คำถามยอดฮิต ค่า K ของคอยล์สปริงรถยนต์คืออะไร?
คอยล์สปริง (COIL SPRINGS) เป็นส่วนหนึ่งในระบบช่วงล่าง ซึ่งทำมาจากวัสดุโลหะโดยถูกจับมาขดให้เป็นวงแล้ววนขึ้นไปซึ่งรูปทรงและขนาดของคอยล์สปริงนั้นขึ้นอยู่กับรถยนต์แต่ละรุ่นหรือแต่ละชนิด
ส่วนหน้าที่ของคอยล์สปริงคือซับแรงกระแทกร่วมกับ โช้คอัพ (SHOCK ABSORBERS) เพื่อลดการสั่นสะเทือนเข้ามายังห้องโดยสาร อีกทั้งยังมีส่วนสำคัญในการแบกรับน้ำหนักตอนบรรทุกและรวมไปถึงเป็นตัวกำหนดระดับความสูงของตัวรถอีกด้วย
ค่า K ของคอยล์สปริง
Robert Hooke (18 กรกฎาคม พ.ศ. 2178 - 3 มีนาคม พ.ศ. 2246) นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษผู้ค้นพบ ค่า Spring Rate ของคอยล์สปริง
ค่า K คือค่า SPRING RATE ที่บอกความแข็งหรืออ่อนแบบคงที่ของคอยล์สปริง โดยใช้หลักกฎฟิสิกส์ในทฤษฎีของ กฎของฮุค (HOOKES LAW) ที่กล่าวว่าแรงที่ต้องใช้ในการยืดหรือหดสปริงเป็นระยะทางนั้น จะแปรผันตรงกับระยะทางโดยสปริงจะยุบตัวตามสัดส่วนกับน้ำหนักที่กดทับ
สูตรคำนวณคือ k= F/s
( F คือแรงมีหน่วยเป็น นิวตัน (N), s เป็นระยะหดตัวของสปริง ต้องทำให้อยู่ในหน่วย mm)
โดยค่า K จะใช้หน่วยเป็น กก./มม. (Kg/mm), นิวตัน/มม. (N/mm) และ ปอนด์/นิ้ว (Lbs/in) ซึ่ง 1 Kg/mm จะมีค่าเท่ากับ 56 Lbs/in และ 9.86 N/mm ซึ่งค่าเหล่านี้จะมีผลกับความนุ่มนวลของช่วงล่างโดยตรง
ตัวอย่างวิธีคำนวณ:
- แรง F เอาน้ำหนักรถ สมมติรถหนัก 2 ตัน แล้วหาร 4 ทำให้อยู่ในล้อแต่ละข้าง ก็ได้เป็น 2000/4 = 500 kg. แล้วนำไปคูณกับค่าแรงโน้มถ่วง g = 9.81
แรง F จะได้ 500 x 9.81 = 4905 N
- ระยะ s ระยะหดตัวของสปริง วัดระยะกระแทกระหว่างตัวรถกับบั๊ม ได้ 200 mm.
ดังนั้นค่า K = F/s มีค่าเท่ากับ 4905 / 200 = 24.52 N/mm
แปลว่า ถ้ามีแรงขนาด 24.52 นิวตัน มากดทับที่ตัวสปริง สปริงจะยุบตัวลง 1 มม.
สรุปแบบง่ายๆ ถ้าคอยล์สปริงที่มีค่า K มากจะยุบตัวช้าหรือแข็งกว่าคอยล์สปริงที่มีค่า K น้อย
ประเภทของคอยล์สปริงในรถยนต์หลักๆมีดังนี้
1. Linear Spring คือคอยล์สปริงที่มีระยะห่างระหว่างขดเท่ากันตลอดทั้งวง เช่นแต่ละขดห่างกัน 20 มม. ตลอดทั้งวง ซึ่งคอยล์สปริงแบบนี้จะมีแค่ค่า K เดียว
2. Progressive Spring คือคอยล์สปริงที่มีระยะห่างแต่ละขดไม่เท่ากันเลย จะมีระยะห่างระหว่างขดเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งค่า K ของแต่ละขดจะไม่เท่ากัน ซึ่งคอยล์สปริงแบบนี้จะค่อยๆเพิ่มความแข็งขึ้น ไปจนถึงค่า K สูงสุด ทำให้เวลาขับช้าก็จะนุ่ม และยิ่งเร็วยิ่งแข็งขึ้นตามลำดับอย่างต่อเนื่อง
จากปัจจัยดังกล่าวข้างต้นจึงทำให้ค่า K ของคอยล์สปริงสามารถปรับฟิลลิ่งการขับขี่ให้เปลี่ยนไปได้ รวมไปถึงระยะความยาวของคอยล์สปริงเองก็สามารถปรับระดับความสูงของตัวรถได้ด้วยเช่นกัน อย่างกรณีรถโหลดลองสังเกตุตรงขดสปริงดูจะพบว่า ความยาวของคอยล์สปริงโหลดจะน้อยกว่าความยาวของคอยล์สปริงเดิมจากโรงงาน (OEM)
สำหรับสายซิ่ง หรือ ผู้ที่ชอบแต่งรถตัวเองให้ดูเตี้ยลง จะต้องจัดการกับระดับความยาวของสปริงที่มีมากับตัวรถ ไม่ว่าจะเป็นการซื้อชุดโช๊คอัพใหม่หรือซื้อคอยล์สปริงโหลดที่ความยาวสั้นกว่าเดิม (แนะนำให้เปลี่ยนเป็นชุดช่วงล่างสำหรับโหลดโดยเฉพาะแบบยกชุด) หรือแม้กระทั่งต้องการประหยัดงบด้วยการตัดคอยล์สปริง OEM เดิมที่มากับรถ เพื่อให้ขดสปริงนั้นสั้นลง วิธีนี้ไม่แนะนำอย่างยิ่งเพราะการตัดคอยล์สปริงเพื่อโหลดเตี้ยนั้นจะทำให้ค่า K ที่อยู่บนรถมีค่าผิดเพี้ยนไปจากเดิมมาก ไม่สามารถวัดค่าได้อย่างถูกต้องและทำให้ฟิลลิ่งการขับขี่เพี้ยน หรือ ภาษาบ้านๆเรียกว่า "หลงฟิลลิ่ง" นั่นเอง
ดังนั้นผู้ใช้รถหรือเจ้าของรถเอง ต้องตอบตัวเองให้ได้ก่อนว่า อยากจะทำอะไรกับช่วงล่าง เน้นใช้งานไปในด้านใด สิ่งสำคัญที่สุดอันดับแรกเลยก็คือความปลอดภัย (SAFETY FIRST) เป็นหลัก ถึงแม้ว่าจะเป็นช่วงล่าง OEM เดิมติดรถก็ตาม เพราะทางโรงงานผู้ผลิตรถยนต์เองก็ยังต้องคำนึงถึงในเรื่องความปลอดภัยมากกว่าในเรื่องของสมรรถนะ ซึ่งหากใช้งานในชีวิตประจำวันก็ไม่จำเป็นที่จะต้องไปทำหรือแต่งอะไรมาก เพียงแต่อยากให้ช่วงล่างนิ่งขึ้นกว่าเดิมและลดอาการโคลงในตอนที่ใช้รถในช่วงความเร็วสูง หรือเน้นโดยสารสบาย ก็สามารถทำได้ ฉะนั้นแล้วการปรับแต่งระบบช่วงล่างรถยนต์ก็ถือเป็นสิ่งสำคัญ ควรเลือกการปรับแต่งให้เหมาะกับการใช้งานจึงจะดีที่สุด
Reference: Hooke's law - Wikipedia , Great Minds of Science : Robert Hooke's book, autoinfo.co.th
