קפיצים פרבולים - אסף אולי?

[יוני5]

ראיתי היום משאית דאף שעמדה לידי בפקק.
למשאית היו מלפנים שני עלים בלבד שבינם ספייסר של בערך ס"מ – ס"מ וחצי.
את נקודת החיבור לסרן לא הצלחתי לראות, אבל אני מניח שגם שם היה ספיסר שהפריד בין הקפיצים.
הסידור הזה, שכמדומני אמר לי אסף שקוראים לו קפיצים פרבולים (ואם לא הוא יתקן אותי) בעצם מונע את החיכוך בין העלים.
כשאסף הסביר לי את הרעיון הבסיסי של הקפיצים הללו הבנתי ממנו שדוחסים את הלייסטים שמשמשים לייצור הקפיצים באופן שונה לכל אורכם וכך משיגים את המרווח בין העלים. לפי מה שראיתי היום אין צורך בכך, כיוון שפשוט שמים ספייסר ומונעים את המגע.

לצורך הדוגמה, מה יקרה אם אני אשים שלושה ספייסרים בני 0.5 ס"מ בין כל עלה ועלה בהיילקס? כלומר בין המאיה והקונטרה מאיה שלושה ספייסרים, שניים, אחד בכל קצה, והשלישי בין העלים בנקודת החיבור לסרן? האם העלים ישברו כי המגע בינם לבין עצמם נותן להם חוזק? ואם כן, מה הבעיה לקחת שני עלים אחרים, עבים וחזקים יותר ולעשות מה שהורכב המשאית?

יוני5

[asafk]

עלה רגיל עשוי מ"סרגל" בעובי קבוע לכל ארכו. כתוצאה מזה, חלוקת המאמצים לא שווה לארכו (במרכז העלה יש יותר מאמץ, כי יש שם יותר עומס, והשטח חתך זהה).
עלה פרבולי עבה יותר במרכזו, ונהיה דק לכיוון הקצוות. ככה מקבלים עלה חזק בהרבה, עם זרימת מאמצים נכונה.
בין עלים פרבוליים שמים ספייסר בשביל לאפשר להם לעבוד נכון. אם בקפיץ יש שני עלים בעלי אותו האורך, שניהם מגיעים עד הקצה, ואין מעבר של עומס מהאחד לשני. הקפיץ רגיל, יש חבילה של עלים, ורק אחד או שניים מגיעים לקצה, והעומס עובר מעלה לעלה עד הסרן.

אסף.

[יוני5]

OK, בוא נלך אחורה קצת.

אם בכל מקרה העומס זורם מעלה לעלה עד לסרן, למה קבוצת עלים ולא עלה בודד גדול? הרי אין לו חיכוך פנימי?

ואם מספר עלים השונים באורכם, למה לא לבודד אותם עם ספייסרים ע"מ להפחית את החיכוך הפנימי?

יוני5

[נמרוד]

קפיץ עלה הוא קורה שמועמסת בכפיפה. מומנט הכפיפה ולכן המאמצים הפנימיים בקורה הם לא אחידים - הם גדולים ביותר במרכז הקורה, מתחת לסרן, ואפסיים באזור העיניים, כאשר ההשתנות שלהם לא קוית, אלא פרבולית. אם תיקח עלה אחד, מלבני, בעל רוחב ועובי אחידים - פשוט פס ברזל - יהיו בו מאמצים גדולים מאד במרכז, וכמעט אפסיים בקצוות. כדי שהעלה לא ישבר במרכז, אתה חייב שהמרכז יהיה מאד עבה - אם העלה אחיד, אז כולו יהיה מאד עבה, ולכן מאד קשה וכבד.

קפיץ עלה חייב להיות כזה שיש בו הרבה חומר במרכז, ופחות ופחות חומר כשמתקרבים לקצוות. האידיאלי היה קפיץ בעל עובי משתנה בצורה פרבולית:
http://www.ticonsole.nl/parts/springs/taper.jpg
אבל זה קשה ויקר ליצור. מה עושים? הפתרון הזול והנפוץ ביותר, הוא חבילת העלים שמחוברים ביחד, ומדמים עלה אחד שבמרכזו יש הרבה חומר( 4-10שכבות בג'יפים בד"כ) ובקצוות מעט חומר (עלה בודד - המאיה). כמה שיש יותר עלים, החבילה הזאת יכולה לדמות טוב יותר את הקפיץ האידיאלי מצד אחד, מצד שני היא יקרה יותר, ויש בה יותר חיכוך בין העלים, שזו באמת הצרה החולה של חבילת העלים הקלאסית.

אפשר להשיג חלוקת חומר פרבולית מושלמת (לא מדרגות שמדמות פרבולה) על ידי עלה יחיד שהחתך שלו לא אחיד - עובי משתנה, או רוחב משתנה, או שניהם, וזה בדיוק מה שיש לך בקפיץ הפרבולי. דרך טובה להגיע לקפיצים בעלי עובי משתנה ונשלט היא על ידי חומרים מרוכבים - יש קפיצים כאלו, למשל בקורבט:

http://www.autobook.co.kr/theory_practice/chassis_driveline/images/single_fiberglass_spring.gif


והנה מצאתי שתי תמונות שמדברות בעד עצמן:

קפיץ פלדה קלאסי שמורכב מחבילת עלים שביחד מדמים קפיץ פרבולי אידיאלי -
http://www.risoe.dk/afm/KOM/mechanical/compontent.jpg

וקפיץ שעושה אותו דבר בדיוק אבל עשוי מעלה בודד מרוכב בעל עובי משתנה. בקפיץ הבודד הזה אין חיכוך בכלל, ולכן הוא מהווה תחליף טוב לקפיצי סליל מבחינת נוחות נסיעה:
http://www.risoe.dk/afm/KOM/mechanical/compontent2.jpg

יש מוצרים של עלה בודד בשוק, קרא את זה על המונולינאר של סקיג'קר (אין לי מושג אם המוצר הזה עדיין קיים):
http://www.off-road.com/products/reviews/skyjacker/monoleaf/

[יוני5]

נמרוד תודה,

מה לגבי השאלה השניה, נשאיר את קפיץ העלים המקורי אבל נשים ספייסרים מינימלים בין עלה לעלה רק ע"מ למנוע את החיכוך? ההיח לצורך הדוגמה חצי ס"מ בשלושה מקומות בין כל שני קפיצים: במרכז ובשני הקצוות.

יוני5

[asafk]

העלים חייבים להיות צמודים במרכזם ובקצוות- רק כך יהיה מעבר נכון של המאמצים ביניהם. אפשר לשים בקצוות גומיות דקות שיעבירו כוחות לחיצה. אם זה לא יהיה- הם יישברו.

אסף.

[ד ו ר ו ן]

אני רוצה להחזיר את זה למעלה,

בקפיץ הקודם (אולדמן) שהיה מותקן ברכב היו ספייסרים דקים בין העלים, המגע בין העלים היה בקצוות.
בהפעלת לחץ משקל גוף היה אפשר להניע את החלק האחורי למרות שלא היה משקל בארגז.

היום, עם הקפיץ הקיים שאין בין העלים ספייסרים צריך יותר כוח בצורה מורגשת ע"מ להתחיל את התנועה של הקפיץ.

כמו שיוני ציין,
כמעט בכל קפיץ משאית שאני רואה,כולל כאלו שאינם פרבוליים יש ספייסרים כאלו,בחלק לא קטן של סט עלים של יצרנים יש ספייסרים כאלו בין העלים תוך ציון שהנ"ל נועד להפחית את החיכוך ולשפר את תגובת הקפיץ עלה למהמורות קטנות=להפחית את החיכוך הסטאטי שנדרש להתגבר עליו כדי שהקפיץ יתחיל לעבוד.

גם בקפיצים מקוריים של הרבה רכבי SUV ורכבי שטח מצאתי שיש כאלו ספייסרים בין העלים כולל טויוטה מהמודלים החדשים יותר,מיצובישי וגם בהאמר H2..

עכשיו לשאלה,
כמה זה באמת מהותי?
כמה הקטנת המגע בין העלים יכול לשפר את התגובה של הקפיץ למהמורות הקטנות כמו אלו היומיומיות שיש בכביש 99% מהזמן שאנחנו נוסעים?

האם צריך לשים ספייסר גם בין שני עלים בעלי אותו האורך-המאיה והקונטרה? הרי גם בינהם יש חיכוך לכל האורך כשהקשת מתיישרת בעבודת הקפיץ?