Kerekek rugózása

A rugó anyaga lehet acél, gumi, vagy levegő, nagyon ritkán folyadék. Az utóbbi ugyanis csak igen nagy nyomással, igen kis mértékben nyomható össze, ezért közúti járművekben nem, hanem csak nagyon nehéz járművekben (pl. harckocsi) alkalmazzák. A "hidro-" jelző (pl. hidropneumatikus rugózás) ne tévesszen meg senkit, ugyanis ezekben a szerkezetekben a folyadék csak erőátadásra szolgál.

Az acélrugónak három fő típusa van: lap-, tekercs- és torziós rugó. 

A laprugó legfontosabb jellemzője, hogy gyakorlatilag minden irányú erőt és nyomatékot fel tud venni, szemben a tekercsrugóval, ami csak hosszirányú (esetünkben nyomó-) erővel, és a torziós rugóval, ami csak csavaró nyomatékkal terhelhető. Alakját tekintve a legtöbb esetben ún. félelliptikus. Ritkán előfordul ennek a fele (negyedelliptikus). Az alábbi ábra mutatja jellegzetes kialakítását. Középen valamilyen bilinccsel erősítjük a rugózandó elemhez (rajzunkon egy tömör híddal). Mivel általában több lapból áll, szükség van legalább egy helyen körbefogni a lapokat, hogy ne ferdülhessenek el.

A rugóvégek kialakítása nagy változatosságot mutat: függ - többek között - attól, hogy a főlapon kívül tartalmaz-e biztonsági lapot, s attól, hogy milyen a kapcsolódás módja. A biztonsági (második, esetleg harmadik) lapnak, ami a feltámasztás alá nyúlik, a feladata az, hogy a főlap eltörése esetén a jármű ne "üljön le", mert az a jármű további rongálódását idézné elő. Vigyázni kell természetesen arra, hogy a második (harmadik) lap berugózáskor ne feszüljön neki a csapnak, ezért a felhajtása nem - vízszintes irányban - nem simulhat a fölötte lévő rugóhoz.
Az utolsó rajz azt a - ma már nagyon elterjedt - megoldást mutatja, amikor a rugóvég gumiba van ágyazva úgy, hogy az egyik vége mögött levegőpárna van, hogy berugózáskor a rugó ne feszüljön be.

 
 
 
 
 
 
 
 

A torziós rugóknak nincs nagy választéka, de két érdekességet bemutatunk. Az egyikre az jellemző, hogy nem "gömbvas"-szálból van kialakítva, hanem lapokból van összerakva. Olcsó megoldás, azonkívül az az előnye is megvan, hogy mivel a lapok sosem törhetnek el egyszerre, a maradék lapok megtartják a jármű mozgásképességét - ami nem jelenti azt, hogy ne kelljen a rugót minél hamarább megjavítani. A másiknak az az érdekessége, hogy a rugó két  darabból áll,  egy rúdból és egy csőből, aminek a belsejébe van a rúd bedugva. Előnye kettős: egyrészt rövidebb a klasszikus torziós rugónál (ami sok esetben nagy előny!), másrész a nyomaték és a reakció-nyomaték helye egymáshoz közel van, s ezek "rövidrezárása" a kocsitest rövid részét veszi igénybe (ami a méretezés szempontjából előny).

Köztudott, hogy a jármű sajátlengése a jármű (össz)tömegétől és a rugó keménységétől (rugóállandótól) függ. Az ember - sok évezredes fejlődés következtében - legjobban a járására (lépésére) jellemző 1 hertz körüli frekvenciát viseli el. Az ennél lassúbb lengetése tengeri betegséget okoz, a gyorsabb pedig fárasztja. Ezért a járművek rugózását erre a frekvenciára méretezik - lehetőség szerint. Ugyanis a járművek össztömege többé-kevésbé változik a személyek számától, illetve a rakomány tömegétől függően. Ez a változás egyes járműtípusoknál nagyon jelentős lehet (üres-tömött autóbusz, üres-megpakolt teherautó). 

Kívánatos lenne, hogy a rugókeménység együtt nőjjön a jármű össztömegével (progresszív karakterisztika), mert akkor a sajátlengés frekvenciája állandó lenne. 

Az acélrugó karakterisztikája alapvetően lineáris. Mód van azonban arra, hogy a rugó kialakításával, ha nem is progresszív, de azt megközelítő karakterisztikát állítsunk elő. Erre laprugó esetében négy lehetőséget is mutat az alábbi ábra. 

A felső sorban lévő esetekben egy segédrugó (tekercs-, illetve gumirugó) ereje adódik hozzá a fő rugó erejéhez, ha a terhelés növekedése miatt a jármű annyira lesülyed, hogy a tengely hozzáér a segédrugóhoz: attól kezdve két, sorbakötött rugó képezi a hordrugót. A diagramon látható a főrugó és a segédrugó karakterisztikája (1, illetve 2). Amikor a segédrugó is bekapcsolódik a rugózásba, akkor a hordrugó karakterisztikája megtörik, meredekebbé válik (3 - 
kváziprogresszív karakterisztika) . 

Tekercsrugó esetében könnyű progresszív (esetleg ténylegesen progresszív, azaz folyamatosan keményedő) karakterisztikát előállítani. Az alábbi ábrákon három megoldást láthatunk. Az első esetben arról van szó, hogy a tekercs "menetemelkedése" nem egyenletes: összenyomáskor a laposabb menetek fokozatosan felfekszenek, azaz kiválnak a rugózásból, a maradék menetek összenyomására mind nagyobb erőre van szükség. A középső változatban a menetemelkedés állandó, de a huzalvastagság fokozatosan vékonyodik. Itt is az erő hatására mind több menet kikapcsolódik, s fokozatosan a vastagabb szálú menetek vesznek részt a rugózásban. Rajzunk nem mutatja, de az első két megoldást kombinálni is szokták: változó menetemelkedés vékonyodó huzal. Ugyancsak nem mutatja a rajzunk azt a kombinációt, amikor nem hengeralakú, hanem kúpos rugónál alkalmazzuk a változó menetemelkedést vagy a vékonyodó huzalt. A harmadik megoldás előnye, hogy nem kell különleges rugókat gyártani, csak a hagyományos rugókból kétféle keménységűt kell sorbakapcsolni.



Bal oldalon láthatunk néhány forgalomban lévő megoldást.

Természetesen torziós rugókra is megtalálták a kváziprogresszív karakterisztika kialakításának a módját (alábbi ábra). 

Mint látható, itt is két rugó van, ugyanúgy, mint a rövidített változatnál. Lényeges különbség azonban az, hogy itt a cső a főrugó szerepét játsza, a benne helyetfoglaló torziós rugó pedig a segédrugóét. A segédrugó ugyanis csak az egyik (jobb oldali) végén van elcsavarhatatlanul beépítve a csőbe, a másik vége sík lapban végződik, ami a csővég X alakú nyílásában foglal helyet. Ez azt jelenti, hogy a belső rugó csak attól kezdve vesz rész a rugózásban, amikor a cső két vége egymáshoz képpest 90 foknál jobban elcsavarodik. (A szemléletesség érdekében rajzoltunk 90 fokot, a valóságban ennél kisebb elcsavarodásnál kapcsolódik be a segédrugó.) 

 
 

A gumi, mint rugó, viszonylag ritkán kerül alkalmazásra, aminek legfőbb oka a fajlagosan nagy mérete és tömege. A gumit - a közhiedelemmel ellentétben - nem, vagy nagyon ritkán veszik húzásra igénybe (csúzli). 
A bal oldalon háromféle kialakítás látható: tulajdonképpen mindhárom esetben nyírásról van szó. A gumi két fémalkatrészhez van vulkanizálva (sík laphoz, illetve csőhöz). Az első kettő erő, a harmadik nyomaték felvételére képes. 

A középső kialakításnak speciális megoldását mutatja a jobb oldali rajz: az erőátadás folyadék közvetítéssel történik. 

Ennek a rugónak a karakterisztikája nem lineáris: függ a gumi kúposságának a mértékétől, de előfordul az is, hogy az erőt átadó fémhenger nem hengeralakú, hanem lefelé szélesedő kúp. Ebben az esetben a benyomuló fémkúp mind nagyobb felületen nyomja a folyadékot (a gumimembrán rásimul a kúp palástjára). 

Érdekessége ennek a megoldásnak, hogy a benne lévő folyadékot további más célokra is fel lehet használni (magasságállítás, stabilizálás, lengéscsillapítás - ezekről később lesz szó).

Végül a légrugóról annyit, hogy a levegő összeszorításához progresszív erőnövekedés tartozik, ami nagyon kedvező. 

Két fő típusa van: a dugattyús vagy harmónikás ("hurkás"), közvetlen erőátadással működtetett, illetve a folyadékközvetítésű ("hidropneumatikus") légrugó.

A dugattyús légrugóban lévő gumivászon szerepe csak a tömítés: légnemű közeg esetében dugattyúgyűrűt nem lehet alkalmazni. Ugyanakkor a dugattyú kialakításával itt is lehet befolyásolni a karakterisztikát: a henger alakú dugattyú alul kúpban folytatódik, s ez lehetőséget ad arra, hogy a felfelé haladú dugattyúnak mind nagyobb legyen a "hasznos" felülete (a gumitömítés fokozatosan rásimul a kúp palástjára).

A harmónikás légrugó karakterisztikája állandó, illetve csak a benne lévő levegő nyomásától függ. Mint a rajzon is látható, természetesen ezek a légrugók csővezeték segítségével össze vannak kötve olyan szerkezetekkel, melyek meg tudják változtani a légrugóban lévő levegő mennyiségét, illetve nyomását például magasságállítás céljából.

A hidropneumatikus légrugó (alul) két fő részből áll: egy hidraulikus munkahengerből és egy membránnal lezárt légkamrából, melyeket vezeték köt össze. Rövid a "vezeték", ha ez a két rész egymásra, egymás fölé van építve. A különépítés előnye, hogy a munkahengert - kis méreténél fogva - könnyen oda lehet rakni a rugózandó kerékhez. 

Természetesen a rendszerben lévő folyadékot ugyanúgy felhasználják egyéb más célokra is, mint a hidraulikus gumirugónál, vagy mint a levegőt a légrugóban. A jobb oldali rajz viszont azt mutatja, hogy lehetőség van két légrugó párhuzamos kapcsolására is, ami a rugózás karakterisztikáját befolyásolja (a "keménységet" csökkenti) a terhelés változása esetén.

E témában három cikk is jelent meg az -ban : 1 - 2 - 3

És végül egy kis lazítás!