بسم الله الرحمن الرحیم
موضوع :
استاد مربوط :
گردآورنده :
بهار 1394
فنر بندی و سیستم تعلیق خوردو
یکی از مهمترین سیستم های موجود در خودرو ها سیستم تعلیق و سیستم فنربندی می باشد که این سیستم با توجه به طراحی آن می تواند آسایش سرنشینان و هم چنین تعادل و نرمی خودرو را برای اتومبیل و سرنشینان آن به ارمغان می آورد حال باید اضافه کرد که سیستم تعادل و نرمی خودرو برای سرنشینان دو عامل کاملا برعکس هم هستند یعنی در طراحی خودرو با افزایش نرمی بیشتر خودرو سیتم تعادل آن کاهش میابد و بالعکس . به همین خاطر کار طراحان خودرو در این زمینه بسیار سخت تر می باشد و از روش هایی برای کاهش این مشکلات استفاده می شود که در زیر به این روش ها و انواع آن اشاره شده است.
آشنایی با سیستم تعلیق و فنربندی خودرو
امروزه امکانات فراوانی در خودروها استفاده می شود تا راحتی سرنشینان را برای مسافرت با خودروها تامین نمایند ، صندلی های چند منظوره ، سیستم های تحویه مطبوع و …. البته هر چه سعی شود تا امکانات و تجهیزات رفاهی توسعه بیشتری یابند در صورتی که سیستم دینامیکی و حرکتی خودرو درست طراحی نشود رانندگی جالبی تجربه نخواهد شد. سیستم تعلیق خودرو مجموعه ای است که توسط مهندسان طراحی شده است تا آرامش حرکتی را برای سرنشینان به ارمغان آورد.
سیستم فنربندی اتومبیل
سیستم تعلیق خودرو یا Suspension مجموعه واسط بین محفظه نگه دارنده سرنشینان ، شاسی و چرخ های خودرو است ، که تنظیم کننده نحوه واکنش محفظه نگه دارنده و شاسی نسبت به جاده است. در ابتدا این سیستم متشکل از ساختار یک تکه بود که چرخ های جلو یا عقب را به یکدیگر متصل می نمود. این سیستم دارای نکات منفی بود که استفاده از آن را در خودروها محدود نمود تا آنجایی که امروزه این سیستم در خودروهای سنگین استفاده می شود در خودروهای سبک مسافربری از تکنولوژی های نوین استفاده می نمایند. آخرین تکنولوژی که در خودرو ها مورد استفاده قرار می گیرد سیستم “تعلیق فعال” یا “Active Suspension” است. ایده ای که پشت این سیستم می باشد تطبیق خودرو با جاده می باشد. در ادامه طرح کلی پیاده سازی شده و انواع مختلف این سیستم را مورد بررسی قرا میدهیم.
همانطور که گفته شد ایده پشت سیستم تعلیق فعال تطبیق شرایط رانندگی با جاده است حال این سوال پیش می آید که عمل تطبیق چگونه انجام می شود؟
جواب این سوال را باید در علوم الکترونیک و کامپیوتر و ارتباط آن با علم مکانیک جستجو نمود. مهندسان علم “مکاترونیک” با استفاده از سنسورهای مختلف که در چرخ ها ، فرمان و نقاط مختلف بدنه خودرو استفاده می کنند شرایط حرکتی خودرو را بدست می آورند و داده های بدست آمده به پردازنده مرکزی خودرو یا پردازنده ای که مسئول پردازش اطلاعات مذکور است داده می شود. در ادامه پردازنده با توجه به برنامه ریزی که شده است شرایط ایده ال حرکتی را که خودرو باید در جاده داشته باشد محاسبه می نماید.
حال باید این اطلاعات به سیستم تعلیق خودرو اعمال شود تا خودرو با شرایط جاده ای هماهنگ شود ، برای این کار روش های مختلفی با توجه به تکنولوژی مورد استفاده برای ساخت سیستم تعلیق وجود دارد اما در کل می توان گفت که مجموعه مکانیکی سیستم تعلیق که در خودروها مورد استفاده قرار می گرفت جای خود را به سیستمی الکترومکانیکی داده است که این سیستم الکترومکانیکی توانایی تنظیم شدن الکتریکی را دارد. امروزه شرکت های اتومبیل سازی تکنولوژی های مختلفی را برای تنظیم سیستم تعلیق به واقعیت تبدیل کرده اند که مهمترین آنان عبارتند از
.. # سیستم تعلیق هیدرولیکی
. # سیستم تعلیق مغناطیسی
. # سیستم تعلیق بادی
.در سیستم تعلیق هیدرولیکی سیلندری روغنی موجود است که میزان و فشار روغن موجود در سیلندر ارتفاع سیستم تعلیق و در نتیجه میزان سختی آن را تنطیم می نماید ، بنابراین با قرار دادن یک سوپاپ الکتریکی در ورودی سیلندر پردازنده مرکزی میزان روغن درون سیستم را تنطیم می نماید.
.سیستم تعلیق بادی که امروزه در خودروهای شاسی بلند با توانایی حرکت خارج جاده ای خوب همچون Land Rover یا Range Rover یا Porsche Cayenne استفاده می شوند از لحاظ کارکردی بسیار شبیه به سیستم هیدرولیکی است ولی با این تفاوت که در این سیستم به جای روغن و پمپ روغن از هوا و کمپرسور هوا استفاده شده است و پردازنده مرکزی خودرو با تنظیم فشار هوای درون سیلندر ارتفاع سیستم تعلیق را تنطیم می نماید. مزیت این سیستم نسبت به سیستم تعلیق هیدرولیکی در استفاده از هوا می باشد که جای تنظیم بیشتری را برای راننده به ارمغان می آورد به همین علت است که خودرو های شاسی بلند جدید از این سیستم استفاده می کنند.
اما جالب ترین تکنولوژی ابدایی برای پیاده سازی در سیستم تعلیق فعال سیستم الکترومغناطیسی می باشد، در این سیستم سیلندر تنظیم کننده ارتفاع تعلیق از روغنی پر شده است که حاوی تکه های بسیار ریز آهن است. همچنین درون پیستون این سیلندر هسته ای سیم پیچی شده و از جنس مواد فرومغناطیس ( مواد حساس به میدان مغناطیسی ) وجود دارد که با گذشتن جریان از درون آن میدان مغناطیسی ایجاد می شود. با ایجاد میدان مغناطیسی توسط هسته جا سازی شده در پیستون تکه های آهنی درون روغن در جهت میدان مغناطیسی ایجاد شده حالت می گیرند و مجموعه ای مقاوم در برابر حرکت پیستون به وجود می آورند. حال هر چه میدان مغناطیسی قوی تر باشد پس تکه های آهنی بیشتری در کنار هم قرار می گیرند و بدین ترتیب مقاومت بیشتری در برابر حرکت پیستون صورت خواهد گرفت و سیستم تعلیق “سفت تر” می شود.
پس وظیفه پردازنده مرکزی در این تکنولوژی کنترل جریان گذرنده از هسته می باشد. سیستم تعلیق الکترومغناطیسی با توجه به محدودیت های الکتریکی که دارد جای تنظیم و بازی زیادی را برای سیستم تعلیق به وجود نمی آورد و برای همین است که اغلب خودرو های اسپرت که کمتر نیاز به تنطیم سیستم تعلیق دارند از این تکنولوژی سود جسته اند. البته مهمترین مزیت این تکنولوژی نسبت به سیستم های تعلیق بادی و هیدرولیکی پاسخ بسیار سریع تر آن است که در نتیجه خودرو سریع تر خود را با جاده هماهنگ می نماید که این پارامتر برای خودروهای اسپرت بسیار حائز اهمیت می باشد.
تاریخچه سیستم تعلیق
در قرن شانزدهم تلاشی در حل مشکل انتقال بد همه نیرو از دست انداز به گاری و واگن ها انجام گردید. آنها توسط چهار کیسه چرمی پر از باد که به چهار ستون شاسی متصل بودند، بدنه گاری را (که شبیه به یکمیز وارونه بود) معلق نمودند، و چون بدنه گاری از شاسی معلق بود، سیستم، به عنوان یک”سیستم تعلیق” شناخته شد – اصطلاحی که امروزه نیز به انواع راه حل ها اطلاق می شود. سیستم “بدنه معلق”، یکنظام فنری کامل نبود، ولی چرخ ها و بدنه را قادر می ساخت تا به صورت آزاد حرکت کنند. فنرهای نیمه بیضوی، که با نام “فنرهای گاری” نیز شناخته می شوند، به سرعت جایگزین تعلیق کیسه های چرمی شدند. فنرهای نیمه بیضوی به صورت عمومی در انواع واگن ها، گاری ها و … استفاده می شدند. اغلب، هم بر روی اکسل عقب و هم بر روی اکسل جلو به کار می رفتند. هرچند، این سیستم باعث به وجود آمدن موج رو به جلو و عقب می شد.
سیستم تعلیق خودرو دو وظیفهٔ مهم را بر عهده دارد که یکی جذب نوسانات و ارتعاشات وارد به چرخ ها در اثر ناهمواری های جاده و دیگری تماس موثر لاستیک چرخ ها با سطح جاده است. در سیستم تعلیق خودرو همیشه دو مقوله مورد بحث بوده یکی کیفیت سواری دادن و دیگری قابلیت هدایت و کنترل که این دو مرتبا در تضاد با یکدیگرند، به عبارت دیگر بهبود یکی باعث بروز اشکال در دیگری می شود
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. یکدست 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.
انواع سیستم تعلیق خودرو
سیستم تعلیق خودرو انواع مختلفی دارد که از مهم ترین آن ها می توان به سیستم تعلیق مستقل،سیستم تعلیق طبق داردوبل و سیستم تعلیق مک فرسون اشاره کرد.
تعلیق مستقل: در سیستم تعلیق مستقل، هر چرخ به طور جداگانه نوسان می کند و این نوسان در چرخ دیگر تاثیر نمی گذارد. بنابراین وقتی به یک تایر ضربه وارد شود، فقط همان چرخ به ارتعاش در می آید و بر چرخ دیگر تاثیری نمی گذارد. ازاین رو، این سیستم نسبت به تعلیق ثابت نرم تر است.
تعلیق طبق دار دوبل: در این نوع سیستم تعلیق، دو طبق یکی در بخش زیرین و دیگری در بخش بالایی قرار می گیرد و بین آن ها یک فنر مارپیچی قرار داده می شود. این سیستم باعث فرمان پذیری پایدارتری در هنگام پیچها و عملکرد نرم خودرو در جاده می شود.
تعلیق مک فرسون: در سیستم تعلیق مک فرسون، چرخ از زیر توسط طبق به شاسی متصل است و به کمک فنر، وزن بدنه تحمل می شود. این سیستم تعلیق، ارزان تر از بقیه است و تعمیر و نگهداری آن هزینه زیادی را متحمل نمی کند. البته از آن جا که فنر به اتاق وصل می شود، ضربات به طریقی به بدنه منتقل می شود.
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:
۱ – سواری – توانایی خودرو برای به نرمی عبور کردن از یک جاده پر دست انداز.
۲ – 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.
سیستم تعلیق یک خودرو، با تمام قطعات مختلفش، زمینه تمامی این راه حل ها را فراهم می آورد. بگذارید به قسمت هایی از یک سیستم تعلیق استاندارد نگاهی بیندازیم. کار را از شاسی شروع کرده و به ترتیب پایین می رویم و به اجزای مشخصی که سیستم تعلیق را تشکیل می دهند، می پردازیم .
اجزای تشکیل دهنده سیستم تعلیق خودرو
این سیستم به طورکلی از پنج قسمت مختلف شامل (۱)فنر،(۲)کمک فنر،(۳)سیبک، (۴) بوش،(۵)طبق تشکیل شده است :
۱ – فنر: این قطعه، یکی از بخش های اصلی سیستم تعلیق خودرو محسوب می شود و بسته به نوع سیستم تعلیق، در شکل های گوناگونی اعم از فنر تخت، لول، و پیچشی ساخته می شود.
فنر تخت: این نوع فنر در سیستم تعلیق ثابت، به شکل فلز تخت و محکم و قابل انعطاف ساخته می شود که سپس تعدادی از آن ها روی هم چیده می شوند و به عنوان یک مجموعه در سیستم به کار می رود.
فنر لول: این نوع فنر در واقع میل گرد پیچیده به دور محوری استوانه ای شکل است.
فنر پیچشی: خاصیت ارتجاعی این نوع فنر در جهت عقربه های ساعت افزایش و خلاف آن کاهش می یابد.
۲ – کمک فنر: کمک فنر یا جاذب ضربه نیز از دیگر بخش های مهم سیستم تعلیق است. وظیفه این قطعه، جذب ضربات ناشی از حرکت در مسیرهای ناهموار است.
۳- سیبک: در سیستم تعلیق گاهی نیاز به اتصال قطعات به صورت محکم به یکدیگر و گاهی نیاز است تا در عین وجود اتصالات محکم، امکان حرکت و چرخش آن ها نیز وجود داشته باشد که در این هنگام از سیبک استفاده می شود. سیبک یک گوی فلزی دسته دار است که درون محفظه ای فولادی قرار دارد و دور آن با لاستیک پوشانده شده است و در داخل آن امکان گردش دارد.
۴- بوش: بوش نیز مانند سیبک برای اتصال قطعات مختلف سیستم تعلیق ایتفاده میشوند ولی قطعاتی که با بوش به هم وصل شوند فقط در یک جهت میتوانند حرکت کنن و نمی توانند مانند سیبک در هر جهت گردش کنند.
۵- طبق: طبق قطعه فولادی محکمی است که شاسی را به سیستم تعلیق متصل میکند و در طرفی که به شاسی متصل می شود بوشها و در طرف دیگر که به چرخ وصل میشود سیبکها وجود دارند.
پس در نتیجه سیستم تعلیق و تمام اجزای آن نقش بزرگ و بسیار مهمی را در خودروها و به ویژه خودروهای شاسی بلند دارد به گونه ای که اگر سیستم تعلیق متناسب با این نوع خودرو ها و شرایط مسیر هایی که از آن عبور می کنند نباشد این خودروها در واقع دچار نقصی جدی هستند و اصلا برای عبور از مسیرهای ناهموار و صعب العبور (آفرود) مناسب نیستند.
با تشکراز توجه شما