مفهوم
يتكون هيكل التعليق النموذجي من عناصر مرنة، وآليات توجيه، وممتصات صدمات، وغيرها، كما تحتوي بعض الهياكل على كتل عازلة، وقضبان تثبيت، وما إلى ذلك. تتخذ العناصر المرنة أشكالاً مختلفة، منها النوابض الورقية، والنوابض الهوائية، والنوابض الحلزونية، ونوابض قضبان الالتواء. وتستخدم أنظمة التعليق الحديثة في السيارات في الغالب النوابض الحلزونية ونوابض قضبان الالتواء، بينما تستخدم بعض السيارات الفاخرة النوابض الهوائية.
وظيفة الجزء:
ممتص الصدمات
الوظيفة: يُعدّ ممتص الصدمات المكوّن الرئيسي المسؤول عن توليد قوة التخميد. وتتمثل وظيفته في التخفيف السريع لاهتزازات السيارة، وتحسين راحة الركوب، وتعزيز التماسك بين العجلات والأرض. إضافةً إلى ذلك، يُمكن لممتص الصدمات تقليل الحمل الديناميكي على هيكل السيارة، وإطالة عمرها الافتراضي. يُعدّ ممتص الصدمات الهيدروليكي الأسطواني النوع الأكثر شيوعًا في السيارات، ويمكن تقسيمه إلى ثلاثة أنواع: النوع ذو الأسطوانتين، والنوع ذو الأسطوانة الواحدة القابلة للنفخ، والنوع ذو الأسطوانتين القابل للنفخ. [2]
مبدأ العمل: عندما تقفز العجلة لأعلى ولأسفل، يتحرك مكبس ممتص الصدمات ذهابًا وإيابًا في حجرة العمل، بحيث يمر سائل ممتص الصدمات عبر الفتحة الموجودة على المكبس، ولأن السائل له لزوجة معينة، فعندما يمر السائل عبر الفتحة، فإنه يتلامس مع جدار الفتحة، مما يؤدي إلى توليد احتكاك بينهما، وبالتالي تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية وتبديدها في الهواء، وذلك لتحقيق وظيفة تخميد الاهتزاز.
(2) العناصر المرنة
الوظيفة: دعم الأحمال الرأسية، وتخفيف وكبح الاهتزازات والصدمات الناتجة عن عدم استواء سطح الطريق. تشمل العناصر المرنة بشكل أساسي نوابض الصفائح، ونوابض اللولب، ونوابض قضيب الالتواء، ونوابض الهواء، ونوابض المطاط، وغيرها.
المبدأ: الأجزاء المصنوعة من مواد ذات مرونة عالية، عندما تتعرض العجلة لتأثير كبير، يتم تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كامنة مرنة وتخزينها، ثم يتم إطلاقها عندما تقفز العجلة لأسفل أو تعود إلى حالة القيادة الأصلية.
(3) آلية التوجيه
تتمثل وظيفة آلية التوجيه في نقل القوة والعزم، بالإضافة إلى دورها التوجيهي. وخلال عملية قيادة السيارة، يمكن التحكم في مسار العجلات.
تأثير
يُعدّ نظام التعليق جزءًا أساسيًا في السيارة، فهو يربط هيكل السيارة بالعجلات بمرونة، ويرتبط بأداء السيارة بشكل عام. قد يبدو نظام التعليق للوهلة الأولى مجرد مجموعة من القضبان والأنابيب والزنبركات، لكن لا تظنّ أنه بهذه البساطة. على العكس، يُعدّ نظام التعليق من أكثر أجزاء السيارة تعقيدًا، إذ يصعب تحقيق الكمال فيه، لأنه يُلبي متطلبات راحة السيارة وثباتها على الطريق، وهما جانبان متناقضان. فعلى سبيل المثال، لتحقيق راحة جيدة، يجب امتصاص اهتزازات السيارة بشكل كبير، لذا ينبغي تصميم الزنبرك ليكون أكثر ليونة. لكنّ ليونة الزنبرك قد تتسبب في اهتزاز السيارة عند الكبح، وارتفاع مقدمتها عند التسارع، وانحرافها الشديد يمينًا ويسارًا. هذه الخصائص لا تُساعد على توجيه السيارة، بل تُؤدي إلى عدم استقرارها.
نظام تعليق غير مستقل
تتميز أنظمة التعليق غير المستقلة بربط العجلات على كلا الجانبين بمحور متكامل، حيث تُعلق العجلات مع المحور أسفل هيكل السيارة أو هيكلها بواسطة نظام تعليق مرن. وتتمتع هذه الأنظمة بمزايا عديدة، منها بساطة التركيب، وانخفاض التكلفة، والمتانة العالية، وسهولة الصيانة، وقلة التغيرات في محاذاة العجلات الأمامية أثناء القيادة. إلا أنها، نظرًا لضعف الراحة وثبات التوجيه، لم تعد تُستخدم بشكل أساسي في السيارات الحديثة، بل تُستخدم في الغالب في الشاحنات والحافلات.
نظام تعليق غير مستقل بنوابض ورقية
يُستخدم النابض الورقي كعنصر مرن في نظام التعليق غير المستقل. ولأنه يعمل أيضاً كآلية توجيه، فإن نظام التعليق يصبح أبسط بكثير.
يستخدم نظام التعليق غير المستقل ذو النوابض الورقية الطولية النوابض الورقية كعناصر مرنة ويتم ترتيبها على السيارة بالتوازي مع المحور الطولي للسيارة.
مبدأ العمل: عندما تسير السيارة على طريق غير مستوٍ وتتعرض لحمل صدمي، تدفع العجلات المحور للأعلى، ويتحرك كل من النابض الورقي والطرف السفلي لممتص الصدمات للأعلى في الوقت نفسه. يمكن تنسيق الزيادة في طول النابض الورقي أثناء حركته للأعلى عن طريق تمدد العروة الخلفية دون تداخل. ولأن الطرف العلوي لممتص الصدمات ثابت بينما يتحرك الطرف السفلي للأعلى، فإن ذلك يعادل العمل في حالة انضغاط، مما يزيد من التخميد لتخفيف الاهتزاز. عندما تتجاوز مسافة قفز المحور المسافة بين كتلة التخميد وكتلة الحد، تتلامس كتلة التخميد مع كتلة الحد وتنضغط بها. [2]
التصنيف: يمكن تقسيم نظام التعليق غير المستقل ذي النوابض الورقية الطولية إلى ثلاثة أنواع: نظام تعليق غير مستقل ذي نوابض ورقية طولية غير متماثل، ونظام تعليق متوازن، ونظام تعليق غير مستقل ذي نوابض ورقية طولية متماثل. وهو نظام تعليق غير مستقل مزود بنوابض ورقية طولية.
1. نظام تعليق غير مستقل ذو نوابض ورقية طولية غير متماثلة
يشير نظام التعليق غير المستقل ذو النوابض الورقية الطولية غير المتماثلة إلى نظام تعليق لا تكون فيه المسافة بين مركز البرغي على شكل حرف U ومركز العروات عند كلا الطرفين متساوية عندما يتم تثبيت النابض الورقي الطولي على المحور (الجسر).
2. نظام التعليق المتوازن
نظام التعليق المتوازن هو نظام يضمن تساوي الحمل الرأسي على العجلات المتصلة بالمحور. وتتمثل وظيفة هذا النظام في ضمان تلامس جيد بين العجلات والأرض، وتوزيع متساوٍ للحمل، وتمكين السائق من التحكم في اتجاه السيارة وتوفير قوة دفع كافية لها.
وفقًا للهياكل المختلفة، يمكن تقسيم نظام التعليق المتوازن إلى نوعين: نوع قضيب الدفع ونوع ذراع التأرجح.
① نظام تعليق التوازن بقضيب الدفع. يتكون من نابض ورقي مثبت عموديًا، ويستقر طرفاه في دعامة من نوع الصفيحة المنزلقة أعلى جلبة محور العجلة الخلفية. يُثبّت الجزء الأوسط على غلاف محمل التوازن بواسطة براغي على شكل حرف U، ويمكنه الدوران حول عمود التوازن، الذي يُثبّت بدوره على هيكل المركبة بواسطة دعامة. يُثبّت أحد طرفي قضيب الدفع على هيكل المركبة، بينما يتصل الطرف الآخر بالمحور. يُستخدم قضيب الدفع لنقل قوة الدفع وقوة الكبح وقوة رد الفعل المقابلة.
يعتمد مبدأ عمل نظام التعليق المتوازن بقضيب الدفع على قيادة مركبة متعددة المحاور على طريق غير مستوٍ. إذا اعتمدت كل عجلة على هيكل صفيحة فولاذية تقليدي للتعليق، فلن يضمن ذلك تلامس جميع العجلات مع الأرض بشكل كامل، أي أن بعض العجلات تتحمل حملاً رأسياً منخفضاً (أو حتى معدوماً) مما يُصعّب على السائق التحكم في اتجاه السير إذا حدث ذلك على العجلات الموجهة. أما إذا حدث ذلك على العجلات الدافعة، فسيتم فقدان جزء من قوة الدفع (إن لم يكن كلها). يتم تثبيت المحور الأوسط والمحور الخلفي للمركبة ثلاثية المحاور على طرفي قضيب التوازن، ويرتبط الجزء الأوسط من قضيب التوازن بهيكل المركبة بمفصل. لذلك، لا تستطيع العجلات الموجودة على الجسرين التحرك لأعلى ولأسفل بشكل مستقل. إذا غاصت أي عجلة في حفرة، تتحرك العجلة الأخرى لأعلى بفعل قضيب التوازن. ولأن ذراعي قضيب التوازن متساويتان في الطول، فإن الحمل الرأسي على كلتا العجلتين يكون متساوياً دائماً.
يتم استخدام نظام التعليق المتوازن بقضيب الدفع للمحور الخلفي لمركبة الطرق الوعرة ذات المحاور الثلاثة 6×6 وشاحنة ذات ثلاثة محاور 6×4.
٢- نظام تعليق متوازن بذراع متأرجح. يعتمد نظام التعليق ذو المحور الأوسط على بنية زنبركية طولية. يتم تثبيت العروة الخلفية في الطرف الأمامي للذراع المتأرجح، بينما يتم تثبيت دعامة محور الذراع المتأرجح في الهيكل. ويتصل الطرف الخلفي للذراع المتأرجح بالمحور الخلفي للسيارة.
يعتمد مبدأ عمل نظام التعليق المتوازن ذي الذراع المتأرجح على قيادة السيارة على طريق غير مستوٍ. فإذا سقطت السيارة في حفرة، يُسحب الذراع المتأرجح للأسفل عبر العروة الخلفية ويدور عكس اتجاه عقارب الساعة حول محوره، مما يؤدي إلى رفع عجلة المحور. يعمل الذراع المتأرجح هنا كرافعة، وتعتمد نسبة توزيع الحمل الرأسي على المحورين الأوسط والخلفي على نسبة الرافعة للذراع المتأرجح وطول نوابض الصفائح الأمامية والخلفية.
نظام تعليق غير مستقل بنابض لولبي
لأن الزنبرك اللولبي، كعنصر مرن، لا يمكنه تحمل سوى الأحمال الرأسية، يجب إضافة آلية توجيه وممتص صدمات إلى نظام التعليق.
يتكون هذا النظام من نوابض لولبية، وممتصات صدمات، وقضبان دفع طولية، وقضبان دفع جانبية، وقضبان تقوية، ومكونات أخرى. يتميز النظام بربط العجلتين اليمنى واليسرى كوحدة واحدة عبر محور واحد. يُثبّت الطرف السفلي لممتص الصدمات على دعامة المحور الخلفي، بينما يتصل طرفه العلوي بهيكل المركبة. يُوضع النابض اللولبي بين النابض العلوي والمقعد السفلي على الجانب الخارجي لممتص الصدمات. يُلحم الطرف الخلفي لقضيب الدفع الطولي على المحور، بينما يتصل طرفه الأمامي بإطار المركبة. يتصل أحد طرفي قضيب الدفع العرضي بهيكل المركبة، بينما يتصل الطرف الآخر بالمحور. أثناء التشغيل، يتحمل النابض الحمل الرأسي، بينما يتحمل قضيبا الدفع الطولي والعرضي القوة الطولية والعرضية على التوالي. عندما تقفز العجلة، يتأرجح المحور بأكمله حول نقاط ارتكاز قضيب الدفع الطولي وقضيب الدفع الجانبي على هيكل السيارة. تعمل البطانات المطاطية عند نقاط التمفصل على منع تداخل الحركة عند تأرجح المحور. يُعد نظام التعليق غير المستقل ذو الزنبرك اللولبي مناسبًا لنظام التعليق الخلفي لسيارات الركاب.
نظام تعليق هوائي غير مستقل
أثناء سير السيارة، وبسبب تغير الحمولة وحالة الطريق، يجب تعديل صلابة نظام التعليق تبعًا لذلك. فعلى الطرق الممهدة، يُطلب من السيارات خفض ارتفاعها لزيادة سرعتها، وعلى الطرق الوعرة لزيادة قدرتها على التجاوز، لذا يجب أن يكون ارتفاعها قابلاً للتعديل وفقًا لمتطلبات الاستخدام. ويمكن لنظام التعليق الهوائي غير المستقل تلبية هذه المتطلبات.
يتكون نظام التعليق الهوائي من ضاغط، وخزان لتخزين الهواء، وصمام للتحكم في الارتفاع، ونابض هوائي، وقضيب تحكم، وغيرها. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي على ممتصات صدمات، وأذرع توجيه، وقضبان تثبيت جانبية. يُثبّت النابض الهوائي بين الهيكل (الجسم) والمحور، بينما يُثبّت صمام التحكم في الارتفاع على جسم المركبة. يتصل طرف قضيب المكبس بذراع قضيب التحكم، ويتصل الطرف الآخر من ذراع التحكم بقضيب التحكم. يرتكز الجزء الأوسط على الجزء العلوي من النابض الهوائي، بينما يُثبّت الطرف السفلي لقضيب التحكم على المحور. تتصل مكونات النابض الهوائي ببعضها عبر أنابيب. يدخل الغاز عالي الضغط الناتج عن الضاغط إلى خزان تخزين الهواء عبر فاصل الزيت عن الماء ومنظم الضغط، ثم يدخل إلى صمام التحكم في الارتفاع عبر مرشح الهواء بعد خروجه من خزان تخزين الغاز. يرتبط خزان الهواء بنوابض الهواء الموجودة على كل عجلة، مما يؤدي إلى زيادة ضغط الغاز في كل نابض هوائي مع زيادة كمية الهواء المنتفخ. في الوقت نفسه، يرتفع هيكل السيارة حتى يتحرك المكبس الموجود في صمام التحكم بالارتفاع باتجاه منفذ تعبئة الهواء الداخلي لخزان الهواء، مما يؤدي إلى انسداده. وباعتباره عنصرًا مرنًا، يخفف نابض الهواء من تأثير الصدمات على العجلة من سطح الطريق عند انتقالها إلى هيكل السيارة عبر المحور. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لنظام التعليق الهوائي ضبط ارتفاع هيكل السيارة تلقائيًا. يقع المكبس بين منفذي التعبئة والتفريغ في صمام التحكم بالارتفاع، حيث يقوم الغاز من خزان الهواء بنفخ الخزان والنابض الهوائي، مما يرفع ارتفاع هيكل السيارة. عندما يكون المكبس في أعلى منفذ التعبئة في صمام التحكم بالارتفاع، يعود الغاز من النابض الهوائي إلى منفذ التفريغ عبر منفذ التعبئة، ويتسرب إلى الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى انخفاض ضغط الهواء في النابض الهوائي، وبالتالي انخفاض ارتفاع هيكل السيارة. يحدد قضيب التحكم والذراع المتقاطع الموجود عليه موضع المكبس في صمام التحكم في الارتفاع.
يتميز نظام التعليق الهوائي بمزايا عديدة، منها توفير راحة قيادة ممتازة، وإمكانية رفع السيارة على محور واحد أو عدة محاور عند الحاجة، وتغيير ارتفاع هيكل المركبة مع تقليل الأضرار التي تلحق بسطح الطريق، وغيرها. إلا أنه يعاني من عيوب أخرى، منها تعقيد بنيته ومتطلباته الصارمة فيما يتعلق بإحكام الإغلاق. ويُستخدم هذا النظام في سيارات الركاب التجارية والشاحنات والمقطورات وبعض سيارات الركاب.
نظام تعليق غير مستقل يعمل بالزيت والغاز
يشير نظام التعليق غير المستقل ذو الزنبرك الهوائي الزيتي إلى نظام التعليق غير المستقل عندما يعتمد العنصر المرن على الزنبرك الهوائي الزيتي.
يتكون هذا النظام من نوابض زيتية وغازية، وقضبان دفع جانبية، وكتل امتصاص الصدمات، وقضبان دفع طولية، ومكونات أخرى. يُثبّت الطرف العلوي للنابض الزيتي الهوائي على هيكل المركبة، بينما يُثبّت الطرف السفلي على المحور الأمامي. يستخدم الجانبان الأيمن والأيسر قضيب دفع طولي سفلي يقع بين المحور الأمامي والعارضة الطولية. يُركّب قضيب دفع طولي علوي على المحور الأمامي والدعامة الداخلية للعارضة الطولية. يشكّل قضيبا الدفع الطوليان العلوي والسفلي متوازي أضلاع، يُستخدم لضمان ثبات زاوية ميل محور التوجيه عند قفز العجلة لأعلى ولأسفل. يُركّب قضيب الدفع العرضي على العارضة الطولية اليسرى والدعامة الموجودة على الجانب الأيمن من المحور الأمامي. تُركّب كتلة امتصاص الصدمات أسفل العارضتين الطوليتين. بفضل تركيب الزنبرك الزيتي الهوائي بين الهيكل والمحور، وباعتباره عنصرًا مرنًا، فإنه يُخفف من قوة الصدمة الناتجة عن سطح الطريق على العجلة عند انتقالها إلى الهيكل، ويُقلل في الوقت نفسه من الاهتزازات اللاحقة. تُستخدم قضبان الدفع الطولية العلوية والسفلية لنقل القوة الطولية ومقاومة عزم رد الفعل الناتج عن قوة الكبح. أما قضبان الدفع الجانبية فتُستخدم لنقل القوى الجانبية.
عند استخدام زنبرك الزيت والغاز في شاحنة تجارية ذات حمولة كبيرة، يكون حجمه وكتلته أصغر من زنبرك الصفائح، ويتميز بخصائص صلابة متغيرة، ولكنه يتطلب معايير عالية للإحكام وصيانته بشكل معقد. يُعد نظام التعليق الهوائي الزيتي مناسبًا للشاحنات التجارية ذات الأحمال الثقيلة.
بث تحريري مستقل عن التعليق
يعني نظام التعليق المستقل أن عجلات كل جانب من السيارة معلقة بشكل منفصل عن الهيكل بواسطة نظام تعليق مرن. من مزاياه: خفة الوزن، مما يقلل من تأثير الصدمات على الهيكل، ويحسن تماسك العجلات مع الأرض؛ كما يمكن استخدام نوابض لينة ذات صلابة منخفضة لتحسين راحة القيادة؛ ويمكن خفض موضع المحرك، وبالتالي خفض مركز ثقل السيارة، مما يحسن ثباتها أثناء القيادة؛ وتتحرك العجلات اليمنى واليسرى بشكل مستقل عن بعضها، مما يقلل من ميلان واهتزاز هيكل السيارة. مع ذلك، يعاني نظام التعليق المستقل من عيوب تتمثل في تعقيد تركيبه، وارتفاع تكلفته، وصعوبة صيانته. تستخدم معظم السيارات الحديثة أنظمة تعليق مستقلة. وبحسب أشكالها الهيكلية المختلفة، يمكن تقسيم أنظمة التعليق المستقلة إلى أنظمة تعليق عظم الترقوة، وأنظمة تعليق الأذرع الخلفية، وأنظمة التعليق متعددة الوصلات، وأنظمة التعليق الشمعية، وأنظمة تعليق ماكفرسون.
عظم الترقوة
يشير نظام التعليق ذو الأذرع المتقاطعة إلى نظام التعليق المستقل الذي تتأرجح فيه العجلات في المستوى العرضي للسيارة. وينقسم إلى نظام تعليق مزدوج الأذرع ونظام تعليق أحادي الذراع حسب عدد الأذرع المتقاطعة.
يتميز نظام التعليق ذو العارضة المفردة ببساطة تركيبه، وارتفاع مركز الدوران، وقدرته العالية على مقاومة الانقلاب. مع ذلك، ومع ازدياد سرعة السيارات الحديثة، يؤدي ارتفاع مركز الدوران المفرط إلى تغيير كبير في مسار العجلات عند قفزها، مما يزيد من تآكل الإطارات. علاوة على ذلك، يصبح انتقال القوة العمودية بين العجلات اليمنى واليسرى كبيرًا جدًا أثناء المنعطفات الحادة، مما يؤدي إلى زيادة زاوية ميل العجلات الخلفية. ويؤدي ذلك إلى انخفاض صلابة العجلات الخلفية عند المنعطفات، مما ينتج عنه انزلاق خلفي خطير عند السرعات العالية. يُستخدم نظام التعليق المستقل ذو العارضة المفردة غالبًا في نظام التعليق الخلفي، ولكنه لا يُستخدم بكثرة حاليًا لعدم قدرته على تلبية متطلبات القيادة بسرعات عالية.
ينقسم نظام التعليق المستقل ذو الأذرع المزدوجة إلى نوعين: نظام تعليق ذو أذرع مزدوجة متساوية الطول ونظام تعليق ذو أذرع مزدوجة غير متساوية الطول، وذلك بناءً على تساوي طول الأذرع العلوية والسفلية. يحافظ نظام التعليق ذو الأذرع المزدوجة متساوية الطول على ثبات ميل محور التوجيه عند حركة العجلة لأعلى ولأسفل، إلا أن قاعدة العجلات تتغير بشكل كبير (كما هو الحال في نظام التعليق ذي الأذرع المفردة)، مما يؤدي إلى تآكل شديد للإطارات، ولذا نادراً ما يُستخدم حالياً. أما نظام التعليق ذو الأذرع المزدوجة غير متساوية الطول، فباختيار طول الأذرع العلوية والسفلية بشكل مناسب وتحسينه، ومن خلال ترتيبها بشكل ملائم، يمكن الحفاظ على تغيرات قاعدة العجلات ومعايير محاذاة العجلات الأمامية ضمن الحدود المقبولة، مما يضمن ثباتاً جيداً للسيارة أثناء القيادة. حالياً، يُستخدم نظام التعليق ذو الأذرع المزدوجة غير متساوية الطول على نطاق واسع في أنظمة التعليق الأمامية والخلفية للسيارات، كما تستخدمه بعض السيارات الرياضية وسيارات السباق في العجلات الخلفية.
