หน่วยที่ 3 โช้กอัพ

(Shock Absorber)

ความสำคัญของโช้กอัพ

                สปริงเพียงอย่าเดียวไม่เพียงพอสำหรับระบบรองรับน้ำหนักของตัวรถ สปริงจะอยู่ระหว่างความยืดหยุ่นและความกระด้าง การที่สปริงต้องยืดหยุ่นก็เพื่อสามรถรองรับ (Absorb) อาการสั่นสะเทือนจากพื้นถนนได้ ถ้าสปริงยืดหยุ่นมากเกินไปจำทำให้เกิดการโค้งตัวและคืนตัวกลับโดยที่สปริงจะพยายามที่จะคืนตัวกลับมาอยู่ในตำแหน่งเดิม การที่สปริงยืดหรือยุบตัวจะทำให้โครงรถถูกโยนตัวขึ้นหรือต่ำลง สปริงยืดและยุบตัวเช่นนี้ต้องใช้ระยะเวลาในการหยุดตัวทุกครั้งที่ล้อตกหลุมหรือปะทะสิ่งกีดขวาง อาการดังกล่าวถ้าเกิดขึ้นซ้ำ ๆ กันก็จะทำให้การขับขี่ไม่ราบเรียบ ขาดความนุ่มนวลถ้าสปริงกระด้างหรือสปริงแข็งจะไม่โค้งตัวและคืนตีวกลับมากนัก เมื่อล้อรถตกหลุมหรือปะทะสิ่งกีดขวางบนพื้นถนน จะทำให้การขับขี่ขาดความนุ่มนวลและจะส่งอาการสะเทือนจากถนนไปยังตัวรถ

                จากการทำงานของสปริงดังกล่าวจึงทำให้การขับขี่รถไม่นุ่มนวลเท่าที่ควร โดยเฉพาะบนถนนที่ขรุขระและเลี้ยวโค้ง การยุบและยืดตัวของสปริงที่เกิดขึ้นซ้ำ ๆ กันตลอดเวลา อาจจะถึงขั้นทำให้ผู้ขับขี่ไม่สามารถควบคุมหรือบังคับรถได้ จึงจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์หรือกลไกบางอย่างเพื่อหน่วงหรือต้านการยุบและยืดตัวของสปริงที่เกิดขึ้นซ้ำ ๆ กันให้เหลือน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้หรือหมดไปโดยเร็ว อุปกรณ์หรือกลไกดังกล่าวที่นำมาใช้ได้แก่ โช้กอัพ (Shock Absorber)

หน้าที่ของโช้กอัพ

                โช้กอัพเป็นอุปกรณ์ลดแรงกระแทกและการสั่นสะเทือนในระบบกันสะเทือนของรถ หน้าที่ของโช้กอัพ (Purpose of Shock Absorbers) ได้แก่

                1.หน่วงหรือด้านการยุบและยึดตัวของสปริงที่เกิดขึ้นให้เหลือน้อยที่สุดเท่าที่จะทำได้หรือให้หมดไป

                2.ทำให้สปริงกลับไปอยู่ตำแหน่งเดิมได้รวดเร็วและหยุดการเต้นของรถยนต์ ซึ่งจะเกิดขึ้นจากแรงกระแทกกับถนนเป็นระยะ ๆ

                3.การที่ช่วงล่างลดการสั่นสะเทือน จะช่วยทำให้การบังคับรถมีประสิทธิภาพมากขึ้น

                4.รักษาสมดุลตัวถังรถ ลดอาการโคลงและการโยนตัวของรถ

                5.ทำให้การขับขี่รถนุ่มนวลสะดวกสบายมากยิ่งขึ้น

                6.ลดการสึกหรอของยาง และกลไกการบังคับเลี้ยว

ส่วนประกอบของโช้กอัพ

                ส่วนประกอบของโช้กอัพ (Structure of Shock Absorbeorbers) ถูกออกแบบเพื่อให้มีความหนืดซึ่งประกอบด้วยส่วนที่สำคัญ ๆ ได้แก่

                1.ปลอกกันฝุ่น (Dust Shield)

                2.ห้องของเหลว (Fluid Reservoir)

                3.ชุดลูกสูบ (Piston Set)

                4.กระบอกสูบ (Cylinder)

                5.ก้านสูบ (Piston Rod)

                6.ห้องน้ำมันสำรอง (Reservoir Tube)

                7.ซีลกันน้ำมัน (Sealed)

                โช้กอัพมีลักษณะการทำงานหลายอย่าง เช่น ทำงานด้วยความฝืด (Friction) อากาศอัด (Compressed Air) และไฮดรอลิก (Hydraulic) ซึ่งเป็นที่นิยมใช้ในปัจจุบัน โช้กอัพแบบไฮดรอลิกจะบรรจุของเหลวเป็นตัวกลางในการทำงานและใช้แรงดันเพื่อให้เกิดแรงต้านขึ้นภายในกระบอกโช้กอัพดันผ่านรูเล็ก ๆ เมื่อโช้กอัพทำงานโดยการยุบและยึดตัวของสปริง ความต้านทานต่อการเคลื่อนที่ของของเหลวผ่านรูเล็ก ๆ จะหน่วงการเคลื่อนที่ของสปริง ซึ่งจะทำให้การเคลื่อนที่กลับไปมาหรือการยุบหรือยืดตัวของสปริงหมดไปโดยเร็ว วิ่งจะสอดคล้องกับสภาพของพื้นถนนที่อยู่ในสภาวะการขับขี่

ชนิดของโช้กอัพ

                ชนิดของโช้กอัพ (Types of Shock Absorbers) โช้กอัพที่นิยมใช้ทั้งระบบรองรับน้ำหนักด้านหน้าและด้านหลังจะเป็นแบบทำงานโดยตรงหรือแบบรูปทรงกระบอก (Telescope) ทำงานทั้งสองทางคือ ทำงานทั้งสปริงยุบหรือยืดตัว โช้กอัพที่ใช้มีหลายแบบคือ มีทั้งแบบกระบอกสูบขนานกันและแบบกระบอกสูบอยู่ตรงข้ามกัน ซึ่งทั้งสองแบบนี้ มีกระบอกสูบหนึ่งสำหรับการยุบตัวและกระบอกสูบอีกอันหนึ่งสำหรับการยืดตัว การเคลื่อนที่ของปีกนกเกิดขึ้นเมื่อล้อรถเคลื่อนที่ขึ้นลงทำให้ลูกสูบถูกดันเข้าไปในกระบอกสูบใดกระบอกสูบหนึ่ง ลูกสูบจะดันของเหลวให้ผ่านรูเล็ก ๆ เป็นการหน่วงการเคลื่อนที่กลับไปมาของสปริงและการเคลื่อนที่ของล้อรถ โช้กอัพแต่ละแบบมีลักษณะการทำงานดังนี้

                1.โช้กอัพแบบทำงานโดยตรง (Direct-Acting Shock Absorber)หรือทำงานสองทาง(Double Acting) ลักษณะสำคัญ คือ จะหน่วงการเคลื่อนที่ของสปริงทั้งยุบและยืดตัว โช้กอัพแบบทำงานสองทางในจังหวะยืดตัวของสปริง (Rebound Stroke)จะให้ความต้านทานหรือความหน่วงมากกว่าจังหวะยุบตัว(Compression Stroke)

                หลักการทำงานของโช้กอัพ คือ เมื่อสปริงยุบหรือยืดตัว ลูกสูบจะดันของเหลวภายในกระบอกสูบผ่านรูเล็กๆ ของเหลวที่ไหลผ่านรูเล็กๆ จะทำให้เกิดความฝืด แรงต้านจองน้ำมันเกิดขึ้นเมื่อการยืดตัว และจะไม่เกิดแรงด้านเมื่อยุบตัวลงเพราะว่าน้ำมันภายในกระบอกโช้กถูกลูกสูบที่เคลื่อนที่ดันให้น้ำมันผ่านลิ้นลูกสูบได้อย่างไรอย่างรวดเร็วจึงไม่เกิดแรงต้านขึ้น

                2.โช้กอัพแบบมีห้องบรรจุแก๊ส (Gas-Filled Cell Shock Shock Absorber) เรียกโดย ทั่วไปว่าโช้กอัพแก๊ส เป็นโช้กอัพที่ได้รับการปรับปรุงให้มีคุณภาพสูงขึ้น การออกแบบคล้ายกับโช้กอัพแบบทำงานสองทาง การเคลื่อนที่ของน้ำมันอย่างรวดเร็วระหว่างห้องด้านบนและห้องด้านล่างในช่วงการยุบและยืดตัว อาจทำให้เกิดฟองอากาศขึ้นได้ในน้ำมันไฮดรอลิก อากาศจะผสมกับน้ำมัน โช้กอัพจะมีความหนืดน้อยลงเพราะลูกสูบจะเคลื่อนตัวผ่านฟองอากาศ ซึ่งทำให้ความต้านทานลดลง การควบคุมการเต้นของล้อจะลดลงด้วย การกำจัดฟองอากาศทำได้ 2 วิธี คือ

                1.ใช่ร่องเฉียง (Spiral Groove) ในท่อห้องเก็บน้ำมันร่องนี้จะทำให้ฟองอากาศให้น้ำมันแตกกระจาย

                2.ทำห้องบรรจุแก๊สรั่วไว้ ห้องแก๊สซึ่งอยู่ในห้องเก็บน้ำมันจะทำหน้าที่เหมือนกับห้องอากาศจะยืดหรือหดตัวเมื่อลูกสูบเคลื่อนขึ้นลง แบบนี้จะไม่มีอากาศหรือฟองอากาศผสมกับน้ำมันจึงเป็นการป้องกันไม่ให้เกิดมีฟองอากาศในน้ำมัน

โครงสร้าง ตอนล่างภายในกระบอกสูบของโช้กอัพจะบรรจุแก๊สไนโตรเจนที่มีแรงดันสูงถึง 2.-30 กิโลกรัม/ตารางเซนติเมตร มีลูกสูบอิสระที่ทำหน้าที่แยกน้ำมันออกจากกัน และจะเลื่อนขึ้นลงตามสภาวะการยุบตัวและยึดตัวของโช้กอัพ

ลักษณะการทำงาน มีรายละเอียดดังนี้

เมื่อเกิดการยุบตัว แกนลูกสูบได้รับการกระแทกก็จะเคลื่อนตัวลง น้ำมันถูกอัดตัว เกิดแรงดันน้ำมันในห้องด้านล่างที่สูงกว่าห้องน้ำมันด้านบน น้ำมันในห้องด่านล่างถูกดันเข้าสู่ห้องน้ำมันด้านบนโดยผ่านสิ้นลูกสูบ ขณะเดียวกัน แรงต้านจะเกิดขึ้นจากการไหลผ่านสิ้นลูกสูบ แก๊สไนโตรเจนที่มีแรงดันมากกว่าก็จะพยายามดันน้ำมันในห้องด้านล่างให้ผ่านขึ้นสู่ห้องน้ำมันด้านบนในขณะที่ยุบตัว

ขณะที่ยึดตัวขึ้น แกนลูกสูบยืดตัวขึ้น ทำให้น้ำมันภายในห้องด้านบนลูกสูบมีแรงดันที่สูงกว่าห้องด้านล่าง น้ำมันภายในห้องด้านบนถูกดันผ่านสิ้นลูกสูบเข้าสู่ห้องน้ำมันด้านล่าง ทำให้แกนลูกสูบถูกดันให้เลื่อนขึ้น เป็นผลมาจากแรงต้านที่มากระทำที่ลิ้นลูกสูบ ปริมาตรน้ำมันจะถูกทดแทนโดยลูกสูบ จากการที่ลูกสูบอิสระถูกดันขึ้นด้วยแรงดันของแก๊สไนโตรเจนแรงดันสูงตอนล่างของกระบอกโช้กอัพ

3.โช้กอัพแบบกระบอกคู่ ภายในเปลือกของโช้กอัพจะมีกระบอกสูบหรือท่อแรงดันและมีลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นลงอยู่ภายใน ฐานของแกนลูกสูบจะเป็นที่ติดตั้งลิ้นลูกสูบ เพื่อทำหน้าที่ป้อนแรงต้านเมื่อโช้กอัพยืดตัวขึ้น ด้านล่างของกระบอกสูบจะเบสวาล์วทำหน้าที่ป้อนแรงต้านในขณะที่โช้กอัพยุบตัวลงโดยภายในกระบอกสูบจะบรรจุน้ำมันไว้ ในห้องเก็บน้ำมันสำรองจะทำหน้าที่เป็นถังเก็บน้ำมันเอาไว้ให้น้ำมันเข้าออกจากกระบอกสูบ และบรรจุน้ำมันประมาณ 2-3 ส่วน ส่วนที่เหลือจะบรรจุอากาศที่มีแรงดันเท่ากับแรงดันบรรยากาศ

หน่วยที่ 2 ระบบรองรับน้ำหนัก

(Suspension  System)

ระบบรองรับน้ำหนัก  (Suspension  Systems)  หมายถึง  ระบบการใช้สปริง  โช้คอัพ  และแกนต่อต่าง ๆ  ที่ใช้เป็นตัวรองรับหรือคั่นกลางระหว่างโครงรถ  (Frame)  ตัวถัง  (Body)  เครื่องยนต์และระบบขับเคลื่อนก่อนที่จะส่งผ่านไปยังล้อรถ  และทำหน้าที่ลดแรงกระแทกเมื่อถนนขรุขระ  ระบบรองรับน้ำหนักมีหลายแบบ  แต่ละแบบทำหน้าที่รับน้ำหนักของอุปกรณ์ตลบอดจนน้ำหนักบรรทุก    ซึ่งจะอยู่ด้านบนสปริง  เรียกว่า  น้ำหนักเหนือสปริง  (Sprung  Weight)  เป็นน้ำหนักที่สปริงไม่ได้รองรับน้ำหนักส่วนนี้  ได้แก่  ล้อและยาง  (Wheel  and  Tire)  ห้ามล้อ  และชุดเพลาท้าย  (Rear  Axle)  เป็นต้น

หน้าที่ของระบบรองรับน้ำหนัก

                ระบบรองรับน้ำหนักมีหน้าที่สำคัญ ๆ ได้แก่

                1.  รองรับน้ำหนักเหนือสปริงและน้ำหนักบรรทุก  โดยที่สปริงจะทำหน้าที่ลดการสั่นสะเทือนอันเนื่องมาจากความไม่ราบเรียบของพื้นผิวถนน  (Road  Shock)

                2.  ช่วยให้การบังคับรถมีประสิทธิภาพ  การที่รถไม่สั่นสะเทือนก็จะทำให้สิ่งของที่บรรทุกไม่เสียหาย

                3.  ลดความเค้นที่เกิดขึ้นกับชิ้นส่วนรถยนต์อันเนื่องมาจากการกระแทกจากพื้นผิวถนน

                4.  รักษาสมดุลตัวถังรถให้วิ่งไปบนถนนในทุกสภาพ  ไม่ว่ารถจะวิ่งบนถนนขรุขระมากน้อยเพียงใด

                5.  ลดอาการโคลง  (Rolling)  และการโยนตัวของตัวถัง  (Pitching)  ที่เกิดขึ้นให้น้อยที่สุด

                หลักการของระบบรองรับน้ำหนักรถยนต์มีดังนี้  คือ

                1.  ลดอาการโคลงและการโยนตัวของตัวถังรถ  โดยการใช้และติดตั้งขนาดของสปริงอย่างเหมาะสม

                2.  ใช้เครื่องผ่อนการสะเทือนร่วมกับสปริง

                3.  ลดน้ำหนักใต้สปริง  (Unsprung  Weight)  ให้เหลือน้อยที่สุด  เพื่อไม่ให้ส่งแรงกระแทก     ไปยังตัวถังและคนที่นั่งในรถ

สาเหตุที่ตัวถังรถสั่นสะเทือน

                การที่ตัวถังรถเกิดสั่นสะเทือนเป็นผลสืบเนื่องมากจากน้ำหนักบรรทุก  สภาพของพื้นผิวถนนน้ำหนักที่ถูกรองรับและน้ำหนักที่ไม่ถูกรองรับ  (Sprung  Weight  and  Unsprung  Weight)  ตัวถังรถยนต์จะถูกรองรับด้วยสปริง  น้ำหนักของตัวถังและส่วนประกอบอื่น ๆ ที่ถูกรองรับด้วยสปริงนั้นเรียกว่า  น้ำหนักเหนือสปริงหรือสปรังเวต  (Sprung  Weight)  ส่วนที่ไม่ได้ถูกรองรับด้วยสปริง  เช่น  ล้อ  เพลา  และส่วนอื่น ๆ  เรียกว่า  น้ำหนักใต้สปริงหรืออันสปรังเวต  (Unsprung  Weight)  โดยทั่วไปน้ำหนักเหนือสปริงจะมีมากกว่าน้ำหนักใต้สปริง  ซึ่งจะทำให้เกิดความนิ่มนวลในการขับขี่และ            มีเสถียรภาพที่ดีกว่า  นอกจากนั้นยังช่วยลดแรงเหวี่ยงและแรงกระแทกของตัวถัง  ในทางตรงกันข้าม     ถ้าน้ำหนักใต้สปริงมีมากกว่า  จะทำให้ตัวถังรถเกิดการโคลงและสั่นสะเทือน  เป็นผลให้การขับขี่      ไม่สะดวกสบายเท่าที่ควร  อาการสั่นสะเทือนและการโคลงของตัวถังรถจำแนกออกได้ดังนี้

                1.  อาการสั่นสะเทือนที่เกิดจากน้ำหนักเหนือสปริง  (Sprung  Weight)  จะทำให้เกิดอาการดังนี้  

                        1.1  การโคลงตัว  (Rolling)  เป็นอาการที่เกิดจากการยืดและยุบตัวของสปริงทั้งสองด้านไม่เท่ากัน  คือ  ด้านหนึ่งยืดอีกด้านหนึ่งยุบ  เช่น  กรณีเลี้ยวรถ  หรือถนนเป็นหลุมเป็นบ่อ  จึงทำให้เกิดอาการโครงตัวของตัวถังขึ้น

                        1.2  การเต้น  (Bouncing)  เป็นอาการเคลื่อนตัวขึ้นลงของตัวถังรถ  การเต้นของตัวถังรถเกิดจากการที่รถวิ่งด้วยความเร็วสูงบนถนนที่เป็นคลื่น  นอกจากนั้นการเต้นอาจจะเกิดขึ้นกับรถที่ใช้สปริงอ่อนมากกว่ารถที่ใช้สปริงแข็ง

                        1.3  การส่าย  (Yawing)  เป็นอาการเคลื่อนคัวของตัวถังรถในลักษณะขึ้นลงไปทางด้านซ้ายและขวา  มักจะเกิดขึ้นพร้อมกับการกระดอนของตัวถังรถ

                        1.4   การกระดอน  (Upspring)  เป็นอาการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นในลักษณะขึ้นลงด้านหน้าและด้านหลังของตัวถังรถ  อาการที่เกิดขึ้นนี้จะเกิดขึ้นได้โดยง่ายกับรถที่ใช้สปริอ่อน  และเมื่อรถวิ่งผ่านบนถนนที่เป็นหลุมเป็นบ่อ

           2.  อาการสั่นสะเทือนที่เกิดจากน้ำหนักใต้สปริง  (Sprung  Weight)  จะทำให้เกิดอาการดังนี้ 

                     2.1  การม้วนตัวของแหนบ  (Wind  Up)  เป็นอาการสั่นสะเทือนที่เกิดจากแหนบของระบบรองรับที่พยายามจะม้วนตัวเองไปรอบ  ๆ  เพลา  ในขณะขับเคลื่อน

                     2.2  การกระดอน  (Traming)  เป็นอาการสั่นสะเทือนของล้อรถทั้งด้านซ้ายและด้านขวา  อาการกระดอนของล้อมักจะเกิดขึ้นได้ง่ายกับรถยนต์ที่ใช้ระบบรองรับแบบคานแข็ง

                    2.3  การกระโดด  (Hopping)  เป็นอาการสั่นสะเทือนที่เกิดจากล้อรถเต้นขึ้นลง  ซึ่งมักจะเกิดขึ้นเมื่อรถวิ่งบนถนนพื้นผิวถนนเป็นลูกคลื่นและขับขี่ผ่านด้วยความเร็วสูง

ชนิดของสปริง

1.  แหนบ  (Leaf  Springs)

2.  สปริงขด  (Coil  Springs)

3.  แหนบบิดหรือทอร์ชันบาร์  (Torsion  Bar)

4.  สปริงลม  (Air  Spring)

5.  ไฮโดรนิวแมติกสปริง  (Hydro-Pneumatic  Spring)