توضیحات:
گزارش کاراموزي بررسي كمك فنر در 55 صفحه ورد قابل ويرايش

كمك فنر دو جدارة بي فشار

كمك فنر دو جدارة بي فشار ارزانترين و اقتصادي ترين نوع كمك فنر هيدروليكي براي خودروي سواري است.

اصلاح بي فشار بيانگر آن است كه سطح روغن در حالت سكون كمك فنر و در دماي محيط (دماي متعارف) در فشار اتمسفر قراردارد.دراينجا فشاري كه هنگام فشرده شدن كامل كمك فنر،افزايش دما يا در كمك فنر بادي كمكي به دليل پخشش تنش (فشاري)در آب بند به سطح روغن وارد مي شوند،در نظر گرفته نمي شوند،زيرا مقادير آن ناچيز و از اين رو قابل اغماض است.

ساختار و شيوة كاركرد

شكل 2-1 ساختار كمك فنر را نشان مي دهد.اين طبق اصول كاركرد كمك فنر كه طبق اصول كاركرد كمك فنر دو جداره عمل مي كند،از يك محفظة كار (لوله سيلندر 2 به نام لولة‌فشار)تشكيل شده است.اين لوله از پايين به شيرهاي زيرين و از بالا به راهنماي ميلة پيسون 8 و رينگ آب بند 5 محدود مي شود.ميلة پيسون 6 بين راهنماي ميلة پيسون و آب بند حركت مي كند.ميله پيسون از يك سو به پيسون1(واقع در محفظه كار) و از سوي ديگر به مفصل چشمي بالايي و لولة حفاظ متصل است.لوله سيلندر 2 در داخل لولة‌ ديگري قرار دارد كه به لولة بيروني 3 يا لولة نگهدارنده موسوم است.از آنجا كه اين كمك فنر در لوله دارد،كمك فنر دو جداره ناميده مي شود.بين لولة‌سيلندر 2 و لولة بيروني 3،محفظة تعادل فشار C ايجاد مي شود كه حدودتاً تا

شكل 2-1: كمك فنر دو جدارة ساخت شركت بوگه با اتصالات چشمي در هر دو انتها.از آنجا كه محفظة تعادل فشار را درپيرامون محفظة‌كار كمك فنر طراحي كرده اند،در شكل،مجموعة شير پيسون و شير زيرين 4 را كه در انتهاي محفظة كار قراردارد،مي بينيد.شكل 2-3 شيوة كاركرد كمك فنر دو جداره را نشان مي دهد.

شكل 2-2:شيوة كاركرد كمك فنر دوجداره

نيمه روغن دارد.اما محفظة كار را از روغن كاملاً پر مي كنند.لولة نگهدارنده 3 از طرفي به راهنماي ميلة پيسون و از سوي ديگر به كلاهك 1 كه شير زيرين را نگه مي دارد،وصل مي شود و پيش تنيدگي دروني مجموعه را كاملاً تأمين مي كند.در قسمت زيرين كلاهك،اتصال چشمي را جوش مي دهند.

البته براي اتصال كمك فنر به شاسي مي توان به جاي مفصل چشمي از اتصالات پيني استفاده كرد،هنگام جمع شدن چرخ،اتصالات بالا و پايين كمك فنر به يكديگر نزديك مي شوند و به اين ترتيب ميلة پيسون 6 و همراه آن پيسون 1 كه در انتهاي آن قراردارد،به سمت پايين رانده مي شود.با پايين آمدن ميلة پيسون در محفظة بالايي كار(A1 )، ميلة پيسون حجم روغني برابر با V1 را جابه جا مي كند،اين حجم برابر است با:

سطح مقطع ميلة پيسون ضرب در جابه جايي ميلة پيسون= V1

از طرفي ديگر مقداري از روغن به حجم V2 از شير گلويي II‌ روي پيسون به داخل محفظة كار A1 جريان مي يابد.اين حجم برابر است با:

جابه جايي ميله پيسون ضرب در مقطع رينگي شكل محفظة A1 = V2

از آنجا كه مقاومت شير IV در برابر جريان روغن به مراتب بزرگتر از شير II‌ است،لذا بخش بزرگ ميرايي در مرحلة فشار،در شير زيرين ايجاد مي شود.فشار محفظة A1 و A2 تقريباً يكسان است.هنگام باز شدن چرخ،اتصالات كمك فنر از يكديگر دور مي شوند كه به اين ترتيب ميلة‌پيسون،همراه پيسون به سمت بالا مي آيد. در اين صورت،حجم روغن V2

شكل 2-3: براي جلوگيري از پايين آمدن بيش از حد سوراخ در سطح روغن محفظة تعادل فشار C‌ بايد كمك فنر دو جداره به گونه اي نصب كرد كه شيب ميلة پيسون نسبت به خط قائم از 45 درجه بيشتر نباشد(‌يعني 450›C).البته كمك فنر داراي بالشتك گاز از اين قاعده مستثني است.

پيسون I ا محفظة كار A1 ‌ به محفظة A2 جريان مي يابد و حجم روغن V1 از شير زيرين III از محفظة تعادل فشار C به محفظة كار A2 مكيده مي شود. از آنجا كه مقاومت شير I در برابر جريان روغن به مراتب بزرگتر از شير III‌ است،بخش بزرگ ميرايي در مرحلة كشش،در شير پيسون به وجود مي آيد.

در كنار عبور روغن از شيرهاي تنظيم پذير I تا IV روغن از محلهايي نيز نشت مي كند كه جلوگيري از آن ممكن نيست.اين نشت از شكاف موجود بين پيسون و لولة فشار و نيز شكاف بين راهنماي ميلة پيسون و ميلة پيسون رخ مي دهد كه هنگام اعمال فشار به محفظة كار،مانند مقطع هاي گلويي كمكي براي جريان روغن كار مي كنند.بايد هنگام طراحي و تنظيم ميرايي اين جريان هاي اضافي را در نظرگرفت.

سطح روغن در محفظة تعادل فشار بايد به گونه اي باشد كه از مكش هوا از شير زيرين به داخل محفظة كار،حتي در شرايط كاري دشوار جلوگيري مي شود اين حالت مي تواند هنگامي كه ميلة پيسون در دماي خيلي كم كاركرد(40- درجه سانتيگراد)كاملاً به بالا مي آيد،پديد آيد.در ضمن،شيب نصب كمك فنر در خودرو را نيز بايد در نظر گرفت.بر اثر شيب كمك فنر نسبت به خط قائم،سطح روغن در محفظة تعادل فشار پايين مي آيد،(شكل 2-3 را ببينيد).از اين رو براي اين زاويه حد معيني وجود دارد.زاوية تا جاي ممكن نبايد از 45 درجه فراتر رود.البته در اينجا بايد افزايش زاوية هنگلم جمع شدن كمك فنر را نيز در نظر گرفت.اين پديده،به ويژه در محورهاي صلب شديدتر بروز مي كند،(شكل 1-5 و 4-12 را ببيند).

هواگيري و موازنة حجم

از آنجا كه در كمك فنر دوجداره،هنگام كاركرد،ناگزيز در داخل محفظة كار حباب هوا توليد مي شود.حتماً نياز به هواگيري است.نفوذ هوا در محفظة كار مي تواند به يكي از روشهاي زير رخ دهد:

qحمل و نگهداري كمك فنر به صورت افقي قبل از نصب در خودرو.به اين ترتيب هوا از محفظة تعادل فشار از شير زيرين به محفظة كار راه مي يابد و در نهايت هواي راه يافته در پايين راهنماي ميلة پيسون جمع شود.

qپايين رفتن سطح روغن در محفظة كار پس از ايست طولاني مدت خودرو‌(مثلاً در مدت شب).اگر تدابير ويژه اي در شير زيرين نيانديشيم،(مثلاً ديسك غوطه ور يا شير قطع ارتباط)روغن در محفظة كار به محفظة تعادل فشار راه مي يابد،(اين پديده را پديدة لوله U‌ شكل مي نامند).به اين ترتيب هوا از شكاف رينگ بين راهنماي ميلة پيسون و ميلة پيسون به محفظة كار جريان مي يابد.

mm2

Re=480N/mm2

As=14%

ميلة پيستون را به عمق 2/0 تا 5/0 ميليمتر سختكاري القايي مي كنند،به گونه اي كه حداقل به سختي سطحي برابر با 53 راكول برسد.سپس،براي دستيابي به شرايط آب بندي مطلوب،سطح آن نيز پرداخت (سنگزني)مي كنند و با كروم سخت به ضخامت 8 تا 10 ميكرومتر مي پوشانند و دوباره پرداخت مي كنند.در نهايت سختي آن به حداقل 62 راكول مي رسد.بيشينة زيري سطح آن در شرايط،حدود 2 ميكرومتر است.

Rt=2um

در انتهاي دروني ميلة پيستون،پيستون ميراكننده را نصب مي كنند.شركتهاي آلماني،پيستون ميراكننده را از جنس آهن كلوخه شده مي سازند پيستون رابه همراه فنرهاي شير بر روي ميلة پيستون پيچ مي كنند.

محفظة سيلندر،مخزن روغن،لولة محافظ

لولة سيلندر كه مانند محفظة كار پيستون عمل مي كند،از پايين به شير زيرين و از بالا به راهنما ميلة پيستون تكيه مي كنند.براي دستيابي به آب بندي مطلوب در نقاط تماس،بايد شيوة مونتاژ و بستن كمك فنر،و انطباق مخزن روغن و لولة سيلندر به گونه اي باشد كه پيش تنيدگي فشاري لازم در محل آب بند ايجاد شود.اين پيش تنيدگي بايد به گونه اي باشد كه مقادير بيشينة فشارهاي دروني سيلندر تماس آب بند را جدا نكند.

شكل 2-10:مقايسة زبري سطح جدارة‌سيلندر كمك فنر.در شكل بالا وضعيت زبري سطح را در حالت نو و در شكل پايين زبري همان جدارة سيلندر را پس ازساعات معين كاركرد مي بينيد.در اينجا از پيستون با پوشش تفلوني استفاده كرده اند.همان طور كه در شكل مي بينيد،لولة سيلندر صافي سطح خوبي دارد كه نتيجة آن كاهش اصطكاك در هنگام حركت است.

براي كاهش اصطكاك پيستون و سايش آن،جدارة داخلي سيلندر بايد زبري سطح مناسبي داشته باشد.شكل 2-10 زبري سطح جدارة سيلندر كمك فنر را در حالت نو و پس از كاركرد مسافتي برابر با 10000 كيلومتر نشان مي دهد.

سيلندر و مخزن روغن را از لوله هاي فولادي جوشكاري شده مي سازند،اما لوله هاي محافظ را براي كاهش وزن مجموعه،از مواد مصنوعي و پلاستيكي مي سازند.

وظيفة لولة محافظ،حفاظت از ميلة پيستون در برابر پرتاب سنگ،پاشش آب و جلوگيري از نفوذ گرد و غبار به داخل آب بند است.در مواردي كه لولة محافظ علاوه بر وظايف ياد شده،وظايف ويژة ديگري نيز،داشته باشد،بايد از لولة محافظ فولادي استفاده كرد.

كمك فنر براي موقعيت كاري دشوار،خودروي سواري

برخي از خودروسازان،خودروهايي را كه به كشورهاي گرمسير بايد يا بد آب و هوا صادر مي كنند،به كمك فنرهايي با تحمل شرايط دشواري كار مجهز مي كنند.اين كمك فنر را به نام كمك فنر گرمسيري يا كمك فنر بد آب و هوايي مي شناسند.اين كمك فنرها در دو زمينه با ديگر كمك فنرهاي معمول،متفاوت هستند:

qمخزن بزرگتر با گنجايش روغن بيشتر براي بهينه سازي انتقال گرما از سطح كمك فنر

qاستفاده از آب بند ويتون به جاي آب بند متداول پربونان،اين آب بند معمول،دمايي حدد 100 درجة سانتيگراد را تحمل مي كند،اما از آب بند ويتون مي توان در دماي كاري 160 تا 220 درجة سانتيگراد نيز استفاده كرد.

-روشهاي توليد

براي كاهش هزينة‌ساخت،كمك فنر دوجداره را براي خودرو سواري و باري،به گونه اي طراحي مي كنند كه پس از مونتاژ و بستن كمك فنر،پياده كردن آن امكان پذير نيست به اين ترتيب پس از خرابي اين كمك فنر قابل تعمير نيست.روشهاي معمول بستن كمك فنر ،عبارتند از :

الف) برگرداندن جدارة بيروني 3 بر روي لبة U شكل راهنماي ميلة پيستون 8،(شكل 2-4).با اين روش،آب بند 5 را در راهنماي ميلة پيستون نگه مي دارند البته اگر بخواهيم براي اطمينان يك لاستيك ضربه گير نگهدارنده داشته باشيم،حتماً به يك كلاهك محافظ نياز است،(شكل 2-15)اين موضوع نقطة ضعف بستن كمك فنر از روش ياد شده است.





نيروي هيدورليكي ميراكننده

منحني مشخصه كمك فنر

نيروي فنر تابعي از جابه جايي چرخ است.اما نيروي ميرايي به سرعت آن بستگي دارد.منظوراز سرعت،سرعت نسبي اتصالات بالا و پايين هنگام جمع و بازشدن كمك فنر است.اگر نيروي ايستايي FF به يك فنر اعمال شود،فنر تا اندازه معيني طبق تساوي زير جابه جا مي شود:

(4-1)

ضريب CF نمايانگر سختي فنر است.فنر انرژي را ذخيره مي كند و در هنگامي كه براي ايمني حركت مناسب نيست،آن را به سيستم باز مي گرداند.اگر به يك كمك فنر،نيروي ثابت اعمال شود،كمك فنر با سرعت ثابت در كورس خود باز يا بسته مي شود.تساويي كه بين نيروي ميرايي FD و سرعت VD وجود دارد،به شرح زيراست:

(4-2)

در اين تساوي KD ضريب ميرايي و u نماي ميرايي است.كارمكانيكي حاصل از جابه جايي كمك فنر به گرما تبديل مي شود و از بين مي رود.نمودارهاي حاصل از نتايج آزمايش كمك فنر،تغييرات نيروي ميرايي را برحسب جا به جايي در گامهاي ثابت سرعت نشان مي دهد،(در اينجا)سرعت ميرايي با تغيير دور دستگاه مي شود،بخش 1-2-2 را ببينيد).مساحت نمودار نمايانگر كار انجام شده درهر كورس كمك فنر است.

براي دستيابي به منحني مشخصه كمك فنر،يعني منحني نيرو-سرعت،نيروي ميرايي پيشينه FAE و سرعت متناظر پيستون را از نمودار تغييرات نيرو- جا به جايي (شكل 1-12 و 1-13 )و مي خوانند و در منحني نيرو به سرعت در سرعت متناظر ثبت مي كنند،(شكل 4-1).براي تعيين منحني در اولين مرتبه،نيروي ميرايي پيشينه را از 6 نمودار،به منحني مشخصه انتقال مي دهند.آزمايش كمك فنر،مطابق توضيحات بخش 1-2-2- است.هنگام كنترل كمك فنر در توليد انبوه،براي صرفه جويي در وقت آزمايش،فقط به اندازه گيري دو يا سه نقطه در منحني مشخصه اكتفا مي كنند.

شكل ظاهري منحني مشخصه كمك فنر و منحني سختي فنر شباهت فراواني به يكديگر دارند،(شكل 4-2 را ببينيد).از اين رو،براي شناسايي بهتر مشخصه كمك فنر،نيروي ميرايي كشش را در جهت مثبت و نيروي ميرايي فشار را در جهت منفي نشان مي دهند.بنابراين،نيروي ميرايي كشش در ناحيه اول مختصاتي و نيروي ميرايي فشار در ناحيه سوم مختصاتي رسم مي شوند،(شكل 8-31 و 8-40 الف را ببينيد).

شكل 4-1:براي دستيابي به منحني مشخصه كمك فنر،يعني منحني نيرو- سرعت،نيروي ميرايي پيشينه كشش و فشار يعني FAD را از منحني نيرو- جابه جايي مي خوانند و آنها را برحسب سرعت هاي متناظر در منحني نيرو-سرعت ثبت مي كنند.

شكل 4-2:در منحني مشخصه فنر،تغيير نيرو برحسب نيوتن نسبت به جابه جايي برحسب ميليمتر ثبت مي شود،اما منحني مشخصه كمك فنر،تغيير نيروي ميرايي برحسب سرعت حركت پيستون را با واحد متر بر ثانيه نشان مي دهد.اگر ميرايي فشار در ناحيه سوم ترسيم نشده باشد،(مانند شكل بالا)،شكل ظاهري دو منحني كشش و فشار به يكديگر تشبيه است.

شكل 4-3:منحني مشخصه كمك فنر با رفتاري خطي،دو نمودار چپ نسبت كشش به فشار برابر با 3 و در نمودار راست نسبت كشش به فشار برابر با 1 است.