سیستم تعلیق خودرو
سیستم تعلیق چیست؟
امروزه راحتی سرنشینان مهم ترین هدف سازندگان خودرو است.یکی از مهم ترین عوامل راحتیسرنشینان جلوگیری از انتقال ارتعاشات حاصل از محیط خارج به سرنشینان است. این ارتعاشات میتواند ناشی از عوامل متعددی مانند ترمز کردن ،حرکت در پیچ و ناهمواریهای جاده و .... باشد. برای تحقق این هدف ،بین چارچوب شاسی و چرخهای خودرو سیستم تعلیق را کار گذاشته اند.
سیستم تعلیق ،مجموعه فنرها،کمک فنرها و تمام سازوکارهایی است که برای ایجاد راحتی سفر و فرمانپذیری خودرو به کار میروند.
هر سیستم تعلیق دو هدف کلی دارد:
۱-راحتی سرنشینان
۲-فرمایپذیری و کنترل خودرو
هدف اول به واسطه جدا کردن سرنشینان از ناهمواریهای جاده فراهم میشود. که این وظیفه به وسیله اجزای انعطاف پذیر مانند فنر و عضو میرا کننده (کمک فنر)انجام میپذیرد.در واقع اکثر کار سیستم را فنرها انجام میدهند،از کمک فنرها نیز همان طور که اشاره شد برای میرا کردن نوسان فنرها بعد از برخورد با ناهمواریها در جاده استفاده میشود.به طوری که اگر کمک فنر استفاده نشود ،اتومبیل بعد از برخورد با ناهمواریها به دفعات و با دامنه نسبتا زیاد نوسان میکند و این برای سرنشینان ناخوشایند است.
هدف دوم نیز به وسیله جلوگیری از غلط خوردن و پرتاب شدن خودرو و حفظ تماس چرخها با جاده میسر میشود.این وظیفه با استفاده از بازوهای مکانیکی که اتصال اکسل یا چرخها به بدنه یا شاسی را ممکن میسازد،انجام میشود.
خواص یک سیستم تعلیق که برای دینامیک خودرو اهمیت زیاد دارد در رفتار حرکتی و پاسخ ان به نیروها و ممنتوم های است که از تایرها به شاسی انتقال میابد.
در واقع سیستم تعلیق یکی از اجزای واحد شاسی در هر خودرو سبک و سنگین است که در ناحیه ای بین محور عرضی انتقال قدرت چرخها و قسمت بدنه خودرو قرار میگیرد.
اجزای سیستم تعلیق:
قبل از بررسی اجزای تشکیل دهنده سیستم تعلیق و سازو کارهای ان باید به خاطر داشته باشیم که یک خودرو در حال حرکت چیزی بیش از چرخش چرخهاست، به طوری که با چرخش چرخها و حرکت اتومبیل ،سیستم تعلیق در هر لحظه در وضعیت تعادل دینامیکی میباشد. یعنی به طور مداوم اتومبیل را با شرایط متغیر جاده تطبیق میدهد.
اصلی ترین اجزای سیستم تعلیق عبارت است از:
۱-فنرها (spring)
2-کمک فنرها (shock absorber)
۳-ستونهای نگهدارنده(struts)
۴-تایر(tire)
این اجزا ودیگر جزییات تشکیل دهنده سیستم تعلیق به منظور ایفای شش نقش زیر طراحی میشوند.
۱-ثابت نگه داشتن ارتفاع خودرو در حال حرکت
۲-کاهش اثرات نیروهای حاصل از ضربه
۳-حفظ مسیر صحیح چرخها
۴-تحمل وزن خودرو
۵-حفظ تماس چرخها با جاده
۶-کنترل مسیر حرکت خودرو
نقش فنرها در سیستم تعلیق:
فنرها اجزای انعطاف پذیری هستند که وزن بدنه و چارچوب و همچنین بار اضافی انومبیل را تحمل میکند و ارتفاع ان را در حین حرکت ثابت نگه میدارد.همچنین با نوسان کردن از انتقال ارتعاشات شدید حاصل از برخورد با موانع به بدنه و چارچوب به طور نسبی جلوگیری میکند.
بهترین فنرها به سرعت ارتعاشات به وجود امده توسط جاده را جذب میکنند و به ارامی به حالت نرمال برمیگردند.فنرهایی که خیلی نرم و انعطاف پذیر هستند نوسانات بیشتری را برای قسمت فوقانی اتومبیل باعث میشوند،در صورتی که فنرهای سخت اجازه ارتعاش زیاد را به اجزای اتومبیل نمیدهند.در واقع فنرها اتصال انعطاف پذیر بین چرخها و بدنه ایجاد میکنند.
در ضمن برای درک بهتر سازوکار فنرها در سیستم تعلیق خودرو اشنایی با در مفهوم زیر ضروری به نظر میرسد.
sprung weight:قسمتهایی از خودرو که وزن انها به وسیله فنرها ساپورت میشود.مثل:بدنه،گیربکس،موتور،...
unsprung weight:قسمتهایی از خودرو که وزن ان به وسیله ی فنرها ساپورت نمیشود.مثل:تایرها،مجموعه ترمز،اکسل،...
یکی از متداول ترین فنرها میباشد.امروزه تقریبا تمامی ماشینهای سواری ازcoil spring استفاده میکنند.تعداد زیادی از ماشینهای بارکش نیز از این نوع فنر استفاده میکنند،البته به دلیل بارگذاری زیاد در این نوع ماشینها فنرهای تخت (leaf spring) را در سیستم تعلیق قسمت عقب به کار میبرند.
سرعت جهش فنر(spring rate):
که به ان deflection rate هم گفته میشود و معیاری برای اندازه گیری سختی فنر است.سرعت جهش فنر مقدار نیرویی است که باید وارد شود تا فنر ۱ اینچ تغییر شکل دهد(منبسط یا متراکم شود)،به فرض اگر برای فشرده شدن فنر به اندازه ۱ اینچ،۱۰۰ پوند نیرو لازم باشد میتوان نتیجه گرفت که برای متراکم شدن ان به اندازه ۳ اینچ باید۳۰۰ پوند نیرو اعمال کرد.
spring rate به عوامل زیر بستگی دارد:
تعداد حلقه های فنر،قطر حلقه ها،قطر سیمی که فنر از ان ساخته شده است.
به طوری که سختی فنر با قطر سیم نسبت مستقیم و با تعداد حلقه ها نسبت عکس دارد.
همچنین میتوان این نوع فنرها را طوری ساخت که سختی متغیر داشته باشند،این سختی متغیر عمدتا از طریق تغییر در پارامترهایی همچون،ضخامت در طول سیم،فواصل بین حلقه ها،و قطر حلقه ها ایجاد میشود.این نوع فنرها در شرایط بدون بار یا کم بار سختی کمتری از خود نشان میدهند و در نتیجه حرکت نرم و هموار را برای اتومبیل ایجاد میکنند.اما تحت شرایط بارگذاری شده سختی انها بیشتر است که نتیجه ان توانایی در تحمل بار و کنترل خودرو در شرایط متغیر جاده است.
با توجه به گفته های بالا میتوان نتیجه گرفت که طراحی فنر در کنترل و فرمانپذیری خودرو نقش بسزایی دارد،به بیان دیگر هر چه فنر انرژی بیشتری جذب کند راحتی سفر خودرو بیشتر است.
فنر تخت (leaf spring):
این نوع فنرها بیشتر در ماشینهای سنگین مورد استفاده قرار میگیرد و به دو صورت طراحی میشود:
۱-چند لایه (multi-leaf spring) که اغلب از استیل ساخته میشود.
۲-یک لایه (mono-leaf spring) که اغلب از الیاژ ساخته میشود.
نوع اول متشکل از چندین لایه با طول متفاوت است که در بین لایه ها از پلاستیک یا نوعی لاستیک برای سهولت انعطاف استفاده میشود.هنگام برخورد با ناهمواریها لایه های فلزی با خم شدن و سر خوردن بر روی یکدیگر ارتعاشات را جذب میکنند.
نوع دوم این فنرها تنها از یک لایه تشکیل شده است که در وسط نسبت به دو انتها ضخامت بیشتری دارد.
دو انتهای این نوع فنرها (leaf spring)به شکل حلقه خم شده تا بتوان از این طریق ان را به چارچوب اتصال داد،که البته یکی از این اتصال ها ازاد است تا فنر بتواند به راحتی خم شود.
سیستم های تعلیق خودرو چگونه کار می کنند؟
(ترجمه از sidewinder )
هنگامی که مردم در مورد کارایی اتومبیل فکر می کنند، معمولاً کلماتی نظیر: اسب بخار، گشتاور و شتاب صفر تا صد به ذهن شان خطور می کند. ولی اگر راننده نتواند خودرو را کنترل کند، همه قدرتی که توسط موتور ایجاد می گردد، بدون استفاده است. به همین دلیل، مهندسین خودرو تقریباً از هنگامی که به فناوری موتورهای احتراق داخلی چهار زمانه دست پیدا کردند، توجهشان به سیستم تعلیق معطوف گردید.
کار تعلیق خودرو، در به حداکثر رسانیدن اصطکاک بین لاستیک و سطح جاده، برای فراهم آوردن هدایت پایدار، دست فرمان خوب و اطمینان از اینکه سرنشینان در راحتی به سر می برند، خلاصه می شود. در این مقاله ما به کاوش چگونگی کارکرد سیستم تعلیق می پردازیم، و اینکه در طول سال ها چگونه متحول شده، و اینکه طراحی سیستم های تعلیق در آینده به کدام جهت سوق پیدا می کند.
اگر جاده ها کاملاً صاف بودند و بدون هیچ دست اندازی، ما نیازی به سیستم تعلیق نداشتیم. ولی جاده ها از صاف بودن فاصله زیادی دارند. حتی جاده هایی هم که به تازگی آسفالت شده اند، دارای ناصافی هایی جزئی هستند که می توانند بر چرخ های خودرو تاثیر بگذارند. این ناصافی ها بر چرخ ها نیرو وارد می کنند و طبق قوانین حرکت نیوتن، همه نیروها جهت و اندازه دارند. یک دست انداز باعث می شود تا چرخ به صورت عمودی بر سطح جاده بالا و پایین برود. البته نیرو به بزرگی و کوچکی دست انداز بستگی دارد. در عین حال، چرخ خودرو هنگامی که از نا هم سطحی عبور می کند، یک شتاب عمودی را نیز به دست می آورد.
بدون یک نظام مداخله کننده، همه انرژی عمودی چرخ، به شاسی که در همان جهت در حال حرکت است انتقال می یابد. در چنین شرایطی، ممکن است که چرخ ها به طور کامل ازجاده جدا شده و سپس، تحت نیروی جاذبه، مجدداً با سطح جاده برخورد کنند. چیزی که شما نیاز دارید، سیستمی است که انرژی چرخ را (که دارای شتاب عمودی است) در حال عبور از دست انداز، جذب کرده و به شاسی و بدنه اجازه دهد تا به راحتی حرکت کنند.
مطالعه نیروهای موجود در یک خودروی متحرک را دینامیک خودرو می نامند، و برای درک بهتر ضرورت وجود یک سیستم تعلیق، در وحله اول، نیاز به دانستن بعضی مفاهیم می باشد. اکثر مهندسان اتومبیل، دینامیک خودروی متحرک را از دو دیدگاه بررسی می کنند:
- سواری – توانایی خودرو برای به نرمی عبور کردن از یک جاده پر دست انداز.
- دست فرمان – امنیت خودرو در شتاب، ترمز و در پیچ ها و دورها.
این دو خصیصه را می توان به صورت عمیق تری در سه بخش مهم توضیح داد – ایزولاسیون جاده، نگهدارندگی جاده و پیچ. جدول زیر این اجزاء را توضیح داده و به این می پردازد که مهندسان چگونه سعی بر حل این مشکلات، به صورت جداگانه و بسته به نوع خودشان دارند:
بخش
تعریف
هدف
راه حل
ایزولاسیون جاده
توانایی خودرو برای جذب یا جداسازی شوک جاده از قسمت سرنشین.
به بدنه خودرو این اجازه را بدهد تا به راحتی روی جاده های خراب حرکت کند.
انرژی را از دست اندازها گرفته و آن را آزاد کند، بی آن که بر خودرو تکان اضافی وارد سازد.
نگهدارندگی جاده
درجه ای که خودرو در آن تماس خود با سطح جاده را در طی تغییرات مختلف جهت و آن هم در یک خط مستقیم، تنظیم می نماید. (مثال: هنگامی که راننده ترمز می کند، وزن خودرو از لاستیک های عقب به لاستیک های جلو منتقل می گردد. به خاطر نزدیک شدن نوک ماشین به سطح جاده، این نوع از حرکت را "شیرجه" می نامند. اثر مخالف –نشست- در هنگام شتاب گرفتن رخ می دهد، و وزن خودرو از لاستیک های جلو به عقب هدایت می شود.
نگهداشتن لاستیک ها در تماس با زمین، زیرا این اصطکاک بین لاستیک ها و جاده است که بر توانایی خودرو برای فرمان گرفتن، ترمز کردن و شتاب گرفتن تاثیر می گذارد.
به حداقل رسانیدن انتقال وزن خودرو از طرفی به طرف دیگر و از جلو به عقب، که این انتقال وزن، از چسبندگی لاستیک ها به جاده می کاهد.
پیچ
توانایی یک خودرو برای طی یک مسیر پیچ دار.
به حداقل رساندن چرخش خودرو، که بر اثر وارد شدن نیروی گریز از مرکز به مرکز ثقل خودرو در حین دور زدن، و سپس بلند کردن یک طرف و پایین آوردن طرف مقابل.
انتقال وزن خودرو در هنگام دورزدن از طرف بالای خودرو به طرف پایین تر.
سیستم تعلیق یک خودرو، با تمام قطعات مختلفش، زمینه تمامی این راه حل ها را فراهم می آورد. بگذارید به قسمت هایی از یک سیستم تعلیق استاندارد نگاهی بیندازیم. کار را از شاسی شروع کرده و به ترتیب پایین می رویم و به اجزای مشخصی که سیستم تعلیق را تشکیل می دهند، می پردازیم.
شاسی:
سیستم تعلیق یک خودرو در حقیقت بخشی از شاسی است که شامل تمام سیستم های مهمی که در زیر بدنه قرار دارند، می شود.
این سیستم ها شامل بخش های زیر می شوند:
- شاسی(فریم)- قطعه ساختاری و حامل بار که بدنه موتوردار خودرو را حمل می کند، پس در نتیجه توسط سیستم تعلیق پشتیبانی می شود.
- سیستم تعلیق – تشکیلاتی که وزن را تحمل می کند، شوک و فشار را جذب کرده و کاهش می دهد و تماس لاستیک را کنترل می کند.
- سیستم هدایت – مکانیزمی که راننده را قادر می سازد تا وسیله را هدایت کرده و جهت بدهد.
- چرخ ها و لاستیک ها – اجزایی که حرکت خودرو را، با درگیری (اصطکاک) با سطح جاده، میسر می سازند.
پس تعلیق، یکی از سیستم های اصلی در خودرو می باشد.
با مرور این شمای کلی در ذهن، نوبت پرداخت به سه قطعه بنیادین هر سیستم تعلیق می رسد: فنرها، کمک فنرها و میل موج گیر.
فنرها:
سیستم فنرهای امروزی بر پایه ی یک طرح از چهار طرح کلی می باشند:
- فنرهای پیچشی – رایج ترین نوع فنر بوده و در اصل یک میله فلزی سخت و محکم می باشد که حول یک محورپیچیده است. فنر پیچی ها باز و بسته می شوند تا جا به جایی چرخ ها را جذاب کنند.
- فنرهای تخت – این نوع از فنر از لایه های مختلف فلزی تشکیل شده که به یکدیگر متصل می شوند تا به عنوان یک واحد عمل کنند. فنرهای تخت، اول بار در کالسکه های اسب کش استفاده شدند و تا سال 1985 بر روی اکثر اتومبیل های آمریکایی به کار گرفته می شدند. امروزه نیز هنوز بر روی اکثر کامیون ها و خودروهای سنگین استفاده می شوند.
- میله های پیچشی – میله های پیچشی از خواص پیچش یک میله استیل استفاده می کند تا کارایی همانند فنر پیچشی را ایجاد کند. طریقه کارش به این صورت می باشد که یک سر میله به بدنه خودرو قلاب و متصل شده. انتهای دیگر به یک جناغ متصل است که مانند اهرمی عمل می کند که با زاویه º 90 نسبت به میله پیچشی حرکت می کند. هنگامی که چرخ با یک دست انداز برخورد می کند، حرکت عمودی به جناغ انتقال یافته و سپس، در طی عمل هم سطح سازی، به میله پیچشی می رسد. پس از آن میله پیچشی به دور محورش می پیچد تا نیروی فنری ایجاد نماید. خودروسازان اروپایی از این سیستم به صورت گسترده ای استفاده کردند، و نیز در ایالات متحده، پاکارد و کرایسلر در طول سال های 1950 تا 1960 این کار را انجام دادند.
- فنرهای بادی – فنر بادی که شامل یک محفظه سیلندری هوا می باشد، بین چرخ و بدنه خودرو قرار گرفته، و از خواص فشرده سازی هوا استفاه می کند تا لرزش های چرخ را بگیرد. طرح آن بیش از یک قرن قدمت دارد و می توان آن را در کالسکه های اسب کش یافت. فنرهای بادی در آن دوران از کیسه های چرمی پر از هوا درست می شدند، بسیار شبیه به کیسه های سازهای بادی؛ در سال 1930 فنرهای بادی چرمی-قالبی جایگزین این کیسه ها شدند.
با توجه به محلی که فنرها در خودرو قرار دارند – که همان بین چرخ ها و بدنه می باشد – مهندسان، اغلب صحبت درباره جرم معلق و جرم نامعلق (= جرمی که در تماس با جاده می باشد) را مناسب می دانند.
فنرها: جرم معلق و نامعلق
جرم معلق، جرم خودرو بر فنرها است، حال آنکه جرم نامعلق به صورت جداگانه، جرم بین جاده و فنرهای سیستم تعلیق تعریف می شود. خشکی فنر، بر عکس العمل جرم معلق در هنگام رانندگی تاثیر می گذارد. خودروهایی که دارای جرم معلق ضعیفی هستند، نظیر خودروهای اشرافی (مانند خودروی شهری لینکلن) می توانند دست اندازها را به راحتی هضم کرده و یک سواری فوق العاده نرم و راحت را فراهم آورند؛ هر چند، این چنین خودرویی از شیرجه و نشست، در هنگام ترمز کردن و شتاب گرفتن رنج می برد و در سر پیچ ها و دورزدن ها، تمایل بیشتری به تجربه موج یا پیچش بدنه نشان می دهد. خودروهایی که دارای فنرهای سخت می باشند، مانند خودروهای اسپرت (مثل Mazda Miata) نسبت به جاده های پر دست انداز، خشونت بیشتری نشان می دهند. ولی این نوع اتومبیل، به خوبی حرکت بدنه را به حداقل می رساند؛ واین بدان معناست که آنها قابلیت سواری به صورت دیوانه وار را دارا هستند، حتی در سر پیچ ها.
پس در حالی که فنرها به خودی خود، قطعاتی ساده به نظر می آیند، طراحی و به کارگیری آنها بر روی یک خودرو به منظور تعادل بین راحتی سرنشین و کنترل خودرو، فرآیند پیچیده ایست. و برای پیچیده تر ساختن مسئله، همین کافی است که فنرها به تنهایی نمی توانند یک سواری کاملاً نرم را فراهم آورند. چرا؟ زیرا آنها در جذب انرژی بسیار عالی عمل می کنند، ولی در رهاسازی اش به آن خوبی نیستند. قطعات دیگری، به عنوان کمک فنر نیاز هستند تا این کار به خوبی انجام پذیرد.
سیستم های تعلیق تاریخی
در قرن شانزدهم تلاشی در حل مشکل انتقال بد همه نیرو از دست انداز به گاری و واگن ها انجام گردید. آنها توسط چهار کیسه چرمی پر از باد که به چهار ستون شاسی متصل بودند، بدنه گاری را (که شبیه به یک میز وارونه بود) معلق نمودند، و چون بدنه گاری از شاسی معلق بود، سیستم، به عنوان یک "سیستم تعلیق" شناخته شد – اصطلاحی که امروزه نیز به انواع راه حل ها اطلاق می شود. سیستم "بدنه معلق"، یک نظام فنری کامل نبود، ولی چرخ ها و بدنه را قادر می ساخت تا به صورت آزاد حرکت کنند.
فنرهای نیمه بیضوی، که با نام "فنرهای گاری" نیز شناخته می شوند، به سرعت جایگزین تعلیق کیسه های چرمی شدند. فنرهای نیمه بیضوی به صورت عمومی در انواع واگن ها، گاری ها و ... استفاده می شدند. اغلب، هم بر روی اکسل عقب و هم بر روی اکسل جلو به کار می رفتند. هرچند، این سیستم باعث به وجود آمدن موج رو به جلو و عقب می شد و مرکز ثقل بسیار بالایی داشت.
با ورود و ازدیاد خودروهای موتوری، سیستم های فنری متفاوت و موثرتری گسترش یافتند که سواری را بر سرنشینان راحت تر می کردند.
ضربه گیر (ترجمه از sidewinder )
تا زمانی که خودرویی فاقد یک ساختار تقلیل دهنده نیرو باشد، فنر آن، انرژی را که از یک دست انداز جذب کرده، به صورت و آهنگ کنترل نشده ای پخش کرده و رها می سازد. فنر در بسامد طبیعی خود باز و بسته می شود تا جایی که همه انرژی را که جذب کرده، از دست بدهد. تعلیقی که تنها بر اساس فنرها طراحی و ساخته شده باشد، سواری بسیار پرتحرک و بسته به نوع زمین، خودرویی غیرقابل کنترل را به وجود می آورد.
در تعریف ضربه گیر، یا کمک فنر، باید گفت "وسیله ای برای کنترل حرکات نامطلوب فنر در طی فرآیند تقلیل." کمک ها، کار تقلیل نیروی حرکات لرزشی را بر عهده دارند، بدین صورت که انرژی جنبشی (حرکت تعلیق) به انرژی گرمایی تبدیل می شود، و انرژی گرمایی نیز در سیّال روغنی (هیدرولیکی) از بین می رود. برای درک بهتر طرز کار آن، به درون یک کمک فنر نگاهی می اندازیم تا ساختار و عملکردش را بهتر ببینیم.
کمک، اساساً یک پمپ روغن است که مابین بدنه خودرو و چرخ های آن قرار گرفته است. سر بالایی آن به بدنه (که همان وزن معلق باشد) و سر پایینی اش به اکسل، نزدیک چرخ (که همان وزن نامعلق باشد)، اتصال دارد. در یک طرح دو لوله ای، که یکی از رایج ترین انواع کمک ها می باشد، سر بالایی (از داخل) به یک میل پیستون متصل است، که آن نیز خود به یک پیستون اتصال دارد، که در نهایت پیستون در لوله ای حاوی سیّال روغنی قرار دارد. لوله ی داخلی را لوله فشار و لوله ی خارجی را لوله ذخیره (محافظ) می نامند. لوله ذخیره، سیال روغنی مازاد را ذخیره می کند.
هنگامی که چرخ خودرو با دست اندازی در جاده برخورد می کند و باعث باز و بسته شدن فنر می شود، انرژی فنر از طریق سر بالایی کمک به آن منتقل می گردد، و سپس به میل پیستون و در نهایت به پیستون می رسد. منافذی که بر روی پیستون وجود دارند، به سیّال اجازه گذر از خود را می دهند و می گذارند تا در حین حرکت پیستون به سمت بالا و پایین، درلوله فشار جریان داشته یاشد. به علت اندازه نسبتاً ریز سوراخ ها، تحت فشار بالا، تنها مقدار کمی روغن از آنها درز می کند. این عمل، حرکت پیستون و در نتیجه حرکت فنر را کند می سازد.
کمک فنرها در دو گردش کار می کنند – گردش تراکم و گردش بسط (یا کشش). گردش تراکم هنگامی اتفاق می افتد که پیستون به سمت پایین حرکت کرده و سیال روغنی را در محفظه زیر پیستون متراکم می کند. گردش بسط در زمان حرکت پیستون به سمت بالای لوله ی فشار رخ می دهد که سبب متراکم شدن سیّال، در قسمت بالای پیستون می گردد. یک خودروی معمولی و یا یک کامیونت، در طول گردش بسط نسبت به گردش تراکم مقاومت بیشتری نشان خواهد داد. با در نظر گرفتن این مطلب، در می یابیم که گردش تراکم، حرکت وزن نامعلق خودرو را کنترل می نماید؛ در حالی که دور بسط، کار دشوارتری را بر عهده دارد: کنترل وزن معلق.
همه کمک های جدید، نسبت به سرعت حساس هستند – هر چه تعلیق سریع تر حرکت کند، کمک، مقاومت بیشتری را از خود نشان می دهد. این، کمک ها را قادر می سازد تا با شرایط جاده هماهنگ شده و همه تکان های نامطلوب ناشی از حرکت یک خودرو را، از قبیل پرش، موج، شیرجه ترمز و یا نشست شتاب، کنترل نماید.
ستون-پایه و میل موج گیر
سیستم رایج دیگر برای تقلیل نیرو، ستون و پایه (استرات) نام دارد: اصولاً کمکی که درون فنر قرار دارد. ستون-پایه ها دو کار انجام می دهند: روند تقلیل نیرو را اعمال می کنند، نظیر کمک ها؛ و برای سیستم تعلیق خودرو پشتیبانی ساختاری فراهم می آورند. بدان معنا که ستون-پایه ها وزن بیشتری را نسبت به کمک ها انتقال می دهند؛ که شامل وزن خودرو نمی شود – آنها تنها سرعتی را که وزن در آن منتقل می شود کنترل می نمایند، نه خود وزن را.
به دلیل ارتباط زیاد کمک ها و ستون-پایه ها با کنترل خودرو، آنها را می توان به عنوان مشخصه های اصلی امنیتی به حساب آورد. ستون-پایه ها و کمک های کار کرده، ممکن است اجازه انتقال وزن از طرفی به طرف دیگر و از جلو به عقب را دهند. این کار توانایی لاستیک را برای چسبیدن به جاده کاهش می دهد، و البته به همان میزان از دست فرمان (قدرت کنترل خودرو) و کارائی ترمز می کاهد.
میل موج گیرها (همچنین با نام میل پیچ گیر) همراه با کمک ها یا ستون-پایه ها استفاده می شوند تا به خودروی در حال حرکت، استقامت بیشتری دهند. میل موج گیر، میله ای است فلزی که کلّ اکسل را در بر می گیرد و به صورت موثری دو طرف تعلیق را به یکدیگر متصل می گرداند.
هنگامی که تعلیق در یک چرخ، بالا وپایین می رود، میل موج گیر حرکت را به چرخ دیگر انتقال می دهد. این کار باعث ایجاد یک سواری یک سطح تر شده و موج خودرو را کاهش می دهد. به خصوص، هنگامی که خودرو در حال دور زدن می باشد، میل موج گیر، با موج خودرو بر سیستم تعلیق درگیر می شود. به همین خاطر، تقریباً همه خودروهای امروزی دارای میل موج گیر، به عنوان تجهیزات استاندارد می باشند. هرچند اگر خودرویی فاقد این مزیت باشد، با استفاده از کیت ها به راحتی می توان آن را، در هر زمانی نصب نمود.
انواع سیستم های تعلیق
تا به اینجا، مبحث ما بر سر این بود که فنرها و کمک ها چگونه بر روی چرخ ها عمل می کنند. ولی چهار چرخ خودرو با یکدیگر در دو نظام مستقل کار می کنند – دو چرخ متصل به اکسل جلویی و دو چرخ متصل به اکسل عقب. این بدان معناست که یک خودرو می تواند دو نوع متفاوت از سیستم تعلیق در جلو و عقب داشته باشد و معمولاً بدین گونه است. بیشتر بدین بستگی دارد که دو چرخ توسط اکسلی یک تکه متصل گردیده اند، یا به صورت مستقل در حرکت اند. حالت اولی به نام سیستم یکپارچه شناخته شده، و دومی را نیز با نام سیستم جداگانه می شناسند.
سیستم تعلیق یکپارچه جلویی، دارای یک اکسل جلو است که دو چرخ را به هم متصل می کند. اساساً همانند یک میله محکم است که در قسمت زیرین جلویی خودرو قرار داشته و در جایش به وسیله فنرهای تخت و کمک ها محکم شده است. این سیستم به طور معمول در کامیون ها و خودروهای باری، استفاده می شود. و سال هاست که در عمده خودروهای سواری به کار گرفته نمی شود.
در یک سیستم تعلیق یکپارچه جلویی، چرخ های جلویی اجازه حرکت به صورت مستقل دارند. ستون-پایه مک فِرسُن (MacPherson) که توسط شخص وی، از شرکت جنرال موتورز در سال 1947 گسترش پیدا کرد، پر کاربرد ترین سیستم تعلیق جلویی می باشد، به خصوص در خودروهای منطقه ی اروپا.
ستون-پایه مک فرسن، کمک و فنر پیچشی را ترکیب کرده و به صورت یک واحد در می آورد. این عمل، سیستم تعلیق فشرده تر وسبک تری را برای خودروهای دیفرانسیل جلو فراهم می آورد.
سیستم تعلیق دو جناغی (همچنین بازوی A شکل) نوع دیگر معمول سیستم تعلیق جداگانه جلویی است.
Double-wishbone suspension on Honda Accord 2005 Coupe
در حالی که پیکربندی های بسیار گوناگونی وجود دارد، این طراحی به طور خاص برای حفظ چرخ، از دو بازوی جناغ شکل استفاده می کند. هر جناغ، که دارای دو محل اتصال به شاسی و یکی به چرخ می باشد، یک کمک و فنر پیچشی را برای جذب لرزش ها، حمل می کند. سیستم های تعلیق دو جناغی اجازه کنترل بیشتری را روی زاویه تمایل چرخ می دهند و آن، زاویه ای است که چرخ به خارج یا داخل تمایل پیدا می کند. آنها همچنین کمک به حداقل رسانیدن پیچ یا موج می کنند و احساس هدایت مطمئن تری را فراهم می نمایند. به خاطر همین مشخصات، به طور معمول از سیستم های تعلیق دوجناغی بر چرخ های جلویی خودروهای بزرگتر استفاده می شود.
حال نگاهی به سیستم های تعلیق عقب می اندازیم.
اگر یک اکسل یک تکه، چرخ های عقب خودرو را به هم متصل نماید، آنگاه به طور معمول، خودرو دارای سیستم تعلیق بسیار ساده ای می باشد – بر پایه یک فنر تخت یا پیچشی. در طرح اولی، فنرهای تخت مستقیماً به اکسل فرمان می چسبند. دو سر فنرهای تخت به صورت مستقیم به شاسی اتصال پیدا می کند، و کمک، به اتصالی که فنر را به بدنه نگاه می دارد، وصل می گردد. سالیان متمادی، تولید کنندگان خودروهای آمریکایی، استفاده از این طرح را به خاطر سادگی اش ترجیح می دادند.
همان طرح پایه با جایگزینی فنرهای پیچشی به جای تختی نیز به دست می آید. در این حالت، فنر و کمک می توانند به صورت یکپارچه و یا جدا از هم به کار گرفته شوند. هنگامی که جدا از هم باشند، می توان از فنرهای کوچکتری استفاده نمود تا سیستم تعلیق، فضای کمتری را اشغال نماید.
اگر هر دو سیستم عقب و جلو، جداگانه باشند آنگاه تمامی چرخ ها به صورت جداگانه به بدنه اتصال و جهش می یابند. و در نتیجه آگهی های بازرگانی خودرو، آن را "سیستم تعلیق چهار چرخ مستقل" می نامند. هر سیستم تعلیقی که بتوان در جلو به کار گرفت، و همینطور مدل های سیستم جداگانه جلویی که در قبل بدانها اشاره گردید، در عقب نیز به کار گرفته می شود. البته در عقب خودرو نظام هدایت (سیستمی که شامل چرخ دنده جناغی بوده و چرخ ها را قادر می سازد تا از جهتی به جهت دیگر گردش یابند) غایب است. این بدان معنی است که تعلیق های جداگانه عقب را می توان نسخ ساده شده جلویی ها دانست، اگر چه قسمت های اصلی به قوت خویش باقی می مانند.
سیستم های تعلیق ویژه (ترجمه از sidewinder )
تا به اینجا، در این مقاله بحث بر سر تعلیق خودروهای دیفرانسیل جلو و عقب معمولی بوده – خودروهایی که در جاده های عادی و در شرایط رانندگی متعارف استفاده می شوند. ولی در مورد تعلیق خودروهای ویژه نظیر خودروهای تقویت شده، مسابقه ای و یا خودروهای مسابقات خارج از جاده چه؟ در حالی که تعلیق خودروهای ویژه از همان ویژگی های پایه بهره می برند، آنها از خصوصیات برتری نیز، بسته به شرایط رانندگی که در آن قرار دارند، برخوردار هستند. در ادامه یک بررسی را از چگونگی طراحی این سیستم برای سه نوع خودروی ویژه – فولکس باجا، خودروهای مسابقه ای فرمول یک و خودروهای کلاسیک تقویت شده آمریکایی – ارائه می دهیم.
طراحی فولکس قورباغه ای مشخصاً برای تبدیل شدن به یک خودروی مطلوب برای طرفداران مسابقات خارج از جاده انجام شده بود. با یک مرکز ثقل پایین و قرار گرفتن موتور بر اکسل عقب، فولکسِ تک دیفرانسیل، به راحتی خودروهای دو دیفرانسیل با شرایط غیر جاده ای کنار می آید. البته فولکس قورباغه ای با تجهیزات اولیه (کارخانه ای) خود، با شرایط غیر جاده ای هماهنگ نمی باشد. اکثر فولکس ها به یک سری تغییرات و تبدیل ها نیازمند هستند تا بتوان از آنها در شرایط سخت مسابقات صحرایی باجا کالیفرنیا استفاده نمود.
یکی از مهمترین تغییرات، در سیستم تعلیق به وجود می آید. با برداشتن سیستم تعلیق میله پیچشی، تجهیزات استانداردی که در جلو وعقب اکثر فولکس های سال های 1936 تا 1977 وجود داشته، می توان فضا را برای چرخ ها و لاستیک های سنگین و مخصوص خارج از جاده باز نمود. کمک فنرهای بلندتری جایگزین کمک های استاندارد شده تا بدنه را بالاتر ببرد و فضای بیشتری را به چرخ ها برای جابه جایی دهد. در بعضی موارد دیده شده که میله های پیچشی را به کل برداشته و با سیستم های فنری فشرده جایگزین می کنند، قطعاتی که شامل فنر و کمک در یک واحد قابل تنظیم قرار دارند. نتیجه این تغییرات، خودرویی است که به چرخ ها اجازه جا به جایی عمودی در حدود 20 اینچ (50 س م) با بیشتر را می دهد. چنین خودرویی به راحتی می تواند از مناطق سخت عبور نموده و اغلب به نظر می آید که پستی و بلندی ها را "نادیده" می گیرد، مانند سنگی که روی آب می جهد.
خودروی مسابقه ای فرمول یک، اوج تکامل و ابداع را در صنعت اتومبیل به نمایش می گذارد. وزن کم، بدنه های ترکیبی، موتورهای ده سیلندر قدرتمند و فرم ایرودینامیک پیشرفته، منجر به پدید آمدن خودروهایی سریع تر، امن تر و قابل اعتمادتر شده است.
برای بالا بردن مهارت راننده به عنوان فاکتور و هدف کلیدی در یک مسابقه، ملزومات و قوانین سختی بر طراحی خودروی مسابقه فرمول یک حاکم می باشد. برای مثال، قوانین مربوط به نظم بخشیدن به طراحی سیستم تعلیق بیان می کند که همه خودروهای فرمول یک بایستی به شیوه معمول فنربندی شوند، و اجازه استفاده از تعلیق های پویا (که توسط کامپیوتر کنترل و تنظیم شده اند) نمی دهد. با در نظر گرفتن این مطلب، خودروها دارای یک سیستم تعلیق چند اتصالی می شوند، که از یک مکانیزم چند میله ای استفاده می کند، همانند سیستم دوجناغی.
یاد آور می شویم که یک طرح دوجناغی از دو بازوی کنترل جناغ شکل استفاده می کند، تا حرکت بالا و پایین هر چرخ را کنترل نماید. هر بازو سه نقطه اتصال دارد – دو تا به شاسی و یکی در توپی چرخ – و هر اتصال دارای لولا است تا بتواند حرکت چرخ را کنترل کند. در همه خودروها فایده اولیه تعلیق دوجناغی، کنترل می باشد. هندسه بازوها و حرکت پذیری اتصالات به مهندسان، نهایت کنترل را بر زوایای چرخ و دیگر حرکات خودرو نظیر بلند شدن، نشست و یا پرش می دهد. هر چند بر خلاف خودروهای خیابانی و جاده ای، در خودروی فرمول یک، کمک ها و فنرهای پیچشی مستقیماً به بازوهای کنترل متصل نمی شوند. در عوض آنها به صورت افقی در طول خودرو قرار می گیرند و به وسیله یک سری میله و میل لنگ از دور کنترل می شوند. با چنین تنظیماتی، میله ها و میل لنگ ها حرکات بالا و پایینی چرخ را به حرکت عقب و جلویی تجهیزات فنری و تقلیل دهنده تبدیل می کنند.
دوره خودروهای کلاسیک تقویت شده آمریکایی از سال 1945 تا حدود 1965 می باشد. مانند فولکس های قورباغه ای، خودروهای کلاسیک تقویت شده، نیاز به تغییرات مشخصی از طرف صاحبانشان داشتتند. هر چند بر خلاف فولکس های قورباغه ای که بر روی شاسی فولکس ساخته شده اند، خودروهای تقویت شده بر روی انواع مختلفی ازمدل های قدیمی و اغلب تاریخی سوار بودند: خودروهایی که قبل از سال 1945 در خط تولید قرار داشتند، خوراک مناسبی برای تبدیلات تقویتی بودند، زیرا بدنه و شاسی های آنها اغلب در حالت خوبی قرار داشت، در حالی که موتورها و گیربکس هایشان (بخش انتقال نیرو) نیاز به جایگزینی کامل داشت. برای طرفداران و علاقه مندان خودروهای تقویتی کلاسیک، این دقیقاً همان چیزی بود که آنها می خواستند؛ زیرا به آنها اجازه نصب موتورهایی بس پر قدرت تر و قابل اطمینان تر می داد، نظیر فورد هشت سیلندر سر تخت و یا شورلت هشت سیلندر.
1923 T-bucket
یک نمونه ی خودروی تقویت شده مردمی T-Bucket نام داشت، زیرا بر پایه فورد مدل T ساخته شده بود. فرم معمول تعلیق، در جلوی فورد مدل T شامل یک اکسل I شکل یک تکه (تعلیق یکپارچه) یک فنر U شکل کالسکه ای (فنر تخت) و یک میله ی جناغی شکل (شعاعی) با توپی در میانه آن، که در یک کاسه که به گیربکس متصل بود، می چرخید. مهندسان فورد، مدل T را برای سواری در سطح بالاتر و همراه با حرکات بسیار زیاد سیستم تعلیق ساختند، تا مدلی ایده آل برای جاده های سخت و ابتدایی دهه 1930 باشد. ولی پس از جنگ جهانی دوم، خودروهای تقویتی شروع به تجربه موتورهای بزرگتری نظیر کادیلاک یا لینکلن بر روی خود کردند، واین بدین معنی بود که میله شعاعی جناغی-شکل، دیگر قابل استفاده نبود. و به جای آن، توپ مرکزی را حذف نموده و دو سر آن را به میله های شاسی جوش دادند. این طرح "جناغ دو تکه"، اکسل جلویی را حدود 1 اینچ (2.5 س م) پایین تر آورد و قدرت هدایت را بهبود بخشید.
سیستم تعلیق خودرو
در زیر به مختصری ازعناوین و چکیده آنچه شما در این فایل دریافت می کنید اشاره شده است :