X انجام پروژه های نرم افزار های مهندسی مکانیک
کاربرد فنر در خودرو(2) - وبلاگ مهندسی مکانیک
مقالات حرارت و سیالات // ٤:٢٠ ‎ب.ظ - جمعه ۱٩ آذر ۱۳۸٩

کاربرد فنر در خودرو(2)

 

 

یکی از اشکالات کمک‌های دو تیوپه، نداشتن قابلیت نصب شدن به صورت زاویه‌دار و یا سر و ته می‌باشد، این امر باعث می‌شود در مواردی که سازنده با کمبود جا مواجه است امکان استفاده از این نوع کمک را نداشته باشد، دیگر اشکال کمک‌های دو تیوپه نیز دفع نشدن کافی گرما به خارج می‌باشد، چرا که تیوپ ذخیره مانعی بر سر خروج گرمای تولیدی در پیستون بوده و گرما نیز باعث کاهش ویسکوزیته روغن می‌شود که این امر کارآیی کمک فنر را کاهش می‌دهد (این مشکل در نوع گازی کمتر به وجود می‌آید). کمک‌های دو تیوپه در اکثر خودروهای سواری، وانتها، SUV ها و کامیونهای سبک به کار می‌رود.
تک تیوپه: در این نوع از کمک فنر همانطور که از نامش پیداست، تیوپ ذخیره وجود ندارد. در درون تیوپ اصلی ۲ پیستون وجود دارد ؛ پیستون متحرک و پیستون جداکننده (معلق)، پیستون متحرک که به میله کمک فنر متصل است دقیقا مشابه انواع دو تیوپه عمل می‌کند، ‌اختلاف اصلی اینجاست که در این نوع از سوپاپ فشردگی خبری نیست و به جای آن یک پیستون جداکننده، محفظه حاوی روغن را از محفظه گاز جدا می‌کند، محفظه زیرین حاوی گاز با فشار ۳۶۰ psi می‌باشد . در حین کارکرد در سیکل بازشدن، هنگامی که فشاری بر پیستون متحرک وارد نشود، بر اثر فشار نیتروپن زیرین، بالا آمده و فضای خالی را پر می‌کند، در سیکل فشرده شدن نیز تحت فشار، پیستون پایین می‌رود تا کمک تا انتها فشرده شود.
این نوع کمک فنر قابلیت نصب در تمامی حالتها را داراست، همچنین به دلیل فشار بالای نیتروژن، بر خلاف دیگر انواع کمک فنر قابلیت ساپورت مقدار کمی از وزن خودرو را نیز دارد. در این نوع به دلیل نبود تیوپ ذخیره مشکل دفع حرارت تولیدی نیز وجود ندارد، در صورت بروز گرما نیز نه تنها کارآیی آن کاهش نمی‌یابد، بلکه در پی افزایش فشار نیتروژن (در اثر گرما) بهبود نیز می‌یابد. همچنین به دلیل نبود تماس بین روغن و گاز یا هوا مشکل تشکیل کف نیز وجود ندارد، اما عیب این نوع کمک فنر آسیب‌پذیری آن است چرا که به دلیل نبود تیوپ ذخیره، در صورت برخورد شیئی خارجی با پوسته کمک و ایجاد فرورفتگی، پیستون از حرکت باز می‌ماند. این نوع کمک فنر در بسیاری از خودروهای سواری، وانتها، SUV‌ها و کامیونهای سبک استفاده می‌شود، اما قیمت بالاتری نسبت به انواع تک تیوپه دارد .
با مخزن بیرونی: این نوع که بهترین نوع کمک فنر محسوب می‌شود، برای کارهای برجسته‌ای چون مسابقات اتومبیلرانی و موتورسیکلت‌رانی به کار می‌رود و قیمت بالایی نیز دارد. در این نوع، از یک کمک فنر تک تیوپه سبک و کوچک استفاده می‌شود که به وسیله یک لوله به مخزنی که در قسمتی جدای از کمک فنر واقع شده و حاوی سیال و گاز می‌باشد وصل می‌شود‌، درون مخزن یک پیستون جداکننده و یک سوپاپ فشردگی قرار دارد، از اینرو می‌توان این نوع را ترکیبی از دو نوع قبلی یعنی دوتیوپه و تک‌تیوپه دانست .
اشغال فضای کمتر در پشت چرخ، به دلیل پرتابل بودن مخزن دوم (در برخی موارد به تیوپ اصلی چسبانده شده، اما در اکثر موارد جدا می‌باشد)، خنک شدن بهتر و قابل تنظیم بودن، از مزایای این نوع کمک فنرها محسوب می‌شود

 

۵ نوع عمده فنر در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می‌گیرد:
۱- فنر مارپیچ ( Coil Spring ) :
نوع معمول و شناخته شده فنر می‌باشد که یک میله پیچیده شده (حلقه شده) فولادی است، قطر و ارتفاع حلقه، قدرت و مقاومت فنر را تعیین می‌کند. افزایش قطر میله،‌ باعث افزایش قدرت فنر می‌شود، در حالیکه افزایش طول آن باعث افزایش انعطاف‌پذیریش خواهد شد .
مقدار وزنی که برای فشردن یک فنر مارپیچ به میزان یک اینچ لازم است را نرخ فنر ( Spring Rate ) می‌نامند . این مقدار برای اندازه‌گیری قدرت فنر استفاده می‌شود و می‌توان آنرا نرخ فشردگی فنر نیز اطلاق کرد. برای مثال اگر ۱۰۰ پوند وزن لازم باشد تا فنری با حلقه‌های مساوی در ارتفاع یک اینچ فشرده شود‌، برای اینکه همین فنر ۲ اینچ فشرده شود نیاز به ۲۰۰ پوند وزن می‌باشد، اما این فرمول فقط برای فنرهایی صادق است که فشردگی حلقه‌های یکسانی دارند. در فنرهای پیشرفته (Progressive Springs)، یک فنر دارای نرخ‌های مختلف در نقاط مختلفش می‌باشد. این فنرها به دو روش ساخته می‌شوند. در روش اول ،‌ فنر در قسمتهای مختلف از ارتفاعش، دارای ضخامتهای مختلفی است و در نوع دوم که نوع متداولتری است، فشردگی فنر در قسمتهای بالاتر بیشتر است . اصولا فنرهای چند نرخی باعث می‌شوند تا در زمان خالی بودن خودرو، قسمتی که دارای نرخ کمتری است، وارد عمل شده و سواری نرمتری را فراهم کند و در هنگام اعمال وزن نیز قسمت با نرخ بالا وارد عمل شده و حمایت و کنترل بهتری را برای وسیله نقلیه فراهم می‌سازد .
محاسن: فنرهای مارپیچ به هیچ تنظیمی نیاز نداشته و اکثرا بدون خرابی می‌باشند.
معایب: این نوع فنرها از لحاظ تحمل وزن محدودیت داشته همچنین احتمال ضعیف شدنشان هم وجود دارد که این امر باعث بر هم خوردن تنظیم هندسی و ارتفاع خودرو و فرسودگی تایرها و دیگر قطعات خودرو می‌شود. با اندازه‌گیری ارتفاع خودرو و مقایسه آن با میزان مشخص شده، می‌توان از ضعیف شدن فنرها آگاه شد .
موارد مصرف: این نوع فنر، در اغلب خودروهای سواری امروزی استفاده می‌شود.
۲- فنر تخت ( Leaf Spring ) :
فنرهای تخت که در دو نوع تک ورقی و چند ورقی عرضه می‌شوند، این فنرها مانند فنرهای مارپیچ برای جذب ضربه جمع نمی‌شوند، بلکه خم می‌شوند. نوع چند ورق شامل چند صفحه فولادی انعطاف‌پذیر با طولهای مختلف می‌باشد که روی یکدیگر قرار گرفته‌اند و در مواجهه با ضربات جاده خم شده و روی یکدیگر می‌لغزند. در نوع تک ورق نیز که عمدتا از نوع باریک شونده می‌باشد، تنها یک ورق فنری که در وسط کلفت‌تر از طرفین می‌باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرد،‌ این نوع از فنرهای تخت عمدتا از کامپوزیتها ساخته می‌شوند، اما نوع فولادی آنها نیز یافت می‌شود. فنرهای تخت عمدتا به صورت مجزا برای هر چرخ استفاده می‌شوند که در طول خودرو و در زیر هر چرخ نصب می‌شوند، اما برخی کارخانجات نیز، از نوع متقاطع (ضربدری) آن برای هر دو چرخ استفاده می‌کنند. فنرهای تخت به وسیله یک رابط U شکل به اکسل خودرو متصل می‌شوند و از دو طرف نیز به شاسی وصل می‌شوند.
محاسن: این نوع از فنرها توانایی ساپورت وزنهای زیاد را دارا بوده و سواری نرمتری را برای خودروهای سنگین به ارمغان می‌آورند.
معایب: نیاز به جای زیاد، وجود اصطکاک بین ورقه‌های فنر و ایجاد صدای ناشی از لغزش فنرها روی یکدیگر (با نصب ورقهای پلاستیکی بین ورقه‌های فنر قابل حل است) و همچنین نیاز به سرویس و نگهداری از معایب این فنرها محسوب می‌شود.
موارد مصرف: این نوع از فنرها بیشتر در خودروهای سنگین، وانت بارها، برخی SUVها (‌در مورد وانتها و SUVهای جدید فقط برای چرخهای عقب استفاده می‌شود) و حتی برخی خودروهای سواری قدیمی نظیر پیکان دیده می‌شود.. خودروسازان اروپایی از این سیستم به صورت گسترده ای استفاده کردند، و نیز در ایالات متحده، پاکارد و کرایسلر در طول سال های 1950 تا 1960 این کار را انجام دادند.
3- فنر هوایی (Air Spring) :
نوع دیگری از فنرها می‌باشد که در حال رواج یافتن می‌باشند. فنر هوا یک سیلندر لاستیکی است که با هوای فشرده پر شده و پیستونی که به اتصالات پایین چرخ متصل است با حرکت خود در این سیلندر باعث فشردگی هوا و ایجاد حالت فنریت خواهد شد. اگر میزان وزن خودرو تغییر کند نیز یک والو در بالای سیلندر هوا باز شده تا به مقدار هوای داخل سیلندر بیفزاید (یک کمپرسور این هوا را تامین می‌کند) و این امر باعث خواهد شد تا خودرو با وجود افزایش بار وارده، در ارتفاع ثابت خود باقی بماند.
محاسن: نرمی بسیار بالا مانند غوطه‌وری در هوا
معایب: پیچیدگی سیستم و قیمت بالای آن
موارد مصرف: برای خودروهای سواری، وانت‌ها و کامیونهای سبک در حال رایج شدن می‌باشد.

موضوعات

صفحات