Vingpennor 1949-03 Saab 92 - en liten personbil
Innehåll
Saab 92 - en liten personbil
En redogörelse över Saab-bilens konstruktion av civilingenjör Gunnar Ljungström
Civilingenjör Gunnar Ljungström i Saab 92
Efter tre års förberedelser för biltillverkning har Saab nu påbörjat tillverkningen av en mindre provserie i de verktyg, som skall användas vid den kommande serieproduktionen.
Vagnen är en liten fyrsitsig personbil med två dörrar, utförd med självbärande stålkaross. Den är framhjulsdriven av en tvåcylindrig tvåtaktsmotor, stående framför och parallellt med vagnens framaxel. Motorn är vattenkyld med termosifoncirkulation och utan kylluftfläkt. Styrningen är utformad enligt kuggstångsprincipen och fjädringen består av längsgående svängarmar och tvärliggande torsionsstavar både fram och bak. Stötdämparna är av hydraulisk teleskoptyp och bromsarna är dels hydrauliska för alla fyra hjulen, dels mekaniska (handbromsen) för bakhjulen.
Avsikten har varit att åstadkomma en robust och lättskött, möjligast ekonomisk vagn med goda prestanda men utan långtgående krav på utrymme utöver acceptabla sittplatser för de fyra åkande samt utan lyx.
Vagnens disposition är gjord väsentligen i enlighet med bildserien fig. 1. Tankegången belyses av följande antydningar beträffande föreliggande fakta och problem.
1. Önskvärd markfrigång fastställes. Passagerarnas sittställning och läge i höjdled och längsled fastställes med tanke på körställning, litet utrymmesbehov, bilens tilltänkta yttre form och förarens sikt.
2. Passagerarutrymmets dimensioner angives ungefärligt, ävensom viktiga mått på glasrutor.
3. Hjulaxlarnas lägen fastställes med hänsyn till inbyggnadsmöjligheter, viktfördelning och komfort. Liten hjulbas medför låg vikt och kostnad.
4. Fjädringsorganen utformas med minsta utrymmesbehov och kortaste väg för krafterna.
5. Drivaggregat (motor, transmission) placeras tätt intill drivhjulen. Övriga organ placeras med hänsyn till behov av åtkomlighet, tyngdpunkt och vagnens yttre form. Den yttre formen fastställes med hänsyn till aerodynamiska faktorer, utseende och praktiska synpunkter.
Fig. 1 a - f Figurserien belyser några av de fakta och problem, till vilka hänsyn tagits under konstruktionsarbetet: markfrigång, körställning, sikt, tyngdpunktsläge i höjdled, totaldimensioner, hjulbas, vikt, passagerarplacering i förhållande till hjulaxlarna, fjädring, drivaggregat, luftmotstånd.
Fig. 2. Saab-92 :ans yttre kännetecknas av elegant strömlinjeform
Karossen
är uppbyggd av ett relativt litet antal pressade detaljer av vanlig karosseriplåt, sammanfogade medelst överlappade fogar som punktsvetsats. Fig. 3 visar de delar av karossen, som utgör en svetsad enhet. Stänkskärmar, dörrar, motorhuv, kylarmaskering och reservhjulslucka är demonterbara.
Fig. 3 Karossens svetsade enhet
Karossen, som tillika tjänstgör som ram, kan betraktas som ett slutet skal med den kombinerade uppgiften att uppbära passagerarna samt skydda dem mot atmosfäriska obehag och mot stötar (vid olycksfall) samt att utgöra det nödvändiga, styva lastbärande förbandet mellan de fyra hjulen.
Ur hållfasthetssynpunkt är skalet ofullständigt på grund av hålen för de icke lastbärande glasrutorna och dörrarna. Dörröppningarna och vindrutan utgör de allvarligaste problemen. Med de förstärkningar, som inbyggts fungerar emellertid karossen approximativt som ett stelt skal på sätt, som här resonemangsvis beskrives.
Bakrutan är omgiven av en invändigt medelst punktsvets infästad ram och är f. ö. så pass begränsad till sin utsträckning, att den ej förorsakar nämnvärd försvagning. Bakre sidorutorna har i huvudsak triangulär form, och dessa öppningar kan därför, tack vare styva inramningar, betraktas som fullt formstyva.
Vi ser sålunda, att skalet kan betraktas som helt ända bakifrån och fram till dörrens bakkant (bagagerumslucka finnes ej). Denna del av karossen liknar ett äggskal med en stor del av ena änden borttagen. Skalets kant är då lätt deformerbar, men insättes ett skott eller en botten ett stycke in i skalet, erhålles en kraftigt förstyvande verkan. I karossen utgöres detta skott av den snedvägg, som samtidigt är ryggstöd för baksitsen (väggen har visserligen ett stort hål för tillgång till bagagerummet, men tack vare breda plåtytor på tre sidor fungerar den som en hel vägg).
Hittills behandlade parti av karossen kan beskrivas som en bakre sluten del, i vilken är fast inspända på översidan taket, på undersidan golvet och på sidorna karossens yttersidor.
Takets kanter är kraftigt nersvängda och försedda med förstärkningar. Golvets sidor är förstärkta medelst raka, slutna plåtprofiler. Tak och golv sträcker sig sålunda framåt som två kraftiga balkar, inspända i det bakre skalet. Mellan de främre ändarna av dessa balkar är en veckad framvägg, ”torpeden”, med vindruteramen infästad. Var och en av vindrutornas sidostolpar innehåller ett speciellt profilrör, vilket är förlängt framåt-nedåt och inspänt i torpeden för kraftupptagning i höjd- och sidled. Torpeden är, för att kunna upptaga vertikallaster, försedd med kraftiga sidoskott, vilka tillsammans med nämnda profilrör utgör ”främre stolpar”. Dessa är till yttermera visso inspända i golvets sidobalkar. Omedelbart framför torpedens nedre del befinner sig hjulen. Torpedens form sedd i bilens mittsektion är sådan, att den tillsammans med golvets framparti bildar en mer än halvmeterhög U-balk. Ett stycke från ändarna på denna U-balk är de båda sidornas "hjulhus" infästade. Dessa äro tillika sidoväggar i motorrummet och utgöra bärande organ för bilens framparti tillsammans med det mellan dem framdragna golvet.
Huvuddelen av vagnens fjädrade vikt (kaross och passagerare) överföres till fjädringssystemet på kortaste möjliga väg, i och med att fram-fjädringen och bakfjädringen består av armar, lagrade i hus, vilka äro fastskruvade omedelbart framför torpeden resp. bakom ovan omtalade snedvägg.
Materialdimensionerna i de olika ovan beskrivna elementen äro valda så, att elementen samverka på gynnsammaste sätt, dvs. att de alla uppnå approximativt samma procentuella grad av högsta tillåtna påkänning med hänsyn tagen till elementens form vid de högsta förekommande belastningarna. Detta har kunnat verifieras genom verklighetstrogna belastningsprov, under vilka spänningarna i konstruktionen mätts med elektriska töjningsmätare på samma sätt som vid provbelastning av flygplan. Utförda deformationsmätningar visa, att en mycket styv konstruktion har erhållits, trots att slutna sektioner endast ingå i golvtrösklarna, vindrutestolparna och "bakre fjäderschaktet".
Personerna i framsätena sitta så långt fram, att deras fötter komma mellan framhjulen, vilket medger liten hjulbas, samtidigt som alla passagerarna erhålla en med hänsyn till åkkomforten gynnsam placering, fig. 4.
Fig. 4 Översiktsritning av Saab-92
Arrangemanget möjliggöres genom frånvaro av utrymmeskrävande transmission genom bilens mittparti. Av samma skäl, i kombination med skalkonstruktionen och speciellt de bärande främre hjulhusen, kan golvet placeras så lågt, att dess höjd över marken praktiskt taget sammanfaller med vagnens markfrigång. Passagerarna sitta sålunda på lägsta möjliga höjd över marken, samtidigt som bilens totala frontyta får minsta möjliga höjd.
Markfrigången är för golvpartiet mellan framhjulen 175 mm, för övrigt 200 mm. Passagerarna i baksätet, som ej nödvändigtvis behöva god överblick av vägen, ha placerats ovanligt lågt, vilket möjliggjort tillräckligt huvudutrymme, samtidigt som yttertaket kunnat ges en ur luftmotståndssynpunkt gynnsam form. Överblicken över landskapet är med denna placering osedvanligt god. Bakrutan, som är nästan i kant med plåtens ytteryta, är placerad så lågt, att backspegelns rätta plats är vid vindrutans underkant. Sikten bakåt är god, även om den är relativt begränsad i sidled i jämförelse med nyare amerikansk praxis. Sikten framåt utåt är så gott som fri från blinda vinklar, tack vare att vindrutestolparnas tjocklek — inklusive tätningslister och dörram — är obetydligt större än det normala avståndet mellan ögonens centra på en vuxen person.
Kylarens placering bakom motorn nödvändiggör ett i huvudsak slutet motorrum med det framtill placerade luftintaget som enda öppning. Detta i kombination med fjädringens utformning har möjliggjort en helt obruten, slät yta under hela bilen utom vid hjulen. Se fig. 5 nedan.
Fig. 5. Det sammansvetsade golvet sett underifrån
I huven, som öppnas framåt-uppåt kring gångjärn i framändan, är strålkastarna och signalhornet lättåtkomligt inbyggda.
Dörrarna är breda för bekväm instigning även till baksätet. Glasrutan är svängbar kring en tväraxel i framändan och sänkes således i en cirkelrörelse, varigenom uppnås att ingen mekanism erfordras för styrning av rutan, och att hissen endast behöver överföra vevens rörelser till en punkt vid rutans underkant.
Inredning
De två framsitsarna, som är av stålrörstyp med tvärgående spiralfjädrar och fällbara ryggstöd, är justerbara i längsled. Mellan sitsarna och mellan dessa och ytterväggen finnes tillräckligt utrymme för alt medge personer i baksätet att sträcka fram benen på ömse sidor om framförvarande stol och sålunda på längre resor finna välkommen omväxling i sittställningen. På så sätt utnyttjas den stora karossbredden för erhållande av större nyttigt utrymme i längsled.
Fig. 6. En överblick av 92:ans rymliga förarutrymme
Invändiga ytor är klädda med tyg och i stor utsträckning även på annat sätt isolerade, men kanterna kring vindrutan och takets sidor är oklädda (fig. 6). Takets tygklädsel uppbäres på vanligt sätt av järnbågar och är infästad till den längs kanterna gående starkt välvda förstärkningen helt enkelt medelst en gardinspiral, som är inlagd som ”dragsko” i tygkanten och vid monteringen spännes bakåt.
Bagagerummet blir tillgängligt genom nedfällande av baksätets ryggdyna, vilket framgår av fig. 7.
Fig. 7. Bagageutrymmet, som blir tillgängligt genom att baksätets ryggdyna fälles ned, ger gott plats åt ett tämligen omfångsrikt handbagage
Reservhjulet förvaras i ett rum längst bak och är åtkomligt genom en lucka, vilken öppnas inifrån vagnen. Se fig. 8.
Fig. 8. Reservhjulet förvaras i ett rum längst bak med lucka som öppnas inifrån bilen
Fjädringen
är såväl fram som bak utförd med tvärliggande runda torsionsstavar, till vilka vridningen överföres genom svängarmar — förlagda i stort sett i vagnens längdriktning — vilkas fria ändar uppbär hjulen. Fig. 9 och 10 visar främre och bakre fjädring. Framtill finnes på var sida två ovanför varandra i ett lättmetallbeslag, ”lagerkonsolen”, lagrade svängarmar med 160 mm svängningsradie, i ändarna försedda med kulskålar. I dessa två kulskålar är styrspindelhuvudet med hjullagren och bromsarna lagrat medelst kulor. Denna lagring medger såväl fjädrings-som styrningsrörelserna. Vid fjädringsrörelser rör sig hjulet i huvudsak i ett vertikalplan och intar (vid oförändrat rattläge) ständigt samma riktning i förhållande till vagnen. Utslagen uppåt och nedåt begränsas av gummibuffertar. Hydrauliska teleskopstötdämpare är anslutna till de övre svängarmarna. Torsionsstaven för vänster sidas fjädring är ansluten till den övre armen, och högra sidans torsionsstav är ansluten till den undre armen.
Fig. 9. Främre fjädring och styrinrättning
Fig. 10. Bakre fjädring sedd ovanifrån
Svängarmarnas vridningsaxlar är ej exakt vinkelräta mot vagnens längdriktning utan lagda i sådana riktningar, att varje torsionsstav kan förankras i motsatt sidas lagerkonsol framför och ovanför där befintlig lagring för svängarmen. Detta arrangemang medger utnyttjande av hela breddutrymmet mellan hjulen för torsionsstavarna, varigenom tillfredsställande fjädring erhålles, utan att för höga spänningar uppstår i stavarna. Samtidigt erhålles den effekten, att hjulen vid, i förhållande till vagnen i övrigt, uppåtgående rörelse även rör sig något utåt, vilket ger ökad krängningsstabilitet i kurvor. Dessutom beskriver hjulcentrum en bakifrån sett svagt krökt bana, vilken nära ansluter sig till den cirkelbåge, i vilken yttre änden av drivaxeln rör sig vid fjädringsutslag, varigenom svårbehärskade variationer av axelns längd undvikes.
Bakre fjädringen utgöres för varje hjul av en enda svängarm med 266 mm svängningsradie, lagrad i ett kraftigt hus av aducergods, fäst med bultar till hjulhuset och ett längsgående skott i karossen. Motsatta sidors lagringar är förskjutna så mycket i höjdled, att torsionsstaven för varje arm kan förankras i motsatt sidas lagerhus, varigenom riklig längd erhållits. Stötdämparanordningen är analog med den i framfjädringen använda.
Inställning av viktfördelningen och vagnens höjd över marken sker genom att torsionsstaven spännes medelst en med justerskruv försedd arm i den ända, där torsionsstaven är förankrad.
För höjande av utmattningshållfastheten och eliminering av sättningar i tjänst är torsionsstavarna efter härdningen permanent förvridna en vinkel av ungefär 1,6° per stavlängd lika med diametern. Härigenom höjes spänningarna i stavens inre delar och sänkes spänningarna i ytan. Dessutom synes metoden medföra minskad risk för skadliga spänningskoncentrationer, orsakade av repor och små hålkälsradier. Metoden har tillämpats bl. a. på torsionsstavar till stridsvagnar.
Styrningen
Rattutväxlingen är liten i enlighet med praxis för småvagnar. Ett kugghjul på rattaxeln överför rörelsen till en kuggstång, varifrån lika långa styrstag utgår till vardera styrspindelhusets styrarmar. Vid utarbetandet av styrgeometrien har vederbörlig hänsyn tagits till de olika samverkande organens elasticitet.
Karossens styvhet ger tillsammans med vagnens fjädrings- och styrningsegenskaper en mycket stabil gång även på mindre goda vägar. Vikten är vid full last lika fördelad på alla hjulen, medan vid mera normal last framhjulen upptager en procentuellt större del av vikten. Denna viktfördelning medverkar till alt eventuellt uppkommande slirningar har en tendens att automatiskt upphävas.
Bromsarna
är av Lockheeds hydrauliska typ med 8" bromstrummor av högvärdigt aducergods och gjutna i ett stycke med navet. Bromsbackarnas bredd är 1½" 60 % av bromskraften verkar på framhjulen. Handbromsspaken är placerad mellan framsitsarna och påverkar bakhjulen via stållinor.
Hjulen är av vanlig tallrikstyp med 3½" fälgbredd och fästes medelst vardera fem skruvar. Däckdimensionerna är 5.00" x 15"
Motor och transmission
Liksom vid utformning av bilen i dess helhet och dess olika organ har vid valet av motor stor betydelse tillmätts enkelhet i tillverkning och skötsel samt möjligheter till ett koncentrerat byggnadssätt. En tvåtaktsmotor medför bl. a. följande fördelar: litet antal delar, enkel skötsel, liten längd. Den lilla längden medger inbyggande av motorn tvärliggande och direkt anslutning av koppling och växellåda på vanligt sätt i vevaxelns förlängning. En längre motor skulle hindra detta inbyggnadssätt och framtvinga placering av motorn i bilens längsled, medförande större längd på bilen och olämplig viktsför delning.
Motor och växellåda är hopbyggda till en enhet, i vilken alla roterande axlar är parallella, fig. 11, 12 och 13. Motorn är en förgasar-motor med kolvstyrda portar och cylinderspolning enligt Schnurles välkända system. Spolluften komprimeras i vevhuset. Smörjning sker medelst inblandning av 4 % olja i bränslet. Samtliga lager utom vevstakarnas kolvtappslager är kul- eller rullager. Vevaxeln är uppbyggd av fyra lika vevskivor och fem tappar, hopfogade genom pressförband. Vevhus, kolvar och cylinderlock är av lättmetall.
Avbrytarmekanismens nockaxel är direkt fästad till vevaxelns högra ände. Tändfördelare erfordras ej, då varje cylinder har sitt egna tändsystem, bortsett från nocken, som är gemensam.
Ljuddämparen är belägen framför motorn och under den uppsvängda golvplåten, en placering, som motiveras av att bilens släta undersida med hänsyn till luftmotstånd och markfrigång ej får belamras.
Förgasaren är en fallförgasare av typ Solex 32 AIC. Bränslet tillföres av en membranpump, där membranets ”torra” sida påverkas direkt av tryckvariationerna i vevhuset, varigenom stor enkelhet vinnes, då de vanliga mekaniska rörelseorganen bortfaller. Bränsletanken är belägen längst bak i vagnen i ett avskilt rum. Kylsystemet är konstruerat så, att en specialkonstruerad klimator enkelt kan anslutas, varvid luften uppvärmes genom upprepade passager genom kylaren.
Kopplingen är av enkel torrlamelltyp. Mellan kopplingen och växellådan är inbyggt ett frihjul, som vid behov kan sättas ur funktion (låsas).
I växellådan överföres arbetet på alla tre växlarna via en mellanaxel till det stora differentialdrevet, vilket omger själva differentialen. Denna liksom växellådan i övrigt har endast cylindriska kugghjul. Högsta och näst högsta växeln har spiralskurna kuggar och synkronisering. Lägsta växeln och ”backen” ilägges medelst axialförskjutning av mellanaxelns största kugghjul. Samtliga axlar utom backaxeln är kul- eller rullagrade. Växlingen sker med rattväxel.
Fig. 11. Motor- och växellådsaggregat med drivaxlar
Fig. 12. Längd och tvärsektion av Saab motorn
Fig. 13. Växellådshusets underhalva (överst) och överhalva (t. v.) med hjul och axlar på sina platsar. Av vänstra bilden framgår hur axeln med kilrepsskivan för generator drivningen går genom den urborrade primäraxeln
Från differentialen överföres rörelsen till framhjulen medelst axlar med två leder, av vilka den yttre är av dubbeltyp, som ger konstant vinkelhastighet, oberoende av böjningsvinkeln. Yttre knutens böjningspunkt ligger ungefär i styrspindellinjen. De yttre knutarna skyddas av ej medroterande, bälgliknande gummihöljen.
Motorväxellådsaggregatet är baktill upphängt på en gummikudde och framtill på en tvärliggande bladfjäder. Vid belastning av motorn upptages de av utgående vridmoment förorsakade krafterna av gummibuffertar.
Elutrustning
Denna är till största delen av Bosch fabrikat och är rikligt dimensionerad med tanke på vinterförhållanden. Generatorn drives via kilrem av en axel, som utgör en förlängning av motoraxeln rakt igenom växellådan, se fig. 13. Startmotorn är belägen framför motorn och arbetar på konventionellt sätt på en kuggkrans på motorns svänghjul. Batteriet är beläget under bagagerumsgolvet, åtkomligt genom en lucka, se fig. 4. Strålkastarna är av en ny typ, ”Sealed beam”, speciellt tillverkad för länder med vänstertrafik.
Prestanda
Fig. 14 visar tillgänglig och erforderlig dragkraft på god horisontell väg. Man ser, att luftmotståndet redan vid ”normala marschhastigheter” spelar avsevärd roll. Luftmotståndskoefficienten ligger med kylmotståndet inberäknat vid 0,35, vilket är avsevärt lägre än för de flesta moderna standardvagnar.
Fig 14 Diagram över dragkraft och bränsleförbrukning för Saab-92. Dragkraftskurvorna gäller för god horisontell grusväg. Bränsleförbrukningen är uppmätt under körning i båda riktningarna på kilometersträcka med horisontell, rak väg
Motorns effekt, moment och bränsleförbrukning framgår av fig. 15, och bilens dimensioner samt tekniska data, slutligen, har samlats i tabellen nedan.
Fig. 15. Effekt-, moment- och bränsleförbrukningsdiagram för Saab-92-motorn
