کارآموزی کمک فنر دو جدارة بی فشار

اصلاح بی فشار بیانگر آن است که سطح روغن در حالت سکون کمک فنر و در دمای محیط (دمای متعارف) در فشار اتمسفر قراردارددراینجا فشاری که هنگام فشرده شدن کامل کمک فنر،افزایش دما یا در کمک فنر بادی کمکی به دلیل پخشش تنش (فشاری)در آب بند به سطح روغن وارد می شوند،در نظر گرفته نمی شوند،زیرا مقادیر آن ناچیز و از این رو قابل اغماض است

 

کمک فنر دو جدارة بی فشار

کمک فنر دو جدارة بی فشار ارزانترین و اقتصادی ترین نوع کمک فنر هیدرولیکی برای خودروی سواری است.

اصلاح بی فشار بیانگر آن است که سطح روغن در حالت سکون کمک فنر و در دمای محیط (دمای متعارف) در فشار اتمسفر قراردارد.دراینجا فشاری که هنگام فشرده شدن کامل کمک فنر،افزایش دما یا در کمک فنر بادی کمکی به دلیل پخشش تنش (فشاری)در آب بند به سطح روغن وارد می شوند،در نظر گرفته نمی شوند،زیرا مقادیر آن ناچیز و از این رو قابل اغماض است.

ساختار و شیوة کارکرد

شکل 2-1 ساختار کمک فنر را نشان می دهد.این طبق اصول کارکرد کمک فنر که طبق اصول کارکرد کمک فنر دو جداره عمل می کند،از یک محفظة کار (لوله سیلندر 2 به نام لولة‌فشار)تشکیل شده است.این لوله از پایین به شیرهای زیرین و از بالا به راهنمای میلة پیسون 8 و رینگ آب بند 5 محدود می شود.میلة پیسون 6 بین راهنمای میلة پیسون و آب بند حرکت می کند.میله پیسون از یک سو به پیسون1(واقع در محفظه کار) و از سوی دیگر به مفصل چشمی بالایی و لولة حفاظ متصل است.لوله سیلندر 2 در داخل لولة‌ دیگری قرار دارد که به لولة بیرونی 3 یا لولة نگهدارنده موسوم است.از آنجا که این کمک فنر در لوله دارد،کمک فنر دو جداره نامیده می شود.بین لولة‌سیلندر 2 و لولة بیرونی 3،محفظة تعادل فشار C ایجاد می شود که حدودتاً تا

شکل 2-1: کمک فنر دو جدارة ساخت شرکت بوگه با اتصالات چشمی در هر دو انتها.از آنجا که محفظة تعادل فشار را درپیرامون محفظة‌کار کمک فنر طراحی کرده اند،در شکل،مجموعة شیر پیسون و شیر زیرین 4 را که در انتهای محفظة کار قراردارد،می بینید.شکل 2-3 شیوة کارکرد کمک فنر دو جداره را نشان می دهد.

شکل 2-2:شیوة کارکرد کمک فنر دوجداره

نیمه روغن دارد.اما محفظة کار را از روغن کاملاً پر می کنند.لولة نگهدارنده 3 از طرفی به راهنمای میلة پیسون و از سوی دیگر به کلاهک 1 که شیر زیرین را نگه می دارد،وصل می شود و پیش تنیدگی درونی مجموعه را کاملاً تأمین می کند.در قسمت زیرین کلاهک،اتصال چشمی را جوش می دهند.

البته برای اتصال کمک فنر به شاسی می توان به جای مفصل چشمی از اتصالات پینی استفاده کرد،هنگام جمع شدن چرخ،اتصالات بالا و پایین کمک فنر به یکدیگر نزدیک می شوند و به این ترتیب میلة پیسون 6 و همراه آن پیسون 1 که در انتهای آن قراردارد،به سمت پایین رانده می شود.با پایین آمدن میلة پیسون در محفظة بالایی کار(A₁)، میلة پیسون حجم روغنی برابر با V₁ را جابه جا می کند،این حجم برابر است با:

سطح مقطع میلة پیسون ضرب در جابه جایی میلة پیسون= V₁

از طرفی دیگر مقداری از روغن به حجم V₂از شیر گلویی II‌ روی پیسون به داخل محفظة کار A₁جریان می یابد.این حجم برابر است با:

جابه جایی میله پیسون ضرب در مقطع رینگی شکل محفظة A₁= V₂

از آنجا که مقاومت شیر IV در برابر جریان روغن به مراتب بزرگتر از شیر II‌ است،لذا بخش بزرگ میرایی در مرحلة فشار،در شیر زیرین ایجاد می شود.فشار محفظة A₁ و A₂ تقریباً یکسان است.هنگام باز شدن چرخ،اتصالات کمک فنر از یکدیگر دور می شوند که به این ترتیب میلة‌پیسون،همراه پیسون به سمت بالا می آید. در این صورت،حجم روغن V₂

شکل 2-3: برای جلوگیری از پایین آمدن بیش از حد سوراخ در سطح روغن محفظة تعادل فشار C‌ باید کمک فنر دو جداره به گونه ای نصب کرد که شیب میلة پیسون نسبت به خط قائم از 45 درجه بیشتر نباشد(‌یعنی 45⁰›C).البته کمک فنر دارای بالشتک گاز از این قاعده مستثنی است.

پیسون I ا محفظة کار A₁ ‌ به محفظة A₂جریان می یابد و حجم روغن V₁از شیر زیرین III از محفظة تعادل فشار C به محفظة کار A₂مکیده می شود. از آنجا که مقاومت شیر I در برابر جریان روغن به مراتب بزرگتر از شیر III‌ است،بخش بزرگ میرایی در مرحلة کشش،در شیر پیسون به وجود می آید.

در کنار عبور روغن از شیرهای تنظیم پذیر I تا IV روغن از محلهایی نیز نشت می کند که جلوگیری از آن ممکن نیست.این نشت از شکاف موجود بین پیسون و لولة فشار و نیز شکاف بین راهنمای میلة پیسون و میلة پیسون رخ می دهد که هنگام اعمال فشار به محفظة کار،مانند مقطع های گلویی کمکی برای جریان روغن کار می کنند.باید هنگام طراحی و تنظیم میرایی این جریان های اضافی را در نظرگرفت.

سطح روغن در محفظة تعادل فشار باید به گونه ای باشد که از مکش هوا از شیر زیرین به داخل محفظة کار،حتی در شرایط کاری دشوار جلوگیری می شود این حالت می تواند هنگامی که میلة پیسون در دمای خیلی کم کارکرد(40- درجه سانتیگراد)کاملاً به بالا می آید،پدید آید.در ضمن،شیب نصب کمک فنر در خودرو را نیز باید در نظر گرفت.بر اثر شیب کمک فنر نسبت به خط قائم،سطح روغن در محفظة تعادل فشار پایین می آید،(شکل 2-3 را ببینید).از این رو برای این زاویه حد معینی وجود دارد.زاویة تا جای ممکن نباید از 45 درجه فراتر رود.البته در اینجا باید افزایش زاویة هنگلم جمع شدن کمک فنر را نیز در نظر گرفت.این پدیده،به ویژه در محورهای صلب شدیدتر بروز می کند،(شکل 1-5 و 4-12 را ببیند).

هواگیری و موازنة حجم

از آنجا که در کمک فنر دوجداره،هنگام کارکرد،ناگزیز در داخل محفظة کار حباب هوا تولید می شود.حتماً نیاز به هواگیری است.نفوذ هوا در محفظة کار می تواند به یکی از روشهای زیر رخ دهد:

qحمل و نگهداری کمک فنر به صورت افقی قبل از نصب در خودرو.به این ترتیب هوا از محفظة تعادل فشار از شیر زیرین به محفظة کار راه می یابد و در نهایت هوای راه یافته در پایین راهنمای میلة پیسون جمع شود.

qپایین رفتن سطح روغن در محفظة کار پس از ایست طولانی مدت خودرو‌(مثلاً در مدت شب).اگر تدابیر ویژه ای در شیر زیرین نیاندیشیم،(مثلاً دیسک غوطه ور یا شیر قطع ارتباط)روغن در محفظة کار به محفظة تعادل فشار راه می یابد،(این پدیده را پدیدة لوله U‌ شکل می نامند).به این ترتیب هوا از شکاف رینگ بین راهنمای میلة پیسون و میلة پیسون به محفظة کار جریان می یابد.

qخنک شدن کمک فنر پس از پایان کار،هنگامی که روغن در محفظة کار منقبض می شود،هوا از شکاف رینگ راهنمای میلة پیسون به محفظة کار نفوذ می کند.

اگر تدابیری برای جلوگیری از راه یافتن و انباشتن هوا به محفظة کار کمک فنر نیاندیشیم،در آنجا بالشتک هوا به وجود می آید و در نتیجه بویژه در دمای کم کارکرد،سروصدای ناهنجاری بروز می کند.این پدیده را نقص بیکاری می نامند.

از این رو باید با طراحی مناسب از افراد هوا پس از چند کورس پیسون اطمینان یافت.فرار هوا معمولاً از شکاف رینگ بین میلة پیسون و راهنمای میلة پیسون انجام می گیرد.با به کارگیری روشهایی در شیرزیرین برای هواگیری مانند شیر قطع ارتباط،از پایین آمدن سطح روغن براثر فشار ایستایی جلوگیری می کنند.در استفاده از این روش باید برای جبران حجم روغنی که به خاطر خنک شدن منقبض شده است،معادل آن حجم را به محفظة کار اضافه کرد،(شکل 3=11 راببینید).

شرکت بوگه، رینگ مخروطی 11 و چندین راهگاه را، در قسمت بیرونی راهنمای میله پیسون طراحی کرده است که نسبت به یکدیگر به صورت قائم قرار گرفته اند(مجرای E و

شکل 2-4:مجموعة آب بندی میلة پیسون کمک فنر دو جدارة ساخت شرکت بوگه در تولید انبوه.کمک فنر به کمک لبه دار کردن جدارة بیرونی 3 بر لبة U‌متعلق به راهنمای میلة پیسون 8 بسته می شود.

G)و یا این طرح مشکل یاد شده را حل کرده است،(شکل 2-4 را ببینید).رینگ 11،مخزن روغن R₂ را می سازد که در هنگام خنک شدن کمک فنر،روغن از داخل آن به راهگاه های G و E راه می یابد.مزیت دیگر این طرح آن است که هوایی که بر اثر قرارگیری نادرست با آزمایش دستی کارکرد کمک فنر به داخ محفظة کار راه یافته است،به بیرون راه پیدا می کند.

راهگاههای E و G‌ در این موارد به عمل هواگیری کمک فنر کمک می کند.رینگ مخروطی 11 از کف آلود شدن روغنی که از راهگاه E‌ با فشارجریان می یابد و به لولة بیرونی 3 برخورد می کند،جلوگیر می کند.

در هنگام کشش،فشار زیاد دربالای پیسون،روغن را از شکاف S₁ (بین میلة پیسون و راهنما)و راهگاههای کناری E و G‌ به محفظة بالا می مکد.مقدار اندکی روغن میلة پیسون را روان می کند و در مخزن رزرو روغن R₂ جمع می شود.سپس،از شکاف S₂(که بین رینگ مخروطی 11 و وللة بیرونی 3 ایجاد می شود)به محفظة تعادل فشار C باز می گردد.لولة بیرونی 3 در هنگام حرکت با جریان هوای بیرون خنک می شود.شکاف رینگ S₁و تعداد و اندازة راهگاه های عرضی G‌ مانند روزنة ثابت جریان روغن است.بنابراین،سطح مقطع این راهگاه ها را باید هنگام تنظیم میرایی در نظر گرفت.

هنگامی که میلة پیسون زیر فشار به پایین رانده می شود،محفظة کار پرفشار می شود.به این ترتیب،حتی در مرحلة فشار،روغن از طریق رینگ S₁و راهگاههای EوG بافشار جریان می یابد.این روغن پس از بازگشت به لولةبیرونی 3،خنک می شود.

رینگ آب بند،میلة پیستون با پیستون، راهنما

رینگ آب بند

شیوة تولید و ساخت کمک فنر دوجداره،ر خلاف نوع یک جداره،دشوار نیست.این کمک فنر،کوتاه تر از کمک فنر یک جداره است و در خودروی سواری،خانوادگی و باری کاربرد دارد.مزیت این کمک فنر،سادگی ساختار رینگ آب بند میلة پیستون است.کارآیی رینگ های آب بند چند لبه ای در طی سالیان رسیده است و امروزه شرکت های بزرگ کمک فنرسازی،مانند دلکو،کلی و مونرو به تولید انبوه آنها می پردازند.(شکل های 2-5 و 2-8 را ببینید).

همان طور که در بالا یاد شد،مزیت بزرگ این رینگ های آب بند،ساختار ساده و دوام آنان است.رینگ آب بند بین راهنمای میلة پیستون و یک کلاهک درپوش که به شکل هندسی آب بند منطبق شده است،قرار می گیرد.یک فنر مارپیچ استوانه ای یا مخروطی شکل پیش تنیدگی لازم را برای آب بندی مطلوب تأمین می کند.

رینگ آب بند را معمولاً از جنس کائوچوی نیتریل پربونان[1]، والستومرفلور[2]،و ویتون[3]بر می گزیند تا در دمای زیاد به خوبی کار کنند.

نقطة ضعف این نوع رینگ،اصطکاک نسبتاً زیاد آن است.افزایش اصطکاک چسبشی رینگ در نقاط برگشت پیستون نیز،(شکل 2-8)در خوش سواری و صدای کارکرد اثرات منفی دارد،(بخش 3-7 را ببینید).

شکل 2-5:رینگ آب بند چند لبه ای کمک فنر دوجدارة بی فشار شرکت ساخت شرکت فرویدنبرگ[4]و گوتسه[5] در حالت سوار شده.یک فنر مارپیچ پیش تنیدگی لازم را تأمین می کند.نیروی فنر را با توجه به شکل و جنس رینگ آب بند بر می گزینند.نیروی فشاری که در جهت شعاعی (عرضی) به میلة پیستون وارد می آید،در رینگ آب بند از جنس رینگ آب بند باز جنس پریونان حدود 130 نیوتن و در رینگ از جنس سیلیکون در حدود 58 نیوتن است.

شکل 2-8:مقایسة اصطکاک بین رینگ آب بند چند لبه ای،یک لبه ای و دو لبه ای ساخت شرکت فرویدنیرگ،که در شرایط کارکرد زیراندازه گیری کرده اند:فشاردرونی:صفر اتمسفر،سرعت پیستون،5/2 میلیمتر بر ثانیه،کورس پیستون:75 میلیمتر،اعداد مثبت شده در نمودار،نیروی اصطکاک را درنقاط برگشت پیستون نشان می دهد.

عمر مفید کمک فنر در درجة اول به آب بندی آن بستگی دارد ودوام آب بندی را کیفیت سطح میلة پیستون تعیین می کند.بنابراین،سطح میلة پیستون باید سخت باشد تا ذرات گرد و غبار نتوانند آن را بخراشند،باید در برابر خوردگی مقاوم باشد تا ازآسیب رسیدن به آب بند جلوگیری کند و برای کاهش اصطکاک باید صیقلی باشد.

برای ساخت میلة پیستون در تولید انبوه کمک فنرها از فولاد آبداده C45K استفاده می کنند که دارای خصوصیات فیزیکی و استحکام شکست به شرح زیر است:

R_m=700-800N/mm²

R_e=480N/mm²

A_s=14%

میلة پیستون را به عمق 2/0 تا 5/0 میلیمتر سختکاری القایی می کنند،به گونه ای که حداقل به سختی سطحی برابر با 53 راکول برسد.سپس،برای دستیابی به شرایط آب بندی مطلوب،سطح آن نیز پرداخت (سنگزنی)می کنند و با کروم سخت به ضخامت 8 تا 10 میکرومتر می پوشانند و دوباره پرداخت می کنند.در نهایت سختی آن به حداقل 62 راکول می رسد.بیشینة زیری سطح آن در شرایط،حدود 2 میکرومتر است.

R_t=2um

در انتهای درونی میلة پیستون،پیستون میراکننده را نصب می کنند.شرکتهای آلمانی،پیستون میراکننده را از جنس آهن کلوخه شده[6]می سازند پیستون رابه همراه فنرهای شیر بر روی میلة پیستون پیچ می کنند.

محفظة سیلندر،مخزن روغن،لولة محافظ

لولة سیلندر که مانند محفظة کار پیستون عمل می کند،از پایین به شیر زیرین و از بالا به راهنما میلة پیستون تکیه می کنند.برای دستیابی به آب بندی مطلوب در نقاط تماس،باید شیوة مونتاژ و بستن کمک فنر،و انطباق مخزن روغن و لولة سیلندر به گونه ای باشد که پیش تنیدگی فشاری لازم در محل آب بند ایجاد شود.این پیش تنیدگی باید به گونه ای باشد که مقادیر بیشینة فشارهای درونی سیلندر تماس آب بند را جدا نکند.

شکل 2-10:مقایسة زبری سطح جدارة‌سیلندر کمک فنر.در شکل بالا وضعیت زبری سطح را در حالت نو و در شکل پایین زبری همان جدارة سیلندر را پس ازساعات معین کارکرد می بینید.در اینجا از پیستون با پوشش تفلونی استفاده کرده اند.همان طور که در شکل می بینید،لولة سیلندر صافی سطح خوبی دارد که نتیجة آن کاهش اصطکاک در هنگام حرکت است.

برای کاهش اصطکاک پیستون و سایش آن،جدارة داخلی سیلندر باید زبری سطح مناسبی داشته باشد.شکل 2-10 زبری سطح جدارة سیلندر کمک فنر را در حالت نو و پس از کارکرد مسافتی برابر با 10000 کیلومتر نشان می دهد.

سیلندر و مخزن روغن را از لوله های فولادی جوشکاری شده می سازند،اما لوله های محافظ را برای کاهش وزن مجموعه،از مواد مصنوعی و پلاستیکی می سازند.

وظیفة لولة محافظ،حفاظت از میلة پیستون در برابر پرتاب سنگ،پاشش آب و جلوگیری از نفوذ گرد و غبار به داخل آب بند است.در مواردی که لولة محافظ علاوه بر وظایف یاد شده،وظایف ویژة دیگری نیز،داشته باشد،باید از لولة محافظ فولادی استفاده کرد.

کمک فنر برای موقعیت کاری دشوار،خودروی سواری

برخی از خودروسازان،خودروهایی را که به کشورهای گرمسیر باید یا بد آب و هوا صادر می کنند،به کمک فنرهایی با تحمل شرایط دشواری کار مجهز می کنند.این کمک فنر را به نام کمک فنر گرمسیری یا کمک فنر بد آب و هوایی می شناسند.این کمک فنرها در دو زمینه با دیگر کمک فنرهای معمول،متفاوت هستند:

qمخزن بزرگتر با گنجایش روغن بیشتر برای بهینه سازی انتقال گرما از سطح کمک فنر

qاستفاده از آب بند ویتون به جای آب بند متداول پربونان،این آب بند معمول،دمایی حدد 100 درجة سانتیگراد را تحمل می کند،اما از آب بند ویتون می توان در دمای کاری 160 تا 220 درجة سانتیگراد نیز استفاده کرد.

-روشهای تولید

برای کاهش هزینة‌ساخت،کمک فنر دوجداره را برای خودرو سواری و باری،به گونه ای طراحی می کنند که پس از مونتاژ و بستن کمک فنر،پیاده کردن آن امکان پذیر نیست به این ترتیب پس از خرابی این کمک فنر قابل تعمیر نیست.روشهای معمول بستن کمک فنر ،عبارتند از :

الف) برگرداندن جدارة بیرونی 3 بر روی لبة U شکل راهنمای میلة پیستون 8،(شکل 2-4).با این روش،آب بند 5 را در راهنمای میلة پیستون نگه می دارند البته اگر بخواهیم برای اطمینان یک لاستیک ضربه گیر نگهدارنده داشته باشیم،حتماً به یک کلاهک محافظ نیاز است،(شکل 2-15)این موضوع نقطة ضعف بستن کمک فنر از روش یاد شده است.

ب)بستن مجموعه با لبه دار کردن لولة بیرونی 3 در چندین نقطه در محیط لوله،مزایا و معایب این روش حدوداً با روش الف یکسان است البته در این روش ساختار آب بندی کاملاً متفاوت است.

پ) جوش دادن لولة بیرونی 3 با یک کلاهک مسدود کننده برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد رینگ آب بند در این روش،باید قطعات در حال جوشکاری را به خوبی خنک کرد.مزیت بزرگ این طرح،امکان نصب ایستادن فشار با طراحی مناسب کلاهک مسدود کننده است.

کمک فنر را با جوشکاری لولة بیرون به کفة از پایین می بندند.گاه،یک لولة‌نگهدارنده را با روش فشاری به کفة کمک فنر متصل می کنند،در این صورت نیاز به جوشکاری نیست.

در کمک فنر پرتوان و کمک فنر خودروی باری و مسابقه ای،از اتصالات پیچی استفاده می کنند،تا بتوان در صورت لزوم،این کمک فنرهای گران قیمت را تعمیر کرد و تنظیم آنها را به راحتی تغییر داد،(شکل 2-13 و 8-5 را ببینید).

برای این که محفظة کار،هنگام اعمال فشارهای هیدرولیکی،از آب بندی خارج نشود،در تمام روش های بیستن کمک فنر،باید قسمت داخلی قطعاتی مانند کفة کمک فنر،شیر زیرین،لولة فشار و راهنمای میلة پیستون را به اندازة کافی پیش فشرده کرد.مخزن روغن در حالت ایستایی زیر پیش تنیدگی کشش قرار دارد.