Coil springs in passenger cars – general theoretical principles and structural requirements

The main role of the coil springs, as any kind of elastic elements is shock absorption caused by the movement of the so called unsprung masses (wheels, brakes, suspension components) on the uneven ground. This is to ensure not only driving comfort, but also protect the car from damage. The article presents the principles of strength calculations for coil springs used in the suspension of contemporary cars. Modern technological and structural solutions in contemporary cars are reflected also in the construction and manufacture of coil springs. A proper construction and the selection of parameters influence the strength properties, the weight, durability and reliability as well as the selection of an appropriate production method. An improper preparation of Finite Element Method calculation models consequently leads to wrong results. It is particularly difficult to interpret the results and to find an error if we do not have a comparative calculation base (such as results of fatigue tests, analytical strength calculations). Coil springs with linear and progressive characteristics were taken into consideration. In article was conducted a comprehensive calculation of these springs (analytically and FEM using) in order to show the differences and problems in the construction process. A proper selection of springs, that is also taking strength parameters into consideration, has a fundamental effect on correct functioning of the suspension of motor vehicles.

Główną rolą sprężyn, jak każdego rodzaju elementów sprężystych jest tłumienie wstrząsów wywołanych przez ruch tzw. mas nieresorowanych (kół, hamulców, elementów zawieszenia) po nierównej nawierzchni. Ma to zapewnić nie tylko komfort jazdy, ale też zabezpieczyć cały samochód przed uszkodzeniami. W artykule zaprezentowano podstawy obliczeń wytrzymałościowych sprężyn śrubowych stosowanych w zawieszeniach współczesnych samochodów osobowych. Nowoczesne rozwiązania technologiczne i konstrukcyjne w współczesnych pojazdach samochodowych są również widoczne w konstrukcji i produkcji sprężyn śrubowych. Prawidłowa konstrukcja i właściwy dobór parametrów sprężyn śrubowych wpływa na ich cechy wytrzymałościowe, ciężar, trwałość i niezawodność, a także na dobór odpowiednich metod produkcyjnych. Niewłaściwe przygotowanie modeli obliczeniowych z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych prowadzi w konsekwencji do błędnych wyników. Bardzo trudna jest interpretacja wyników i znalezienie błędu, szczególnie jeśli nie dysponujemy danymi porównawczymi (takimi jak wyniki testów zmęczeniowych lub wynikami analitycznych obliczeń wytrzymałościowych). Uwzględniono zarówno sprężyny o charakterystyce liniowej jak i progresywnej. Przeprowadzono kompleksowe obliczenia tych sprężyn (analitycznie i z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych) w celu wykazania różnic i problemów występujących w procesie konstrukcyjnym. Właściwy dobór sprężyn, a więc również uwzględnienie parametrów wytrzymałościowych ma zasadniczy wpływ na poprawne działanie zawieszenia pojazdów samochodowych.