در طراحی سیستم تعلیق عقب خودروها، به خصوص در خودروهای دیفرانسیل جلو که نیاز به فضای زیادی برای سرنشینان عقب و صندوق عقب دارند، مهندسان همواره به دنبال راه حلی هستند که ترکیبی مناسب از سادگی، هزینه تولید پایین، کم‌حجمی و عملکرد قابل قبول را ارائه دهد. محور پیچشی (Torsion Beam)، که به آن محور نیمه‌صلب یا محور پیچشی متصل نیز گفته می‌شود، یکی از پرکاربردترین سیستم‌های تعلیق عقب در خودروهای سواری مدرن، به ویژه در کلاس‌های کامپکت و میان‌رده، است. این سیستم به دلیل تعادلی که بین مزایای سیستم‌های تعلیق وابسته (صلب) و مستقل برقرار می‌کند، به یک انتخاب محبوب تبدیل شده است. این دانشنامه به بررسی مفهوم، اجزای اصلی، نحوه کارکرد، مزایا و معایب، و کاربردهای سیستم تعلیق محور پیچشی می‌پردازد.
محور پیچشی چیست؟ تعریف و اجزای اصلی آن
محور پیچشی (Torsion Beam) نوعی سیستم تعلیق عقب است که در دسته سیستم‌های نیمه‌مستقل (Semi-Independent) قرار می‌گیرد. ویژگی اصلی این سیستم، استفاده از دو بازوی طولی یا دنباله‌ای (Trailing Arms) است که توپی چرخ‌ها در انتهای آن‌ها قرار دارد و از قسمت جلو به صورت مفصلی به زیرشاسی یا بدنه خودرو متصل می‌شوند. این دو بازوی طولی، توسط یک میله یا پروفیل عرضی به نام “تیر پیچشی” یا “میل پیچشی” به یکدیگر متصل شده‌اند که این میله در نزدیکی خط محور عقب قرار دارد. اجزای اصلی سیستم تعلیق محور پیچشی عبارتند از:
- بازوهای دنباله‌ای (Trailing Arms): دو بازوی طولی که از توپی چرخ‌ها به سمت جلوی خودرو امتداد یافته و به صورت مفصلی به بدنه یا زیرشاسی خودرو متصل می‌شوند و حرکت طولی چرخ‌ها را کنترل می‌کنند.
- تیر پیچشی یا میل پیچشی (Torsion Beam): یک میله یا پروفیل عرضی توخالی یا توپر که دو بازوی دنباله‌ای را به یکدیگر متصل می‌کند. این تیر، برخلاف یک محور صلب واقعی، درجه‌ای از انعطاف‌پذیری پیچشی دارد. هنگام حرکت مستقل چرخ‌ها (مثلاً عبور یک چرخ از روی دست‌انداز)، این تیر تحت پیچش قرار گرفته و در برابر این حرکت مقاومت می‌کند، اما این مقاومت کامل نیست و اجازه حرکت نسبی چرخ‌ها را می‌دهد. این تیر همچنین به عنوان یک میل موج‌گیر یکپارچه عمل کرده و به کاهش غلتش بدنه در پیچ‌ها کمک می‌کند.
- مجموعه توپی چرخ (Hub Carrier): در انتهای بازوهای دنباله‌ای نصب شده و چرخ‌ها به آن متصل می‌شوند.
- فنرها (Springs): معمولاً فنرهای لول در این سیستم استفاده می‌شوند که معمولاً روی بازوهای دنباله‌ای یا روی تیر پیچشی قرار گرفته و وزن خودرو را تحمل می‌کنند.
- کمک‌فنرها (Dampers / Shock Absorbers): برای میرایی نوسانات فنرها و کنترل حرکت تعلیق به کار می‌روند و معمولاً به صورت جداگانه بین بازوی دنباله‌ای یا تیر پیچشی و بدنه یا زیرشاسی نصب می‌شوند.
- بوشینگ‌ها (Bushings): در نقاط اتصال بازوهای دنباله‌ای به بدنه خودرو برای امکان حرکت مفصلی و جذب لرزش‌ها استفاده می‌شوند.
نحوه کارکرد محور پیچشی (نیمه‌مستقل بودن)
نحوه کارکرد سیستم تعلیق محور پیچشی به گونه‌ای است که رفتاری بین سیستم‌های کاملاً وابسته (صلب) و کاملاً مستقل دارد.
- هنگام حرکت همزمان چرخ‌ها: اگر هر دو چرخ عقب به صورت همزمان و به یک میزان بالا یا پایین حرکت کنند (مثلاً عبور از روی یک سرعت‌گیر)، کل مجموعه محور پیچشی به صورت نسبتاً یکپارچه حرکت کرده و فنرها و کمک‌فنرها این حرکت را جذب و میرا می‌کنند.
- هنگام حرکت مستقل چرخ‌ها: اگر تنها یک چرخ از روی ناهمواری عبور کند یا در هنگام پیچیدن، چرخ‌ها نسبت به یکدیگر به صورت عمودی حرکت کنند، بازوهای دنباله‌ای باعث پیچش تیر عرضی می‌شوند. این پیچش، درجه‌ای از استقلال حرکتی را برای هر چرخ فراهم می‌کند و باعث می‌شود که حرکت یک چرخ، تأثیر کمتری (نسبت به محور صلب واقعی) بر چرخ دیگر داشته باشد. با این حال، این تأثیر صفر نیست و به همین دلیل این سیستم “نیمه‌مستقل” نامیده می‌شود. تیر پیچشی مقاومت قابل توجهی در برابر این پیچش ایجاد کرده و به عنوان میل موج‌گیر عمل می‌کند.
مزایای سیستم تعلیق محور پیچشی
سیستم تعلیق محور پیچشی به دلیل سادگی و طراحی خود، دارای مزایایی است که آن را به انتخابی محبوب برای محور عقب خودروهای سواری تبدیل کرده است:
- سادگی: نسبت به سیستم‌های کاملاً مستقل (مانند طبق‌دوبل یا چند اتصالی)، قطعات کمتر و طراحی ساده‌تری دارد.
- هزینه تولید پایین: سادگی طراحی و تعداد قطعات کمتر منجر به هزینه تولید قابل توجهی پایین‌تر می‌شود.
- کم‌حجمی و فضای اشغالی کم: این سیستم فضای عرضی و طولی کمتری را در قسمت عقب خودرو اشغال می‌کند. این ویژگی برای خودروهای دیفرانسیل جلو که نیاز به فضای حداکثری برای صندلی عقب و صندوق عقب دارند، بسیار سودمند است.
- قابلیت اطمینان و استحکام نسبی: به دلیل سادگی، کمتر مستعد مشکلات پیچیده هندسی یا نیاز به تنظیمات دقیق است.
- عملکرد به عنوان میل موج‌گیر: تیر پیچشی به تنهایی بخشی از وظیفه میل موج‌گیر را انجام داده و به کاهش غلتش بدنه در پیچ‌ها کمک می‌کند.
معایب سیستم تعلیق محور پیچشی
با وجود مزایای اقتصادی و طراحی، سیستم تعلیق محور پیچشی دارای معایبی در زمینه عملکرد و راحتی نسبت به سیستم‌های کاملاً مستقل است:
- کیفیت سواری محدودتر: به دلیل ماهیت نیمه‌مستقل، حرکت یک چرخ تا حدی بر چرخ دیگر تأثیر می‌گذارد، که این امر می‌تواند در هنگام عبور از روی ناهمواری‌ها (به خصوص ناهمواری‌هایی که تنها یکی از چرخ‌ها با آن‌ها درگیر می‌شود) منجر به انتقال لرزش و ضربه بیشتری به کابین و کاهش کیفیت سواری شود.
- هندلینگ و چسبندگی پایین‌تر (نسبت به مستقل کامل): کنترل بر هندسه چرخ (مانند زاویه کمبر در حین غلتش بدنه) نسبت به سیستم‌های کاملاً مستقل دقیق نیست. این موضوع می‌تواند بر چسبندگی نهایی تایر در پیچ‌های تند و روی سطوح ناهموار تأثیر منفی گذاشته و پتانسیل هندلینگ خودرو را محدود کند.
- وزن فنربندی نشده نسبی بالا: وزن تیر پیچشی و بخشی از بازوهای دنباله‌ای جزو وزن فنربندی نشده محسوب می‌شوند که این می‌تواند بر توانایی چرخ در دنبال کردن سریع ناهمواری‌های جاده و حفظ تماس با آن تأثیر بگذارد.
- انتقال NVH بیشتر (در برخی طراحی‌ها): به دلیل اتصال مستقیم‌تر به بدنه (نسبت به سیستم‌های کاملاً مستقل با زیرشاسی)، ممکن است صدا و لرزش بیشتری از جاده به کابین منتقل شود.
کاربردهای محور پیچشی
به دلیل مزایای اقتصادی و کم‌حجمی، سیستم تعلیق محور پیچشی به طور گسترده‌ای در کاربردهای زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد:
- محور عقب اکثر خودروهای سواری دیفرانسیل جلو: شامل خودروهای هاچ‌بک، سدان‌های کوچک و متوسط، و برخی کراس‌اوورهای کوچک و متوسط. این رایج‌ترین کاربرد آن است.
- برخی خودروهای برقی اقتصادی: به دلیل سادگی و فضای اشغالی کم در زیر بدنه.
این سیستم معمولاً در خودروهای بزرگتر، لوکس‌تر، اسپرت یا خودروهای آفرود که اولویت با حداکثر هندلینگ، راحتی یا قابلیت آفرود است، کمتر دیده می‌شود.
اهمیت محور پیچشی در طراحی خودرو
محور پیچشی به عنوان یک راهکار مهندسی هوشمندانه، نقش مهمی در امکان‌پذیر ساختن طراحی خودروهای دیفرانسیل جلو با فضای داخلی مناسب، هزینه تولید رقابتی و عملکرد قابل قبول برای بازار انبوه ایفا کرده است. اهمیت محور پیچشی در طراحی خودرو در این است که با ارائه تعادلی مناسب بین سادگی یک محور صلب و مزایای یک سیستم مستقل (هرچند به صورت محدود)، به خودروسازان اجازه می‌دهد تا خودروهایی را با ویژگی‌های مورد انتظار بخش بزرگی از بازار تولید کنند. این سیستم نمونه‌ای از مصالحه موفق مهندسی برای دستیابی به اهداف چندگانه طراحی است.
نتیجه‌گیری
محور پیچشی (Torsion Beam) نوعی سیستم تعلیق عقب نیمه‌مستقل است که از دو بازوی دنباله‌ای متصل شده توسط یک تیر پیچشی عرضی تشکیل شده است. اجزای اصلی سیستم تعلیق محور پیچشی شامل بازوها، تیر پیچشی، فنر و کمک‌فنر است. نحوه کارکرد محور پیچشی به صورت نیمه‌مستقل است؛ به چرخ‌ها اجازه حرکت نسبی مستقل را می‌دهد اما همچنان تا حدی به هم وابسته هستند. مزایای سیستم تعلیق محور پیچشی مانند سادگی، هزینه تولید پایین و کم‌حجمی، آن را به انتخابی رایج برای محور عقب خودروهای دیفرانسیل جلو تبدیل کرده است. با وجود معایب سیستم تعلیق محور پیچشی در زمینه کیفیت سواری و هندلینگ نسبت به سیستم‌های کاملاً مستقل، کاربردهای محور پیچشی در خودروهای بازار انبوه نشان‌دهنده اهمیت محور پیچشی در طراحی خودرو به عنوان یک راهکار عملی و مؤثر برای دستیابی به تعادل مناسبی از ویژگی‌ها است.
