اکسل ماشین و انواع آن

اکسل ماشین (Axle) یا محور خودرو به عنوان بخش متصل‌کننده چرخ‌ها به اتاق و سیستم انتقال نیرو، به عنوان یکی از مهم‌ترین و حساس‌ترین بخش‌های هر خودرو شناخته می‌شود که نه‌تنها وزن خودرو را به دوش می‌کشد، بلکه زیر بار فشارها و تنش‌های حاصل از ناهمواری‌های مسیر است.

اکسل خودرو با ایرادها و آسیب‌های احتمالی متفاوتی مواجه است که می‌تواند بر اثر استهلاک طبیعی یا به دلیل ترک‌خوردگی ناشی از خستگی فلز، برخورد با اجسام سخت یا در تصادف‌ها دچار آسیب جدی شود و رفتار و ایمنی خودرو و سرنشینان آن را با خطر مواجه کند.

اکسل ماشین چیست؟

اکسل یا محور در اصطلاح کلی، به بخشی از خودرو گفته می‌شود که چرخ‌های خودرو در دو سمت آن قرار دارد. هر آنچه که بین یک چرخ و چرخ مقابل آن در سمت دیگر خودرو قرار دارد، بخشی از محور ماشین یا اکسل خودرو به حساب می‌آید. در نتیجه در یک خودرو ۴ چرخ، دارای ۲ اکسل هستیم. به عبارت دیگر خودرو سنگین نظامی یا تجاری ۴ محور، حداقل دارای ۸ چرخ است.

اکسل ماشین در اصطلاح فنی

اگر توجه کرده باشید، در اصطلاحات فنی به خودرو دارای سیستم انتقال نیرو AWD و 4WD، خودرو دو محور یا دو دیفرانسیل نیز اطلاق می‌شود. در حقیقت به دلیل قرارگیری دیفرانسیل‌های منتقل‌کننده نیرو به چرخ‌ها در وسط هر محور، این اصطلاح برای خطاب کردن سیستم‌های انتقال نیرو چهارچرخ متحرک/تمام چرخ متحرک به کار گرفته می‌شود.

این در حالی است که خودرویی چون پراید با ساختار انتقال نیرو محور جلو (FWD)، در اصطلاح فنی همچنان یک خودرو دو محور به حساب می‌آید، اما در این خودرو محور عقب از نوع فعال (Live یا Active/منتقل‌کننده نیرو) نیست.

در نتیجه نباید واژگان «دو محور» را در خطاب کردن عمومی خودروهای 4WD/AWD با اصطلاح علمی و فنی دو محور در ساختار مهندسی خودرو دارای ۴ چرخ اشتباه گرفت.

واژگان و اصطلاحات اکسل ماشین

پیش از ورود به بحث معرفی انواع محور، ابتدا باید با برخی واژگان و مفاهیم تخصصی مربوط به انواع محور آشنا شویم تا به هنگام معرفی انواع محورها، درک دقیق‌تری از عملکرد هر یک از آنها داشته باشیم.

محور فعال

به محوری که نیروی پیشرانه را به چرخ منتقل می‌کند، محور فعال یا زنده (Active یا Live) می‌گویند. در مقابل، محور هرزگرد یا همان محوری که هیچ نیرویی از موتور الکتریکی یا پیشرانه درون‌سوز خودرو دریافت نمی‌کند، به عنوان محور مرده یا غیر فعال (Dead) شناخته می‌شود. این واژه توصیفی صرفا نشان‌دهنده متحرک بودن یا نبودن محور مورد بحث است.

محور مستقل

مستقل بودن عملکرد یک محور در مواجهه با ناهواری‌های سطح مسیر، مستقیما به نوع طراحی محور و سیستم تعلیق آن باز می‌گردد. مستقل بودن (Independent) یا مستقل نبودن (Dependent) محور در بسیاری از موارد تعیین‌کننده نوع سیستم تعلیق انتخابی است. در نتیجه طراحی اکسل در این موضوع به نوع سیستم تعلیق انتخابی نیز بستگی دارد. در سیستم تعلیق مستقل، رفتار یک چرخ بر روی دست‌اندازها، به‌صورت مستقیم بر چرخ مقابل آن تاثیری نمی‌گذارد. از این رو این نوع محورها تحت عنوان محور مستقل یا محور تعلیق مستقل شناخته می‌شوند.

محور نیمه شناور (Semi-Floating Axle)

نوع شناوری محور یک خودرو یکی از فاکتورهای مهم در نوع طراحی مکانیزم اتصال چرخ به اکسل ماشین است که تمایز میان آنها در حقیقت به میزان استحکام این محورها در برابر تحمل فشار، حمل بار و استرس‌های جانبی (حرکت در پیچ‌ها) مربوط است. محور نیمه شناور نوعی سیستم اتصال چرخ به محور یکپارچه فعال است که در خودروهای سبک و نیمه سبک‌نظیر پیکان، خودروهای کلاسیک قدیمی چون بیوک ایران، کادیلاک سویل، شورولت نووا، محور عقب بسیاری از مدل‌های خانواده جیپ، پاژن و پاترول دیده می‌شود. در اکسل نیمه شناور، نه‌تنها فشار گشتاور پیشرانه، بلکه فشار وزن خودرو و بار آن (وزن سرنشینان) و فشارهای جانبی (به هنگام پیچیدن) مستقیما به پلوس‌ها و بلبرینگ‌هایی که پلوس بر آن سوار است، وارد می‌شود. بریدن پلوس در این نوع محور‌ها مساوی با بیرون زدن چرخ است.

محور سه چهارم شناور (Three Quarters Floating Axle)

نوع دیگری از اتصال چرخ به محور است که معمولا در اکسل فعال و غیر فعال خودروهای سبک نظیر محور جلو و عقب پراید و پژو ۴۰۵ و پژو پارس دیده می‌شود. در این نوع اتصال، چرخ بر روی یک توپی کوچک متشکل از یک یا دو بلبرینگ سوار است که در صورت غیر فعال بودن محور، نقش هرزگرد را بازی می‌کند. اما در صورت فعال بودن محور، مانند محور جلو پژو ۲۰۶ و ۴۰۵ و پراید و انواع آن، تنها فشار گشتاور و فشار جانبی (به هنگام پیچیدن) به پلوس وارد می‌شود، اما فشار وزن خودرو و بار آن تنها بر روی بلبرینگ‌ها است. در این نوع محورها بریدن پلوس باعث بیرون زدن چرخ نمی‌شود.

محور شناور یا تمام شناور (Fully Floating Axle):

این نوع اکسل ماشین مکانیزمی درست شبیه به محور سه چهارم شناور دارد که البته با اندک پیچیدگی در طراحی و ساخت همراه است. این نوع اتصال چرخ به محور بیشتر در خودروهای نیمه‌سنگین و سنگین تجاری یا ماشین های آفرودی نظیر جیپ سیمرغ، برخی نسخه‌های پاترول ۴ در، برخی نمونه‌های نیسان زامیاد، وانت پاترول، خاور، کامیون‌های باری، کشنده و معدنی و البته محور جلو فعال خودروهای دو دیفرانسیل آفرودی دیده می‌شود. در این نوع اتصال که با نام «محور توپی‌دار» نیز معروف است، چرخ و مکانیزم ترمز بر یک هوزینگ مستقل سوار می‌شود که این هوزینگ خود به تنهایی بر دو رول بلبرینگ کله قندی روبه‌روی هم سوار است. پلوس محور نیز برای انتقال گشتاور به این هوزینگ متصل می‌شود. در این نوع طراحی پلوس خودرو تنها تحت فشار گشتاور پیشرانه است و فشار وزن خودرو، بار آن و فشارهای جانبی حاصل از پیچیدن خودرو در پیچ‌ها، هیچ یک به پلوس وارد نمی‌شود. در نتیجه این مکانیزم بسیار قدرتمند و بادوام و قادر به تحمل وزن بسیار زیاد است. در این نوع محور‌ها بریدن پلوس نیز موجب بیرون زدن چرخ نمی‌شود.

انواع اکسل ماشین

محور یا اکسل ماشین تنها یک قطعه واحد نیست که بتوان به‌سادگی به انواع و اقسام آن اشاره کرد. محور خودرو متشکل از بخش‌های مختلفی چون سیستم تعلیق، مکانیزم اتصال چرخ به محور و وجود یا عدم وجود دیفرانسیل (برای انتقال نیرو) می‌تواند دارای طراحی‌های فنی متفاوت و کاربری‌های متنوع باشد. اینجای کار موضوع بررسی و توضیح انواع اکسل برای نگارنده سخت می‌شود، چرا که سبک طراحی نوع محور بر انتخاب سیستم تعلیق خودرو تاثیرگذار است. به همین دلیل است که بسیاری از محورهای رایج در صنعت خودروسازی، با نام نوع سیستم تعلیق آن شناخته می‌شود.

به عبارت ساده‌تر، برخی از انواع محورها (نظیر مک فرسون استرات) تنها با یک سیستم تعلیق بخصوص طراحی و ساخته می‌شوند در حالی که برخی دیگر (نظیر محور یکپارچه فعال/غیر فعال) می‌تواند در دو نوع سیستم تعلیق مختلف طراحی و تولید شود. این مهم موجب می‌شود که نوع طراحی محور و سیستم تعلیق به‌کاررفته در آن، در نام‌گذاری و شناسایی نوع عملکرد اکسل خودرو تاثیر مستقیم بگذارد. در ادامه به بررسی انواع رایج اکسل در خودروهای تولیدی روز بازار جهان می‌پردازیم.

محور مک فرسون/ مک فرسون استرات

این نوع اکسل خودرو بدون تردید پرکاربردترین و رایج‌ترین نوع محور به‌کاررفته در خودروهای سبک تولید انبوه بازار جهان است که تقریبا در تمامی محصولات سواری و کراس‌اوورهای تولیدی و وارداتی بازار ایران موجود است. این محور یک نمونه مستقل است که در نمونه‌های فعال و غیر فعال با سیستم تعلیق مختص به مکفرسون (کمک و فنر لول) به تولید می‌رسد. محور مکفرسون قرار گرفته در بخش جلو خودرو که نیازمند زاویه‌دار بودن برای پیچیدن خودرو است، تحت عنوان انحصاری مک فرسون استرات شناخته می‌شود که دقیقا همان مکفرسون قرار گرفته بر یک کفی هرزگرد است که به چرخ‌ها اجازه می‌دهد با چرخش فرمان زاویه بگیرند. اکسل مک فرسون و مک فرسون استرات می‌تواند از نوع فعال یا غیر فعال باشد.

محور جناغی دوبل

جناغی دوبل یا بازو A دوبل یا Double A-Arm بدون تردید یکی از برترین محورهای طراحی‌شده در تاریخ صنعت خودروسازی است. این محور مستقل در دو نوع فعال و غیر فعال با اتصال نوع سه چهارم شناور و تمام شناور در بسیاری از خودروهای سواری سبک تا سنگین و حتی خودروهای مسابقه‌ای استفاده می‌شود. دوام خیره‌کننده، هندلینگ عالی، توان تحمل وزن و فشار قابل توجه و قابلیت فرمان‌پذیر بودن از برترین مزایای این سیستم تعلیق است که آن را برای هر کلاسی از خودروها ایدئال می‌سازد.

محور یکپارچه غیر فعال

اکسل نوع یکپارچه غیر فعال یا Dead Solid Axle در محور جلو یا محور هرزگرد کشنده‌های نیمه‌سنگین و سنگین فاقد دیفرانسیل نظیر خاور، کامیون‌های معدنی و وانت‌های سنگین وزن قدیمی به کار گرفته می‌شود. این محور که تحت عنوان محور I شکل (I Beam Axle) نیز معروف است، دقیقا از یک تیرآهن یا یک لوله صاف تشکیل شده که با اتصال نوع سه‌چهارم شناور یا تمام‌شناور، چرخ‌ها را به خود متصل می‌کند و در صورت نیاز به آن‌ها اجازه تغییر زاویه می‌دهد. این محور به دلیل بازخورد خشن سیستم تعلیق، داشتن وزن زیاد، غیر مستقل بودن و هندلینگ بسیار بد در سرعت بالا، در خودروهای سبک استفاده نمی‌شود. این نوع محور معمولا با سیستم تعلیق بادی، شمش و لول (بیشتر نوع شمش) تولید می‌شود. این اکسل ماشین از نوع غیر مستقل است.

محور یکپارچه فعال

اکسل یکپارچه فعال (Active/Live Solid Axle) شامل یک دیفرانسیل دریافت‌کننده/منتقل‌کننده گشتاور است که با اتصال به پوسته دیفرانسیل (امتداد هوزینگ دیفرانسیل) یک محور کامل را تشکیل می‌دهد که چرخ‌ها به دو سر آن متصل می‌شوند. این محور می‌تواند با دو سیستم تعلیق فنر شمش یا فنر لول (مولتی لینک نوع ۳ یا ۵ لینک) طراحی شود. همچنین نحوه اتصال چرخ‌ها به این محور یا از نوع نیمه شناور است یا تمام شناور. این اکسل خودرو از نوع مستقل به حساب نمی‌آید.

محور بازو کشنده

اکسل بازو کشنده (Trialing Arm Axle) نوعی سیستم تعلیق مستقل فعال یا غیر فعال است که در محور عقب خودروهای سبک تولید انبوه متحرک جلو، نظیر پژو ۲۰۶ سدان (SD)، رنو مگان و برخی از محصولات خانواده لوتوس به کار گرفته می‌شود. نوع تعلیق این محور فنر لول است. محور بازو کشنده همانند بیشتر سیستم تعلیق‌های مستقل عقب از نوع مستقل است و از خانواده محورهای IRS (Independent Rear Suspension) به حساب می‌آید. در نتیجه از نظر طراحی و عملکرد شباهت بسیار زیادی هم به طراحی اکسل‌های مکفرسون و بازو نوسانی (Swing Axle) دارد. از این رو بسیار محتمل است که این سیستم‌ها با یکدیگر اشتباه گرفته شوند.

محور پیچشی

اکسل پیچشی یا تورشن بیم (Torsion Beam) یکی از رایج‌ترین نمونه محورهای یکپارچه نیمه‌مستقل غیر فعال است که در محور عقب بیشتر خودروهای سبک متحرک جلو (FWD) استفاده می‌شود. خودروهایی چون دوو ماتیز، ام وی ام ۱۱۰، پراید، خانواده پژو پارس و محصولات توسعه‌یافته بر آن از این محور بهره می‌گیرند. به دلیل استفاده از متریال نیمه فنری، این اکسل ماشین قابلیت پیچش نسبی بر اثر عبور از ناهواری‌ها را دارد، اما هرگز به عنوان یک محور کاملا مستقل عمل نمی‌کند. در نتیجه از آن به عنوان محور نیمه مستقل یاد می‌شود. طراحی این اکسل خودرو ساده و تولید آن ارزان‌قیمت است.

انواع اکسل خاص

برخی از انواع اکسل ماشین وجود دارد که بر اساس کاربری خاص و منحصربه‌فرد طراحی و تولید می‌شوند. این دست محورها در دنیای خودروهای تیراژ بالا و تولید انبوه شهری جای ندارند و معمولا در گروهی از خودروهای انحصاری به کار می‌روند.

محور پورتال

نوع بخصوص و نسبتا گران‌قیمتی از محورهای مستقل و یکپارچه که در خودروهای آفرودی سنگین وزن (نظیر هامر H1) ، خودروهای نظامی، وسائل نقلیه کشاورزی یا به عنوان ارتقای فنی در بازار افترمارکت وجود دارد، محور نوع پورتال (Portal Axle) است. در این نوع محورها، اتصال پلوس به مرکز چرخ انجام نمی‌گیرد. در عوض، پلوس به چند سانتیمتر بالاتر از مرکز چرخ و به داخل یک گیربکس متصل می‌شود که خود سوار بر توپی محور است. این محور فعال که می‌تواند از نوع یکپارچه یا مستقل باشد، به منظور افزایش ارتفاع کف خودرو از سطح زمین (معروف به Clearance) به کار گرفته می‌شود تا عبور خودرو از بیراهه‌ها و ناهمواری‌های بزرگ را ممکن کند.

پورتال معکوس

پورتال معکوس یا Inverted Portal Axle دقیقا همان محور پورتال است که برای نقشی معکوس (کاهش ارتفاع کف خودرو تا سطح زمین)، به‌صورت سر و ته بر روی برخی خودروهای خاص نظیر اتوبوس‌های شهری و وسایل نقلیه کم‌ارتفاع معدنی و حفاری به کار گرفته می‌شود. محور پورتال معکوس اجازه می‌دهد تا ضمن حفظ ارتفاع مناسب برای کابین خودرو، ارتفاع آن با سطح زمین تا جای ممکن کاهش یابد.

محور افتاده

اکسل افتاده یا Dropped Axle نوعی محور در صنعت خودروسازی قدیم از نوع غیر فعال است که دقیقا بر اساس محور I Beam طراحی و توسعه یافت. دقیقا همانند محور پورتال معکوس، محور افتاده نیز به منظور کاهش ارتفاع خودرو از کف زمین به کار گرفته شد که در قدیم بیشتر بر خودروهای لوکس و سریع (معمولا خودروهای مسابقه‌ای) به کار می‌رفت. اما امروزه می‌توانید طراحی این محور را در بخش جلو کامین‌های باری نظیر خاور و کشنده‌های سنگین مشاهده کنید.

محور موقت

اکسل موقت یا محور تاشو (Lift Axle/محور بالارونده) نوعی اکسل ماشین از خانواده فعال و غیر فعال (هرزگرد) است که در کامیون‌های تجاری و کشنده‌های سنگین، بیشتر به منظور تقسیم وزن بسیار زیاد و بهبود کشش بر روی تایرها استفاده می‌شود. این محور در صورت عدم نیاز به کمک بالش‌های بادی یا مکانیزم برقی به سمت بالا جمع می‌شود و از سطح زمین فاصله می‌گیرد تا از ایجاد کشش و استهلاک بی‌مورد جلوگیری کند. زمانی که خودرو بار بسیار زیادی را حمل می‌کند، این محور به پایین باز و به زمین متصل می‌شود تا در تقسیم وزن بار به سایر محورها کمک کند. بر اساس طراحی و نیاز، ممکن است تا سه محور مجزا از نوع تاشو در یک خودرو تجاری به کار گرفته شود.

ایرادها و خرابی های اکسل ماشین

اکسل‌های خودرو به عنوان بخش بسیار مهم از سیستم زیربندی خودرو دائما در حال تحمل ضربات و تنش‌های حاصل از رانندگی است. در نتیجه بروز خرابی در آنها کاملا طبیعی و رایج است.

خرابی بوش ها و چپقی ها

بوش‌ها و چپقی‌ها قطعاتی متشکل از قطعات فلزی و لاستیکی (یا ساخته‌شده از متریال خاص مانند پلی اورتان و پلی آمید) هستند که بخش‌های متحرک اکسل ماشین (نظیر اجزای سیستم تعلیق و فرمان) را به بخش‌های ثابت محور یا شاسی متصل می‌کنند. در درازمدت، این بخش‌ها دچار سایش طبیعی یا در اثر فرسودگی و نفوذ رطوبت و گرد و غبار مستهلک یا پاره می‌شوند و بر نحوه رانندگی و فرمان‌پذیری خودرو تاثیر می‌گذارند. این قطعات دارای طول عمر مفیدی هستند که پس از پایان، باید با نمونه‌های نو جایگزین شوند.

ترک خوردگی یا پیچش بر اثر ضربه

محور خودروهای سواری سبک معمولا دارای طراحی ساده‌تر و سبک‌تری هستند. از این رو ممکن است حتی در تصادف‌های خفیف یا افتادن در چاله بزرگ و برخورد با جدول کنار خیابان (یا اتفاقات مشابه از این دست)، دچار خم‌شدگی یا ترک‌خوردگی شوند. این مهم می‌تواند موجب برهم خوردن زوایای استاندارد تایرها و اجزای محور ماشین شود و ضمن بروز لاستیک سایی و سر و صدا از زیربندی، موجب رشد و گسترش ترک در محور و باعث بروز خطرات بزرگ‌تر شوند. اگر چه این ایراد در بسیاری از مواقع قابل تعمیر است، اما به دلیل حساسیت بسیار زیاد و نقش مهم محورها در خودرو، معمولا بهتر است آنها را با نمونه سالم جایگزین کرد.

خستگی فلز

محور خودرو به عنوان بخشی از سیستم تعلیق، در درازمدت متحمل میلیون‌ها میلیون ضربه، تنش، لرزش و فشارهای نامتعارف است. این میزان تنش در فلز پدیده‌ای را باعث می‌شود که آن را تحت اصطلاح فنی خستگی فلز یا Metal Fatigue می‌شناسیم. خستگی فلز دقیقا مشابه خم و راست کردن یک سیم آهنی یا مسی به منظور بریدن آن بدون استفاده از ابزار است. همین موضوع در بخش‌های مختلف محور خودرو می‌تواند موجب بروز ترک‌های ریز شود که در درازمدت رشد می‌کند و گسترش می‌یابد. در نتیجه به‌خصوص در خودروهای کلاسیک و وینتج که بخش قابل توجهی از عمر مفید خود را سپری کردند، بهتر است اجزای مربوط به محور به خوبی شست‌وشو شوند و مورد بررسی قرار گیرند تا این ترک‌ها پیش از گسترش شناسایی و ترمیم شوند.

در رفتن اکسل ام وی ام X55 پرو

مورد بسیار جنجالی اخیر که گریبان‌گیر شرکت مدیران خودرو شد و اولین فراخوان (Recall) صنعت خودرو ایران را رقم زد، موضوع کنده شدن یا شکستن یا در رفتن اکسل یک سری مشخص از خودروهای ام وی ام X55 پرو این شرکت بود. مواردی چون خستگی فلز یا ترک خوردن محور که می‌تواند به کنده شدن کل یا بخشی از اکسل ماشین بینجامد و فاجعه در پی داشته باشد، اما در مورد X55 مدیران خودرو، ایراد از جوشکاری غیر استاندارد اکسل عقب در نمونه محدودی از محصولات X55 این شرکت بود که موجب بروز زودهنگام خستگی فلز در بخشی از اکسل خودرو شد که دارای جوش غیر اصولی و ناکافی بود. محور عقب این خودرو از نوع تورشین بیم (Torsion Beam) است.

اما نکته جالب اینجا است که این اتفاق بسیار حساس تنها مربوط به بازار ایران نیست و ظاهرا خطا از تامین‌کننده محور (شرکت سازنده محور) نشات می‌گیرد، چرا که چری در بازارهای بین‌المللی نظیر بازار مالزی و روسیه با مدل‌های دیگر اومودا ۵ نیز با مشکلی مشابه مواجه شد.

اگرچه بروز این اتفاق در ایران چیز جدیدی نیست و بسیاری از خودروسازان داخلی از پروتکل کنترل کیفیت (QC) بسیار ضعیف رنج می‌برند، اما مدیران خودرو می‌توانست این موضوع را با سرعت عمل بیشتر و حس مسئولیت‌پذیری قوی‌تری پیگیری کند. با این وجود اعلام رسمی اولین فراخوان در صنعت خودرو ایران برای بر طرف کردن مشکل اکسل‌های معیوب خانواده X55 از سوی مدیران خودرو قدم مثبتی به حساب می‌آید. امید بر آن است که خودروسازان دولتی کشور از این موضوع درس بگیرند و ضمن پذیرش بار کم‌کاری خود در بخش QC، در صورت نیاز بلافاصله در راستای فراخوان مورد نیاز قدم بردارند.

نویسنده: شهاب انیسی