(1-1) مقدمه:
لرزش‌های پی در پی بدنه خودرو سبب خستگی راننده و سرنشینان می‌شود. در پی‌آن کارآیی و بازدهی رانندگی و عمر مفید خودرو کاهش یافته و سلامتی انسان به خطرمی‌افتد. بنابراین مدل سازی مود سواری خودرو و به سازی لرزشی آن با بهره ازمیراینده‌های ارتعاشی از دیدگاه‌های مهم در طراحی خودرو بوده، که آسایش سرنشین،افزایش دوام خودرو، ایمنی و افزایش کنترل خودرو را به دنبال دارد.
خاصیت میرایش ارتعاشات و لرزشها و رفع بعضی از اغتشاشات حرکت درخودرو و حفظ بعضی ویژگی‌های مناسب جهت ایمنی، از ویژگی‌های مناسب مکانیکی‌است که انجام آن با یک وسیله مکانیکی امکان‌پذیر است. مجموعه مشخصی که فراهم گر هدف بالا است، سیستم تعلیق نام دارد. این مجموعه قلمرو وسیعی را با خواص و وظایف‌متفاوت در بر دارد.
نقش سیستم تعلیق در خودرو مهار چرخ در فضا (در سه راستای Z , Y , X) وفراهم کردن حرکات خطی و زاویه‌ای مناسب آن است. نیز چرخ‌ها را به صورت تکیه‌گاهی‌امن در زیر خودرو نگاه می‌دارد به گونه‌ای که چرخ‌ها توان مهارسازی نیروهای اعمالی به‌خودرو (گرانش، گریز از مرکز، نیروهای رانشی و ترمزی و...) را داشته باشند.ویژگی‌های سختی و میرایی تعلیق بایستی چنان برگزیده شوند که پایداری و آسایش‌خودرو تأمین گردد.
برای پی بردن به جایگاه سیستم تعلیق، خودرو را در سه حالت زیر درنظرمی‌گیریم:
حالت اول - بی تعلیق: بدون سیستم تعلیق، تایر و بدنه معلق می‌باشند. در نتیجه هرناهمواری در سطح جاده، به سرنشینان خودرو منتقل خواهد شد.
حالت دوم - با تعلیق و بی لرزه‌گیر: در این حالت تایر به زمین چسبیده ولی بدنه‌معلق میباشد. در نتیجه بدنه خودرو به طور مداوم به بالا و پایین نوسان می‌کند.
حالت سوم - با تعلیق و با لرزه‌گیر: در این حالت تایر و بدنه به زمین چسبیده است ولرزه‌گیر، نوسانات فنر را دفع می‌نماید چرخ‌ها به راحتی به بالا و پایین حرکت کرده وپایداری، اطمینان و راحتی خودرو را در پی خواهد داشت.
شکل (1) مقایسه خودرو بدون تعلیق، با تعلیق بدون لرزه‌گیر و با تعلیق کامل
زیر بخش‌های عمده سیستم تعلیق شامل تایر، فنر و لرزه‌گیر میباشد. که وظیفه آنهابرقراری تماس بین چرخ و زمین، ایمنی و راحتی سرنشینان میباشد. نیز برای کاهش ودر صورت امکان حذف سر و صدا و ارتعاشات، موادی چون لاستیک، چرم، اسفنج،فنرهای متفاوت (مارپیچی، شمشی و میله‌های پیچشی) و ضربه‌گیرهای مختلف(اصطکاکی، هیدرولیکی و گازی) به کار می‌رود.
زیر بخش‌های سیستم تعلیق
فنر
فنر عنصری انرژی دهنده و گیرنده میباشد که بر اثر تغییر شکل کشسان انرژی‌پتانسیل آن تغییر می‌کند. در یک سیستم مکانیکی سختی نمایانگر ویژگی‌های فنریت آن‌است.
در تعیین ویژگی‌های فنریت سیستمهای مکانیکی باید انعطاف پذیری قطعات را نیزلحاظ کرد. محاسبه سختی مؤثر یک مجموعه به سادگی و با بهره از قانون برآیند فنرهاامکان‌پذیر است. اگر دو عضو به صورت سری قرار گرفته باشند، آنگاه فنر معادل به قرارزیر است:
(4-1)
اگر دو عضو به صورت موازی قرار گرفته باشند، آنگاه فنر معادل به قرار زیر است:
(4-2)
شکل (2) روشهای مختلف سرهم‌بندی فنر: روش موازی، روش سری و روش پیچشی(32)
ویژگی‌های مکانیکی فنر
فنرها بر پایه رفتار و ویژگی‌های نیرویی به دو دسته خطی و ناخطی تقسیم‌می‌شوند. در بیشتر فنرها، نیروی فنر تابعی از تغییر شکل آن به قرار زیر است:
از آنجا که چرخش این میدان صفر است، بنابراین یک میدان نیروی پایستار است.تابع پتانسیل (انرژی پتانسیل) این میدان پایستار به قرار زیر است:
دسته‌بندی فنرها
فنرها گونه‌های مختلفی دارند، که انواع پرکاربرد آن در صنعت به قرار زیر است:
فنر مارپیچ
فنر مارپیچ مفتولی فولادی است که به صورت حلقه‌ای پیچانده شده است (شکل4-3) فنر مارپیچ برای مقاومت در برابر بارهای کششی، فشاری یا پیچشی ساخته‌می‌شود. سختی یک فنر مارپیچ به قرار زیر است:
که در رابطه بالا:
d = قطر مفتول فنر
N = تعداد حلقه‌های فنر
R = شعاع میانگین فنر
G = مدول برشی
شکل (3) ساختار فنر مارپیچ
شکل (4) گونه‌های مختلف انتهای فنر مارپیچ
فنر مارپیچ نرم‌تر از فنر تخت است، یعنی دارای سختی کمتری میباشد. این گونه‌فنرها کاربرد فراوانی در سیستمهای تعلیق خودرو دارا می‌باشند. فنرهای مارپیچ به کاررفته در سیستم تعلیق بیشتر به صورت عمودی نصب می‌شوند و بنابراین به فضایی‌مناسب نیاز دارند. اصطکاک در این گونه فنرها ناچیز و تنها در محل تماس فنر با بدنه‌مطرح است. تنش اصلی ایجاد شده در این گونه فنرها تنش برشی است، اگرچه کمی هم دراثر خمش دچار تنش می‌گردند.فنرهای مارپیچ بهترین خاصیت را برای جذب انرژی ناشی از حرکات ارتعاشی‌خودرو دارا می‌باشند و از این نظر بهترین کارایی را دارند. فنرهای مارپیچ اجازه‌انحرافهای بزرگتری را نسبت به فنرهای تخت می‌دهند و بنابراین آسایش و نرمی بیشتری‌را نسبت به فنرهای تخت برای سرنشین خودرو فراهم می‌آورند. امروزه در سیستم تعلیق‌جلو و پشت سواری‌ها فنر مارپیچ بکار می‌رود و دیگر از فنرهای تخت استفاده نمی‌شود.
شکل (5) گونه‌های مختلف اتصال و قرارگیری فنر مارپیچ
فنرهای پیچشی
در فنرهای پیچشی تغییر شکل زاویه‌ای سبب ایجاد گشتاور پیچشی است. رابطه‌نیرو و جابجایی در فنرهای پیچشی به قرار زیر است:
میله پیچشی
میله پیچشی محوری فولادی است که در برابر گشتاور پیچشی قرار گرفته و تغییرشکل آن زاویه‌ای است.
شکل (6) نمای هندسی فنر پیچشی
میله پیچشی بیشتر در سیستمهای تعلیق جداگانه به کار می‌روند، که از یک سو به‌شاسی متصل بوده و از سوی دیگر توسط یک بازو با چرخ متصل می‌شود و این بازورابطی است میان لرزش‌های خطی چرخ و لرزش‌های زاویه‌ای میله پیچشی. سختی این‌گونه فنرها از دو بخش زیر شکل یافته است:
1) سختی پیچشی میله
2) سختی خمشی بازو
این دو بخش به صورت سری قرار گرفته‌اند و بنابراین سختی کل به قرار زیر است:
میله پایدارنده
یکی از زیر بخش‌های مهم سیستم تعلیق میله‌های پایدارنده است، که برای افزایش‌پایداری به کار می‌روند. نمونه‌ای از میله‌های پایدارنده، میله‌ای که میل موج گیر نامیده‌می‌شد. میل موج گیر میله‌ای فلزی است که به دو بازوی کنترلی چرخ‌های درونی و بیرونی‌متصل می‌شود. هنگام افت و خیز یکی از چرخ‌ها، میل موج‌گیر حرکت را به چرخ دیگرانتقال می‌دهد. میل موج گیر یک تراز بالا در هنگام رانندگی ایجاد می‌کند و سبب کاهش‌حرکات لرزشی در هنگام چرخش خودرو است. با توجه به پارامترهای طراحی میل‌موج‌گیر می‌توان تا 15 درصد در برابر حرکت غلتشی خودرو در هنگام چرخش ایستادگی‌کرد. میله پادغلت در واقع نوعی فنر پیچشی است با این تفاوت که در سیستمهای یکپارچه‌نصب شده و تنها در برابر غلتش نسبی محور و شاسی واکنش نشان می‌دهد.
کاربرد میله‌های پادغلت در سیستم تعلیق
هنگامی که بدنه می‌غلتد و یا یکی از چرخ‌ها روی دست انداز یا درون چاله قرارمی‌گیرد، میله پادغلت سبب افزایش سختی فنریت تعلیق است، یعنی فنریت آن را کاهش‌می‌دهد. هنگامی که خودرو در راستای مستقیم حرکت می‌کند، میله پادغلت، سبب نرمی‌فنریت تعلیق شده و بنابراین خوش سواری خودرو را بهبود می‌بخشد.
میله پادغلت یک میله پیچشی میباشد که به چند بخش تقسیم شده است و به‌صورت کناری و با یاتاقان و بوش‌های لاستیکی به بدنه لولا می‌شود و همینطور از دوطرف به بازوهای لنگیده متصل شده است.
کارکرد میله موج‌گیر:
اگر افت و خیز چرخ‌ها برابر باشد، آنگاه بازوهای لنگیده همسو بوده و بنابراین میله‌پادغلت نقشی در سختی غلتشی محور نخواهد داشت.
اگر افت و خیز چرخ‌ها برابر نباشد، به طور نمونه چرخ راست روی برآمدگی قرارگرفته و بالا رود، در این حالت بازوی کنترل سمت راست بالا رفته و سبب گردش بازوی‌لنگیده چسبیده به آن به سوی راست می‌شود. اما بازوی لنگیده سمت چپ تغییر نکرده وبنابراین تفاوت زاویه گردش بازوهای لنگیده سبب ایجاد گشتاور در میله پادغلت می‌شودو بنابراین نیرویی رو به بالا در سمت چپ بدنه از طریق یاتاقان‌های بوش‌های لاستیکی‌اعمال می‌شود و بنابراین سمت چپ بدنه به بالا می‌رود. بنابراین سمت راست چرخ‌ها بالارفته و بنابراین بدنه بالا می‌رود و در سمت چپ کشش میله پادغلت سبب بالارفتن بدنه‌می‌شود. بنابراین بدنه بدون غلتش در موقعیت بالاتری قرار می‌گیرد. بنابراین وظیفه میله‌پادغلت جلوگیری از غلتش و کجی بدنه با تغییر ارتفاع آن است.
فنر تخت
فنر تخت در هر دو سیستم تعلیق جلو و پشت به کار می‌رود. این فنرها به صورت‌کناری نیز به کار می‌روند و با این طرح وسط فنر به اسکلت متصل شده و هریک از دوانتهای آن یک چرخ را نگهداری می‌کند. طرز عمل این فنرها مانند تمام فنرهای تخت است‌موقعی که چرخ با یک برآمدگی برخورد می‌کند فنر به بالا خم می‌شود ضربه را مستهلک‌می‌نماید و برعکس هنگامی که چرخ در یک گودی می‌افتد به طرف پایین خم می‌شود بدین‌ترتیب فنر تخت در وسائل نقلیه مانند فنر مارپیچی عمل می‌کند فنرها معمولاً بطورمکانیکی با وسائلی از قبیل بالشتک و بوش لاستیکی از بدنه عایق بندی شده‌اند این عمل ازانتقال لرزشها به اسکلت و بدنه جلوگیری می‌کند.
در حالت معمول این فنرها بصورت چند لایه می‌باشند که بزرگترین فنر را شاه فنرمی‌گویند و لایه‌های دیگر فنر نسبت به شاه فنر کوچکتر می‌باشند و به کمک میله‌های دروسط به یکدیگر متصل شده‌اند و بوسیله گیره‌های مخصوصی از لغزیدن آنها در جهات‌مختلف جلوگیری می‌شود. در فنرهای شمشی شاه فنر به کمک میله یا بوش در یک طرف‌به قاب وصل می‌شود و از طرف دیگر به کمک میله U شکل که گوشواره نامیده می‌شود به‌رام خودرو متصل می‌گردد. این گوشواره تغییر طول فنر را در اثر نوسان آن فراهم‌می‌سازد. همچنین بوش به کار رفته در این فنرها برنجی میباشد که به کمک گریس ازسایش آن جلوگیری می‌شود. البته در خودوروهای سبک از لاستیک هم استفاده می‌شود.
شکل (7) ساختار فنر تخت
لایه‌های دیگر فنر تخت نسبت به شاه فنر انحنای بیشتری دارند و برای بستن آنهاپیش بار (فشار اولیه) به کار می‌رود. این فشار اولیه سبب میرایش ضربات و لرزش‌های‌فنر می‌گردد. این ویژگی یکی از برتری‌های فنر تخت است.
شکل (8) روشهای گوناگون اتصال فنر تخت
برای سهولت نگهداری فنرها آنها را در تکیه‌گاههای لاستیکی مفصل می‌کنند. این‌مفصل‌ها معمولاً از دو بوش تشکیل شده‌اند که میان آنها لاستیک ریخته شده است.لاستیک به بوش درونی توان گردش و خاصیت لرزه‌گیری را می‌دهد. برای سادگی لغزش‌لایه‌های فنر روی یکدیگر و نیز افزایش ویژگی لرزه‌گیری آنها میان لایه‌ها قشری از روغن‌گرانیتی قرار می‌دهند، نیز این غشا از زنگ زدگی فنر جلوگیری می‌نماید. می‌توان بجای‌روغن از ورقه‌های مخصوص پلاستیکی استفاده کرد. برای جلوگیری از نفوذ رطوبت وگرد و غبار به فنر، آن را در پوششی از لاستیک قرار می‌دهند. شکل زیر یک فنر تخت وقطعات متصل به آن را نشان می‌دهد.
شکل (9) شعاع مؤثر فنر تخت
فنرهای تخت به صورت طولی در قسمت جلو توسط پین و بوش برنجی و لاستیکی‌به شاسی متصل می‌شود و در اتصال ناحیه عقب از یک محور گردان (گوشواره فنری)استفاده می‌گردد. با قرار دادن شکل در سیستم تعلیق پشت می‌توان کم فرمانی خودرو راافزایش داد.
شکل (10) ابعاد فنر تخت
دلایل کاربرد اتصال گوشواره‌های به قرار زیر است:
1) فنر آزادی حرکت در تمام جهات را داشته باشد.
2) لاستیک گوشواره موجب جذب ارتعاشات و جلوگیری از منتقل شدن آن به بدنه‌می‌شود.
در بعضی از طراحی‌ها در اتصال ناحیه پشت برای فنر تخت بجای گوشواره از یک‌بلوک شیاردار استفاده می‌شود که خود بلوک به بدنه ثابت شده و فنر تخت در داخل شیارحرکت می‌کند در نتیجه طول مؤثر فنر تغییر می‌کند.
کاستی‌های فنر تخت به قرار زیر است:
3) اصطکاک خشک میان لایه‌های آن که سبب کاهش خوش سواری است.
4) کاهش پایداری کناری به ویژه هنگامی که طول فنر را برای افزایش نرمی فنریت‌آنها افزوده‌اند.
شکل (11) تغییر شکل فنر تخت (Wind Up) در برابر کشتاور محور
چند لایه سازی فنر تخت
در طراحی فنر تخت چون هدف تحمل تنش برشی بیشتر میباشد پس ممکن است‌مطرح شود که جنس تیغه‌ها را نرم بگیریم تا تحمل تنش برشی بیشتری را داشته باشد.ولی می‌دانیم وقتی جنس فنر نرم باشد تحمل بار را ندارد و زیر بار خم می‌شود. پس‌بایستی جنس فنر سخت باشد در نتیجه برای افزایش تحمل تنش برشی، بایستی قطعات‌فنر را به صورت لایه لایه تهیه کرد. هرچه تعداد تیغه‌ها بیشتر باشد تحمل تنش برشی‌بیشتری را دارد. در شکل 12 این مطلب به طور وضوح نشان داده شده است.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 81 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله سیستم تعلیق