سیستم تعلیق چیست؟
امروزه راحتی سرنشینان مهم ترین هدف سازندگان خودرو است.یکی از مهم ترین عوامل راحتی سرنشینان 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-فرمای پذیری 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 موتور های 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: