مفهوم
يتكون هيكل التعليق النموذجي من عناصر مرنة، وآليات توجيه، وممتصات صدمات، وغيرها. كما تحتوي بعض الهياكل على كتل عازلة، وقضبان تثبيت، وغيرها. تشمل العناصر المرنة نوابض صفائحية، ونوابض هوائية، ونوابض لولبية، ونوابض قضبان التواء. تستخدم أنظمة تعليق السيارات الحديثة في الغالب نوابض لولبية ونوابض قضبان التواء، بينما تستخدم بعض السيارات الفاخرة نوابض هوائية.
وظيفة الجزء:
ممتص الصدمات
الوظيفة: ممتص الصدمات هو المكون الرئيسي لتوليد قوة التخميد. وظيفته هي تخفيف اهتزاز السيارة بسرعة، وتحسين راحة الركوب، وتعزيز التصاق العجلات بالأرض. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لممتص الصدمات أن يقلل الحمل الديناميكي على أجزاء الهيكل، ويطيل عمر خدمة السيارة. ممتص الصدمات المستخدم على نطاق واسع في السيارات هو ممتص الصدمات الهيدروليكي الأسطواني، ويمكن تقسيم هيكله إلى ثلاثة أنواع: أسطوانة مزدوجة، أسطوانة مفردة قابلة للنفخ، وأسطوانة مزدوجة قابلة للنفخ. [2]
مبدأ العمل: عندما تقفز العجلة لأعلى ولأسفل، يتردد مكبس ممتص الصدمات في غرفة العمل، بحيث يمر سائل ممتص الصدمات عبر الفتحة الموجودة على المكبس، لأن السائل له لزوجة معينة وعندما يمر السائل عبر الفتحة، يكون على اتصال بجدار الفتحة يتم توليد الاحتكاك بينهما، بحيث يتم تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية وتبديدها في الهواء، وذلك لتحقيق وظيفة التخميد الاهتزاز.
(2) العناصر المرنة
الوظيفة: دعم الحمل الرأسي، وتخفيف الاهتزازات والصدمات الناتجة عن عدم استواء سطح الطريق. تشمل العناصر المرنة بشكل رئيسي زنبركات صفائحية، ونابض لولبي، ونابض قضيب التواء، ونابض هوائي، ونابض مطاطي، وغيرها.
المبدأ: الأجزاء المصنوعة من مواد ذات مرونة عالية، عندما تتعرض العجلة لصدمة كبيرة، يتم تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كامنة مرنة وتخزينها، ويتم إطلاقها عندما تقفز العجلة إلى الأسفل أو تعود إلى حالة القيادة الأصلية.
(3) آلية التوجيه
وظيفة آلية التوجيه هي نقل القوة والعزم، بالإضافة إلى دورها التوجيهي. أثناء قيادة السيارة، يمكن التحكم في مسار العجلات.
تأثير
يُعدّ نظام التعليق جزءًا أساسيًا في السيارة، فهو يربط الإطار بالعجلات بشكل مرن، ويرتبط بأداء السيارة المتنوع. يبدو أن نظام التعليق يتكون من قضبان وأنابيب ونوابض فقط، ولكنه ليس بسيطًا جدًا. على العكس، يُعدّ نظام التعليق من الأجزاء التي يصعب تحقيقها بشكل مثالي، لأنه يجمع بين متطلبات الراحة ومتطلبات ثبات القيادة، وهذان الجانبان متعارضان. على سبيل المثال، لتحقيق راحة جيدة، من الضروري تخفيف اهتزاز السيارة بشكل كبير، لذا يجب تصميم الزنبرك ليكون أكثر ليونة، ولكنه قد يتسبب بسهولة في اهتزاز السيارة أو تسارعها أو انزلاقها يمينًا ويسارًا. هذا الميل لا يُحسّن توجيه السيارة، ويؤدي بسهولة إلى عدم استقرارها.
تعليق غير مستقل
الميزة الهيكلية لنظام التعليق غير المستقل هي أن العجلات على كلا الجانبين متصلة بمحور متكامل، وتُعلق العجلات مع المحور أسفل هيكل السيارة أو هيكلها عبر نظام تعليق مرن. يتميز نظام التعليق غير المستقل بمزايا هيكله البسيط، وانخفاض تكلفته، ومتانته العالية، وسهولة صيانته، وإمكانية تغيير محاذاة العجلات الأمامية بشكل طفيف أثناء القيادة. ومع ذلك، نظرًا لضعف راحته وثباته، لم يعد يُستخدم في السيارات الحديثة، بل يُستخدم غالبًا في الشاحنات والحافلات.
نظام تعليق غير مستقل بنابض ورقي
يُستخدم زنبرك الأوراق كعنصر مرن في نظام التعليق غير المستقل. ولأنه يعمل أيضًا كآلية توجيه، فإن نظام التعليق مُبسَّطٌ للغاية.
يستخدم نظام التعليق غير المستقل زنبركات الأوراق الطولية زنبركات الأوراق كعناصر مرنة ويتم ترتيبها على السيارة بشكل موازٍ للمحور الطولي للسيارة.
مبدأ العمل: عند سير السيارة على طريق غير مستوٍ وتعرضها لحمل تصادم، تدفع العجلات المحور للقفز لأعلى، ويتحرك الزنبرك الورقي والطرف السفلي من ممتص الصدمات لأعلى في الوقت نفسه. يمكن تنسيق زيادة الطول أثناء حركة الزنبرك الورقي لأعلى عن طريق تمديد العروة الخلفية دون أي تداخل. ولأن الطرف العلوي من ممتص الصدمات ثابت والطرف السفلي يتحرك لأعلى، فإن ذلك يُعادل العمل في حالة مضغوطة، ويزداد التخميد لتخفيف الاهتزاز. عندما يتجاوز مقدار قفز المحور المسافة بين كتلة المصد وكتلة الحد، تتلامس كتلة المصد مع كتلة الحد وتنضغط عليها. [2]
التصنيف: يُمكن تقسيم نظام التعليق غير المستقل ذي النوابض الورقية الطولية إلى نظام تعليق غير مستقل ذي نوابض ورقية طولية غير متماثلة، ونظام تعليق متوازن، ونظام تعليق غير مستقل ذي نوابض ورقية طولية متماثلة. وهو نظام تعليق غير مستقل بنوابض ورقية طولية.
1. نظام تعليق غير مستقل زنبركي طولي غير متماثل
يشير التعليق غير المستقل ذو الزنبرك الورقي الطولي غير المتماثل إلى التعليق الذي لا تكون فيه المسافة بين مركز البرغي على شكل حرف U ومركز العروات في كلا الطرفين متساوية عندما يتم تثبيت الزنبرك الورقي الطولي على المحور (الجسر).
2. تعليق التوازن
نظام التعليق المتوازن هو نظام تعليق يضمن تساوي الحمل الرأسي على عجلات المحور المتصل. وتكمن وظيفة نظام التعليق المتوازن في ضمان التلامس الجيد بين العجلات والأرض، وتساوي الحمل، وضمان قدرة السائق على التحكم في اتجاه السيارة، وامتلاكها قوة دفع كافية.
وفقًا للهياكل المختلفة، يمكن تقسيم تعليق التوازن إلى نوعين: نوع قضيب الدفع ونوع ذراع التأرجح.
① نظام تعليق توازن بقضيب دفع. يتكون من زنبرك ورقي عمودي، وطرفاه مثبتان في دعامة لوحة الانزلاق أعلى غلاف المحور الخلفي. يُثبت الجزء الأوسط على غلاف محمل التوازن بمسامير على شكل حرف U، ويمكنه الدوران حول عمود التوازن، الذي يُثبت بدوره على هيكل السيارة بواسطة دعامة. يُثبت أحد طرفي قضيب الدفع على هيكل السيارة، بينما يتصل الطرف الآخر بالمحور. يُستخدم قضيب الدفع لنقل قوة الدفع، وقوة الكبح، وقوة رد الفعل المقابلة.
مبدأ عمل نظام تعليق توازن قضيب الدفع هو قيادة مركبة متعددة المحاور على طريق غير مستوٍ. إذا اعتمدت كل عجلة هيكلًا نموذجيًا من صفائح الفولاذ كنظام تعليق، فلا يمكنها ضمان ملامسة جميع العجلات للأرض تمامًا، أي أن بعض العجلات تتحمل الحمل الرأسي. إن انخفاض الحمل (أو حتى انعدامه) سيجعل من الصعب على السائق التحكم في اتجاه السير إذا حدث ذلك على العجلات الموجهة. إذا حدث ذلك لعجلات القيادة، فسيتم فقدان بعض (إن لم يكن كل) قوة الدفع. قم بتركيب المحور الأوسط والمحور الخلفي للمركبة ثلاثية المحاور على طرفي قضيب التوازن، ويتم توصيل الجزء الأوسط من قضيب التوازن بشكل مفصلي بهيكل المركبة. لذلك، لا يمكن للعجلات الموجودة على الجسرين التحرك لأعلى ولأسفل بشكل مستقل. إذا غرقت أي عجلة في حفرة، تتحرك العجلة الأخرى لأعلى تحت تأثير قضيب التوازن. ونظرًا لأن أذرع قضيب التثبيت متساوية الطول، فإن الحمل الرأسي على كلتا العجلتين يكون دائمًا متساويًا.
يتم استخدام نظام تعليق توازن قضيب الدفع للمحور الخلفي للمركبة الوعرة ثلاثية المحاور 6×6 والشاحنة ثلاثية المحاور 6×4.
②نظام تعليق توازن ذراع التأرجح. يعتمد نظام تعليق المحور الأوسط على هيكل زنبركي ورقي طولي. يُثبّت العروة الخلفية بالطرف الأمامي لذراع التأرجح، بينما يُثبّت دعامة محور ذراع التأرجح بالهيكل. يتصل الطرف الخلفي لذراع التأرجح بالمحور الخلفي للسيارة.
مبدأ عمل نظام تعليق التوازن بذراع التأرجح هو أن السيارة تسير على طريق غير مستوٍ. في حال سقوط الجسر الأوسط في حفرة، يُسحب ذراع التأرجح للأسفل عبر العروة الخلفية ويدور عكس اتجاه عقارب الساعة حول عمود ذراع التأرجح. تتحرك عجلة المحور لأعلى. يُعد ذراع التأرجح هنا رافعةً قوية، وتعتمد نسبة توزيع الحمل الرأسي على المحورين الأوسط والخلفي على نسبة الرفع لذراع التأرجح وطولي النابض الورقي الأمامي والخلفي.
نظام تعليق غير مستقل بنابض لولبي
نظرًا لأن زنبرك الملف، باعتباره عنصرًا مرنًا، لا يمكنه تحمل الأحمال الرأسية إلا، فيجب إضافة آلية توجيه وممتص صدمات إلى نظام التعليق.
يتكون من نوابض لولبية، وممتصات صدمات، وقضبان دفع طولية، وقضبان دفع جانبية، وقضبان تقوية، ومكونات أخرى. وتتمثل الميزة الهيكلية في أن العجلات اليمنى واليسرى متصلة كوحدة واحدة بعمود كامل. ويُثبت الطرف السفلي من ممتص الصدمات على دعامة المحور الخلفي، بينما يُثبت الطرف العلوي بمفصلة مع هيكل السيارة. ويُوضع زنبرك الملف بين الزنبرك العلوي والمقعد السفلي على الجانب الخارجي من ممتص الصدمات. ويُلحم الطرف الخلفي من قضيب الدفع الطولي على المحور، بينما يُثبت الطرف الأمامي بمفصلة على هيكل السيارة. ويُثبت أحد طرفي قضيب الدفع المستعرض على هيكل السيارة، ويُثبت الطرف الآخر بمفصلة على المحور. وعند العمل، يتحمل الزنبرك الحمل الرأسي، وتتحمل قضبان الدفع الطولية والعرضية القوة الطولية والقوة العرضية على التوالي. عند قفز العجلة، يدور المحور بأكمله حول نقاط مفصلات قضيب الدفع الطولي وقضيب الدفع الجانبي على هيكل السيارة. تمنع البطانات المطاطية عند نقاط المفصل تداخل الحركة عند تأرجح المحور. نظام التعليق غير المستقل ذو النوابض الحلزونية مناسب للتعليق الخلفي لسيارات الركاب.
نظام تعليق غير مستقل بنابض هوائي
أثناء سير السيارة، وبسبب تغير الحمل وسطح الطريق، يلزم تعديل صلابة نظام التعليق تبعًا لذلك. يجب على السيارات تقليل ارتفاع هيكلها وزيادة سرعتها على الطرق الجيدة، وزيادة ارتفاعه وزيادة قدرته على التجاوز على الطرق السيئة، لذا يجب تعديل ارتفاعه وفقًا لمتطلبات الاستخدام. يلبي نظام التعليق الهوائي غير المستقل هذه المتطلبات.
يتكون من ضاغط، خزان هواء، صمام تحكم في الارتفاع، زنبرك هوائي، قضيب تحكم، إلخ. بالإضافة إلى ذلك، هناك ممتصات صدمات، أذرع توجيه، وقضبان تثبيت جانبية. يتم تثبيت زنبرك الهواء بين الهيكل (الجسم) والمحور، ويتم تثبيت صمام التحكم في الارتفاع على هيكل السيارة. يتم تثبيت نهاية قضيب المكبس مع الذراع المتقاطع لقضيب التحكم، ويتم تثبيت الطرف الآخر من الذراع المتقاطع مع قضيب التحكم. يتم دعم الجزء الأوسط على الجزء العلوي من زنبرك الهواء، ويتم تثبيت الطرف السفلي لقضيب التحكم على المحور. يتم توصيل المكونات التي تشكل زنبرك الهواء معًا من خلال خطوط الأنابيب. يدخل الغاز عالي الضغط الناتج عن الضاغط إلى خزان تخزين الهواء من خلال فاصل الزيت عن الماء ومنظم الضغط، ثم يدخل إلى صمام التحكم في الارتفاع من خلال فلتر الهواء بعد خروجه من خزان تخزين الغاز. خزان الهواء، خزان الهواء متصل بنوابض الهواء على كل عجلة، وبالتالي يزداد ضغط الغاز في كل زنبرك هوائي مع زيادة الكمية المنفوخة، وفي الوقت نفسه، يرتفع الهيكل حتى يتحرك المكبس في صمام التحكم في الارتفاع نحو خزان الهواء. يتم حظر منفذ تعبئة الهواء للتضخم الداخلي. كعنصر مرن، يمكن لزنبرك الهواء تخفيف حمل الصدمة الذي يؤثر على العجلة من سطح الطريق عند انتقاله إلى هيكل السيارة عبر المحور. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لنظام التعليق الهوائي أيضًا ضبط ارتفاع هيكل السيارة تلقائيًا. يقع المكبس بين منفذ التضخم ومنفذ تفريغ الهواء في صمام التحكم في الارتفاع، ويقوم الغاز من خزان الهواء بنفخ خزان الهواء وزنبرك الهواء، ويرفع ارتفاع هيكل السيارة. عندما يكون المكبس في الموضع العلوي لمنفذ التضخم في صمام التحكم في الارتفاع، يعود الغاز الموجود في زنبرك الهواء إلى منفذ تفريغ الهواء عبر منفذ التضخم ويدخل الغلاف الجوي، وينخفض ضغط الهواء في زنبرك الهواء، وبالتالي ينخفض ارتفاع هيكل السيارة أيضًا. يحدد قضيب التحكم والذراع المتقاطع الموجود عليه موضع المكبس في صمام التحكم في الارتفاع.
يتمتع نظام التعليق الهوائي بمزايا عديدة، منها راحة قيادة السيارة، وإمكانية رفعها على محور واحد أو عدة محاور عند الحاجة، وتغيير ارتفاع هيكل السيارة، وتقليل الضرر على سطح الطريق، وغيرها. إلا أنه يتميز أيضًا بتركيب معقد ومتطلبات صارمة للعزل، بالإضافة إلى عيوب أخرى. ويُستخدم في سيارات الركاب التجارية والشاحنات والمقطورات وبعض سيارات الركاب.
نظام تعليق غير مستقل بنابض النفط والغاز
يشير التعليق غير المستقل بنابض الزيت الهوائي إلى التعليق غير المستقل عندما يعتمد العنصر المرن على زنبرك الزيت الهوائي.
يتكون من نوابض زيت وغاز وقضبان دفع جانبية وكتل عازلة وقضبان دفع طولية ومكونات أخرى. يتم تثبيت الطرف العلوي للنابض الزيتي الهوائي على هيكل السيارة والطرف السفلي على المحور الأمامي. يستخدم الجانبان الأيسر والأيمن على التوالي قضيب دفع طولي سفلي يتم احتواؤه بين المحور الأمامي والحزمة الطولية. يتم تثبيت قضيب دفع طولي علوي على المحور الأمامي والقوس الداخلي للحزمة الطولية. يشكل قضيبا الدفع الطوليان العلوي والسفلي متوازي أضلاع، والذي يستخدم لضمان بقاء زاوية كاستر المحور الرئيسي ثابتة عند قفز العجلة لأعلى ولأسفل. يتم تثبيت قضيب الدفع المستعرض على الحزمة الطولية اليسرى والقوس على الجانب الأيمن من المحور الأمامي. يتم تثبيت كتلة عازلة أسفل العارضتين الطوليتين. بفضل تركيب زنبرك الزيت الهوائي بين الهيكل والمحور، كعنصر مرن، يُمكنه تخفيف قوة الاصطدام من سطح الطريق على العجلة عند انتقالها إلى الهيكل، وفي الوقت نفسه تخفيف الاهتزاز الناتج عنها. تُستخدم قضبان الدفع الطولية العلوية والسفلية لنقل القوة الطولية ومقاومة عزم رد الفعل الناتج عن قوة الكبح. أما قضبان الدفع الجانبية، فتنقل القوى الجانبية.
عند استخدام زنبرك الزيت-الغاز في الشاحنات التجارية ذات الحمولة الكبيرة، يكون حجمه وكتلته أصغر من حجم وكتل زنبرك الورق، ويتميز بخصائص صلابة متفاوتة، إلا أنه يتطلب إحكامًا عاليًا وصيانةً صعبة. يُعد نظام التعليق الزيتي-الهوائي مناسبًا للشاحنات التجارية ذات الأحمال الثقيلة.
البث التحريري المستقل للتعليق
التعليق المستقل يعني أن العجلات على كل جانب معلقة بشكل فردي من الإطار أو الجسم بواسطة تعليق مرن. مزاياه هي: خفيفة الوزن، مما يقلل من تأثير الجسم، ويحسن التصاق العجلات بالأرض؛ يمكن استخدام نوابض ناعمة ذات صلابة صغيرة لتحسين راحة السيارة؛ يمكن خفض موضع المحرك، ويمكن أيضًا خفض مركز ثقل السيارة، وبالتالي تحسين ثبات قيادة السيارة؛ تقفز العجلات اليسرى واليمنى بشكل مستقل عن بعضها البعض، مما يمكن أن يقلل من إمالة واهتزاز جسم السيارة. ومع ذلك، فإن التعليق المستقل له عيوب الهيكل المعقد والتكلفة العالية والصيانة غير المريحة. تستخدم معظم السيارات الحديثة التعليق المستقل. وفقًا للأشكال الهيكلية المختلفة، يمكن تقسيم التعليق المستقل إلى تعليق عظم الترقوة، وتعليق الذراع الخلفي، والتعليق متعدد الوصلات، وتعليق الشمعة، وتعليق ماكفيرسون.
عظم الترقوة
نظام التعليق المتقاطع هو نظام تعليق مستقل تتأرجح فيه العجلات في المستوى العرضي للسيارة. ويُقسم إلى نظام تعليق ثنائي الذراع ونظام تعليق أحادي الذراع، وذلك وفقًا لعدد الأذرع المتقاطعة.
يتميز نظام التعليق أحادي العظمة بمزايا هيكله البسيط، ومركز تدحرجه العالي، وقدراته القوية على مقاومة التدحرج. ومع ذلك، مع زيادة سرعة السيارات الحديثة، سيؤدي ارتفاع مركز التدحرج بشكل مفرط إلى تغيير كبير في مسار العجلات عند قفزها، مما يزيد من تآكل الإطارات. علاوة على ذلك، سيكون نقل القوة الرأسية للعجلات اليمنى واليسرى كبيرًا جدًا عند المنعطفات الحادة، مما يؤدي إلى زيادة انحناء العجلات الخلفية. كما تنخفض صلابة العجلة الخلفية عند المنعطفات، مما يؤدي إلى ظروف قاسية لانجراف الذيل بسرعة عالية. يُستخدم نظام التعليق المستقل أحادي العظمة بشكل رئيسي في التعليق الخلفي، ولكن نظرًا لعدم قدرته على تلبية متطلبات القيادة بسرعات عالية، فإنه لا يُستخدم كثيرًا حاليًا.
يُقسّم نظام التعليق المستقل ثنائي الأذرع إلى نظام تعليق ثنائي الأذرع متساوي الطول ونظام تعليق ثنائي الأذرع غير متساوي الطول، وذلك بناءً على تساوي طول الذراعين المتقاطعين العلوي والسفلي. يحافظ نظام التعليق ثنائي الأذرع متساوي الطول على ثبات ميلان المحور الرئيسي عند قفز العجلة لأعلى ولأسفل، إلا أن قاعدة العجلات تتغير بشكل كبير (على غرار نظام التعليق أحادي الأذرع)، مما يُسبب تآكلًا شديدًا للإطارات، ونادرًا ما يُستخدم حاليًا. بالنسبة لنظام التعليق ثنائي الأذرع غير متساوي الطول، طالما تم اختيار طول الأذرع العلوية والسفلية بشكل صحيح وتحسينه، ومن خلال ترتيب معقول، يُمكن الحفاظ على تغييرات معلمات قاعدة العجلات ومحاذاة العجلات الأمامية ضمن الحدود المقبولة، مما يضمن ثباتًا جيدًا للسيارة أثناء القيادة. في الوقت الحالي، يُستخدم نظام التعليق ثنائي الأذرع غير متساوي الطول على نطاق واسع في أنظمة التعليق الأمامية والخلفية للسيارات، كما تستخدم العجلات الخلفية لبعض السيارات الرياضية وسيارات السباق هيكل التعليق هذا.
