Constanta arcului a suspensiei unei mașini este forța necesară pentru a comprima arcul suspensiei cu o unitate de lungime. Dacă o sarcină de 500 N comprimă un arc elicoidal cu 10 mm, constanta arcului este de 50 N/mm. Inginerii folosesc acest număr pentru a prezice confortul, rularea caroseriei, capacitatea de încărcare și frecvența suspensiei. Alegerea constantă a arcului potrivită nu înseamnă a face arcul cât mai dur sau cât mai moale posibil; este vorba despre potrivirea ratei arcului la masa vehiculului, utilizarea prevăzută și amortizare.
Definiție și Legea lui Hooke
Un arc de suspensie a mașinii se comportă ca un element elastic liniar în intervalul normal de funcționare. Legea lui Hooke spune că forța este proporțională cu deviația:
F = k x
unde F este forța aplicată, x este deformarea și k este constanta arcului. Pentru un arc de suspensie, k este de obicei exprimat ca newtoni pe milimetru (N/mm) sau newtoni pe metru (N/m). Un N/mm este egal cu 1000 N/m.
Pentru a măsura k, plasați arcul într-un tester de compresie, înregistrați sarcina în două sau mai multe puncte de deformare și împărțiți modificarea sarcinii la modificarea deformarii:
k = (F2 - F1) / (x2 - x1)
- Dacă un arc necesită 1200 N pentru a se comprima de la lungimea liberă la 20 mm și 1800 N pentru a se comprima la 40 mm, atunci k = (1800 - 1200) / (40 - 20) = 30 N/mm.
- Un arc mai moale poate avea o rată de aproape 20 N/mm, în timp ce un arc de performanță poate ajunge la 70 N/mm sau mai mult.
De ce constanta primăverii afectează mersul și manevrarea
Arcurile de suspensie definesc frecvența naturală a masei elastice. Cu un corp rigid de masă m pe o rată a arcului k la un colț, frecvența de rulare este:
f = (1 / 2π) x sqrt(k / m)
Pentru o mașină tipică, frecvența de călătorie este de obicei în jur de 1,0 până la 1,5 Hz. O rată mai mare a arcului crește această frecvență și face ca mașina să se simtă mai fermă; o rată mai mică o scade și face ca mașina să se simtă mai moale.
- O constantă mai mare a arcului: mai puțină rostogolire și înclinare a caroseriei, răspuns mai rapid la direcție, mai multă capacitate de încărcare, dar impacturi mai dure și mai puțină aderență pe asfaltul accidentat.
- Constantă mai scăzută a arcului: deplasare mai lină, contact mai bun cu anvelopa peste denivelări mici, dar mai multă mișcare a corpului și un risc mai mare de atingere a fundului sub sarcină.
- Arcul și amortizorul trebuie să fie potrivite. Un arc de viteză mare cu amortizare slabă poate continua să oscileze după o lovitură.
Masa colțului include masa suspendată, dar nu și componentele nesurate, cum ar fi roțile și brațele de control. De aceea, același arc se simte diferit la o mașină mai grea și la o mașină mai ușoară.
Intervalele constante de primăvară tipice
Nu există o singură constantă corectă a arcului pentru toate mașinile. Designerii de suspensii aleg tarifele în funcție de sarcina pe osie, cursa suspensiei, obiectivele de rigiditate la rulare și calitatea călătoriei.
| Categoria vehiculului | Rata tipică a arcului (N/mm) |
|---|---|
| Mașină ușoară de oraș | 20–28 |
| Sedan de dimensiuni medii | 30–45 |
| SUV / camion ușor | 40–60 |
| Orientat spre performanță / pistă | 50–80 |
Aceste numere reprezintă rata proprie a arcului elicoidal. Rata efectivă la roată poate fi diferită atunci când geometria suspensiei amplifică sau reduce mișcarea arcului.
Rata de primăvară vs. Rata roților
Când un arc este atașat la un braț de comandă sau la bara MacPherson, forța verticală la zona de contact a anvelopei nu este întotdeauna egală cu forța arcului. Raportul dintre cursa arcului și cursa roții se numește raport de mișcare. Rata verticală efectivă la roată este:
viteza roții = viteza arcului x (cursul arcului / cursa roții)²
Dacă arcul se comprimă cu 0,6 mm când roata se mișcă cu 1,0 mm, viteza roții este de numai 0,36 ori viteza arcului. O mașină cu un arc de 40 N/mm ar avea, prin urmare, o rată efectivă a roții de aproximativ 14,4 N/mm la acel colț. Acest calcul este esențial atunci când se compară constantele de arc citate între diferite modele de suspensie.
Cum să alegi constanta de primăvară potrivită
Înainte de a selecta un arc de suspensie de înlocuire sau modificat, definiți sarcina țintă, cursa permisă și frecvența de rulare dorită.
- Începeți cu rata de arc inițială a producătorului și lungimea liberă pentru o înlocuire standard.
- Pentru o aplicație care transportă sarcina, alegeți un arc cu o rată mai mare la înălțimea normală de rulare, nu doar un arc mai lung.
- Pentru o mașină coborâtă, păstrați suficientă cursă de denivelare, astfel încât arcul să nu se lege.
- Verificați caracteristicile de compresie și rebound ale amortizorului; o rată a arcului care este prea departe de setarea amortizorului produce o călătorie aglomerată sau plutitoare.
- Luați în considerare arcurile progresive atunci când doriți un răspuns confortabil la viteză scăzută și o rată mai fermă sub sarcină sau în viraje.
Arcuri de schimb din fabrică
Arcurile de suspensie de înlocuire ale echipamentului original ar trebui să restabilească constanta din fabrică a arcului, lungimea liberă și designul scaunului. O înlocuire OE corectă este fabricată cu un diametru de sârmă, un număr de bobine active și un total de bobine similare cu cea originală.
Arcuri de suspensie de schimb OE pentru mașini și camioane Această listă acoperă arcuri de înlocuire din fabrică, concepute pentru a restabili înălțimea de rulare și rata arcului inițial. Se potrivește proprietarilor care acordă prioritate manevrării și confortului previzibil, fără a modifica geometria suspensiei de stoc a vehiculului. Vizualizare produs → Arcuri modificate si performante
Arcurile modificate ale suspensiei sunt de obicei montate la o înălțime mai mică de rulare și cu o constantă a arcului mai mare pentru a reduce ruloarea caroseriei. Scopul nu este pur și simplu de a face mașina mai rigidă; este de a schimba intervalul de frecvență utilizabil către un răspuns mai bun al direcției și o stabilitate cu prețul unei anumite conformități a cursei.
Arcuri de suspensie pentru mașini de teren și șosea modificate Arcuri îmbunătățite aici vizează o rotire redusă a caroseriei și o înălțime mai mică de rulare, îmbunătățind în același timp răspunsul direcției. Acestea servesc entuziaștilor care acceptă o conformitate mai rigidă pentru o mai bună stabilitate pe trotuar sau pe terenuri dificile de teren. Vizualizare produs → Pentru o comparație detaliată a modelelor liniare și progresive, citiți cum se compară ratele arcurilor liniare și progresive .
Verificarea constantei resortului
Arcurile de suspensie de producție nu sunt definite numai prin lungimea liberă. Un furnizor de încredere măsoară sarcina la înălțimi comprimate specificate și raportează rata arcului în limitele unei toleranțe.
- Instalați arcul pe un tester de compresie calibrat.
- Așezați arcul între plăci plate sau scaune cu arc care se potrivesc cu geometria vehiculului.
- Comprimați arcul la o înălțime de preîncărcare și înregistrați forța.
- Comprimați la o a doua înălțime definită și înregistrați din nou forța.
- Scădeți cele două sarcini și împărțiți la deformare pentru a obține constanta arcului.
Producătorii care urmează procedurile de calitate IATF/TS16949 controlează de obicei rata arcului cu o toleranță de aproximativ ±5% pentru arcuri elicoidale standard de suspensie. Sarcina la o înălțime specificată este adesea un criteriu de acceptare mai practic decât constanta teoretică a arcului în sine.
Zhejiang Zongheng Spring Co., Ltd. aplică această abordare de măsurare în laboratorul său, folosind teste de sarcină, teste de oboseală și echipamente de analiză a materialelor pentru a verifica consistența lotului. Dacă aveți nevoie de arcuri cu o constantă de arc definită, contactați echipa noastră de ingineri cu tipul de vehicul, rata țintă și cerințele de încărcare.
Întrebări frecvente privind constanta arcului suspensiei
Care este o constantă tipică a arcului pentru un arc de suspensie de mașină?
Majoritatea arcurilor elicoidale pentru autoturisme au o rată liniară între 20 și 60 N/mm. Mașinile compacte tind să fie aproape de capătul inferior, în timp ce SUV-urile și mașinile de performanță stau aproape de capătul superior. Valoarea exactă depinde de sarcina pe osie și de designul suspensiei.
O constantă mai mare a arcului este întotdeauna mai rigidă?
Da, pentru un arc liniar. Un k mai mare înseamnă că este necesară mai multă forță pentru fiecare milimetru de deformare. Dar senzația depinde și de raportul de mișcare, de amortizare, de rigiditatea anvelopei și de opririle de lovituri.
Pot măsura constanta arcului fără a scoate arcul?
Nu exact. Arcul trebuie să fie descărcat din mașină sau cel puțin măsurat pe un dinamometru cu suspensie pentru a obține o curbă fiabilă sarcină-deformare. Calculele ratei roților din testele de respingere sunt utile pentru verificare, dar includ influența anvelopelor și bucșilor.
Ce se întâmplă dacă constanta arcului este prea mare?
O rată prea mare reduce consumul de deplasare a suspensiei, transmite mai mult șoc carosabil caroseriei și reduce compatibilitatea anvelopelor pe suprafețele accidentate. De asemenea, poate depăși amortizorul și poate face vehiculul să se simtă slăbit.
Tăierea unui arc elicoidal poate schimba constanta arcului?
Tăierea unei bobine îndepărtează bobinele active și crește viteza arcului, dar modifică și suprafețele de așezare ale arcului și poate crea concentrații de stres. Nu este o modalitate fiabilă de a regla o suspensie și, de obicei, nu este recomandată pentru vehiculele rutiere.
