از جمله مهم‌ترین قسمت های خودرو سیستم تعلیق آن می باشد. این مجموعه در خودرو چه وظیفه‌ای دارد و از چه از قطعاتی تشکیل شده است؟ در این بخش از مقالات آموزشی به بررسی سیستم تعلیق وسایل نقلیه خواهیم پرداخت.
وظایف سیستم تعلیق خودرو
وقتی درباره عملکرد خودرو صحبت می‌کنیم، بیشتر مردم اسب بخار، گشتاور و شتاب را در نظر می‌گیرند، اما تا زمانی که راننده نتواند خودرو را کنترل کند، هیچ قدرت تولیدی پیشرانه معنی نمی‌دهد. به همین دلیل، مهندسان اهمیت زیادی به سیستم تعلیق خودرو می‌دهند.
این قسمت از خودرو باید بیشترین مخاطب بین لاستیک‌ها و سطح جاده را فراهم کند تا بتواند هندلینگ خوبی داشته باشد و در عین حال سرنشینان نیز سواری راحتی داشته باشند. سیستم تعلیق خودرو مجموعه‌ای از لاستیک‌ها، فنرها، جذب‌کننده‌های شوک و اتصالات است که وسیله نقلیه را به چرخ‌ها متصل می‌کند و حرکات نسبی بین آنها را فراهم می‌کند.
سیستم‌های تعلیق، برای حفظ هندلینگ و کیفیت سواری، با چالش‌های سختی روبرو هستند. برقراری حداکثر تماس چرخ‌ها با سطح جاده برای سیستم تعلیق بسیار حائز اهمیت است و همچنین این مجموعه به شدت خراب می‌شود به دلیل تحمل نیروهای زیاد و فشار مداوم. در اکثر خودروها، طراحی سیستم تعلیق جلو و عقب آنها با یکدیگر متفاوت است.
اگر جاده‌ها کاملاً تخت و بدون ناهمواری بودند، نیازی به سیستم تعلیق نبود. با این حال، واقعیت این است که حتی بهترین بزرگراه‌ها هم دارای ناهمواری‌هایی هستند که می‌توانند با چرخ‌ها تماس داشته باشند.
این ناهمواری‌ها باعث ورود نیروهای زیادی به چرخ‌ها می‌شوند. در روشن‌تر کردن این موضوع، تمامی نیروها با توجه به قوانین نیوتون، دارای جهت و بزرگی ویژه‌ای هستند و حتی یک دست‌انداز ساده در جاده می‌تواند باعث بالا و پایین رفتن چرخ‌ها شود. در واقع، بزرگی نیرو به ابعاد چاله بستگی دارد، اما به‌طور کلی چرخ خودرو با عبور از دست‌انداز یک شتاب عمودی را تجربه خواهد کرد.
اگر ساختاری برای تعادل بعدی چرخ و فریم خودرو روی جاده وجود نداشته باشد، تمام انرژی عمودی چرخ به فریم خودرو وارد خواهد شد، و در نتیجه، لاستیک‌ها می‌توانند تماس خود را با سطح جاده را به‌طور کامل از دست بدهند. پس از آن، به خاطر جاذبه و نیروی رو به پایین، لاستیک‌ها می‌توانند دوباره با سطح جاده برخورد کنند.
در واقع، برای پایداری و راحتی سواری، نیاز به سیستمی برای جذب شتاب عمودی چرخ وجود دارد. بررسی نیروهایی که در یک خودروی متحرک وجود دارند، به عنوان دینامیک خودرو شناخته می‌شود، و شما باید برخی از مفاهیم مرتبط با این زمینه را مطالعه کنید، تا بتوانید کارکرد سیستم تعلیق را به خوبی درک کنید.اکثر مهندسان صنعت خودرو دینامیک خودروی متحرک را از دو جهت بررسی می‌کنند:
- سواری: توانایی خودرو در عبور نرم از ناهمواری‌ها و دست‌اندازها
- هندلینگ: توانایی خودرو در شتاب گیری، ترمز و عبور از پیچ ایمن
سیستم تعلیق خودرو با تمامی ویژگی‌های خود می‌بایست تعادل مناسبی بین این فاکتورها ایجاد کند.
اجزای مختلف سیستم تعلیق خودرو
این سیستم در واقع بخشی از شاسی است که از تمامی مجموعه‌های مهم زیر پوست وسیله نقلیه تشکیل می‌شود. از جمله این سیستم‌های متصل به شاسی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
فریم: قطعه‌ای ساختاری و حامل بار که از پیشرانه و بدنه خودرو پشتیبانی می‌کند.
سیستم تعلیق: مجموعه‌ای که وزن خودرو را تحمل کرده و ناهمواری‌های جاده را جذب می‌کند تا تماس خودرو با مسیر حفظ شود.
سیستم فرمان: مکانیسمی که باعث می‌شود راننده توانایی کنترل و هدایت وسیله نقلیه را داشته باشد.
لاستیک‌ها و رینگ‌ها: قطعاتی که باعث حرکت خودرو شده و چسبندگی و اصطکاک آن با جاده را فراهم می‌کنند.
با در نظر گرفتن این موارد واضح است که سیستم تعلیق خودرو نقش بسیار مهمی در هدایت آن ایفا می‌کند. در ادامه به بخش‌های اصلی سیستم تعلیق شامل فنرها، دامپرها و میل تعادل یا میل موج گیر می‌پردازیم.
- فنرها
سیستم‌های فنربندی امروزی دارای ۴ طراحی اصلی هستند که در زیر به آنها اشاره شده است:
فنرهای پیچشی: از رایج ترین مدل فنرها هستند و در واقع یک میله تورشن هوی دیوتی که به دور محور می‌پیچند. فنرهای پیچشی برای جذب حرکات چرخ‌ها فشرده و باز می‌شوند.
فنرهای تخت: این مدل متشکل از چند لایه فلز متصل به یکدیگر است تا به عنوان یک واحد عمل کنند. اولین فنرهای تخت دنیا در کالسکه‌ها بکار رفتند و تا سال ۱۹۸۵ در اکثر خودروهای آمریکایی دیده می‌شدند. این نوع فنرها هنوز هم در اکثر وانت پیکاپ ها و وسایل نقلیه هوی دیوتی بکار می‌روند.
میله‌های تورشن: در اینجا از خواص میله فولادی بهره گرفته می‌شود تا عملکردی مشابه فنر پیچشی به دست آید. یک انتهای میله به فریم خودرو متصل می‌شود، و انتهای دیگر نیز به طبق پیوسته می‌شود.
وقتی چرخ خودرو برخورد به ناهمواری می‌کند، حرکت عمودی به طبق منتقل می‌شود و در ادامه به میله تورشن می‌رسد، تا در نهایت با اجزا و سیستم تعلیق خودرو، نرمی رانندگی را بهبود بخشد. این نوع طراحی به طور گسترده توسط سازندگان خودروی اروپایی به‌کار می‌رود و شرکت‌های پاکارد و کرایسلر نیز در دهه‌های ۵۰ و ۶۰ میلادی از این نوع فنرها بهره برده‌اند.
فنرهای بادی: فنرهای بادی دارای یک محفظه استوانه‌ای با هوای فشرده هستند که بین چرخ و بدنه نصب می‌شوند و از این وسیله برای جذب لرزش‌های چرخ استفاده می‌شود. در حال حاضر، فنرهای بادی در بسیاری از خودروهای لوکس موجود است، اما ایده این فنرها بیش از یک قرن پیش مطرح شد و حتی در کالسکه‌ها نیز استفاده می‌شدند. فنرهای بادی قدیمی از دیافراگم‌های چرمی پر از هوا ساخته می‌شدند، اما در دهه ۳۰ میلادی، به فنرهای بادی لاستیکی جایگزین شدند.
- دامپرها (جذب‌کننده‌های شوک)
اگر یک ساختار مناسب برای سیستم تعلیق فنر خودرو وجود نداشته باشد، فنر پس از برخورد با دست‌انداز باز می‌شود و انرژی جذب شده را با سرعت غیر کنترل شده آزاد می‌کند. این باعث می‌شود فنر به بالا و پایین حرکت کند تا زمانی که تمام انرژی اولیه خود را به جا بگذارد. سیستم تعلیق تنها با استفاده از فنر، عملکرد نامناسبی دارد و باعث ایجاد بسیاری از حرکات نامطلوب در خودرو می‌شود.
با ورود جذب‌کننده‌های شوک به بازار، تحولی در این زمینه ایجاد شد. این قطعات با نام dampers (دامپرها) شناخته می‌شوند و حرکات ناخواسته فنرها را با کنترل کردن فرایند آزاد شدن با سرعت بالا از خود ، کنترل می‌کنند. جذب‌کننده‌های شوک همچنین با تبدیل انرژی حرکتی حرکت سیستم تعلیق به انرژی گرمایی ، بزرگی حرکات لرزشی را کاهش می‌دهند. برای پراکندن گرما از روغن هیدرولیک استفاده می‌شود.
برای فهم بهتر بهتر است نگاهی به ساختار و عملکرد دامپرها بکنیم. جذب‌کننده شوک (دامپر) اصلی‌ترین بخش تعلیق خودرو است که به همراه فنر برای کنترل جاذبه و قدرت جذب لرزش‌ها، بین فریم و چرخ‌های خودرو نصب می‌شود. بخش بالایی شوک به فنر متصل است و بخش پایینی با اکسل و در نزدیکی چرخ قرار دارد.
در حالت عادی، جذب کننده شوک با سرعت حساسیت دارد و سیستم تعلیقی خودرو، به هر اندازه سریع‌تر حرکت کند، مقاومت بیشتری را ایجاد می‌کند. این باعث می‌شود جذب‌کننده شوک، خود را با شرایط جاده تنظیم کرده و در تمامی حرکات ناخواسته خودرو کنترل لرزش‌های آنها را به عهده داشته باشد.
- استرات بار (استرس بار)
استرات، یکی از ساختارهای دامپر مشهور در خودروها است. این ساختار به عنوان یک جذب کننده شوک درون فنر پیچشی نصب می‌شود و دارای دو کارکرد اصلی است. اولین کارکرد استفاده از عملکرد دامپنینگ مشابه به جذب کننده‌های شوک می‌باشد.
دومین کارکرد آن پشتیبانی ساختاری از سیستم تعلیق خودرو است. به عبارت دیگر، استرات می‌تواند وزن خودرو را تحمل کند، درحالیکه دامپرها تنها سرعت را کنترل می‌کنند. به دلیل تاثیر بسزائی که شوک‌ها و استرات‌ها بر هندلینگ خودرو دارند، به عنوان ویژگی‌های ایمنی بسیار مهمی در نظر گرفته می‌شوند. معیوب و فرسوده بود آنها می‌تواند باعث انتقال وزن اضافی از یک سمت به سمت دیگر و از جلو به عقب شود و توانایی لاستیک‌ها در چسبیدن به زمین را کاهش داده و روی هندلینگ و ترمز خودرو تأثیر منفی بگذارد.
- میل تعادل یا میل موج گیر
آنتی رول بار، یا همان موج‌گیر، برای بهبود پایداری خودروها همراه با دامپرها و استرات‌ها به کار می‌رود. این قطعه با نام میل تعادل، یک قطعه فلزی است که در اکسل خودرو نصب می‌شود و ارتباط بین سیستم تعلیق و چرخ را بهبود می‌بخشد.
میل تعادل به چرخ دیگری انتقال داده می‌شود که در حال حرکت بالا و پایین است. این قطعه به خصوص در پیچ‌ها جلوی چپ‌شدن خودرو را می‌گیرد و به همین دلیل، تمامی خودروهای امروزی با آنتی رول بار، یا موج‌گیر، تجهیز شده‌اند.
انواع سیستم تعلیق خودرو
تا به حال درباره عملکرد بخش‌های مختلف سیستم تعلیق صحبت کرده‌ایم، اما در خودروهای دارای دو سیستم مستقل، چهار چرخ با دو اکسل متصل هستند. دو چرخ جلو به اکسل جلو و دو چرخ عقب به اکسل عقب متصل هستند. به این ترتیب، خودرو می‌تواند دارای سیستم تعلیق متفاوتی در جلو و عقب باشد، که این روش برای خودروهای امروزی شایع است.
برای خودروها، نوع سیستم تعلیق بستگی به توانایی عملکرد مستقل یا غیرمستقل چرخ‌ها نسبت به اکسل دارد. در حالتی که چرخ به اکسل متصل باشد، سیستم تعلیق از نوع غیرمستقل خواهد بود ولی در حالتی که چرخ‌ها بتوانند به‌صورت مستقل حرکت کنند، سیستم تعلیق از نوع مستقل خواهد بود.
- سیستم تعلیق غیرمستقل جلو
ما در این نوع سیستم، با نسخه جلویی شاهد یک مدار از چرخ‌های جلو هستیم که به یکدیگر وصل شده‌اند. در واقع، این طراحی شبیه به یک میله زیر خودرو است که به وسیله فنرهای تخت و جذب‌کننده‌های شوک در جای خود قرار می‌گیرد. سیستم تعلیق غیرمستقل جلو معمولاً در وانت‌ها و کامیون‌ها به کار می‌رود و در خودروهای امروزی مشاهده نمی‌شود.
- سیستم تعلیق مستقل جلو
در این نوع سیستم تعلیق مستقل جلو، چرخ‌های جلو به صورت مستقل اجازه حرکت دارند. استرات مک فرسون، که توسط ایرل اس مک فرسون، مهندس جنرال موتورز، در سال ۱۹۴۷ معرفی شده است، به طور گسترده در خودروها، به ویژه مدل‌های اروپایی، به کار می‌رود. در این سیستم، دامپر و فنر پیچشی به یکدیگر متصل شده اند تا ابعاد کم‌حجم‌تر و وزن کمتری داشته باشند.
این نوع طراحی، در خودروهای دیفرانسیل جلو، استفاده می‌شود. سیستم تعلیق دوبل جناغی، که با نام A-arm یا کنترل بازو نیز شناخته می‌شود، یکی دیگر از انواع شناخته شده سیستم تعلیق مستقل جلو است. اغلب از دو بازوی جناغی شکل در چرخ استفاده می‌شود، اگرچه پیکربندی‌های گوناگونی وجود دارد.
هر جناغ دارای دو موقعیت نصب به فریم و چرخ است و از جذب‌کننده شوک و فنر پیچشی برای جذب ناهمواری‌ها و لرزش‌ها استفاده می‌کند. سیستم‌های دوبل جناغی باعث کنترل بهتر زاویه کمبر چرخ می‌شوند. کمبر زاویه بیرون زدگی یا تو رفتگی چرخ را نشان می‌دهد. همچنین، سیستم تعلیق دوبل جناغی باعث احساس فرمان بهتری می‌شود و به همین خاطر در بخش جلوی خودروهای بزرگ‌تر، به طور گسترده استفاده می‌شود.
- سیستم تعلیق غیرمستقل عقب
اگر تنظیمات اکسل به‌گونه‌ای باشند که باعث اتصال چرخ‌های عقب به‌یکدیگر شود، سیستم تعلیق معمولاً از نوع ساده و فنری یا پیچشی خواهد بود. در طراحی اولیه، فنرهای تخت به‌صورت مستقیم به اکسل متصل می‌شوند و انتهای آنها به فریم متصل می‌گردند.
به‌دلیل سادگی، خودروسازان آمریکایی برای مدت‌های طولانی از این نوع طراحی استفاده کرده‌اند. همچنین، این طراحی ساده را می‌توان با استفاده از فنرهای پیچشی نیز پیاده‌سازی کرد. در این حالت، فنر و جاذب‌کنندهٔ شوک می‌توانند به‌صورت یک واحد مشترک یا جداگانه استفاده شوند. اگر دامپر و فنر از هم جدا باشند، ابعاد فنرها بسیار کوچک‌تر خواهد بود و این باعث صرفه‌جویی در فضا می‌شود.
- سیستم تعلیق مستقل عقب
اگر سیستم تعلیق جلو و عقب خودرو به صورت مستقل باشد، به این معناست که تمام چرخ‌های خودرو به صورت جداگانه و مستقل از هم حرکت می‌کنند و خودروسازان نیز در تبلیغات خود از سیستم تعلیق مستقل چهار چرخ یاد می‌کنند.
هر سیستم تعلیقی که برای بخش جلوی خودرو ارائه می‌دهند می‌تواند نیز برای بخش عقب استفاده شود، اگرچه در بخش عقب خودرو، جعبه فرمان وجود ندارد و از نسخه ساده‌تر سیستم تعلیق مستقل در این بخش می‌توان استفاده کرد، با اینحال، اصول اساسی هر دو نوع طراحی مشابه هستند. همچنین سیستم تعلیق چند اتصالی نیز در خودروهای امروزی استفاده می‌شود و برای کسب اطلاعات بیشتر می‌توانید مقاله مربوط به آن را مطالعه کنید.
طول عمر سیستم تعلیق خودرو
راه‌هایی که خودرو در آنها حرکت می‌کند و شیوه‌ی رانندگی اثر شدیدی بر طول عمر قطعات سیستم تعلیق خودرو خواهد داشت. با این حال، برخی از قطعات همچون شوک‌ها و استرات‌ها بعد از طی مسافتی حدود ۸۰ هزار کیلومتر از کارکرد خودرو، باید تعویض شوند.
عوامل ایجاد مشکل در سیستم تعلیق
برخورد با دست اندازها و رد شدن با سرعت زیاد از سرعت گیرهای بزرگ می‌تواند باعث آسیب دیدن سیستم تعلیق شود.
نشانه های خرابی سیستم تعلیق
کشیده شدن خودرو به یک سمت در زمان عبور از پیچ‌ها، سواری خشک و خشن، صدای غیر عادی از زیر خودرو در زمان عبور از دست اندازها و همچنین کله کردن وسیله نقلیه در زمان ترمز گرفتن اشاره کرد.
بهترین سیستم تعلیق خودرو جهان
انتخاب یک نوع طراحی به عنوان بهترین سیستم تعلیق ممکن برای خودرو در جهان، به طور خاص ممکن نیست. این امر به دلیل استفاده از طراحی‌های مختلف توسط خودرو سازان بسته به نوع خودرو، مشتریان هدف و هزینه‌هاست. با این حال، در کل، سیستم‌های تعلیق دوبل جناغی، چند اتصالی، مک فرسون، مستقل و بادی جزو شناخته شده‌ترین و رایج ترین سیستم‌های تعلیق استفاده شده در خودروها هستند.
تقویت سیستم تعلیق خودرو
برای بهبود عملکرد سواری و کنترل خودرو، می‌توان برخی از قطعات استاندارد را با قطعات افترمارکت و کاراتر جایگزین کرد. اما خود شرکت های سازنده خودرو نیز برای تولید نسخه‌های اسپرت و سفارشی از محصولات استاندارد، از سیستم‌های تعلیق بهتر استفاده می‌کنند.
برای تقویت سیستم تعلیق، نیاز است به نوع استفاده که از خودرو می‌کنید توجه کنید. در صورتی که به دنبال رفت و آمد در محیط‌های سخت و آفرود هستید، استفاده از فنرها و دامپرهای هوی دیوتی گزینه خوبی خواهد بود. با این حال، اگر به هندلینگ بهتر برای عبور از پیچ‌ها و نواحی پرچالش می‌پردازید، تعویض فنرهای پیچشی و استرات بارهای مناسب در بهبود کارایی و عملکرد خودرو تأثیر بسیاری خواهد داشت.