انواع فنر خودرو

به گزارش تارک خودرو: وجود سیستم فنربندی در خودروهایی که با شتاب نسبی زیادی حرکت می کنند، به چند دلیل ضروری است:

۱- جذب ضربات وارد شده از طرف جاده و کاهش انتقال آن به اتاق و سرنشینان

۲- مستهلک کردن ضربات چرخ ها و جلوگیری از انتقال آنها به اتصالات و مفصل ها

۳- فشردن مداوم چرخ ها به زمین و تامین کشش مناسب مابین تایر و سطح جاده

۴- تماس چرخ های فرمان پذیر جلو با سطح جاده، به منظور تسلط بهتر راننده بر هدایت و کنترل خودرو.

 

فنر مناسب، فنری است که به سرعت ضربات جاده را جذب کرده، و به سرعت نیز به حالت اولیه اش باز می گردد؛ اما در واقع چنین فنری وجود ندارد. زیرا فنر نرمی که به سرعت ضربات را جذب می کند، دارای ارتعاشات زیادی پس از حذف نیرو است، و به سرعت مستهلک نمی شود. از طرف دیگر، یک فنر سخت آرامش خودرو را برهم می زند. بنابراین بهترین حالنی که هم آرامش خودرو را حفظ کند، و هم اینکه نوسانات را زودتر کاهش دهد، فنر نرمی است که ارتعاشات آن به وسیله ی ارتعاش گیر کنترل می شود.

در مورد تغییرات طولی فنرها نسبت به بار وارده، می توان آن ها را به سه دسته تقسیم بندی کرد:

۱- فنر با تغییرات خطی: فنری که نسبت به افزایش مقدار معینی بار وارده، تغییر طولی معینی داشته باشد (مانند فنر مارپیچی یکنواخت)، فنر با تغییرات خطی نامیده می شود.

۲- فنر سخت شونده: فنری که با نیروی کم تغییرات طولی زیادی داشته باشد، و با افزایش نیرو تغییرات طولی آن کاهش یابد، فنر سخت شونده (Progressive) نامیده می شود. از این نوع فنر بیشتر در خودروهای سنگین استفاده می شود.

۳- فنر نرم شونده: فنری که ابتدا در مقابل بار کم دارای تغییرات طولی کم، و سپس افزایش بار دارای تغییرات طولی زیادی می باشد، فنر نرم شونده (Degressive) نامیده می شود.

 

برای سیستم تعلیق خودروها از فنرهای متفاوتی استفاده می کنند؛ که از لحاظ جنس شان می توان آن ها را به دو دسته ی فنرهای فولادی و غیرفولادی دسته بندی کرد. فنرهای فولادی که از فولادهایی با آلیاژ منگنز، سیلیسیم، کرم و نظایر آن ساخته می شوند، در فرم های مارپیچی، پیچشی و برگه ای در سیستم تعلیق خودروها بکار می روند؛ همچنین فنرهای غیر فولادی نیز به فرم های لاستیکی، پنوماتیکی، روغنی و گازی استفاده می شوند.

حال به بررسی ساختمان و عملکرد چند نمونه فنر می پردازیم:

۱- فنر مارپیچی (لول):

فنرهای مارپیچی فقط نیروهای محوری را در امتداد محور استوانه ی فنر جذب می کنند؛ به همین دلیل در تعلیق هایی که از این نوع فنر استفاده شده است، می بایستی اهرم های دیگری وجود داشته باشند، تا نیروهای عرضی و طولی را جذب کنند. 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.

از مزایای این فنرها می توان به اشغال فضای کم، خاصیت ارتجاعی خوب، دامنه ی نوسانات زیاد، عدم نیاز به مراقبت و نگهداری زیاد و همچنین امکان تغییر مقاومت فنر با تغییر در قطر مفتول و قطر پیچش اشاره کرد.

فنرهای مارپیچی فاقد خاصیت ضربه گیری هستند؛ بنابراین برای آن ها باید کمک فنری را به عنوان مکمل قرار دهیم، تا ضربات وارده از طرف جاده را به سرعت جذب نموده، و راحتی سفر را فراهم نماید.

مدل های قدیمی این فنرها مارپیچ ثابتی داشتند؛ اما مدل های جدید این فنرها با قطر مارپیچ متغیر یا قطر میل گرد متغیر به عنوان فنر مخروطی عرضه می شوند. قسمت وسط مفتول فنر مخروطی از دو سر آن قطورتر بوده، و ضریب فنریت متغیری را پدید می آورد. زمانی که این نوع فنر فشرده می شود، مقاومت آن در برابر بیشتر فشرده شدن افزایش می یابد.

۲- فنر میله پیچشی (موج گیر):

فنر پیچشی میله ی مستقیمی از جنس فولاد مخصوص فنر است، که یک سرش به شاسی یا اتاق خودرو متصل گردیده، و سر دیگرش به طبق بالا یا پایین متصل می باشد؛ بطوریکه وقتی طبق در پاسخ به حرکت چرخ ها به طرف بالا و پایین نوسان می کند، فنر موج گیر پیچش پیدا می کند؛ پس از حذف نیروی پیچشی نیز، مجددا به حالت اولیه خود باز می گردد.

 

از این فنر به دو منظور استفاده می شود:

۱- فنربندی: از این فنر همانطور که در بالا توضیح داده شد، به عنوان فنر پیچشی در خودروهایی نظیر فولکس واگن، کرایسلر و … استفاده شده است.

۲- اهرم تعادل: از فنرهای پیچشی به عنوان اهرم های طولی و عرضی، پانهارد و ضد غلتش نیز استفاده می شود.

زمانی که خودرو در حال دور زدن است، در اثر نیروی گریز از مرکز، چرخ های خارج پیچ به فرو رفتن در زمین، و چرخ های داخل پیچ به بلند شدن از زمین متمایل می شوند. این تمایل، باعث پیچاندن بدنه و غلتاندن خودرو می شود. برای مقابله با این غلتش، از میله ی ضد غلتش استفاده می شود.

یک سر میله ی ضد غلتش به یک طبق، و سر دیگر آن با میله ی قابل تنظیمی به طبق دیگر وصل می شود؛ بطوریکه وسط میله به وسیله ی بوشی به زیر شاسی وصل شده، و امکان چرخش را فراهم می کند. زمانی که چرخ داخل پیچ متمایل به بلند شدن از زمین می باشد، این میله با بلند شدنش مخالفت می کند؛ و به طور برعکس، در سر دیگر میله نیروی پایین آورنده ای تولید می کند.

از مزایای این فنرها می توان به فنریت نرم و یکنواخت و عدم نیاز به مراقبت زیاد اشاره کرد. البته برای نرم عمل کردن شان باید طول فنر بلند انتخاب شود؛ که همین امر باعث تولید گشتاور زیادی در تکیه گاه های فنر شده، و نیاز به کف سازی نیرومند را مضاعف می کند.

 

۳- فنر برگه ای (شمشی):

فنر برگه ای که فرم ساده ای از فنر می باشد، در ابتدا با نام های فنر لایه لایه یا فنر درشکه و گاری خوانده می شد، و معمولا در وسایل نقلیه ی چرخ دار یا به عبارتی چهارچرخ به کار می رفت. این فنر یکی از قدیمی ترین فرم های فنر می باشد، و سابقه اش به قرون وسطی باز می گردد.

این فنرها می توانند نیروهای عمودی (وارده از سطح جاده به چرخ ها)، نیروهای طولی (به هنگام شتاب گیری و ترمز کردن) و همچنین نیروهای عرضی (به هنگام دور زدن یا در اثر وزش باد) را به خوبی تحمل کنند.

این فنرها از روی هم قرار گرفتن نوارهای باریک قوس داری با طول های متفاوت ساخته شده اند، که مرکز قوس شان موقعیتی را برای اتصال به محور فراهم می کند؛ همچنین هر یک از دو سوراخ مهار کننده ی انتهای فنر نیز برای اتصال به بدنه ی خودرو در نظر گرفته شده است.

در این فنرها، بیشترین نیرو بر وسط دسته ی فنر (جایی که به محور بسته می شود) وارد می گردد؛ در نتیجه، قسمت میانی را با افزایش تعداد لایه ها تقویت می کنند. همچنین برای کاهش اصطکاک ما بین لایه ها، در طول فنر فنرها شیاری ایجاد می کنند، که در آن لایه ای پلاستیکی قرار داده، و یا با گریس پر می شود.

دو سر بلندترین لایه (شاه فنر) را به صورت حلقه در می آورند، که حلقه ی جلو را با بوش و حلقه ی عقب را بوسیله ی گوشواره ای به کف شاسی متصل می کنند، تا تغییرات طولی فنر را در ضمن کار تحمل کند.

فنرهای برگه ای از دهه ی ۱۹۷۰ تا زمانی که حرکت چرخ های جلو و طرح های پیچیده ی تعلیق، سازندگان اتومبیل را به استفاده از فنر مارپیچی مجبور نکرده بود، بکار گرفته می شدند؛ بطوریکه خودروهای مسافری تا سال ۱۹۸۹ از فنرهای برگه ای استفاده می کردند؛ هر چند که امروزه از این فنرها بیشتر در خودروهای سنگینی نظیر ون ها، کامیون ها و واگن های ریلی استفاده می شود.

در جایی که فنرهای مارپیچی بار وارد شده به خودرو را فقط به یک نقطه منتقل می کنند؛ از مزایای فنرهای برگه ای برای استفاده در خودروهای سنگین می توان به توزیع یکسان بار در قسمت بیشتری از سیستم شاسی خودرو اشاره کرد. همچنین برخلاف فنرهای مارپیچی، فنرهای برگه ای که در محور عقب نصب می شوند، نیاز به میله ی پیچشی عقب (Trailing Arm) و میله ی پانهارد (Panhard Rod) را برطرف کرده، و مزیت کاهش هزینه و وزن را برای داشتن تعلیق عقب ساده فراهم می کنند.

یکی از مدل های جدید فنرهای برگه ای، فنرهای برگه ای سهمی شکل (Parabolic Leaf Spring) است. این طرح با برگه های کمتر و ضخامت متفاوتی که از وسط به دو انتها دارد، به شکل منحنی سهمی شکلی در می آید. در این طرح، اصطکاک داخل برگه ها ناخواسته می باشد، و برگه ها فقط در دو انتهایشان می توانند به یکدیگر متصل شوند، و در وسط محلی را برای اتصال به محور فراهم می کنند؛ زیرا جدا کننده های بین برگه ها مانع وجود اتصال در نقاط دیگر می شوند. علاوه بر کاهش وزن، مزیت اصلی فنرهای سهمی شکل، انعطاف پذیری بیشترشان است، که به قابلیت های سواری بسیار کمک کرده، و عملکرد آن ها را نزدیک به فنرهای مارپیچی می کند.

 

• از مزایای فنر برگه ای می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱- جذب و تحمل نیروهای طولی، عرضی و عمودی.

۲- کاهش قیمت تمام شده ی خودرو؛ زیرا با نصب فنر برگه ای دیگر نیازی به اهرم های متعادل کننده نیست.

۳- جایگزین شدن این فنر با میله ی ضد غلتش یا طبق می تواند علاوه بر انجام وظیفه ی فنر، وظیفه ی طبق یا میله ی موج گیر را نیز بر عهده داشته باشد.

 

• از معایب فنر برگه ای می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱- فضای زیادی را اشغال می کند.

۲- قیمت تمام شده ی فنر گران است.

۳- در اثر سایش لایه های فنر با یکدیگر، انعطاف فنر کاهش می یابد.

۴- این فنر در تعلیق های مستقل که امروزه در خودروهای جدید بکار می روند، کاربردی ندارد.

 

۴- فنرهای تناوبی:

از خاصیت تراکم پذیری هوا و گازهای دیگر می توان در تعلیق خودروها به جای فنرهای فولادی بهره برد. این روش که بیشتر در خودروهای سنگین و گاها در خودروهای سبک کاربرد می یابد، دارای نرمش بسیار خوبی می باشد، و بیشتر در سیستم های خود تنظیم و هیدروپنوماتیکی بکار گرفته می شود. فنرهای بادی (Air Spring) و گازی (Gas Spring) دو نمونه از این فنرها می باشد، که مجموعه فنر بادی از کمپرسور، محفظه هوا، لوله های انتقال هوا و رگولاتور تنظیم فشار تشکیل شده است.

فنر بادی، استوانه یا کیسه ای لاستیکی است که با هوای فشرده پر می شود. پیستون پلاستیکی ای وجود دارد که به طبق پایین متصل شده، و همراه با آن بالا و پایین می رود، و با فشردن و منبسط کردن هوای فشرده داخل کیسه ی پلاستیکی، وظیفه ی فنر را انجام می دهد.

اگر بار وارده از طرف جاده به خودرو تغییر کند، شیری که در بالای کیسه قرار گرفته است باز می شود، تا هوا به کیسه وارد یا از آن خارج گردد؛ همچنین کمپرسور باد متصل به این شیر، فنر بادی را همواره پر باد نگه می دارد.