انواع فنر ها

انواع فنر ها

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 فنر فشاری، کششی، خمشی، پیچشی نیز طبقه بندی می کنند. (شکل 1)

فنر های کششی مارپیچی :

این نوع فنرها به وسیلة قلاب هایی 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. فنر های کششی مارپیچی طوری ساخته شده و گام آنها به نحوی انتخاب گردیده که بتوانند با نیروهای قابل ملاحظه کار کنند. (شکل 2)

این فنرها در نیروسنج ها و نگهدارندة ورق در گیوتین ها مورد استفاده قرار می گیرند.

فنر های فشاری مارپیچی :

این نوع فنرها از فولاد های 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 فنر ها 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. حلقة آخر را به وسیلة 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 گاه هایش (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 فنر های طویل، چندین فنر دوتایی یا سه تایی هم محور بکار می برند که تحت تأثیر یک نیرو قرار گیرند (فنر هایی که بطور موازی داخل یکدیگر هستند ارتعاش یکدیگر را خنثی نموده تا به حالت تشدید یا رزونانس نرسند)

فنر های 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 فاصلة مختصری بین حلقه های موجود باشد. در اثر حداکثر فشار بار، ارتفاع فنر به اندازة ضخامت یک حلقه می رسد.

مورد استفاده فنر های مخروطی برای گرفتن ضربه های شدید مانند ضربه گیر واگن های راه آهن می باشد (شکل 4)

فنر‌‌‌‌ های پیچشی مارپیچی :

کی دیگر از انواع فنر ها ، فنر های پیچشی مارپیچی هستند که از یک میله و فنر که در انتها به یک دسته متصل است تشکیل می گردد. در این فنر ها 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 اتومبیل ها استفاده می شود. (شکل 5)

فنر های صفحه ای فشاری (بشقابی) :

این فنر ها از صفحاتی به ضخامت 1 تا 20 میلی متر که شکل مخروط ناقص دارند ساخته می شوند. قطر آنها بین 28 تا 300 میلی متر است و اغلب برای تحمل نیرو های زیاد و گرفتن ارتعاش بکار می روند و در صنایع اتومبیل سازی و قالب سازی مورد استعمال دارند (شکل 6)

فنر های 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 تکان های بسیار مؤثر و مفیداند و بدین جهت کاربرد وسیعی در واگن های راه آهن و انتقال بار های سنگین دارند (شکل 7)

فنر های بلوکی :

این فنرها ممکن است از نوع فشاری یا پیچشی باشند و اصولاً به عنوان ضربه گیر بکار می روند.

فنر های میله ای پیچشی  :

این فنر ها میله هایی هستند که قابلیت ارتجاعی (کشسانی) دارند و زیر بار دارای مقداری انحنا (پیچش) می شوند (شکل 8)

فنر های حلزونی پیچشی :

در این نوع فنر ها یکی از سر های 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) فنر های حلزونی پیچشی در ساخت وسایل اندازه گیری و همچنین زبانه قفل ها به کار می رود.

فنر های برگی خمشی (تخت) :

این فنرها که «فنر های تخت» نیز نامیده می شوند برای بار هایی که حوزه فعالیت کمی دارند و در فاصله کوتاهی عمل می کنند در نظر گرفته شده اند. فنر های 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 فنر ها ثابت و طرف دیگر تحت اثر بار قرار گیرد. (شکل 10) کاربرد این فنرها برای نیروهای کم و در مکانیک ظریف است.

فنر های شاخه ای خمشی چند لایه :

این فنر ها 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 فنر ها روی دو انتهای خود تکیه می کنند و بار را در وسط دریافت کنند. همچنین ممکن است یک طرف این فنر ها ثابت و طرف دیگر تحت اثر بار قرار گیرد (شکل 10) کاربرد این فنر ها برای نیروهای کم و در مکانیک ظریف است.

(شکل 11) کاربرد اصلی انواع فنر های شاخه ای چند لایه در وسایل نقلیه است، این فنر ها 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 کامیون ها، برای جلوگیری از لرزش و تکان ممکن است از فنر های شاخه ای چند لایه مضاعف یا دوبل استفاده شود. (شکل 12)

فنر های 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 فنر ها از موادی با ضریب انبساط زیاد ساخته شده اند تا حساسیت فنر را افزایش دهند. (شکل 13)

فلزات مورد استفاده برای ساخت فنر ها

فنر های مارپیچی به صورت سرد یا گرم پیچیده می شوند که معمولاً به قطر سیم و مفتول مصرفی بستگی دارد. فنر های تا قطر سیم 10 میلی متر 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.

انواع فنر ها را از فولاد کربن دار ساده و یا آلیاژ دار می سازند. یکی از آلیاژها، آلیاژ های سلیسیم و منگنزدار می باشد که قیمت آن ارزان است و به مقدار زیادی در ساخت فنر ها 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 گسیختگی ها 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 انواع فنر ها

نسبت نیروی وارد شده به فنر بر راه فنر (مقدار جمع شدن آن در فنر های فشاری و یا مقدار باز شدن آن در فنر های 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 :