سیستم تعلیق

در کاتالوگها یا دفترچه راهنمای خودروها ، در قسمت نوع سیستم تعلیق با نامهایی چون ؛ سیستم تعلیق مستقل ، مک فرسون ، پیچشی ، Multilink و ... مواجه می شویم ، اما متاسفانه اطلاعات عامه مردم ، درباره سیستم تعلیق و انواع و اجزای آن در حد بسیار اندکی می باشد ؛ در حدی که حتی برخی افراد نمی دانند سیستم تعلیق یا Suspension به کدام قسمت یا قسمتهایی از خودرو اطلاق می شود ، بنابراین در این مطلب سعی خواهد شد فلسفه وجود این سیستم ، اجزا تشکیل دهنده و انواع مختلف آن همراه با مزایا و معایب هر کدام مورد بررسی  قرار گیرد .

فلسفه وجود سیستم تعلیق

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 ) :

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  :

۵ نوع عمده فنر در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرد:

０-      فنر مارپیچ ( Coil Spring ) :

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 .

０-      فنر تخت ( Leaf Spring ) : 

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 برا ی 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 .

０-     میله پیچشی ( Torsion Bar ) :

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 ) .

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.

０-     فنر هوایی ( Air Spring ) :

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 .

０- فنر لاستیکی ( Rubber Spring ) : 

این نوع فنر که توسط دکتر Alex Moulten ابداع شد ، از یک لاستیک فشرده انعطاف پذیر تشکیل شده .

محاسن : سبک بوده و جای کمی می گیرد

معایب : قابلیتهای فنرهای فولادی را دارا نیست و بسیار ضعیفتر از آنهاست

موارد مصرف : اولین بار بر روی خودروهای مینی استفاده شد ، اما همینک در کمتر خودرویی بکار می رود و تنها برای دوچرخه ها و موتورهای مسابقه و صخره نوردی استفاده می شود .

نقش تایرها در سیستم تعلیق :

تایرها فنرهایی هستند که به چشم نمی آیند ؛ تایرها نوعی فنر هوا می باشند که تمامی وزن خودرو را تحمل می کنند . فعالیت فنری تایرها روی کیفیت سواری و هندلینگ خودرو بسیار مهم می باشد ، و بطور کل تایرها به عنوان عضو اصلی اجزاء مؤثر در کیفیت رانندگی ، محسوب می شوند . سایز ، ساختمان ، ترکیب و تورم احتمالی در کیفیت رانندگی بسیار مؤثر می باشد .