Обрізка пружин на ваз

Обрізка пружінВ Ця стаття містить загальні теоретичні дані та особисті доводи з приводу підбору пружин. В основному в підвісках сучасних легкових автомобілів використовуються гвинтові пружини стиснення про них в основному і піде мова.

Змінюючи пружини на нестандартні, в основному переслідуються кілька цілей:
- підвищити або знизити дорожній просвіт (що викликано необхідністю експлуатації автомобіля в тих чи інших умовах);
- підвищити або знизити жорсткість пружин (знайти компроміс між комфортом і керованістю автомобіля).

Отже, основна технічна характеристика ВАЗ 2101:
- повна маса автомобіля, кг (для спортивної їзди немає сенсу приймати її з заводської інструкції з 4 ма пасажирами і 50 кг в багажнику, має сенс завантажити автомобіль 2 ма пасажирами) - 955 кг + 80 кг +80 кг = 1115 кг;
- маса, яка припадає на передню вісь спорядженого автомобіля - 430 кг;
- маса, яка припадає на задню вісь спорядженого автомобіля - 362 кг;
- циліндричні пружини передньої підвіски:
вільна довжина, мм - 360;
внутрішній діаметр пружини, мм -;
діаметр прутка, мм - 13,13 + 0,05;
кількість витків - 8,83;
довжина під навантаженням 628 кг, мм - 182;
довжина під навантаженням 435 кг, мм (маркування групи А жовтого кольору) -> 232;
- циліндричні пружини задньої підвіски:
діаметр прутка, мм - 12,3 + 0,5;
внутрішній діаметр пружини, мм - 102,7;
кількість робочих (активних) витків - 8;
кількість витків - 10;
довжина пружини без навантаження, мм - 434;
довжина під навантаженням 295 кг, мм (маркування групи А жовтого кольору) -> 273

Найпростіший спосіб знизити дорожній просвіт - вкоротити, обрізавши один або кілька витків, стандартної пружини. Багато хто робить це не замислюючись про наслідки. Виникає питання, що ми отримаємо в результаті? Як вплине обрізані витки на пружно-деформативні властивості пружини? Жорсткість пружини обернено пропорційно кількість активних витків:

де:
G - модуль зсуву, для гарячекатаних пружин: 78500 Н / мм2, для холоднокатаний 81400 Н / мм2;
d - діаметр прутка, мм;
n - кількість активних витків;
D - середній діаметр прутка, мм.

Прорахуємо зменшення робочих витків на 1, 2 для задньої підвіски, для порівняння розрахуємо для стандартної підвіски:

Жорсткість стандартної пружини: С0 = (78500 * 12,34) / (8 * 8 * 102,73) = 25,917 Н / мм;
Жорсткість обрізаної пружини: С1 = (78500 * 12,34) / (8 * 7 * 102,73) = 29,620 Н / мм;
Жорсткість обрізаної пружини: С2 = (78500 * 12,34) / (8 * 6 * 102,73) = 34,557 Н / мм.

Як впливатиме зміна кількості витків на деформацію пружини?

де:
X - деформація пружини, мм;
Р - зовнішня сила, Н;
G - модуль зсуву, для гарячекатаних пружин: 78500 Н / мм2, для холоднокатаний 81400 Н / мм2;
r - радіус дроту, мм;
n - кількість витків;
R - радіус гвинтової осі пружини, мм.

Зробимо розрахунок також для задньої підвіски автомобіля:

Деформація стандартної пружини від навантаження 295 * 9,81 = 2893,95 Н (стандартне навантаження):

X0 = (4 * 2893,95 * 51,353 * 10) / (78500 * 6,154) = 139,573 мм;
Деформація пружини обрізаної на 1 виток:
X1 = (4 * 2893,95 * 51,353 * 9) / (78500 * 6,154) = 125,616 мм;
Деформація пружини обрізаної на 2 витка:
X2 = (4 * 2893,95 * 51,353 * 8) / (78500 * 6,154) = 111,659 мм.

В яких межах у нас виявиться дорожній просвіт?

У разі обрізання витків у нас змінюється не тільки деформація пружини але і її довжина. При укороченні на 1 виток довжина зменшиться на крок витка - 48,22 мм, на два витка - відповідно на два кроки витка - 96,44 мм.

Отже при такому навантаженні і вільної довжині пружини 434 мм ми отримаємо загальну довжину пружини:

Для стандартної пружини - 294,427 мм;
Для обрізаної на один виток - 260,164 мм;
Для обрізаної на два витка - 225,901 мм.

Обрізка пружінПолучено, що змінюючи кількість активних витків, жорсткість системи збільшується тим більше, чим більше видалено витків. Отже укоротив пружину на два витка ми збільшимо її жорсткість на 33% і зменшимо її довжину під навантаженням на 13% по відношенню до стандартної. Якщо вважати, що пружина в задній підвісці стоїть вертикально, то дорожній просвіт зменшиться на величину зміни довжини пружини під навантаженням. Тобто в нашому випадку для задньої підвіски він зменшиться на 68,5 мм. Якщо врахувати, що дорожній просвіт при повному навантаженні до балки заднього моста становить 170 мм, то дорожній просвіт зменшиться на 40%. Проте скорочуючи пружину не варто розраховувати на ресурс, який можна порівняти з стандартної пружиною в зв'язку зрослих напружень на решту витки. Також не слід укорочувати вже були у вжитку пружини, краще купити нові - коштують вони не дорого. Обрізаний кінець пружини слід спирати на чашку нижнього важеля (передня підвіска), моста (задня підвіска), але ніяк не в чашку кузова (якщо чого трапитися поміняти важіль або переварити чашку набагато дешевше, ніж ремонтувати кузов).

Слід сказати, що при стандартних амортизаторах задню пружину можна спокійно обрізати на 1 виток - невеликий преднатяг буде, пружина випадає при повністю вивішеному колесі. Якщо обрізати більше, або ставити більш короткі пружини то прийдеться або шукати амортизатор з більш коротким штоком, або перенести нижче його нижнє кріплення за допомогою виготовлення відповідних кронштейнів.

Ще про що треба знати обрізаючи пружини.

До кінців, крок навивки у них зменшується, утворюючи майданчик для обпирання. Обрізаючи витки цей майданчик зменшується (зростають напруги на чашку) і розташована вона нерівномірно, з деяким ексцентриситетом - е. Тобто в такому разі ми маємо навантаження у вигляді позацентрового стиснення. Пружина вже працює по іншому. Сила F, зміщена щодо осі на величину «e» викличе чистий вигин моментом:

Так як площину дії згинальних пар може не збігатися з жодною з головних площин інерції пружини, то в загальному випадку має місце комбінація поздовжнього стиснення і чистого косого згину. Уявіть собі затиснуту між двома пальцями маленьку пружинку. Її можна просто стискати і розтискати, при цьому буде змінюватися тільки її довжина, але спробуйте стиснути цю ж пружинку наголошуючи в пальці не всю її майданчик, а тільки половину. Пружина буде стискатися за рахунок витоків і також за рахунок викривлення. В такому випадку її характеристики можуть бути зовсім інші.

Обрізавши пружину, щоб забезпечити рівномірне спирання на чашки можна відпустити останній виток. Для цього потрібно нагріти його до 600-650 С (колір гартування коричнево-червоний) і дати охолонути на повітрі. Тут виникає проблема пов'язана з тим, що: потрібно нагрівати до досить високої температури, нагрівати необхідно тільки один виток (місцевий нагрів). До такої температури місцевий нагрів можна забезпечити хіба що газовим пальником і то, ймовірність зіпсувати деталь дуже висока.