فنر خودرو
فنر خودرو چیست و چه وظایفی دارد؟
فنرها و کمکفنرها که اجزایی جدا نشدنی هستند، از اعضای مستقل سیستم تعلیق به شمار میروند. در ابتدا باید به این حقیقت اشاره کرد که وظیفه و کارایی کمک فنر و فنر خودرو در تلفیق با یکدیگر تکمیل می شود و به تنهایی هیچ کارایی خاصی ندارند. این دو درکنار هم، ارتعاشات ناشی از حرکت خودرو در مسیرهای ناهموار را جذب کرده و مانع از انتقال آنها به کابین میشوند.
این فرآیند در دو مرحله تحمل وزن خودرو و دفع نیروی وارده به این وزن انجام میشود .که فنر بخش تحمل وزن و کمکفنر بخش دفع نیروها را بر عهده دارد. در واقع فنر یا spring در خودرو، ضمن تحمل وزن خودرو، ارتفاع آن با سطح زمین را نیز تنظیم میکند و ثابت نگه میدارد. به این ترتیب مانع از برخورد کف با سطح زمین میشود. فنر با تنظیم این ارتفاع در تناسب با وزن خودرو و پستی بلندیهای سطح، به دفع ضربات نیز اهتمام میورزد. اما کمک فنر در کنار این قطعه به دفع کامل ضربه کمک کرده و مانع از خروج ناگهانی نیروی وارده به فنر از سطح جاده میشود. به این ترتیب فنر وظایف زیر را در سیستم تعلیق و خودرو بر عهده دارد:
- دفع ضربات چرخ و جاده و ممانعت از انتقال آنها به کابین
- دفع نیروی وارده از چرخها و جاده و ممانعت از انتقال آنها به اتصالات و مفصلهای خودرو
- پیشگیری از استهلاک اتصالات خودرو
- ایجاد نهایت چسبندگی بین چرخها و جاده با فشردن دایم آنها به سطح، در نتیجه افزایش نیروی کششی خودرو
- کمک به کنترل راحتتر خودرو از طریق بالا بردن کشش آن
با توجه به بالا بردن چسبندگی چرخها به سطح جاده از طریق فنرها، به نظر، این اجزا در خودروهای سرعتی با شتابگیریهای سریع اهمیت بیشتری دارند. چرا که کاهش قدرت کنترلپذیری خودرو در سرعتهای بالا امری اجتنابناپذیر است.
نقش کمک فنر در کنار فنر
عملکرد فنر به طور معمول جذب نیروی وارده و دفع ناگهانی آن است.در واقع هنگام برداشتن جسم یا مانعی سنگین از روی فنر و رها شدن آن، انرژی ذخیره از نیروی وارده از سوی جسم یا مانع توسط فنر رها میشود و این آزاد شدن ناگهانی انرژی در فنرها امری اجتناب ناپذیر است. خودروها، فنر در اثر وزن خودرو و نیروی وارد از سطح زمین فشرده میشود. این نیرو که در حال فشردگی در فنر ذخیره میشود، در صورت رها شدن ناگهانی، نیرویی شدید و خارج از کنترل را به بدنه و اتاق انتقال میدهد.
نتیجه کارایی فنر در جذب تنشهای وارد از جاده از دست خواهد رفت. حتی ممکن است ارتعاشات و تنشهای وارد شده به کابین افزایش یابد. در این میان نیاز به نیرویی کمکی برای کنترل فنرها و دفع تدریجی انرژی ذخیره شده در فنر است. این وظیفه برعهده کمک فنر است که در کنار فنر، آن را کنترل میکند.
همچنین کمک فنر از تداوم نوسان فنر پیشگیری میکند. در واقع فنری که بین دو سطح، نیرو یا وزن فشرده باشد، پس از رها شدن اولیه، تا چند نوسان نیروی ذخیره را تخلیه میکند. در این حالت، اگر فنر به حال خود رها باشد، اتاق با هر ضربه از سوی جاده دچار تنشهای نوسانی و ممتد میشود. اما کمک فنر این نوسانات را نیز کنترل میکند.
انواع فنر خودرو
فنرها در انواع و نمونههای مختلف و تعداد متفاوت در خودروها مورد استفاده قرار میگیرند. اما در استفاده از آنها دو نکته مورد توجه قرار میگیرد.
- وزنی از خودرو که روی فنر قرار میگیرد. (جرم فنربندی شده)
- وزنی از خودرو که زیر فنر است. (جرم فنر بندی نشده)
سپس بر اساس این وزنها و این دو شاخصه، به انتخاب فنرهای سخت شونده یا فنرهای نرم شونده در خودرو میپردازند. چرا که سختی یا نرمی فنر تعیین میکند که جرم فنربندی خودرو در برابر نیروی وارده از جاده چه عکسالعملی داشته باشد. سختی یا نرمی فنر و نوع واکنش آن، میتواند به خشکی و نرمی سواری یک خودرو کمک کند. - فنرهای سخت شونده که در برابر نیروهای کم تغییرات طولی بیشتری نشان میدهند. با افزایش نیرو این واکنش کمتر میشود، فنر سختی بیشتری را بروز میدهد.
- فنرهای نرم شونده که در برابر نیروی کم تغییرات کمتر نشان میدهند و با افزایش بار یا نیرو، تغییرات طولی آنها نیز افزایش مییابد.
اما در کنار این تفاوتها، فنرها در خودروها تفاوت ساختار و جنس نیز دارند که با توجه به نوع خودرو مصارف آن از این فنرها استفاده میشود. - فنرهای فولادی که در سه فرم پیچشی، مارپیچی و شمشی، از آلیاژهای منگنز، سیلیسیوم و کروم فولادی میسازند.
- فنرهای غیر فولادی که در انواع لاستیکی، پنوماتیکی، روغنی و گازی میباشند.
فنر مارپیچی
به فنر مارپیچی فنر لول نیز میگویند. این نوع فنر کاملا شبیه به شکل رایجی که از فنرها میبینیم است. به این معنی که فنر لول از یک میله پیچ فولادی تشکیل میشود. قطر و ارتفاع حلقه های آن، تعیین کننده قدرت و مقاومتش هستند. به این شرح که افزایش قطر میله، باعث افزایش قدرت فنر میگردد، در حالی که افزایش طول آن باعث افزایش انعطاف پذیریاش خواهد شد. فنر مارپیچ که معمولترین و رایجترین نوع فنر مورد استفاده در صنعت خودروسازی است عموما در سواریهای شهری کاربرد داشته و به دلیل اشغال فضای کم، وزن پایین و عدم نیاز به نگهداری و سرویس مداوم محبوبیت دارد. اما به دلیل ناتوانی در کنترل نوسانات وجود کمک فنری قوی در کنار آن الزامی است. فنر لول در سیستمهای تعلیق مجهز به طبق به کار میرود چرا که توانایی انتقال نیروی کششی یا فشاری را ندارند.
در مدلهای قدیمی این فنرها مارپیچ ثابتی داشتند. به این معنی که قطر و ارتفاع حلقههای آنها در طول فنر یکی بود. اما امروزه با قطر مارپیچ متغیر یا قطر میل گرد متغیر به عنوان فنر مخروطی عرضه می شوند. به این ترتیب که قسمت وسط مفتول فنر مخروطی از دو سر آن قطورتر بوده، و ضریب فنریت متغیری را پدید می آورد. همچنین مقدار وزنی که برای فشردن یک فنر مارپیچ به اندازه یک اینچ لازم است را نرخ فنر مینامند که شاخصه در مورد فنر لول است.
از نرخ فنر یا ثابت فنر برای اندازهگیری قدرت آن استفاده میشود. از مزایای دیگر فنرهای مارپیچ این است که به هیچ تنظیمی نیاز ندارند و کم استهلاک هستند. هر چند از لحاظ تحمل وزن محدودیت دارند و احتمال ضعیف شدنشان نیز وجود دارد. همچنین عیب دیگری که به این فنرها وارد می دانند، آنست که اگر فاصله ی دو تکیه گاه فنر زیاد باشد، خطر کج شدن و شکم دادنشان وجود دارد.
فنر شمشی
فنر برگی از چند لایه شمش فلزی سوار بر هم استفاده میشود. در خودروهای سنگین، باری یا سواریهای که اکسل یکپارچه دارند مورد استفاده قرار میگیرد. چرا که این فنرها می توانند نیروهای عمودی، طولی و همچنین نیروهای عرضی را به خوبی تحمل کنند. به این معنی که ضربات وارد به بدنه از سوی چرخها و جاده، شتابگیری و ترمزگیریهای شدید و دور زدن یا وزش باد را به خوبی تحمل و دفع میکنند.
طول لایهها یا نوارهای فلزی فنر شمشی که روی هم قرار میگیرند متفاوت است اما معمولا دارای یک مرکز مشترک هستند که از آن برای اتصالش به بدنه و شاسی استفاده میشود. ضمن اینکه از لایههای قوس ملایمی در وسط دارند. قطورترین بخش فنر که تعداد لایههای بیشتری هم دارد در مرکز آن است که بیشترین نیرو را نیز تحمل میکند. دو سر بلندترین نوار که شاه فنر نام دارد نیز برای اتصال به بوش و شاسی به شکل حلقه طراحی میشود. تعداد لایههای فنر شمشی در نیرویی که تحمل میکند موثر است. ضمن اینکه این لایهها توسط یک پیچ و مهره در وسط و تعدادی اتصالات مخصوص در طرفین به هم وصل میشوند. فنر تخت به دلیل اشغال فضای زیاد معمولا در سواریها مورد استفاده قرار نمیگیرد.
فنر پیچشی
این نوع فنر در واقع غیر معمولترین فنری است که میتوان با آن مواجه شد. فنر پیچشی که از یک سمت به شاسی خودرو وصل و از سوی دیگر به طبق متصل است، از یک میله یک تکه فولادی تشکیل میشود. به فنر پیچشی تورشن بار یا میل موجگیر نیز میگویند. فنر پیچشی بر اثر ضربه از سوی چرخها در خود می پیچد و نیروی فنری ایجاد میکند. در بیان سادهتر نحوه عملکرد فنر پیچشی به چلاندن آب پارچهای خیس میماند. فنر پیچشی در اکسل عقب سواریها مورد استفاده قرار میگیرد. مزیت آن اشغال فضای کمتر و معضل آن خشکی سواری است. از فنر پیچشی گاهی به عنوان اهرم تعادل نیز استفاده میشود. در این صورت آن را به صورت اهرمهای طولی و عرضی به کار میبرند تا از پیچش بدنه و غلتیدن خودرو در پیچها به سمت نیروی گریز از مرکز و ضلع کوتاه پیچ میشود.