סוגי הקפיצים ברכב משפיעים רבות על התנהגות הרכב. השיקולים לבחירה בכל סוג קפיצים, רבים ומגוונים ותלויים גם ביעוד הרכב. קפיצי העלים הם הפשוטים ביותר, ומתוקף כך גם הזולים ביותר לייצור ולהרכבה. קפיצים אלו מאפיינים כיום בעיקר רכב כבד, אך יש לזכור שהחבר'ה מדטרויט מאד אהבו אותם עד לא מזמן לכל יצירי כפיהם, ובחלק מהדגמים המיוצרים תמצאו קפיצים שכאלו גם כיום.
אופן פעולתם של קפיצי העלים פשוט מאד:
כאמור בכתבה הקודמת, תכונתה העיקרית של הפלדה המאפשרת שימוש בה לקפיצים היא האלסטיות. אלא שגם לצורת עיבוד הפלדה יש חשיבות. קחו, למשל, סרגל פלסטיק פשוט ונסו לכופפו כאשר צדו הדק מופנה אליכם. לא יקשה עליכם לעשות זאת, ומיד לכשתרפו, יחזור הסרגל למצבו הראשוני. כך בדיוק מתנהג קפיץ העלה: הוא רתום בשני קצותיו לשלדה, ובמרכזו למתלה. כאשר הגלגל עולה על מהמורה, לוחץ המתלה על הקפיץ כלפי מעלה וזה מתעוות וחוזר למקומו לאחר מעבר המהמורה. שימוש באורכים שונים של עלים, בעוביים שונים ובאיגודם לקבוצות, מאפשר ^לשחק^ עם גמישותם ועם התנגדותם לאורך מהלך הלחיצה. כך ניתן לקבל קפיץ דו-שלבי, בעל גמישות רבה בתחילה (שימוש בעלים ארוכים ודקים) וקשיחות רבה לקראת סוף המהלך (עלים קצרים ועבים). במהלך ההתכווצות, מתחככים העלים זה בזה ומוסיפים התנגדות לכוח המופעל עליהם. כל מי שהיטלטל במשאית ריאו צבאית (לא הריו של קאיה..) בשטחי באלי^ש, מכיר היטב קפיצים(?) אלו, דרך ישבנו (או מה שנשאר ממנו)....
יתרון קפיצי העלים, פרט לעלותם ופשטותם, הוא בחיבורם לשלדה. מספר תותבי גומי בתוך תושבות המחוברות לשלדה במספר חיבורים קטן (גם שניים מספיקים), ואידך זיל גמור. החסרונות רבים: הם תופסים הרבה מקום, מנמיכים את גחון המכונית באזור הגלגל ונוחותם, איך לומר, לא משהו. גם התנגדותם לתנועה רוחבית של המתלה מוגבלת וללא סיוע אחר, ייווצרו תנאים לתת-היגוי.
סלסול תמידי
הלכו מהנדסינו ואמרו: מה שטוב לעט הכדורי הקפיצי, ומה שטוב לשסתומים במנוע, בודאי יוכל לתפקד במתלה. בנו קפיצי סליל, בהם התיל לולייני, ורתמוהו לשלדה מצד אחד (העליון) ולמתלה, בצידו התחתון. בקפיץ הסליל, מעבר לתנועת הכיווץ, יש גם תנועת פיתול, שכן קצוות הסליל תפוסים, ומאחר שאורכו אינו יכול להשתנות, הקפיץ מתכווץ גם בכיוון מעלה הסליל, כלומר פיתול. תכונה זו מוסיפה ליכולת ספיגת האנרגיה שלו ומשפרת את האלסטיות. לקפיצי סליל מספר פרמטרים חשובים, מעבר לקשיחות הפלדה: קוטר התיל ממנו נעשה הקפיץ והיחס בין גובה הקפיץ לקוטר הסליל. נהוג , ככלל אצבע, להגיד שקפיץ לא יקרוס בעת הפעלת כוח עליו (כלומר - לא יקבל ^בטן^ במרכזו), אם גובהו לא יהיה גדול פי ארבעה מקוטרו. מעל יחס זה, נצטרך לייצב את הקפיץ בדרך כלשהי. איך עושים זאת? על כך נדון כאשר מתלה מקפרסון ייכנס לתמונה.
יתרון קפיץ הסליל הוא בנפח הקטן שהוא תופס, המאפשר יותר גמישות בתכנון מיקומו, גמישותו רבה יותר ביחס לקפיצי העלים (ועיין ערך לנד-רובר וקפיצי הסליל שלה ביחס לקפיצי העלים של ג'יפים אחרים) וכתוצאה מכך מושגים מהלך מתלה גדול יותר ונוחות טובה יותר.
במוטות פיתול תעשה לך מלחמה
מוטות פיתול הם הפתרון הנפוץ לתליית גלגלי מרכוב בטנקים ובנגמ^שים. ומה לנו ולהם? כשם שטנק המרכבה מתנודד על קפיצי סליל, המקנים לו יכולת עבירות מדהימה, כך מוטות הפיתול נמצאים בשימוש נרחב בתעשיית הרכב, בפרט במכוניות המיני, סופר מיני והקומפקטיות. מוט הפיתול מתבסס אף הוא על האלסטיות של הפלדה, אלא שהפעם בכיוון הפיתול: המוט רתום בצדו האחד ללא יכולת תזוזה, ובצדו השני למתלה. עליית הגלגל על מהמורה מפתלת את המוט וזה, בתגובה, מחזיר את הגלגל הסורר למקומו. סידור כזה אופייני למתלים אחוריים בלבד, שכן מלפנים פשוט אין מקום להעביר את המוט לרוחב המכונית. מאחור, לעומת זאת, ניתן להציב את בולם הזעזועים בזויות שטוחות מאד. באופן זה, למתלה על בסיס מוט פיתול יתרון בהגדלת המקום למושבים האחוריים ובהשטחת רצפת תא המטען - זוכרים את הרנו 4?
מבוקש: חי או מת
באופן בסיסי, אנו מבחינים בין שני סוגי מתלים: מתלים נפרדים, או עצמאיים, ומולם - מתלים שאינם נפרדים. ההבדל המהותי בין שני הסוגים הוא השפעת גלגל אחד על משנהו, כששניהם רתומים לאותו ציר (או סרן, בעברית תקנית). במתלה נפרד, כאשר גלגל פוגש במהמורה, רק המתלה המחובר לגלגל זה יגיב לתנועת הגלגל, בעוד שהגלגל השני יישאר אדיש. במתלה בלתי נפרד, חלק מתנועת המתלה עקב המהמורה יועבר לגלגל השני. באופן כללי, מתלה נפרד נוח יותר לנוסעים, אך יקר יותר ובעל סיכונים מסוימים בסיבובים, אם אינו מכויל כראוי. על כך עוד נרחיב את הדיבור.
מתלה בלתי נפרד מופיע בדרך כלל בצורת סרן חי או מת. הוא מאפיין בעיקר משאיות וכלי רכב כבדים, שבהם מטופלת נוחות הנסיעה לא רק על-ידי המתלים. סרן ^חי^ הוא סרן מונע על-ידי מערכת העברת התנועה מהמנוע, ובמרכזו יהיה דיפרנציאל, האחראי להקנות מהירויות שונות לגלגלים בעת פניות. סרנים חיים, בין אם הם משמשים להנעה אחורית ובין אם לקדמית, הם בדרך כלל כבדים מאד. הציר אמור לשאת את משקל הרכב העמוס (כמחצית ממנו, ברכב עם שני צירים), להעביר את התנועה, לשאת במרכזו את הדיפרנציאל ולתמוך בגלגלים. מסיבה זו, המשקל הבלתי מוקפץ של סרן חי גבוה מאד, ונוחות הנסיעה נמוכה. מצד שני, ייצורו פשוט וזול יחסית - הוא אינו מתוחכם, בנוי מפלדות פשוטות בתהליכי ייצור פשוטים (ערגול צינורות...), ועל כן הוא שיטת המתלה המובילה במשאיות וגם באוטובוסים. אלה האחרונים, אגב, מתגברים על בעיות הנוחות הנובעות מהסרן החי על-ידי הפרדת המרכב מהשלדה באמצעים אחרים, כמו כריות אויר.
עקרונית, לקחת את הגלגלים הלא מונעים ולחברם באמצעות סרן מת, במכוניות נוסעים, הוא פתרון לא חכם, בהמעטה. פשוט ותועלתי יותר להתקין מתלי מקפרסון (עוד נגיע...). עם זה, ניתן לראות סרנים מתים בכלי רכב מסחריים (דוקאטו, הרקולס, בוקסר ועוד) מסיבה פשוטה מאוד - רצפת תא המטען שטוחה לחלוטין בתצורה זו.
לסרנים חיים ומתים יש חסרונות נוספים: הואיל וגוף הרכב נתמך רק על הקפיצים, ריסון גלגול הגוף בסיבובים אינו משוכך כראוי. אמנם, הקשחת הקפיצים תסייע במיתון התופעה, אך מנגד - נוחות הנסיעה...גם שימוש בקפיצי סליל לא יהיה אופטימלי, שכן עמידותם הנמוכה בכוחות צד תגרום לתנועה רוחבית של גוף הרכב. מאידך גיסא, תנועת גוף הרכב בפניות לא גורמת לשינוי בשפיעת האופן, ועל כן ההתנהגות צפויה בפניות.
אבל בכל זאת, נהגו פתרונות למצב זה, רק בגלל השיקולים הכספיים ופשטות הייצור. לפתרונות אלה קוראים מוט פנהארד, מחבר וואט ומוטות רדיוס.
פנהארד, וואט ושאר ירקות
המצאת מוט פנהארד באה לפתור את התנועה הרוחבית של הסרן החי בעת פנייה. המוט משמש, בעצם, כמעצור קשיח כנגד התנועה המגיבה של הגלגל, הגורמת לו לשנות את שפיעתו ולגרום לתת היגוי. המוט מחובר בצדו האחד למתלה הגלגל ובצידו השני לשלדה, ועובר לכל רוחב הרכב. בעת פניה, נוצר כוח לאורך המוט, ובגלל קשיחותו הוא עוצר את השינוי בשפיעת הגלגל. כמובן, מוט עבה יותר יעמוד בכוחות גדולים יותר. מוט הפנהארד קרוי על שם חברת פנהארד את לבסור, החברה הצרפתית המהפכנית של תחילת המאה שעברה, שתצורת הרכב שיצרה ב-1901 (מנוע אורכי ותיבת הילוכים מאחוריו, המניעה את הסרן האחורי) הייתה החלוצה והשפיעה על כל עולם הרכב. למוט זה נוצרו שיפורים רבים, ביניהם מוט מתכוונן, לכיול היגוי היתר הרצוי. מוט זה מורכב משני חלקים, בעלי מחבר בורגי המאפשר כוונון מדויק.
מהצד השני של תעלת למאנש הומצא מחבר וואט: שני מוטות המחוברים ביניהם במחבר צירי, כך שתנועת אחד המוטות משפיעה מיד על השני. כמובן, הכוחות נוצרים כתוצאה מפנייה, ותנועת המוטות מאפשרת שמירת הסרן במרכז המכונית. מדוע זה נחוץ? בזמן פנייה, בגלל הכוחות הרוחביים, הגלגלים שואפים לפנות כלפי חוץ הסיבוב ולגרום לתת היגוי. כתוצאה מכך, כל הסרן מסתובב סביב נקודה דמיונית במרכזו ומחריף את היגוי היתר. מחבר וואט מאפשר לשמור את הסרן במרכז, ומשפר את ההתנהגות בסיבובים. דוגמא טובה לסידור כזה ניתן לראות באלפא 75 הזכורה לטוב: מכונית עם סרן חי אחורי ומחבר וואט, שהתנהגותה הספורטיבית הייתה ידועה בציבור.
מוט רדיוס הוא דרך אחרת להתמודד עם נטיית הסרן לפנות בעת סיבוב. כשמו כן הוא, מיועד מוט הרדיוס לשמור את הסרן ברדיוס פניה קבוע. לפיכך, הוא מותקן לכיוון הנסיעה, כך שניסיון הפניה של הסרן, תוך גרימת תת היגוי, נתקל במוט קשיח המתנגד לשינוי מקום הסרן. בכך הוא שומר על מיקום הסרן בפניה.
דיו, דיו, דה דיון
אחד היתרונות במתלים לא עצמאיים, עליו לא רצו המהנדסים לוותר, הוא יציבות הרכב בסיבובים, בשל התעקשות הגלגלים להישאר בזוית שפיעתם. בניסיון לשמר את היתרון הזה, תוך כדי התפטרות מהמשקל הבלתי נתמך הרב ושיפור נוחות הנסיעה, הומצא מתלה דה-דיון. במתלה זה נעשה ניסיון להפריד את הרכיבים המחוברים לשלדה מהגלגלים, באמצעות שימוש במחברים אוניברסליים - צלבים, בלעז. בדרך זו חלק מתנועת הגלגל נבלע בחופש של הצלב ואינו מועבר לשאר המתלה. בכך מוקטנת תנועת המשקל הבלתי נתמך, ומשתפרת נוחות הנסיעה. פטנט נוסף לשיפור הנוחות הוא צינור דה-דיון. זהו צינור בעל שני חלקים, החיצוני מחובר לגלגל אחד והפנימי לשני. שני החלקים יכולים לנוע אחד כנגד השני, כתוצאה מהתפתחות כוחות צד. באופן זה, שומר הצינור על מקבילות הגלגלים בכל תנאי הנסיעה, כך שהם תמיד מקבילים גם לפני הכביש, כולל בסיבובים, והיציבות בפניה נשמרת. למרות יתרונות אלה, עדיין מדובר במתלה בלתי עצמאי, על מגבלות נוחות הנסיעה שלו. גם כאן האלפא 75 הציגה מתלה דה-דיון, משולב במחברי וואט בסרן האחורי החי שלה.
בפרק הבא נחגוג את יום העצמאות - המתלים העצמאיים, תחילתה של ידידות מופלאה בין הכביש לישבנם של הנוסעים, אך כמו בכל פתרון הנדסי - על חשבון משהו אחר.
