مکانیک ساخت و تولید

این وبلاگ سعی در نمایش مطالب و مقالات و معرفي وبلاگها و سايتها در زمینه مهندسی مکانیک ساخت و تولید را دارد .

کمک فنر
ساعت ٦:۳٩ ‎ب.ظ روز سه‌شنبه ٢٦ مهر ۱۳٩٠  کلمات کلیدی:

کمک فنر

لزوم استفاده از کمک فنر ، اساس کار کمک فنر ، انواع کمک فنر ، کمک فنر گازی ،کاویتاسیون در کمک فنر  ،عیب یابی کمک فنر ،روغن کمک فنر،نفش کمک فنر در خودرو ، نحوه عملکرد یک فنر

 

 


کمک فنر

 

 

 

 

کمک فنر(میرا کننده) دو وظیفه ی مهم بر عهده دارد :

الف. ایمنی خودرو را افزایش می دهد.

ب. ارامش و راحتی راننده و سرنشینان را تامین می کند.

اولین وظیفه ی کمک فنر نگه داشتن لاستیک در حد استاندارد روی سطح جاده است مشروط بر این که باد لاستیک ها بر اساس نظریه ی سازنده ی خودرو باشد و دومین وظیفه ان نوسانات بدنه ی خودرو روی فنرها را مهار و تقریبا تابت نگه می دارد تا هدایت خودرو خصوصا در سر پیچها بهتر انجام گیرد. همچنین هنگام ترمز کردن از شیرجه رفتن جلوگیری می کند و کنترل خودرو نیز بهتر خواهد شد در نتیجه استهلاک فنرها و بدنه ی خودرو کمتر می شود.

همانطوری که می دانید حرکت کمک فنر در جهت عکس حرکت فنر می باشد. مثلا اگر خودرو از روی برامدگی جاده عبور کند فنر فشرده می شود و کمک فنر در جهت حرکت فنر مقاومت می کند یعنی از فشردگی سریع فنر جلوگیری می کند. همچنین اگر خودرو در حین حرکت به داخل گودالی فرو رود نیروی عکس العمل وزن خودرو که در تماس چرخها با سطح جاده است باعث کشیدگی عادی فنر شده و بلافاصله فنر در جهت باز شدن عمل می کند. در این حالت نیز کمک فنر در جهت عکس حرکت فنر کار کرده و انرژی ذخیره شده در فنر با تبدیل به گرما در سیستم کمک فنر  مستهلک می شود.

برگرفته از کتاب شاسی  و جلوبندی خودرو تالیف مهندس سید محمود صافی

در شکل زیر طرز کار و قطعات یک کمک فنر تلسکوپی ساده را مشاهده میکنید.

 

 

 

 

لزوم استفاده از کمک فنر یا ارتعاش گیر:

وظیفه کمک فنر همان گونه که ازاسم ان مشخص است.این است که به فنر کمک می نمایدفنر در قبال نیروی خارجی تغییر شکل داده و انرژی ذخیره می کند به محض حذف نیروی خارجی انرژی ذخیره شده را به سرعت ازاد می نماید و چند بار ارتعاش می نماید تا متعادل شود اگر به سیستم تعلیق در حال ارتعاش ارتعاش جدیدی وارد شود دامنه ارتعاشات با هم جمع و تولیدروزنانس می نماید که برای سرنشینان بسیار ناراحت کننده می باشد برای این منظور استفاده ازارتعاش گیر یا کمک فنربرای خودرو ضروری می باشد .

 

 

 

 اساس کار کمک فنر:

کمک فنر در سیستم تعلیق موازی با فنر بسته می شود و مانند فنر نیروی محوری را جذب می کند. در موقع جمع شدن کمک فنر به سهولت منقبض شده اما در موقع باز شدن کمک فنر مقاومت می نماید و با کندی باز می شود وقتی کمک فنر فشرده می شود روغن از سوراخهای درشت تر
سوپاپ ان جابجا می شود و لذا به سهولت تغییر مکان می دهد اما وقتی حالت انبساط ان فرامی رسد. برگشت روغن به محل اولیه خود از مجاری کوچکتر میسر می گردد در اثر برگشت روغن از مجاری کوچک نیروی اصطکاک روغن بالا رفته و انرژی مکانیکی به انرژی حرارتی تبدیل می گردد سپس گرما روغن در فضا پخش می گردد متداول ترین ارتعاش گیرها نوع تلسکوپی است که از دو سیلندر یک طرف بسته ساخته شده و قسمت بسته ان به پوسته محور چرخ متصل می شود طرف باز سیلندر به سمت بالا قرار داشته و در داخل ان یک پیستون با دسته پیستون حرکت می کند .دسته پیستون به شاسی بسته می شود البته سیلندر های نوع دو جداره هم بکاررفته است که در روی پیستون دو نوع سوپاپ وجود دارد نوع مجرا درشتان هنگام فشرده شدن و نوع مجرا ریز ان در موقع باز شدن در معبر روغن قرار می گیرد کمک فنرهای تلسکوپی یک لوله ای یا دولوله ای می باشد که در نوع دو لوله ای روغن بین دو جداره و در نوع یک لوله ای روغن در طرفین پیستون جابجا می شود.

 

 

انواع کمک فنر

الف کمک فنر تلسکوپی هدرولیکی ب کمک فنر گازی
کمک فنر تلسکوپی هیدرولیکی : این کمک فنرهااز دو یا سه لوله هم محور تشکیل شده است اگر کمک فنر سه لوله ای باشد خارجی ترین لوله گردگیر است طرز کار این کمک فنر در موقع باز شدن به این صورت می باشد که روغن داخل محفظه بالای پیستون به طرف پایین و به داخل
محفظه زیر پیستون رانده می شود روغن پس از عبور از گذرگاه های نگهدارنده سوپاپ برگشت از میان دیسک سوپاپ برگشت با فشار خارج شده و از میان کلیه سوراخ های پیستون عبور می کند.
در طی کورس باز شدن روغنی که در محفظه بالای پیستون تحت فشار قرار گرفته به محفظه زیر پیستون جریان می یابد این عمل برای جبران حجم جابجا شده میل پیستون است زمانی که میل کمک فنر به بالا کشیده می شود فنر سوپاپ مکش در مجموعه سوپاپ فشاری به واسطه عبور روغن بلند شده به طوری که سوپاپ دیسکس فشاری و سوپاپ نگهدارنده اجازه عبور روغن را می دهد در ضمن مرحله جمع شدن کمک فنر عکس مرحله باز شدن می باشد.

 

 

 

کمک فنر گازی : بزرگترین امتیاز کمک فنر گازی نسبت به کمک فنر هیدرولیکی در انتقال سریع حرارت می باشد چون لوله خارجی ان در تماس مستقیم با هوا است لذا انتقال حرارت سریع تر انجام می شود. این نوع کمک فنر ها در درجه حرارتی بیش از 200 درجه سانتی گراد به خوبی کار می کند معمولا طراحی ان ها از یک یا دو لوله هم محور ساخته شده و کاربرد وسیعی در صنایع خودرو سازی دارند برای مثال در صندوق عقب بعضی از خودروهاسواری و اتوبوس ها و حتی تخت خوابهای بیمارستان و صندلیهای دندان پزشکی کاربرد دارد در ضمن در درون کمک فنراز گاز تنها استفاده نشده بلکه از گاز و روغن استفاده شده که این روغن و گاز در دو محفظه جدا از هم قرار دارند و هر یک وظیفه خاص خود را در موقع جمع شدن و باز شدن کمک فنرانجام می دهد.

 

 

 

کاویتاسیون در کمک فنر

هنگامی که سرعت باز شدگی کمک فنر زیاد باشد شیوهایی برای عبور بیشتر روغن از محفظه ذخیره به داخل سیلندر به کار بسته شده لیکن اگر این سرعت از معمول بیشتر باشد روغن بلافاصله فضای خالی شده ناشی از حرکت پیستون و میل پیستون را جبران نمی کند لذااین خلا عامل تقلیل
فشار محیط خود شده و روغن هیدرولیک در فضای بسته سیلندر تبخیر می شود این پدیده تبخیر که همراه با وارد امدن ضربه به پیستون و لوله خارجی شده ایجاد حفره های هوا روی پیستون می گردد.
و به کاویتاسیون موسوم است .

 

 

عیب یابی کمک فنر

متاسفانه بیشتر رانندگان به کمک فنرها که یکی از اساسی ترین قسمت ایمنی خودرواست:
اهمیتی به نقایص آن نمی دهند وبیشتر توجه انان به ترمزها لاستیکها;کمربند ایمنی و چرخها و فرمان می باشد .در صورتیکه کمک فنر نقش بسیار ارزنده ائی در ایمنی خودرو دارد جالب است  

بدانیم در صورت خرابی کمک فنرها ضریب خرابی سایر قطعات خودرو نیز افزایش می یابد.این قطعات شامل :

1-فنر تعلیق

2-جعبه فرمان

 3-دیفرانسیل

 4-لاستیک چرخها

 5-بلبرینگ چرخها
6-بوشهای لاستیکی سیستم تعلیق

 7-گیربکس

 8-سیستم تعلیق

9-مجموعه سیبکهای فرمان لذا به منظور ایمنی بیشتر اطلاعات ذیل می تواند دید بهتری در خصوص شناخت وتشخیص خرابی های کمک فنر ارائه نماید.


۱-اگر کمک فنر نشتی دارد حتما باید کمک فنر تعویض گردد.

۲-بالا و پایین رفتن خودرو به خصوص اگر جاده ناهموار باشد و یا شیرجه رفتن خودرو در حین ترمزهای شدید ممکن است به دلیل خرابی کمک فنرها باشد.

۳-اگر در سر پی: خودرو بیش از حد بپیچد به نحوی که راننده برای کنترل ان باید تلاش بیشتری کند این روند می تواند از خرابی کمک فنر باشد

۴-اگر چرخها روی جاده برقصند و یا بالا و پایین روند ممکن است از فرسودگی فنرها و کمک ها باشد.

5-اگر بوشهای محل نصب کمک فنر ترک خوردگی و یا تغییر شکل داده اند باعث سرو صدا در سیستم تعلیق به خصوص در موقع شتاب گرفتن: ترمز کردن ویا عبوراز ناهمواریهای سطح جاده می شود. بنابراین هرچه زودتر نسبت به تعویض بوشها اقدام شود.درغیر این صورت ایمنی خودروبه شدت کاهش پیدا می کند.

 6.بارکردن خودرو بیش از ظرفیت ان عامل مهمی در ضیعف شدن سیستم تعلیق من جمله کمک فنرها می شود.به خصوص زمانی که حرکت اتومبیل در ناهمواری های جاده قرار بگیرد. واگر سرعت متناسب با جاده و بار نباشد باعث شکسته شدن اتصالات می شود. درنتیجه ناامن بودن خودرو و سرنشینان حتمی است.

 

 

روغن کمک فنر

روغن هایی که در کمک فنر به کار می روند، روغنهای معدنی رقیق هستند.

 

 

شکل1: تغییر نیروی میرایی با مسافت کارکرد خودرو، با رسم کاهش میرایی به صورت درصدی از مقادیر جدید در سرعتهای یکسان، می توان به نمودار بالا دست یافت. منحنی A که در شکل می بینید، کاهش میرایی را بر حسب مسافت کارکرد خودرو نشان می دهد. این منحنی در اغلب خودروها صدق می کند، و این کاهش میرایی بر اثر خرابی مقاطع گلویی و شیرهایی که زیر پیش تنیدگی فنر قرار دارند، ایجاد می شود. در سرعت کم که تنها روزنه های ثابت روغن فعال هستند. با افزایش مسافت کارکرد، تغییر میرایی می تواند مسیری افزاینده داشته باشد، (منحنی B). هنگامی که روزنه های ثابت عبور جریان بر اثر برخورد صفحات شیر بسته شوند، حالت یاد شده رخ می دهد.

بهبود برخی از ویژگیهای این روغن، بسته به ساختار و درجه پالایش، مواد افزودنی خاصی به روغن خام می افزایند. مهمترین آنها عبارتند از:

1-پلیمرهایی که در برابر تنش برشی مقاوم هستند و گرانروی را بهبود می بخشند، برای بهبود رفتار گرانروی- دمای روغن به کار می روند.

2-بوتیل آمینولیت یا دی الکول دیترفسفات روی (ZDDP) که برای بهبود مقاومت در برابر سایش، افزایش مقاومت به اکسیداسیون و در نتیجه افزایش طول عمر مفید روغن استفاده می شوند.

البته باید گفت که هیچ استاندارد عمومی برای روغن کمک فنر وجود ندارد. خودروسازان شرایطی را برای رفتار مطلوب کمک فنر خواستارند. این شرایط بسته به نوع، ساختار شیرها و اجزاء و مواد تشکیل دهنده قطعات لغزشی در پیستون و راهنما متفاوت هستند، برای دستیابی به این خواسته ها سازندگان کمک فنر جلسات و مذاکراتی را با تولیدکنندگان روغن برگزار می کنند و شرایط ویژه کارکرد و مشخصات فنی را با مشخصات روغن تطبیق می دهند.

 

مباحثی که در این زمینه مهم هستند، عبارتند از:

   رفتار روغن در دماهای مختلف: برای جلوگیری از سخت شدن کمک فنر در دمای کم و قابلیت لغزش قطعات متحرک از یک سو و محدوده ساختن میزان تبخیر روغن در دمای زیاد، گرانروی ر وغن باید زیاد باشد.

  خواص اصطکاکی: برای رسیدن به اهداف و خواسته هایی چون خوش سواری، باید طراحی کمک فنر به گونه ای باشد که نیروی اصطکاک در سطوح لغزشی کمک فنر تا جایی که می شود اندک باشد. کیفیت روغن استفاده شده در کمک فنر، اندازۀ ضریب اصطکاک را تعیین می کند.

   سروصدای کارکرد و کمک فنر: برای آن که سروصدای کارکرد کمک فنر (صدای جریان روغن) اندک باشد. نیاز به سازگاری روغن کمک فنر با شیرهای عبور روغن است.

   طول عمر مفید کمک فنر: خرابی و نارسایی کمک فنر اغلب به علت نشت روغن است، سازگاری روغن هیدرولیک با اجزاء آب بندی، در افزایش عمر مفید کمک فنر، مؤثر است.

 

شکل 2: نتایج آزمایش  روغن کمک فنر در تولید انبوه، در جدول بالا درصد وزنی برخی عناصر مهم و تغییرات گرانروی آن پس از طی مسافت پنجاه هزار کیلومتر (روغن کارکرده) را می بینید. این نتایج نشان می دهند که نیروی میرایی با افزایش طول عمر خودرو، بویژه در دمای پایین افزایش می یابد.

 

 

شکل 3: رفتار و مشخصات گرانروی  برخی از روغن های کارکرده کمک فنر و سازه کمک فنر آزمایشهای بالا در آزمایشگاه کارخانه فیشتل و ساکس انجام گرفته است. اندازه گرانروی (کشش سینماتیکی روغن) بر حسب سانتی استوکس اندازه گیری شده اند. البته برای بیان اندازه گرانروی می توان از واحد انگلر نیز استفاده کرد.

 

 

 

نفش کمک فنر در خودرو

 

در حالت حرکات عادی، کمک فنر به صورت عمودی و در حالت تقریباً باز قرار دارد، زمانی که بر روی بلندی قرار می‌گیرد، دو سر ابتدا و انتهای آن به هم نزدیک شده، پیستون به طرف پایین حرکت می‌کند و فشار هیدرولیکی، شیر روی پیستون را باز کرده و روغن به طرف بالای پیستون رفته و چون فضای خالی بالای میل پیستون کم است، روغن اضافی به داخل انباره یا محفظه ذخیره روغن (فضای بین دو لوله) رفته و ...

 

آنچه در این بخش، مطرح می‌شود وضعیت عملکرد مجموعه کمک فنر در سیستم تعلیق خودرو می‌باشد. 
مجموعه سیستم تعلیق از قسمت پایین، به سگ دست و از قسمت بالای آن به بدنه خودرو متصل می‌کند و به همین جهت تمامی نیروهای وارده به چرخ‌های جلو را نیز باید تحمل کند. فنر حلقوی بین نشیمنگاه‌های بالائی (درپوش) و پایینی (نعلبکی فنر) قرار می‌گیرد.
به این مجموعه اصطلاحاً استرات نیز گفته می شود که عملکرد آن مشابه کمک فنر و از نظر طراحی متفاوت است. وظیفه هر دو، کنترل نوسان اضافی فنر است. استرات از اجزای ساختاری سیستم تعلیق نیز به شمار می‌رود. استرات می‌تواند جایگزین دو یا سه قطعه از اجزای سیستم تعلیق شود و اغلب به عنوان نقطه دوران در سیستم فرمان و محل تنظیم موقعیت چرخ‌ها، برای میزان فرمان به کار می‌رود.

 

 

این مجموعه، وظیفه مستهلک ساختن نیروهای ناگهانی اعمالی به چرخ‌ها و فنرلول، ایجاد نوسان به منظور طولانی کردن زمان استهلاک کامل و بازگرداندن کمک فنر به حالت اولیه را به عهده دارد. مجموعه کمک فنر و فنرلول، تبدیل نیروهای ضربه‌ای به نوسانی و انتقال حداقل میزان آن به بدنه را بر عهده دارند.

 

نحوه عملکرد یک فنر:
در حالت حرکات عادی، کمک فنر به صورت عمودی و در حالت تقریباً باز قرار دارد، زمانی که بر روی بلندی قرار می‌گیرد، دو سر ابتدا و انتهای آن به هم نزدیک شده، پیستون به طرف پایین حرکت می‌کند و فشار هیدرولیکی، شیر روی پیستون را باز کرده و روغن به طرف بالای پیستون رفته و چون فضای خالی بالای میل پیستون کم است، روغن اضافی به داخل انباره یا محفظه ذخیره روغن (فضای بین دو لوله) رفته و جریان سیال عبوری از والو، باعث نیروی میرایی می‌شود.
زمانی که پیستون به دلیل وجود نیروی فنرلول به طرف بالا می‌آید، سیال از بالای پیستون و از داخل شیر روی پیستون که در اثر فشار هیدرولیکی بازشده، به طرف پایین می‌رود. همچنین روغن داخل فضای دولوله (انباره) از ولو پایین سیلندر به محل اولیه برمی‌گردد.

باید توجه داشت که با عبور دادن روغن از یک طرف پیستون به طرف دیگر و از طریق مسیرهای تعبیه شده در آن، سرعت حرکت فنر و سیستم تعلیق کند شده و نیروی مقاومی در مقابل این حرکت اعمال می‏شود. مقدار این نیرو به سرعت حرکت پیستون و اندازه و تعداد سوراخ‌های تعبیه شده بر روی شیر پیستون بستگی دارد. کمک فنر نسبت به سرعت باز و بسته شدن حساس است، یعنی هرچه سریع‌تر باز و بسته شود نیروی عکس‌العمل آن بزرگتر است. به دلیل این ویژگی است که کمک فنر خود را با شرایط جاده منطبق می‌کند. در نتیجه موارد زیر را کاهش می‌دهد:
1. جهش چرخ در دست‌اندازها
2. کج شدن خودرو در موقع پیچیدن
3. کله زدن خودرو در هنگام ترمز
4. پایین آمدن عقب خودرو در هنگام شتاب گرفتن
نیروی کمک فنر در حالت کشش و فشار متفاوت است. این امر، به دلیل مسیرهای متفاوت عبور روغن و همچنین باز و بسته شدن مرحله‌ای سوپاپ‌های کمک فنر در سرعت‌های مختلف می‌باشد.
در این بخش تقسیم‌بندی انواع کمک فنرهای متداول معرفی می‌شود و صرفاً به نحوه عملکرد کمک‌فنرهای جدید مغناطیسی خواهیم پرداخت.
1. کمک فنر تک تیوپه
2. کمک فنر دوتیوپه

 

 

 

 

2-1 دوتیوپه گازی
2-2کمک فنر دوتیوپه هیدرولیکی
2-3کمک فنر دو تیوپه با سلول‌های نیتروژن اشباع شده
3. کمک فنر با مخزن بیرونی
4. کمک فنرهای جدید مغناطیسی

شرکت Audi اخیراً سیستم فنربندی جدیدی را روی خودروهای خود ارائه کرده است. این سیستم که از میراکننده‌های مغناطیسی ساخته شده، توسط شرکت Delphi ارائه شده است. این سیستم به کمک سنسورهای نصب شده در نقاط مختلف خودرو، در هر لحظه خود را با شرایط محیطی، نظیر شکل پروفیل سطح جاده سازگار می‌کند. میراکننده‌های موجود در کمک فنرها به جای استفاده از روغن‌های متداول، از یک نوع روغن مغناطیسی (روغن مصنوعی که ذرات مغناطیسی با ابعاد 3 تا 10میکرون در آن معلق می‌باشند) استفاده می‌کند. یک کنترل کننده با ارسال پالس‌هایی از ولتاژ به سمت یک سیم‌پیچ، میدانی مغناطیسی با راستای مشخص، درون روغن ایجاد می‌کند. با شکل گرفتن این میدان، ذرات مغناطیسی معلق درون روغن برخلاف جهت حرکت روغن آرایش یافته و در برابر جریان یافتن روغن از سوراخ پیستون کمک فنر مقاومت می‌کنند.

 

 

به این ترتیب می‌توان میزان میراکنندگی کمک فنر را در هر لحظه به طور دلخواه تغییر داد. این سیستم می‌تواند 1000بار در هر ثانیه نیروی میراکننده کمک فنر هر کدام از چرخ‌ها را به طور جداگانه کنترل کند. همچنین این امکان به راننده خودرو داده شده است تا با فشار دادن یک دکمه، وضعیت خودرو را بین دو حالت عادی و اسپورت تغییر دهد. در حال عادی ویکسوزیته روغن مغناطیسی بالاتر بوده و میزان میراکنندگی کمتر است. این حالت برای رانندگی در جاده‌های طویل و جاده‌های با پستی و بلندی زیاد مناسب است. در حالت اسپورت ویسکوزیته روغن پایین‌تر بوده، توانایی دینامیکی خودرو بالا رفته و چرخ‌های خودرو بهتر به سطح جاده می‌چسبند. به این ترتیب، سرنشینان خودرو احساس راحتی بیشتری کرده و راننده نیز کنترل بهتری بر خودرو خواهد داشت. جالب این است که این سیستم صرفاً بین 5 تا 25وات، توان مصرف می‌کند.