หลายครั้งหลายคราวที่เหล่าออฟโรดขาป่ามักต้องปวดขมับ ต้องนั่งกุมหัวอย่างเซ็งอารมณ์ เมื่อนำรถออฟโรดคันเก่งไปปรับแต่งสมรรถนะ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการขับขี่ให้บู๊ดุดันยิ่งขึ้น แต่อนิจจาเจ้ากรรมผลที่ได้กลับไม่เป็นดังคาด วิ่งถนนดำกิริยาอย่างกับตัวโกงออกอาการตัวสั่น หัวฟัดหัวเหวี่ยงทำอย่างกับไม่พอใจ พยศเป็นม้า แต่เข้าป่าวิ่งลิ่วเป็นพระเอกที่แสนสุภาพนุ่มนวล หรือบางทีก็แสดงตนได้ดุจสไปเดอร์แมนบนถนนดำ หนึบแน่น นุ่มนวลทุกโค้งและการทรงตัว แต่เข้าทางออฟโรด ช่วงล่างกลับดื้อด้าน แข็งกระด้างไม่ยอมยืดเส้นสายอย่างที่ควรเป็น

ทั้งหลายทั้งปวงเกิดจากความถนัด และชำนาญของช่างที่แตกต่างกัน ซึ่งในบางแห่งต้องยกนิ้วให้ในสมรรถนะ และฝีมือการตกแต่งระบบช่วงล่างจนสามารถแสดงความเหนือชั้นได้ชัดเจนทั้งบนถนนดำปกติ และในเส้นทางออฟโรด สิ่งสำคัญประการหนึ่งในการตกแต่งระบบช่วงล่างให้ลงตัวที่นอกเหนือไปจากเรื่องของการออกแบบจุดยึด, โช้คอัพ ฯลฯ ให้สงบจบสิ้นโดยไร้การแก้งานในคราวเดียว ยังมีเรื่องของระบบสปริงที่จัดได้ว่า คือหัวใจด่านหลักของการปรับแต่งที่สำคัญสุด เพราะค่าเซ็ตค่าสปริงไม่เหมาะสมกับการใช้งาน รูปลักษณ์ และน้ำหนักของรถแล้วล่ะก็ รับรองปวดหัวไม่รู้จบ ปัญหาเหล่านี้จะหมดไป หากเรารู้และเข้าใจอย่างลึกซึ้ง

Functions and types of spring หน้าที่ และชนิดของสปริง

“สปริง” ถือเป็นชิ้นส่วนหลักของระบบรองรับการสั่นสะเทือน และการรองรับน้ำหนัก ซึ่งถือเป็นหนึ่งในองค์ประกอบของระบบช่วงล่าง หลักการทำงานโดยพื้นฐานของสปริง จะทำงานในลักษณะ ยุบ และยืดตัวเมื่อล้อรถวิ่งผ่านพื้นผิวถนนที่ขรุขระ ส่งผลให้ล้อเคลื่อนที่ขึ้น – ลงในแนวดิ่งกับระดับตัวถังรถ ทำให้สามารถดูดซับ (ABSORB) แรงเต้นของล้อที่กระทำกับพื้นผิวถนนให้ลดลง เพื่อผ่อนแรงสั่นสะเทือนเหล่านั้นส่งไปยังตัวถังรถให้น้อยที่สุด
ทั่วไปแล้วนั้น เรามักเข้าใจว่า “สปริง” คือ ขดลวดที่มีเส้นผ่าศูนย์กลางขนาดต่างๆ รูปทรงกระบอก ที่จับมาขดเป็นวง ที่นิยมเรียกติดปากกันว่า สปริงขด หรือคอยล์สปริง (Coil Spring) ที่ทำงานในลักษณะยืด และยุบตัว ในความเป็นจริง สปริงยังมีอยู่อีกหลายประเภท หลายรูปแบบ หลายลักษณะ จนหลายท่านอาจเข้าใจผิด คิดว่าชิ้นส่วนเหล่านี้ไม่ใช่สปริง โดยสปริงที่นิยมใช้อยู่ในปัจจุบัน ได้แก่ แหนบ (Leaf Spring) จะรับน้ำหนัก และแรงสั่นสะเทือนโดยการ ” โค้งหรืองอตัว” ของแผ่นแหนบ, ทอร์ชั่นบาร์ (Torsion bar) จะรับแรงสั่นสะเทือนโดยการ “บิดตัวของเพลา”, สปริงลม (Air Spring) จะลดแรงสั่นสะเทือนจากการ “อัดตัวของลม” ในถุงลม, สปริงยาง (Rubber Spring) และ ไฮโดรนิวเมติก (Hydro – Pneumatic) จะดูดซับแรงสั่นสะเทือน โดยการอัดตัวของแก๊สไนโตรเจนและของเหลว (ที่ใช้อยู่เป็นน้ำมันไฮดรอลิก) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการออกแบบให้เหมาะสมกับการใช้งาน

ค่า K ของสปริงรถยนต์คืออะไร
            สำหรับผู้ผลิตรถยนต์ ค่า K ของสปริงรถยนต์ที่ใช้ในระบบรองรับน้ำหนัก เมื่อทำการออกแบบทุกครั้ง วิศวกรจะต้องกำหนดค่า K ของสปริงให้เหมาะสมกับการใช้งาน และน้ำหนักของรถยนต์ เพื่อให้ได้สมรรถนะการขับขี่ การยึดเกาะถนนที่ดี รวมถึงการทรงตัว และความนุ่มนวลในการขับขี่ เพื่อให้สอดคล้องกับการใช้งานจริง
รถยนต์ในแต่ละยี่ห้อจะมีค่า K ที่แตกต่างกันออกไป ถึงแม้ในรถบางรุ่นที่ใช้ตัวถังเดียวกัน อาจเลือกใช้ระบบสปริงที่มีค่าต่างกัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการพิจารณาจาก ขนาดของเครื่องยนต์ ตำแหน่งการจัดวางเครื่อง การออกแบบระบบขับเคลื่อน ระบบกันสะเทือน น้ำหนักรถยนต์ รวมทั้งความสามารถในการรับน้ำหนักบรรทุกขณะใช้งาน

หากจะให้กล่าวถึงค่า K ที่พูดกันอย่างถูกต้อง ก็คือ Sping rate ค่าความแข็ง – อ่อนคงที่ของสปริง ซึ่งเป็นไปตามกฎของฮุก (Hooke’s Law) ที่ใช้กับสปริง โดยสปริงจะยุบตัวเป็นสัดส่วนกับน้ำหนักที่กดทับ โดยจะใช้หน่วยเป็น Kg/mm.  (กิโลกรัม/มม.) หรือ N/mm. (นิวตัน/มม.) และ lbf/in. (ปอนด์/นิ้ว) โดย 1Kg/mm. จะเท่ากับ 56 lbs/in และ 9.86 N/mm. Spring Rate ซึ่งค่านี้ จะมีผลกับความนุ่มนวลของช่วงล่างโดยตรงนั่งเอง

ตัวอย่างการเปรียบเทียบค่าของสปริง 2 ขด

สปริงของรถรุ่นเดียวกัน แต่ค่า K ต่างกัน คือ

-          ตัวแรกอยู่ที่ 18Kg/mm.

-          ตัวที่สองอยู่ที่ 21 Kg/mm.

จากค่าของสปริงทั้ง 2 ชุด อธิบายได้ว่า เมื่อมีน้ำหนัก ขนาด 18 กก. มากดทับ สปริงชุดแรกจะยุบตัวลง 1 มม. ในขณะที่ตัวที่สอง ต้องใช้น้ำหนักถึง 21 กก. สปริงจึงจะยุบตัวลงมา 1 มม. ซึ่งนั่นเท่ากับว่าสปริงชุดที่ 2 แข็งกว่าสปริงชุดแรกนั่นเอง

หลักพื้นฐานการพิจารณาเลือกสปริงให้เหมาะกับการใช้งาน
            ปัจจุบันเห็นได้ว่า สำหรับขาซนคนชอบแต่งรถหลายท่าน เมื่อซื้อรถยนต์ใหม่ ก็อยากที่จะนำไปตกแต่งระบบช่วงล่าง ไม่ว่าจะเป็นการเปลี่ยนล้อ และยางให้มีขนาดหน้าสัมผัสที่กว้างขึ้น เพื่อให้มีพื้นที่หน้าสัมผัสพื้นถนนได้มาก ไปจนถึงการเปลี่ยนสปริงชุดใหม่ พร้อมเซ็ตโช้คอัพใหม่ทั้ง 4 ต้น ให้ทำงานสัมพันธ์กับชุดสปริง แล้วพิจารณาอย่างไรว่า ค่า K สปริงแต่ละแบบ เหมาะสมกับการใช้งานประเภทใด หลักเบื้องต้นให้วิเคราะห์ตามนี้

-          สปริงค่า K แข็ง เหมาะสำหรับรถยนต์ที่ใช้ความเร็วสูง จะช่วยให้ยึดเกาะถนนทรงตัวดี แต่หากใช้กับการใช้งานทั่วไปที่ ความเร็วต่ำจะขาดความนุ่มนวล (แต่ทั้งนี้ก็ขึ้นกับปัจจัยอื่นประกอบ)

-          สปริงค่า K อ่อน เหมาะสำหรับรถยนต์ที่ใช้งานในความเร็วต่ำๆ ซึ่งจะให้ความนุ่มนวลในการขับขี่ แต่เมื่อใช้ความเร็วสูงๆ จะทำให้รถมีอาการโยนตัวหรือโคลงได้ง่าย

จากหลักเบื้องต้นทั้ง 2 ข้อ หากผู้ใช้รถมีความประสงค์ที่จะดัดแปลงระบบช่วงล่างให้แตกต่างจากโรงงานกำหนด ควรคำนึงถึงค่า K ว่าเหมาะสมกับการใช้งานจริงหรือไม่ หรือสอบถามผู้ที่ชำนาญก่อนตัดสินใจ

หลายท่านอาจมีข้อสงสัยว่า การติดตั้งแหนบทั้ง 2 ลักษณะนี้ มีจุดเด่น จุดด้อย และความแตกต่างกันอย่างไร ทำไมจึงต้องติดตั้งลักษณะเช่นนั้น เรามาไขข้อข้องใจกัน

การออกแบบติดตั้งระบบแหนบแผ่นซ้อนวางใต้เพลา

การติดตั้งระบบกันสะเทือนแบบแหนบแผ่นซ้อนด้านหลังในลักษณะติดตั้งใต้เพลา จะพบว่าเทคโนโลยีการออกแบบติดตั้งในลักษณะนี้ จะมีใช้ในรุ่นเก่าๆ ซึ่งในรถรุ่นใหม่หลายยี่ห้อก็ยังนิยมเลือกใช้

ลักษณะการติดตั้งจะเป็นการวางชุดแหนบ โดยหูแหนบด้านหน้าจะยึดติดตั้งกับตัวถัง บริเวณด้านบนของท้องแหนบจะเป็นบ่าสำหรับวางแขนเสื้อเพลาท้าย ยึดชุดแหนบแผ่นซ้อนเข้ากับแขนเพลาด้วยสาแหรก ปลายด้านหลังของแหนบยึดเข้ากับชุดโตงเตง

จุดเด่นของการติดตั้งแหนบใต้เพลา ประการแรกที่เห็นอย่างชัดเจนคือ เรื่องการขับขี่จะมีการเกาะถนนที่ดี เนื่องจากจุดศูนย์ถ่วงของเพลาท้ายจะอยู่ในระดับที่ต่ำ และจากลักษณะการติดตั้งของแหนบที่อยู่ใต้เพลา ทำให้ภาระการรองรับน้ำหนัก และการรองรับการสั่นสะเทือนของชุดแหนบได้รับการกระจายแรงอย่างทั่วถึง เพราะเมื่อน้ำหนักของรถกดลงมาที่แหนบ แขนของเสื้อเพลาซึ่งยึดติดตั้งอยู่กับท้องแหนบด้วยชุดสาแหรก ส่งผลให้แขนเพลากดให้ล้อหลังแนบสนิทกับพื้นถนนได้อย่างเต็มที่ การดีดตัวของแหนบจะไม่รุนแรงในกรณีที่ตกหลุม เนื่องจากชุดแผ่นแหนบจะคอยประคองอยู่ด้านล่าง การขับขี่จึงไม่กระด้าง

จุดด้อยของการติดตั้งแหนบวางใต้เพลา สำหรับรถออฟโรด หรือรถที่โหลดเตี้ยมากๆ จะเห็นได้ชัดเจน โดยเฉพาะในเรื่องสมรรถนะการยุบตัวของแหนบจะมีพื้นที่จำกัด เนื่องจากพื้นที่ว่างส่วนหนึ่งของระยะยุบแหนบจะต้องเสียพื้นที่ให้กับแขนเสื้อเพลา ซึ่งด้านบนของแขนเพลาจะมีการติดตั้งยางกันกระแทก (BUMP STOP) รองไว้อีกชั้น เพื่อป้องกันความเสียหายของเพลาไม่ให้กระทบกับแชสซีอย่างแรงโดยตรง

การออกแบบติดตั้งระบบแหนบแผ่นซ้อนวางเหนือเพลา

นับเป็นอีกเทคโนโลยีการออกแบบการติดตั้งระบบช่วงล่างหลังแบบคานแข็ง ให้ชุดระบบกันสะเทือนแบบแหนบแผ่นซ้อนวางไว้เหนือเสื้อเพลาท้าย ซึ่งจริงๆ แล้วก็ไม่ใช่นวัตกรรมใหม่แต่อย่างไร แต่เพิ่งได้รับความนิยมในปัจจุบันนี้ กับรถออฟโรด และรถกระบะรุ่นใหม่ๆ หลายรุ่น หลายยี่ห้อได้มีการปรับเปลี่ยนมาใช้การติดตั้งแหนบลักษณะนี้กันมากขึ้น

ลักษณะการติดตั้ง จะทำการติดตั้งชุดแหนบยึดเข้ากับแชสซี โดยหูแหนบด้านหน้าจะทำการยึดเข้ากับหูยึดแหนบที่แชสซี ส่วนปลายของหูแหนบด้านท้ายยึดกับจุดยึดตอนล่างของชุดโตงเตง ส่วนหูยึดด้านบนของโตงเตงจะยึดเข้ากับแชสซีของตัวรถอีกทีหนึ่ง ส่วนเสื้อเพลาท้ายนั้น จะยึดติดตั้งไว้บริเวณตอนล่างด้านนอกของท้องแหนบ ยึดเข้าหากันด้วยชุดสาแหรก ท้องแหนบจะนั่งอยู่บนแขนของเสื้อเพลา

จุดเด่นของการออกแบบติดตั้งวางแหนบเทินเพลา คือ ช่วงจังหวะการยืด และยุบของแหนบมีความเป็นอิสระ เนื่องจากพื้นที่ว่างบริเวณระหว่างท้องแหนบ และแชสซี ไม่มีชิ้นส่วนใดๆ มากีดขวาง ดังนั้น การยืด–ยุบของแหนบจึงเป็นไปได้อย่างเต็มที่ และจากจุดยึดแขนเสื้อเพลาที่อยู่ใต้แหนบ จึงทำให้เวลาขับขี่ในเส้นทางที่มีหลุม หรือร่องลึกต่างระดับกันมากๆ การยืดตัวของแหนบจะทำได้มาก เนื่องจากท้องแหนบจะช่วยดันให้แขนเพลาบิดตัวได้อย่างรวดเร็ว และมีระยะที่มากกว่าแบบอื่น รวมถึงความสูงของรถก็มีเพิ่มขึ้นอีกด้วย เพราะบริเวณที่ติดตั้งยึดแขนเพลาไว้ใต้ชุดแหนบ คือบริเวณส่วนล่างของแหนบที่โค้งที่สุดนั่นเอง

จุดด้อยของการติดตั้งแหนบเทินไว้เหนือเพลา อย่างแรกที่ผู้ขับขี่จะรู้สึกได้คือ เมื่อขับขี่ข้ามลูกคั่นกลางถนน ในช่วงที่ล้อหลังผ่านหัวเนิน หรือในกรณีที่รถตกหลุมอย่างรวดเร็ว จะรู้สึกได้ถึงการดีดตัวของแหนบอย่างแรง ในขณะที่เพลาบิดตัวในจังหวะยืด ทั้งนี้เนื่องจากบริเวณที่แขนเสื้อเพลายึดอยู่ คือบริเวณด้านล่างของแหนบตรงจุดที่โค้งที่สุด ดังนั้น ด้วยน้ำหนักของเพลาที่ห้อยอยู่ด้านล่างท้องแหนบ บวกกับแรงกดของแหนบที่มีคุณสมบัติเป็นสปริง สามารถยืดหยุ่นได้ดี ส่งผลให้เกิดการดีดตัวอย่างรวดเร็วในจังหวะยืดค่อนข้างจะมีอาการกระดอนอย่างชัดเจน รวมถึงชิ้นส่วนต่างๆ ที่ยึดตั้งเข้ากับแหนบ ไม่ว่าจะเป็นเสื้อเพลา โช้คอัพ และเหล็กกันโคลง จะติดตั้งอยู่ตอนล่างของท้องแหนบทั้งสิ้น ดังนั้น ภาระในการรองรับน้ำหนักด้านหลังจึงตกอยู่กับชุดแหนบเพียงอย่างเดียว และด้วยความสูงใต้ท้องที่มาก ช่องว่างใต้ท้องที่มาก ส่งผลให้การขับขี่ในย่านความเร็วสูง รถจะเกิดอาการท้ายร่อน