سیستم تعلیق خودرو چگونه کار میکند؟

بايد به خاطر داشته باشيم كه يك خودرو در حال حركت چيزی بيش از چرخش چرخهاست، به طوری كه با چرخش چرخها و حركت اتومبيل ،سيستم تعليق در هر لحظه در وضعيت تعادل ديناميكي ميباشد. يعنی به طور مداوم اتومبيل را با شرايط متغير جاده تطبيق ميدهد.

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

سيستم تعليق ،مجموعه فنرها،كمك فنرها و تمام سازوكارهايی است كه برای ایجاد راحتی سفر و فرمانپذيری خودرو به كار ميروند.

هر سيستم تعليق دو هدف كلی دارد:

۱-راحتی سرنشينان

۲-فرمانپذيری و كنترل خودرو

هدف اول به واسطه جدا كردن سرنشينان از ناهمواريهای جاده فراهم ميشود. كه اين وظيفه به وسيله اجزای انعطاف پذير مانند فنر و عضو ميرا كننده (كمك فنر)انجام ميپذيرد.در واقع اكثر كار سيستم را فنرها انجام ميدهند،از كمك فنرها نيز همان طور كه اشاره شد برای ميرا كردن نوسان فنرها بعد از برخورد با ناهمواريها در جاده استفاده ميشود.به طوری كه اگر كمك فنر استفاده نشود ،اتومبيل بعد از برخورد با ناهمواريها به دفعات و با دامنه نسبتا زياد نوسان ميكند و اين برای سرنشينان ناخوشايند است.

هدف دوم نيز به وسيله جلوگيری از غلط خوردن و پرتاب شدن خودرو و حفظ تماس چرخها با جاده ميسر ميشود.اين ظيفه با استفاده از بازوهای مكانيكی كه اتصال اكسل يا چرخها به بدنه يا شاسی را ممكن ميسازد،انجام ميشود.

خواص يك سيستم تعليق كه برای ديناميك خودرو اهميت زياد دارد در رفتار حركتی و پاسخ ان به نيروها و ممنتوم های است كه از تايرها به شاسی انتقال ميابد.

در واقع سيستم تعليق يكی از اجزای واحد شاسی در هر خودرو سبك و سنگين است كه در ناحيه ای بين محور عرضی انتقال قدرت چرخها و قسمت بدنه خودرو قرار ميگيرد.

اصلی ترين اجزای سيستم تعليق عبارت است از:

۱-فنرها spring

2-كمك فنرها shock absorber

۳-ستونهای نگهدارنده(struts

۴-تايرtire

اين اجزا وديگر جزييات تشكيل دهنده سيستم تعليق به منظور ايفای شش نقش زير طراحی ميشوند.

۱-ثابت نگه داشتن ارتفاع خودرو در حال حركت

۲-كاهش اثرات نيروهای حاصل از ضربه

۳-حفظ مسير صحيح چرخها

۴-تحمل وزن خودرو

۵-حفظ تماس چرخها با جاده

۶-كنترل مسير حركت خودرو

نقش فنرها در سيستم تعليق:

فنرها اجزای انعطاف پذيری هستند كه وزن بدنه و چارچوب و همچنين بار اضافی انومبيل را تحمل ميكند و ارتفاع ان را در حين حركت ثابت نگه ميدارد.همچنين با نوسان كردن از انتقال ارتعاشات شديد حاصل از برخورد با موانع به بدنه و چارچوب به طور نسبی جلوگيری ميكند.

بهترين فنرها به سرعت ارتعاشات به وجود امده توسط جاده را جذب ميكنند و به ارامی به حالت نرمال برميگردند.فنرهايی كه خيلی نرم و انعطاف پذير هستند نوسانات بيشتری را برای قسمت فوقانی اتومبيل باعث ميشوند،در صورتی كه فنرهای سخت اجازه ارتعاش زياد را به اجزای اتومبيل نميدهند.در واقع فنرها اتصال انعطاف پذير بين چرخها و بدنه ايجاد ميكنند.

در ضمن برای درك بهتر سازوكار فنرها در سيستم تعليق خودرو اشنايی با در مفهوم زير ضروری به نظر ميرسد.

sprung weight

:قسمتهايی از خودرو كه وزن انها به وسيله فنرها ساپورت ميشود.مثل:بدنه،گيربكس،موتور،...

unsprung weight

:قسمتهايی از خودرو كه وزن ان به وسيله ی فنرها ساپورت نميشود.مثل:تايرها،مجموعه ترمز،اكسل،...

يكی از متداول ترين فنرها ميباشد.امروزه تقريبا تمامی ماشينهای سواری ازcoil spring استفاده ميكنند.تعداد زيادی از ماشينهای باركش نيز از اين نوع فنر استفاده ميكنند،البته به دليل بارگذاری زياد در اين نوع ماشينها فنرهای تخت (leaf spring) را در سيستم تعليق قسمت عقب به كار ميبرند.

سرعت جهش فنرspring rate:

كه به ان deflection rate هم گفته ميشود و معياری برای اندازه گيری سختی فنر است.سرعت جهش فنر مقدار نيرويی است كه بايد وارد شود تا فنر ۱ اينچ تغيير شكل دهد(منبسط يا متراكم شود)،به فرض اگر برای فشرده شدن فنر به اندازه ۱ اينچ،۱۰۰ پوند نيرو لازم باشد ميتوان نتيجه گرفت كه برای متراكم شدن ان به اندازه ۳ اينچ بايد۳۰۰پوند نيرو اعمال كرد.

spring rate به عوامل زير بستگی دارد:

تعداد حلقه های فنر،قطر حلقه ها،قطر سيمی كه فنر از ان ساخته شده است.

به طوری كه سختی فنر با قطر سيم نسبت مستقيم و با تعداد حلقه ها نسبت عكس دارد.

همچنين ميتوان اين نوع فنرها را طوری ساخت كه سختی متغير داشته باشند،اين سختی متغير عمدتا از طريق تغيير در پارامترهايی همچون،ضخامت در طول سيم،فواصل بين حلقه ها،و قطر حلقه ها ايجاد ميشود.اين نوع فنرها در شرايط بدون بار يا كم بار سختی كمتری از خود نشان ميدهند و در نتيجه حركت نرم و هموار را برای اتومبيل ايجاد ميكنند.اما تحت شرايط بارگذاری شده سختی انها بيشتر است كه نتيجه ان توانايی در تحمل بار و كنترل خودرو در شرايط متغير جاده است.

با توجه به گفته های بالا ميتوان نتيجه گرفت كه طراحی فنر در كنترل و فرمانپذيری خودرو نقش بسزايی دارد،به بيان ديگر هر چه فنر انرژی بيشتری جذب كند راحتی سفر خودرو بيشتر است.

فنر تخت (leaf spring):

اين نوع فنرها بيشتر در ماشينهای سنگين مورد استفاده قرار ميگيرد و به دو صورت طراحی ميشود:

۱-چند لايه (multi-leaf spring) كه اغلب از استيل ساخته ميشود.

۲-يك لايه (mono-leaf spring) كه اغلب از الياژ ساخته ميشود.

نوع اول متشكل از چندين لايه با طول متفاوت است كه در بين لايه ها از پلاستيك يا نوعی لاستيك برای سهولت انعطاف استفاده ميشود.هنگام برخورد با ناهمواريها لايه های فلزی با خم شدن و سر خوردن بر روی يكديگر ارتعاشات را جذب ميكنند.

نوع دوم اين فنرها تنها از يك لايه تشكيل شده است كه در وسط نسبت به دو انتها ضخامت بيشتری دارد.

دو انتهای اين نوع فنرها (leaf spring)به شكل حلقه خم شده تا بتوان از اين طريق ان را به چارچوب اتصال داد،كه البته يكی از اين اتصال ها ازاد است تا فنر بتواند به راحتی خم شود.

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.

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.

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

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.

سیستم تعلیق خودرو چگونه کار میکند؟

مطالب مشابه :

چرخ صنعتی

چرخ صنعتی

فروش چرخ های ثابت و متحرک