วันพุธที่ 21 สิงหาคม พ.ศ. 2556

ระบบกันสะเทือน

ระบบกันสะเทือน หรือระบบรองรับน้ำหนัก หรือ ระบบแขวนล้อ 
ซึ่ง พวกเรานิยมเรียกว่า "ช่วงล่าง" แปลมาจากคำว่า Suspensions ในภาษาอังกฤษ หน้าที่โดยตรง คือ "ลดอาการสั่นสะเทือนอันเกิดจากการกลิ้งของล้อสัมผัสกับพื้นผิวถ นน" ให้หลงเหลือส่งถ่ายไปยังห้องโดยสารน้อยที่สุด แต่ระบบกันสะเทือนก็ยังมีหน้าที่แฝงอีกหลายข้อ ได้แก่ ช่วยให้การบังคับควบคุมรถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพ, รักษาระดับตัวรถ ให้พื้นรถห่างจากผิวถนนคงที่, ควบคุมล้อให้ตั้งฉากกับพื้นถนนตลอดเวลาเพื่อให้หน้ายางสัมผัสกั บพื้นถนนมากที่สุด แม้ในขณะเข้าโค้ง, ลดอาการกระดก และโยนตัว สมดุลให้รถอยู่ในสภาพปกติ ขณะเคลื่อนที่ผ่านผิวถนนที่ไม่ราบเรียบการรองรับน้ำหนัก ในศัพท์ทางรถยนต์ หมายถึง การใช้สปริงคั่นกลางระหว่างโครงรถ (Frame), ตัวถัง (Body), เครื่องยนต์, ชุดส่งกำลัง กับล้อ ซึ่งเป็นส่วนที่รับภาระจากการสัมผัสโดยตรงกับพื้นถนน น้ำหนักของอุปกรณ์ดังกล่าว ตลอดจนน้ำหนักบรรทุกที่อยู่ด้านบนของสปริง เราเรียกว่า น้ำหนักเหนือสปริง (Sprung weight) ส่วนน้ำหนักใต้สปริง ซึ่งได้แก่ ล้อ, ยาง, ชุดเพลาท้าย (ในรถที่ใช้แบบคานแข็ง) และเบรก จะเป็นน้ำหนักที่สปริงไม่ได้รองรับ ถูกเรียกว่า น้ำหนักใต้สปริง (Unsprung weight)


หน้าที่และชนิดของสปริง
สปริง จะยุบและยืดตัวเมื่อล้อวิ่งผ่านผิวถนนที่ขรุขระ ส่งผลให้ล้อเคลื่อนที่ขึ้น-ลงได้เกือบอิสระในแนวดิ่งจากโครงรถ ทำให้สามารถ "ดูดกลืน" (Absorb) แรงเต้นของล้อลงได้ แรงจากการเคลื่อนที่ของล้อจึงถูกส่งถ่ายไปยังตัวถังน้อยกว่าที่ ล้อเต้นจริง ผลก็คือผู้โดยสารและน้ำหนักบรรทุกจะได้รับแรงสะเทือนจากล้อลดลงเรามักเข้าใจว่า "สปริง" คือ ขดลวดที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดต่างๆ ขดเป็นวง รูปทรงกระบอก (สปริงขด หรือ Coil Spring) แบบอย่างที่เราคุ้นเคยกันมาตลอด แต่ในความเป็นจริง สปริงยังมีอยู่อีกหลายประเภท หลายรูปแบบ และที่นิยมใช้อยู่ในปัจจุบัน ได้แก่ แหนบ (Leaf Spring), เหล็กบิด หรือทอร์ชั่นบาร์(Torsion bar), สปริงลม (Air Spring), สปริงยาง (Rubber Spring) และ ไฮโดรนิวเมติก (Hydro - Pneumatic) ในอนาคตเมื่อความก้าวหน้าทางวิศวกรรมสูงขึ้นอีก ก็อาจมีสปริงรูปแบบใหม่ๆ ออกมาใช้งานอีกก็เป็นได้แหนบจะรับน้ำหนักและแรงสั่นสะเทือนโดยการ "โค้งหรืองอตัว" ของแผ่นแหนบ สปริงขดรับน้ำหนักโดยการ "หด หรือยุบตัว" ของขดสปริง ส่วนเหล็กบิด หรือทอร์ชั่นบาร์ นั้น จะรับแรงสั่นสะเทือนโดยการ "บิดตัวของเพลา", สปริงลมลดแรงสั่นสะเทือนจากการ "อัดตัวของลม" ในถุงลม, ส่วนสปริงแบบไฮโดรนิวเมติก ดูดซับแรงสั่นสะเทือน โดยการอัดตัวของแก๊สไนโตรเจนและของเหลว (ที่ใช้อยู่เป็นน้ำมันไฮดรอลิก) ในระบบ

แบบคานแข็ง (Solid axle suspension) คานแข็ง
ล้อ ด้านซ้ายและล้อด้านขวาอยู่บนเพลาเดียวกัน เป็นแบบดั้งเดิมที่ใช้กันมาและในปัจจุบันก็ยังมีใช้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรถบรรทุก รถยนต์นั่งมีเฉพาะล้อหลัง แต่ก็มีให้เห็นน้อยลงเรื่อยๆ ข้อดี คือ แข็งแรง ทนทาน ค่าสร้างถูก แต่มีข้อเสีย คือ มีน้ำหนักใต้สปริงมาก เมื่อล้อใดล้อหนึ่งเอียงไป ล้อที่อยู่บนคานเดียวกันจะเอียงตามไปด้วย การควบคุมรถที่ความเร็วสูง และสภาพถนนขรุขระจึงไม่ดีเท่าที่ควร

แบบอิสระ (Independent suspension)
ล้อ ทั้ง 4 ของระบบกันสะเทือนรูปแบบนี้จะเต้นเป็นอิสระต่อกัน ไม่ส่งผลไปยังล้อที่อยู่ตรงกันข้าม หรือถ้ามีบ้างก็น้อยมาก น้ำหนักใต้สปริงของระบบรองรับแบบนี้มีน้อย แรงเฉื่อยจากการเต้นของล้อจึงมีน้อยกว่า อาการเต้นของล้อจึงกลับสู่สภาวะปกติได้อย่างรวดเร็ว น้ำหนักใต้สปริงของระบบกันสะเทือนแบบอิสระน้อยมากยิ่งขึ้นไปอีก ในปัจจุบัน เพราะผู้ผลิตหลายรายหันมาใช้อะลูมิเนียมที่มีน้ำหนักเบา เป็นส่วนประกอบหลักของระบบกันสะเทือนแทนเหล็ก ซึ่งมีน้ำหนักมากกว่าแทบทั้งชุด การควบคุมรถจึงทำได้อย่างมีเสถียรภาพมากกว่า และยังนุ่มนวลกว่า ซึ่งระบบรองรับแบบอิสระจะแบ่งออกไปอีกหลายประเภท อาทิ ปีกนก, เซมิเทรลิ่งอาร์ม, แม็คเฟอร์สันสตรัท, มัลติลิงค์ และอีกหลายระบบที่พัฒนาบนพื้นฐานของระบบที่ยกตัวอย่างมา รวมถึงยังมีการนำแต่ละระบบมาผสมผสานกันด้วย

ระบบส่งกำลังรถยนต์

ระบบส่งกำลัง ( Transmission) คือ อัตราส่วนของผลคูณที่มีความแรงของเฟือง เฟืองจะมีการสับเปลียนเฟือง โดยการเปลี่ยนเกียร์ต่ำและสูง ส่วนเกียร์ต่ำจะมีจะเป็นเฟืองใหญ่และหมุนเร็วกว่า จะทำให้มีอัตตราเร่งมากกว่า แต่ความเร็วจะน้อยกว่า จนต้องเปลี่ยนไปเกียร์ระดับกลาง ซึ่งมีเฟืองระดับกลาง แต่ความเร็วมากขึ้นส่วนไปเกียร์ระดับสูง เป็นเฟืองขนาดเล็กแต่จะหมุนช้ากว่าเฟืองใหญ่แต่เฟืองเล็กหรือเกียร์สูงจะให้ความเร็วที่สูดแต่อัตตราเร่งจะน้อยกว่าแต่เกียร์สูงจะต้องใช้พลังงานสูงจากการหมุนอย่างมาก จนต้องมีการเปลี่ยนเกียร์เพื่อควบคุมความเร็วของรถได้ ระบบส่งกำลังจะมีอัตราทดของการส่งกำลังมีความจำเป็นต่อการออกแบบให้ชิ้นงานเคลื่อนที่ได้ตามความต้องการ เกียร์มีสองประเภท คือ เกียร์อัตโนมัติ และเกียร์ธรรมดา
เกียร์มือ หรือ เกียร์ธรรมดา (Manual transmission หรือ Manual Gear) เป็นเกียร์ ที่ต้องเข้าเกียร์โดยเปลี่ยนเกียร์โดยตัวผู้ใช้เอง โดยจะเปลี่ยนเกียร์และจะต้องเหยียบคลัชแล้วเปลี่ยนเกียร์ตาม เกียร์จะมีเกียร์ว่าง เกียร์ถอยหลัง และ เกียร์เดินหน้า จะมีเกียร์ต่ำ และ สูง จนถึง เกียร์ 1 ถึง เกียร์ 5
เกียร์ออโต้ หรือ เกียร์อัตโนมัติ (Automatic transmission หรือ Automatic Gear) เป็นเกียร์ที่ไม่มีคลัชให้เหยียบ เป็นเกียร์ที่สามารถเปลี่ยนเองได้อัตโนมัติ ตามความเร็วของรถ เกียร์จะมีเกียร์ว่าง เกียร์ถอยหลัง และ เกียร์เดินหน้า โดย เกียร์เดินหน้าจะเปลี่ยนเกียร์ได้ตั้งแต่รอบของเครื่องยนต์ จะมีตั้งแต่เปลี่ยนเกียร์ถัดไป โดยจะเลือกเข้าเกียร์แบบเปลี่ยนเกียร์เองได้อัตโนมัติในรอบต่ำ และ เกียร์เปลี่ยนเองได้อัตโนมัติในรอบสูง