نحوه طراحی فنر برای کاربردهای مختلف

 فنر فشاری یک وسیله مکانیکی است که از مارپیچ کردن سیم های فلزی ساخته می شود. کار اصلی فنرها ذخیره سازی انرژی و آزاد سازی آن است همچنین می تواند نیرو و فشار بین دو سطح را کنترل کند.

فنرهای فشاری در برابر نیروی وارد شده به آن ها مقاومت می کنند و این نیروی فشاری را در خود ذخیره می کنند. میزان انرژی که فنرها می توانند تحمل کنند ثابت فنر نامیده می شود که با یک عدد نشان داده می شود و به کل های مختلف مانند استوانه ایی، مخروطی، مقعر یا محدب و سایر شکل ها ساخته می شود که در مقاله انواع فنر به آن ها اشاره شد.

در این مطلب به نکاتی که برای طراحی فنر در کاربردهای مختلف  برای تولید فنر باید در نظر گرفته شود می پردازیم.

آشنایی با ویژگی های فنر

ذخیره انرژی در فنرهای فشاری به صورت خطی انجام می شود بنابرین سرعت آزاد سازی انرژی در هر اینچ از فنر مقدار ثابتی است.
فنر های فشاری در اندازه و قدرت های مختلف ساخته می شوند و برای کاربرد های متفاوت، در اندازه های بزرگ و سنگین تا فنر های بسیار کوچک در سایزهای میکرو نیز تولید می شوند. معیارهایی که قدرت و انرژی فنر را تعیین می کنند شامل نحوه بسته شدن کامل فنر، جهت مارپیچ های فنر، فاصله بین مارپیچ های فنر و... همه از مواردی هستند با عث تولید فنر با ویژگی های مختلف شده است که پاسخگوی طیف گشترده ایی از نیاز های صنعتی است.
فنرهای فشاری را می توان با تلرانس بالا تولید کرد تا حساسیت زیادی داشته باشد، این کار به فنر سیم پیچ اجازه می دهد تا دقیقاً در یک سوراخ یا اطراف یک شفت قرار گیرد. از یک تستر بار دیجیتال یا تستر فشرده سازی فنر می توان برای اندازه گیری دقیق نقاط بار خاص در فنر فلزی استفاده کرد.

کاربردهای مختلف فنر

فنر های فشاری می توانند در تمامی مواردی که نیاز به کنترل فشار و پیچش دارد استفاده شود. فنرها در عین ساده بودن شکل ظاهری، یکی از کارامد ترین دستگاه های ذخیره انرژی هستند. ساده ترین مثال از کاربرد فنرهای فشاری خودکار های فشاری هستند که با فشار دادن دکمه خودکار، فنر فشرده و با فشار دادن مجدد رها می شود. کاربرد های حرفه ایی فنر برای کاهش لرزش و استفاده در درجه حرارت بالاست. فنرهایی که برای کاربرد در حرارت بالا تولید می شوند، حرارت های بالا تا 600 درجه سانتیگراد را نیز تحمل می کنند. برای اطلاعات بیشتر مطلب کاربردهای فنر فشاری را مطالعه کنید.
 

بخش انتهایی فنر

بخش انتهایی فنر می تواند به شکل های مختلفی باشد که بر روی فشرده سازی فنر نیز تاثیر می گذارد. معمولا فنرهای فشاری پس از بسته شدن کامل به شکل یک مربع در می آیند که و تمام دایره های فنر به می چسبند. همچنین ممکن است یه طرف فنر به زمین یا یک گیره بسته شود و یا انتهای فنر در حالت باز شده باشد که فنر کششی نامیده می شود. برای اینکه شکل فشرده سازی فنر مناسب با محل استفاده آن باشد، می توان تعداد دایره های فنر را طوری تنظیم کرد که انتهای فنر به صورت عمودی در محل مناسب قرار گیرد.
 

مواد ساخت فنر

عملکرد ، کیفیت و دوام فنرها به انتخاب مواد اولیه ساخت آن بستگی دارد. مواد اولیه  مورد استفاده قدرت کششی فنر را تحت تاثیر قرار می دهد و در محاسبات طراحی در فنرسازی نیز نقش دارد. فولاد ضد زنگ  یا استیل یکی از مواد متداول است که در ساخت فنرهای فشاری مورد استفاده قرار می گیرد و مناسب محصولاتی است که در محیط های خارجی و در مجاورت هوا قرار می گیرند. برای استفاده در شرایط سخت و نامساعد ، فولاد ضدزنگ ضد اسید مناسب ترین ماده است.
یک نوع از سیم هایی که برای ساخت فنر های نازک استفاده می شود، سیم های باریکی است که به عنوان سیم پیانو شناخته می شود چون در ساز پیانو نیز از این نوع سیم استفاده می شود. برای افزایش مقاومت این سیم ها برای ساخت فنر، می توان آن ها را گالوانیزه کرد تا در برابر زنگ زدگی مقاوم شود. فنرها همچنین با فلزات خاص و آلیاژهایی نظیر تیتانیوم ، نیکل بریلیم ، تانتالوم و مس بریلیم نیز قابل تولید هستند. فنرهای کامپوزیتی نیز اخیراً محبوبیت زیادی پیدا کرده اند.

معیار های ساخت و طراحی فنر مناسب

 

• محل دقیق قرارگیری فنر باید در نظر گرفته شود. اگر فنر در یک سوراخ قرار می گیرد باید قطر خارجی آن را در نظر گرفت و در صورتی که یک میله یا قطعه وارد فنر می شود باید قطر داخلی دقیق محاسبه شود.
•  محیط استفاده از فنر بسیار مهم است. برای استفاده از فنر در مجاورت هوا از استیل ضد زنگ و برای استفاده از محیط های پر حرارت از آهن های مقاوم در برابر حرارت استفاده می شود.
• نوع و جهت فشرده سازی فنر باید در نظر گرفته شود. ممکن است فنر به صورت عمودی و فشاری انژی را ذخیره کند و یا در جهت باز شدن فشار را تحمل کند.
• حداکثر میزان فشرده سازی فنر باید به صورت دقیق مشخص باشد که جواب گوی کاربرد مد نظر باشد. میزان نیرویی که فنر تحمل می کند و طول فشرده سازی فنر بسیار مهم است.