تبختر ماكفرسون

دعامة ماكفرسون هي نوع من أنظمة تعليق السيارات ، تستخدم الجزء العلوي من مخمد تلسكوبي كمحور توجيه علوي. ^{[ 1 ]} وهي شائعة الاستخدام في نظام التعليق الأمامي للسيارات الحديثة. وقد سُميت بهذا الاسم نسبةً إلى مهندس السيارات الأمريكي إيرل إس. ماكفرسون ، الذي ابتكر هذا التصميم وطوّره.

تم تعيين إيرل إس. ماكفرسون كبير مهندسي مشروع سيارة شيفروليه الخفيفة في عام 1945. وقد كُلِّف بتطوير سيارة جديدة أصغر حجماً لسوق ما بعد الحرب مباشرة، وهو جهد أدى إلى سيارة شيفروليه كاديت .

كانت سيارة كاديت مُهيأة لتكون مركبة رائدة، وقد أظهرت النماذج الثلاثة التي بُنيت بحلول عام 1946 مجموعة واسعة من الابتكارات. كان من بينها نظام تعليق مستقل جديد ثوري يتميز بما يُعرف الآن باسم دعامة ماكفرسون. كان من المُقرر أن تكون كاديت أول سيارة إنتاجية مزودة بدعامات ماكفرسون، ولكن تم إلغاء المشروع في عام 1947 ولم يُطرح في الأسواق قط. ويعود ذلك في جزء كبير منه إلى مخاوف شركة جنرال موتورز بشأن هوامش الربح المُتوقعة لسيارة كاديت. ^{[ 2 ]}

بعد تجميد مشروع كاديت، غادر ماكفرسون شركة جنرال موتورز مستاءً لينضم إلى شركة فورد . تم تقديم طلبات براءات اختراع في عام 1947 ( براءة الاختراع الأمريكية رقم 2,624,592 لشركة جنرال موتورز) ^{[ 3 ]} وفي عام 1949 ( براءة الاختراع الأمريكية رقم 2,660,449 لشركة فورد) ^{[ 4 ]} ، حيث استندت براءة الاختراع الأخيرة ^{[ 5 ]} إلى تصاميم غيدو فورناكا من شركة فيات في منتصف عشرينيات القرن الماضي. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

ربما استلهم ماكفرسون تصميم دعاماته الجديد من تصاميم سابقة أخرى. فقد يكون نظام التعليق بالدعامات في طائرة ستاوت سكاراب ما قبل الحرب قد أثر عليه، وكانت الدعامات طويلة المدى في معدات هبوط الطائرات معروفة جيدًا آنذاك. واستخدمت شركة كوتين-ديغوت الفرنسية تصميمًا مشابهًا، وإن كان بنوابض ورقية أقل تطورًا ، ^{[ 8 ] [ 9 ]} إلا أن نظام التعليق الأمامي لكوتين-ديغوت استُلهم بدوره من تصميم المهندس الأمريكي ج . والتر كريستي عام 1904. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

قام ماكفرسون بتصميم الدعامة لجميع العجلات الأربع، ولكنها تستخدم عادة للتعليق الأمامي فقط، حيث توفر محور توجيه بالإضافة إلى حامل تعليق للعجلة.

كثيراً ما يُشار خطأً إلى سيارة فورد فيديت الفرنسية موديل 1949 على أنها أول سيارة إنتاجية تستخدم دعامات ماكفرسون ، ^{[ 12 ] [ 13 ]} إلا أنها طُوّرت قبل ماكفرسون، بنظام تعليق أمامي مستقل يعتمد على أذرع متقاطعة ونابض لولبي علوي. ^{[ 14 ]} وفي عام 1954 فقط، بعد أن اشترت شركة سيمكا مصنع فيديت، تحولت سيارة سيمكا فيديت المُعدّلة إلى استخدام الدعامات الأمامية. ^{[ 14 ]}

بعد وصول ماكفرسون إلى شركة فورد، كانت أول سيارة إنتاجية تتميز بدعامات ماكفرسون هي سيارة فورد كونسول المصنعة في بريطانيا عام 1950 وسيارة زفير اللاحقة .

يتكون نظام التعليق ماكفرسون من المكونات التالية كما هو موضح في الجدول أدناه.

يستخدم نظام التعليق ماكفرسون ذراعًا مزدوجًا، أو وصلة ضغط قوية مثبتة بوصلة ثانوية، توفر نقطة تثبيت لحامل محور العجلة . يوفر نظام الذراع السفلي تحديدًا جانبيًا وطوليًا للعجلة. يُثبَّت الجزء العلوي من حامل المحور بإحكام في الجزء السفلي من الجزء الخارجي للدعامة. ينزلق هذا الجزء لأعلى ولأسفل على الجزء الداخلي، الذي يمتد لأعلى مباشرةً إلى نقطة تثبيت في هيكل السيارة. يحدد الخط الواصل بين نقطة التثبيت العلوية للدعامة والمفصل الكروي السفلي على ذراع التحكم ميل محور التوجيه . قد يكون محور الدعامة مائلًا للداخل من محور التوجيه في الأسفل، لتجنب احتكاكه بالإطار، مما يجعل الجزء السفلي يتبع قوسًا عند التوجيه.

استفاد نظام التعليق ماكفرسون من إدخال تقنية الهيكل الأحادي ، إذ يتطلب تصميمه مساحة رأسية كبيرة وقاعدة تثبيت علوية قوية، وهو ما توفره هذه التقنية. كما يوزع الهيكل الأحادي إجهادات نظام التعليق. ^{[ 15 ]} يحمل نظام التعليق عادةً كلاً من الزنبرك اللولبي ، الذي يُعلق عليه هيكل السيارة، وممتص الصدمات ، الذي يكون عادةً على شكل خرطوشة مثبتة داخل نظام التعليق (انظر: نظام التعليق اللولبي ). يمكن أيضًا دمج ذراع التوجيه في الجزء الخارجي السفلي من نظام التعليق. يتميز هذا النظام ببساطته، ويمكن تجميعه مسبقًا كوحدة واحدة. بالإضافة إلى ذلك، يسمح إلغاء ذراع التحكم العلوي بزيادة عرض حجرة المحرك، وهو أمر مفيد للسيارات الصغيرة، خاصةً ذات المحركات المثبتة عرضيًا ، كما هو الحال في معظم سيارات الدفع الأمامي . يمكن تبسيط النظام أكثر، عند الحاجة، باستبدال ذراع نصف القطر بقضيب مانع للانقلاب ( قضيب التواء ) . ^{[ 15 ]} لهذه الأسباب، أصبح هذا النظام شائعًا جدًا لدى مصنعي السيارات منخفضة التكلفة. علاوة على ذلك، فإنه يوفر طريقة سهلة لضبط هندسة التعليق. ^{[ 16 ]}

تستبدل العديد من النسخ الحديثة ذراع التحكم السفلي بذراع على شكل حرف Y. ويُعدّ قضيب منع الانقلاب اختيارياً، وفي حال وجوده، يتم تثبيته بواسطة قضيب ذي مفصل كروي على المخمد الزنبركي، أو بواسطة قضيب ذي مفصل كروي أو مرن على ذراع على شكل حرف Y.

نظرًا لأن دعامات ماكفرسون تُدمج ضمن هيكل السيارة الأمامي، يُصبح من الأسهل تصميم سيارات تجتاز اختبارات التصادم الجزئي الأكثر صرامة باستخدام هذه الدعامات، مقارنةً بالسيارات ذات نظام التعليق ذي الأذرع المزدوجة. ومن الأمثلة البارزة على ذلك سيارات هوندا أكورد وسيفيك ، بالإضافة إلى مرسيدس الفئة E ، التي اعتمدت جميعها الدعامات لتحسين أداء السيارة في اختبارات التصادم . كما أن بساطة التصميم تعني وجود عدد أقل من الوصلات في نظام التعليق، مما يقلل من تدهور التحكم واستجابة التوجيه مع مرور الوقت . ويمكن للدعامات أحادية الأنبوب المقلوبة أن توفر صلابة إضافية لنظام التعليق الأمامي، كما هو الحال في سيارات بورش 911 GT3 وكايمان GT4 ، بالإضافة إلى سوبارو إمبريزا WRX STI . وأخيرًا، تتميز الدعامات بكفاءتها العالية في التصميم مقارنةً بأنواع أنظمة التعليق الأمامي الأخرى، مما يسمح بتوفير مساحة تخزين أمامية كبيرة في السيارات ذات المحرك الخلفي أو الوسطي، مثل بورش 911 وبوكستر .

يُظهر التحليل الهندسي أن هذا التصميم لا يسمح بحركة رأسية للعجلة دون تغيير في زاوية الميل أو حركة جانبية أو كليهما. ولا يُعتبر عمومًا أنه يوفر تحكمًا جيدًا مثل نظام التعليق ذي العظم المزدوج أو متعدد الوصلات ، لأنه يُقلل من حرية المهندسين في اختيار تغيير زاوية الميل ومركز الدوران . ولا يُمكن عادةً استخدام دعامات ماكفرسون في السيارات ذات ارتفاع الركوب القابل للتعديل من داخل المقصورة، نظرًا لتغيرات زاوية الميل التي تُعد جزءًا لا مفر منه من التصميم. ويتأثر أداء السيارة سلبًا لأن ممتص الصدمات يتحرك رأسيًا بنفس حركة العجلة تقريبًا، مما يُقلل من قوة الرفع اللازمة لكسر الاحتكاك في موانع التسرب. كما تميل دعامة ماكفرسون القياسية ذات المحور الواحد إلى إحداث احتكاك إيجابي عندما ينحرف مركز محور التوجيه عن مركز الإطارات الأمامية، مما ينتج عنه انحراف عزم الدوران.

على الرغم من العيوب، لا يزال نظام دعامات ماكفرسون يستخدم في بعض السيارات عالية الأداء، لأنها تميل إلى أن يكون لها مدى حركة تعليق صغير نسبيًا، وبالتالي لا تعاني من نفس المشاكل الحركية.

حتى عام 1989 (طراز 964)، استخدمت بورش 911 تصميم دعامات مشابهًا بدون نوابض لولبية، معتمدًا على نظام تعليق بقضبان الالتواء . ومنذ ذلك الحين، زُوّدت جميع سيارات بورش 911 بدعامات ماكفرسون أمامية، باستثناء طراز 911 GT3 المبني على طراز 992، والذي يستخدم نظام تعليق مزدوج الترقوة. ^{[ 17 ]}

في السنوات الأخيرة، قدمت جنرال موتورز وفورد نظام تعليق مُعدّل، يُعرف باسم "Hi-Per Strut" و "Revoknuckle" على التوالي، حيث يقسم هذا النظام دعامة التعليق إلى جزأين يتحكمان بشكل منفصل في مرونة الحركة لأعلى ولأسفل وديناميكيات التوجيه. من مزايا هذا التصميم زيادة مساحة التلامس وتقليل انحراف عزم التوجيه. أما عيوبه فتتمثل في زيادة الوزن والتكلفة، ولكنه يبقى أقل تكلفة من نظام التعليق ذي العظم المزدوج أو متعدد الوصلات. كما قدمت هوندا نظام تعليق آخر مُعدّل، يُسمى "ثنائي المحور"، ويُستخدم في تصميم نظام التعليق لسيارة سيفيك تايب آر . ومن بين أنواع دعامات ماكفرسون الأخرى نظام التعليق الأمامي ذو المحور المزدوج، الذي يقسم عظم الترقوة السفلي إلى قسمين مع الحفاظ على التصميم الرأسي القياسي لدعامة ماكفرسون. يتيح هذا النظام تحكمًا أفضل في هندسة التوجيه ونصف قطر الدوران، كما يسمح بتركيب مجموعة مكابح أكبر.

• تشابمان ستروت
• نظام التعليق اللولبي
• نظام تعليق مزدوج على شكل عظم الترقوة
• قضيب الدعامة

• آلات حاسبة ماكفرسون الهندسية