Наскільки суттєвим є ефект заміни коліс-на легші?

Суть заміни маточини колеса полягає в зменшенні підресореної маси (краса - другорядне).

Що таке підресорена маса?
Сині лінії представляють частину кузова, червоні – колеса, а інші серії компонентів. З’єднання між ними — жовті лінії, що представляють пружини, і зелена частина, що представляє амортизатори. Звичайно, на самому автомобілі також є низка механізмів підвіски для обмеження руху коліс. Ця частина тут опущена через мою недосвідченість.
Конструктивно частина підресореної маси включає червону, жовту та зелену частини, показані на малюнку, а саме (але не обмежуючись ними): втулку колеса, шини (включно з гвинтами), рульові тяги, пружини, амортизатори, рульові тяги, гальмівний вузол (гальмівний барабан або гальмівний диск + сильфон), а для деяких моделей — трансмісійний вал, загальний міст тощо.
Насправді, ви можете подумати про це так: причина, чому малюнок намальований таким дивним чином, полягає в тому, щоб змусити людей, які не мають поняття про підресорені та непідресорені маси, уявити собі машину як таку: машину можна розділити на дві частини, одна частина — це частина, яка котиться вперед по землі, і після видалення пружин і амортизаторів її можна все ще стійко поставити на землю. Ця частина є непідресореною масою. Інша частина — це верхня частина конструкції, де сидять пасажири, і якщо зняти підвіску, ця частина розвалиться і поцілує землю. Він повинен мати пружини та амортизатори для підтримки цієї частини. І ця частина є ресорною. Дві частини з'єднані пружинами і амортизаторами. (Звичайно, пружини та амортизатори зазвичай вважаються непідресореною масою.)

Розуміння цього означає зрозуміти основи цієї проблеми. Це також є причиною, чому я не задоволений поясненнями оптимізації підресореної маси, які можна знайти в сучасних автомобільних ЗМІ, тобто побудувати цю спрощену модель, а потім думати про оптимізацію підресореної маси. Це буде набагато зрозуміліше після розгляду.

Значення зменшення підресореної маси
Є така приказка: 1 кілограм підресореної маси, 10 кілограмів непідресореної. Це означає, що зменшення підресореної маси на 1 кг досягне ефекту оптимізації, приблизно еквівалентного скороченню 10 кг непідресореної маси. Це твердження, звичайно, поширене лише в народі, а реальна ситуація складніша. Його потрібно розглядати з двох аспектів: окремо розглядаючи переваги, які приносить зменшення підресореної маси, і комплексно розглядаючи вплив підресореної та непідресореної мас на автомобіль.
По-перше, давайте розглянемо, який вплив матиме зменшення підресореної маси.
Це в основному проявляється в продуктивності прискорення та уповільнення.
Це те, що мається на увазі під 1 кілограмом підресореної маси та 10 кілограмами непідресореної маси.

Принцип легко зрозуміти. Будучи компонентом, безпосередньо пов’язаним з віссю, інерція обертання втулки колеса та шин безпосередньо впливає на продуктивність. Будь то 250 або 280 к.с., 350 Нм або 420 Нм, ви повинні спочатку подолати інерцію обертання втулки колеса та шин, перш ніж крутний момент зможе передаватися через втулку колеса та шини на землю. Зменшення ваги втулки колеса та шин (включно з обертовим гальмівним диском) може зробити передачу потужності більш прямою.

Однак, лише враховуючи вплив зменшення інерції обертання на характеристики прискорення та уповільнення, сильфони та тяги не мають нічого спільного. Оскільки вони не обертаються разом з колесами, їхня здатність перешкоджати нічим не відрізняється від непідресореної частини. Тоді чому так думають ті, хто любить міняти сильфони та диски і любить їх зважувати?
Це передбачає ще один аспект розгляду.
Відношення підресореної маси до непідресореної
Це вимагає використання спрощеної моделі, яку було зручно створено раніше.
Для автомобіля дорожнє покриття точно не таке гладке, як дзеркало. Не кажучи вже про різні вибоїни, лежачі поліцейські, кришки люків, різні камені будуть викликати вібрацію, а якщо уважно спостерігати за асфальтовою дорогою, то покриття досить нерівне.
Але в комфортабельному автомобілі ми відчуваємо його як шовковистий. На додаток до використання більш м’якої комбінації пружини та амортизатора ефективним засобом є збільшення співвідношення між підресореною та непідресореною масами.
Вантажівки мають таку цікаву особливість: у порожньому стані транспортний засіб страшенно трясе, і його потрібно щось завантажити, щоб нормально їхати.

Причина цього в тому, що співвідношення підресореної і непідресореної маси збільшилося.

Повернемося до спрощеної моделі. Усі підстрибування на дорозі спочатку поширюються на непідресорену частину. Потім підстрибування непідресореної частини має впливати на підресорену частину через пружини та амортизатори. У нерухомому стані вага, яку несуть пружини, є вагою підресореної частини. Коли непідресорена частина відчуває підстрибування, якщо пружини стискаються або розширюються, це порушить баланс і створить додатковий тиск. Відповідно до другого закону Ньютона, тиск, що прикладається пружинами до непідресореної частини, буде також прикладатися до підресореної частини. На даний момент є два варіанти (або обидва можуть бути прийняті):

По-перше, збільште масу підресореної частини, так само як при завантаженні вантажівки вантажами, шляхом збільшення маси підресореної частини, щоб послабити прискорення, викликане відскоком непідресореної частини, що передається через пружини. Коротше кажучи, вага транспортного засобу повинна утримувати відскок.
По-друге, зменшіть масу непідресореної частини, щоб зменшити силу відскоку, необхідну для того, щоб непідресорена частина створювала такий самий підстрибування, щоб зменшити вплив на підресорену частину.

Таким чином, необхідно збільшити співвідношення маси підресорених і непідресорених частин.
Звичайно, ідеальна ситуація полягає в тому, що маса підресореної та непідресореної частин зменшується, але зменшення непідресореної частини є більшим, ніж зменшення підресореної частини. Загальне співвідношення маси підресореної і непідресореної частин ще збільшується.
Тому деякі люди часто кажуть, що більш важкий автомобіль їде стабільніше на високих швидкостях. Це певною мірою розумно, але більш точне твердження полягає в тому, що співвідношення маси підресорених і непідресорених частин велике, і він їде більш стабільно.

Незамінні пружини та амортизатори
Вибір пружин і амортизаторів має більший вплив, оскільки це частина, яка з’єднує дві секції та відповідає за підтримку, передачу сили та поглинання удару. Наскільки сила відскоку непідресореної частини відбивається на підресорену, більшою мірою визначають пружини та амортизатори.
Отже: модифікація – це систематичний інженерний процес, і важливо уникати односторонніх-модифікацій.