انواع فنرها و دسته بندی آن ها | کاربردها، مزایا و معایب

در این مقاله انواع فنرها معرفی شده و مزایا، معایب و کاربردهای آنها به همراه تصاویرشان آورده شده است.

آشنایی با فنرها

فنرها در همه انواع ماشین‌ها وجود دارند – از محصولات مصرفی گرفته تا تجهیزات صنعتی سنگین، هر چیزی را که دارای مکانیزمی است جدا کنید به احتمال زیاد فنری در داخل آن پیدا خواهید کرد. فنرها وسایل ذخیره انرژی مکانیکی هستند. به عبارتی آن ها را مشابه باتری ها هستند! اولین ساعت های فنری در دهه 1400 ظاهر شدند. این روزها، همه باید از کاربردهای بزرگ فنرها قدردانی کنیم، به خصوص وقتی که در بزرگراه ها و خیابان ها با چاله­ ها و سرعت گیرها مواجه می شویم!!

به طور کلی فنر یک جسم الاستیک است که انرژی مکانیکی را ذخیره می کند و معمولاً از فولاد ساخته می شود. هنگامی که یک فنر معمولی (بدون سختی) از وضعیت آزاد خود فشرده یا کشیده می شود، نیروی مخالفی اعمال می کند که تقریباً با تغییر طول متناسب است.

امروزه تقریباً در هر صنعتی از فنرها استفاده می شود. علاوه بر این فنرها در طرح‌ها، شکل‌ها و اندازه‌های زیادی وجود دارند. در ادامه ی این مقاله از سایت کافه مکانیک انواع فنرها، مزایا و معایب آنها را به همراه کاربرد آنها مورد بحث قرار می دهیم.

دسته بندی انواع فنرها بر اساس فرایند ساخت و شکل ظاهری

فنرها را می توان بر اساس نحوه ساخت و هندسه ی آن ها طبقه بندی کرد. اولین فنری که به ذهن اکثر مردم می رسد احتمالا یک فنر فلزی است که به عنوان فنر مارپیچ نیز شناخته می شود. با این حال، بسیاری از انواع دیگر فنرها وجود دارد. حتی یک نوار الاستیک را می توان یک فنر با نرخ متغیر در نظر گرفت، زیرا انرژی مکانیکی را ذخیره می کند. در شکل زیر انواع فنرها به همراه نام انگلیسی رایج آن ها آورده شده است

دسته بندی انواع فنرها بر اساس بار اعمالی

رایج ترین راه برای طبقه بندی فنرها بر اساس نحوه اعمال بار به آنها است. احتمالاً با موارد زیر آشنا هستید:

فنر فشاری: طراحی شده برای کار با بار فشاری و در کمک فنرها، تشک های فنری، مدادهای مکانیکی و خودکارهای جمع شونده یافت می شود.

فنر کششی: طراحی شده برای کار با بار کششی. این فنرها در ترازوها و مکانیزم های درب گاراژ نیز یافت می شوند.

فنر پیچشی: طراحی شده برای کار با گشتاور (نیروی پیچشی). مانند گیره لباس و تله موش.

دسته بندی انواع فنرها بر اساس رابطه ی بین نیرو و جابه جایی

راه دیگر برای طبقه بندی فنرها این است که به رابطه بین نیروی وارد شده به فنر و جابجایی حاصل از آن نگاه کنیم. در این حالت می توان فنرها را به سه دسته تقسیم کرد: فنرهای خطی (نرخ ثابت یا ضریب ثابت)، فنر با نرخ متغیر(ضریب متغیر) و فنر با نیروی ثابت.

فنرهای خطی

فنرهای خطی از قانون هوک (F=k*x) تبعیت می کنند، به این معنی که نیروی مورد نیاز برای کشش یا فشرده سازی چنین فنری متناسب با تغییرات فاصله (x) است، البته تا زمانی که نیرو از حد الاستیک فنر تجاوز نکند. فنرهای پیچشی نیز از نسخه مشابه قانون هوک پیروی می کنند (F=k*θ، که θ یک زاویه است). در هر دو مورد، k ضریب فنر یا ثابت فنر (نرخ فنر) است و بدون توجه به میزان تغییر طول یا زاویه فنر، ثابت می ماند. به همین دلیل است که فنرهای خطی به عنوان فنرهای با نرخ ثابت نیز شناخته می شوند.

فنر با ضریب متغیر

از سوی دیگر، یک فنر با ضریب متغیر ضریب فنریت یکسانی در طول محوری خود ندارد. می توانید یک تغییر تدریجی در نرخ فنر یا یک تغییر ناگهانی تر داشته باشید – تصویر زیر را ببینید.

یک فنر با ضریب متغیر آشنا، فنر فشاری مخروطی شکل است که بیشتر در جعبه‌های باتری قلمی و کتابی یافت می‌شود. در حالت کاملاً فشرده ارتفاع فنر می تواند به اندازه قطر یک سیم کم باشد. فنرهای با ضریب متغیر دارای این مزیت هستند که از نظر جانبی پایدار هستند و کمتر مستعد کمانش هستند.

فنرهای نیروی ثابت

یک فنر نیروی ثابت در طول های مختلف تقریباً به یک نیروی ثابت برای تغییر طول نیاز دارد. فنرهای نیروی ثابت را فنر ساعتی نیز می گویند. این نوع فنر معمولاً یک روبان پیچ‌دار از فولاد فنری است که در کاربردهای متعادل‌سازی مانند تنظیم ارتفاع برای نمایشگرها و ساعت‌ها استفاده می‌شود. همچنین از این فنر در ساخت مترهای اندازه گیری نیز استفاده می شود.

مزایای فنرها

برای جلوگیری از لرزش در ماشین ها مناسب است.

برای اعمال نیرو و کنترل حرکت در کلاچ و ترمز کارایی مطلوبی دارد.

مانند ساعت ها و اسباب بازی ها به ذخیره انرژی کمک می کند.

ماندگاری بالایی دارد.

فنر قابلیت ذخیره انرژی درون خود را دارد.

طراحی آن آسان است و تولید آن ارزان تر است.

فنر دستگاهی بدون نیاز به تعمیر و نگهداری است.

معایب فنرها

اگر انحراف فنر از مقدار بحرانی بیشتر شود، فنر کمانش می کند.

تعویض فنر سخت است.

هنگامی که فنر آسیب ببیند، تعمیر آن دشوار است.