Sprężyny zawieszenia – ich rola i eksploatacja

Samochody od ponad 100 lat wyposaża się w resory, jednak resory przeszły metamorfozę od najprostszych sprężystych płaskowników po elementy pneumatyczne i hydropneumatyczne. Z różnego rodzaju rozwiązań większość producentów wybrała jako optymalne sprężynę śrubową. Dziś poznamy jej rolę w zawieszeniu, wady i zalety oraz kilka wskazówek eksploatacyjnych.

Do rozwiązań metalowych zaliczamy następujące elementy sprężyste: resory piórowe, sprężyny śrubowe i drążki skrętne. Resory w zasadzie wyszły już z powszechnego zastosowania w samochodach osobowych, ale nadal najlepiej sprawdzają się w autach ciężarowych, dostawczych i pickupach – czyli samochodach o dużej ładowności.

Drążki skrętne są o tyle kłopotliwe, że ich montaż w zawieszeniu trochę komplikuje konstrukcję, choć nadal używa się ich na przykład w wybranych modelach samochodów terenowych w przedniej osi. Ich dość dużą zaletą jest możliwość regulacji wysokości i sztywności zawieszenia poprzez obrócenie w mocowaniu. Najlepszym obecnie rozwiązaniem jest jednak sprężyna śrubowa.

Zaletą sprężyn w zawieszeniu jest kompaktowa budowa i prostota zawieszenia opartego na tym rozwiązaniu. Nie byłoby powszechnie stosowanej kolumny MacPhersona bez sprężyny śrubowej, a przecież wielu producentów stosuje podobne kolumny również w tylnym zawieszeniu.

Także w motorsporcie właściwie jedynym stosowanym rozwiązaniem jest sprężyna – od najprostszych kolumn po konstrukcję typu pusch rod. Sprężyny doskonale odnalazły się również w ekstremalnym off-roadzie, gdzie zapewniają nieporównywalnie większą elastyczność zawieszenia niż resory piórowe.

Sprężyna ma jedną wadę, nieistotną z dzisiejszego punktu widzenia. Jest mocowana w dwóch punktach (zwykle pionowo), więc nie może przenosić sił bocznych, przez co w konstrukcji zawieszenia musi pojawić się wahacz. Dotyczy to również sztywnej osi.

Sprężyny nie przenoszą też tak dużych sił i nie amortyzują tak skutecznie jak resory, więc wymagają zastosowania skuteczniejszych amortyzatorów, ale i to nie jest dziś problemem. Z drugiej jednak strony ich konstrukcja wpływa na bardziej miękką charakterystykę pracy oraz dłuższy czas kontaktu kół z podłożem przy małych, ale często występujących nierównościach.

Główną rolą sprężyn, jak każdego rodzaju elementów sprężystych jest tłumienie wstrząsów wywołanych przez ruch tzw. mas nieresorowanych (koła, hamulce, elementy zawieszenia) po nierównej nawierzchni. Ma to zapewnić nie tylko komfort jazdy, ale też zabezpieczyć cały samochód przed uszkodzeniami.

Sprężyna zawsze znajduje się pomiędzy masą nieresorowaną a resorowaną, dlatego też nazywa się ją resorem. Dzięki niej, masy resorowane poruszają się względem drogi płynniej i bez szarpnięć. By zobrazować sobie jak bardzo ważna jest sprężyna w zawieszeniu, wystarczy krótka przejażdżka traktorem po polnej drodze lub rowerem bez resorów i z dużym ciśnieniem w oponach po bruku.

By jednak samochód nie zachowywał się jak kołyska i przez elementy sprężyste nie był podatny na nadmierne drgania, w komplecie ze sprężynami zawsze stosuje się amortyzatory. O ile jednak bez amortyzatorów da się jechać, to bez sprężyn już nie.

Inna rolą sprężyn jest działanie w drugą stronę. Duża masa pojazdu miałaby destrukcyjny wpływ na zawieszenie, gdyby nie elementy sprężyste. Ponadto sprężyny zawieszenia utrzymują minimalny prześwit między pojazdem a drogą, a także między elementami zawieszenia a nadwoziem.

Sprężyna po części odpowiada również za stały kontakt kół z nawierzchnią podczas pokonywania nierówności. Gdy koło wpada w dziurę, sprężyna rozciąga się, a po najechaniu na wybój jest ściskana.

Sprężyna to nic innego jak zwijany na gorąco drut o określonych właściwościach i wymiarach, a na koniec poddawany obróbce cieplnej i wykańczającej. W zawieszeniu samochodu nie rozmiar jest istotny lecz wspomniane parametry drutu, a także ilość zwojów i ich gęstość. To wszystko wpływa na

charakterystykę pracy sprężyny.

Większość sprężyn zawieszenia ma charakterystykę liniową, ale stosuje się również sprężyny o charakterystyce progresywnej, o większych i mniejszych zwojach w jednym elemencie. Mniejsze zwoje odpowiadają za mniejsze drgania i te, które występują jako pierwsze, natomiast analogicznie duże zwoje tłumią duże drgania.

Można też zmienić sposób nawijania zwojów i tym samym uzyskać progresję pracy. Sprężyna będzie wtedy podzielona na dwa rodzaje zwojów o tej samej średnicy, ale innej gęstości zwojów. Stosuje się również oba rozwiązania na raz.

Sprężyny zawieszenia w przeciwieństwie do klasycznych resorów piórowych są praktycznie bezobsługowe. Między jej elementami (zwojami) nie występuje tarcie, więc smar jest nie potrzebny. To również jeden z powodów stosowania dziś powszechnie sprężyn. Zdarzają się jednak awarie, ale z tego już nie każdy kierowca zdaje sobie sprawę.

Wraz z przejechanymi kilometrami sprężyna starzeje się w wyniku eksploatacji oraz warunków atmosferycznych. Najczęstszą awarią sprężyn jest ich pęknięcie i nie zdarza się to wcale rzadko. W wielu samochodach można znaleźć pękniętą sprężynę i nieświadomego tego faktu kierowcę.

Sprężyny zwykle pękają na ostatnim zwoju i prawie nie wpływają na prowadzenie samochodu. Jedynym zauważalnym efektem pęknięcia sprężyny przedniej osi będzie stukanie podczas przyspieszania (rozciąganie sprężyny) lub hamowania (ściskanie), a także podczas szybkiego pokonywania zakrętów.

Innym objawem będzie słyszalne strzelanie (brzdąkanie) w przednim zawieszeniu podczas skręcania. Natomiast pęknięta sprężyna tylna będzie dawała o sobie znać tylko podczas pracy zawieszenia (przyspieszanie, hamowanie, zakręty lub duże wyboje).

Przyczyny pękania sprężyn są w zasadzie dwie. Jedną z nich jest zbyt duże obciążanie samochodu, nawet nieświadome. Drugą jest korozja. Poza tym, długotrwała jazda z dużym obciążeniem wpływa na charakterystykę i kształt sprężyn. Sprężyny stają się krótsze i bardziej miękkie.

Może to również doprowadzić w końcu do ich pęknięcia. Często samochody jeżdżące długo z zamontowaną instalacją gazową mają nieco "ugniecione" sprężyny z tyłu. Ma na to wpływ teoretycznie nieduża, dodatkowa masa, ale stale obciążająca zawieszenie na długim dystansie.

Sprężyny pękają różnie, zwykle pojedynczo, ale gdy się to zauważy po dłuższym czasie, okazuje się, że już pękły obie. Najlepiej wymieniać je jak amortyzatory, czyli parami na osi. Wystarczy kierować się logiką: skoro pękła sprężyna z jednej strony, to niebawem z tej samej przyczyny, to samo spotka drugą sprężynę. Jednak nie zawsze logika ma zastosowanie. Czasami sprężyna pęka przypadkowo, np. podczas kolizji lub po najechaniu na duży wybój/dziurę. Co wtedy? O poradę zapytaliśmy eksperta z iParts.pl:

*Sprężyny należą do kluczowych elementów zawieszenia pojazdu i z biegiem czasu tracą swoje fabryczne parametry. Co może się stać, gdy zdecydujemy się na wymianę sprężyn pojedynczo? Z dużym prawdopodobieństwem jedna ze stron samochodu "opuści się" względem drugiej, a różnice w sposobie pracy zawieszenia przekładają nie tylko na komfort, ale również bezpieczeństwo. Samochód z całą pewnością będzie prowadził się trudniej, a jego opanowanie w warunkach awaryjnych będzie praktycznie niemożliwe. *

Czy warto wymieniać sprężyny okresowo? Każdy na to pytanie odpowie przecząco, ale faktem jest, że nawet cała sprężyna po przejechaniu 200 tys. km straci trochę ze swojej charakterystyki pierwotnej, a po 300 tys. km właściwie ma zupełnie inną charakterystykę niż sprężyna nowa. Warto zatem przemyśleć wymianę sprężyn po dużym przebiegu, podczas którejś z kolei wymiany amortyzatorów.

Na pewno wpłynie to pozytywnie na prowadzenie samochodu i wyrówna odległość między wszystkimi kołami a nadkolami. Często bowiem widzi się na ulicach samochody z mocno opuszczonym tyłem, co niestety nie jest naturalne. Warto wymieniać sprężyny w komplecie z amortyzatorami, zwłaszcza gdy dotyczy to kolumn amortyzująco-resorujących.

Na rynku części nie brakuje zamienników. Można oczywiście posłużyć się produktami oryginalnymi, ale nie zawsze jest to uzasadnione ekonomicznie. Dostawcy zamienników często oferują przynajmniej takiej samej, a czasami znacznie lepszej jakości produkty. Zresztą nieprzypadkowo w niektórych modelach pękające sprężyny to typowa usterka. Które więc wybrać? To kolejne pytanie do eksperta z iParts.pl:

Największą popularnością wśród naszych klientów cieszą się sprężyny szwedzkiej firmy Lesjöfors, godne polecenia są również szwedzkie sprężyny Kilen, Kayaba (KYB) z serii K-Flex, bądź sprężyny firmy Monroe. Podczas wymiany sprężyn warto profilaktycznie wymienić poduszki i łożyska mocowań amortyzatorów.

Wymianę sprężyn najlepiej powierzyć warsztatowi. O ile założenie sprężyny, przez którą nie przechodzi amortyzator jest jeszcze stosunkowo łatwe, to już wymiana sprężyny w kolumnie wymaga stosowania odpowiednich narzędzi ściskających, a mimo to jest dość niebezpieczną operacją.

Z kolejnego artykułu dowiecie się jakie są zalety i wady stosowania krótszych i twardszych sprężyn tuningowych w samochodach seryjnych.