کمک فنر

یک جاذب ضربه یا کمک فنر وسیله ­ای مکانیکی یا هیدرولیکی است که برای جذب و کاهش ضربات تکانه­ ای استفاده می­شود. این کار با استفاده از تبدیل انرژی حرکتی ضربه به نوع دیگری از انرژی (معمولأ حرارت) و سپس از بین بردن آن انجام می پذیرد. اکثر جاذب­های ضربه از نوع داشپوت (دمپر کاهنده حرکت از طریق اصطکاک ویسکوز) هستند.

بیشتر بخوانید: مجموعه کمک فنر / ضربه گیر / استرات

توصیف کلی از کمک فنر

جاذب های ضربه هیدرولیکی و پنوماتیکی در کنار بالشتک ها و فنرها استفاده می شوند.یک کمک فنر شامل شیرهای یک طرفه تحت فشار فنر و اوریفیس جهت کنترل جریان روغن در پیستون داخلی می باشد.

یکی از نکات طراحی، به هنگام طراحی یا انتخاب کمک فنر، این است که انرژی کجا خواهد رفت. در بسیاری از کمک فنرها، انرژی به گرما درون سیال ویسکوز تبدیل خواهد شد. در سیلندرهای هیدرولیک، مایع هیدرولیک گرم می شود، در حالی که در سیلندرهای هوا، هوای گرم به اتمسفر تخلیه می شود. در انواع دیگر جاذب های ضربه نظیر انواع الکترومغناطیس آن ، انرژی پراکنده شده را می توان ذخیره سازی و بعدا از آن استفاده کرد. به طور کل کمک فنر باعث حرکت روان ماشین در جاده های ناصاف خواهد شد.

در یک اتومبیل، کمک فنر باعث کاهش اثر جاده ناهموار شده و منجر به بهبود کیفیت رانندگی و هندلینگ ماشین خواهد شد. در حالی که کمک فنر با هدف محدود ساختن حرکت های اضافی سیستم تعلیق به کار می رود، تنها هدف آن ها کاهش نوسانات فنر می باشد. کمک فنر با استفاده از کنترل جریان روغن و گاز به جذب انرژی اضافی فنرها می پردازد. نوع فنر توسط سازنده و بر اساس وزن خودرو پر و خالی انتخاب می شود. بعضی از افراد از شدت ضربه برای انتخاب نوع فنر استفاده می کنند که این روش صحیح نیست. همراه با جذب ضربه در تایر، آن ها انرژی ذخیره شده در حرکت فنر باز و بسته شده را جذب می کنند. جذب موثر تکانه های چرخ نیاز بستگی به تنظیم بودن میزان مقاومت کمک فنرها نسبت به ضربه ها دارد.

کمک فنرهای پایه فنری معمولا از فنر لول یا تخت استفاده می کنند، گرچه میله های پیچشی نیز در کمک فنرهای پیچشی استفاده می شوند. فنر به تنهایی جاذب ضربه نیست، زیرا فنرها فقط انرژی را ذخیره کرده و آن را پخش یا جذب نمی کنند. معمولا در اتومبیل ها  فنر و کمک فنر با هم استفاده می شوند. در این ترکیب کمک فنر معمولا به پیستون هیدرولیک که ارتعاشات را جذب و پراکنده می سازد اطلاق می شود. امروزه سیستم تعلیق ترکیبی اکثرا برای موتورسیکلت ها استفاده شده و همچنین از فنر تخت ساخته شده از مواد کاپوزیت در خودروها استفاده می شود.

بیشتر بخوانید: کمک فنر SACHS

تاریخچه کمک فنر

همراه با کالسکه ها و لوکوموتیوهای راه آهن، اکثر خودروهای موتوری اولیه از فنر تخت استفاده می کردند. از خاصیت های این فنر اصطکاک بین فنرها بود که درجاتی از میرایی (دمپ انرژی) را فراهم می کرد و در یک بررسی در سال 1912 بر روی تعلیق اتومبیل، استفاده از فنر لول (به عنوان فنر اصلی) به دلیل نبود این خاصیت غیر ممکن بود. اگرچه میزان کاهش انرژی توسط اصطکاک فنر تخت محدود بوده و به شرایط فنرها و خشکی یا تری آن ها بستگی داشت. همچنین در هر دو جهت به کار گرفته شد. در تعلیق جلوی موتور سیکلت از فنر لول استفاده شد. در سال 1906 در کارخانه دروید (Druid) و دیگر طراحی های مشابه از جاذب های اصطکاکی چرخشی که به صورت دو طرفه و قابل تنظیم انرژی را جذب می کرد (1924 کارخانه وب) استفاده شد. استفاده از این صفحات جاذب  ضربه اصطکاکی در بسیاری از خودروها رایج شد.

از مشکلات خودروها دامنه تغییر زیاد بین طول فنر تحت بار و بدون بار خصوصا در فنر قسمت عقب بود. به هنگام بار کامل فنرها کاملا جمع شده تا حدی که توان تحمل هیچ ارتعاشی را ندارند، بنابراین سعی شد در کنار فنرهای سنگین اصلی از فنرهای کمکی نیز بهره ببرند تا در هنگام بی باری رانندگی آرامی فراهم شود، که از آن ها به کمک فنر اسم می بردند. با پی بردن به این نکته که فنر و ماشین با فرکانس خاص خود جهش می کردند، این فنرهای کمکی را با فرکانس طبیعی متفاوت طراحی می کردند اما این راه حل نیز کامل نبود و ممکن بود شما در یک دست انداز به بیرون از ماشین پرتاب بشوید.

اگرچه هوراک (C.L.Horock) در سال 1901 یک جاذب هیدرولیک طراحی کرد که فقط در یک مسیر کار می کرد. به نظر می رسد که این طرح همان موقع به تولید نرسید، اما جاذب های مکانیکی دیگر مانند گابریل اشنوبر (Gabriel Snubber) در اواخر دهه 1900 (مشابه استورمبرگ Stormbeg) بر روی اتومبیل ها نصب شدند. این ها از یک کویل کمربندی درون یک دستگاه که هنگام عمل فنر لول به راحتی فرو رفته اما به هنگام بیرون آمدن به سختی حرکت می کرد، استفاده می کردند. گابریل اشنوبر را برای ماشین آرول جانسون (Arrol johnston) که رکورد 6 ساعته کلاس B را در بروکلند در سال 1912 شکست، استفاده کردند و مجله اتوموتور اشاره کرد که این اشنوبر به دلیل وزن کم و نصب آسانش بر روی ماشین های مسابقه ای آینده درخشانی خواهد داشت.

یکی از اولین دمپرهای هیدرولیکی که تولید انبوه شد، جاذب ضربه تلسکو (Telesco) بود که در نمایشگاه خودرو المپیا در سال 1912 به نمایش درآمد و توسط شرکت Polurhoe Carburettors فروخته شد. این جاذب شامل یک فنر درون یک واحد تلسکوپی مانند جاذب های ضربه کاملا فنری اشاره شده در بالا بود، اما همچنین دارای روغن و یک شیر داخلی بود که در آن در جهت برگشت روغن دمپ می شد. این جاذب را در قسمت انتهایی فنر تخت در محل تماس فنر و شاسی نصب می کردند پس جزئی از سیستم فنربندی البته یک قسمت جاذب هیدرولیکی به حساب می آمد. از این سیستم به دلیل سادگی در نصب در بسیاری از خودروهای موجود استفاده شد، اما به این معنی بود که جذب هیدرولیکی بر روی فنر تخت اصلی اعمال نمی شد بلکه فقط مربوط به خود فنر کمکی در سیستم بود.

اولین تولید انبوه جاذب های هیدرولیکی که بر روی فنرهای تخت اصلی عمل می کرد، احتمالا آن هایی بودند که بر اساس یک طرح اصلی از مائوریس هودیله (Maurice Houdaille) در سال 1908 و 1909 به وجود آمدند. آن ها از یک بازوی اهرم که باعث حرکت پره های دمپ شده هیدرولیکی در درون قطعه می شد، تشکیل شده بودند. مزیت مهم آن ها نسبت به جاذب های صفحه ای اصطکاکی این بود که آن ها جلوی ضربه های ناگهانی را گرفته اما به ضربه های ملایم تر اجازه حرکت می دادند، در صورتی که جاذب های صفحه ای اصطکاکی میل به چسبندگی داشته و مقاومت یکسانی مستقل از نوع ضربه نشان می دادند. تجاری سازی این جاذب های ضربه اهرمی تا قبل از جنگ جهانی اول به خوبی صورت نگرفت اما بعد از آن به صورت انبوه برای مثال به عنوان یک تجهیز استاندارد بر روی خودروی فورد مدل A استفاده شد.

انواع کمک فنر

اکثر کمک فنرهای خودرویی یا تک محوره یا دو محوره با تفاوت هایی جزیی در هرکدام هستند.

1- کمک فنر دو محوره

1- دو محوره ساده

معروف به جاذب ضربه دو محوره، این قطعه از دو لوله تودرتو، که لوله داخلی به "لوله کاری" یا "لوله فشاری" معروف و لوله بیرونی به "لوله برگشت" معروف است، تشکیل شده است. در انتهای قطعه در داخل یک شیر فشار یا شیر پایه وجود دارد. هنگامی که پیستون توسط ناصافی های جاده بالا و پایین می رود، سیال هیدرولیک بین فضاهای مختلف از طریق سوراخ های کوچک یا همان "اوریفیس" در پیستون و از طریق شیر حرکت کرده و انرژی حرکتی ضربه را به شکل حرارت پراکنده می سازد.

دیاگرام اجزای اصلی یک کمک فنر دو محوره و تک محوره

2- دومحوره با شارژ گاز

معروف به "سلول گازی دو محوره" یا اسامی مشابه دیگر، این طراحی برتری قابل توجهی نسبت به مدل پایه خود دارد. ساختار کلی آن بسیار به مدل پایه شبیه است اما در این مدل در لوله برگشت مقدار کمی گاز نیتروژن شارژ شده است. در نتیجه این تغییر ما شاهد کاهش قابل توجه پدیده "کف کردن" روغن خواهیم بود که در مدل پایه به دلیل افزایش حرارت نامناسب باعث افت کارایی و نشت فوم سیال هیدرولیک از قطعه می گردد. از این کمک فنرهای دومحوره شارژ شده با گاز در بسیاری از اتومبیل های امروزی و سیستم های تعلیق مدرن استفاده می شود.

3- دو محوره جاذب های حساس به موقعیت

معمولا با نام مخفف خود یعنی PSD شناخته می شود. این طراحی یک پیشرفت دیگر در کمک فنرهای دومحوره است. در یک جاذب ضربه  PSD، که هنوز از دو لوله تودرتو و گاز شارژ شده استفاده می کند، مجموعه ای شیار به لوله فشار اضافه شده است. این شیارها در شرایط میانی پیستون(استفاده معمول در جاده ها و بزرگراه ها، معروف به شرایط راحتی) به آن اجازه حرکت آزادانه را می دهد و در شرایط سطوح ناهموارتر و حرکت های شدیدتر بالا و پایین پیستون (جاده های پر چاله، خشکی بیشتر به راننده قدرت بیشتری برای کنترل بهتر خودرو می دهد که به شرایط کنترل معروف است) آزادی کمتری به آن می دهد. این پیشرفت به طراحان خودرو اجازه داد که برای هر استفاده به خصوص و مدل مختلف خودرو بسته به اندازه و وزن آن، مانورپذیری و اسب بخار آن کمک فنر مخصوصی استفاده کنند.

4-  دو محوره جاذب های حساس به شتاب

مرحله بعدی در توسعه جاذب های ضربه، استفاده از کمک فنری بود که بتواند دست اندازهای مختلف را حس کرده و به آن ها پاسخ مناسب بدهد. این عمل با تغییراتی در طراحی شیر فشار انجام شد و به آن جاذب حساس به شتاب ASD گفته شد. نه تنها باعث برچیده شدن حالات راحتی و کنترل شد، بلکه باعث کم شدن طول ترمز و همین طور کاهش دایره فرمان نیز شد. اگرچه این نوع کمک فنرها بیشتر در بازار پس از فروش پیدا می شوند و تعداد محدودی از سازندگان به صورت استاندارد آن  را بر روی خودروهای خود استفاده می کنند.

5- کمک فنرهای کوئلی

کمک فنرهای کوئلی معمولا نوعی کمک فنر دومحوره با شارژ گاز هستند که درون یک فنر مارپیچ جاسازی شده است. از آن ها در قسمت عقب موتورسیکلت ها و اسکوترها و به صورت گسترده در تعلیق جلویی و پشتی خودروها استفاده می شود.

2- کمک فنر تک محوره

جاذب های با مخزن جدا که به صورت بی حرکت به هم وصل شده اند در مقایسه با اکثر جاذب های ضربه. به جای ممبران آن  از یک دیافراگم استفاده می کند و دیگر شیر کنترلی برای انبساط اتاقک پنوماتیک ندارد.

توضیح:

1. غلاف و محفظه گاز
2. دسته
3. حلقه های گیرنده
4. فنر یاتاقان تخت
5. فنر
6. درپوش انهایی و تنظیمات فشاری
7. درپوش گاز، موجود در هر دو مدلا و بون شیر گاز (پروفایل معکوس)
8. دیافراگم متحرک
9. پد جابجایی
10. پاک کن
11. نصبیجات آب بندی روغن و قسمت ضربه
12. پد حائل منفی یا سوئیچ حد (اضافه)
13. پیستون به همراه تیغه های ریل دار و آب بند

تغییر اصلی طراحی نسبت به گونه دومحوره، نوع تک محوره می باشد که در دهه 1950 انقلابی در توسعه طرحی کمک فنر به وجود آورد. همان طور که از اسم آن پیداست، کمک فنر تک محوره که تحت فشار گاز کار می کند، ساختاری مارپیچ داشته و شامل فقط یک لوله، لوله فشار، که درونش دو پیستون وجود دارد می باشد. این دو به پیستون کاری و تقسیم کننده یا شناور معروف هستند و آن ها در پاسخ به ناهمواری های جاده به صورت نسبتأ هماهنگی با هم حرکت می کنند. این دو پیستون کاملا سیال جاذب و گاز را از هم جدا نگه می دارند. کمک فنر تک محوره طول بیشتری دارد و نصب آن در ماشین های سواری معمولی که برای استفاده از کمک فنرهای دومحوره طراحی شده اند، دشوارتر است. اما بر خلاف کمک فنرهای دومحوره جهت نصب ندارند و از هر طرفی میتوان آن ها را نصب کرد. همچنین آن ها فاقد شیر تراکم هستد، زیرا نقش آن بر عهده پیستون تقسیم کننده است و اگرچه مانند کمک فنر دومحوره گاز نیتروژن در درون آن جود دارد، اما فشار آن بالا (260 الی psi 360) است که این امر منجر به تحمل بخشی از وزن ماشین می گردد، که در بین دیگر کمک  فنرها منحصر به فرد است.

شرکت مرسدس اولین تولیدکننده بود که در سال 1958 به نصب این نوع کمک فنرهای تک محوره برای بعضی از خودروهای خود به صورت قطعه استاندارد روی آورد. آن ها توسط Bilstein تولید می شدند که طرح خود را در سال 1954 ثبت کرده بودند. به دلیل ثبت انحصاری طراحی، دیگر تولیدکنندگان تا سال 1971 و انقضای انحصار قادر به تولید این نوع کمک فنرها نبودند.

کمک فنر تک محوره در موقعیت های کاری مختلف:

1- رانندگی آرام یا حالت باز تنظیمات

2- مانند "1" اما انبساط دقیقا بعد از تراکم

3- تنظیمات رانندگی سریع یا بسته، شما می توانید حباب های فرورفتگی را مشاهده کنید، که منجر به پدیده خوردگی می شوند

4- مانند "3" اما انبساط دقیقا بعد از تراکم

1- کمک فنر شیر دریچه ای

جاذب های شیر دریچه ای با استفاده از لایه های استوانه ای توخالی با مجاری ماشین کاری شده روغن برخلاف صفحات یا دیسک های منعطف معمولی، مشخص می شوند. شیر دریچه ای را می توان بر روی سیستم های تک محوره، دو محوره و یا حساس به موقعیت استفاده کرد و سازگاری خوبی با کنترل الکترونیکی دارد.

از مزایای اولیه اشاره شده در مولتیماتیک 2010 می توان به حذف پیچیدگی های کارایی مربوط به ورق های منعطف اشاره کرد که از لحاظ ریاضی منجر به خصوصیات پیش بینی پذیر، قابل تکرار و قدرتمند جریان فشار می گردد.

طراحی کمک فنرها

چندین اصول عمومی برای طراحی کمک فنرها استفاده شده است:

• پسماند (هسیترسیس) مواد ساختاری، به عنوان مثال تراکم دیسک های لاستیکی، کشش نوارهای لاستیکی، خم شدن فنرهای فلزی یا پیچش میله های پیچشی. هسیترسیس به تمایل مواد الستیک جهت بازگشت به حالت اولیه با انرژی به مراتب کمری از تغییر شکل اولیه می گویند. خودروهای اولیه بدون استفاده از کمک فنر، تا حدودی ضربه ها را با استفاده از هسترسیس موجود در فنرها و فریم خود جذب می کردند.
• اصطکاک خشک مانند ترمز چرخ ها، با استفاده از صفحاتی (معمولأ از جنس چرم) در محور یک هرم با استفاده از اصطکاک به وجود آمده توسط فنرها که در خودروهای اولیه مانند فورد مدل T و بعضی خودروهای انگلیسی و همچنین در سال 1950 بر روی سیتروئن مدل 2CV استفاده شد. اگرچه هم اکنون دیگر کاربردی ندارند اما یکی از مزیت های آن ها در آن موقع سادگی مکانیکی آن ها بود. درجه جذب را می شد با درجه سفتی پیچ های مربوط به بستن دیسک ها تنظیم کرد و به راحتی و با دست خالی می شد آن ها را بازسازی نمود. از معایب آن ها عدم افزایش نیروی جاذب با سرعت حرکت عمودی بود.
• حالت جامد، کمک فنر زنجیری مخروطی، با استفاده از یک چینش محوری توپ های دانه ای یا بیشتر، معمولا ساخته شده از فلزاتی نظیر نیتیلم در یک محفظه.
• اصطکاک سیال، برای مثال جریان یک سیال درون یک اوریفیس باریک (هیدرولیکی) که اکثر کمک فنرهای خودروها بر اساس آن ساخته شده است. این طراحی اولین بار در خودروهای مسابقه ای مورس (Mors) در سال 1902 به کار رفت. از مزایای این طراحی این است که با استفاده از سیستم های خاص داخلی کنترل جریان می توان آن را نسبت به تراکم نرم (پاسخ نرم به ناهمواری) و نسبت به انبساط که پاسخ خودرو به انرژی نهفته در فنرها است، سخت (برای کنترل بازگشت) ساخت. به همین شکل، یک سری شیر که با فنر کنترل می شوند، درجه سختی را با توجه به سرعت ضربه یا بازگشت تغییر می دهند. کمک فنرهای مخصوص جهت اهداف مسابقه ای می توانند به انتهای جلویی یک خودرو مسابقه اجازه دهند بلند شده تا کمترین مقاومت را در هنگام شتاب گیری داشته باشد، سپس به سختی جلوی نشست آن را بگیریند تا تقسیم بار به نحو مطلوبی به عقب متمایل شود و نیروی کشش مطلوب ایجاد شود.
• تراکم یک گاز، برای مثال کمک فنرهای پنوماتیکی که می توانند به دلیل فشار ایجاد شده در گاز مانند یک فنر عمل کنند. گاز درون محفظه قابل تراکم است، بنابراین این تجهیز کمتر در معرض صدمات ناشی از ضربه قرار می گیرد. اولین بار از این ایده در سال 1954 در ماشین های سیتروئن استفاده شد. امروزه، بسیاری از کمک فنرها با گاز نیتروژن تحت فشار قرار گرفته اند تا از خاصیت خورندگی روغن زیر بارهای شدید کاری جلوگیری کنند. در قطعات با کاربری سنگین نظیر ماشین های مسابقه یا ماشین های آفرود (خارج از جاده)، ممکن است از یک سیلندر ثانویه بعنوان مخزن روغن و گاز برای کمک فنرها استفاده شود. در سیستم فرود هواپیما نیز از جاذب ضربه های بادی به همراه هیدرولیکی جهت کم کردن اثر پرشی استفاده می کنند. چنین گونه هایی به اولئو (ترکیب روغن و هوا) معروف هستند.
• مقاومت اینرسی در برابر شتاب گیری، سیتروئن 2CV از جاذب هایی جهت جذب ضربه پرشی چرخ ها بدون استفاده از هیچ نوع قطعه متحرکی استفاده می کرد. این سیستم از یک وزنه آهنی 5/3 کیلویی تحت فشار یک فنر درون یک استوانه عمودی تشکیل می شد که شبیه اما بسیار کوچک تر از انواع جاذب های وزنی استفاده شده در ساختمان های بلند است.
• سیستم تعلیق ترکیبی هیدروپنوماتیک از اجزای گوناگونی ساخته شده است: فنر، جاذب ضربه، سیستم کنترل ارتفاع و سیستم تراز اتوماتیک. این سیستم مزایای تراکمی گاز را با قابلیت های هیدرولیکی ادغام کرده تا از پس مهار نیروهای شدید وارده برآید.
• کمک فنرهای معمولی را می توان با فنرهای سیستم تعلیق بادی به کار برد، یک راه جایگزین برای دسترسی به سیستم کنترل ارتفاع و سیستم تراز اتوماتیک.
• در یک جاذب سیال الکتروریولوژیکی، یک میدان الکتریکی باعث تغییر در گرانروی روغن می شود. این پدیده به کاربرد جاذب های نیمه فعال در صنایع مختلف و همین طور صنعت خودرویی کمک می کند.
• میدان مغناطیس متغیر: یک جاذب رئولومغناطیس خصوصیات سیال خود را در عبور از یک میدان الکترومغناطیسی تغییر می دهد.
• اثر یک جاذب ضربه در فرکانس های بالا (صوت) را معمولا به وسیله استفاده از یک گاز قابل تراکم به عنوان سیال کاری یا با استفاده از بوش های لاستیکی بر طرف می کنند.

خصوصیات ویژه کمک فنرها 

• بعضی از کمک فنرها با استفاده از یک شیر کنترل دستی قابل تنظیم هستند.
• در خودروهای گران تر این شیرها را از راه دور می شود تنظیم کرد، که این امر باعث کنترل بیشتر راننده بر حرکت حتی در هنگام رانندگی می شود.
• به علاوه می توان این کنترل را به وسیله کامپیوتر مرکزی و با استفاده از سیگنال سنسورهای مختلف انجام داد که این امر باعث رانندگی نرم تر و سیستم تعلیق مطمئن تر می شود. حتی می توان با این سیستم به کنترل و تنظیم ارتفاع نیز دست زد.
• کنترل ارتفاع برای ماشین هایی که اکثرا در بزرگراه ها رانده می شوند اما ممکن است که گذرشان به جاده های ناهموار بخورد بسیار مطلوب است زیرا با کاهش ارتفاع در سرعت های بالا هندلینگ مناسب و کاهش ضریب اصطکاک را با کاهش ارتفاع ماشین شاهد خواهیم بود.

کمک فنر در مقابل مجموعه ضربه گیر (Strut)

• برخلاف کمک فنر، مجموعه ضربه گیر بدنه تقویت شده و دسته دارد؛
• مجموعه ضربه گیر نقش کمک فنر را بازی می کند، بنابراین کمک فنر نیز ممکن است به عنوان بخشی از استرات عمل کند، نه بالعکس
• مجموعه ضربه گیر تحت بارهای چند جهته است، در حالی که کمک فنر فقط ارتعاشات را جذب کرده و فقط در طول خود ضربه را می گیرد؛
• مجموعه ضربه گیر به خودرو قابلیت اطمینان بیشتری می بخشد؛
• مجموعه ضربه گیر (استرات) و کمک فنر به طرق مختلفی نصب می شوند. کمک فنرها از طریق بلوک های بی صدا بدون دستگاه چرخان بسته می شوند و با یک میله باریک تجهیز می شوند. استرات با توپک و چرخان بالایی جایگزین می گردد.

اگر که در مورد کمک فنر خودرو و یا لوازم یدکی کیا، لوازم یدکی هیوندای سوال دارید میتوانید با کارشناسان ما تماس بگیرید تا در این خصوص به شما مشاوره دهند.