หลักการทำงานของช่วงล่าง Push-Rod

    หลักการทำของ Push Rod ไม่ได้แตกต่างกับช่วงล่างทั่วไปเสียเท่าไหร่ ซึ่งหน้าที่ของมันก็คือการซับแรงสะเทือนที่ส่งผ่านมาจากล้อ แต่สิ่งที่แตกต่างจากช่วงล่างทั่วไปก็คือ แนวการกระจัดหรือการเคลื่อนที่ของสปริงและโช้คอัพ ซึ่งโดยปกติแล้ว ช่วงล่างที่ติดตั้งในรถทั่วไป จะเคลื่อนที่ ขึ้น-ลง ตามทิศทางการเคลื่อนที่ของล้อ แต่สำหรับช่วงล่างแบบ Push Rod นั้น จะเคลื่อนที่ใน แนวระนาบ (ซ้าย-ขวา หรือ หน้า-หลัง)

ช่วงล่างแบบ Push Rod

ช่วงล่างแบบทั่วไป

    การเคลื่อนที่แบบแปลกประหลาดของช่วงล่าง Push Rod จะอาศัยชิ้นส่วนที่เรียกว่า ร็อคเกอร์ อาร์ม (Rocker Arms) ซึ่งมีลักษณะเป็นสามเหลี่ยม และมีจุดหมุนที่ถูกยึดอยู่กับตัวถัง โดยจะทำหน้าที่เปลี่ยนทิศทางของแรงจากแนวตั้ง (การเคลื่อนที่ของล้อ) ให้มาอยู่ในแนวระนาบ (การเคลื่อนที่ของสปริงและโช้คอัพ)

 

 

ช่วงล่างแบบ Push Rod ประจำการที่ด้านหน้าของ Lamborghini Aventador

 

    นอกจากช่วงล่างประเภท Push Rod แล้ว ยังมีช่วงล่างอีกประเภทหนึ่งที่มีลักษณะคล้ายๆ กัน นั่นก็คือช่างล่าง Pull Rod (พูล-ร็อด) นั่นเอง ซึ่งมีหลักการทำงานที่เหมือนกัน และจะมีข้อได้เปรียบเหนือกว่าช่วงล่างแบบ Push Rod ในแง่ของตำแหน่งจุดศูนย์ถ่วง

 

 

โครงสร้างช่วงล่างแบบ Push-rod ด้านซ้าย และ Pull-rod ด้านขวา

 

รถแข่ง F1 ของทีม Ferrari (2012) ใช้ช่วงล่างแบบ Pull Rod

รถแข่ง F1 ของทีม PETRONAS Mercedes Benz (2010) ใช้ช่วงล่างแบบ Push Rod

 

 

ประโยชน์ของช่วงล่าง Push Rod

1. ช่วงล่างแบบ Push Rod ช่วยลดแรงต้านอากาศ

การติดตั้งช่วงล่างในรูปแบบ Push Rod นั้น เป็นการนำเอาทั้งสปริงและโช้คอัพ ยัด เข้าไปใน บอดี้ ของตัวรถ เพราะฉะนั้น กระแสลมก็จะสามารถไหลผ่านบริเวณปีกนกได้อย่างสะดวก อีกทั้งการไหลยังมีความ ราบเรียบ หรือที่เรียกว่า ลามินา โฟลว์ (Laminar Flow) เมื่อการไหลมีความเป็นระเบียบแล้ว ก็ง่ายต่อการออกแบบระบบดูดอากาศเข้าเครื่องยนต์ (Air Intake System) รวมไปถึง การคำนวณเพื่อสร้างแรงกดในส่วนด้านหลังของตัวรถ (Rear Downforce) ซึ่งประโยชน์ในแง่แอโรไดนามิคส์นี้ จะเห็นชัดที่สุดสำหรับพวกรถแข่งประเภทล้อเปิด หรือรถแข่งฟอร์มูล่านั่นเอง เพราะฉะนั้นแล้ว รถแข่งประเภทนี้ จึงใช้ช่วงล่างแบบ Push Rod ทั้งด้านหน้า และก็ด้านหลังของตัวรถ

 

2. ช่วงล่างแบบ Push Rod ทำให้สามารถใช้งาน โช้คอัพ ได้มีประสิทธิภาพมากขึ้น

การกระจัด ของช็อค-อัพ (การเคลื่อนที่ของช็อค-อัพ) กันก่อนโดยปกติแล้ว โช้คอัพ ที่ติดตั้งอยู่ในรถยนต์ทั่วไป จะถูกเชื่อมต่อโดยตรงกับล้อ นั่นหมายความว่า ถ้าล้อเคลื่อนที่ขึ้น 1-cm. กระบอกโช้คอัพ ก็จะยุบตัวขึ้นมา 1-cm. เท่ากัน (อาจจะไม่เท่ากันแบบเป๊ะๆ แต่ใกล้เคียง 1 cm.) แต่สำหรับช่วงล่างแบบ Push Rod แล้ว มันไม่ได้เป็นแบบนั้น

ในกรณีของช่วงล่างแบบ Push Rod แล้ว เนื่องจากว่า แนวการเคลื่อนที่ของล้อ และ แนวการของโช้คอัพ/สปริง ไม่ได้อยู่ในแนวเดียวกัน ยกตัวอย่างเช่น ถ้าหากว่าล้อเคลื่อนที่ขึ้น 1-cm. แต่ทว่า โช้คอัพอาจจะยุบตัวเพียงแค่ 0.5-cm ซึ่งระยะการยุบตัวของโช้คอัพ และสปริงนั้น จะขึ้นอยู่กับระยะและองศาของ ร็อคเกอร์-อาร์ม (Rocker Arm) นั่นทำให้เราสามารถปรับแต่งระยะยุบ-ยืดของโช้คอัพได้อย่างอิสระ และด้วยเหตุผลเดียวกันนี้ ทำให้เราสามารถปรับตั้งระยะการกระจัดให้อยู่ในช่วงที่โช้คอัพ สามารถทำงานได้มีประสิทธิภาพสูงสุดนั่นเอง

 

3. ช่วงล่างแบบ Push Rod ช่วยลด น้ำหนักใต้สปริง

น้ำหนักใต้สปริง (Unsprung Mass/ Unsprung Weight) คือ น้ำหนักของชิ้นส่วนช่วงล่าง ที่อยู่ใต้สปริงทั้งหมด ซึ่งชิ้นส่วนที่ว่านี้ได้แก่ ล้อ, ยาง, ลูกปืน, จานเบรก+คาลิปเปอร์, ปีกนก (หรือ เอ-อาร์ม), เพลาขับ, ข้อต่อต่างๆ รวมไปถึงสปริงและโช้คอัพ พูดง่ายๆ ว่าน้ำหนักใต้สปริงมันก็คือน้ำหนักของชิ้นส่วนทั้งหมด ที่ ห้อย ลงมาจากบอดี้ของตัวรถนั่นเอง

สำหรับช่วงล่างประเภท Push Rod นั่น ได้มีการนำเอาสปริงและโช้คอัพ เข้าไปไว้ในบอดี้ของตัวรถ เพราะฉะนั้นแล้ว น้ำหนักใต้สปริงของรถยนต์ที่ใช้ช่วงล่างประเภท Push Rod จึง มีค่าน้อยกว่า ช่วงล่างแบบปกตินั่นเอง

 

ข้อดีเรื่องน้ำหนักใต้สปริงน้อย (น้ำหนักเบา)

    ในแง่ของสมรรถนะการขับขี่แล้ว น้ำหนักใต้สปริงควรมีค่าให้น้อย เพราะน้ำหนักใต้สปริงนั้น จะส่งผลกระทบโดยตรงต่อการตอบสนองของช่วงล่าง ยิ่งน้ำหนักใต้สปริงน้อย (น้ำหนักเบา = ใส่ปีกนกอะลูมิเนียม, ใส่ล้อฟอร์จ, ) จะทำให้ชิ้นส่วนช่วงล่าง หยุดสั่น ได้เร็วกว่า ในทางตรงกันข้าม ถ้าหากว่า มีน้ำหนักใต้สปริงมากๆ (ใส่ล้อใหญ่เกินพอดี, จานเบรกหนักเกินไป) ก็จะทำให้ชิ้นส่วนช่วงล่างเกิดการ สั่น มากกว่าปกติ เป็นผลให้ช่วงล่างไม่สามารถตอบสนองได้อย่างทันท่วงที

    และนี่ก็เป็นเหตุผลเดียวกันกับการที่รถยนต์สมรรถนะสูง จะใช้ชิ้นส่วนช่วงล่างที่มีน้ำหนักเบา ยกตัวอย่างเช่น ปีกนกที่ทำจากวัสดุอะลูมิเนียม ใส่ล้อฟอร์จน้ำหนักเบา จานเบรกเจาะรูน้ำหนักเบา ซึ่งการติดตั้งชิ้นส่วนเหล่านี้ ไม่ได้เป็นความตั้งใจที่จะทำให้น้ำหนักรถโดยรวม ลดลง แต่อย่างใด  แต่ความตั้งใจจริงๆ ก็คือการลด น้ำหนักใต้สปริง เพื่อเพิ่มสมรรถนะของช่วงล่างนั่นเอง

 

ข้อเสียของช่วงล่าง Push Rod

    หลักการทางวิศวกรรมเครื่องกลข้อหนึ่ง นั่นก็คือว่า ระบบที่สามารถตอบสนองได้ไวและแม่นยำที่สุด คือระบบที่มีจำนวนชิ้นส่วน 'น้อยชิ้น' ที่สุด เนื่องจากว่าช่วงล่างแบบ Push Rod นั้น ได้มีการเพิ่มชิ้นส่วนเข้ามาในระบบ นั่นก็คือ ร็อคเกอร์ อาร์ม นั่นเอง ซึ่งถ้าหากว่าชิ้นส่วนสามเหลี่ยมนี้ มี ความแข็ง ไม่เพียงพอ มันก็จะทำหน้าที่เป็นเหมือนโช้คอัพ (ดูดซับแรง) ด้วยตัวของมันเอง เพราะฉะนั้น การตอบสนองของช่วงล่างก็จะไม่มีความ แม่นยำ อีกต่อไป

    นอกจากปัญหาเรื่องความแข็งแรงของ ร็อคเกอร์ อาร์ม แล้ว จุดอ่อนอีกจุดหนึ่งของระบบ Push Rod ก็คือ จุดหมุนของร็อคเกอร์ อาร์ม ซึ่งเป็นบริเวณที่ต้องรับภาระจากล้อโดยตรง เมื่อเกิดภาระ ก็ย่อมเกิดแรงเสียดทาน และแรงเสียดทานบริเวณจุดหมุนจะทำให้การตอบสนองของช่วงล่างผิดเพี้ยนจากเดิม อย่างไรก็ตาม จุดด้อยทั้งหมดที่นี้ เป็นอะไรที่เล็กน้อยมาก เมื่อเปรียบเทียบกับข้อได้เปรียบของช่วงล่าง Push Rod