بخشی از مقاله
چکیده
امروزه ایمنی و راحتی راننده و سرنشینان خودرو، عاملی مهم در طراحی خودرو محسوب میگردد. به همین منظور انتخاب مناسب نوع سیستم تعلیق و طراحی مناسب آن، امری اجتناب ناپذیر است. در بین انواع سیستم هایتعلیق، سیستم تعلیق دو جناغی به دلیل داشتن ساختار خاص - داشتن دو بازوی جناغی شکل - ، حالت مناسبی از راحتی، خوشفرمانی، پایداری و رانندگی - کنترلپذیری در شرایط مختلف جاده اعم از: راه مستقیم، پیچ و ناهمواری - را در هنگام رانندگی ایجاد میکند. از نقطه نظر طراحی نیز، ابتدا باید تحلیل سینماتیکی بر روی سیستم انجام پذیرد. بدیهی است که تنها، ارائهی تحلیلی صحیح و دقیق، میتواند دستیابی به عملکرد و کارایی بهتر سیستم را فراهم آورد.
به همین منظور در این تحقیق با انتخاب سیستم تعلیق دوجناغی یک خودروی بیابانی، روشی تحلیلی جهت تحلیل سینماتیکی آن ارائه گردیده است. در راستای انجام هدف ذکر شده، ابتدا با در نظر گرفتن سیستم تعلیق دو جناغی به صورت ترکیبی از دو مکانیزم چهار و پنج میله ای، با استفاده از روش تحلیلی معادلات برداری حلقه بسته برای مکانیزم ها، روشی عمومی جهت تعیین پارامترهای سینماتیکی سیستم ارائه شده است. با پیاده سازی این روش در کد نرمافزاری، و استخراج مشخصات یک نمونهی واقعی که به صورت مدلی سه بعدی ترسیم شده، تمامی نتایج و نمودارهای سینماتیکی برای این نمونه نمایش داده شده اند. درنهایت با استفاده از همین مشخصات، تحلیل سینماتیکی در نرمافزار آدامزکار، انجام شده است. مقایسه نتایج دو روش تحلیلی و نرمافزاری، نشان دهندهی صحت و درستی روش ارائه شده است.
مقدمه و هدف
سیستم تعلیق مجموعه ای شامل فنر،کمک فنر، بازوها و مفاصلی است که برای ارتباط و اتصال چرخ ها به بدنه یا شاسی خودرو به کار میرود. در مکانیزم های مختلف تعلیق، شکل و نحوه ی اتصال این بازوها متفاوت است. سیستم تعلیق دوجناغی یا بازوی کوتاه و بلند جلو یکی از طرح های بسیار عمومی در فنربندی جلو خودروهای آمریکایی پس از جنگ جهانی دوم است که از دو بازوی کنترلی کناری برای نگهداری چرخ استفاده می کند - شکل. - 1 در آمریکا به این بازوها، بازوهای A شکل و در انگلیس جناغ می گویند.
سیستم تعلیق دو جناغی به سبب فضای زیادی که برای بستن طولی موتور ایجاد می کند به راحتی با خودروهای موتور جلو و پشت رانش سازگار است. به علاوه برای خودروهای با قاب جداگانه که فنربندی را نگهداری می کند و بارها را جذب می کند، مناسب است. درخودروهای بیابانی نیز، ضرورت داشتن یک سیستم تعلیق نرمش پذیر به دلیل راندن در جاده های ناهموار شنی، خاکی و سطوح بیابانی امری اجتناب ناپذیر است که در این میان سیستم تعلیق دوجناغی برای این دسته از خودروها مناسبترین انتخاب میباشد.
شکل :1 تعلیق دو جناغی جلو با بازوهای A شکل[1]
در این مکانیزم تعلیق از دو طبق مثلثی شکل استفاده شده که در رأس هر طبق یک سیبک نصب گردیده است. در قسمت قاعدهی طبق دو بوش لاستیکی پرس شده که مفصل طبق است و طبق را به شاسی یا بدنهی خودرو وصل می کند. قسمت بالای اهرم محور چرخ به سیبک طبق بالا و قسمت پایین اهرم محور چرخ نیز به سیبک طبق پایین وصل است. چرخ نیز بر روی محور چرخ نصب گردیده است. از این رو چرخ در زیر بدنه ی خودرو توسط مکانیزم تعلیق مهار شده است، ضمن آن که قابلیت انجام حرکت های مطلوب - چرخیدن، فرمان گرفتن، حرکت عمودی، تغییر زوایای کمبر، کستر و ... - را نیز دارد.
تئوری و پیشینهی تحقیق
از نقطه نظر سینماتیکی، سیستم تعلیق مجموعهای از لینکها و مفاصل است که به سبب تحریکات وارده بر سیستم، تغییراتی در موقعیت و جهت این اجزا بوجود میآید که به آن پارامترهای سینماتیکی گویند و این پارامترها توسط طراح تعیین میشوند. از جمله پارامترهای سینماتیکی برای سیستم تعلیق دوجناغی میتوان به تِرَک، زوایای کمبر، کستر، کینگپین و تو اشاره کرد - شکل. - 2
شکل :2 پارامترهای سینماتیکی سیستم تعلیق دوجناغی
سانکیبرین و همکارانش در سال 2009 طراحی سینماتیک سیستم تعلیق دوجناغی را به روش تحلیل ترکیب ابعادی انجام دادند. روش تحلیل برای جستجوی پاسخ بهینه، بر اساس دترمینال گرادیان، که از یک مشتقگیری دقیق برای به دست آوردن المانهای ماتریس ژاکوبین استفاده میکرد، بود.[2] چرین و همکارانش در سال 2009 به منظور بررسی سینماتیک و دینامیک غیرخطی سیستم تعلیق دو جناغی، در قالب زنجیرهی سینماتیکی فضایی بسته، یک مدل غیرخطی با مکانیزم ایدهآل چهاردرجه آزادی که در آن اجزای مربوط به سیستم تعلیق به عنوان رابطهایی صلب و مفاصل به صورت المانهای فنر-کمک فنر خطی بودند را ارائه دادند.
آنها با تهیهی مدلهای تحلیلی و نرم افزاری آدامز، ویژگیهای سینماتیکی و دینامیکی مدل را مورد بررسی قرار دادند.[3] یانگ و همکارانش در سال 2014 یک نمونه سه بعدی از سیستم تعلیق دوجناغی را در کتیا مدل سازی کرده و آن را توسط نرمافزار آدامز تحلیل کردند. آنها با مقایسهی نتایج تحلیل نرم افزاری خود با نتایج تست K&C نشان دادند که مدل ارائه شده از دقت بالایی برخوردار است. آنها با استفاده از مدل جدید، ویژگی های سینماتیکی سیستم تعلیق را تحلیل کردند و نشان دادند که پارامترهای تنظیمی چرخ به صورت منطقی با تغییرات جابجایی چرخ، مطابقت دارند.[4] کیان و همکارانش در سال 2012 پارامترهای سینماتیکی یک سیستم تعلیق دو جناغی دقیق را در آدامز تحلیل کردند و به دلیل عدم میل زوایای تو و کمبر به سمت مقادیری که راحتی را به دست دهند،
از ماژول ADAMS/INSIGHT برای بهینه سازی استفاده کردند. بنابراین زوایای تو و کمبر را به عنوان اهداف طراحی و شش نقطهی اصلی و زوایای بالا و پایین را به عنوان متغیرهای طراحی در نظر گرفته، سپس تحلیل حساسی را انجام دادند و موقعیتهایی که بیشتر در مشخصات تعلیق و پارامترهای موقعیتی چرخ لازم به نظر میرسید را تنظیم کردند.[5] تانیک و همکارش در سال 2015 روشی تحلیلی برای آنالیز سینماتیکی سیستم تعلیق دو جناغی ارائه دادند. آن ها با تعریف پارامترهای ضروری مانند زوایای کمبر، کستر، کینگپین، تو و تِرَک بر طبق مدل ارائه شده، تغییرات این پارامترها را بر اساس حرکت عمودی چرخ به دست آورند. سپس تحلیلهای مشابهی در نرم افزار لوتوس و کتیا انجام داده و مشاهده کردند روش ارائه شده از صحت خوبی برخوردار است.[1]
روش تحقیق
برای تحلیل سیستم مورد نظر، می توان آن را به شکل ساده شدهی چند لینکی شکل 3 در نظر گرفت - شکل - 3، که به صورت یک اهرم بندی - R: revolute, S: spherical, P: prismatic - RSSR-SSP دارای سه درجه آزادی می باشد. با کاهش یکی از این درجات آزادی - چرخش میلهی تای رد نسبت به محور خود - ، مکانیزم دارای دو درجه آزادی موثر می شود، که یکی به سیستم فرمان و دیگری به حرکت چرخها - ورودی های جاده - اختصاص داده می شود. فرض ثابت بودن ورودی سیستم فرمان و متغیر بودن ورودی طبق پائین اگر تنها تحریک وارده بر تعلیق در اثر حرکت چرخ باشد - سیبک St ثابت باشد - ، سیستم تعلیق می تواند به صورت اهرم بندی RSSR-SS مدل شود که در اینصورت، این اهرم بندی میتواند توسط دو حلقهی مستقل RlSlSuRuRl و RlSlCsSsStRl در نظر گرفته شده و تحلیل گردد. برای تحلیل اهرم بندی RlSlSuRuRl، پارامترهای ساختاری مورد نیاز l ، u، k، و می باشند و تغییرات زاویه ای طبقپایین - - ، به عنوان پارامتر مستقلی است که دیگر مجهولات باید بر اساس آن محاسبه گردند.
