انواع فنرها
فنرها از نظر شکل به انواع استوانه ای ، مخروطی، صفحه ای ، حلقه ای و میله ای و از نظر نحوه و چگونگی وارد شدن نیرو به آنها به انواع کششی، فشاری، خمشی، پیچشی نیز طبقه بندی می کنند.
(شکل 1)
فنرهای کششی مارپیچی:
این نوع فنرها به وسیله قلابهایی که در یک یا دو سر آن وجود دارد به قطعات دیگر متصل می گردد، گام حلقه های این نوع فنرها مساوی با قطر مفتول آنها است.
فنرهای کششی مارپیچی طوری ساخته شده و گام آنها به نحوی انتخاب گردیده که بتوانند با نیروهای قابل ملاحظه کار کنند.
(شکل 2)
شکل 2 فنر مارپیچ
این فنرها در نیروسنجها و نگهدارنده ورق در گیوتینها مورد استفاده قرار می گیرند.
فنرهای فشاری مارپیچی :
این نوع فنرها از فولادهای مخصوص با مقطع گرد، مربع یا مستطیل به شکل مارپیچ تهیه می گردند.
چون طول آزاد این فنرها تحت تأثیر نیروی محوری کم می شود، این نوع فنرها را «فشاری» می گویند.
گام فنر در موقع خروج فنر از کارخانه بیشتر از قطر مفتول آن است.
مقداری که طول فنر کم می گردد «فلش (خیز) فنر» نامیده می شود و تابع نیروی محوری است.
حداکثر فلش (خیز) در اثر فشار ماکزیمم ایجاد می گردد که در این حالت حلقه های فنر به هم می رسند و مقدار گام فنر به حداقل خود کاهش می یابد.
حلقه آخر را به وسیله سنگ سمباده صاف می کنند که بهتر روی تکیه گاهش بنشیند، برای اینکه در موقع جمع شدن، فنر کج نشود ممکن است داخل فنر یک میله ای قرار دهند و یا اینکه فنر را در یک لوله استوانه ای محافظ بگذارند.
از طرفی برای اینکه فنر خوب کار کند باید تکیه گاههایش (بالا و پایین فنر) کاملاً صاف و موازی باشند.
برای این منظور از قطعه ای به نام بشقاب فنر استفاده می شود.
مفتول سر فنر را نازک می کنند، و پای مارپیچ فنر را قدری کوچکتر می گیرند به طوری که سطح کف فنر عمود بر محور آن گردد.
برای جلوگیری از افزایش طول فنر و اجتناب از بکار بردن فنرهای طویل، چندین فنر دوتایی یا سه تایی هم محور بکار می برند که تحت تأثیر یک نیرو قرار گیرند(فنرهایی که بطور موازی داخل یکدیگر هستند ارتعاش یکدیگر را خنثی نموده تا به حالت تشدید یا رزونانس نرسند)، مورد استعمال
شکل 3 فنرهای مارپیچی فشاری
فنرهای فشاری مخروطی :
برای جذب ضربه از فنر مخروطی استفاده می کنند که در موقع جمع شدن فضای کمتری را اشغال می کند، مقطع فنر ممکن است گرد، بیضی و یا مستطیلی باشد.
هر قدر قطر فنر کمتر می گردد این مقطع کوچکتر می شود.
کف این فنرها باید کاملاً صاف و عمود بر محور باشد.
وقتی فنر کاملاً فشرده باشد حلقه های فنر نباید با حلقه های بعدی تماس پیدا کند، بلکه باید فاصله مختصری بین حلقه های موجود باشد.
در اثر حداکثر فشار بار، ارتفاع فنر به اندازه ضخامت یک حلقه می رسد.
مورد استفاده فنرهای مخروطی برای گرفتن ضربه های شدید مانند ضربه گیر واگنهای راه آهن می باشد (شکل 4)
شکل 4 فنر فشاری مخروطی فنرهای پیچشی مارپیچی فنرهای پیچشی مارپیچی از یک میله و فنر که در انتها به یک دسته متصل است تشکیل می گردد.
در این فنرها کار گرفته شده به نیروی ارتجاعی (کشسانی) تبدیل گشته، باعث پیچش حلقه های فنر در محور طولی آن می شود.
از این نوع فنر برای درب داشبورد اتومبیلها استفاده می شود.
(شکل 5) شکل 5 فنر مارپیچی پیچشی فنرهای صفحه ای فشاری (بشقابی) این فنرها از صفحاتی به ضخامت 1 تا 20 میلیمتر که شکل مخروط ناقص دارند ساخته می شوند.
قطر آنها بین 28 تا 300 میلیمتر است و اغلب برای تحمل نیروهای زیاد و گرفتن ارتعاش بکار می روند و در صنایع اتومبیل سازی و قالب سازی مورد استعمال دارند (شکل 6) شکل 6 فنر صفحه ای فشاری فنرهای حلقه ای فشاری: این فنرها ترکیبی از حلقه های عمودی هستند و چنانچه تحت اثر نیروی فشاری قرار گیرند حلقه های خارجی آن تغییر مکان داده، حلقه های داخلی را می پوشانند و در نتیجه حلقه های خارجی منبسط گشته، حلقه های داخلی منقبض می شوند.
همزمان با این عمل طول فنر کاهش می یابد و بعد از این که نیروی خارجی گرفته شده منتقل گردید نیروی ارتجاعی (کشسانی) فنر باعث برگشت مجدد آن به حالت اولیه می گردد.
فنرهای حلقه ای فشاری در گرفتن ضربه ها و تکانهای بسیار مؤثر و مفیداند و بدین جهت کاربرد وسیعی در واگنهای راه آهن و انتقال بارهای سنگین دارند (شکل 7) شکل 7 فنر حلقه ای فشاری فنرهای بلوکی : این فنرها ممکن است از نوع فشاری یا پیچشی باشند و اصولاً به عنوان ضربه گیر بکار می روند.
فنرهای میله ای پیچشی : این فنرها میله هایی هستند که قابلیت ارتجاعی (کشسانی) دارند و زیر بار دارای مقداری انحنا (پیچش) می شوند (شکل 8) شکل 8 فنر میله ای پیچشی فنرهای حلزونی پیچشی : در این نوع فنرها یکی از سرهای فنر ثابت است و سر دیگر آن حول یک محور پیچیده شده است.
فنر، بار را به وسیله میله ای که در وسط قرار گرفته و ابتدای فنر به آن متصل است، در خود ذخیره کرده، جمع می شود در حالیکه در موقع پس دادن کار، فنر به تدریج باز می شود (شکل 9) فنرهای حلزونی پیچشی در ساخت وسایل اندازه گیری و همچنین زبانه قفلها به کار می رود.
شکل 9 فنر حلزونی پیچشی فنرهای برگی خمشی (تخت) : این فنرها که «فنرهای تخت» نیز نامیده می شوند برای بارهایی که حوزه فعالیت کمی دارند و در فاصله کوتاهی عمل می کنند در نظر گرفته شده اند.
فنرهای برگی یا مسطح عموماً دارای مقطع مستطیلی هستند و می توانند در دو انتها ثابت شوند و بار را در وسط دریافت کنند.
همچنین ممکن است یک طرف این فنرها ثابت و طرف دیگر تحت اثر بار قرار گیرد.
(شکل 10) کاربرد این فنرها برای نیروهای کم و در مکانیک ظریف است.
فنرهای شاخه ای خمشی چند لایه : این فنرها از تعدادی تسمه یا ورق فولادی که روی هم قرار گرفته اند تشکیل می شوند.
طرز قرار گرفتن و وضعیت ورقه ها طوری است که فنر یک تیر با بار یکنواخت را تشکیل می دهد.
به عبارت دیگر مقاومت در تمام مقاطع یکسان است.
این فنرها روی دو انتهای خود تکیه می کنند و بار را در وسط دریافت کنند.
همچنین ممکن است یک طرف این فنرها ثابت و طرف دیگر تحت اثر بار قرار گیرد (شکل 10) کاربرد این فنرها برای نیروهای کم و در مکانیک ظریف است.
این فنرها روی دو انتهای خود تکیه می کنند و بار به وسط آنها وارد می شود و شکل تقسیم بار در آنها به صورت یک لوزی است.
(شکل 11) کاربرد اصلی فنرهای شاخه ای چند لایه در وسایل نقلیه است، این فنرها با دو گوشواره به شاسی متصل می شوند تا تیغه ها بتوانند آزادانه تغییر شکل یافتند.
تیغه مرکزی «شاه فنر» نامیده می شود که بار به انتهای آن اثر می کند.
برای اینکه لایه ها روی هم نلغزند ممکن است در زیر یک لایه شیار و در روی لایه دیگر برجستگی ایجاد کنند تا شاخه ها از روی هم خارج نگردند.
یک قطعه هم به نام کرپی (پُل) حرکت جانبی آن را محدود می کند.
در بعضی موارد مانند کامیونها، برای جلوگیری از لرزش و تکان ممکن است از فنرهای شاخه ای چند لایه مضاعف یا دوبل استفاده شود.
(شکل 12) شکل 12 – فنر شاخه ای چند لایه مضاعفی فنرهای حرارتی : در این نوع فنرها اختلاف درجه حرارت سبب تغییر طول فنر می شود و چون یک انتهای آن ثابت است، تغییر طول با گردش محور همراه می باشد، این فنرها از موادی با ضریب انبساط زیاد ساخته شده اند تا حساسیت فنر را افزایش دهند.
(شکل 13) شکل 13 فنر حرارتی (ترموستاتیک) فلزات مورد استفاده برای ساخت فنرها فنرهای مارپیچی به صورت سرد یا گرم پیچیده می شوند که معمولاً به قطر سیم و مفتول مصرفی بستگی دارد.
فنرهای تا قطر سیم 10 میلیمتر به صورت سرد و بیشتر از آن را به صورت گرم می پیچند، تا از تنش ایجاد شده در اثر کار سرد جلوگیری شود.
بعد از پیچیدن فنر، روی آن عملیات حرارتی انجام داده، آن را مجدداً آب می دهند تا فنر مقاومت لازم را بدست آورد.
فنرها را از فولاد کربن دار ساده و یا آلیاژ دار می سازند.
یکی از آلیاژها، آلیاژهای سلیسیم و منگنزدار می باشد که قیمت آن ارزان است و به مقدار زیادی در ساخت فنرها مصرف دارد.
عیب این آلیاژ آن است که کربن خود را در اثر عملیات حرارتی از دست می دهد و سطح خارجی خاصیت صیقلی ضعیف دارد.
آلیاژ دیگری که بسیار گران می باشد، آلیاژ کرم و وانادیوم فولاد است که دارای خواص خوبی است و کمتر در اثر کار، تغییر طول دایم پیدا می کند و برای بارهای ضربه ای بهتر و ارتجاعی تر (کشسانی تر) می باشد.
چون بیشتر گسیختگیها در فنر به علت خستگی است، صیقلی بودن سطح آنها بسیار مهم می باشد و اگر در سطح فنر کوچکترین خراش و یا ترکی باشد ایجاد تمرکز تنش نموده، بتدریج این خراش یا ترک، گسیختگی را در مقطع به وجود می آورد.
فنریت یا سختی فنرها نسبت نیروی وارد شده به فنر بر راه فنر (مقدار جمع شدن آن در فنرهای فشاری و یا مقدار باز شدن آن در فنرهای کششی) را «سختی فنر» می نامند.
این نسبت معمولاً مقدار ثابتی است و به همین سبب به آن فنریت یا سختی فنر گفته می شود و به صورت فرمول زیر نوشته می شود : موضوع : انواع فنرها