تعریف فنر خودرو

فنرها و کمک‌ فنرها که اجزایی جدا نشدنی می باشند، از اعضای مستقل سیستم تعلیق به‌ حساب می آیند. در ابتدا باید این حقیقت را در نظر گرفت  که وظیفه و کارایی کمک فنر و همچنین فنر خودرو در تلفیق با یکدیگر تکمیل خواهند شد و به‌تنهایی هیچ کارایی خاصی نخواهند داشت. 

این دو در کنار هم، ارتعاشات ناشی از حرکت خودرو در مسیرهای ناهموار را جذب کرده و از انتقال آن‌ها به کابین جلوگیری می کنند . این فرآیند در دو مرحله تحمل وزن خودرو و همچنین دفع نیروی وارده به این وزن انجام می‌پذیرد که فنر ماشین بخش تحمل وزن و نیز کمک‌فنر بخش دفع نیروها را برعهده خواهد داشت. 

در واقع فنر یا spring در خودروها از قبیل فنر خودور 206 و فنر پراید  ، در کنار تحمل وزن خودرو، ارتفاع آن با سطح زمین را تنظیم خواهد کرد و آن را ثابت نگه می‌دارد. به این ترتیب مانع از برخورد کف با سطح زمین شده و فنر با تنظیم این ارتفاع در تناسب با وزن خودروها و همچنین پستی بلندی‌های سطوح، به دفع ضربات کمک می کند. 

در کنار فنر، کمک فنر به دفع کامل ضربه کمک می کند و مانع از خروج ناگهانی نیروی وارد شده به فنر از سطح جاده خواهد شد. به این ترتیب فنر وظایف زیر را در سیستم تعلیق و نیز خودرو بر عهده خواهد داشت.

  • ‌دفع ضربات چرخ و نیز جاده، همچنین ممانعت از انتقال آنها به درون کابین
  • دفع نیروی وارد شده از طریق چرخها ، جاده و همچنین ممانعت از انتقال آنها به اتصالات و مفصل های مختلف خودروها
  • پیشگیری از استهلاک انواع اتصالات خودرو
  • ایجاد چسبندگی بالا بین چرخها و همچنین جاده با فشردن دایم آنها بروی سطح، در نهایت افزایش نیروی کششی خودروها
  • کمک به کنترل راحتتر خودروها از طریق بالا بردن کشش آن ها

با وجود چسبندگی بالا چرخ‌ها به سطح جاده از طریق فنرها، به نظر، این اجزا در خودروهای سرعتی که دارای شتاب بالایی هستند، اهمیت بیشتری پیدا میکند، چرا که کاهش قدرت کنترل‌پذیری خودرو در سرعت‌های بالا امری اجتناب‌ناپذیر خواهد بود.

فنرها در انواع و نمونه‌های مختلف و همچنین تعداد متفاوت در خودروها مورد استفاده قرار خواهد گرفت اما در استفاده از آن‌ها به دو نکته باید توجه داشته باشیم.

  • قسمتی از خودرو که روی فنر قرار دارد. (جرم فنربندی شده)
  • قسمتی از خودرو که زیر فنر قرار دارد. (جرم فنربندی نشده)

فنر خودرو

سپس بر اساس این وزن‌ها و همچنین این دو شاخصه مهم، انتخاب فنرهای سخت‌ شونده یا فنرهای نرم‌ شونده در خودرو انجام می گیرد. چون که میزان سختی یا نرمی فنر تعیین خواهد کرد که جرم فنربندی‌شده خودرو در برابر نیروی وارده از جاده چه عکس‌العملی ایجاد می کند. سختی یا نرمی فنر ماشین و نوع واکنش آن ها، می‌تواند در میزان خشکی و نرمی سواری یک خودرو تاثیر داشته باشد.

فنرهای سخت‌شونده که در مقابل نیروهای کم تغییرات طولی بیشتری خواهند داشت و با افزایش نیرو این واکنش کمتر می شود، فنر سختی بیشتری را از خود نشان می دهد.

فنرهای نرم‌شونده که در برابر نیروی کم تغییرات کمتر نیز دارند و با افزایش بار یا نیرو، تغییرات طولی آن‌ها نیز افزایش پیدا می کند.

اما در کنار این تفاوت‌ها، فنرها در خودروها تفاوت ساختار و جنس نیز خواهند داشت که با توجه به نوع خودرو مصارف آن از این فنرها مورد استفاده قرار می گیرد. بصورت کلی فنرهای فولادی در سه فرم پیچشی، مارپیچی و شمشی از آلیاژهای منگنز، سیلیسیم و کروم فولادی ایجاد می شوند. البته فنرهای غیر فولادی که در انواع لاستیکی، پنوماتیکی، روغنی و گازی وجود دارند.

این فنرها بعضا تنها مناسب خودروهای شهری و تعدادی از آنها در خودروهای شهری کاربرد خواهند داشت. حتی کلاس خودرو نیز در انتخاب نوع فنر آن تاثیر دارد. برای مثال فنر استفاده شده در یک شاسی‌بلند آفرودی هیچ تناسبی با یک فنر خودور 206 و فنر پراید کوچک شهری نخواهد داشت.

1. فنر های مارپیچی خودرو

فنر مارپیچی فنر لول نیز گفته می‌شود. این نوع فنر ماشین کاملا شبیه به شکل رایجی که از فنرها می‌بینیم می باشد، به این معنی که فنر لول، در واقع خود یک میله پیچیده شده فولادی  می باشد و همچنین قطر و ارتفاع حلقه‌های آن، تعیین کننده قدرت و مقاومتش می باشد.

 به این شرح که افزایش قطر میله،‌ باعث افزایش قدرت فنر خواهد شد. در حالی که افزایش طول آن باعث افزایش انعطاف‌ پذیری‌اش می شود. فنر مارپیچ که معمول‌ترین و همچنین رایج‌ترین نوع فنری می باشد که در صنعت خودروسازی استفاده می شود، عموما در سواری‌های شهری کاربرد دارد و به‌دلیل اشغال فضای بسیار کم، وزن پایین و عدم نیاز به نگهداری و نیز سرویس مداوم محبوبیت خواهد داشت. اما به‌دلیل ناتوانی در کنترل نوسانات وجود کمک‌فنری قوی در کنار آن الزامی می باشد.

فنر لول در سیستم‌های تعلیق مجهز به طبق به‌کار خواهد رفت، چرا که قادر به انتقال نیروی کششی یا فشاری نیستند. در مدل‌های قدیمی این فنرها دارای مارپیچ ثابتی بودند. به این معنی که قطر و ارتفاع حلقه‌های آن‌ها در طول فنر یکی می باشد. اما امروزه باوجود قطر مارپیچ متغیر یا قطر میل‌گرد متغیر به‌ صورت فنر مخروطی عرضه خواهند شد.

 به این ترتیب که قسمت وسط مفتول فنر مخروطی از دو سر آن قطورتر خواهد بود و ضریب فنریت متغیری را ایجاد می کند. زمانی که این نوع فنر فشرده شود، مقاومت آن در برابر بیشتر فشرده شدن افزایش پیدا می کند. همچنین مقدار وزنی که برای فشردن یک فنر مارپیچ به اندازه یک اینچ نیاز است را نرخ فنر می‌ گویند ک‍ه شاخصه مهمی در مورد فنر لول می باشد. از نرخ فنر یا ثابت فنر برای اندازه‌گیری قدرت آن استفاده خواهد شد.

از مزایای دیگر فنرهای مارپیچ می توان به این مورد اشاره کرد که نیاز به تنظیم ندارند و کم‌ استهلاک می باشند. هر چند از لحاظ تحمل وزن محدودیت داشته باشند و احتمال ضعیف شدن‌شان نیز باشد که این امر باعث بر هم خوردن تنظیم هندسی فنر، ارتفاع خودرو و فرسودگی تایرها و دیگر قطعات آن خواهد شد. همچنین عیب دیگری که در این فنرها قابل ذکر است، این است که اگر فاصله ی دو تکیه‌گاه فنر زیاد در نظر گرفته شود، احتمال کج شدن و شکم دادنشان وجود دارد.

2.فنرهای شمشی خودرو

در ساختار این نوع فنر ماشین که به فنر برگی نیز معروف می باشد، از چند لایه شمش فلزی سوار شده بر هم استفاده شده است. فنر برگی معمولا در خودروهای سنگین، باری و یا سواری‌های که دارای اکسل یکپارچه هستند، بکار گرفته می شود، چرا که این فنرها می‌توانند نیروهای عمودی، طولی و نیز نیروهای عرضی را به‌ خوبی تحمل نمایند.

به این معنی که ضربات وارده به بدنه از سوی چرخ‌ها و همچنین جاده، شتاب‌گیری و ترمز گیری‌های شدید و دور زدن یا وزش باد را به‌خوبی تحمل و دفع کند. طول لایه‌ها یا نوارهای فلزی فنر شمشی که روی هم قرار می‌گیرند متفاوت می باشد، اما معمولا دارای یک مرکز مشترک نیز هستند که از آن برای اتصالش به بدنه و شاسی استفاده خواهد شد. 

ضمن اینکه لایه‌های قوس ملایمی در وسط نیز دارند. قطورترین بخش فنر که تعداد لایه‌های بیشتری نیز دارد در مرکز آن قرار گرفته است که توانایی تحمل بیشترین نیرو را دارد. دو سر بلندترین نوار که شاه‌فنر گفته می شود نیز برای اتصال به بوش و شاسی به شکل حلقه طراحی خواهد شد.

 تعداد لایه‌های فنر شمشی در نیرویی که تحمل می‌کند تاثیر دارد. ضمن اینکه این لایه‌ها توسط یک پیچ و مهره در وسط و تعدادی اتصالات مخصوص در طرفین به هم وصل خواهند شد. فنر تخت به‌دلیل اشغال فضای زیاد معمولا در سواری‌ها از آن استفاده نمی شود.

انواع فنر خودرو

3.فنرهای پیچشی خودرو

این نوع فنر ماشین در واقع غیر معمول‌ترین فنری می باشد که احتمال دارد با آن مواجه شده باشید، فنر پیچشی که از یک سمت به شاسی خودرو وصل و از سوی دیگر به طبق متصل باشد، از یک میله یک‌تکه فولادی تشکیل خواهد شد. به فنر پیچشی تورشن‌بار یا میل موج‌گیر نیز گفته خواهد شد. 

فنر پیچشی با وارد آمدن ضربه از طرف چرخ‌ها در خود می‌پیچد و نیروی فنری را ایجاد خواهد کرد. در بیان ساده‌تر نحوه عملکرد فنر پیچشی به چلاندن پارچه‌ای خیس شبیه است. فنر پیچشی در اکسل عقب سواری‌ها مورد استفاده قرار خواهد گرفت. 

مزیت آن اشغال فضای کمتر و معضل آن خشکی سواری می باشد. از فنر پیچشی گاهی به‌عنوان اهرم تعادل نیز استفاده خواهد شد. در این صورت آن را به‌صورت اهرم‌های طولی و عرضی استفاده می کنند تا از پیچش بدنه و غلتیدن خودرو در پیچ‌ها به‌ طرف نیروی گریز از مرکز و همچنین ضلع کوتاهتر پیچ گردد.

4.فنرهای پنوماتیکی خودرو

فنر پنتوماتیکی یکی از انواع فنر خودرو می باشد. این فنرها به عنوان فنر گازی، بادی یا تناوبی نیز شناخته شده اند.  در این نوع فنر از خاصیت تراکم‌پذیری هوا یا گازهای دیگر به‌جای قابلیت ارتجاعی فنرهای فولادی استفاده خواهد شد. طی سال‌های اخیر فنرهای پنوماتیکی رواج بیشتری پیدا کرده و بشتر مورد استفاده قرار می گیرند. در واقع استفاده از آن‌ها قبل از این در خودروهای سنگین و باری بیشتر مشاهده می شد اما امروزه در خودروهای سواری (فنر خودور 206 و فنر پراید) نیز به‌دلیل نرمی بیشتر استفاده می شود. 

این فنرها از یک سیلندر پر شده از هوا یا اتاقک استوانه‌ای‌شکل و یک پیستون تشکیل خواهد شد. این اتاقک بین چرخ و بدنه نصب می شود، با استفاده از خاصیت تراکم‌پذیری هوا، ضربات وارده از سوی چرخ را جذب می‌ نماید. اجزای این فنر به‌طور دقیق‌تر در ادامه بیان شده است.

  • کمپرسور آن
  • کیسه های هوایی
  • لوله‌های مربوط به انتقال هوا
  • رگلاتور های تنظیم فشار

اهرم پیستون فنر پنوماتیکی به اتصالات پایین چرخ متصل خواهند شد. با حرکت چرخ‌ها و وارد آمدن نیرو از طرف آن‌ها به اهرم، پیستون نیز در محفظه‌ هوا حرکت خواهد کرد و هوا را متراکم تر کرده، سپس این هوای فشرده، ایجاد فنریت می کند. نکته مهم هوای ذخیره‌شده در این محفظه می باشد که با تغییر وزن از طریق سوپاپ مخصوصی افزایش یا کاهش پیدا می کند.

 میزان باد اضافه درون سیلندر را نیز کمپرسور مخصوص فنر تأمین خواهد کرد. وقتی که اهرم در جهت مخالف حرکت می کند سوپاپ ورودی بسته و بعد از آن سوپاپ خروجی باز می شود در این موقع باد کیسه فنر تا حدی خالی شده که اهرم در حالت وسط قرار می گیرد. بنابراین نسبت به افزایش بار خودرو فشار باد در کیسه‌های هوایی زیاد خواهد شد و با کاهش بار فشار هوای فنر کاهش می یابد. 

با تنظیم فشار هوای درون محفظه نسبت به وزن خودرو از طریق  رگلاتور ثابت ماندن ارتفاع خودرو از زمین را بهمراه دارد. فنرهای بادی یا گازی، نرمی بسیار خوبی در سواری ایجاد می کنند اما معضل هزینه بالا، نگهداری و تعمیرات سخت آن‌ها سبب شده که استفاده چندان زیادی در خودروهای شهری (همچون فنر خودور 206 و فنر پراید) از آنها نشود.