یکی از بیشترین قطعات کاربردی و استفاده شده در کارهای صنعت و کارهای غیر صنعتی مانند پیچ و مهره که حتی در وسایل مختلف خانه حتی وسایل بازی کودکان کاربد دارد،فنر میباشد
فنر را میتوان در یک تعرف جامع به هر جسمی که دارای خاصیت ارتجاعی یا کشسانی یا به زبان ساده تر دارای خاصیت کش مانند هست را فنر نامید. یعنی به زمان ساده تر اگر جسمی در هر یک از حالات مایع و جامد و گازی پس از بارگزاری تغییر شکل دهد و باز دوباره به حالت اولیه بازگردد را میتوان فنر نامید.
در تاریخ انسان به صورت بسیار گسترده و زیاد استفاده از فنرهای ساده و غیر ساده استفاده شده است. یکی از این نمونه ها را میتوان کمان (تیر و کمان) را نام برد که یکی از فنرهای طبیعی است و از تاریخ ابتدایی بشر از آن استفاده کرده است.
فنر جسمی با قابلیت برگشت به حالت اولیه خود یعنی حالت ارتجاعی است که از آن برای ذخیره سازی انرژی مکانیکی استفاده میشود و مورد استفاده قرار می گیرد. به بیانی راحت تر اگر جسمی در هر یک از حالات جامد یا مایع یا گاز پس از اینکه به آن تغییر شکل وارد کرد و بعد از تغییر شکل وارد شده دوباره آن جسم به حالت اولیه بازگردد را میتوان فنر نامید.
ذر زمان هایی که یک فنر نسبت به حالت معمولی خود و در حالت سکون خود فشرده یا کشیده می شود بعد از آن خود فنر نیرویی مخالفی نسبت به نیروی وارد شده به خود وارد می کند که با تغییر طول فنر یکسان میباشد. انواع فنر های موجود اکثرا از جنس فولاد فنر ساخته می شوند.
فنر چیست و فنر چه کمیتی دارد؟
در حالت کلی میتوان این را گفت که فنر سه کمیت فیزیکی شامل نیرو یا باری که بر آن وارد میشود ، مقدار و اندازه ای که تغییر شکل میدهد ، و سختی فنریا همان خاصیت کش آمدن یعنی کشانی را دارا می باشد.
یکی از مهمترین قانون هایی که باید رد مورد فنر دانست قانون هوک است ، این قانون یک قانونی است که در فیزیک، مکانیک و دانش مواد کشسانی مورد استفاده قرار میگیرد و نشان دهنده آن است که اندازه تغییر کرده در طول یک ماده با بار و انرژی وارد شده بر آن رابطهٔ خطی دارد.
زمانی که جسمی تحت نيروهای وارد شده خارجی قرار مي‌گيرد قبل از شکسته شدن معمولا دو نوع تغيير شکل از را خود نشان مي‌دهد.
۱- تغيير شکل الاستيک (کشسان) یعنی همان تغییرات کشسانی
در این حالت و اين شرايط اگر نيرو و انرژی وارد شده به جسم را از روی آن برداشته شود جسم به حالت اوليه خود باز میگردد.
۲- تغيير شکل پلاستيک (مومسان )
در این حالت و اين شرايط اگر نيرو و انرژی وارد شده به جسم از روي آن جسم برداشته شود جسم به ابعاد اوليه خود باز نمیگردد.
اگر بخواهیم در یک فنرها اجسامي هستند که در اثر اعمال نيرو و بعد از برداشتن آن، دوباره به شکل و ابعاد اوليه خود باز مي‌گردند.
به این دليل که فشار وارده بالا و نيروها و تغيير شکل‌هايی که به فنرهای استفاده شده در صنعت وارد میشود باید و لازم است که حد الاستيک قطعه را بسیار بالا برد بدین معنی که فولاد استفاده شده در فنر تحت فشارهای واره شده بالا بتواند از خود تغيير شکل الاستيک را انجام دهد و از طرفی فنرها تحت نيروهای متغير میباشند و بنابراين فولاد مورد نياز براي اين قطعات بايد از مقاومت بشسیرا بالایی برخوردار باشند. بنابراین در ساخت فنرها باید از فولادهايی استفاده شود که دارای مقادير بسیار مناسبی از سيليسيم، منگنز، کرُم، واناديم و موليبدن باشند و از این مواد تشکیل شده باشند.
فنرها از انواع جنس های مختلفی ساخته میشوند که و ساخته شدن نوع های مختلف آن به سفارش مشتری و محلی که قرار است مورد مصرف قرار گیرد بستگی دارد.
به عنوان مثال جنس های فنری استیل در مکان ها و جاهایی کاربرد دارند و قابل استفاده هستند که فنر در آب کار میکند و مثال دیگر فنرهای گالوانیزه در جاهایی نصب میشوند و کاربرد دارند و قابل استفاده هستند که در آب کار میکنند و مقاوم در برابر زنگ زدگی میباشند و در اصل برای لحیم کاری مناسب هستند و یا فنرهایی که در مکانهایی که مغناطیسی هستند و یا با اسید کار میکنند باید جوری ساخته شوند که جنس آنها از استیل 316 باشد.
در ادامه از انواع جنس های فنری ساخته شده توضیح هات کامل و وسیعی برای شما عزیزان داده میشود
یکی از انوع آنها فنرفولادهایی میباشند که در برابر حرارت بسیار مقاوم هستند و آن هم به دلیل این هست که این نو فنر حاوی قطعاتی از قبیل کرم، واناديم و تنگستن هستند. فولاد فنر ها به علت وجود مواد تشکیل دهنده آنها که حاوی کرم، نيکل و موليبدن در برابر خوردگی و زنگ زدگی مقام هستند و به آنها فولادهای زنگ نزن هم میگویند.
فولادهای فنر علاوه بر اینکه باید استحکام کششی و خاصیت کشسانی زیادی داشته باشند، باید خاصیت الاستیسیته بسیار بالایی داشته باشند و در برابر فرسایش وارتعاش های زیادی که انجام میدهند نیز مقاوم باشند.
وجود ماده سیلیسیم درفولاد فنر باعث به وجود آمدن خاصیت الاستیسیته و وجود کرم باعث استحکام و مقاومت در مقابل خوردگی و زدگی را افزایش میدهد.
تمامی ای ویژگی‌ها فقط به درصد عناصر موجود در فولاد بستگی ندارد بلکه با وجود آنها میتوان به وسیله عملیات حرارتی و تغییر فرم درحالت سرد، خواص آن را تغییر داده و ویژگی‌های مورد نظر را به دست آورد.
فولادهای کربنی با ۵.۰ تا ۱ درصد کربن ، ۳.۰ تا ۴.۰ درصد منگز و حداکثر ۰۴.۰ درصد گوگرد و فسفر در ساخت انواع فنرها کابرد بسیار زیادی دارند.
برای ساخت فنرهای تخت یا مارپیچی که دیگر این نوع پس از ساخت تحت عملیات حرارتی قرار نمی‌گیرند، فولادهای سخت کشیده همان فولاد های فنر یا نورد شده کاربرد دارد و در ساخت آنها به کار می رود.
از فنر هایی که با فولادهای کرم و وانادیم دار ، برای ساخت فنرهای بزرگ اتومبیل ولکوموتیو استفاده میشود و کاربرد بسیار زیادی دارند.
در ساخت فنرهایی که دارای فولادهای سیسیلیم دار میباشند نیز برای استفاده در جاهایی که استحکام ومقاومت ضربهای را تحمل میکنند کاربرد بسیار زیادی دارند . این فولادها به طور متوسط ۴.۰ درصد کربن ، ۷۵.۰ درصد سیلسیم، ۹۵.۰ درصد منگنز با مس یا بدون مس دارند ولی مقدار سیسیلیم آنها ممکن است تا ۲ درصد نیز در ساخت آنها استفاده شود و برسد.
فولادهای منگنز دار مخصوص ساخت فنر خودروها محتوی ۲۵.۱ درصد منگنز ، ۴.۰ درصد کربن ، ۲ درصد منگنز ، و ۴۵.۰ درصد کربن هستند. مقاومت استحکام کشسانی این فولادها در شرایط انجام عملیاتی ممکن است تا حرارتی تا ۱۴۰۰ نیوتن برمیلیمتر مربع را تحمل کنند.فولادهای سیسیلیم منگنزدار دارای استحکام کششی زیاد تا حدود ۱۸۵۰ نیوتن بر میلیمتر مربع هستند.
برخی از انواع فولاد که ۶۴.۱۵ درصد کرم ، ۳۸.۴ درصد نیکل ، ۶۸.۲ درصد مولیبدن ، ۱درصد منگنز ، ۳۲.۰ درصد سیسیلیم ، ۱۲.۰ درصد مس و۱۴.۰ درصد کربن دارد ، برای ساخت فنر موترهای جت و سایر کارهایی که مقاومت در مقابل گرمای زیاد مورد نیاز است ،کابرد بسیار زیادی دارد.
از انواع دیگر فنرها و فولاد فنر که با ۵۰ درصد کبالت ، ۲۰ درصد کربن کرم ، ۱۵ درصد ولفرام و ۱۰ درصد نیکل وحداکثر ۱۵.۰ درصد کربن ، و در دمای ۷۶۰ سانتیگراد ویژگی های خود را حفظ می کند فولاد فنرها هستند.این فنرهای از سایز 1 الی 10میلیمتر اکثرا در بازار وجود دارد و تولید شده اند.از قبیل این فنرها میتوان به فولاد Ck67 و فولاد Ck75 اشاره نمود و فولاد فنرهای 10میلیمتر به بالا معمولا از آلیاژهای دیگر تشکیل شده هستند.
از استاندارد های معروف فولاد های فنر میتوان به برخی از آنها از قبیل فولاد CRV وفولاد فنروفولاد ۱٫۱۲۴۸ وفولاد ۱٫۸۱۵۹ وفولاد Ck67 وفولاد Ck75 وفولاد ۵۰CrV4 اشاره نمود.
اصطلاحات فنی فنرسازی که باید بدانیم را در زیر بررسی میکنیم
مفتول: سیم یا وایری که با آن فنر را می سازند که درنقشه های صنعتی با حرف انگلیسی ( d ) نشان داده می شود را اصطلاحا مفتول می گویند که معمولا از جنس فولاد یا استیل می باشد.
قطر خارجی: به اندازه قطر بیرون تا بیرون فنر می گویند. که در نقشه های صنعتی با حرف انگلیسی ( od ) نشان داده می شود.
قطر داخلی: : به اندازه قطر داخل به داخل فنر می گویند. که در نقشه های صنعتی با حرف انگلیسی ( id ) نشان داده می شود.
ارتفاع: به اندازه ابتدا تا انتهای فنر می گویند که در نقشه های صنعتی با حرف انگلیسی ( l ) نمایش داده می شود.
تعداد حلقه های فنر: به تعداد حلقه هایی که فنر را تشکیل می دهد میگویند که در دو حالت فعال و غیرفعال نشان داده می شود.
که حلقه های فعال را اکتیو کویل و تعداد حلقه ای کل را توتال کویل نشان می دهند.
گام فنر: به فاصله بین یک مفتول تا مفتول بعد گام فنر می گویند که در نقشه ها با حرف انگلیسی ( p ) نشان داده می شود.
فنر مارپیچی
این نوع فنر یک نوع از فنر تسمه ای حلزونی یا همان لوله ای است که یکی از انواع مرسومترین و استفاده شده آن سیمی است که حول یک شکل استوانه ای یا مخروطی پیچیده شده و و باز و بسته میشود. قطر و ارتفاع حلقه این نو فنر قدرت و مقاومت فنر آن را تعیین میکند. در فنر مارپیچی افزایش قطر میله باعث افزایش قدرت فنر میگردد، ولی افزایش طول آن باعث افزایش انعطاف پذیری خواهد شد. فنرهای مارپیچی خود به دو نوع فنرهای کششی و فنرهای فشاری تقسیم میشوند.
فنر کششی: فنر کششی یکی دیگر از انواع فنرهای مارپیچی میباشند که وظیفه این نوع تحت کشش قرار گرفتن و یا اعمال نیرو به هر دو طرف فنر میباشد که خاصیت این نوع از فنرها هست
فنرهای فشاری: فنر فشاری یکی دیگر از فنرهای مارپیچی میباشند که وظیفه ی این نوع فنر با فشرده شدن یا اعمال نیرو به هر دو طرف فنر انجام میشود و میتوان فنرهای فشاری را در سایزها و ضخامتهایی مختلفی که تولید شده در بازار پیدا کرد.
فنر شاخکی
فنرهای شاخکی معممولا به صورت مفتولی تولید میشوند و اصول ابتدایی آنها با شاخک ساده و بدون خم مورد استفاده قرار میگیرند. فنرهای شاخکی مصارف بسیار زیادی در صنایع مختلف دارند، برای مثال این نوع فنرها در صنایع قفل سازی و ابزار یراق و تولید انواع گیره های صنعتی و تزیینی و انواع گل سر مورد استفاده قرار میگیرند و به طور کلی فنر شاخکی در طلاسازی، صنعت خودرو و صنعت نساجی کاربردهای بسیار زیادی را دارند.
فنر پیچشی
در این نوع از فنریا همان فنر پیچشی سیم فولادی نه جمع میشود و نه خم میشود در خود پیچیده میشود. بدین صورت که هنگامی که به این نوع فنر فشار یا نیرویی وارد میشود، میله پیچشی در داخل خود پیچ میخورد و مدل پیچش آنها بسیارجمع تر میشود و مانند رفتار یک فنر را از خود نشان میدهد.
از انواع دیگر فنرها میتوان به فنرهای زیگزاگی اشاره نمود که این نوع فنرها با نیرو ثابتی که معمولا به صورت نوارهای لوله شده ساخته میشوند، فنر و کمک فنرهای مورد استفاده در سیستم تعلیق خودرو و از دیگر انواع فنرها میتوان به فنرهای حلقوی، فنرهای فرمدار و را نام برد.
به طور کلی در هر صنف و صنعتی، ممکن است اصطلاحات و تعاریفی برای فنر یا موارد استفاده فنر در آن صنعت وجود داشته باشد که مخصوص آن صنعت میباشد. در اینجا قصد داریم تا شما را با بعضی و برخی اصطلاحات صنعت فنر آشنا کنیم و چند نمونه از آنها را برای شما عزیزان نام ببریم.
قطر خارجی فنر(O.D)
قطر داخلی فنر(I.D)
طول آزاد: به طول فنر قبل از بارگذاری و فشار نیرو گفته میشود.
پیش بار: به فاصله ای که در اثر اعمال نیرو و فشار نیرو از طول فنر کم میشود گفته میشود.
تغییر مکان فنر: به مقداری که طول فنر بعد از اعمال بار و فشار نیرو عوض میشود گفته میشود.
جابجایی کار: به طولی از فنر که در اثر نیروی عملیاتی و فشار از فنر کم میشود گفته میشود.
حداکثر فشردگی: به ارتفاعی که فنر بر اثر فشار نیرو به حداکثر فشردگی میرسد و حلقه ها با هم تماس پیدا می کنند گفته میشود.
ثابت فنر: به نیروی آزاد شدهای که بر اثر فشار نیرو تقسیم بر تغییر طول فنر ثابت فنر میگویند.
به طور کلی اگر بخواهیم تعریف کلی برای فنر ارایه بدهیم ، هر جسمی که دارای خصوصیت های کشسان و یا ارتجاعی باشد را میشود فنر نامید. یعنی فرق نمیکند اگر جسم چه جامد باشد ، چ مایع و حتی گاز پس از بارگذاری تغییر شکل دهد و با برداشتن بار از روی آن جسم مجدد به وضعیت و حالت قبلی برگردد فنر نام دارد.فنر ها دارای سه کمیت فیزیکی هستند که به صورت خلاصه و با نماد های زیر نمایش داده میشوند.F : نشان دهنده نیرو یا بار وارده به فنر می باشد.X : مقدار یا میزان تغییر شکل فنر.K : میزان سختی فنر که خاصیت ارتجاعی فنر را نمایش و مشخص میکند.انواع فنر بر اساس حالت مادهفنرهای هوایی یا پنوماتیکفنرهای مکانیکیفنرهای روغنی یا هیدرولیکانواع فنر بر اساس مقدار تغییر شکل• فنرهای خطی (F=k.x)ا فنرهای سخت شونده (به انگلیسی:Progressive): فنری که با افزایش نیرو مقدار تغییر شکل آن کاهش می‌یابد.• فنرهای نرم شونده (به انگلیسی: Degressive): فنری که با افزایش نیرو مقدار تغییر شکل آن به صورت غیر خطی افزایش می‌یابد.کاربرد فنر برای جذب یا ذخیره انرژی پتانسیل بکار می‌رود. انرژی پس از برداشتن نیرو به صورت نوسانی میرا میشود. کسی که بتواند با استفاده از دستگاه و ابزارهای مورد نیاز فنرهای مختلف با اندازه‌های مختلف را تولید کند «فنرپیچ مکانیکی» نام داردانواع فنرهای مکانیکی• فنر تخت ساده• به طور کلی میتوان بیان کرد که فنر تخت ساده اولین مدل و نوع فنر تخت می باشد که متشکل شده از لایه های فولادی می باشد. معمولا با مقطع مستطیلی هستند ، قوس دار و طول هر لایه از لایه اول به آخر کاهش می یابد. معمولا برای اتصال فنر تخت ساده از پیچ استفاده میشود. گستره استفاده از این فنر ها از انواع خودرو و حتی واگن های و ... می باشد.• فنر تخت پارابولیک• فنر تخت ذوزنقه‌ای• فنر نانولوله‌ای• فنر لاستیکی• فنر مارپیچ مخروطی• فنر تسمه ای• فنر مفتولی• فنر حلزونی• فنر مارپیچ پیچشی• فنر مارپیچ فشاری• فنر مارپیچ کششی• فنر صفحه‌ای فشاری• فنرلول