فنر و کاربردهای آن

درباره فنر و کاربردهای آن
مقدمه
در ابتدا جهت طراحی و تولید یک کالای صنعتی نیاز به تعریف مشخصی از آن و همچنین تعیین مشخصات دقیقی از کالای تعریف شده خواهیم داشت تا بتوانیم با توجه به نوع کاربرد مورد هدف، طراحی دقیقی را انجام وجهت ساخت و تولید آن کالا، مواد اولیه و تجهیزات مناسب و مرتبطی را مهیا و عملیات تولید را آغاز نماییم .
در واقع فنرهای مکانیکی اجزاء قابل ارتجاعی هستند که نیرو یا گشتاور نیرو را اعمال میکنند. یعنی انرژی را جذب و ذخیره نموده و سپس آزاد میکنند. بطور کلی ( اما نه همیشه )از فلز ساخته میشوند و میتوان آنهارا بصورت فنرهای سیمی ، فنرهای تخت یا فنرهایی با اشکال ویژه هندسی دسته بندی کرد .در صنایع و یا مکانهای خاصی از صنعت و مواقعی که بار دستگاه کم باشد از جنس پلاستیکهای تقویت شده نیز ساخته میشوند، مانند سپر اتومبیل ها، کاپوت اتومبیل، پلها،قسمتهای مختلفی از ساختمانها و بسیاری از قطعات دیگر که نیاز به انعطاف پذیری نسبتا خوب دارند، از این نوع کالای غیر فلزی و البته با ترکیبات خاص استفاده میگردد .
نوع دیگر فنرهای پنوماتیکی هستند که در آنها از قابلیت تراکم گازها استفاده میشود مانند بار کمپرسی با هوای فشرده ،که در فنرهای ئیدرو پنوماتیک از گاز نیتروژن فشرده برای فشارهای زیاد استفاده میکنند،مانند فنرهای اتومبیل سیتروئن و … .
در مجموع فنرها انواع محتلفی دارند که با توجه به نیاز و محل کاربرد آنها طراحی و تولید میگردند ،
لذا با توجه به کثرت و تنوع بسیار زیاد آنها به تعریف و مشخصات مورد نیاز جهت ساخت بعضی از اهم آنها که نسبتا کاربرد بیشتری در صنایع دارند خواهیم پرداخت .
این عضو مکانیکی در شکلهای متنوع در صنعت کاربردهای بسیار مهمی داشته و دارند که از مهمترین انواع آنها را میتوان به انوع فنرهای مفتول لول شده (فشاری ، کششی ،خمشی و پیچشی ) و مفتولی فرم دار که از نوع گرد ، تخت سطح مقطع مستطیلی ، بیضی و … و حتی انواع لاستیکی با فرمهای مختلف و نیز انواع فنرهای گازی شکل نیز اشاره نمود .
تعریف
فنرها در دستگاه ها و سیستم ها ی مکانیکی و تاسیسات مختلف کاربرد وسیعی دارند. فنرها برای ذخیره سازی انرژی و پس دادن آن در موقع مقتضی و همچنین برای ضربه پذیری و ایجاد نرمش در دستگاه ها بکار می روند.فنرها معمولا با تنش بسیار زیاد تحت اثر بارهای متناوب قرار دارند بر حسب نوع کاربرد فنرها به صورت فشاری,کششی,پیچشی,ضربه گیر و … تقسیم می شوند.
فَنَر ابزاری مکانیکی است که برای ذخیره انرژی مکانیکی بکار می رود و دارای نیروی ارتجاعی است.
کسی که بتواند با استفاده از دستگاه و ابزارهای مورد نیاز فنرهای مختلف با اندازه های مختلف را تولید کند "فنرپیچ مکانیکی" نام دارد.
واژه ای که در عربی برای فنر بکار می رود یعنی "زنبرک" از فارسی گرفته شده است.

انواع فنر
* فنر ساعت
* فنر لول
* فنر ارتعاشی
* فنر پارابولیک
* دست فنر تخت
* فنر پیچشی
* فنر نانولوله ای

فنرهای فولادی:
فنرهای فولادی در دو نوع مفتولی و تخت وجود دارند.فنرهای فولادی مفتولی می تواند دارای سطح مقطع گرد یا چهار گوش باشد.
در دوانتهای فنرهای فشاری حلقه هایی که با تکیه تماس دارند کاملا تخت ساییده می شوند بنابراین حدود 5/1 حلقه در دو انتهای فنر غیر فعال در نظر گرفته می شوند.فنرهای مارپیچ را از پیچیدن مفتول فنر به دور یک میله به وجود می آورند.

فنر های شمش:
این فنرها به صورت لایه لایه ساخته می شوند,برای جذب نیروهای خمشی کاربرد دارند.

فنرهای فولادی پیچشی:
این فنر به صورت یک میله ی فولادی است که یک انتهای آن در محلی ثابت شده و انتهای دیگرش توسط اهرم به یک عضو نوسان کننده متصل می شود.

فنر فشاری مخروطی:
از پیچیدن یک مفتول یا تسمه به دور یک مخروط ساخته می شود.این فنرها دارای ضریب سختی غیر یکسانی هستند یعنی هنگامی که بار وارده کم باشد نرم عمل می کنند و وقتی بار زیاد شود فنر هم سخت تر می شود و تغییر مکان آن کمتر خواهد بود از این خاصیت در خوردروهای سنگین استفاده می شود.

فنرهای مارپیچ:
فنرهای مارپیچ به ورت سرد یا گرم بسته می شوند که معمولا بستگی به قطر سیم فنر دارد تا قطر سیم image019اینچ فنرها به صورت سرد بسته می شوند و بیشتر از آن را به صورت گرم می پیچند که معمولا از فولادهای کربن دار استفاده می شود.پس از پیچیدن فنرهای مارپیچ آن ها را تا
image020 حرارت می دهند و به مدت 30 دقیقه در این درجه حرارت نگه می دارند تا تنش های حبس شده آزاد شوند,این عمل را تمپره می نامند.
فنرهایی که قطر مفتول آن ها بیشتر ازimage019اینچ است,باید برای تهیه ی آن ها از آلیاژهای فولادی استفاده نمود,گرچه قیمت آن ها
گران تر است,یک نوع آلیاژ به نام سیلیس منگنز نسبت به سایر آلیاژ ها ارزانتر است ولی عیب بزرگ این آلیاژ این است که کربن خود را هنگام عملیات حرارتی از دست می دهد,در نتیجه سطح خارجی ناصاف می شود که این موضوع باعث تشدید خستگی می شود.
آلیاژ دیگری که بسیار گران است به نام کروم وانادیوم می باشد که نسبت به فولادهای با کربن ساده برای بارهای ضربه ای مناسب تر است.
ماده و چیزی است که به آن حالت فنری می دهند مثلاً اگر شاخه تازه درختی را بهم پیچانیم چون آنرا رها سازیم به حالت اول بر می گردد. همچنین است چوب ها یا فلزات قابل ارتجاع که چون دو سر آنرا بهم نزدیک کنیم حالت فنری یافته و با رها کردن و در سر آنها باز بحال اول خود در می آید. تقریباً اگر دو سر همه فنرها بهم نزدیک و آنگاه آنها را رها کنیم بحالت اول و غیر فنری باز می گردند. امروزهموادی که از آنها فنر ساخته می شود فولاد و مفرغ است.
فنرها به مقیاس وسیعی در ماشین سازی و ماشین آلات بکار می رود. در ساعت ها، درها و سوپاپ ها و غیره فنر بکار می رود. برخی از فنرها به آهستگی باز می شوند مانند فنر بکار رفته در ساعت ها. باز شدن فنر بستگی به به نیرو و فشاری دارد که از آن فشار کاسته می شود یا به کلی فشار از میان می رود. آلیاژهائی که در ساختن فنر از آنها استفاده می شود. کرومونیم، نیکل تنگستن و کبالت برای سیم فولاد در افزایش قابلیت ارتجاعی آنها موثر است. فنری که از فولاد ضد زنگ ساخته شده به خوبی در حرارت ۲۶۰ درجه سانتی گراد مقاومت دارد. فنرهائی که از آلیاژ نیکل و کرومیوم ساخته حرارت ۴۸۰ درجه سانتی گراد حالت ارتجاعی و تیزی خود را حفظ می کند. فنرهائی که در موتور جت و توربین گازی به کار می روند باید تحمل درجات خیلی بالائی از حرارت را داشته باشند.
احتمالاً نخستین فنرها از شاخه های جوان و نونهال به وسیله شکارچیان نخستین، برای ساختن دام ها و تله ها، ساخته و مورد استفاده واقع می شد در پیشرفت های بعدی، آدمیان نخستین از شاخه های نسبتاً کلفت که تا حدی به سختی به صورت کامل در می آمد استفاده می کردند. این فنرهای ساده اساس بسیاری از ابزارهای جدید گشت.
از جمله ماکوها، دریل ها و مته ها بکار می رفت. در حدود ۴ ق ـ م بمقیاس نسبتاً گسترده ای از مواد قابل ارتجاع در فنرها و فنرسازی برای فنرهای پیچشی بیشتر استفاده می شد. فنرهای با پیچ تند بیشتر در اسلحه هائی چون کمان و منجنیق بکار می رفت.
از روزگاران نخستین فنر همواره یکی از ساده هٔرین و در عین حال فراوان ترین کاربردهای ابزاری داشت که این ابزارها سودمندی های بسیار داشته احتمالاً یکی از انواع فنرها، سیم پیچ فنری است که کاربرد فراوانی دارد با این حال فنر در صنعت هر روز کاربردهای بسیار یافته است.
امروزه فنر را در هر چیزی که دورو بر ماست می توان یافت و یکی از مهمترین کاربرد فنر کار در ساعت هاست

خواص
حال با توجه به آشنایی کلی با تعریف و همچنین تنوع فنرها بهتراست تا با مواد اولیه و بعضی از خواص مورد نیاز در آنها نیز آشنا شویم .

• ماده اولیه فنردر حالت عمومی و ایده آل
یک ماده فنررامی توان ماده ای دانست که قابلیت ذخیره انرژی به وسیله تغییر شکل رادر خودش داشته باشد .یعنی انرژی حاصل ازنیروهای خارجی راجذب کرده ودر زمان دلخواه به طور کامل آن رابرگرداند.
• عوامل موثر درانتخاب ماده فنر
هرماده فنر با توجه به شرایط عملکردی و باری که به آن اعمال می شود، انتخاب میگردد. مهمترین عوامل موثر درانتخاب یک ماده فنرعبارتند از :
1- تنش کاری :
• تنش های استاتیکی (ایستایی) .
• تنش های دینامیکی (تکرای) .
• تنشهای خمشی .
• تنشهای محوری ( فشاری و کششی ).
• تنشهای برشی .
• تنشهای پیچشی .

2- محیطی که فنر در آنجا بکار گرفته خواهد شد ( محیط کاری فنر ) :
الف) درجه حرارت ( از دماهای زیر صفر تا دماهای بسیار بالا ).
ب) خوردگی ( خوردگی حاصل از انواع اسیدها، قلیاها، رطوبت و غیره … و حتی گازها ).
حال با توجه به یکسری از اطلاعات فوق از مواد اولیه ای که جهت تولید فنر در کاربردهای متفاوت استفاده خواهیم کرد ، توقعات و انتظاراتی را داریم تا ما را به هدف که همان طراحی صحیح میباشد، نزدیک نماید .
• خواص قابل انتظار از مواد مخصوص فنر
خواص یک ماده فنر ممکن است قبل و بعد از تولید، بایکدیگر تفاوت داشته باشند، چرا که باتوجه به نیروهایی که در حین تولید به مواد اولیه وارد میشود تا فرم دهی ها و پیچشها و خمها انجام گردد، باعث میگردد که تغییراتی در ساختار مواد اولیه ایجاد گردد که در حالت کلی برای بهبود و نزدیکتر شدن مواد اولیه به هدف محصول تولید شده، میتوان آنها را ( مواد اولیه را ) به چهار دسته ازخصوصیات لازم برای ساختن فنر تقسیم بندی نمود :
1- شکل پذیری خوب به همراه خواص الاستیک کم .
2- عاری بودن از نقایص و عیوب .( که معمولا برای رسیدن به این هدف از نورد کردن ماده اولیه و رسیدن به قطر مورد نظر اینکار انجام میگردد ).
3- هزینه پایین .
4- قابل دسترس بودن .
ولی بعداز ساخت فنر بدلیل نیروهایی که به آن وارد میشود، در ساختار و شبکه کریستالی آنها تغییراتی اعمال میگردد که باعث تغییر خواص آن ماده خواهد شد، لذا با توجه به خواص مورد انتظار از فنرها که عبارتند از :
1- استحکام مکانیکی بالا، بویژه حد الاستیک بالا .
2- مقاومت بالا در مقابل خستگی .
3- مدول الاستیک مناسب ( E و G ) .
4- مقاومت بالا در مقابل خوردگی .
5- مقاومت بالا در مقابل خزش .
6- تاثیر پذیری کم از درجه حرارت .
7- خواص الکتریکی خوب ( در صورت نیاز ) .
8- خواص مغناطیسی خوب ( در صورت نیاز) .
البته شایان ذکر است که به ندرت اتفاق میافتد که لازم باشد همه خواص فوق در یک فنر مورد نیاز باشند .
جهت امکان بازگرداندن این خواص معمولا در انتخاب آن به گونه ای رفتار میگردد تا این قابلیت (امکان بازگردادن خواص ) وجود داشته باشد .
همچنین بازگردادن این خواص معمولا با روشهایی همراه است که اغلب نیاز به تجهیزات وروشهای خاصی نیز هستند .(که به آنخا نیز در ادامه پرداخته خواهد شد ).

مواد مرسوم قابل استفاده در فنرها
مواد مرسوم قابل استفاده در فنرها را میتوان به هفت گروه اصلی تقسیم بندی کرد :
1- فولادهای کربنی .
• فولادهای کربنی به آن دسته از فولادها اطلاق میگرزدد که کربن، اصلی ترین عنصر آلیاژی آن باشد و عناصری نظیر منگنز، سیلیسیم و آلومینیوم به میزان کم درآن حضور داشته باشند .
2- فولادهای آلیاژی .
• به فولادهایی گفته میشود که درصد عناصر آلیاژی در ترکیب آنها قابل توجه بوده و نقش اصلی در تعیین خواص مکانیکی عناصر آلیاژی ایفا میکنند .
3- فولادهای زنگ نزن .
• فولادهایی هستند که در مقابل خوردگی و زنگ زدگی مقاوم هستند .
4- آلیاژهای پایه – مس .
• آلیاژهایی هستند که درصد عناصری مثل مس، روی و قلع در آنها بسیار زیاد بوده و درمقابل خوردگی مقاوم هستند.
5- آلیاژهای پایه- نیکل .
• پایه اصلی این آلیاژها را نیکل تشکیل داده و دارای انعطاف پذیری خوب، چقرمگی شکست بالا و مقاوم در مقابل تغییر دما میباشند.
6- آلیاژهای مدول ثابت.
• آلیاژهایی هستند که مدول الاستیسیته آنها در درجه حرارتهای مختلف ثابت بوده وقالبا در ابزار دقیق بکار برده میشوند.
7- مواد متفرقه .
• موادی مثل چوب، شیشه، پلاستیک، تیتانیوم و غیره .
فولادهای کربنی از نظر میزان کربن عموما به سه دسته تقسیم میشوند :
• مقدار کربن پایین تر از0.2 %
• مقدار کربن بین 0.2 تا 0.5 %
• مقدار کربن بالاتر از 0.5 %
فولادهای دسته سوم را با عنوان فولادهای فنری پر کربن نیز میشناسند که از لحاظ اقتصادی استفاده از این فولادها (در صورت امکان )،ارجحیت دارد. مهمترین اینگونه فولادها عبارتند از :
• فولاد فنر سیم موزیک ( موسیقی) MUSIC WIRE
• فولاد فنر کشیده شده به صورت سخت . HARD_ DRAWN
• فولادهای فنر تمپر شده با روغن. OIL_ TEMPERED
• فولادهای فنر سوپاپ. VALVE_SPRING
مفتولهای فولادی نورد شده به صورت گرم .
برای فنرهای با قطر مفتول بالا حلقه شدن به روش گرم خواهد بود، مفتول با قطر زیاد ( اندیس فنر D/d بالاتر از 6 که در آن d قطر داخلی حلقه فنر وD قطر خارجی آن میباشد) را نمیتوان به صورت سرد حلقه پیچی نمود. لذا این مفتول ها را در حد سرخ شدن ( اغلب بالاتر از درجه حرارت سخت کردن ) گرما داده و در همان حالت به صورت گرم حلقه پیچی میشود .
انتخاب نوع فرآیند فنر پیچی ( به لحاظ سرد یا گرم بودن ) به عوامل زیر بستگی دارد که در تعیین نوع فرآیند و تجهیزات حائز اهمیت میباشند :
1- اندازه مفتول
2- اندیس فنر ( D/d )
3- تجهیزات قابل دسترس
4- نوع ماده فنر

که این فولادها در چند نوع قابل دسترس هستند
1- فولادهای کربنی نورد شده به روش گرم .
2- فولادهای آلیاژی نورد شده به روش گرم .
3- فولادهای ابزار .
در واقع جهت طراحی فنر لازم است تا نکات ذیل رعایت شود .
فنر خطی:
کشسانی خاصیتی از ماده است که آنرا قادر می سازد تا پس از تغییر شکل، شکل اولیه اش را باز یابد. فنر یک جزء مکانیکی است که هنگام تغییر شکل دادن نیرو اعمال می کند. خیز y که با اعمال نیروی Fحاصل می شود با نیروی Fمتناسب است مگر اینکه نیرویF ازحدکشسانی بگذرد. چنین فنری را می توان فنر خطی نامید. رابطه عمومی بین خیز و نیروF=KY یا K= را ثابت فنر نامند .برای فنر خطی K= که در آن E مدول کشسانی، Lطول میله و A سطح مقطع آن است E ضریب یانگ نیز نامیده می شود . مثلا" فنری که در یکی از آبگرمکنهای موجود در بازار با نرم های استاندارد DIN2084 و DIN2045 با یک فنر از نوع خطی مطابقت دارد ، شکل (2) ، از نظر تئوری ضریب سختی این فنر برابر خواهد بود با :
(3) k= با استفاده از قضیه کاستیگیانو ضریب K محاسبه می شود.

فنرها در اتومبیل
برای جلوگیری از تکان ها و ضربات وارد به اتومبیل و موتور که بسیار مضر است و مایه خرابی دستگاه ها و بریدن میله ها و شل شدن پیچ ها و ناراحتی مسافر می شود فنر بکار می برند.
فنرها در اتومبیل دو نوع است:
۱) فنرهای برگی (شمسی)
۲) فنرهای مارپیچی، فنرهای برگی از تعدادی صفحات فولادبلند قابل ارتجاع پدید آمده که روی هم قرار گرفته، بزرگترین برگ آنها شاه فنر نامیده شده و دو سر آن پیچیده و لوله نشده و محل اتصال به قامه و گوشواره می باشد لائی ها یا برگ های دیگر فنر روی شاه فنر قرار گرفته و رفته رفته طول آنها کم می شود. لائی های فنر به وسیله بست هائی بهم وصل شده است.
اغلب فنرهای برگی در وسط توسط یک پیش به شکل (u) به پوسته دیفرانسیل مربوط و از طرفین یعنی دو انتهای شاه فنر توسط قامه و گوشواره به چهار چوبه شاسی وصل شده طرز استقرار فنر در روی کلیه اتومبیل ها به یک صورت نیست ولی تنها این موضوع مسلم است که فنر را بهر نحوی که قرار دهند باید میان چهار چوبه شاسی و پوسته دیفرانسیل قرار گیرد و کار خود را که عبارت از گرفتن ضربات و خنثی کردن اثرات آن است انجام می دهد.
در برخی اتومبیل ها به ویژه اتومبیل هایسواری فنر مارپیچی به کار می برند و بیشتر در چرخ ها جلو دیده می شود. در ماشین هائی که فنر مارپیچی بکار می رود هریک از فنرهای جلو میله های محدود کننده حرکت دارد تا از حرکت فنر بطرفین برگی یا میله های پیچی می باشد مزیت فنر پیچی بر فنر برگی آنست که آرامتر بالا و پائین می رود و برای ماشین های سواری بهتر است و دیگر اینکه نیاز به روغن کاری ندارد. در صورتی که سر قامه فنرهای برگی را همواره باید گریس کاری کنند

فنر خودرو
یک خودرو باید در مقابل تغییر مقدار بار وارده و تغییر نقطه ثقل، انعطاف پذیر بوده و توانایی مواجهه با آنها را داشته باشد. سیستم تعلیق علاوه بر دفع ضربات و جلوگیری از انحراف و چپ شدن خودرو تواناییهای دیگری نظیر ؛ نگهداری میزان تنظیم چرخها در حالت صحیح، نگهداشتن ارتفاع خودرو در میزان ثابت ، پشتیبانی از وزن خودرو و تنظیم نحوه پخش آن ، نگهداشتن تایرها در تماس با جاده و … را نیز داراست .
یک سیستم تعلیق دارای اجزاء بسیاری است، اما اصلی ترین اجزای آن فنر و کمک فنر می باشند:
فنر: قسمتی از سیستم تعلیق می باشد که وزن خودرو را پشتیبانی کرده ، ارتفاع خودرو را در حد استانداردش ثابت نگه داشته و ضربات جاده را نیز دفع می کند . فنرها که اغلب میله ها یا حلقه های فولادی انعطاف پذیری هستند، به شاسی و اتاق خودرو اجازه می دهند تا بدون اخلال در حرکت خودرو، دست اندازها را یکی پس از دیگری پشت سر بگذارد .
کمک فنر: در صورتی که خودرویی تنها مجهز به فنر باشد، زمانی که باری اضافه روی فنرها اعمال شود یا وسیله نقلیه با یک دست انداز روبرو شود، فنر با جمع شدن آن را جذب می کند، اما زمانی که یک فنر جمع می شود، مقداری انرژی در خود ذخیره می کند که برای تخلیه این انرژی، فنر باز شده و انرژی وارده را به شکلی غیر قابل کنترل رها می سازد و از آنجائی که فیزیک یک فنر با نوسان و ارتعاش آمیخته است پس از باز شدن دوباره جمع شده و سپس دوباره باز می شود و این حرکت تا زمان تخلیه کامل انرژی ادامه می یابد، البته هر بار با فرکانسی کمتر از بار قبل. این سیکل باعث جدا شدن چرخ از سطح جاده، خارج کردن کنترل خودرو از دست راننده و از بین بردن نرمی و راحتی سواری و ایجاد حالتی مشابه قایق سواری، می شود. آنچه این مشکل را حل می کند چیزی نیست جز کمک فنر؛ کمک فنری که در شرایط مناسب قرار داشته باشد به سیستم تعلیق اجازه می دهد تا نوسان به وجود آمده را به یک یا دو سیکل تقلیل داده، حرکت بیش از حد را تعدیل کرده و وزن وارد بر چرخها را در حالت تعادل و چسبیده به جاده قرار دهد. با کنترل فنر و حرکات سیستم تعلیق، اجزاء دیگر سیستم نظیر Tie Rod ها نیز در وضعیت درست خود فعالیت خواهند کرد و همین امر تنظیم چرخها را نیز به صورت ثابت در حالت صحیح خود، نگه می دارد.
کمک فنر عموما شامل یک پیستون با سوراخهای ریز می باشد که در درون یک استوانه حاوی سیال هیدرولیکی حرکت می کند که عبور تحت فشار سیال از سوراخها، منجر به حرکت ملایم پیستون در استوانه می شود .
انواع کمک فنرها عبارتند از: دو تیوپه، تک تیوپه، با مخزن بیرونی
دو تیوپه: در این مدل از کمک فنر که همان نوع بررسی شده در بالاست، یک تیوپ اصلی وجود دارد که پیستون در آن حرکت می کند و تیوپ دوم که تیوپ ذخیره نام دارد، در گرداگرد تیوپ اصلی قرار گرفته تا سیال مازاد را در خود جای دهد.
کمک های دو تیوپه انواع متنوعی دارند که برخی از لحاظ تکنولوژی منحصر به یک یا چند کارخانه بوده و دارای قیمتهای بالا و کارآییهای خاصی نیز هستند، اما انواع متداول آن به شرح زیر می باشند:
دو تیوپه گازی: گسترش کمک فنرهای گازی باعث ایجاد برتری عمده ای در رانندگی با خودروهای مجهز به این نوع کمک فنر شده است. این نوع از کمک فنر به مشکلات موجود در کنترل و هدایت خودروهایی که مجهز به شاسی و بدنه یکپارچه هستند یا فاصله چرخهایشان کم است یا نیاز به فشار بالای باد تایرها دارند، خاتمه بخشیده است. این کار تنها با افزودن مقداری گاز نیتروژن با فشار کم در تیوپ ذخیره انجام می گیرد. این در حالی است که تصور عامه بر این است که در کمک های گازی تنها از نوعی گاز استفاده می شود و از روغن خبری نیست . اما چنین نیست، در این نوع کمک فنر، گاز (نیتروژن) تنها حجم بسیار کمی از حجم مواد موجود در کمک را شامل می شود . فشار نیتروژن درون تیوپ ذخیره نیز بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ psi می باشد .
یکی دیگر از محاسن نیتروژن جلوگیری از ایجاد کف در کمک فنر است. این کف ( Foam ) که حاصل ترکیب شدن روغن با هوا (در کمک فنرهای دو تیوپه هیدرولیکی بجای نیتروژن ، هوا وجود دارد) است، قابل فشرده شدن می باشد، از اینرو باعث اخلال در کار کمک شده و نرمی و راحتی رانندگی را از بین می برد همچنین واکنشهای کمک فنر را با تاخیر مواجه می کند. در انواع گازی، نیتروژن تحت فشار قابلیت ترکیب شدن با روغن را دارا نیست. در صورتی هم که مقادیر کمی هوا در پروسه تولید یا در حین کارکرد کمک وارد آن شده باشد، به دلیل وجود فشار نیتروژن تنها به صورت حباب در روغن پخش می شود .
دیگر مزیت کمک فنرهای گازی، بازگشت جزئی آنها پس از فشرده شدن است، این امر که به دلیل بیشتر بودن سطح مقطع زیر پیستون نسبت به سطح بالای پیستون (به دلیل وجود میله) و وجود فشار بالای نیتروژن وارد بر سطح بزرگتر ( زیر پیستون) اتفاق می افتد، باعث بالا رفتن ضریب فنر شده و تا حدی از پایین رفتن سر خودرو هنگام ترمزگیری، پایین رفتن عقب خودرو در هنگام شتاب گیری و چپ شدن و انحراف خودرو جلوگیری می کند.

فنر پنوماتیکی:
از خاصیت تراکم پذیری هوا و گازها ی دیگر به جای فنر در تعلیق خودروها استفاده می شود این روش که بیشتر در خودروهای سنگین و گاهی هم در خودروهای سبک کاربرد دارد دارای نرمش خوبی است دستگاه فنر هوایی از کمپرسور و محفظه با کیسه هوایی و لوله های انتقال هوا و رگلاتور تنظیم فشار تشکیل شده است .
طرز کار این سیستم به این شرح میباشد که اهرم متصل به شاسی نسبت به ارتفاع ان بالا و پایین می رود با حرکت اهرم رگلاتور به بالا یا پایین سوپاپ های رگلاتور باز و بسته می شود با حرکت اهرم سوپاپ ورودی باز شده هوای فشرده از مجرا به کیسه های فنر ارسال می شود وقتی که اهرم در جهت مخالف حرکت کند سوپاپ ورودی بسته و سوپاپ خروجی باز می شود در این موقع باد کیسه فنر تا حدی خالی می شود که اهرم در حالت وسط قرار بگیرد بنابراین نسبت به افزایش بار خودرو فشار باد در کیسه های هوایی زیاد می شود و با کاهش بار فشار هوای فنر کاهش پیدا می کند با این وصف می توان فنرهای هوایی را نوع ایدال دانست زیرا در حالت سبک بودن شاسی فنر نرم است و در حالت سنگین بودن مانند فنر سخت عمل میکند برای اندازگیری فشار موثر باد فنرها از رگلاتور تنظیم فشار استفاده می کنند رگلاتور روی شاسی بسته شده اهرم ان به محور خودرو وصل می شود با افزایش بار خودرو شاسی به طرف محور چرخ نزدیک می شود در این حالت شیر هوای فشرده به کیسه باز می شود تا ارتفاع مجازی که رگلاتور را تنظیم کرده اند شاسی را بالا ببرد وقتی شاسی به اندازه ای لازم بالا رفت رگلاتور شیر را می بندد در هنگام خالی شدن باد خودرو شاسی از محور چرخ دور می شود در این اهرم شیر دیگری را باز کرده مقداری از هوای کیسه ی فنر را به خارج باز میکند

کاربرد فنر در خودرو :
فنر بندی برای خودروهایی که با شتاب نسبی زیادی حرکت می کنند به دلایل زیر ضروری میباشد
الف: جذب ضربات چرخ که از جاده وارد می شود و کاستن انتقال ان به اتاق و سرنشینان
ب: استهلاک ضربات چرخ ها و جلوگیری از انتقال ان ها به اتصالات و مفصل ها
ج:فشردن دائم چرخ ها به سطح زمین و نتیجه افزایش نیروی کششی چرخ ها محرک
د: تماس چرخ های جلو با سطح جاده و تسلط راننده بر هدایت و کنترل بهتر خودرو
وزن فنر بندی شده : وزن قسمت هایی از خودرو که روی فنرها قرار دارد را گویند
وزن فنر بندی نشده : وزن قسمت هایی از خودرو که زیر فنرها قرار دارد

فنر سخت شونده : فنری که با نیروی کم تغییرات طولی زیادی داشته باشد و با افزایش نیرو تغییرات طولی ان کاهش یابد فنر سخت شونده گویند این فنردر خودروهای سنگین کاربرد دارد

فنر نرم شونده : فنری که ابتدا در مقابل بار کم دارای تغییرات طولی کم و سپس با افزایش بار دارای تغییرات طولی زیادی باشد فنر نرم شونده گویند
انواع فنر :
الف : فنرهای فولادی : این نوع فنر از فولادهایی با الیاژ منگنز . سیلیسیم . کرم و غیره می باشد فنرهای فولادی به صورت شمشی و مارپیچی و پیچشی در تعلیق خودروها به کار می رود

ب: فنرهای غیر فولادی : فنرهای غیر فولادی به صورت لاستیکی . پنوماتیکی . روغنی و گازی میباشد

منابع:
خبرگزاری ایسنا
کتاب آهن ربا و فنر ترجمه رجب زاده
سایت آبشاران دات کام
همشهری آنلاین

فهرست مطالب
مقدمه 1
تعریف 2
انواع فنر 2
فنرهای فولادی: 3
فنر های شمش: 3
فنرهای فولادی پیچشی: 3
فنر فشاری مخروطی: 3
فنرهای مارپیچ: 4
خواص 6
مواد مرسوم قابل استفاده در فنرها 8
فنر خطی: 11
فنرها در اتومبیل 11
فنر خودرو 12
فنر پنوماتیکی: 14
کاربرد فنر در خودرو : 15
انواع فنر : 16
منابع: 16

17