A MacPherson futómű: Története, működése és fejlődése
A futómű fogalmi elnevezés alatt a gépjárműtechnikai szakirodalomban különböző meghatározásokat találunk. A kontinentális európai szakirodalom leggyakrabban a futómű, mint önálló járműrendszer alatt a komplett kerékből, a kerékfelfüggesztésből és a rugózásból álló alkatrészcsoportot érti. Az angolszász és a japán szakirodalom viszont tágabban értelmezi a futóművet: a komplett kerék, a felfüggesztés, a rugózás mellé sorolja a kormányzást és a fékezést is.
Ha bárki csak egy pici jártasságot is szeret a gépjármű futóművek területén, kikerülhetetlenül találkozik a MacPherson névvel. Bár hasonló koncepciók már a harmincas években is akadtak, e futóműfajta - helyesen: a MacPherson - először a brit gyártású Ford Consulokon és Zephyreken jelent meg 1950-ben.
A MacPherson futómű eredete és története
Kitalálója egy bizonyos Earle S. MacPherson. 1935-ben csatlakozott a General Motorshoz, azon belül a Chevrolet divízió vezetője lett. Csapatával egy olyan feladatot kapott, hogy tervezzenek egy olyan személygépkocsit, melyet 1000 dollár alatti eladási áron is profittal lehet értékesíteni. Ez volt a Chevrolet Cadet projekt, melynek során az első kezdetleges MacPherson felfüggesztés megszületett. Végül a Cadet felfüggesztésének szabadalmát nem is szerezhette meg MacPherson, mert azt korábban levédte Frank M. 1947-ben, miután a Cadet kifutott, MacPherson átigazolt a Fordhoz, és végül megcsinálta az első igazi, teljes értékű MacPherson futóművet a Ford Vendette számára, melyet 1955-ben kezdtek el gyártani. A Cadet-ből nem lett semmi, mert a GM úgy találta - túl drága lenne gyártani. E. S. MacPherson átigazolt hát a Fordhoz, így lett egy Ford a világ első nagyszériás autója, amibe ilyen futóművet szereltek.
Ahogyan a felvezetés is utalt rá, a MacPherson futómű tervezési célja eredetileg a költséghatékonyság volt. A kompakt mivolta és a költséghatékonysága tökéletesen illeszkedett abba a gazdasági modellbe, amely felé az autógyártás haladt az 50-es években - és most is, hiszen a profitábilis előállíthatóság fontosabb, mint valaha.
A MacPherson futómű működési elve és felépítése
A MacPherson felfüggesztés egy rendkívül népszerű és elterjedt típusú autófelfüggesztési rendszer, amelyet különösen az első kerekeknél alkalmaznak, de létezik hátsó MacPherson felfüggesztés is. Az első generációs, úgynevezett koncentrikus MacPherson futómű az (5.27. ábra) elven működött.
Az egyik alapvetés a MacPherson rendszernél, hogy rugóstagot használ, azaz egy alsó és egy felső tányérral, mint határolóval, a tekercsrugó egybe van építve a lengéscsillapítóval. A MacPherson rugóstagokkal felszerelt járművek általában a lengéscsillapító felett csavarrugóval rendelkeznek. A lengéscsillapító egyenesen a csonkállványba van beépítve, és a felső részénél a karosszériához vagy egy felső felfüggesztési pontra van rögzítve. A rugó általában egy spirálrugó, amely a lengéscsillapító köré van helyezve.
A MacPherson felfüggesztésben a rugóstag nem csak a rugózás és a csillapítás, hanem a kormányzás eleme is egyúttal. A rugóstag felső vége a felütközésgátló feletti toronycsapágyban végződik - ez rögzül a karosszériához, legkevesebb három csavarral oldalanként. Ezzel azt nyertük, hogy nincs szükség a felső lengőkarra, lényegében kiiktattuk azt a rugóstag kettős funkciója által.
A kerék tengelycsonkját alul gömbcsuklós hárompontos keresztirányú felfüggesztés, a tengelycsonk felső részét pedig a teleszkópos lengéscsillapító vezeti meg. A lengéscsillapító akkor tölti be ezt a szerepét, ha a csillapító hengere mereven kapcsolódik a tengelycsonkhoz. Az alsó lengőkart viszont már nem lehet kihagyni az elemek közül. Az alsó keresztlengőkar ez a kar a csonkállvány alsó részét tartja, és a jármű alvázához vagy alvázaelemeihez van csatlakoztatva. A feltaláló eredetileg csak egy rúd típusú alsó keresztlengőkart használt, ami önmagában nem lett volna elég a futómű kinematikájában ahhoz, hogy minden irányból stabilan tartsa a kereket. A MacPherson futóművek fél évszázada a kis és közepes autók egyik leggyakoribb futóműve.
Autófelfüggesztés: Macpherson rugóstagos felfüggesztés (2021)
Előnyök és hátrányok
Nagyarányú elterjedésének az oka egyszerű szerkezete, kis helyfoglalása, mely elsősorban az elöl keresztben elhelyezett motorok számára előnyös. A találmány ekkor kezdte el a virágkorát élni, hiszen kompaktsága minden akkor megoldást felülmúlt. Az elsőkerekes autók pedig továbbra is velünk vannak, és a költséghatékonyság is rendkívül lényeges szempont.
Azonban a MacPherson - típusú futóművek paraméterei csak részben felelnek meg a korszerű követelményeknek. Ennek két jelentős oka van. Az egyik olyan autóknál jelentkezik, melyek rendelkeznek elsőkerékhajtással: ez a hajtási befolyás jelensége. A MacPherson futómű elsőkerekes autóknál, nagy tempójú kanyarok bevételénél nemkívánatos nyomatékot produkál a két hajtott kerék között. Ez annak köszönhető, hogy a fordulási tengely messze van a kerék középvonalától, ráadásul nincs síkban a rugóstaggal, ugyanis valójában a toronycsapágy és az alsó gömbfej közötti vonal mentél fordul az autó.
Vizsla Utca: Futómű Beállítási Tippek
A másik ok, hogy szintén tempós kanyarodáskor az ívkülső kereket a MacPherson csak korlátozott módon képes a teljes futófelületével az úton tartani. A kerékdőlés változás az első futóműnél a nagyobb csaphátradőléssel és nyomtávváltoztatással valósítható meg, hátul csak nagyobb nyomtávváltoztatás árán.
A MacPherson futómű továbbfejlesztése: RevoKnuckle, HiPerStrut, ISAS
Az elsőkerék-hajtású, nagy teljesítményű sportautóknál, mint pl. a VW Golf GTI, az ALFA Romeo Alfasud vagy a Lancia Fulvia HF, akkoriban bele kellett törődni, hogy sajnos romlik a kormányozhatóság, elkerülhetetlen a kormányrángatás. Ez a nem kívánt jelenség a MacPherson felfüggesztésnél jelentősen csökkenthető, ha - amennyire csak lehetséges - elválasztják a kormányzási tengelyt a hajtónyomaték átvitelétől.
A hajtónyomaték kormányzásra gyakorolt hatásának csökkentése érdekében a Renault, az Opel és a Ford mérnökei továbbfejlesztették a klasszikus MacPherson futóművet. A Ford „RevoKnuckle” futóművéről, annak prototípus állapotáról már beszámoltunk. Azért térünk vissza ismét a témára, mert sikeresnek bizonyult a MacPherson konstrukciós továbbfejlesztése, ma már a Ford mellett a Renault, az Opel és a SAAB is alkalmazza.
A felépítés mind a négy gyártónál azonos, azonban mindegyik gyártó máshogy nevezi el: a Ford a Focus RS-ben „RevoKnuckle” futóműnek nevezi, a Renault a Mégane Coupé R.S.-ben „ISAS” első futóműnek (Independent Steering Axis System - független kormányzási tengely rendszer), míg az Opel az Insignia OPC-ben és az új Saab 9-5-ben „HiPerStrut” elsőkerék-felfüggesztésnek nevezi. Ezeket csak a nagy teljesítményű sportautókba szerelik, a többi modellbe a hagyományos MacPherson első futóművek kerülnek. A korszerű MacPherson futóművek excentrikus kialakításúak, ezeknél az alsó gömbcsukló nem a lengéscsillapító középvonalába esik, ezáltal az elkormányzási tengely terpesztése 15 -18° is lehet, ami az R0 elkormányzási sugár negatív értékét eredményezi.
A továbbfejlesztés célja, hogy az elkormányzás tengelyét minél közelebb vigyék a kerék középsíkjához. Így csökken a zavaróerő karja, mely a hajtónyomaték kedvezőtlen kormány-visszahatásáért felel. A továbbfejlesztett MacPherson alapvetően a ralisportból származik. Ez a konstrukció a hajtónyomaték kormányzásra gyakorolt hatását csökkenti, így a kormányozhatóságot kedvezően befolyásolja. Mindegyik modellben önzáró differenciálmű is található.
Egy hagyományos MacPherson rugóstagnál, a normál esetben egy darabból álló gólyalábat megosztották két különbözően dolgozó részre. A hagyományosan a toronyban és az alsó lengőkarban rögzített rugólábon itt nincs fixen rögzítve a kerékagy és vele együtt a féktárcsa, hanem az pótlólagos forgásponttal rendelkezik. Ezen, a gólyalábon elhelyezett forgáspont körül fordul el a kerékagy. Ez azt jelenti, hogy ugyanúgy, mint többlengőkaros, vagy dupla keresztlengőkaros futóműveknél, a kormánymozgások és a berugózás egymástól kinematikailag el van választva, és megmarad a stabilitáshoz szükséges negatív kormánylegördülési sugár.
Autófelfüggesztés: Macpherson rugóstagos felfüggesztés (2021)
Manapság a kompakt sportautók olyan teljesítményre képesek, mely néhány évvel ezelőtt szinte elképzelhetetlen volt. Régen a határt 130 kW környékére tették. Ehhez képest a Ford Focus RS fronthajtással 225 kW teljesítményt szabadít az aszfaltra. Technikailag ésszerű. Tisztán technikailag nézve ugyan nem a legtökéletesebb megoldás, de célszerű kompromisszumot ad a gyakorlati alkalmazhatóság és termékköltség között. Alkalmazva egy önzáró differenciálművet, a rendszer tovább csökkenti a hajtónyomaték visszahatását a kormánykerékre, növelve a kormányzási precizitást és az úttartást is.
Kerékagy és csapágyazás a MacPherson rendszerekben
A forgó kerék és a felfüggesztési rendszer külső csuklóit magába foglaló csonkállvány között a kerékcsavarok, a kerékagy, a csapágy és a tengelycsonk teremti meg az erőkapcsolatot. A gépjárműtechnika rohamos fejlődése, a nagy sorozatú járműgyártás technológia igényei a kerékcsapágyak speciális konstrukcióit eredményezte.
Második generációs csapágyakat elsősorban a MacPherson-féle futóművekhez fejlesztették ki. Két ferde hatásvonalú golyóscsapágy integrálásával alakult ki egy olyan speciális csapágyegység, amelyik kenése egész élettartamára elegendő, a két külső gyűrű eggyé vált, a tömítést a csapágy gyűrűk közé illesztett teflon gyűrűk szolgálják. Ennek a generációnak az előnye, hogy nincs szükség szereléskor a tengelyirányú csapágyhézag beállítására, kisebb a tömege, utólagos kenést nem igényel. Hátránya, hogy nem univerzális, minden járműtípushoz egyedileg kell kifejleszteni és gyártani. A korszerű integrált csapágyazás esetén is megtalálható a két, egymástól megfelelő távolságban elhelyezkedő gördülőelemsor.
MacPherson a járműtervezésben és karbantartásban
A jármű felfüggesztése a kormányrendszerrel együttműködve biztosítja a vezető számára az irányítást az autó felett, többek között megakadályozza a karosszéria túlzott dőlését és elnyeli az út egyenetlenségeit. A két leggyakoribb kivitel a MacPherson vagy a dupla lengőkaros felfüggesztés. A két stílus nem cserélhető fel, és az alkatrészek kopásának módja is eltérő. A MacPherson kialakítás jelentősen eltér a dupla lengőkaros felfüggesztésektől, mivel a rugóstag az agytartóhoz van csavarozva, és közvetlenül kapcsolódik a jármű karosszériájához. A MacPherson kivitelben a rugóstag a kormánygeometria részét képezi, és a dőléstengelyt adja ebben a kialakításban.
Manapság a kettős lengőkaros felfüggesztés gyakrabban található a karosszériával, vázszerkezettel rendelkező járművekben, míg a MacPherson rugóstagok gyakrabban találhatók meg az unibody kivitelekben. Egyes autótulajdonosok ezt úgy értelmezik, hogy a teherautókhoz és kisteherautókhoz kettős keresztlengőkarokat használnak, míg a MacPherson az alternatíva a szedánok és a kompakt autók esetében, de ez túlzott általánosítás lenne. A jármű kialakítása túlságosan árnyalt ahhoz, hogy feltételezéseket lehessen tenni, ezért meg kell nézned az autód karbantartási kézikönyvét, ha arra vagy kíváncsi, hogy milyen felfüggesztéssel rendelkezik a járgányod.
A gépkocsi lengéscsillapítóinak helyes működése biztosítja nemcsak a kényelmes, hanem a biztonságos mozgást is az utakon. A hibás felfüggesztés viszont igencsak kihat a kormányelemek gyors amortizációjára. Ha netán a tönkrement lengéscsillapító cseréjét önerőből szeretnéd megvalósítani, akkor először is tudnod kell, milyen típusú felfüggesztési rendszere van az autódnak.
Ha MacPherson, akkor a speciális lengéscsillapító szerelő készleten - emelő, tengelyállvány, racsnis és villáskulcskészlet, nyomatékkulcs - kívül, csavarrugó-összehúzóra is szükséged lesz, ami egy meglehetősen bonyolult célszerszám, használata veszélyes művelet, mivel az összehúzott rugóban hatalmas energia raktározódik, amely komoly sérüléseket tud okozni, ha elszabadul.
tags: #MacPherson #futómű #leírás