzą sprężyny i amortyzatory. Z reguły potrafimy je nawet odróżnić od siebie, ponieważ wyglądają zupełnie inaczej, ale czy wiemy, który element do czego służy i za co jest odpowiedzialny? Zgadza się, że sprężyna w połączeniu z amortyzatorem, to główne podzespoły zawieszenia samochodowego. Główne, ale nie jedyne. Nie mniej ważne są wahacze, zwrotnice i piasty kół. Jednak dzisiaj skupimy się głównie na sprężynach i ich roli w zawieszeniu, ponieważ czasami ich działanie jest mylone z działaniem amortyzatora.
Działanie sprężyny
Właśnie, co w zasadzie robi sprężyna? Amortyzuje drgania, może tłumi nierówności? Nic z tych rzeczy. Za to wszystko odpowiedzialny jest amortyzator. Po co w takim razie montować sprężynę? Zacznijmy od podziału elementów w zawieszeniu. Możemy wyróżnić elementy prowadzące koło, jak wcześniej wspomniany wahacz i zwrotnica, ponadto są jeszcze elementy magazynujące i rozpraszające energię wymuszenia od nierówności. Czym to się różni? Magazynowanie energii polega na jej fizycznym „zlokalizowaniu” w pewnym miejscu lub układzie, a następnie jej całkowitym odebraniu. Przykładem magazynowania energii może być sprężyna skrętna w zegarku mechanicznym. Najpierw ją nakręcamy, czyli dostarczamy do niej energię, natomiast ona potem nam ją oddaje powodując ruch wskazówek. Rozpraszanie energii jest to proces mający na celu wprowadzenie pewnych strat w układzie tak, aby niemożliwe było odebranie jej całej dostarczonej do układu. Przykładem rozproszenia energii może być upadek szklanego naczynia na twardą podłogę. Naczynie potłucze się, więc energia zostanie rozproszona na zmianę kształtu naczynia. Proces ten jest nieodwracalny.
Tak więc, do której grupy zaliczamysprężynę? Oczywiście do elementów magazynujących energię. Jej praca wygląda następująco: w chwili, gdy koło pojazdu najeżdża na wybój, zwoje sprężyny ulegają ściśnięciu – czyli doprowadzona została energia – następnie zostaje ona oddana na nadwozie w chwili jej samoczynnego powrotu do poprzedniego kształtu. A więc na nadwozie zostanie przekazana cała siła pochodząca od wyboju. Za to, aby ta siła była mniejsza odpowiada amortyzator. W praktyce nie ma jednak elementów idealnych i każda sprężyna delikatnie stłumi działającą na nią siłę i nie odda pełnej energii. Dlaczego? Odpowiedzią jest dość skomplikowane zagadnienie, jakim jest tarcie wewnętrzne w sprężynie, czyli opory ruchu poszczególnych cząsteczek, z których zbudowany jest element. Gdyby nie ta właściwość, naciągnięcie i puszczenie dowolnej sprężyny spowodowałoby jej nieskończone drgania.
Dokładnie na tej samej zasadzie działają resorysamochodowe i drążki skrętne. Resor również jest elementem sprężystym i z definicji nie tłumi on wstrząsów, a drążek skrętny to nic innego, jak sprężyna, tylko działająca na skręcanie, a nie na ściskanie i rozciąganie. Po co jest więc sprężyna w zawieszeniu, skoro przekaże ona całą siłę na nadwozie, a za jej stłumienie odpowiada amortyzator? Nie lepiej zrezygnować z elementów sprężystych i montować tylko tłumiące? Nie jest to możliwe z uwagi na to, że amortyzatorsam nie podniesie się do góry pod obciążeniem. Wytłumi on tylko siłę wymuszenia.
Budowa sprężyny
Sama budowa sprężyny jest bardzo prosta. Jest to element całkowicie odkryty, bez żadnych mechanizmów wewnętrznych. Sprężyna jest zbudowana ze zwijanego na gorąco drutu, który na koniec jest jeszcze poddawany obróbce cieplnej. Najważniejszymi parametrami sprężyn zawieszenia są właściwości samego drutu, ilość zwojów oraz ich zagęszczenie i długość całej sprężyny. Dzięki właśnie tym parametrom możliwy jest dobór odpowiedniej charakterystyki. Wyróżniamy trzy rodzaje: charakterystyka liniowa, czyli najprostsza, siła jest proporcjonalna do ugięcia, charakterystyka progresywna i degresywna. Degresywnej nie stosuje się w samochodach. Najczęściej używa się liniowej lub progresywnej. W przypadku tej ostatniej sprężyna jest nawijana z różną gęstością zwojów, lecz o tej samej średnicy.
Eksploatacja
Z punktu widzenia eksploatacji sprężyna to bardzo dobry wynalazek. Jest elementem bezobsługowym, czyli nie wymaga regularnych kontroli, wymiany płynów lub zapewnienia smarowania. Tak naprawdę jedynym minusem tego elementu zawieszenia jest jego starzenie się i wpływ warunków atmosferycznych powodujących zmiany materiałowe oraz korozję. Dopiero wtedy może dojść do pęknięcia sprężyny. Jednak jej śrubowa budowa, mimo pęknięcia, zapewnia ciągłość pracy. W chwili, gdy któryś zwój pęknie (najczęściej skrajny), pozostałe obsuwają się. Jeśli jest to sprężyna o charakterystyce liniowej – prowadzenie samochodu nie ulegnie zmianie. Jednak jeśli zauważymy, że sprężyna pękła, należy ją wymienić. Objawy pęknięcia to charakterystyczne pukanie przy przyspieszaniu, hamowaniu oraz pokonywaniu nierówności.
Podsumowanie
Sprężyna to jeden z głównych elementów zawieszenia samochodowego. Różni się od amortyzatora zasadą działania, jaką jest sposób przyjmowania energii. Założeniem sprężyny nie jest tłumienie drgań, lecz zapewnienie sprężystości podwozia. Który element jest ważniejszy? Ciężko jednoznacznie odpowiedzieć, ponieważ obecnie zawsze występują one w połączeniu, jednak o ile bez amortyzatorów da się jeździć, o tyle bez sprężyn jest to niemożliwe.
Jakie funkcje pełni sprężyna zawieszenia?