بررسی سیستم تعلیق خودرو

بررسی سیستم تعلیق خودرو
یک جاده هر چقدر هم صاف و مسطح باشد، محل مناسبی برای به حرکت در آوردن ۱ یا چند تن فلز با سرعت بالا،‌ نیست. پس به سیستمی نیاز است که توانایی کاهش ضربات، تکانها و لرزشهای ناشی از شرایط جاده را داشته باشد.
علاوه بر این، یک خودرو باید در مقابل تغییر مقدار بار وارده و تغییر نقطه ثقل، انعطاف پذیر بوده و توانایی مواجه با آنها را داشته باشد، بطور مثال در شکل زیر تغییر نقطه ثقل یک خودرو را در در نقاط مختلف یک پیچ ملاحظه می کنید، که در صورت نبود سیستمی برای تغییر وضعیت تعادل، خودرو در ابتدای پیچ از مسیر منحرف شده و یا واژگون می گردد.
موارد بالا را می توان فلسفه اصلی وجود سیستم تعلیق دانست، اما سیستم تعلیق علاوه بر دفع ضربات و جلوگیری از انحراف و چپ شدن خودرو تواناییهای دیگری نظیر ؛ نگهداری میزان تنظیم چرخها در حالت صحیح، نگهداشتن ارتفاع خودرو در میزان ثابت، پشتیبانی از وزن خودرو و تنظیم نحوه پخش آن، نگهداشتن تایرها در تماس با جاده و … را نیز دارا است.
یک سیستم تعلیق دارای اجزاء بسیاری می باشد، اما اصلی ترین اجزای آن فنر و کمک فنر می باشند؛ به همین خاطر ابتدا به بررسی کارکرد این دو در سیستم پرداخته و سپس بطور مفصل انواع هر کدام را بررسی خواهیم کرد.
فنر (Spring)
قسمتی از سیستم تعلیق می باشد که وزن خودرو را ساپورت کرده، ارتفاع خودرو را در حد استانداردش ثابت نگه داشته و ضربات جاده را نیز دفع می نماید.
فنرها که اغلب میله ها یا حلقه های فولادی انعطاف پذیری هستند، به شاسی و اتاق خودرو اجازه می دهند تا بدون اخلال در حرکت خودرو، دست اندازها را یکی پس از دیگری پشت سر بگذارد.
کمک فنر: (Shock Absorber یا Damper)
بررسی سیستم تعلیق خودرو
در صورتی که خودرویی تنها مجهز به فنر باشد، زمانی که باری اضافه بر روی فنرها اعمال شود یا وسیله نقلیه با یک دست انداز روبرو شود، فنر با جمع شدن آنرا جذب می نماید، اما زمانی که یک فنر جمع می شود، مقداری انرژی در خود ذخیره می کند که برای تخلیه این انرژی، فنر باز شده و انرژی وارده را به شکلی غیر قابل کنترل رها می سازد و از آنجائیکه فیزیک یک فنر با نوسان و ارتعاش آمیخته است پس از باز شدن دوباره جمع شده و سپس دوباره باز می شود، و این حرکت تا زمان تخلیه کامل انرژی ادامه می یابد، البته هر بار با فرکانسی کمتر از بار قبل . این سیکل باعث جدا شدن چرخ از سطح جاده، خارج کردن کنترل خودرو از دست راننده و از بین بردن نرمی و راحتی سواری و ایجاد حالتی مشابه قایق سواری، می گردد.
اما آنچه این مشکل را حل می نماید چیزی نیست جز کمک فنر؛ کمک فنری که در شرایط مناسب قرار داشته باشد به سیستم تعلیق اجازه می دهد تا نوسان به وجود آمده را به یک یا دو سیکل تقلیل داده، حرکت بیش از حد را تعدیل نموده و وزن وارد بر چرخها را در حالت تعادل و چسبیده به جاده قرار دهد . با کنترل فنر و حرکات سیستم تعلیق، اجزاء دیگر سیستم نظیر Tie Rod ها نیز در وضعیت درست خود فعالیت خواهند کرد و همین امر تنظیم چرخهارا نیز به صورت ثابت در حالت صحیح خود، نگه می دارد
کمک فنر عموما شامل یک پیستون با سوراخهای ریز می باشد که در درون یک استوانه حاوی سیال هیدرولیکی حرکت میکند، که عبور تحت فشار سیال از سوراخها، منجر به حرکت ملایم پیستون در استوانه می گردد.
انواع فنرها:
۱- فنز مارپیچ (Coil Spring)
بررسی سیستم تعلیق خودرو
این فنرها در بیشتر خودرو های سواری کاربرد دارند زیرا به خاطر این که فضای کمتری را اشغال می کنند همچنین وزن کم انها کمتر به مراقبت و نگهداری دارند تنها عیبی که این فنرها دارند این است که نیروی کششی یا فشاری را نمی توانند منتقل نمایند به این جهت باید حتما در سیستم تعلیق به کار رود که در ان نیروهای عرضی به کمک طبق با اهرمی به شاسی منتقل شوند دو انتهای فنرهای مارپیچی مسطح اند تا در بشقابک های مخصوص در طبق یا محل خود بهتر مستقر شوند فنرهای مارپیچی فاقد خاصیت ضربه گیری هستند و باید مکمل ان یک کمک فنر باشد تا بتواند نوسانات خودرو را به سرعت گرفته و راحتی سفر را فراهم نماید.
نوع معمول و شناخته شده فنر می باشد، که یک میله پیچیده شده ( حلقه شده ) فولادی است، قطر و ارتفاع حلقه، قدرت و مقاومت فنر را تعیین مینماید . افزایش قطر میله، باعث افزایش قدرت فنر می گردد، در حالیکه افزایش طول آن باعث افزایش انعطاف پذیریش خواهد شد .
مقدار وزنی که برای فشردن یک فنر مارپیچ به میزان ۱ اینچ لازم است را نرخ فنر ( Spring Rate ) می نامند. این مقدار برای اندازه گیری قدرت فنر استفاده می شود و می توان آنرا نرخ فشردگی فنر نیز اطلاق کرد. برای مثال اگر ۱۰۰ پاند وزن لازم باشد تا فنری با حلقه های مساوی در ارتفاعش ۱ اینچ فشرده شود، برای اینکه همین فنر ۲ اینچ فشرده شود نیاز به ۲۰۰ پاند وزن می باشد اما این فرمول فقط برای فنرهایی صادق است که فشردگی حلقه های یکسانی دارند، در فنرهای پیشرفته (Progressive Springs)، یک فنر دارای نرخ های مختلف در نقاط مختلفش می باشد.‌ این فنرها به دو روش ساخته می شوند، در روش اول، فنر در قسمتهای مختلف از ارتفاعش، دارای ضخامتهای مختلفی است، و در نوع دوم که نوع متداولتری است فشردگی فنر در قسمتهای بالاتر بیشتر است. اصولا فنرهای چند نرخی باعث می شوند تا در زمان خالی بودن خودرو، قسمتی که دارای نرخ کمتری است وارد عمل شده و سواری نرمتری را فراهم نماید و در هنگام اعمال وزن نیز قسمت با نرخ بالا وارد عمل شده و ساپورت و کنترل بهتری را برای وسیله نقلیه فراهم می سازد.
محاسن: فنرهای مارپیچ به هیچ تنظیمی نیاز نداشته و اکثرا بدون خرابی می باشند.
معایب: این نوع فنها از لحاظ تحمل وزن محدودیت داشته همچنین احتمال ضعیف شدنشان هم وجود دارد، که این امر باعث بر هم حوردن تنظیم هندسی و ارتفاع خودرو و فرسودگی تایرها و دیگر قطعات خودرو می شود . با اندازه گیری ارتفاع خودرو و مقایسه آن با میزان مشخص شده، می توان از ضعیف شدن فنرها آگاه شد .
موارد مصرف: این نوع فنر، در اغلب خودروهای سواری امروزی، استفاده می گردد .
۲- فنر تخت (Leaf Spring)
بررسی سیستم تعلیق خودرو
فنرهای تخت که در دو نوع تک ورقی و چند ورقی عرضه می شوند، این فنرها مانند فنرهای مارپیچ برای جذب ضربه جمع نمی شوند، بلکه خم می شوند. نوع چند ورق شامل چند صفحه فولادی انعطاف پذیر با طولهای مختلف می باشد که بر روی یکدیگر قرار گرفته اند و در مواجه با ضربات جاده خم شده و بر روی یکدیگر می لغزند. در نوع تک ورق نیز که عمدتا از نوع باریک شونده می باشد، تنها یک ورق فنری که در وسط کلفت تر از طرفین می باشد، مورد استفاده قرار می گیرد، این نوع از فنرهای تخت عمدتا از کامپوزیتها ساخته می شوند اما نوع فولادی آنها نیز یافت می شود. فنرهای تخت عمدتا به صورت مجزا برای هر چرخ استفاده می شوند که در طول خودرو و در زیر هر چرخ نصب می شوند، اما برخی کارخانجات نیز، از نوع متقاطع (ضربدری) آن برای هر دو چرخ استفاده می کنند. فنرهای تخت بوسیله یک رابط U شکل به اکسل خودرو متصل می شوند و از دو طرف نیز به شاسی وصل می گردند .
محاسن: این نوع از فنرها توانایی ساپورت وزنهای زیاد را دارا بوده و سواری نرمتری را برای خودروهای سنگین به ارمغان می آورند.
معایب: نیاز به جای زیاد، وجود اصطحکاک بین ورقه های فنر و ایجاد صدای ناشی از لغزش فنرها بر روی یکدیگر (با نصب ورفهای پلاستیکی بین ورقه های فنر قابل حل است) و همچنین نیاز به سرویس و نگهداری از معایب این فنرها محسوب می شود.
موارد مصرف: این نوع از فنرها بیشتر در خودروهای سنگین، وانت بارها، برخی SUV ها (در مورد وانتها و SUV های جدید فقط برای چرخهای عقب استفاده می شود ) و حتی برخی خودروهای سواری قدیمی نظیر پیکان دیده می شود .
۳- میله پیچشی (Torsion Bar)
بررسی سیستم تعلیق خودرو
در این نوع از فنر، میله فولادی نه جمع شده و نه خم می شود بلکه در خود می پیچد، میله پیچشی که یک میله صاف یا L شکل است به صورت عرضی در یک سمت به شاسی وصل شده و در سمت دیگر به قسمت متحرکی از سیستم تعلیق متصل می شود، در هنگام مواجه با ضربه، میله پیچشی در خود پیچ خورده (می تابد) و رفتار یک فنر را از خود بروز می دهد (‌حرکت این نوع فنر مانند زمانی است که برای آبکشیدن یک لباس آنرا با دو دست می پیچانیم) .
میله های پیچشی برای تبدیل حرکت عمودی خودرو به حرکت پیچشی در سطح افقی خود، در یک سمت شیاردار می باشند .
محاسن: قیمت کمی دارند نیاز به تعمیر و نگهداری ندارند، قابل تنظیم بوده و فضای کمی نیز اشغال می کنند از اینرو در مواردی که فضای کافی برای فنر مارپیچ وجود نداشته باشد، از این نوع استفاده می گردد .
معایب: راحتی و نرمی حاصل از فنرهای مارپیچ را دارا نیست.
موارد مصرف: اصولا برای اکسل عقب خودروها طراحی شده، در خودروهای موجود در کشور بر روی اکسل عقب پژو ۲۰۶ و ۲۰۵ موجود می باشد.
این نوع فنر معمول ا با پیچش حول محور طولشان تغییر فرم می دهد و به شکل میله یا تسمه ای هستند در خودروهایی مثل فولکس واگن کاربرد دارند به این صورت است که فنر داخل یک پوسته ای یاتاقان شده که از یک طرف به کمک هزار خاری محکم میشود و از طرف دیگر به کمک اهرمی به چرخ متصل و نهایتا موجب پیچش فنر میگردد فنرهای جلوی فولکس واگن به شکل تسمه ای هستند که داخل دو پوسته محکم شده اند و این فنرها درجهت عرضی خودرو قرار گرفته اند ولی میتوان انها را در جهت طولی هم به کاربرد
کاربرد فنر پیچشی :
الف: به صورت فنر بندی عادی در خودروها استفاده میشود
ب: از این فنرها برای اهرم های طولی و عرضی وپانارد و ضد غلتش استفاده میکنند اهرم ضد غلتش که به غلط به ان موج گیر می گویند وقتی که خودرو در حال پیچیدن است در اثر نیروی گریز از مرکز چرخ های خارج پیچ به فرو رفتن در زمین و چرخ های داخل پیچ به بلند شدن از زمین متمایل می شوند یک سر میله ضد غلتش به یک طبق و سر دیگر ان با میله ی قابل تنظیمی بر طبق دیگر وصل می شود وسط میله به وسیله ی بوش به زیر شاسی طوری وصل می شود که امکان چرخش را به ان بدهد وقتی که چرخ پیچ از روی زمین بلند می شود در این میله انرژی پتانسیل ذخیره می شود و با برخاستن میله مخالفت می کند این نیروی بالا برنده که باعث مقاومت پیچشی در میله ی ضد غلتش می شود در سر دیگر ان نیروی پایین اورنده تولید می کند و بدنه را که تمایل نزدیک شدن به زمین را دارد از زمین بلند می کنداز معایب فنر پیچشی این است که برای نرم عمل کردن فنر باید طول فنر بلند انتخاب شود لذا گشتاور زیادی در تکیه گاه فنر ایجاد میشود و به کف سازی نیرومندی نیاز است
۴- فنر هوایی (Air Spring)
بررسی سیستم تعلیق خودرو
نوع دیگری از فنرها می باشد که در حال رواج یافتن می باشند . فنر هوا یک سیلندر لاستیکی است که با هوای فشرده پر شده و پیستونی که به اتصالات پایین چرخ متصل است با حرکت خود در این سیلندر باعث فشردگی هوا و ایجاد حالت فنریت خواهد شد . اگر میزان وزن خودرو تغییر نماید نیز، یک والو در بالای سیلندر هوا باز شده تا به مقدار هوای داخل سیلندر بیفزاید ( یک کمپرسور این هوا را تامین می نماید ) و این امر باعث خواهد شد تا خودرو با وجود افزایش بار وارده، در ارتفاع ثابت خود باقی بماند .
محاسن: نرمی بسیار بالا مانند غوطه وری در هوا
معایب: پیچیدگی سیستم و قیمت بالای آن
موارد مصرف: برای خودروهای سواری، وانت ها و کامیونهای سبک در حال رایج شدن می باشد.
فنر پنوماتیکی
از خاصیت تراکم پذیری هوا و گازها ی دیگر به جای فنر در تعلیق خودروها استفاده می شود این روش که بیشتر در خودروهای سنگین و گاهی هم در خودروهای سبک کاربرد دارد دارای نرمش خوبی است دستگاه فنر هوایی از کمپرسور و محفظه با کیسه هوایی و لوله های انتقال هوا و رگلاتور تنظیم فشار تشکیل شده است طرز کار این سیستم به این شرح میباشد که اهرم متصل به شاسی نسبت به ارتفاع ان بالا و پایین میرود با حرکت اهرم رگلاتور به بالا یا پایین سوپاپ های رگلاتور باز و بسته می شود با حرکت اهرم سوپاپ ورودی باز شده هوای فشرده از مجرا به کیسه های فنر ارسال می شود وقتی که اهرم در جهت مخالف حرکت کند سوپاپ ورودی بسته و سوپاپ خروجی باز می شود در این موقع باد کیسه فنر تا حدی خالی می شود که اهرم در حالت وسط قرار بگیرد بنابراین نسبت به افزایش بار خودرو فشار باد در کیسه های هوایی زیاد می شود و با کاهش بار فشار هوای فنر کاهش پیدا می کند با این وصف می توان فنرهای هوایی را نوع ایدال دانست زیرا در حالت سبک بودن شاسی فنر نرم است و در حالت سنگین بودن مانند فنر سخت عمل می کند برای اندازگیری فشار موثر باد فنرها از رگلاتور تنظیم فشار استفاده می کنند رگلاتور روی شاسی بسته شده اهرم ان به محور خودرو وصل می شود با افزایش بار خودرو شاسی به طرف محور چرخ نزدیک می شود در این حالت شیر هوای فشرده به کیسه باز می شود تا ارتفاع مجازی که رگلاتور را تنظیم کرده اند شاسی را بالا ببرد وقتی شاسی به اندازه ای لازم بالا رفت رگلاتور شیر را می بندد در هنگام خالی شدن باد خودرو شاسی از محور چرخ دور می شود در این اهرم شیر دیگری را باز کرده مقداری از هوای کیسه ی فنر را به خارج باز می کند.
سیستم تعلیق بادی:
بررسی سیستم تعلیق خودرو
سیستم تعلیق بادی که امروزه در خودروهای شاسی بلند با توانایی حرکت خارج جاده ای خوب همچون Range Rover یا Porsche Cayenne استفاده می شوند از لحاظ کارکردی بسیار شبیه به سیستم هیدرولیکی است ولی با این تفاوت که در این سیستم به جای روغن و پمپ روغن از هوا و کمپرسور هوا استفاده شده است و پردازنده مرکزی خودرو با تنظیم فشار هوای درون سیلندر ارتفاع سیستم تعلیق را تنطیم می نماید. مزیت این سیستم نسبت به سیستم تعلیق هیدرولیکی در استفاده از هوا می باشد که جای تنظیم بیشتری را برای راننده به ارمغان می آورد به همین علت است که خودرو های شاسی بلند جدید از این سیستم استفاده می کنند.
سیستم تعلیق مک فرسون:
بررسی سیستم تعلیق خودرو
این سیستم که در دهه ۷۰ میلادی در اکثر خودروها رواج یافت به نام سازنده اش که از کارکنان کارخانه GM و بعدها Ford بود، نامگذاری گردیده . در این سیستم که رکن اصلی آن Strut می باشد، خود Strut بعنوان یک اتصال برای کنترل وضعیت چرخ استفاده می شود و شاسی را به سیستم تعلیق متصل می نماید . همانگونه که قبلا در توضیح Strut ذکر شد، این سیستم باعث حذف طَبَق بالا و متعلقاتش میشود، از اینرو این سیستم در خودروهایی که با کمبود فضا مواجه باشند خصوصا خودروهای دیفرانسیل جلو بسیار کارآمد خواهد بود . این سیستم که غالبا دارای میل موج گیر برای حفظ تعادل خودرو می باشد، دارای شاخص هایی چون کیفیت نسبتا خوب رانندگی، نسبتا بهینه بودن زاویه Camber و ارزان بودن سیستم می باشد، که هم در اکسل جلو و هم در اکسل عقب خودروهای کلاس متوسط بخصوص خودروهای با دیفرانسیل جلو به وفور یافت میشود . نمونه آنرا می توانید در اکسل جلوی اکثر خودروها از جمله انواع خودروهای پژو، همچنین پراید، ماتیز، هیوندای ورنا و … بیابید.
سیستم تعلیق جناغی دوبل:
بررسی سیستم تعلیق خودرو
تکامل بعدی در سیستم های تعلیق طراحی سیستم جناغی دوبل بود که در آن دو طَبَق به شکل حرف A، با طولهایی یکسان و به موازات یکدیگر در بالا و پایین مرکز چرخ قرار می گرفتند.
بررسی سیستم تعلیق خودرو
این سیستم بدلیل وجود دو طَبَق قوی، کنترل بسیار خوبی را دارا بود اما این سیستم نیز قابلیت تغییر زاویه Camber را دارا نبود . همین اشکال، باعث طراحی نوع جدید سیستم جناغی گردید . در این نوع برای اینکه سیستم بتواند، در هنگام فشردگی زاویه منفی، و در هنگام باز شدن زاویه مثبت پیدا نماید ؛ طَبَق بالا کوتاهتر از طَبَق پایین در نظر گرفته شد، همین امر باعث شد تا طَبَق پایین حین حرکت شعاع کمتری را پیموده و چرخ هنگام بالا رفتن دچار زاویه منفی گردد که این امر همانطور که گفته شد از انحراف خودرو در پیچها جلوگیری می نماید.
بررسی سیستم تعلیق خودرو
این سیستم در اکسل جلوی بسیاری از خودروهای جدید امروزی، اکثر خودروهای مسابقه ای از جمله فِراری، اکثر خودروهای کارخانه هوندا و … یافت می شود و تقریبا خالی از هر اشکالی است . این سیستم مستقل، از فنر لول که کمک فنر نیز درونش واقع شده، بهره می برد . اما نمی توان برای این شکل قرارگیری فنر و کمک فنر لفظ Strut استفاده نمود، چرا که فنر و کمک فنر خاصیت ایفای نقش یک اتصال را مانند آنچه در Strut وجود دارد، ایفا نمی کنند . و کاربرد لفظ Strut، برای این شکل قرارگیری، فقط در نوع مک فرسون می باشد .
سیستم تعلیق چند اتصاله:
بررسی سیستم تعلیق خودرو
تعریف دقیقی برای این سیستم که از اوایل دهه ۸۰ رایج گردید، وجود ندارد . اما بطور کل هرگاه یک سیستم مستقل دارای بیش از ۲ لینک ( طبق ) باشد به آن چند اتصاله گویند، در مواردی این سیستم با سیستم بازوی عقبی نیز تلفیق می گردد که مقاومت بالاتری را پدید می آورد . اما نوع مرسوم آن که دارای ۴ لینک ( رابط ) می باشد، تقریبا همانند سیستم جناغیاست، با این تفاوت که دسته های هر جناغ، به یکدیگر متصل نیستند و هر یک به صورت جداگانه تنظیم پذیری بهتری را برای سیستم تعلیق فراهم می نماید .
اما همانطور که گفته شد، سیستمهای دیگری مانند سیستم ۵ لینک اکسل عقب خودروهای هوندا و سیستم Z شکل BMW های سری ۳ نیز با نام چند اتصاله شناخته می شوند، که البته بدلیل دارا بودن بازو می توان آنها را تلفیقی از چند اتصاله و بازوی عقبی دانست . نمونه هایی از سیستم چند اتصاله را که آخرین تکنولوژی در سیستم های تعلیق مکانیکی اکسل عقب برای خودروهای سواری محسوب می شود را می توانید در اکسل عقب خودروهایی چون هیوندای ورنا، میتسوبیشی گالانت، BMW های سری ۳، مرسدس های کلاس S و … ببینید.
بررسی سیستم تعلیق خودرو
مزایای سیستم تعلیق چند اتصاله:
آسایش و رفاه بیشتر سرنشین خودرو
کاهش مشکلات حرکت خودرو وهمچنین میزان سایش تایرها
خصوصیت فنری بسیار بیشتر به هنگام حرکت خودرو به سمت بالا و پائین
بر روی خودروهایی با سیستمهای متفاوت قابل نصب می باشد و می توان از آنها در بسیاری از انواع خودروهااستفاده نمود
امکان کنترل جهت و راهبری فوق العاده ای را برای خودرو فراهم می کند
معایب سیستم تعلیق چند اتصاله:
این سیستمها دارای پیچیدگی های بسیاری در طراحی می باشند
هزینه های تولید، نصب و نگهداری آنها بالا می باشد
در مقایسه با دیگر سیستمهای تعلیق فضای بیشتری از خودرو را اشغال می نمایند
سیستم تعلیق هیدرولیکی:
بررسی سیستم تعلیق خودرو
در سیستم تعلیق هیدرولیکی سیلندری روغنی موجود است که میزان و فشار روغن موجود در سیلندر ارتفاع سیستم تعلیق و در نتیجه میزان سختی آن را تنطیم می نماید، بنابراین با قرار دادن یک سوپاپ الکتریکی در ورودی سیلندر، پردازنده مرکزی میزان روغن درون سیستم را تنطیم می نماید
بررسی سیستم تعلیق خودرو
گروه مستند اسب بخار

فونیکس تیگو 7 پلاگین هیبرید فونیکس تیگو 7 پلاگین هیبرید
۳ امتیاز از ۲ رای

تازه ترین اخبار و ویدیوهای خودرویی را در کانال تلگرام و اینستاگرام اسب بخار دنبال کنید.