فنرها از مهم‌ترین قطعات صنعتی محسوب می‌شوند که نقش بسیار مهمی در ساخت انواع ابزارها، وسایل و ماشین‌آلات و…. ایفا می‌کنند. در واقع هر قطعه‌ای که بتواند تحت بار، انرژی ذخیره نماید و هنگام حذف بار، نیرو آزاد کند نوعی فنر به‌حساب می‌آید. فنرها را از نظر شکل، عملکرد و نوع کارایی در سه گروه مختلف فنرهای مارپیچی، صفحه‌ای و تیغه‌ای قرار می‌دهند. می‌توانید با مطالعه ادامه این مقاله، اطلاعات بیشتری در خصوص مشخصات فنرها به دست آورید.
اصول کار فنرها
یکی از مشخصات مهمی که همه فنرها دارند حالت ارجاعی و کشسانی، فنر است. در تعریفی کلی‌تر می‌توان گفت که فنر قطعه‌ای مکانیکی است که با ذخیره انرژی پتانسیل، می‌تواند قطعات موردنظر را به حرکت درآورد. فنر توسط نیروی خارجی، فشرده، کشیده و یا پیچیده می‌شود و پس از برداشتن آن نیرو، به حالت اولیه خود برمی‌گردد.
تولید و ساخت انواع فنر، در شرکت تولید کننده فنر، با استفاده از قانون هوک انجام می‌شود. این قانون ارتباط بین نیروی وارد شده به فنر و خاصیت کشسانی آن را با استفاده از فرمول F=-KX محاسبه می‌کند. به عبارت ساده‌تر قانون هوک، بیان می‌کند نیرویی که فشردن و یا کشیدن یک فنر نیاز دارد با مقدار جابه‌جایی آن ارتباط مستقیم دارد. در این فرمول، نیروی اعمال شده به فنر با F، مقدار جابه‌جایی فنر با X و ضریب ثابت فنر با K نشان داده می‌شود. مقدار ثابت فنر بستگی به جنس فنر دارد و مقدار سختی آن را نشان می‌دهد.
مشخصات فنرها و متریال آنها
جنس و مواد استفاده شده در ساخت فنرها، یکی از مهم‌ترین پارامترهای تعیین‌کننده کاربرد و مشخصات فنرها هستند. انواع فولادهایی که برای تولید فنر، در شرکت‌های تولید کننده فنر در اصفهان مورد استفاده قرار می‌گیرند از عناصری مانند سیلیسیوم، وانادیوم، منگنز، کروم و مولیبدن ساخته شده‌اند. هر کدام از این عناصر خواص منحصر به فردی دارند، مثلاً عنصر سیلیسیوم در فولاد فنر، باعث خاصیت الاستیسیته و عنصر کروم سبب استحکام و مقاومت در برابر خوردگی می‌شود. به‌خاطر همین خواص، فنرها در بارگذاری نیرو، تغییر شکل دائمی نمی‌دهند و پس از حذف بار، دوباره به حالت اولیه خود بازمی‌گردند. فولاد فنر از لحاظ ترکیب شیمیایی به سه دسته زیر تقسیم‌بندی می‌شوند.
- فولاد فنر پرکربن: از این نوع متریال در فنرهایی که به تحمل بار زیاد و درجه حرارت خیلی بالا یا پایین نیاز ندارند استفاده می‌شود. فولاد پرکربن، از بادوام‌ترین فولادهای غیرآلیاژی است و مقاومت بالایی در برابر سایش دارد. به همین دلیل در ساخت انواع فنرهای تیغه‌ای و اره‌ای از آن استفاده می‌کنند. فنرهای ساخته شده از فولاد پرکربن، دارای قیمت ارزان‌تری هستند.
- فولاد فنر آلیاژی: فنرهای تولید شده با آلیاژهای مختلف فولاد، ویژگی‌های منحصربه‌فردی در فنر ایجاد می‌کنند. از این متریال اغلب در مواردی که فنر باید تنش‌ها و فشارهای زیادی را تحمل کند استفاده می‌شود. اما فنرهای آلیاژی از لحاظ مقاومت در برابر حرارت، کاربرد چندانی ندارد.
- فولاد فنر زنگ نزن: از جمله مشخصات فنرهای تولید شده با این نوع فولاد، این است که در برابر زنگ‌زدگی، خوردگی و دمای بالاتر از ۲۸۰ درجه سانتیگراد مقاومت دارند. فنرهایی که با فولاد فنر زنگ نزن بر پایه مس، ساخته می‌شوند، گران‌تر از فنرهای معمولی هستند. زیرا رسانا بوده و هدایت‌پذیری خوبی دارند به‌خاطر همین در سیستم‌های الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین از موارد استفاده از این نوع فولاد می‌توان به ساخت فنرهای تحت بارگذاری بالا در صنعت اتومبیل‌سازی، ساخت فنرهای میله‌ای تحت پیچش و ساخت رینگ فنری اشاره نمود.
انواع فنرها
فنرها از نظر جنس و شکل متفاوت هستند و هر کدام از آنها کاربرد و عملکرد خاصی در صنعت دارند. به‌طورکلی فنرها به سه گروه، فنرهای مارپیچی، فنرهای تیغه‌ای و فنرهای صفحه‌ای تقسیم می‌شوند. در ادامه می‌خواهیم انواع فنرها به همراه مشخصات فنرها را مورد بررسی قرار دهیم.
گروه اول: مشخصات فنرهای مارپیچ
فنرهای مارپیچی از انواع فنرهایی هستند که در وسایل مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این نوع فنرها، یک سیم به‌صورت مارپیچ و با قطر مقطع‌های مختلف، پیچیده می‌شود. انواع مختلف این نوع فنر عبارت‌اند از:
- فنر کششی (Tension Spring): فنرهای کششی با کشیده‌شدن، انرژی را در درون خود ذخیره می‌کنند و پس از رها شدن فنر، انرژی خود را آزاد می‌نمایند. حلقه‌های فنر کششی بدون فاصله و به‌صورت فشرده به هم، ساخته شده‌اند و با کشیده شدن، این حلقه‌ها از هم جدا می‌شوند. از مشخصات بارز این نوع فنر وجود دو قلاب در انتهای آن است. یکی از کاربردهای فنر کششی در ساخت درب‌ها است.
- فنر فشاری (Compression Spring): یکی از انواع فنرهای پرکاربرد که توسط مارپیچ کردن سیم و مفتول، تولید می‌شود، فنرهای فشاری هستند. این نوع فنر با فشرده‌شدن، انرژی را در خود ذخیره کرده و با رها شدن، نیرو به دو طرف فنر اعمال می‌کند. از جمله مشخصات فنر فشاری می‌توان به ضخامت، نوع آلیاژ و فاصله حلقه‌های آن اشاره نمود. ضخامت و جنس آلیاژ بکار رفته شده در تولید این نوع فنر، رابطه مستقیم با نحوه استفاده آن دارد. فاصله حلقه‌های فنر فشاری، در میزان تحمل فشاری که به فنر وارد می‌شود تأثیر بسزایی دارند. در نتیجه باتوجه به عملکرد و کاربرد قطعه، انواع مختلف این نوع فنر طراحی و ساخته می‌شود.
- مشخصات فنرهای پیچشی (Torsion Spring): این نوع فنر برخلاف فنرهای فشاری و کششی، باید کشیده و فشرده شود تا بتواند انرژی چرخشی را ذخیره و ارسال نماید. عملکرد فنرهای پیچشی، به این صورت است که در هنگام پیچ‌خوردن انرژی مکانیکی را در خود ذخیره می‌کنند و پس از انتقال انرژی، به حالت اولیه خود برمی‌گردند. این نوع فنر در طی عملیات پیچشی، دچار تغییرات افزایش تعداد حلقه فنر، افزایش طول فنر و کاهش قطر متوسط حلقه اصلی می‌شود. بیشترین کاربرد فنرهای پیچشی، در صنعت خودروسازی در ساخت قطعاتی مانند سیستم تعلیق خودرو، کلاپ، شاسی، دنده و در صنعت پزشکی در ساخت تختخواب و ویلچرها است.
- فنرهای مارپیچی مسطح (Spiral Spring): این نوع فنرها از پیچاندن نوارهای مسطح فلزی، مستطیلی شکل تولید می‌شوند. این نوارهای فلزی به‌دور یک محور پیچیده می‌شوند، یک سر آن به قطعه موردنظر به‌صورت ثابت متصل می‌شود و سمت سست نوار که بار یا نیرو را حمل می‌کند به محور متصل می‌گردد و با پیچیده‌شدن انرژی را ذخیره می‌کند. فنرهای حلزونی یکی از انواع فنرهای مارپیچی هستند که بیشتر در سیستم اعلام حریق مکانیکی استفاده می‌شوند. اما بیشترین کاربرد این نوع فنر، در صنعت ساعت‌سازی است.
گروه دوم: ویژگی‌های فنرهای تیغه‌ای
از مشخصات فنرهای تیغه‌ای می‌توان به تیغه‌های مستطیلی شکل آن اشاره کرد. این تیغه‌ها به وسیله پرچ یا پیچ به هم متصل می‌شوند. انواع مختلف این فنرها شامل فنرهای تیغه‌ای بیضوی، فنرهای تیغه‌ای نیم بیضوی، فنرهای تیغه‌ای یک‌چهارم بیضوی، فنرهای تیغه‌ای سه‌چهارم بیضوی و فنرهای تیغه‌ای عرضی است. کاربرد این فنرها بیشتر در وسایل نقلیه سنگین است.
گروه سوم: مشخصات فنرهای صفحه‌ای
فنرهای صفحه‌ای که با نام‌های شمشی، برگی و یا تخت نیز در بازار شناخته شده‌اند، از صفحاتی به فرم تیغه که به‌صورت موازی یا سری به هم متصل شده‌اند، ساخته می‌شوند. این گروه از فنرها، در ساخت دستگاه‌هایی حساس و همچنین در صنعت برق به‌عنوان کنتاکتور کاربرد دارند. نوعی از فنرهای صفحه‌ای که به صورت چندلایه تولید می‌شوند، برای فنربندی وسایل نقلیه جاده‌ای و ریلی بکار برده می‌شوند. از ویژگی‌های مهم این فنرها این است که ضربات سخت مسیر حرکت را، به نوسانات نرم، آرام و میرا تبدیل می‌کنند. از انواع این فنرها می‌توان به فنر صفحه‌ای شیاردار، فنر صفحه‌ای خمیده، فنر بلویل و فنر صفحه‌ای موجی اشاره کرد.
سخن آخر
فنرها از نظر جنس، شکل و عملکرد با هم متفاوت بوده و در انواع مختلف صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرند. مهم‌ترین مشخصات فنرها، مقاومت در برابر نیروهای تنشی، آلاستیسیته بالا و استحکام زیاد آنها است. این ویژگی‌ها باعث می‌شوند فنرها بعد از تحمل بارهای شدید، دوباره به حالت اولیه خود برگردند. شرکت مانا فنر، یکی از شرکت‌های تولید کننده فنر است که با استفاده از آلیاژهای استاندار و مناسب، اقدام به تولید انواع فنرهای باکیفیت می‌نماید. این شرکت تولید کننده فنر، علاوه بر داشتن کادری مجرب و متخصص، مجهز به دستگاه‌های پیشرفته و مکانیزه برای تولید انواع فنرهای باکیفیت و بادوام است.