Osią samochodu nazywamy zespół elementów połączonych samochodu i jest połączona z ramą lub samonośnym nadwoziem za pomocą elementów sprężystych za­wieszenia. Mosty napędowe (patrz rozdział 14) są osiami, których koła są napędzane. Osie nienapędzane nazywamy ostami nośnymi. W przypadku zależnego zawieszenia kół oś nośna może stanowić wyraźnie wyodrębniony zespół. Najczęściej jest to oś przednia z kołami kie­rowanymi. Przy zawieszeniu niezależnym zadania osi mogą spełniać czopy (połączone z elementami zawieszenia), na których ułożyskowane są piasty kół. Na rys. 15.1 przedstawiono przednią oś nośną samochodu cięża­rowego. Jest to typowe rozwiązanie stosowane w większości samochodów cię­żarowych i autobusów oraz w niektórych starszych typach samochodów osobowych. Oś składa się z belki o przekroju dwuteowym, do której przy­mocowane są resory łączące ją z ramą, oraz ze zwrotnic, połączonych prze­gubowo z belką za pomocą sworzni. Sworznie osadzone są w głowicach sta­nowiących zakończenie belki i w tulejkach brązowych (lub rzadziej w łoży­skach igłowych) wciśniętych w otwory ramion zwrotnicy. Między belką a dolnym ramieniem zwrotnicy umieszczone jest łożysko oporowe przeno­szące siły działające wzdłuż osi sworznia (np. obciążenia statyczne). Na czopach zwrotnic ułożyskowane są piasty kół. Do ramion zwrotnic przykrę­cone są przeguby drążków mechanizmu zwrotniczego, dzięki czemu możli­we jest skręcanie kół na zakręcie. Belka jest wygięta w środkowej części ku dołowi, co umożliwia obniżenie środka ciężkości pojazdu. Jest ona wyposa­żona w dwa symetrycznie rozmieszczone płaskie siodła służące do mocowa­nia resorów. W siodłach wywiercone są otwory do przykręcania obejm reso­rów oraz dla śruby ustalającej resor. Piasty kół są ułożyskowane na czopach zwrotnic w podobny spo­sób jak piasty kół napędzanych. W samochodach ciężarowych stosuje się piasty osadzone na dwóch szeroko rozstawionych łożyskach stożkowych. W samochodach osobowych stosowane są także łożyska kulkowe. Łożyska piast z reguły montuje się z pewnym napięciem wstępnym. Na rys. 15.2 przedstawiono rozwiązanie konstrukcyjne typowej osi przedniej lekkiego samochodu ciężarowego oraz sposób ułożyskowania piast. Tylne sztywne osie spotyka się bardzo rzadko. Wynika to stąd, że napęd tylko na przednią oś stosowany jest niemal wyłącznie w małych samochodach osobowych. Samochody takie mają najczęściej niezależne za­wieszenie tylnych kół. Przykładem konstrukcji tylnej sztywnej osi nośnej jest rozwiązanie zastosowane w samochodach FSO Syrena. Ponieważ tylne koła nie są kierowane, oś taka nie ma oczywiście zwrotnic i jest wykonana jako jednolita belka, na której końcach osadzone są na łożyskach koła. W przypadku zawieszeń niezależnych piasty kół ułożyskowane są na czopach zwrotnic połączonych sworzniami z elementami zawieszenia albo — jeżeli są to koła niekierowane — piasty ułożyskowane są na czopach po­łączonych w sposób sztywny z elementami zawieszenia. Rodzaje zawieszeń niezależnych zostaną omówione w następnym rozdziale. Na rys. 15.3 przedstawiono przykładowo sposób ułożyskowania piasty tylnego koła w samochodzie FIAT 128, z niezależnym zawieszeniem kół i napędem na koła przednie. Na rys. 16.28 przedstawiono sposób osadzenia piasty na czopie zwrotnicy w przednim niezależnym zawieszeniu samochodu osobowego FSO Warszawa. Zwrotnica połączona jest sworzniem z łącznikiem wahaczy. Spo­sób ułożyskowania piasty na czopie zwrotnicy jest taki sam jak w przypadku sztywnej osi przedniej. Belkę osi nośnej oblicza się w podobny sposób jak pochwę mostu napędowego, należy przy tym tylko pamiętać, że nie działają na nią siły wy­wołane przekazywaniem napędu. Obliczeń dokonuje się dla dwóch przypad­ków obciążenia — maksymalną siłą hamowania oraz maksymalną siłą po­przeczną. W obydwu przypadkach na belkę działają jednocześnie siły wywo­łane obciążeniem statycznym. Te same siły uwzględnia się także przy obli­czaniu naprężeń w czopie zwrotnicy oraz w sworzniach. Sworznie oblicza się na zginanie, naciski jednostkowe oraz na ścinanie. Materiały stosowane na belkę osi powinny być kowalne, odzna­czać się dużą wytrzymałością na rozciąganie oraz dobrą udarnością. Zwykle stosuje się stale o zawartości węgla 0,3-^0,45% — np. stal 40H — podda­wane obróbce cieplnej. Podobne materiały stosuje się na zwrotnice. Sworz­nie wykonuje się ze stali stopowych, najczęściej chromoniklowych, o zawar­tości węgla 0,18^-0,22%, poddawanych nawęglaniu. Twardość powierzchnio­wa sworzni powinna wynosić ok. 58 HRC. Zawieszeniem samochodu nazywamy zespół dementow sprężystych oraz wiążących je łączników, łączący osie lub poszczególne koła samochodu z ramą albo wprost z nadwoziem Cel i istota pracy pojazdu. Zadaniem zawieszenia jest zawieszenia łagodzenie wstrząsów wywołanych nierównościami nawierzchni, po której porusza się samochód, w celu zapewnienia maksymalnego komfortu jazdy przewożonym osobom oraz ochrony ładunków przed wstrząsami i szkodliwymi drganiami. Zabezpie­czenie przed zbył: silnymi wstrząsami ma także istotny wpływ na trwałość mechanizmów samochodu. Połączenie osi lub kół z pozostałymi zespołami za pomocą łączni­ków sprężystych sprawia, że wszystkie masy pojazdu można podzielić na dwie grupy: masy nieresorowane, podlegające bezpośrednio działaniu wstrzą­sów wywołanych nierównościami drogi — są to koła, bębny hamulcowe, osie itp.; masy resorowane, jak rama, silnik, nadwozie i inne, których ruch jest znacznie bardziej płynny wskutek izolującego działa­nia zawieszenia. Masy nieresorowane, wbrew przyjętej nazwie, nie podlegają wszystkim ruchom dokładnie tak, jakby to wynikało z napotykanych nierów­ności drogi. Duże znaczenie ma tu bowiem sprężystość ogumienia kół, łago­dząca w pewnym stopniu uderzenia wywołane przejeżdżaniem przez nierów­ności. Ogumienie spełnia takie zadanie w stosunku do mas nieresorowanych, jakie spełnia zawieszenie w stosunku do mas resorowanych. Podczas przejeżdżania przez przeszkodę, np. kamień, w pierwszej kolejności ugięciu podlega ogumienie koła, co łagodzi uderzenie działające na masę nieresorowaną. Ruch tej masy powoduje ugięcie zawieszenia i po­jawienie się sił sprężystości wywołanych ściśnięciem elementów sprężystych, znajdujących się między masą nieresorowaną i masą resorowaną. Siły te powodują dopiero przemieszczenie masy resorowanej. Dzięki pracy zawie­szenia samochodu zmiana położenia masy resorowanej odbywa się w sposób płynny, mimo że impuls wywołany najazdem na przeszkodę działa na pojazd w sposób gwałtowny. Zastosowanie miękkiego, sprężystego zawieszenia sprawiło, że niezależnie od złagodzenia bezpośredniego wpływu uderzeń pochodzących od nierówności drogi, samochód stał się układem podatnym na powstawanie drgań. Drgania te mogą być wywołane nierównościami drogi, podmuchami wiatru, siłami bezwładności itp. Wiąże się to z powstawaniem obciążeń dy­namicznych elementów nośnych, sumujących się z obciążeniami statycznymi pochodzącymi od ciężaru pojazdu. W przypadku niewłaściwego doboru własności zawieszenia (sztyw­ność elementów sprężystych, ich rozmieszczenie itp.) powstające drgania wpływają niekorzystnie na komfort jazdy, stateczność ruchu, a także na trwa­łość niektórych zespołów. Dlatego konstruując zawieszenie należy dokładnie zbadać wpływ jego własności na mechanikę ruchu poszczególnych mas. Zja­wiska te analizuje się, posługując się ogólnymi prawami teorii drgań. Szczegółowa analiza drgań pojazdu jest zagadnieniem bardzo trudnym. Pewne praktyczne wnioski dotyczące konstrukcji zawieszenia można jednak wyciągnąć na podstawie analizy ruchu znacznie uproszczo­nych modeli. Z punktu widzenia teorii drgań pojazd jest układem masowo--sprężystym, w którym różnego rodzaju wymuszenia (działające chwilowo lub przez pewien okres) wywołują drgania wokół położenia równowagi sta­tycznej. Drgania każdej masy pojazdu można rozłożyć na sześć składowych ruchów: przesunięcia wzdłuż osi x, y i z oraz obroty wokół tych trzech osi (rys. 16.1). Tych sześć składowych ruchów, jakie może wykonywać każda masa, nazywamy sześcioma stopniami swobody. Badając zawieszenie pojazdu nie wszystkie jego drgania interesują nas w równym stopniu. Najistotniejszy dla oceny zawieszenia jest ruch pio­nowy masy uresorowanej w kierunku osi z oraz jej obrót wokół osi y (koły­sanie podłużne). Ruchy w kierunku osi y, wokół osi x (kołysanie poprzeczne) oraz wokół osi z (zarzucanie pojazdu), a także niektóre drgania mas nieresorowanych, są istotne przy badaniu stateczności pojazdu. Ruch pionowy (w kierunku osi z) można analizować posługując się modelem uproszczonym (rys. 16.2) o jednym stopniu swobody. Model taki składa się z masy m równej masie samochodu i sprę­żyny, której sztywność *) c jest równa sztywności całego zawiesze­nia (wraz ze sztywnością opon). Przedstawiony model może w na­stępstwie jednorazowego chwilowe­go wymuszenia wykonywać drgania własne, o częstości ściśle określonej jego parametrami dynamicznymi (m i c) lub może drgać z częstością wy­muszenia, jeżeli jest ono cykliczne. W takim przypadku mówimy o drga­niach wymuszonych. Jeżeli wymuszenie drgań jest jednorazowe, wówczas powoduje ono drgania własne układu o częstości co/ równej Korzystając z definicji sztywności można napisać zależność gdzie przez fJt oznaczono statyczne ugięcie sprężyny, stanowiące różnicę między długością sprężyny w stanie wolnym a jej długością po przyłożeniu obciążenia statycznego. Podstawiając zależność 16.3 do 16.2 otrzymujemy Wzór 16.4, opisujący zależność między częstością drgań własnych zawieszenia a statyczną strzałką ugięcia resorów, jest bardzo wygodny przy wstępnej analizie konstrukcyjnej zawieszenia. W wyniku badań fizjologicznych stwierdzono, że organizm ludz­ki najlepiej znosi drgania własne zawieszenia samochodu w granicach 1-^-2 Hz. Na podstawie zależności 16.4 można więc określić dopuszczalny zakres sta­tycznych strzałek ugięcia pojazdu przy różnych stanach obciążenia. Pod­czas dokonywania obliczeń należy pamiętać, że częstość