لرزش‌ها و نیرو‌های وارده از سطح جاده، به سیستم تعلیق فشار وارد می‌کنند و خودرو را مجبور می‌کنند تا در شرایط مختلف، عکس‌العمل‌های متفاوتی نشان دهد. در چنین وضعیتی، سیستم تعلیق خودرو مهم‌ترین نقش را ایفا می‌کند؛ زیرا وظیفه بهبود کیفیت سواری و قابلیت هدایت و کنترل خودرو را بر عهده دارد.در اینکه این سیستم یک مؤلفه اساسی در همه خودروها است، شکی نیست! اما آیا در میان انواع سیستم‌های تعلیق، تا به حال اصطلاح سیستم تعلیق مک فرسون (MacPherson Strut) را شنیده‌اید؟ ما در این مقاله از سری مقالات مجله خودرو همراه مکانیک درباره این سیستم حرف‌های بسیاری برای گفتن داریم، لطفا در ادامه با ما همراه باشید.
تاریخچه سیستم تعلیق مک فرسون خودرو
«اِرل استیل مک فرسون» قبل از حضور در جنرال موتورز در سال 1934، در بسیاری از شرکتهای بزرگ اتومبیل‌سازی کار می‌کرد؛ اما در جنرال موتورز به عنوان مهندس ارشد برای طراحی خودروهای سواری ارتقاء رتبه پیدا کرد.
با بازگشت سربازان از جنگ جهانی دوم، جنرال موتورز پیش‌بینی کرد که جامعه بیش از هر زمان دیگری نیاز به وسایل نقلیه ارزان‌قیمت دارد. این نگرش باعث خلق بسیاری از ایده‌های اجرایی در حوزه طراحی خودرو شد.
مک فرسون که خود فردی کهنه‌کار بود، به سختی کار کرد تا یک سیستم تعلیق ارزان و ساده تولید کند؛ اما جنرال موتورز پروژه او را لغو کرد و از نمونه اولیه خودروهای پیش‌تولید خود استفاده كرد.
مک فرسون، سیستم تعلیق منحصربهفرد خود را نزد کمپانی فورد برد. اولین اتومبیلی که از اختراع مک فرسون استفاده کرد، فورد وردت 1949 بود. پس از آن، فورد کنسول و فورد زپیر، هر دو در سال 1951 با سیستم مک فرسون به بازار عرضه شدند.
در آن زمان، سیستم تعلیق اولیه مورداستفاده برای اتومبیل‌ها، در جلو از نوع محور مستقیم بود که از فنر شمشی (Leaf Spring) بهره می‌برد. سیستم تعلیق محور مستقیم از حرکت مستقل چرخ‌های جلوی خودرو جلوگیری می‌کرد؛ در صورتی که استرات‌های (Struts) موجود در سیستم تعلیق مک فرسون اجازه می‌دادند تا هر چرخ جلو مستقلا حرکت کند. این ویژگی، راحتی بیشتری نسبت به سیستم محور مستقیم داشت.
سیستم تعلیق مک فرسون خودرو چیست؟
مک فرسون یک سیستم تعلیق مستقل است که تقریباً توسط همه سازندگان خودرو در تمام جهان برای چرخ‌های جلو استفاده می‌شود. این سیستم بر اساس یک طرح اولیه مثلثی طراحی شده است که دارای دو قسمت به نام‌های بازوی کنترل (طَبَق) و میله شعاع (بازوی گشتاور یا استرات یا همان کمک‌فنر) است.
این دو قسمت ساختار مثلثی‌شکل را در برابر شاسی ماشین تشکیل میدهند که معمولاً در پایین سیستم تعلیق قرار دارند. امروزه این دو قسمت در یک بازوی کنترل بسیار بزرگ‌تر همراه با یک میله تثبیت‌کننده که شاسی و سیستم تعلیق را به هم متصل می‌کند، ساده‌سازی شده‌اند. این ساده‌سازی باعث شده است تا تعمیر و نگه‌داری سیستم تعلیق مک فرسون نسبت به سیستم‌های دیگر کم هزینه‌تر باشد.
با توجه به اینکه میله شعاع به‌تنهایی نمی‌تواند پایداری خودرو را تضمین کند و چرخ‌ها تمایل به حرکت در جهت‌های مختلف دارند، بازوی کنترل به عنوان یک مؤلفه تقویت‌کننده به ساختار تعلیق اضافه می‌شود. درواقع، این مؤلفه از ناپایداری چرخ جلوگیری می‌کند.
بازوی کنترل به شکل «A» است که از یک طرف به توپی چرخ و از طرف دیگر به شاسی متصل است؛ هم‌چنین میله شعاع نیز از پایین به توپی چرخ و از بالا به بدنه خودرو وصل است. ناگفته نماند که فنر و کمک فنرها نیز روی میله شعاع سوار هستند. به این ترتیب، سیستم مک فرسون یک ساختار ثابت سه‌نقطه‌ای برای چرخ ایجاد می‌کند.
در طی سال‌ها تحولات زیادی در نمونه اولیه مک فرسون ایجاد شده‌است؛ از طرح‌های اولیه که از میله موج‌گیر به عنوان میله شعاع استفاده می‌شد، گرفته تا ایده‌های فعلی که این دو را به کلی از هم جدا کرده‌اند. در حال حاضر، برخی از اتومبیل‌ها به جای ترکیب بازوی کنترل و میله شعاع از سیستم جناغی استفاده می‌کنند.
با توجه به موارد گفته‌شده، به‌راحتی می‌توان به این نتیجه رسید که سیستم تعلیق مک فرسون با وجود همه کاستی‌های خود از ساختار بسیار کارآمدی برخوردار است؛ حتی خودروسازان بزرگی مانند بی ام و (BMW) و پورشه (Porsche) نیز از این سیستم استفاده می‌کنند؛ اما بیشتر خودروسازان هنوز از 99 درصد طراحی اصلی مک فرسون با تغییرات جزئی بهره می‌برند. برخی از افراد معتقدند که این سیستم، کنترل بیشتری به هندلینگ خودرو می‌دهد؛ اما هنوز این واقعیت باقی است که مک فرسون سیستمی کاملاً مؤثر برای ترکیب قدرت، انعطاف‌پذیری و پایداری خودرو است.
اجزای سیستم مک فرسون
در ادامه مقاله به بررسی اجزای اصلی (کمک‌فنر، فنر لول، بازوهای کنترلی یا طبق پایین و میل فرمان) و فرعی (بازوهای کنترلی، میله ضدپیچش و استرات‌بار) سیستم تعلیق مک فرسون خواهیم پرداخت.
اجزای اصلی سیستم تعلیق مک فرسون
برای اینکه کارکرد سیستم مک فرسون را بهتر درک کنید، مهم است که اجزای تشکیل‌دهنده آن را به‌خوبی بشناسید. هر یک از این اجزا هدف خاصی را دنبال می‌کنند که در ادامه با آن‌ها بیشتر آشنا می‌شویم.
کمک‌فنر (Shock Absorber)
این همان مؤلفه‌ای است که به استرات مشهور است. بیشتر استرات‌ها از گاز تحت‌فشار برای جذب ضربه استفاده می‌کنند. در سیستم تعلیق مک فرسون، استرات محلی است که می‌توان از طریق آن زاویه کاستور و کامبر (زوایای چرخ) را تنظیم کرد. با کمک‌فنر قابل‌تنظیم، حتی می‌توان میزان ضریب میرایی (میزان جذب نوسانات) را نیز تنظیم کرد.
فنر لول (Coil Spring)
فنر لول‌ها به جذب نیروی وارده از دست‌اندازهای جاده کمک می‌کنند. این نوع فنر، زمانی که تحت فشار و تنش قرار گیرد، دچار تنش پیچشی می‌شود. ویژگی‌های یک فنر لول به مدول یانگ و مدول برشی وابسته است. این فنر نیروی عرضی را به وسیله طبق به شاسی منتقل می‌کند.
بازوهای کنترل یا طبق پایین (Lower Control Arms)
سیستم تعلیق مک فرسون فقط از بازوی کنترل در قسمت پایین استفاده می‌کند. درباره نحوه عملکرد و شکل ظاهری این بازو در بالا مطالبی بیان شد؛ به طور کلی، این مؤلفه به حفظ تعادل و پایداری خودرو و عدم حرکت چرخ‌ها در جهات مختلف کمک می‌کند.
میل فرمان (Steering Linkage)
میل فرمان جهت هدایت چرخ‌های جلو تعبیه شده است. یکی از مهم‌ترین مزایای سیستم مک‌فرسون، وجود دامنه وسیعی از زاویه‌های فرمان است که باعث می‌شود مک فرسون یک سیستم تعلیق مناسب برای دریفت و رانندگی در پیست‌های اتومبیل‌رانی باشد.
اجزای فرعی سیستم تعلیق مک فرسون
اگرچه سیستم مک فرسون دارای یک طراحی پایه است، اما برای رفع نیازهای مختلف برخی تغییرات در طی سال‌ها روی آن اعمال شده‌اند. این تغییرات باعث طراحی و ساخت اجزای فرعی به شرح زیر شده‌اند:
بازوهای کنترلی (Control Arms)
سیستم تعلیق مک فرسون همیشه دارای بازوی کنترل پایینی بود (بازوی کنترل بالایی باعث می‌شود سیستم تعلیق جناغی ایجاد شود)؛ اما شکل بازوی کنترلی ممکن است متفاوت باشد. بیشتر بازوهای کنترلی به شکل «A» و «L» هستند. سازندگان تمایل دارند یکی از دو شکل را بسته به سایر ویژگی‌های طراحی خودرو انتخاب کنند.
میله ضدپیچش (Sway Bars)
یکی از مهم‌ترین مزایای سیستم مک فرسون این است که به چرخ‌های جلو اجازه حرکت مستقل از یکدیگر را می‌دهد؛ اما داشتن اتصال محکم بین دو چرخ می‌تواند یک مزیت بالقوه باشد. یک میله ضدپیچش، دو طرف سیستم تعلیق جلو را به هم متصل می‌کند (چپ و راست). این میله به ایجاد ثبات و جلوگیری از چرخش بدنه خودرو کمک می‌کند. بسیاری از وسایل نقلیه که از سیستم مک فرسون استفاده می‌کنند، دارای میله ضدپیچش هستند.
استرات‌بار (Strut Tower Brace)
استرات‌بار اساساً کاری شبیه به میله ضدپیچش را انجام می‌دهد؛ با این تفاوت که در بالای استرات‌ها نصب می‌شود. (قسمت‌های بالایی دو کمک‌فنر را به یکدیگر متصل می‌کند) یکی از ویژگی‌های مهم در این استرات‌بار این است که می‌توان این قطعه را زیر کاپوت تعبیه کرد. برخی از خودروها مانند «موستانگ بولیت» دارای استرات‌بار هستند.
فواید و معایب سیستم تعلیق مک فرسون
سادگی طراحی سیستم مک فرسون مزیت اصلی آن است. با ازبین‌بردن نیاز به بازوی کنترل جداگانه، ساختار مک فرسون به قطعات کمتری برای تولید نیاز دارد. این ویژگی باعث می‌شود ساخت این سیستم تعلیق هزینه کمتری را برای شرکت سازنده در پی داشته و نسبت به اغلب سیستم‌های تعلیق دیگر، از وزن و ابعاد کوچکتری برخوردار باشد. کوچک‌بودن باعث می‌شود مک‌فرسون فضای کمتری را اشغال کند. این مورد به کاهش وزن کلی خودرو کمک می‌کند و اجازه می‌دهد تا اتومبیل ضمن پایداری بیشتر و استهلاک کمتر، با سرعت بیشتری شتاب بگیرد.
علاوه‌براین، استرات‌های سیستم مک فرسون به صاف‌نگه‌داشتن وسیله نقلیه در مسیر مستقیم نیز کمک می‌کنند. هم‌چنین، سادگی در طراحی مک فرسون باعث شده است تا هزینه تعمیر و نگه‌داری این سیستم پایین باشد.
متأسفانه سادگی از یک طرف مزیت و از طرف دیگر، بزرگ‌ترین نقص سیستم تعلیق مک فرسون است. نحوه بسته‌شدن پیچ و مهره آن به بدنه جایی که محور مستقیم به پایین و به چرخ متصل می‌شود، به‌خوبی لرزش‌ها را کاهش نمی‌دهد. با‌این‌حال، این مورد می‌تواند توسط بوش‌ها و پشتیبانی از مکانیزم‌ها و اجزای دیگر نرم شود.
همین سادگی در ساخت باعث شده است تا زاویه کمبر همراه با موقعیت عمودی چرخ‌ها تغییر مکان دهد؛ یعنی سیستم مک فرسون باعث محدودشدن حرکت عمودی چرخ‌ها می‌شود. این موضوع می‌تواند هندلینگ خودرو را مختل کند و مک فرسون را نسبت به سیستم‌های تعلیق پیشرفته مانند سیستم تعلیق دو جناغی دوبل (Double Wishbone) در رتبه پایین‌تری قرار دهد.
کلام آخر
سیستم تعلیق مک فرسون هم‌چنان یک اختراع قابل‌توجه است که به‌طور مؤثر و بهینه، قدرت، پشتیبانی و ثبات را با هم ترکیب می‌کند. این سیستم از 1940 تاکنون در بسیاری از خودروها مورد استفاده قرار گرفته است و به دلیل ساختار ساده، محبویت بالایی دارد.
مهم‌ترین مزیت‌های این سیستم شامل سادگی در طراحی، هزینه کم تولید، کاهش وزن خودرو و قیمت پایین تعمیر و نگه‌داری هستند. با اینکه مک فرسون معایبی نیز دارد، ولی ویژگی‌های منحصربهفرد آن می‌تواند آن را برای کاربردهای مختلف به یک انتخاب ایده‌آل تبدیل کند.
بیشتر بخوانید
ممنون از اطلاعاتی که قرار دادین
باسلام منابعتون چیه ؟