سیستم تعلیق خودرو چیست؟ مروری بر عملکرد و اجزای آن
سیستم تعلیق خودرو از اجزایی مانند عکس فنرها،کمک فنر یا دمپر،سیبک،میل تعادل یا موج گیر،بوس، استارت و ... تشکیل شده است.
به گزارش اقتصاد آنلاین، خودرو از بخش های مختلفی تشکیل شده اما یکی از مهم ترین قسمت های تشکیل دهنده خودرو، بدنه و سرنشینان را از ارتعاشات ناشی از حرکت خودرو حفظ می کند، سیستم تعلیق ماشین یا Suspension نامیده می شود.در ادامه با اجزای تشکیل دهنده این سیستم و وظایفی که بر عهده دارد به دقت آشنا خواهید شد.
سیستم تعلیق خودرو چیست؟
سیستم تعلیق یا فنربندی خودرو (SUSPENTION) بخشی از خودرو است که مانع از انتقال ارتعاشات و تکان‌های ناشی از حرکت خودرو روی سطوح ناهموار به بدنه در حال حرکت و سرنشینان می‌شود.
در سیستم تعلیق بدنه به معنی اتاق، شاسی و تمام متعلقات آن است. این سیستم شامل قطعات اصلی فنرها، کمک فنرها، ستون‌های نگه دارنده و چرخ ها می شود و اتصال چرخ‌ها و محورهای عقب و جلو را با شاسی برقرار می کند.
سیستم تعلیق خودرو دو وظیفه اصلی بر عهده دارد:
- دریافت تکان‌ها، ارتعاش‌ها و نوسان‌هایی که از حرکت در سطوح مختلف جاده به چرخ‌ها وارد می‌شود
- ارتقاء عملکرد چرخ‌ها و ایجاد اصطکاک مناسب لاستیک ماشین با سطح جاده و در نتیجه کنترل راحت‌تر خودرو
در طراحی سیستم‌های تعلیق دو نکته مهم پیش از هر چیز در نظر گرفته می‌شوند؛ابتدا بهبود سواری سپس ارتقاء قابلیت هدایت و کنترل خودرو اما این دو قابلیت همیشه در تضاد با یکدیگر هستند، به این معنی که بهبود یکی موجب ضعف دیگری می‌شود.
وظیفه دیگر سیستم تعلیق حفظ تعادل خودرو حین حرکت است یعنی با تغییر میزان وزن وارده به هر چرخ و تغییر نقطه ثقل خودرو، تعادل آن حفظ شود در غیر اینصورت با ورود به پیچ ها پایداری خودرو متزلزل شده و دچار انحراف می شود. حفظ ارتفاع خودرو به صورت ثابت و تنظیم انتشار وزن آن بین چرخ‌ها به صورتی که تعادلش حفظ شود از دیگر وظایف سیستم تعلیق است.
پیشینه ساخت سیستم تعلیق خودرو
سیستم تعلیق مک‌فرسون (MacPherson Suspension Strut) در سال ۱۹۴۷ میلادی توسط یکی از مهندسان جنرال موتورز، ارل اس. مک‌فرسون (Earle S. MacPherson) ابداع شد. این سیستم در بسیاری از خودروهای امروزی یافت می‌شود، اما استفاده از آن در خودروهای اروپایی شایع‌تر است. از این سیستم بیشتر در خودروهای محور جلو محرک استفاده می‌شود.
به مرور زمان، با پیشرفت صنعت خودروسازی به وظایف سیستم تعلیق خودرو اضافه شد و به دنبال آن سیستم‌های تعلیق پیچیده و متنوع تر طراحی شدند.
به عنوان مثال در حال حاضر سیستم تعلیق در خودروها، علاوه بر تامین آرامش و راحتی سرنشینان و راننده، موجب بالا رفتن عمر قطعات می شود زیرا انتقال ضربات ناشی از حرکت به بدنه و متعلقاتش باعث حرکت بیش از حد قطعات و درگیر شدن آن ها با یکدیگر شده که کاهش عمر مفید و استهلاک بیش از حد آنها را به دنبال دارد.
وظایف سیستم تعلیق خودرو
همان طور که در بالا شرح دادیم مهم ترین وظیفه سیستم تعلیق خودرو به دو بخش تقسیم می شود که به عبارت دیگر یکی کیفیت سواری و هدایت و کنترل خودرو است و با هم همپوشانی ندارند چرا که تقویب یکی،تضعیف دیگری را به همراه دارد. سایر وظایف سیستم تعلیق خودرو نیز به اختصار شامل موارد زیر است:
- تحمل وزن خودرو
- جذب ضربات وارده و تبدیل آن ها به ارتعاش
- حفظ هندسه سیستم فرمان و موقعیت چرخ ها
- افزایش قابلیت فرمان پذیری خودرو
- افزایش میزان پایداری خودرو
- حفظ تماس چرخ ها با سطح جاده
اجزای سیستم تعلیق
سیستم تعلیق در خودرو از اجزای مختلفی تشکیل شده که هر یک وظیفه مهمی را برعهده دارند و نقص در یکی از آنها سیستم را به چالش می کشد. اجزای سیستم فنربندی یا همان سیستم تعلیق خودرو به شرح زیر است:
- رینگ و لاستیک
- میل تعادل
- فنرهای پیچشی
- فنرهای برگی یا طبق‌ها
- فنرهای لول
در ادامه مفصل به اجزای تشکیل دهنده سیستم تعلیق خودرو می پردازیم.
فنرها
فنرها وظیفه جذب ضربات از سطح جاده را برعهده دارند در واقع این فنرها هستند که پس از عبور از روی ناهمواری ها با ارتعاش خود از حالت فشرده، تایرها را به سرعت با سطح جاده در تماس نگه می دارند. در بعضی خودروها به ویژه خودروهای مسابقه ای فنرها جای خود را به میله‌های فلزی داده‌اند. با این حال وظیفه این بخش از سیستم فنربندی در هر حالت تامین آسایش سرنشینان و به حداقل رساندن تکان‌های کابین خودرو است.
سه دسته عمده از فنرها در خودروهای امروزی مورد استفاده قرار می‌گیرند:
- فنرهای لول: فنر لول درست مشابه فنرهای موجود در خودکارها است که از مفتول هایی با استحکام بالا ساخته می شوند و در بیشتر خودروهای امروزی کاربرد دارند.
- فنرهای برگی: فنرهای برگی از قدیمی‌ترین فنرهای مورد استفاده در سیستم‌های تعلیق است و از روی هم قرار گرفتن تعدادی تسمه فلزی و چوبی ساخته می شوند. این نوع فنر در خودروهای سنگین کاربرد دارد.
- میله های پیچشی: میله‌های پیچشی در حقیقت میله‌هایی از جنس فولاد هستند که قابلیت پیچش و تغییر شکل دارند. یک سر این میله به بدنه و سر دیگر آن به جناغی متصل است.
کمک فنر یا دمپر
دمپر یا کمک فنر با همکاری فنرها وظیفه میرا کردن(کاهش دامنه نوسان) نیروهای وارده از سطح جاده را دارند. ادرست است که فنرهای لول با فشرده شدن بخشی از انرژی وارده را در خود جذب می‌کنند، اما وظیفه اصلی میراکردن نیروها و جذب حداکثری تکان ها از سطح جاده برعهده دمپرها است.
بدون وجود وسیله ای که جاذب ضربات باشد فنرها آنقدر به باز و بسته شدن ادامه می‌دهند تا درنهایت انرژی‌های دریافتی دفع شود، در این صورت به دلیل وجود ناهمواری های جاده ها تجربه رانندگی بسیار ناخوشایندی رقم می‌خورد.
دمپرها انواع مختلفی دارند:
- هیدرولیکی (مبتنی بر روغن)
- نیوماتیکی (مبتنی بر گاز)
استفاده از هر یک از این دمپرها به عوامل مختلفی بستگی دارد و هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارند اما دمپرهای گازی یا نیوماتیکی قیمت بالاتری دارند.
کمک فنر نیز یک پمپ هیدرولیک متشکل از یک سیلندر و پیستون پر شده با روغن یا گاز است. یک سر این سیلندر به چرخ و سر دیگر آن به بدنه متصل می شود. با عبور خودرو از روی ناهمواری، پیستون به سمت داخل سیلندر فشرده می شود. روی بخش داخلی پیستون سوراخ های ریزی برای جریان سیال از یک سو به سوی دیگر در نظر گرفته شده است. باتوجه به ریز بودن این سوراخ‌ها ماده سیال به سختی به سمت دیگر جریان پیدا کرده و در جریان این انتقال ، انرژی واردشده به صورت گرمای منتقل شده به روغن میرا می شود.
سیبک
نوعی اتصال در سیستم تعلیق است که در عین استحکام، امکان چرخش و حرکت دارد. این اتصال مفصل گونه، از یک گوی فلزی دسته دار تشکیل شده است که امکان حرکت درون محفظه فولادی‌اش را دارد. اطراف محفظه فولادی و گوی فلزی با لاستیک محکم پوشیده شده است. این مفصل که وظیفه اتصال چرخ‌ها به سیستم تعلیق را دارد، چرخش آن ها را با چرخش فرمان و حرکت‌شان را هنگام عبور از ناهمواری‌ها ممکن می سازد. یک سر سیبک به چرخ ها و سر دیگر آن به طبق های سیستم تعلیق خودرو متصل است. سیبک معمولا تنها در چرخ های جلویی کارگذاشته می شود. نکته دیگر اینکه سیبک سیستم تعلیق با سیبک فرمان که وظیفه اتصالات میل فرمان را بر عهده دارد متفاوت است.
میل تعادل یا میل موج‌گیر
میل تعادل،از جنس فلز است و وظیفه آن ایجاد ثبات بیشتر در خودرو. این میله فلزی دو کمک فنر موجود روی یک اکسل را به یکدیگر مرتبط می کند. در این حالت با حرکت کمک فنر یک سمت و کمک فنر سمت دیگر نیز تا حدودی حرکت می کند تا خودرو در حالتی ثبات داشته باشد این خاصیت در پیچ جاده ها برای حفظ کنترل ماشین اهمیت ویژه ای دارد.
میل رابط
میله های رابط، در سیستم های مختلف تعلیق، وظیفه ایجاد اتصال بخش های مختلف به یکدیگر را دارند. این میله‌ها فلزی و بسیار مقاوم هستند و معمولا پرتعداد به کار می‌روند. عمر میل رابط برابر با شاسی و بدنه خودرو است. تنها عاملی که شاید به آن ها آسیب وارد کند تصادف‌های شدید و ضربات سهمگین ناشی از تصادفات است.
بوش
بوش نیز جزو اتصالات سیستم تعلیق است، اما تفاوت آن با سیبک مانند تفاوت مفصل زانو با مفصل ران و لگن است. بوش قابلیت چرخشی ندارد و تنها باز و بسته می شود. بوش از جنس لاستیک طبیعی است و برای گرفتن سر و صدای ناشی از حرکت قطعات و لرزش آنها، بخش‌های متحرک سیستم تعلیق را به هم متصل می‌کند. همچنین مقداری از نیروی وارده از ضربات حرکت بر سطوح ناهموار را به دلیل جنس لاستیکی جذب می‌کند.
بوش‌ها گاهی به شکل استوانه هستند و نقش محور را ایفا می کنند. این محورهای لاستیکی مانند رباط ها در بدن، اتصال قطعات فلزی سیستم تعلیق را برقرار می کنند.
استارت
استارت در انواع سیستم‌های تعلیقی دیده می‌شود که سیبک و طبق در آنها حذف شده و فنر به کار رفته از نوع فنر لول است. در این سیستم کمک فنر درون فنر لول قرار می‌گیرد و این دو علاوه بر وظایف اصلی ، وظیفه برقراری اتصال سیستم تعلیق ، شاسی و رابط بین آنها را بر عهده دارند.
طبق
طبق اتصال اصلی سیستم تعلیق به شاسی را برقرار می کند. اتصال طبق به شاسی از طریق بوش‌های محوری و به سیستم تعلیق با سیبک ها انجام می شود. طبق ها دارای دو نوع هستند:
- نوع کنترلی : به صورت یکپارچه است
- جناغی : به صورت حرف A است و با دو بوش محوری به شاسی متصل می‌شوند.
تعداد طبق‌ها و نحوه استفاده از آنها در سیستم‌های تعلیق مختلف متفاوت است. در برخی طبق استفاده نمی‌شود، در برخی برای هر چرخ یک یا دو طبق به کار می‌رود و در برخی برای هر دو محورهای عقب و جلو.
رینگ و لاستیک ها
لاستیک ها بیرونی ترین بخش سیستم تعلیق خودرو به شمار می روند. هنگام حرکت خودرو، همواره اولین اثر روی تایرها گذاشته و برخوردها قبل از هرچیز به آن ها منتقل می شود. لاستیک ها نیز بخشی از انرژی به وجود آمده از این برخورد را جذب و به صورت گرما خارج و بخشی دیگر را به سایر نقاط سیستم تعلیق منتقل می کنند. هرچه سطح تماس خودرو با جاده بهتر و چسبندگی بیشتر باشد، عملکرد حرکتی خودرو ارتقاء یافته و سیستم تعلیق سریع تر به هدف می رسد. رینگ ها در این سیستم نقش انتقال وزن خودرو به سطح جاده با توزیع وزنی مناسب را دارند.
عملکرد سیستم تعلیق خودرو
براساس قوانین حرکت ، نیروها علاوه‌بر اندازه، جهت دارند. وجود سطحی ناصاف روی جاده سبب اعمال نیرویی رو به بالا در جهت عمود بر سطح به چرخ می شود که اندازه آن بستگی به میزان بزرگی ناصافی دارد. این نیرو سبب ایجاد شتابی عمودی در خودرو می‌شود که بدون سیستم فنربندی تمام این نیرو به کابین خودرو وارد می‌شود. در این حالت کابین در جهت نیروی اعمالی حرکتی رو به بالا خواهد داشت و در صورتی که نیروی یاد شده زیاد باشد، سبب از دست رفتن اصطکاک تایرها با سطح جاده می شود. سپس، نیروی گرانش خودرو را دوباره به سمت پایین کشیده و سبب کوبیده شدن آن بر سطح جاده می‌شود. این مثال خود بیانگر میزان اهمیت استفاده از سیستم فنربندی است.
سیستم تعلیق در خودروهای مختلف با توجه به نوع رانندگی که برای آن پیش بینی شده متفاوت است. برای مثال یک سیستم تعلیق خشک از فنرهای کوتاه و سفت تری برخوردار است اما چسبندگی به جاده را بیشتر می کند و تعادل خودرو به ویژه در پیچ‌ها را افزایش می دهد. بنابراین در خودروهای مسابقه ای که راحتی سرنشین به اندازه عملکرد بالا اهمیت ندارد، از سیستم‌های تعلیق خشک استفاده می شود.
انواع سیستم تعلیق خودرو
سیستم های تعلیق خودرو انواع مختلفی دارند و تفاوت آنها به محل قرار گرفتن آن بر روی محور های عقب یا جلو و نحوه حرکت به صورت محرک و ثابت مربوط می شود. انواع سیستم تعلیق خودرو را نام برده و بررسی کرده ایم که می خوانید:
سیستم تعلیق مستقل
سیستم تعلیق مستقل به این معنا است که تمام اجزا این سیستم به صورت یکپارچه و بدون وابستگی به سیستم دیگر عمل می کند.
سیستم تعلیق وابسته
در سیستم تعلیق وابسته علاوه بر سیستم تعلیق که مربوط به اجزای مکانیکی و فنی سیستم های تعلیق می شوند، از اجزای کمکی دیگری نیاز استفاده شده تا نوسانات وارده را به مراتب کمتر به اتاق خودرو کنترل کند.
سیستم تعلیق نوین
سیستم های تعلیق مستقل و وابسته در حال حاضر کمتر مورد استفاده قرار می گیرند یا کاملا از رده خارج شده اند.
در کنار این سیستم‌های سنتی و کلاسیک، سیستم‌های تعلیق مدرن ویژه خودروسازان مختلف نیز وجود دارند. از معروف ترین سیستم های تعلیق مدرن می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سیستم تعلیق چند اتصاله
- سیستم تعلیق هیدرولیکی(هیدروپنوماتیک)
- سیستم تعلیق بادی
- سیستم الکترو مغناطیسی
نحوه نگهداری از سیستم تعلیق خودرو و استهلاک آن
سیستم تعلیق یا فنربندی خودروها با درنظرگرفتن طول عمری ۱۰ ساله ساخته می‌شوند. با این حال این طول عمر به عوامل زیادی مانند شرایط استفاده از خودرو، رانندگی و کیفیت جاده ها بستگی دارد. معمولا برای خودرویی که هر روز مورد استفاده قرار می‌گیرد طول عمر سیستم تعلیق به ۶۰ تا ۸۰ هزار کیلومتر محدود می شود.
نشانه هایی وجود دارد که هشدار دهنده خرابی سیستم تعلیق خودرو است مانند:
- وجود روغن روی کمک فنرها و بوش‌ها
- صدای زیاد قطعات
- کوبش بیش از حد خودرو هنگام عبور از سطوح ناهموار
- پارگی قطعات لاستیکی
پیشنهاد می‌شود که پس از هر ۶۰ هزار کیلومتر، فنربندی خودرو به‌طور کامل مورد بررسی قرار گیرد تا در صورت لزوم بخش‌هایی از آن تعمیر یا تعویض شود.
