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. بدنه در اینجا به معنی اتاق، شاسی و تمام متعلقات آن است. این سیستم که شامل قطعات اصلی فنرها، کمک فنرها، ستونهای نگهدارنده و چرخها میشود و اتصال چرخها و محورهای عقب و جلو را با شاسی برقرار میکند، دو وظیفه اصلی دارد؛ یکی دریافت تکانها، ارتعاشها و نوسانهایی که از حرکت در سطوح مختلف جاده به چرخها وارد میشود و دیگری ارتقاء عملکرد چرخها و ایجاد اصطکاک مناسب لاستیک آنها با سطح جاده و در نتیجه کنترل راحتتر خودرو. سیستم تعلیق موجب بالا رفتن عمر قطعات نیز میشود. چرا که، انتقال ضربات ناشی از حرکت به بدنه و متعلقاتش باعث حرکت بیش از حد قطعات و درگیر شدن آنها با یکدیگر میشود.
سیستم تعلیقی که در حال حاضر در خودروها میبینیم انواع مختلف و اجزاء بسیاری دارند. اجزائی که هریک وظیفه خاص خود را برعهده دارند و نبود یا خرابی هرکدام، کل تعلیق خودرو را مختل میکند، ایمنی خودرو را تحت تاثیر قرار میدهد و فرمانپذیری خودرو را آسیب میزند. اجزایی مانند بازوی آزاد، بازوی خمیده، بازوی پیت-من، بازوی دنبالهدار، بازوی فرمان اکسل، میله الصاقی، میله پن-هارد، شاه پین و بازوی کنترل. این قطعات در خودروها و سیستمهای تعلیق مختلف کم و زیاد میشوند اما به طور کلی چند جزء مهم در بیشتر سیستمهای تعلیق وجود دارد. اجزائی که محوریترین نقش را در یک یا چند نوع سیستم تعلیق ایفا میکنند. اجزائی مانند:
لاستیکها بیرونیترین بخش سیستم تعلیق خودرو هستند. هنگام حرکت خودرو، همواره اولین اثر بر روی تایرها گذاشته و برخوردها قبل از هرچیز به آنها منتقل میشود. لاستیکها نیز بخشی انرژی حاصله از این برخورد را جذب و به صورت گرما خارج میکنند و بخشی دیگر را به سایر نقاط سیستم تعلیق منتقل میکنند. هرچه سطح تماس خودرو با جاده بهتر باشد و چسبندگی آنها بیشتر، عملکرد حرکتی خودرو ارتقاء یافته و سیستم تعلیق سریعتر به هدف میرسد. نقش رینگها در این سیستم نیز انتقال وزن خودرو به سطح جاده با توزیع وزنی مناسبشان است.
فنرها از اصلیترین بخشهای سیستم تعلیق هستند که کیفیت و عملکرد صحیح آنها تاثیر مستقیم بر عملکرد سیستم تعلیق خودرو میگذارد. این سیستم بدون فنرها هیچ کارایی ندارد. فنرها وظیفه جذب ضربات، تنظیم ارتفاع خودرو و حفظ تماس لاستیکها با سطح جاده را به عهده دارند. به این ترتیب که هنگام وارد آمدن ضربه به لاستیکها در اثر عبور از ناهمواریها فنر جمع شده و فشار وارد از ضربه را در خود جمع میکند تا به بدنه و شاسی منتقل نشود. همچنین در حالت عادی، با فشاری که در حالت باز به لاستیکها وارد میکند، تماس آنها را با سطح جاده به بهترین و کاملترین شکل، ممکن میسازد. فنرها انواع مختلفی دارند که مهمترین و پرکاربردترین آنها فنر مارپیچ، فنر تخت، میله پیچی و فنر بادی هستند.
این فنرها که از قدیمیترین فنرهای مرسوم در سیستمهای تعلیق هستند دو نوع تک شمش و چند شمش دارند. شمشها از تسمههای قطور فلزی ساخته شده و به صورت محدب شکل داده میشوند. این خمیدگی آنها بخشی است که در مواجه با سطوح ناهموار درگیر شده و انرژی ضربات را جذب میکند. نوع تک شمش از ورقی که در میانه قطورتر است ساخته میشود و نوع چند شمش از روی هم قرار گرفتن ورقهای نازکتر. فنر برگی برای هر چرخ به صورت مجزا و توسط اتصالی U شکل روی شاسی کار گذاشته میشود. این فنرها که نیاز به فضای زیاد دارند به دلیل تحمل وزن زیاد معمولا در خودروهای سنگین استفاده میشوند.
از پیچیدن یک مفتول فلزی به صورت مارپیچ حول یک محور حاصل میشود. شبیه به فنری که در خودکارهای فشاری میبینیم. جنس این مفتول، آلیاژی با استحکام بالا است که توان تحمل وزن خودرو و سرنشینان و بار اضافه شده بر آن را دارد. در فنر لول قطر حلقهها و ارتفاع آنها (فاصله حلقهها از هم) تاثیر بسیاری در عملکرد فنر دارد. به این ترتیب که قطر آنها با قدرت و ارتفاعشان با انعطافپذیری فنر در ارتباط است. هر چه قطر حلقهها بیشتر باشد فنر قویتر میشود و ارتفاعشان بیشترشان نیز آن را منعطفتر میکند. پیشتر طول و ارتفاع حلقههای فنرهای مارپیچ در همه قسمتهای آن یکی بود اما امروزه گاهی قطر حلقهها و فشردگی آنها در طول فنر تغییر میکند که به این نوع فنر مارپیچ، چند نرخی گفته میشود. امروزه در بیشتر سواریها از فنر لول چند نرخی استفاده میشود.
همانطور که از نام این فنرها مشخص است، میلههایی هستند که در هنگام وارد آمدن ضربات به خود میپیچند. این میلهها که معمولا فولادی هستند و L شکل، قابلیت چرخش دارند. یک سر آنها به بدنه و سر دیگرشان توسط اتصالی متحرک به نام جناغی به چرخها متصل است. ارتعاشات ناشی از عبور از ناهمواریها توسط جناغی به صورت نیرو به میله پیچی وارد و سبب پیچیدن آن مانند لباسی که بین دو دست چلانده میشود میگردد. میله پیچیها قابل تنظیم هستند و استهلاک ندارند اما قدرت ضربهگیری فنر لولها را هم در آنها نمیبینیم. بنابراین نمیتوانند مانند آنها موجبات نرمی حرکت را فراهم کنند. این فنرها در سواریهایی که فضای کافی برای آنها داشته باشند استفاده میشوند.
این فنرها که از پیشرفتهترین فنرهای سیستم تعلیق هستند معمولا در خودروهای مدرن به کار میروند. فنر بادی از یک سیلندر پلاستیکی پر شده از هوا ساخته و با یک پیستون به چرخها متصل میشود. پیستونی که ضربه را از چرخها به هوای فشرده درون سیلندر وارد میکند. این هوای فشرده نقش فنر را ایفا میکند و نیروی ضربه را میگیرد. اگر وزن خودرو یا نیروی ضربه بالا باشد مقداری هوا از سیلندر خارج میشود و هنگام برگشت وزن به حالت عادی و یا تخلیه نیروی ضربه، هوای خارج شده توسط یک کمپرسور باد که کنار فنر است جایگزین میشود. این فنرها قیمت بالایی دارند ولی نرمی قابل توجهی را در حرکت ایجاد میکنند، حالتی مانند معلق بودن در هوا.
کمک فنرها، اصلیترین بخش سیستم تعلیق خودرو هستند. وظیفه این قطعه، جذب ضربات ناشی از حرکت در مسیرهای ناهموار است. کمک فنرها از یک پیستون با سوراخهای ریز تشکیل میشوند که درون یک سیلندر قرار دارد. پیستون از روغن یا گاز پر شده که عبور با فشار آنها (به عنوان سیال) از سوراخهای پیستون موجب حرکت ملایم آن درون سیلندر میشود. بر همین اساس کمک فنرها به دو دسته هیدرولیکی (سیال روغنی) و نیوماتیکی (سیال گازی) تقسیم میشوند. انرژی وارد شده به کمک فنر به صورت گرمایی که در گاز یا روغن ایجاد میشود دفع میگردد.
میل موج گیر اصطلاحی است که مکانیکها برای این میله بکار میبرند. این میله وظیفه ایجاد ثبات بیشتر در خودرو را دارد و از چپ شدن آن در پیچهای شدید و سطوح بسیار ناهموار جلوگیری میکند. میله تعادل معمولا بین دو چرخ یک محور (اکسل) قرار میگیرد و ارتباط بین دو کمک فنر را برقرار میکند تا با حرکت کمک فنر یک سمت، کمک فنر سمت دیگر نیز حرکت کوچکی داشته باشد و تعادل خودرو برقرار شود. میل موجگیر علاوه بر چرخها و کمک فنرها از دو طرف به شاسی نیز متصل است. این اتصال از طریق Pivot یا اتصالهای محوری صورت میگیرد.
در سیستم تعلیقهای مختلف، میلههای رابط وظیفه ایجاد اتصال بخشهای مختلف این سیستمها را به هم برعهده دارند. این میلهها که فلزی هستند و بسیار مقاوم، معمولا در تعداد زیاد به کار میروند و عمری برابر با شاسی و بدنه خودرو دارند. تنها عاملی که ممکن است به میل رابطها آسیب وارد کند تصادفهای شدید و ضربات سهمگین ناشی از آنها است.
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. سیبک بعنوان محور چرخشی ، چرخها را به نحوی به سیستم تعلیق متصل می نماید که قابلیت چرخش در زمان پیچاندن فرمان ، همزمان با بالا و پایین رفتن چرخها در دست اندازها ( حرکت سیستم تعلیق ) وجود داشته باشد. اکثر سیبکها نیاز به نگهداری ندارند ، اما در برخی خودروهای قدیمی از سیبکهای گریس خور استفاده شده که باید همزمان با تعویض روغن یا حداکثر هر ۶ ماه یکبار گریس کاری شوند.
بوش نیز نوعی اتصال در سیستم تعلیق است، اما تفاوت آن با سیبک مانند تفاوت مفصل زانو و مفصل ران و لگن است. بوش قابلیت چرخش ندارد و تنها باز و بسته میشود. بوشها که از جنس لاستیک طبیعی هستند، برای گرفتن سر و صدای ناشی از حرکت قطعات و لرزش آنها، بخشهای متحرک سیستم تعلیق را به هم متصل میکنند. همچنین مقداری از نیروی وارده از ضربات ناشی از حرکت در سطوح ناهموار را به دلیل جنس لاستیکیشان جذب میکنند. بوشها گاهی به شکل استوانه هستند و نقش محور را ایفا میکنند. این محورهای لاستیکی مانند رباطها در بدن، اتصال قطعات فلزی سیستم تعلیق را برقرار میکنند.
بوشها در مواردی بعنوان محور ( Pivot ) عمل می نمایند ، بدین صورت که دو قسمت فلزی بوسیله یک بوش استوانه ای مانند شکل زیر به یکدیگر متصل شده و در نتیجه حرکتی مانند حرکات مفاصل بدن انسان حاصل می گردد و حرکت سیستم تعلیق با وجود اتصال به شاسی ، با منتقل نمودن کمترین ضربه امکان پذیر می گردد.
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. قطعه ای است فلزی که در دو سر دارای بوشهای محوری (مانند آرنج یا زانوی انسان عمل می کند) می باشد که از یک سمت به قطعات متحرک سیستم تعلیق و از سمت دیگر به شاسی خودرو متصل می گردد و نقش اتصال شاسی به قطعات سیستم تعلیق را بر عهده دارد.
در برخی موارد طبق ها به شکل حرف A می باشند یعنی در سمتی که به شاسی متصل می شوند دارای دو محور هستند که در این صورت آنها را جناغی ( Wish Bone ) و یا A-Arm می نامند، اما در مواردی که به صورت یکپارچه باشند ، همان نام طَبَق ( Control Arm ) به آنها اطلاق می گردد.
از اولین سیستمهای تعلیق ساخته شده برای خودروها است که بیشتر در محورهای جلو خودرو قرار میگیرد و به واسطه قابلیتهای خاص این سیستم در تحمل وزنهای بالا هنوز هم این سیستم تعلیق در برخی خودروهای سنگین استفاده میشود. این سیستم تعلیق بسته به نوع استفاده آن در محور جلو یا عقب خودرو میتواند با استفاده از فنر تخت یا فنر لول طراحی و به کار برده شود.
به دلیل مشکلاتی که در سیستم تعلیق یک پارچه یا اکسل صلب وجود داشت مهندسین خودرو به این فکر افتادند تا سیستمی را با کارایی بیشتر طراحی و تولید کنند. سیستم تعلیق با نام اکسل نیمه مستقل همانگونه که از نام آن پیداست آزادی عمل بیشتری نسبت به سیستم تعلیق یکپارچه دارد و به گونهای طراحی شده که دو چرخ در مرکز محور به یکدیگر متصل میشوند و میتوانند تا حدودی مستقلتر نسبت به یکدیگر تغییر حالت بدهند.
همانگونه که از نام این سیستم مشخص است در این سیستم هریک از چرخهای خودرو با استفاده از یک یا چند بازو با فنر لول به شاسی خودرو متصل میشوند. از مزیتهای این سیستم کوچکتر بودن ابعاد آن و دارا بودن آزادی عمل و انعطاف بیشتر است.
این سیستم به نوعی از زیر مجموعههای سیستم تعلیق بازویی و به نوعی یک سیستم تعلیق نیمه مستقل محسوب میشود که در آن بازوهای عقبی چرخها به وسیله میلههایی به یکدیگر متصل میشود البته این میله ی متصل به شکل صلب ناست و تا حدودی میتواند حرکت پیچشی از خود نشان دهد به همین دلیل این سیستم را سیستم تعلیق میله پیچشی مینامند. سیستم میله پیچشی نسبت به سیستم بازویی درجه آزادی بیشتری را ارائه میدهد و میتواند در جذب ارتعاشات سطحی حرکت خودرو موثرتر نسبت به سیستم بازویی عمل کند. به دلیل کم حجم بودن این سیستم و عدم نیاز آن به قطعات بیشتر و اضافی در خودروهای بسیاری میتوان این سیستم را در محورهای عقب مشاهده کرد که بیشتر با دو فنر به کار برده میشود.
این سیستم که توسط مهندسی به همین نام ابداع شد، در خودروهای زیادی به خصوص تولیدات اروپایی به کار میرود. همچنین مکفرسون تنها در خودروهای دیفرانسیل جلو کاربرد دارد. میله موجگیر در سیستم مکفرسون استفاده میشود و بخش اصلی آن نیز استرات (Strut) است. مکفرسون به دلیل حذف طبقها و اتصال سیستم تعلیق به شاسی توسط استارت، برای خودروهایی که فضای کافی برای جزئیات سیستم تعلیق ندارند بسیار مناسب است. سیستم مکفرسون معمولا نرمی و راحتی حرکت را به خوبی تامین میکند و از مزایای آن ارزان و سبک بودنش است. مکفرسون را میتوان در محور عقب و جلوی یک خودرو همزمان به کار برد.
این سیستم از دو طبق جناقی A شکل تشکیل شده است که موازی هم و با فاصله عمودی قرار میگیرند. طبقها که در بالا و پایین مرکز چرخها کار گذاشته میشوند در میان خود یک فنر لول را به همراه کمک فنر درونش، جای دادهاند. اما این فنر لول و کمکفنر میانش استارت محسوب نمیشوند چرا که وظیفه اتصال سیستم تعلیق و شاسی را به عهده ندارند. طبقها در قسمت قاعده از طریق محورهایی به شاسی وصل میشوند و در قسمت راس به وسیله سیبک به چرخها متصل هستند. فنر لول نیز توسط یک میل رابط به طبق وصل است. در گذشته طبقهای جناغی این سیستم را هم اندازه طراحی میکردند اما اکنون طبق بالایی کمی کوچکتر ساخته میشود که ایمنی حرکت در پیچها را افزایش میدهد. سیستم تعلیق دو جناغی در محور جلوی بسیاری خودروهای اسپرت و مسابقهای استفاده میشود.
این سیستم تعلیق یک سیستم مستقل محسوب میشود که دارای بیش از دو طبق یا لینک اتصالی است. و موجب تأثیرپذیری مستقل چرخها از شرایط سطح حرکت خودرو میشود. و سکون و راحتی بیشتری را در اتاق خودرو ایجاد میکند. شرکتهای خودروسازی همچون هیوندای و بی ام و از این سیستم تعلیق با اضافه کردن قسمتهایی به آن ، به شکل انحصاری انواع مختلفی از این سیستم را تولید میکنند. در برخی از خودروها این نمونه از سیستم تعلیق را میتوان تلفیقی از سیستم تعلیق بازویی و سیستم تعلیق چند اتصاله مشاهده کرد. این سیستم تعلیق امروزه در اکثر خودروهای با فناوری بالا مورد استفاده قرار میگیرد.البته این سیستم تعلیق به دلیل پیچیدگیهای بالای آن،هزینههای تولید، نصب و نگهداری بالایی نیز دارد.
این سیستم که بین تعمیرکاران به اهرم دوشاخهای معروف است و از دو اهرم طولی تشکلی میشود. یک سر این اهرمها به مرکز چرخ (اهرم چرخ) و سر دیگرش به شاسی وصل است. در این سیستم از فنر لول استفاده میشود و دو نوع دو شاخه ساده و دو شاخه خم شونده دارد. در دو شاخه ساده، چرخها تنها حرکت عمودی دارند و در پیچها زاویه نمیگیرند. بنابراین کنترل خودرو در مسیرهای مارپیچ تقریبا غیر ممکن میشود و ایمنی خودرو به شدت کاهش مییابد. چنین سیستمی را در فولکس واگن بیتل شاهد بودیم اما اکنون کاملا منسوخ شده است. در نوع دوشاخه خم شونده، چرخها غیر از حرکت عمودی، چرخش نود درجه هم دارند. بنابراین نقطه واژگونی خودرو پایین آمده و ایمنی آن افزایش مییابد. البته استفاده از این سیستم هم امروزه چندان مرسوم نیست.
این سیستم مانند سیستم دو جناغی از دو طبق A شکل تشکیل شده است اما فنر لول جای خود را در آن به فنر برگی داده است. فنر برگی بین طبقهای پایینی و روی محور عرضی بین چرخها قرار میگیرد. این سیستم در خودروهای زیادی مشاهده نمیشود و شورلت کوروت از معدود تولیدات با این سیستم تعلیق هستند.
در این سیستم، چرخهای روی یک محور توسط یک میله افقی به هم متصل میشوند و فنرها که ممکن است فنر لول یا فنر تخت باشند و به صورت مستقیم به شاسی متصل هستند، روی این میله سوار میشوند. البته اگر فنرها لول باشند، بازوهای کنترلی برای حمایت از آنها به کار میروند.
این سیستم نمونه بهینهسازی شده اکسل صلب است. به این ترتیب که دو میله از وسط محور بین چرخها به شکل مورب به چرخها مرتبط میشوند تا کنترل حرکات جانبی را تا حد امکان بالا ببرند.
این سیستم که خود دو دسته قطری و مثلثی دارد، شامل ۴ میله میشود که به شاسی و بدنه در زوایای مختلف وصل هستند. این میلهها کنترل مرکزیت محورها و در نتیجه توزیع وزن را به عهده دارند.
این سیستم از ترکیب محور نگهدارنده و محور صلب حاصل میشود و به دلیل پیچیدگیهای زیاد و عملکرد ضعیف از رده خارج شده است.
سیستمهایی که پیشتر ذکر شد، بعضا به ندرت استفاده میشوند و یا به طور کلی دیگر استفاده نمیشوند. البته برخی مانند مکفرسون و دوجناغی همچنان مرسوم هستند. در کنار این سیستمهای سنتی و کلاسیک، سیستمهای تعلیق مدرن و ویژه خودروسازان مختلف نیز وجود دارند. معروفترین آنها را به طور خلاصه بررسی میکنیم.
هر سیستم تعلیق مستقلی که دارای بیش از دو طبق باشد را چند اتصاله مینامند. مرسدس بنز مبتکر این سیستم شناخته میشود. سیستم تعلیق چند اتصاله که بهترین سیستم تعلیق خودرو مورد استفاده تا امروز است، مشتق از سیستم دو جناغی است. اما جناغها در این سیستم به هم متصل نیستند و به صورت مستقل از هم تنظیمات سیستم تعلیق را بر عهده دارند. از این سیستم در خودروهای فرمول یک بسیار استفاده میشود.
این سیستم را اولین بار سیتروئن به کار گرفت اما اکنون بیشتر در خودروهای سنگین و نظامی کاربرد دارد. این سیستم که به یک پردازنده مرکزی مجهز است، از سیلندری حاوی روغن تشکیل شده است. سوپاپ الکتریکی متصل به پردازنده مرکزی، میزان و فشار روغن درون سیلندرها را که مشخص کننده ارتفاع و و سختی سیستم تعلیق است، تنظیم میکند.
این سیستم کاملا شبیه سیستم هیدرولیکی عمل میکند با این تفاوت که گاز جایگزین روغن در سیلندرها میشود. به همین ترتیب کمپرسور هوا به جای پمپ روغن به کار میرود و پردازنده به این کمپرسور متصل است. این سیستم در خودروهای شاسی بلند چهارچرخ متحرک و آفرودی بسیار کاربرد دارد.
این سیستم تعلیق یکی از به روزترین و جدیدترین سیستمهای تعلیق موجود بر روی خودروها محسوب میشود. که از آن به عنوان سیستم تعلیق فعال نیز یاد میشود. در این سیستم از سیلندرهای حاوی روغن و ذرات ریز آهن استفاده میشود که توسط سنسورها و عملگرهایی با توجه به شرایط ناهمواری سطح جاده و وزن خودرو، میتواند میزان انعطاف پذیری سیستم تعلیق را کم و زیاد کند تا با توجه به همه شرایط موثر بر روی خودرو، راحتی مناسبی را در داخل اتاق خودرو ایجاد کند.