تحقیقی در مورد سیستم تعلیق

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-فرمایپذیری 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.
دانستنیها درباره سیستم تعلیق
همانطور که قبلا ذکر شد ، بر خلاف تفکر عامه ، کمک فنر وزن خودرو را ساپورت نمی کند بلکه وظیفه اصلی آن کنترل نوسانات فنرها و حرکات سیستم تعلیق و نگه داشتن چرخ به صورت چسبیده به جاده می باشد . این کار با تبدیل انرژی جنبشی حاصل از نوسانات فنر و سیستم تعلیق و تبدیل آن به انرژی گرمایی ( حرارتی ) در کمک فنر انجام می گردد .
برای ورود به بحث نحوه عملکرد یک کمک فنر ، ابتدا به زبان ساده و بدور از جزئیات به بررسی اساس کار آن پرداخته و سپس به تشریح کلی و تحصصی عملکرد ، اجزا و انواع آن خواهیم پرداخت ؛ یک کمک فنر شامل پیستونی است که در سطح مقطعش سوراخهای ریزی ( این سوراخها را Orifice می نامند ) تعبیه شده و به یک میله فولادی ( Piston Rod ) متصل است ، این پیستون درون یک محفظه بسته ( تیوپ ) فلزی که حاوی یک سیال هیدرولیکی ( عموما روغن ) است ، حرکت می نماید . اطراف محل حرکت میله به داخل و خارج محفظه به وسیله یک کاسه نمد کاملا آب بندی شده و سیال تحت فشار ، امکان خروج از محفظه را دارا نیست .
زمانی که نیرویی بر یک کمک فنر وارد شود ، کمک فنر به اصطلاح در سیکل فشرده شدن قرار گرفته و پیستون می خواهد به سمت پایین ، درون محفظه حرکت نماید ، اما از آنجا که سیال قابلیت فشرده شدن ندارد در مقابل این نیرو مقاومت می کند و چون برای رهایی از این فشار منفذی جز سوراخهای پیستون وجود ندارد ، برای دفع فشار وارده سیال از سوراخهای ریز درون پیستون عبور کرده و به پشت ( بالای )پیستون خواهد رفت ، این حرکت نیز بدلیل ریز بودن Orifice ها به کندی و با تولید حرارت انجام می گردد . همین کاهش سرعت جلوی نوسان فنر را گرفته و تعادل خودرو را برقرار می نماید . برای باز کردن کمک فنر فشرده شده ( سیکل بازشدن ) نیز عملیاتی مشابه سیکل فشرده شدن انجام می شود با این تفاوت که این بار سیال از بالای پیستون می خواهد به زیر پیستون منتقل شود .
میزان مقاومتی که یک کمک فنر از خود نشان می دهد بستگی به سرعت سیستم تعلیق ( دست اندازهای جاده ) همچنین تعداد و سایز Orifice ها دارد.
اما ساختمان کمک فنرهای امروزی تا حدی پیچیده تر از آن چیزی است که در بالا ذکر شد ، تقریبا تمامی کمک فنرهای مدرن امروزی از نوع حساس به سرعت ( Velocity Sensitive ) می باشند ، بدین معنا که در سرعتهای بالای سیستم تعلیق ( جاده های پر دست انداز ) ، کمک فنر مقاومت بیشتر و برعکس در سرعتهای پایین مقاومت کمتری از خود نشان می دهد که این امر نرمی و راحتی رانندگی را بسیار بیشتر می نماید . اما در سیستمی که در بالا بطور ساده بررسی شد یک مشکل بزرگ به چشم می خورد ؛ حجم سیال پایین پیستون ، در هنگامی که پیستون تا انتها بالا آمده ، با حجم سیال بالای پیستون در زمانی که پیستون تا انتها پایین رفته مساوی نیست ، دلیل آن هم وجود میله کمک فنر در بالای پیستون می باشد .
اما این مشکل نیز به روشهای مختلفی در انواع کمک فنرهای موجود حل شده . حال با توجه به توضیحات ارائه شده در بالا به بررسی نحوه عملکرد یک کمک فنر متداول امروزی خواهیم پرداخت :
همانطور که گفته شد کمک فنرها بر اساس جابجایی سیال در دو طرف پیستونی که در یک محفظه ( تیوپ ) حرکت می نماید ، در دو سیکل فشرده شدن و بازگشت ( کشش ) کار می کنند .
سیکل فشرده شدن ( Compression Cycle ) :
در هنگام فشرده شدن یا همان حرکت رو به پایین کمک فنر ، مقداری از سیال از طریق Orifice ها از قسمت B به قسمت A رفته و مقداری نیز از طریق سوپاپ فشردگی ( Compression Valve ) که در کف محفظه کمک فنر قرار دارد به تیوپ ذخیره ( Reserve Tube ) وارد می شود ، دلیل وجود تیوپ ذخیره اختلاف حجم دو قسمت A و B بدلیل وجود میله کمک فنر در قسمت B می باشد ، از اینرو مقدار سیالی که در قسمت B قرار دارد قابل جایگزینی در قسمت A کمک فنر نمی باشد . پس در اثر فشار وارده ، سوپاپ فشردگی باز شده و مقداری از سیال وارد تیوپ ذخیره که در گرداگرد محفظه اصلی و جدای از آن قرار دارد ، وارد می شود .
همانگونه که در ابتدا ذکر شد کمک فنرهای امروزی مجهز به سیستم حساس به سرعت می باشند ، این سیستم برای کنترل جریان سیال در سرعتهای محتلف سیستم تعلیق دارای قطعاتی اضافه در پیستون و سوپاپ فشردگی می باشد ، این قطعات ساده که شامل چند دیسک ( واشر ) ، یک فنر و … می باشد باعث می شوند تا کمک فنر به نسبت سرعت ضربه اعمال شده در ۳ مرحله از خود واکنش نشان دهد ؛ اگر سرعت پایین باشد ، دیسکها در مقابل جریان روغن مقاومت می نماید ، این امر باعث عبور جریان آرامی به صورت نشتی از Orifice ها ، از قسمت B به قسمت A خواهد شد . در سرعتهای بیشتر ، فشار جریان روغن افزایش یافته پیستون را به سمت قسمت B فشار می دهد که باعث باز شدن اندک دیسکهای موجود در پیستون از روی کف پیستون می گردد و سیال با سرعت کم از درون Orifice ها عبور می کند ، اما در سرعتهای بسیار زیاد ، دیسکها تحت فشار وارده باز مانده و سیال نیز با سرعت زیاد از درون Orifice ها عبور می نماید ، اما همزمان با پیستون ، سوپاپ فشردگی موجود در محفظه نیز که عملکرد و ساختمانی مشابه با پیستون دارد ، در همان ۳ مرحله ، حجمی از سیال که قابل جایگیری در قسمت A نیست ( بدلیل وجود میله ) را تحت فشار وارده به تیوپ ذخیره در گرداگرد محفظه اصلی منتقل می نماید .
سیکل باز شدن ( Extension Cycle یا Rebound ) :
باز شدن یا کشش کمک فنر تحت نیروی پتانسیل ذخیره شده در فنر جمع شده ، انجام می گیرد و در اصل این فنر می باشد که با باز شدن خودش کمک فنر را نیز باز کرده و به حالت اولیه اش بر می گرداند . در این سیکل زمانیکه پیستون به سمت بالا کشیده می شود طی همان ۳ مرحله و بر حسب سرعت حرکت سیستم تعلیق ، سیال موجود در قسمت A از طریق Orifice ها به قسمت B منتقل شده و از آنجا که مقدار سیال موجود در قسمت A برای جایگزینی در قسمت B ناکافی است باید مقدار سیالی که در سیکل فشردگی در تیوپ ذخیره ، جمع آوری شده ، وارد عمل شود . از آنجاییکه در این زمان فشار سیال موجود در تیوپ ذخیره بالاتر از فشار سیال موجود در قسمت B می باشد ، باعث باز نمودن سوپاپ فشردگی در کف کمک فنر می گردد و در پی آن سیال از تیوپ ذحیره جریان یافته و وارد قسمت B می گردد تا این قسمت را بطور کامل پر نماید ( باز شدن سوپاپ در این مرحله نیز حساس به سرعت و ۳ مرحله ای است ).
انواع کمک فنرها
دو تیوپه
تک تیوپه
با مخزن بیرونی
دو تیوپه :
در این مدل از کمک فنر ، که همان نوع بررسی شده در بالاست ، یک تیوپ اصلی وجود دارد که پیستون در آن حرکت می نماید و تیوپ دوم که تیوپ ذخیره نام دارد ، در گرداگرد تیوپ اصلی قرار گرفته تا سیال مازاد را در خود جای دهد .
کمک های دو تیوپه انواع متنوعی دارند ، که برخی از لحاظ تکنولوژی منحصر به یک یا چند کارخانه بوده و دارای قیمتهای بالا و کارآییهای خاصی نیز می باشند ، اما انواع متداول آن به شرح زیر می باشند :
دو تیوپه گازی :
گسترش کمک فنرهای گازی باعث ایجاد برتری عمده ای در رانندگی با خودروهای مجهز به این نوع کمک فنر گردیده . این نوع از کمک فنر به مشکلات موجود در کنترل و هدایت خودروهایی که مجهز به شاسی و بدنه یکپارچه هستند یا فاصله چرخهایشان کم است یا نیاز به فشار بالای باد تایرها دارند ، خاتمه بخشیده . این کار تنها با افزودن مقداری گاز نیتروژن با فشار کم در تیوپ ذخیره انجام می گیرد . این در حالی است که تصور عامه بر این است که در کمک های گازی تنها از نوعی گاز استفاده می شود و از روغن خبری نیست . اما چنین نیست ، در این نوع کمک فنر ، گاز ( نیتروژن ) تنها حجم بسیار کمی از حجم مواد موجود در کمک را شامل می شود . فشار نیتروژن درون تیوپ ذخیره نیز ما بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ psi می باشد .
یکی دیگر از محاسن نیتروژن جلوگیری از ایجاد کف در کمک فنر است ، این کف ( Foam ) که حاصل ترکیب شدن روغن با هوا ( در کمک فنرهای دو تیوپه هیدرولیکی بجای نیتروژن ، هوا وجود دارد ) است ، قابل فشرده شدن می باشد ، از اینرو باعث اخلال در کار کمک شده و نرمی و راحتی رانندگی را از بین می برد همچنین واکنشهای کمک فنر را با تاخیر مواجه می کند . اما در انواع گازی ، نیتروژن تحت فشار قابلیت ترکیب شدن با روغن را دارا نیست . در صورتی هم که مقادیر کمی هوا در پروسه تولید یا در حین کارکرد کمک وارد آن شده باشد ، بدلیل وجود فشار نیتروژن تنها به صورت حباب در روغن پخش می شود .
دیگر مزیت کمک فنرهای گازی ، بازگشت جزئی آنها پس از فشرده شدن است ، این امر که بدلیل بیشتر بودن سطح مقطع زیر پیستون نسبت به سطح بالای پیستون ( بدلیل وجود میله ) و وجود فشار بالای نیتروژن وارد بر سطح بزرگتر ( زیر پیستون ) اتفاق می افتد ، باعث بالا رفتن ضریب فنر شده ، و تا حدی از پایین رفتن سر خودرو هنگام ترمز گیری ، پایین رفتن عقب خودرو در هنگام شتاب گیری و چپ شدن و انحراف خودرو جلوگیری می نماید.
دو تیوپه هیدرولیکی :
عینا مشابه نوع گازی می باشند ، با این تفاوت که در آنها بجای نیتروژن تحت فشار کم ، از هوا در فشار معولی استفاده می شود ، که مشکلاتی نظیر ایجاد کف در آنها اجتناب ناپذیر است ( نوع هیدرولیکی ، نسل اول کمک فنرهای دو تیوپه محسوب می شوند ، که همینک جای خود را به انواع گازی سپرده اند ) .
دو تیوپه Foam Cell :
در این نوع بجای اینکه اجازه داده شود گاز نیتروژن در تماس با سیال هیدرولیکی ( روغن ) قرار گیرد ، سلولهایی از نیتروژن اشباع شده بکار می رود ، این نوع نیز همانند نوع گازی، از ایجاد کف هوا و روغن جلوگیری می نماید ، اما در صورتی که در دماهای بسیار بالا قرار گیرد ( کارکرد در جاده های با دست انداز بسیار زیاد در مدت زیاد ) پس از سرد شدن دیگر کیفیت اولیه خود را باز نخواهد یافت .
یکی از اشکالات کمک های دو تیوپه ، نداشتن قابلیت نصب شدن به صورت زاویه دار و یا سر و ته می باشد ، این امر باعث می شود ، در مواردی که سازنده با کمبود جا مواجه است امکان استفاده از این نوع کمک را نداشته باشد ، دیگر اشکال کمک های دو تیوپه نیز دفع نشدن کافی گرما به خارج می باشد ، چرا که تیوپ ذخیره مانعی بر سر خروج گرمای تولیدی در پیستون بوده و گرما نیز باعث کاهش ویسکوزیته روغن می گردد ، که این امر کارآیی کمک فنر را کاهش می دهد ( این مشکل در نوع گازی کمتر بوجود می آید ) . کمک های دو تیوپه در اکثر خودروهای سواری ، وانتها ، SUV ها و کامیونهای سبک بکار می رود .
تک تیوپه :
در این نوع از کمک فنر همانطور که از نامش پیداست ، تیوپ ذخیره وجود ندارد ، در درون تیوپ اصلی ۲ پیستون وجود دارد ؛ پیستون متحرک و پیستون جدا کننده ( معلق ) ، پیستون متحرک که به میله کمک فنر متصل است دقیقا مشابه انواع دو تیوپه عمل می نماید ، اختلاف اصلی اینجاست که در این نوع از سوپاپ فشردگی خبری نیست و بجای آن یک پیستون جدا کننده ، محفظه حاوی روغن را از محفظه گاز جدا می نماید ، محفظه زیرین حاوی گاز با فشار ۳۶۰ psi می باشد . در حین کارکرد در سیکل بازشدن ، هنگامی که فشاری بر پیستون متحرک وارد نشود بر اثر فشار نیتروپن زیرین ، بالا آمده و فضای خالی را پر می نماید ، در سیکل فشرده شدن نیز تحت فشار ، پیستون پایین می رود تا کمک تا انتها فشرده شود .
این نوع کمک فنر قابلیت نصب در تمامی حالتها را داراست ، همچنین بدلیل فشار بالای نیتروژن ، بر خلاف دیگر انواع کمک فنر قابلیت ساپورت مقدار کمی از وزن خودرو را نیز دارد . در این نوع بدلیل نبود تیوپ ذخیره مشکل دفع حرارت تولیدی نیز وجود ندارد، در صورت بروز گرما نیز نه تنها کارآیی آن کاهش نمی یابد بلکه در پی افزایش فشار نیتروژن ( در اثر گرما ) بهبود نیز می یابد . همچنین بدلیل نبود تماس بین روغن و گاز یا هوا مشکل تشکیل کف نیز وجود ندارد ، اما عیب این نوع کمک فنر آسیب پذیری آن است چرا که بدلیل نبود تیوپ ذخیره ، در صورت برخورد شیئی خارجی با پوسته کمک و ایجاد فرورفتگی ، پیستون از حرکت باز می ماند . این نوع کمک فنر در بسیاری از خودروهای سواری ، وانتها ، SUV ها و کامیونهای سبک استفاده می شود ، اما قیمت بالاتری نسبت به انواع تک تیوپه دارد .
با مخزن بیرونی :
این نوع که بهترین نوع کمک فنر محسوب می شود ، برای کارهای برجسته ای چون مسابقات اتومبیلرانی و موتورسیکلت رانی بکار می رود و قیمت بالایی نیز دارد . در این نوع ، از یک کمک فنر تک تیوپه سبک و کوچک استفاده می شود که بوسیله یک لوله به مخزنی که در قسمتی جدای از کمک فنر واقع شده و حاوی سیال و گاز می باشد وصل می شود ، درون مخزن یک پیستون جداکننده و یک سوپاپ فشردگی قرار دارد ، از اینرو می توان این نوع را ترکیبی از دو نوع قبلی یعنی دو تیوپه و تک تیوپه دانست .
اشغال فضای کمتر در پشت چرخ ، بدلیل پرتابل بودن مخزن دوم ( در برخی موارد به تیوپ اصلی چسبانده شده ، اما در اکثر موارد جدا می باشد ) ، خنک شدن بهتر و قابل تنظیم بودن ، از مزایای این نوع کمک فنرها محسوب می شود .
چند نکته:
مهندسین خودرو برای بدست آوردن کاراکترهایی چون بالانس ، تعادل و پایداری خودرو در شرایط مختلف ، میزان باز شدن دیسک های پیستون و سوپاپ فشردگی را به نسبت نوع خودرو ، وزن آن و شرایط کارکرد ، تنظیم می نمایند . این میزان باز شدن را Valving Value می نامند و با تغییر فنر موجود در پیستون و سوپاپ فشردگی قابل تغییر می باشد ، از اینرو در صورتی که قصد خرید کمک فنری غیر از نوع استاندارد خودرویتان دارید ، حتما به مقدار Valving Value کمک فنر جدید توجه نمایید تا با قطعه اصلی یکسان باشد .
برخی کمک فنرها به صورت زاویه دار نصب می شو ند که این امر باعث کاهش تاثیر کمک فنر می شود ، اما در مواردی که با کمبود جا مواجه باشند ( چه از نظر کمبود فضا برای قرارگیری در حالت عمودی و چه از نظر ارتفاع باز شدن ) کج کردن زاویه کمک ، اجتناب ناپذیر است . این امر بیشتر در خودروهایی که از فنرهای تخت استفاده می کنند دیده می شود
هر چه قطر محفظه و پیستون ( Bore size ) بیشتر باشد ، فشار داخل تیوپ کمتر شده و دما نیز کاهش می یابد و تعدیل سیستم را بهبود می بخشد ، اما در مواردی که با کمبود جا مواجه باشند افزایش قطر امکان پذیر نیست .
زمان تعویض :
روش قدیمی فشار بر روی گلگیر و توجه به نحوه رفتار کمک فنر هنوز یکی از بهترین روشها برای تشخیص خرابی کمک فنر است ( پس از چند تکان محکم ، دست خود را بر دارید اگر نوسان خودرو بیش از ۱ تا ۵/۱ بار ادامه یافت ، کمک فنر باید تعویض شود .
گسیختگی کاسه نمد باعث نشتی روغن از کمک فنر می شود ، هر گاه نشتی از کمک فنر دیده شد ، زمان تعویض آن است .
وجود مشکل در هندلینگ خودرو و انحراف در پیچها می تواند بر اثر خرابی کمک فنرها باشد .
یک کمک فنر خوب ، به نسبت خرابی جاده هایی که خودروی شما در آنها حرکت می کند ؛ باید بین ۱۳۰ تا ۱۶۰ هزار کیلومتر کار کند ، اما این را نیز بدانید که شرایط یک کمک فنر نو بسیار متفاوت با کمک فنری است که بطور مثال ۱۰۰ هزار کیلومتر کار کرد دارد .
همیشه کمک فنرها را به صورت جفت تعویض نموده و از تعویض تکی آنها خودداری نمایید .
انواع فنرها
۵ نوع عمده فنر در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرد
۱- 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 .
۲- 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 .
۳- میله پیچشی ( Torson 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 ).
میله های پیچشی برای تبدیل حرکت عمودی خودرو به حرکت پیچشی در سطح افقی خود ، در یک سمت شیاردار می باشند .
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.
– 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 .
۵- 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 درسیستم 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 موثر در کیفیت رانندگی ، محسوب می شوند . سایز ، ساختمان ، ترکیب و تورم احتمالی در کیفیت رانندگی بسیار موثر می باشد .