انواع فنر در سیستم تعلیق خودرو

فنر در سیستم تعلیق خودرو  از اجزای انعطاف پذیری است که وزن بدنه و چارچوب و همچنین بار اضافی خودرو را تحمل می کند و ارتفاع خودرو را در حین حرکت ثابت نگه می دارد.

یکی از وظایف سیستم تعلیق خودرو به کمک فنرها با نوسان کردن از انتقال ارتعاشات شدید حاصل از برخورد با موانع به بدنه و چارچوب به طور نسبی جلوگیری می کنند. بهترین فنرها، ارتعاشات به وجود آمده توسط جاده را جذب می کنند و به آرامی به حالت نرمال برمی گردند. فنرهایی که خیلی نرم و انعطاف پذیر می باشند، باعث نوسانات بیشتر در قسمت بالای خودرو می شوند، در صورتی که فنرهای سخت، اجازه ارتعاش بیش از حد را به خودرو نمی دهند. فنرها بین چرخها و بدنه یک اتصال انعطاف پذیر ایجاد می کنند و از اجزای اصلی ساختار سیستم تعلیق خودرو هستند.

انواع فنر در سیستم تعلیق خودرو :

در وسایل نقلیه پنج نوع فنر مورد استفاده قرار می گیرند: فنر مارپیچ، فنر تخت، میله پیچشی، فنر بادی و فنر لاستیکی.

1. فنر مارپیچ یا فنر لول (Coil Spring):

فنر مارپیچ، نوع معمول و شناخته شده فنر می باشد و یک میله پیچیده شده فولادی است که قطر و ارتفاع حلقه های آن، قدرت و مقاومت فنر را تعیین می‌نماید. افزایش قطر میله،‌ باعث افزایش قدرت فنر می‌گردد، در حالی که افزایش طول آن باعث افزایش انعطاف پذیری آن خواهد شد.

مقدار وزنی که برای فشردن یک فنر مارپیچ به میزان یک اینچ لازم است، نرخ فنر(Spring Rate) گفته می شود. این مقدار برای اندازه‌گیری قدرت فنر استفاده می‌شود و می‌توان آن را «نرخ فشردگی فنر» یا همان «ثابت فنر» نیز اطلاق کرد. از مزایای فنرهای مارپیچ این است که به هیچ تنظیمی نیاز ندارند و معمولا بدون خرابی می باشند.

معایب این نوع فنرها این است که از لحاظ تحمل وزن محدودیت دارند و احتمال ضعیف شدن در آنها وجود دارد که این امر باعث بر هم خوردن تنظیم هندسی فنر، ارتفاع خودرو و فرسودگی تایرها و دیگر قطعات خودرو می‌شود. با اندازه‌گیری ارتفاع خودرو و مقایسه آن با میزان مشخص شده در کاتالوگ یا دفترچه راهنما، می‌توان از ضعیف شدن فنرها آگاه شد. این نوع فنر، در اغلب خودروهای سواری امروزی استفاده می‌گردد.

2. فنر تخت (Leaf Spring):

فنرهای تخت در دو نوع تک ورقی (Mono-leaf) از جنس آلیاژها و چند ورقی (Multi-leaf) از جنس فولاد عرضه می‌شوند و برخلاف فنرهای مارپیچ، برای جذب ضربه جمع نمی‌شوند، بلکه خم می‌شوند. نوع «چند ورق» شامل چند صفحه فولادی انعطاف پذیر با طولهای متفاوت می‌باشد که بر روی یکدیگر قرار گرفته‌اند و در مواجهه با ضربات ناشی لز جاده، خم شده و بر روی یکدیگر می لغزند. در نوع «تک ورق» نیز که از نوع باریک شونده می‌باشد، تنها یک ورق فنری که در وسط کلفت تر از طرفین می‌باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این نوع فنرهای تخت معمولا از کامپوزیت ساخته می‌شوند، اما نوع فولادی آنها نیز یافت می‌شود. فنرهای تخت عمدتاً به صورت مجزا برای هر چرخ استفاده می‌شوند که در طول خودرو و در زیر هر چرخ نصب می‌شوند، اما برخی از خودروسازان، از نوع متقاطع(ضربدری) آن برای هر دو چرخ استفاده می‌کنند. فنرهای تخت به وسیله یک رابط U شکل به اکسل خودرو متصل می‌شوند و از دو طرف نیز به شاسی وصل می‌گردند.

از مزایای این نوع فنرها، توانایی تحمل وزنهای زیاد و ارائه سواری نرمتر برای خودروهای سنگین می باشد. این نوع فنر دارای معایبی از قبیل نیاز به جای زیاد، ایجاد اصطکاک بین ورقه‌های فنر و ایجاد صدای ناشی از لغزش فنرها بر روی یکدیگر می باشد. هر چند که با نصب ورق‌های پلاستیکی بین فنرها مشکل صدای ناشی از لغزش فنرها قابل حل است. همچنین این نوع فنر به تعمیر و نگهداری دائمی نیاز دارد. مورد مصرف این نوع فنرها بیشتر در خودروهای سنگین، وانتها و برخی از خودروهای شاسی بلند(SUV) است که در مورد وانتها و خودروهای شاسی بلند جدید، فقط برای چرخهای عقب استفاده می‌شود.

۳. فنر میله پیچشی (Torsion Bar):

در این نوع از فنر، میله فولادی نه جمع شده و نه خم می شود، بلکه در خود می پیچد. میله پیچشی که یک میله صاف یا L شکل است به صورت عرضی در یک سمت به شاسی وصل شده و در سمت دیگر به قسمت متحرکی از سیستم تعلیق متصل می شود و در هنگام مواجهه با ضربه، در خود پیچ می خورد و رفتار یک فنر را از خود بروز می دهد. به این ترتیب میله پیچی نسبت به محور طولی خود دوران کرده و نیروی فنری تولید می کند. حرکت این نوع فنر مانند زمانی است که برای آب کشیدن یک لباس آن را با دو دست می پیچانیم.

انتهای این فنر به چارچوب بدنه تکیه کرده و انتهای دیگر به مکانیزمی مانند طَبَق وصل می شود که شبیه یک اهرم نسبت به میله پیچشی، حرکت عمودی دارد. درست در زمانی که چرخ با دست انداز برخورد می کند، حرکت عمودی به طبق انتقال داده شده و سپس شبیه به یک حرکت اهرمی به میله پیچشی انتقال داده می شود. خودروهای اروپایی در سیستم تعلیق خود از این نوع فنر بهره می برند.

از مزایای این فنرها، قیمت کم آنها و عدم نیاز به تعمیر و نگهداری می باشد. این فنرها قابل تنظیم بوده و فضای کمی اشغال می کنند، از این رو در مواردی که فضای کافی برای فنر مارپیچ وجود نداشته باشد، از این نوع فنر استفاده می گردد. عیب این فنر این است که راحتی و نرمی فنرهای مارپیچ را دارا نیست. از این فنر بیشتر برای اکسل عقب خودروها استفاده می شود، مثلاً روی اکسل عقب برخی از محصولات «پژو» و «رنو» این نوع فنر موجود می باشد.

۴. فنر بادی(Air Spring):

فنر بادی نوع دیگری از فنرها می باشد که در حال رواج یافتن می باشد. فنر هوایی یا بادی، یک سیلندر لاستیکی است که با هوای فشرده پر شده و پیستونی که به اتصالات پایین چرخ متصل است با حرکت خود در این سیلندر باعث فشردگی هوا و ایجاد حالت فنریت خواهد شد. اگر میزان وزن خودرو تغییر نماید، یک سوپاپ در بالای سیلندر هوا باز می شود تا به مقدار هوای داخل سیلندر بیافزاید.

یک کمپرسور هوای لازم جهت این سیلندر را تامین می نماید و این امر باعث خواهد شد تا خودرو با وجود افزایش بار وارده، در ارتفاع ثابت خود باقی بماند. فنرهای بادی که از یک محفظه استوانه ایی هوا استفاده می کنند، در بین چرخ و بدنه خودرو قرار می گیرند و از خاصیت تراکم پذیری هوا برای جذب ارتعاشات وارد به بدنه از طرف لاستیک، استفاده می کنند. از مزایای این نوع فنرها، نرمی بسیار بالا همانند غوطه وری در هوا می باشد و عیب آنها پیچیدگی سیستم، قیمت بالا و همچنین مشکلات تعمیرات و نگهداری آن است. کاربرد این فنرها برای خودروهای سواری، وانتها و کامیونهای سبک می باشد.

۵. فنر لاستیکی (Rubber Spring):

این نوع فنر که توسط دکتر آلکس مولتن(Alex Moulten) ابداع شد، از یک لاستیک فشرده انعطاف پذیر تشکیل شده است. از مزیتهای آن سبک بودن و اشغال فضای کم می باشد و عیب آن این است که خواص و توانایی فنرهای فولادی را دارا نمی باشد و بسیار ضعیف تر از آنهاست. این نوع فنر برای اولین بار بر روی خودروهای «مینی»(Mini) استفاده شد، ولی در حال حاضر در کمتر خودرویی استفاده می شود و تنها برای دوچرخه ها، موتورهای مسابقه و موتورهای صخره نوردی استفاده می شود.