فنر تخت یا شمشی یا شاهفنر شکل سادهای از فنر است که به طور معمول برای سیستم تعلیق در وسایل نقلیه چرخدار استفاده میشود. عموما فنر لایهلایه یا فنر کالسکه نامیده میشود و گاهی با عنوان فنر نیمه بیضوی، فنر بیضوی یا فنر گاری از آن یاد میشود. یکی از قدیمیترین اشکال فنربندی است که در فرانسه در اواسط قرن هفدهم به شکل فنر قوسی دوبخشی در کالسکهها وجود داشت(مانند مثال نشان داده شده مربوط به لیسبون) و از آنجا به انگلستان و آلمان نیز منتقل شد.
بیشتر بخوانید: کمک فنر
شاهفنر به شکل یک طول قوسی شکل باریک از فنر فولادی با مقطع مستطیلی است. در متدوالترین پیکربندی آن، مرکز قوس محلی برای اکسل فراهم میکند؛ درحالیکه حلقههای موجود در هر انتها اتصال به شاسی وسیله نقلیه را ممکن میسازند. در وسایل نقلیه بسیار سنگین، یک شاهفنر میتواند از چند صفحه تشکیل شده باشد که در چند لایه بر روی هم قرار گرفتهاند و غالبا با رفتن به سمت بالا این صفحات کوتاهتر میشوند. شاهفنرها میتوانند کارکرد مسیریابی و تا حدی میرایی و همچنین فنری داشته باشند. با اینکه اصطکاک بین صفحات، میرایی ایجاد میکند اما این میرایی به خوبی کنترل نمیشود و باعث ایجاد اصطکاک ایستایی در حرکت سیستم تعلیق میشود؛ به همین دلیل برخی تولیدکنندگان از فنرهای تکصفحهای استفاده کردهاند.
شاهفنر هم میتواند مستقیما در هر دو انتها به شاسی متصل شود یا مستقیما به یک انتها، معمولا در جلو متصل شود و انتهای دیگر از طریق یک بست یا گوشواره- یک میله چرخان کوتاه - متصل شود. این بست تمایل شاهفنر به کشیده شدن هنگام فشرده شدن آن را به عهده میگیرد و بنابراین فنریت نرمتر را جبران میکند. بعضی از فنرها که به یک انتهای مقعر منتهی میشوند و انتهای قاشقی نامیده میشوند (اکنون به ندرت بهکار میروند)، یک عضو گردان را حمل میکنند.
شاهفنر شاهد توسعه بزرگی در اتومبیلها بوده است. مدل جدید ولوو XC90 (مدل سال 2016 و جدیدتر) دارای یک شاهفنر عرضی از مواد کامپوزیتی با تکنولوژی بالا است؛ سیستمی که مشابه آخرین مدل خودروی شورلت کوروت است. این سیستم بهصورت یک شاهفنر مستقیم است که محکم به شاسی خودرو وصل شده و دو انتهای فنر به سیستم تعلیق چرخ پیچ شده تا به فنر این امکان را بدهد که به طور مستقل در هر چرخ کار بکند. بدین معنی است که این سیستم تعلیق، کوچکتر، مسطحتر و سبکتر از سیستم سنتی معمول است.
یک چیدمان شاهفنر سنتی نیمه بیضوی شرکت هاچکیس. در سمت چپ فنر از طریق یک طوقه به شاسی متصل شده است.
انواع مختلفی از شاهفنر وجود دارد که واژه “elliptical” به معنی بیضوی شکل در موردشان به کار میرود. شاهفنرهای«بیضوی» یا «تمام بیضوی» که در سال 1804 توسط یک مخترع بریتانیایی به نام اوبادیا الیوت به ثبت رسید، به دو قوس دایرهای شکل اشاره دارند که در دوسرشان به همدیگر متصل هستند. این نوع شاهفنر در مرکز بالایی قوس فوقانی به بدنه وصل شده بود. مرکز پایینی آن به اجزای «زنده» سیستم تعلیق نظیر محور ثابت جلویی متصل شده بود. اجزای دیگر سیستم تعلیق مانند بازوهای عقب نیز در این طرح موردنیاز بودند اما نه در شاهفنرهای «نیمهبیضوی» همانطور که در مدل هاچکیس استفاده شدند. در این مدل - همانطور که از اسمش مشخص است - از قوس تحتانی استفاده شده بود. فنرهای «ربع بیضوی» غالبا ضخیمترین بخش مجموعه صفحات را داشتند که در انتهای عقب قطعات جانبی یک بدنه نردبانی کوتاه رویهم سوار میشدند و انتهای آزاد آن به دیفرانسیل وصل بود؛ همانطور که در مدل اوستین سون در دهه 1920 وجود داشت. به عنوان مثالی از شاهفنرهای غیربیضوی، اتومبیل فورد مدل T دارای چند شاهفنر بر روی دیفرانسیل بود که به شکل یک یوغ انحنا داشتند. به عنوان جایگزینی برای میراگرها (ضربهگیرها یا کمکفنرها) برخی تولیدکنندگان، ورقهای غیرفلزی مانند چوب را در بین ورقهای فلزی تعبیه کردند.
اختراع الیوت انقلابی در طراحی و ساخت کالسکه به وجود آورد و نیاز به یک میله سنگین را رفع کرد و حملونقل در جادههای ناهموار را سریعتر، آسانتر و ارزانتر کرد.
![]() |
![]() |
بیضوی | نیمهبیضوی |
![]() |
![]() |
سهچهارم بیضی | ربع بیضی |
![]() |
|
عرضی |
فنرهای تخت در خودروها تا دهه 1970 در اروپا و ژاپن و اواخر دهه 70 در آمریکا بسیار متداول بودند تا زمانیکه حرکت به سمت استفاده از خودروهای دیفرانسیل جلو و طرحهای پیچیدهتر سیستم تعلیق، موجب شد تولیدکنندگان خودرو به جای آن از فنرهای مارپیچ استفاده کنند. امروزه شاهفنرها هنوز هم در خودروهای تجاری سنگین مانند ونها، کامیونها و خودروهای شاسی بلند و واگنهای راهآهن استفاده میشوند. در خودروهای سنگین این مزیت را دارند که بار را بهطور گستردهتر برروی شاسی خودرو توزیع میکنند؛ در حالیکه فنرلولها بار را به یک نقطه منتقل میکنند. برخلاف فنرهای مارپیچ، شاهفنرها روی محور عقب نیز قرار میگیرند که نیاز به بازوهای عقب و میله پانارد را برطرف میسازند و درنتیجه باعث کاهش هزینه و وزن در یک سیستم تعلیق عقبی محور محرک ساده میشوند. یک مزیت بیشتر شاهفنر نسبت به فنرلول این است که انتهای شاهفنر ممکن است در یک مسیر مشخص هدایت شود.
یک طرح جدیدتر، شاهفنر سهمی شکل است. در این طرح، از صفحات کمتری استفاده میشود که ضخامتشان با رفتن از مرکز به سمت قسمتهای انتهایی متغیر بوده و از یک منحنی سهمی شکل تبعیت میکنند. در این طرح، اصطکاک بین صفحات، ناخواسته بوده و بنابراین تنها تماس بین فنرها در قسمتهای انتهایی و مرکز، جایی که اکسل متصل است، وجود دارد. جداکنندهها از تماس در نقاط دیگر جلوگیری میکنند. در کنار کم کردن وزن، مزیت اصلی فنرهای سهمی شکل، انعطافپذیری بیشتر آنها است که از آن به کیفیت سواری تعبیر میشود که آن را به فنرلول نزدیک میکند. البته در عوض ظرفیت باربری آن نیز کم است. مشخصه فنرهای سهمی، راحتی بیشتر و سختی کمتر آن در مقایسه با «فنرهای چندصفحهای» معمول است. در اتوبوسها جهت راحتی بهصورت گستردهتری استفاده میشود. توسعه بیشتر توسط شرکت بریتانیایی GKN و شورلت مدل آن، حرکت به سمت استفاده از شاهفنرهای با صفحات پلاستیکی کامپوزیتی است. در ضمن در اثر نبود اصطکاک درونصفحهای و اثرات میراگری داخلی، این نوع فنر به میراگرها یا ضربهگیرهای قویتری نیاز دارد.
معمولا وقتی شاهفنر در اتومبیلها استفاده میشود، صفحه فنر هم تکیه گاه اکسل است و هم تا حدی بر روی اکسل قرار میگیرد. این امر میتواند منجر به مشکل کنترل آن (مانند پدیده ترامپ اکسل یا نوسانات اکسل) شود؛ زیرا طبیعت انعطافپذیر فنر، کنترل دقیق جرم فنربندینشده اکسل را دشوار میسازد. برخی از طرحهای سیستم تعلیق از یک میله رابط واسط (یا یک میله پانارد) برای قرارگرفتن برروی اکسل استفاده میکنند و این مشکل را ندارند. چنین طرحهایی میتوانند از فنرهای نرمتر استفاده کنند که منجر به سواری بهتری میشود. سیستمهای تعلیق عقب مختلف اوستین-هیلی 3000 و فیات 128 مثالهایی از این نوع هستند.
سیستم تعلیق جلوی مستقل با فنرهای نیمه بیضوی در مرسدس بنز مدل 230 W153 1938
شاهفنر به عنوان یک میله رابط برای نگه داشتن اکسل در جای خود عمل میکند و بنابراین میلههای رابط مجزایی نیاز نمیباشند. شاهفنر ساخت سیستم تعلیق خودرو را ساده و محکم میکند.
از آنجا که قرار گرفتن اکسلها در محل توسط شاهفنرها انجام میگیرد، برای استفاده در فنرهای نرمتر یعنی فنرهای با ثابت فنری پایین، مناسب نیستند. بنابراین این نوع سیستم تعلیق، راحتی سواری خوبی را فراهم نمیکند. اصطکاک درون صفحهای بین صفحات فنر بر روی راحتی سواری تأثیر میگذارد. گشتاور شتاب و ترمزگیری باعث بالا و پایین رفتن و ارتعاش میشود. این نوسانات نیز باعث حرکت انتهای عقب خودرو به سمت پایین (چمباتمه شدن) و پایین رفتن ناگهانی جلوی خودرو (حرکت شیرجهای) میشود.
اصطکاک درون صفحهای باعث استهلاک حرکت فنر شده و برگشت فنر را نیز کاهش میدهد که تا زمانیکه به طور گسترده استفاده میشدند، یک مزیت بزرگ نسبت به فنرلولها بود.
شاهفنر سه چهارم بیضوی در یک کالسکه
شاهفنرهای چند صفحهای به صورت زیر ساخته میشوند:
1- برش دادن میله مسطح
2- ایجاد سوراخ مرکزی
3- فرایند حرارت دادن (فرایند گرم و سرد)
4- عملآوری حرارتی
5- آماده کردن سطح
6- مراحل آماده کردن بوش چشمی انتهایی
7- سوار کردن
شاهفنر در یک لوکوموتیو آلمانی ساخته شده توسط ارنشتین-کاپل و لوبکر ماسکیننبائو
به خاطر اینکه شاهفنرها از فولاد با کیفیت نسبتا بالایی ساخته میشوند، ماده مورد علاقه برای آهنگرها هستند. در کشورهایی نظیر هند، نپال، بنگلادش، فیلیپین، میانمار و پاکستان که هنوز هم آهنگرهای سنتی بخش عظیمی از ابزارآلات کشور را تولید میکنند، شاهفنرهای ماشینهای اسقاطی به وفور برای ساخت چاقو، خنجر و سایر ادوات استفاده میشود. آنها همچنین توسط آهنگرهای آماتور و تفننی به طور متداول استفاده میشوند.
همچنین شاهفنرها جایگزین فنرلولها در برخی از ترامپولینها (که به نام ترامپولینهای لبه نرم شناخته میشود) شدهاند که باعث بهبود ایمنی استفادهکنندگان شده و خطر ضربات شدید را کاهش میدهد. شاهفنرها بهصورت «پایههایی» در اطراف قاب قرار دارند که از قاب پایه منشعب میشوند تا تشک جهشی را به حالت تعلیق درآورند که باعث ایجاد انعطافپذیری و فنریت بیشتر میشوند.
«دیافراگم» متداول موجود در کلاچ خودروها یک نوع شاهفنر است.
شاهفنرهای مربوط به سیستم تعلیق جلو، اتومبیل آلویس (Alvis) با سیستم دیفرانسیل جلو مدل 1928
شاهفنر کوروت عموما به نوعی از سیستم تعلیق مستقل اشاره دارد که از یک فنر یکصفحهای از جنس الیاف پلاستیکی FRP به جای فنرهای مارپیچی متداولتر استفاده میکند. این نام پس از استفاده در خودروهای شورلت کورلت استفاده شد؛ اتومبیلهای اسپورت آمریکایی که این شاهفنرها ابتدا در آنها توسعه یافته و مورد استفاده قرار گرفت. یک مشخصه قابلتوجه این سیستم تعلیق، نحوه نصب فنر یکصفحهای است طوریکه بتواند هم به عنوان فنر سواری و هم فنر ضدغلت عمل کند. برخلاف بسیاری از کاربردهای شاهفنرها در طرحهای تعلیق خودروها، این نوع، از فنر به عنوان یک میل رابط تعیین موقعیت استفاده نمیکند. با وجود اینکه این نوع سیستم تعلیق بطور ویژه در چند نسل از خودروهای شورلت کوروت استفاده شده است، این طرح در تولیدات خودروهای دیگر جنرال موتور و همچنین در محصولات ولوو و مرسدس بنز هم استفاده شده است. فیات خودروهایی با سیستم مشابه استفاده کرد که از فنر فولادی چند صفحهای به جای فنر یکصفحهای از جنس الیاف FRP استفاده کرده بود.
سیستم تعلیق جلوی مستقل شاهفنر عرضی هامبر (1935)
پیکربندی سیستم تعلیق آن مستقل است؛ زیرا حرکت یک چرخ توسط موقعیت چرخهای دیگر تعیین نمیشود. از بازوهای کنترلی یا طبقها وقتی سیستم تعلیق فشرده میشود، برای تعیین حرکت چرخ استفاده میشود. فنرهای مارپیچ (فنرلولها) معمول با یک فنر از جنس الیاف FRP جایگزین میشوند که عرض خودرو را گسترش میدهد. همانند سیستمهای تعلیق مستقل که از فنرلولها استفاده میکنند و برخلاف شاهفنر متداولی که توسط محور عقب هاچکیس پشتیبانی میشود، خصوصیات سینماتیکی سیستم تعلیق تنها توسط طبقها تعیین میشوند.
همانند طرح سیستم تعلیق فنر مارپیچ، فنر یکصفحهای از جنس FRP نیز وزن خودرو را تحمل میکند. البته شاهفنرهای FRP در چند مورد بهخصوص با فنرلولهای فولادی و فنرهای چندصفحهای فولادی سنتی تفاوت دارند. فنرهای پلاستیکی FRP در مقایسه با فولاد 4.3 تا 5.5 برابر انرژی کرانشی در واحد وزن بیشتری ذخیره میکنند که فنر سبکتری را برای یک کاربرد مشخص موجب میشود. فنر جلویی یکصفحهای از جنس الیاف FRP که در نسل چهارم خودروهای کوروت استفاده شده، 33 درصد وزن فنرلولهای معادل با آن است. با مقایسه شاهفنرهای FRP با فولادی معمول در کاربردهای مشابه، میزان کاهش در وزن حتی بیشتر از این حد است. نسل سوم اتومبیلهای کوروت، یک مدل فنر تکصفحهای اختیاری از جنس FRP به عنوان جایگزینی برای فنر فولادی چندصفحهای استاندارد پیشنهاد داد که در آن، فنر فولادی به وزن 22 کیلوگرم (48 پوند) با یک فنر از جنس FRP به وزن 3 کیلوگرم (7 پوند) جایگزین شد. شرکت ولوو مدعی است، صرفهجویی در وزن به میزان 5 کیلوگرم (10 پوند) در مقایسه با طرحهایی دارای فنرلول با استفاده از فنر FRP در سیستم تعلیق عقب نسل دوم XC90 حاصل شده است. علاوه بر کاهش در وزن خودرو، وزن فنر نیز تا حدی جزو جرم فنربندی نشده است.
حرکت لغزشی نسبی صفحات یک شاهفنر فولادی چندصفحهای منجر به ایجاد پسماند مبتنی بر اصطکاک استاتیکی در مقایسه با فشردگی فنر میشود. این اصطکاک استاتیکی، وادادگی سیستم تعلیق را کاهش میدهد و میتواند بین هم کیفیت سواری و هم کنترل آن تعادلی ایجاد کند. در نبود صفحات مجزا، فنر یکصفحهای از اصطکاک استاتیکی جلوگیری میکند.
فنرهای FRP به عنوان فنرهایی با طول عمر استثنایی و مقاوم در برابر خوردگی تبلیغ میشوند. یک آزمایش GM که فنرهای خودروهای کوروت نسل سوم را مقایسه کرد، نشان داد خرابی فنرهای فولادی چندصفحهای پس از 200000 چرخه کامل بود. جایگزین کردن فنر صفحهای از جنس الیاف FRP هیچ گونه ضعف در عملکرد را پس از دومیلیون چرخه کامل نشان نداد.
بستهبندی هم به عنوان یک مزیت و هم یک عیب شاهفنر عرضی FRP بسته به کاربردشان در مقایسه با فنرلولها قلمداد میشود. فنر FRP معمولا در سیستم تعلیق در پایین قرار داده میشود که باعث میشود مرکز ثقل در پایین قرار گیرد. به تولیدکنندگان نیز این امکان را میدهد از نصب فنرهای بلند اجتناب کنند که درنتیجه منجر به سطح بار هموارتری در سیستم تعلیق میشود. جیمز شفتر گزارش میکند همانطور که در اتومبیلهای کوروت مدل C5 و جدیدتر استفاده شده، استفاده از کمکفنرهای کویلاورOEM مهندسان طراح شاسی را بر آن داشته ضربهگیرها را بهصورت عمودی بالا ببرند یا آنها را به سمت داخل حرکت دهند. در عقب این کار فضای بدنه را کاهش میدهد. در جلو با بستهبندی موتور تداخل پیدا میکند. استفاده از شاهفنر به فنر این امکان را داد که در زیر شاسی و دور از دسترس قرار گیرد درعین نگه داشتن قطر مجموعه کمکفنر معادل قطر میراگر تنها تا این که معادل قطر میراگر و فنر باشد. البته در کاربردهای دیگر مانند طرحهای ماشین مسابقه، نیاز به افزایش عرض خودرو منجر به محدودیتهای طراحی قابلتوجهی شد. فنرهای مارپیچ و پیچشی گزینههای بستهبندی بهتری برای کاربردهای مسابقهای فراهم میکنند. فنرهای FRP همچنین قابلیت دسترسی و انتخاب را در مقایسه با فنرهای مارپیچ محدود کردهاند. هزینههای بالاتر مقایسه فنرهای FRP در مقایسه با فنرهای مارپیچ در تولید ماشینهای جادهای، به عنوان یک عیب قلمداد شده است.
سیستم تعلیق عقب خودروی کوروت مدل C5
یک مزیت قابلتوجه شاهفنرهای عرضی FRP وقتی برروی پایههای قابلچرخش با فواصل زیاد قرار میگیرند، قابلیت آنها در تکمیل یا جایگزینی با میله تعادل یا موجگیر است. معمولا فنرهایی که سختی عمودی کافی فراهم میکنند، به یک فنر مکمل (میله موجگیر) نیاز دارند تا سختی پیچشی سیستم تعلیق را افزایش دهند. کوپله شدن دو طرف شاهفنر عرضی در خودرو منجر به رفتاری مانند میله موجگیر میشود. مهندسین سازنده کوروت از این خصوصیت به صورت توانایی در استفاده از یک میله موجگیر سبکتر و حتی حذف میله موجگیر عقب در بعضی از نسخههای نسل هفتم کوروت یاد کردهاند.
وقتیکه چرخ به سمت بالا میرود، دهانه مرکزی فنر (قسمت بین پایههای قابل چرخش) به سمت پایین حرکت میکند. اگر هر دو چرخ همزمان به سمت بالا خیز داشته باشند (بهعنوان مثال، هنگام برخورد با یک دستانداز در جاده)، بخش مرکزی به صورت یکپارچه بین پایههای محور خم میشود. در یک محور، تنها یک چرخ به سمت بالا حرکت میکند که تمایل دارد مرکز فنر را بهصورت یک منحنی S شکل درآورد. نتیجه این است که میزان حرکت چرخ یک سمت سیستم تعلیق به تغییرمکان سمت دیگر بستگی دارد. حدی که به ازای آن فنر بهعنوان یک میل تعادل عمل میکند، بستگی به فاصله بین پایههای محور و سختی آنها دارد.
مدل المان محدود یک شاهفنر تحت بار. شکل اولیه خم نشده فنر به صورت یک جعبه نیمرخ نشان داده شده است. یک خیز به سمت بالا در سمت راست فنر منجر به یک حرکت کوچکتر به سمت بالا در سمت چپ میشود.
یک فنر مستطیلی مسطح ساده این اصل را نشان میدهد. خیز سمت راست فنر منجر به بالا آمدن سمت چپ میشود. بهعنوان مقایسه، یک پایه مرکزی صلب (نسل دوم و سوم خودروهای کوروت و خودروهای دیگر) هیچ حرکتی را در یک سمت نشان نمیدهند وقتی سمت دیگر خیز پیدا میکند.
یک شاهفنر عرضی با یک پایه مرکزی صلب. هردو نیمه فنر بهطور مؤثری از هم جدا شدهاند. حرکت یک نیمه فنر برروی نیمه دیگر اثر نمیگذارد.
تعدادی از تولیدکنندگان خودروها یا نمونههایی را تولید کردهاند که از سیستم تعلیق جلو یا عقب استفاده کردهاند که برروی شاهفنرهای عرضی قرار دارند که دارای تأثیر میل تعادل هستند.
چندین شرکت خودروسازی امتیاز انحصاری طراحی سیستم تعلیقی را که از شاهفنر کامپوزیتی عرضی استفاده میکند و مشابه با سیستم کوروت است، ثبت کردهاند.
برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص خرید انواع قطعات لوازم یدکی کیا و لوازم یدکی هیوندای میتوانید با کارشناسان ما در بخش تماس با ما تماس بگیرید.
تمامی حقوق وب سایت متعلق به گروه پارتستان می باشد.
© 2018 PARTESTAN . ALL RIGHTS RESERVED