Στα σύγχρονα οχήµατα υπάρχουν 3 κατηγορίες συστηµάτων ανεξάρτητης µπροστινής ανάρτησης: Τύπου MacPherson, Πολλαπλών συνδέσµων (τύπου Multi-Link) και διπλών ψαλιδιών. Ο πλέον διαδεδοµένος και ευρέως χρησιµοποιούµενος τύπος για τους εµπρός άξονες των σύγχρονων επιβατικών αυτοκινήτων, ελαφρών φορτηγών και SUV, είναι η ανάρτηση MacPherson. Στο παρόν άρθρο εξετάζουµε την αστοχία που προέκυψε σε σετ top mounts σε ένα Peugeot Expert του 2001.
Η σχεδίαση της ανάρτησης τύπου MacPherson, σε σχέση με την ανάρτηση διπλών ψαλιδιών, εξαλείφει τη χρήση επάνω ψαλιδιού για τη στήριξη του άκρου, κάνοντας χρήση της ράβδου του αποσβεστήρα ταλαντώσεων (αμορτισέρ). Έτσι, σε συνδυασμό με την πάνω βάση στήριξης του γόνατου της ανάρτησης (top mount), επιτρέπεται η ελεύθερη περιστροφή του άκρου, όποτε απαιτείται η αλλαγή διεύθυνσης του οχήματος.
Μερικά πλεονεκτήματα της ανάρτησης τύπου MacPherson είναι το χαμηλό κόστος, ο μικρός όγκος που καταλαμβάνει (συγκριτικά με την ανάρτηση διπλών ψαλιδιών), το χαμηλό βάρος, η εξαιρετική ποιότητα κύλισης και η ευκολία συντήρησης του συστήματος ανάρτησης και μετάδοσης κίνησης.
Αναλύοντας το επάνω τμήμα ενός γόνατου τύπου MacPherson, διαχωρίζουμε τα παρακάτω μέρη:
Ρουλεμάν
Το ρουλεμάν της ανάρτησης τύπου MacPherson κατασκευάζεται από σκληρυμένο χάλυβα και ενισχυμένο πλαστικό. Ο ρόλος του είναι η στήριξη του βάρους του οχήματος και του φορτίου που παράγεται από το ελατήριο της ανάρτησης, το κεντράρισμα του ελατηρίου της ανάρτησης και η διασφάλιση της ελεύθερης περιστροφής του άκρου του τροχού κατά την αλλαγή διεύθυνσης.
Η σύγχρονη σχεδίαση των αναρτήσεων αυτού του τύπου περιλαμβάνει πρόσθετες λειτουργίες, όπως η υποστήριξη του προσκρουστήρα (bump stop), η απορρόφηση των κραδασμών (με επιπλέον ελατήριο μέσα στο ρουλεμάν) και η υποστήριξη της προστατευτικής φούσκας του αμορτισέρ.
Άνω βάση στήριξης ανάρτησης (Top mount)
Κατασκευάζεται από χάλυβα στον οποίο έχει βουλκανιστεί ελαστομερές. Η βάση βιδώνεται, κατάλληλα, στο αμάξωμα, ώστε να διασφαλίζεται η στήριξη του αμορτισέρ. Είναι ένα εξάρτημα, που πρέπει να μεταφέρει φορτία στο αμάξωμα, αλλά και να φιλτράρει, ταυτόχρονα, τους κραδασμούς κύλισης. Στα προσθιοκίνητα οχήματα, το ρουλεμάν αποτελεί, συνήθως, μέρος του top mount, και προσφέρεται ως ένα ενιαίο εξάρτημα.
Αποσβεστήρας ταλαντώσεων (αμορτισέρ)
Πρόκειται για μία διάταξη, που θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως αντλία λαδιού ή αερίου, η οποία μετατρέπει την κινητική ενέργεια σε θερμική. Ο ρόλος του αμορτισέρ είναι να παρέχει άνεση στους επιβαίνοντες, διασφαλίζοντας, παράλληλα, τον έλεγχο και τη σταθερότητα του αμαξώματος και αποσβένοντας την ενέργεια ταλαντώσεων του ελατηρίου.
Η ράβδος του αμορτισέρ βιδώνεται στην άνω βάση στήριξης της ανάρτησης και το σώμα του αμορτισέρ στερεώνεται στην άρθρωση του τροχού. Το σώμα του αμορτισέρ περιστρέφεται κατά την αλλαγή διεύθυνσης του οχήματος και συμπιέζεται αξονικά, όταν, αντίστοιχα, συμπιέζεται η ανάρτηση.
Τα αποτελέσματα των φθαρμένων βάσεων στήριξης ανάρτησης
Είναι λίγα τα εξαρτήματα της ανάρτησης που καλούνται να επιτελέσουν τόσες λειτουργίες, όσες το top mount. Επιτρέπει στο γόνατο της ανάρτησης να περιστρέφεται όταν το όχημα καλείται να αλλάξει διεύθυνση, να μεταφέρει τα φορτία της ανάρτησης στο αμάξωμα, να διατηρεί τη γεωμετρία της ανάρτησης και, παράλληλα, να απορροφά τους κραδασμούς και τον θόρυβο από τον δρόμο. Επιπλέον, θα πρέπει να λειτουργεί άψογα σε ένα περιβάλλον με πολλή υγρασία (πολλές φορές, με ύπαρξη νερού!), σκόνη και -σε ορισμένες περιπτώσεις- αλάτι.
Τα φορτία που καλείται να διαχειριστεί το top mount είναι, επίσης, σημαντικά: 3000 έως 8000Ν σε αξονική φόρτιση, και, επιπλέον, 5 έως 15% σε ακτινική φόρτιση. Τα φορτία που παράγονται, όταν ο τροχός συναντήσει μία λακκούβα, μπορεί να είναι έως και 3 φορές πάνω από τα στατικά φορτία! Το top mount θα πρέπει να απορροφά αυτά τα φορτία και να παρέχει, την ίδια ώρα, ομαλή κίνηση στο τιμόνι, με χαμηλή και σταθερή τριβή.
Είναι, λοιπόν, πολύ σημαντικό για την ασφαλή λειτουργία του αυτοκινήτου, να εκτιμάται η καλή τους κατάσταση. Εφόσον κρίνεται ότι τα αμορτισέρ απαιτούν αντικατάσταση (πάντα, κατά ζεύγη), θα πρέπει να αντικατασταθούν και τα top mounts (επίσης, κατά ζεύγη). Έτσι εξασφαλίζεται η ορθή λειτουργία της ανάρτησης και περιορίζονται τα έξοδα συντήρησης για τον ιδιοκτήτη του οχήματος, καθώς αποφεύγεται η διπλή χρέωση εργασίας.
Σε αυτό το θέµα εξετάζουµε την αστοχία που εµφανίστηκε σε ένα σετ top mounts µε κωδικό VKDA 35317 T, σε όχηµα Peugeot Expert του 2001, το οποίο είχε διανύσει µόλις 3.000 χλµ., µετά την αντικατάσταση. Τα ανταλλακτικά που ελέγχθηκαν φαίνονται παρακάτω:
Παρατηρήσεις που προέκυψαν κατά τον έλεγχο ρουλεμάν βάσεων στήριξης γόνατων ανάρτησης:
Το ένα εκ των δύο ρουλεμάν βάσεων στήριξης, που υποδεικνύεται στην εικόνα 1, παρουσίαζε ασήμαντο μάγκωμα κατά την περιστροφή του με το χέρι, χωρίς άλλα σημάδια φθοράς. Ωστόσο, δεν υποδείχθηκε, κατά την παραλαβή του σετ, αν αυτό το ρουλεμάν ήταν τοποθετημένο δεξιά ή αριστερά.
Βάσεις στήριξης γόνατων ανάρτησης VKDA 35317:
Η μία από τις δύο βάσεις στήριξης βρέθηκε αποκολλημένη, όπως φαίνεται στην εικόνα 2 (η φωτογραφία τραβήχτηκε δείχνοντας την πάνω πλευρά της πλάκας στήριξης με το αμάξωμα).
Στην εικόνα 3, εμφανίζονται τα δύο μέρη του top mount (Α και Β). Το μέρος Α που περιέχει το σινεμπλόκ και βιδώνει το παξιμάδι του αμορτισέρ, φαίνεται ότι έχει αποκολληθεί και έχει τριφτεί σε σχέση με την πλάκα στήριξης (εικ. 4 & 5), αλλά και με το αμάξωμα στην περιοχή στήριξης της πλάκας στήριξης του γόνατου (εικ. 6-8).
Παρακάτω φαίνεται η πλάκα στήριξης από την κάτω πλευρά της. Είναι εμφανές ότι στα σημεία στα οποία στηρίζεται με βίδες στο αμάξωμα, υπάρχουν ίχνη αρχικής σύσφιξης των βιδών (Εικ. 9). Παρατηρούνται, επίσης, αποτυπώματα στιγμιαίας-απότομης μετακίνησης της πλάκας προς τα εμπρός και αριστερά, αφήνοντας ίχνη, όπως επισημαίνονται στις εικόνες 10 & 11 (σκουρόχρωμες περιοχές).
Επιπλέον, στην οπή που εμφανίζεται στην εικόνα 10, μπορούμε να δούμε αποτύπωμα από το σπείρωμα της βίδας, αντίθετης κατεύθυνσης από την αρχική θέση της βίδας, όπως φαίνεται στην εικόνα 12.
Στις δύο οπές, που υποδεικνύονται με κύκλο στην εικόνα 9, παρατηρήθηκαν αποτυπώματα από τους οδηγούς – πείρους του αμαξώματος, ίδιας κατεύθυνσης με τα σημάδια στις οπές των βιδών. Τα αποτυπώματα υποδεικνύονται στην εικόνα 13.
Τι έφταιξε τελικά;
Τα συμπεράσματα που προκύπτουν, με βάση τις παραπάνω παρατηρήσεις, είναι τα εξής:
Τα ίχνη από τις κεφαλές των βιδών που εμφανίζονται στις εικόνες 10 & 11, υποδηλώνουν ότι οι βίδες συγκράτησης σφίχθηκαν ανεπαρκώς ή υπερβολικά (προκαλώντας πλαστική παραμόρφωση – επιμήκυνση των βιδών στη δεύτερη περίπτωση). Θυμίζουμε ότι η ροπή σύσφιξης, σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή, είναι 45Nm. Αποτέλεσμα αυτού ήταν να παρασυρθεί η πλάκα σε ένα τυχαίο χτύπημα του τροχού (σε λακκούβα ή σε κράσπεδο), καθώς η συγκράτηση της μίας πλευράς ήταν ανεπαρκής.
Τη στιγμή που παρασύρθηκε η πλάκα, χτυπήθηκε στα σημεία που φαίνονται στις εικόνες 12 & 13.
Η άνω βάση στήριξης της ανάρτησης σταμάτησε, απότομα, στο αμάξωμα στα σημεία που υποδεικνύονται στις εικόνες 4 & 5.
Ο συνδυασμός των δύο αντίθετων δυνάμεων που δημιουργήθηκαν μεταξύ πλάκας συγκράτησης και άνω βάσης στήριξης, η οποία βιδώνει το γόνατο της ανάρτησης, είχε ως αποτέλεσμα την αποκόλληση των ηλεκτρόποντων που συνδέουν τα δύο εξαρτήματα εργοστασιακά.
Καθώς το όχημα συνέχισε την πορεία του με σπασμένη την άνω βάση στήριξης του γόνατου ανάρτησης, υπήρχε, πλέον, ελεύθερη περιστροφή μεταξύ της άνω βάση στήριξης και της πλάκας (ίχνη περιστροφής παρατηρούνται στα σημεία των ηλεκτροπόντων στις εικόνες 6, 7 & 8). Επιπλέον, η πλάκα κινούταν ελεύθερα προς διάφορες κατευθύνσεις, με αποτέλεσμα να δημιουργηθούν τα σκουρόχρωμα αποτυπώματα από την κεφαλή των βιδών στην πλάκα (εικ. 10 & 11).
