فنر دوقلو چیست و چه کاربردی دارد؟

فنرها به عنوان قطعاتی بسیار پرکاربرد دارای موارد استفاده‌ی بسیاری هستند. این نوع قطعات قادر به ذخیره انرژی پتانسیل مکانیکی هستند. فنرها در ساخت تجهیزات صنعتی، خودروسازی و بسیاری از لوازم خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ادامه این مقاله به پاسخ سوالاتی همچون: فنر دوقلو چیست و انواع آن دارای چه کاربردهایی هستند؟ می‌پردازیم.

فنر دوقلو چیست؟

قبل از پاسخ به اینکه فنر دوقلو چیست، باید خاطر نشان کرد که فنرها بر اساس نوع ساختمان و شکل تقسیم‌بندی شده‌اند. فنرهای صنعتی در انواعی نظیر: فنر کششی، فنر فشاری و فنر پیچشی وجود دارند که فنر دوقلو در دسته‌ی فنر کششی قرار دارد.
فنر دوقلو متشکل از دو مجموعه حلقه می‌باشد که یکی از این مجموعه‌ها در سمت راست و مجموعه دایره‌ای دیگر در قسمت چپ قرار گرفته است. عملکرد این دو مجموعه دایره‌ای به صورت موازی با یکدیگر مرتبط است. گشتاور اعمال شده از هر مجموعه فنر نیمی از گشتاور کل فنر برآورد می‌شود. در ادامه برای آشنایی بیشتر با فنر دوقلو، نکاتی را در خصوص فنر پیچشی و ویژگی‌های آن ذکر می‌کنیم.
جهت اعمال نیرو از جمله ویژگی‌های مهم در خصوص فنرهای پیچشی است. هنگامی که فنر پیچشی باز می‌شود، به ترتیب کاهش و افزایش قطر داخلی فنر پیچشی و طول آن صورت می‌گیرد، اما جهت نیروی اعمال شده به فنر جهتی خواهد بود که بسته شدن فنر رخ می‌دهد.
فنر پیچشی از جمله فنرهایی می‌باشد که به منظور ذخیره و انتقال انرژی دورانی به کار می‌رود. عملکرد فنرهای فشاری و کششی از طریق فشار و کشش است، اما کارکرد فنرهای پیچشی از طریق نیروهای دورانی تداوم می‌یابد. تولید انواع فنر از سیم ملزم به استفاده از سیمی با ضخامت ۰.۲ تا ۹۰ میلیمتر می‌باشد.
نیروی وارده‌ای در سوی مخالف فنرها در هنگام چرخش آن‌ها دیده می‌شود که البته این نیرو را می‌توان مرتبط با شدت پیچش دانست. این فنرها انرژی مکانیکی را در هنگام پیچش ذخیره می‌کنند و سپس، آن را آزاد می‌کنند که در این صورت با انتقال انرژی به حالت اولیه خود بازمی‌گردند.

باید خاطر نشان کرد که تغییر فنرها در هنگام چرخش صورت می‌گیرد. تغییرات فنرها شامل موارد ذیل هستند.

۱_ هنگامی که چرخش ۳۶۰ درجه رخ می‌دهد، افزایش تعداد حلقه‌های فنر صورت می‌گیرد. در واقع افزوده شدن یک حلقه به تعداد کل حلقه‌ها به ازای هر چرخش دیده می‌شود.
۲_ هنگامی که قطر سیم چرخانده می‌شود، طول فنر نیز افزایش می‌یابد.
۳_ قطر متوسط حلقه پایه کاهش می‌یابد.

کاربرد فنرهای دوقلو چیست؟

ممکن است که برای شما این سوال پیش آید که فنر دوقلو دارای چه کاربردهایی است؟ باید در پاسخ به این سوال بگوییم که فنرهای دوقلو و پیچشی به منظور موارد استفاده متعددی در صنعت خودرو به‌کار می‌روند. این فنرها در ساخت قطعات خودرو نظیر: سیستم‌های تعلیق خودرو، کلاچ، دنده، شاسی و همچنین ساعت‌های آویزان به‌کار می‌روند. از این نوع فنرها در صنایع پزشکی، تخت و صندلی نیز استفاده می‌شود. لولای درب خانه، لولای درب ماشین، دستگاه‌های موبایل و صفحه کلید صنعتی از دیگر موارد استفاده از فنرهای مذکور است. شایان ذکر است که استفاده از فنر دوقلو پیچشی در ساخت قلاب جرثقیل یا فنرهای قفل درب خودرو نیز وجود دارد.

مواد اولیه فنر دوقلو

حال که در قسمت قبل به کاربرد فنر دوقلو پرداختیم، نوبت آن است که مواد اولیه فنر دوقلو را بررسی کنیم. لازم به ذکر است که تمام فنرها از یک نوع مواد اولیه ساخته شده‌اند. استفاده از فولاد کربن بالا در ساخت فنرها باعث افزایش استحکام و مقاومت آن‌ها می‌شود. آلیاژهای فولادی را می‌توان رایج‌ترین مواد استفاده شده در فنرها عنوان کرد. آلیاژها با محتوای کربن بالا، فولاد کروم سیلیکون، فولاد کروم وانادیوم و فولاد ضد زنگ از جمله مواد استفاده شده در ساخت فنرها هستند. استفاده از مواد سرامیکی در فنرهای کویل دار برای دماهای بالا نیز دیده می‌شود.
برخی از فلزات غیرآهنی همچون: فسفر، برنز و تیتانیوم در ساخت فنر دوقلو به کار می‌روند؛ چراکه این نوع عناصر از مقاومت بالایی در برابر خوردگی بهره‌مند هستند. همچنین مس نیز به سبب مقاومت الکتریکی کم خود در فنرهای هدایت کننده جریان الکتریکی به‌کار می‌روند. البته استفاده از این ماده بیشتر در فنرهایی دیده می‌شود که نیازمند مقاومت بالا در برابر خوردگی و حرارت زیاد هستند. این آلیاژ فولاد از حداقل ۱۰.۵ درصد کروم و حداکثر ۱.۲ درصد کربن تشکیل شده است. البته این آلیاژ فنری به عنوان آلیاژی بسیار محبوب و همه‌کاره شناخته شده است و استفاده از آن در بازارها و صنایع گوناگونی نظیر: معماری، صنعتی، هوا فضا، فرآوری شیمیایی، غذا و حمل و نقل به چشم می‌خورد.

فنر دوقلو، کاربرد فنر دوقلو

فولاد زنگ نزن آستنیتی از مقاومت بالایی در برابر خوردگی برخوردار است. همچنین فولاد ضدزنگ مارتنزیتی برای استفاده در مواردی که نیاز به مقاومت در برابر خوردگی دارند، مناسب و کاربردی است. البته لازم به ذکر است که این فولاد با وجود هدایت الکتریکی کم خود از خاصیت مغناطیسی بسیاری برخوردار است.

فولاد کربن بالا از جمله آلیاژهای پرطرفدار و پرکاربرد در ساخت فنر است. آلیاژ فولاد کربنی که دارای ۲.۱ درصد کربن است، اگر درصد کربن موجود در آن بیشتر باشد، آلیاژ به نوعی قوی‌تر و مقاوم‌تر خواهد بود. درصد بالای کربن سبب افزایش سختی و مقاومت آلیاژ در برابر سایش خواهد شد.
آلیاژ نیکل به عنوان ماده‌ی همه کاره قلمداد می‌شود؛ چراکه دارای خاصیت آلیاژسازی و ترکیب با دیگر فلزات می‌باشد. همچنین این آلیاژ در برابر خوردگی و دماهای بالا مقاوم است. روغن‌های ساخته شده بر پایه‌ی نیکل به دلیل مقاوم بودن و کاربردی بودن آن در محیط های سختی همچون: کارخانه های شیمیایی یا پالایشگاه های نفت مورد استفاده قرار می‌گیرند.

آلیاژهای کبالت اغلب در صورت کافی نبودن فولاد ضدزنگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. این آلیاژها از مزایای متعددی همچون: استحکام، دوام و شکل‌پذیری بالا، مقاومت در برابر خوردگی و سایش برخوردار هستند. علاوه بر مواد فوق، مواد دیگری نیز در ساخت فنر به‌کار می‌رود که استفاده آن‌ها کم‌تر از موارد مذکور فوق می‌باشد. به این مواد در ذیل پرداخته‌ایم.

برنج: برنج به دلیل برخورداری از مقاومت بالا در برابر خوردگی و آب می‌تواند به عنوان ماده فنر دوقلو مورد استفاده قرار گیرد، اما چون رنگ آن در طول زمان تغییر می‌کند و هزینه خرید آن بالاست، اغلب استفاده از آن در تولید فنر کم‌رنگ‌تر شده است.
فسفر برنز: استفاده از فسفر برنز به عنوان ماده فنری به دلیل هزینه‌ی بالای آن دیده نمی‌شود. با این وجود، برنز فسفر سرد شده در برابر خوردگی و رسانایی الکتریکی مقاومت بالایی دارد و گاهی اوقات، این ماده به عنوان ماده فنری مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته باید افزود که این ماده از مقاومت قابل قبولی در هنگام انعطاف‌پذیری و بازگشت به حالت اولیه خود برخوردار است.

نحوه تولید فنر دوقلو

ممکن است برای شما این سوال پیش بیاید که فنر دوقلو چگونه ساخته می‌شود. اگر به دنبال جواب این سوال هستید، باید بگوییم که ما در ادامه به نحوه تولید فنر دوقلو و برخی از شیوه‌های تولید آن پرداخته‌ایم.
برای تولید فنر می‌توان از دستگاه فنر فرمینگ با به‌کارگیری دستگاه فنرساز یا CNC استفاده کرد. دستگاه CNC به عنوان یک دستگاه فنرساز مکانیزه به‌کار می‌رود. همچنین این دستگاه به منظور تولید فنرهای فشاری، پیچشی و سیم کاربرد دارد.
استفاده از فرآیندهای گرمایشی شیوه‌ی دیگر تولید فنر می‌باشد. در واقع برای آنکه فنر بتواند در این روش تولید شود باید برای حفظ شکل خود، گرما از میان برود. فنرها با استفاده از گرمازدایی قادر به حفظ شکل الاستیک خود هستند و سپس، آن‌ها فشرده خواهند شد.
تولیدکننده‌های فنر در طول عملیات حرارتی فنر ملزم به گرم کردن سیم فنر تا یک دوره‌ی زمانی خاصی هستند. مثلاً، اگر جنس فنر از سیم فولادی است باید گرم شدن سیم به مدت ۳۰ دقیقه در دمای ۵۰۰ درجه فارنهایت صورت گیرد. یا اگر جنس سیم فنر از فولاد ضدزنگ ۳۰۲ باشد، باید دمای گرم شدن سیم در طول عملیات مابین ۶۰۰ الی ۶۵۰ درجه فارنهایت تعیین شود.

جمع بندی

در این مقاله سعی کردیم که نکاتی را در خصوص کاربردهای فنر دوقلو و چگونگی تولید آن بیان کنیم. لازم به ذکر است از آنجایی که فنرها دارای اهمیت بسیاری هستند و جهت مصارف گوناگون به کار می‌روند، نباید کاربرد فنرهای باکیفیت و مناسب در ساخت و تولید وسایل نادیده گرفته شود. چراکه در این صورت می‌توان کیفیت محصولات تولیدی را تضمین و در افزایش دوام و ماندگاری آن‌ها موثر عمل کرد.