در ابتدا لازم بذکر است فنر و کمک فنر 2 جزء مستقل از سیستم تعلیق خودرو هستند که وظیفه فنر تحمل وزن اتاق روی سیستم تعلیق و وظیفه کمک فنر جذب ضربات ناشی از حرکت خودرو روی جاده است.

به طورکلی سیستم تعلیق خودرو از پنج قسمت مختلف شامل (1)فنر،(2)کمک فنر،(3)سیبک، (4) بوش،(5)طبق تشکیل شده است. البته هر کدام از این بخش ها نیز به نوبه خود به زیرشاخه های متعددی تقسیم بندی می شوند که در این جا به فنر و کمک فنر خودرو می پردازیم.

فنر (‌ Spring ) خودرو :

قسمتی از سیستم تعلیق می باشد که وزن خودرو را ساپورت کرده ، ارتفاع خودرو را در حد استانداردش ثابت نگه داشته و ضربات جاده را نیز دفع می نماید .فنرها که اغلب میله ها یا حلقه های فولادی انعطاف پذیری هستند ، به شاسی و اتاق خودرو اجازه می دهند تا بدون اخلال در حرکت خودرو ، دست اندازها را یکی پس از دیگری پشت سر بگذارد .

فنر بندی برای خودروهایی که با شتاب نسبی زیادی حرکت می کنند به دلایل زیر ضروری میباشد :
الف: جذب ضربات چرخ که از جاده وارد می شود و کاستن انتقال ان به اتاق و سرنشینان
ب: استهلاک ضربات چرخ ها و جلوگیری از انتقال ان ها به اتصالات و مفصل ها
ج: فشردن دائم چرخ ها به سطح زمین و نتیجه افزایش نیروی کششی چرخ ها محرک
د: تماس چرخ های جلو با سطح جاده و تسلط راننده بر هدایت و کنترل بهتر خودرو

ضریب فنر

شاخص نرمی یا سختی فنر را ضریب فنر می نامند. ضریب فنر باری است که برای جابجا کردن فنر، به اندازه معین، لازم است ضریب فنری که به صورت یکنواخت فشرده می شود(ضریب فنر خطی) باری است که برای فشردن فنر به اندازه 25 میلیمتر لازم است اگر وزنه 250 کیلوگرمی بتواند این فنر را به اندازه 75 میلیمتر فشرده کند ، وزنه 500 کیلوگرمی آن را به اندازه 150 میلیمتر فشرده کند.

فنرهای ضریب متغیر با آهنگ ثابت حرکت نمی کند یا تغییر طول نمی دهند . هر گاه فنر لول بااستفاده از مفتول مخروطی پیچیده شود ضریب آن متغیر خواهد بود ضریب فنر از مقدار اولیه 29 ر1 کیلوگرم بر میلیمتر (2ر72 پوند بر اینچ) تا 92ر2 کیلوگرم بر میلیمتر (5ر163 پوند بر اینچ) تغییر می کند. در نوع دیگری از فنر لول ضریب- متغیر، پیچه ها در بالای فنر، نسبت به پایین فنر به هم نزدیک ترند ، یا به صورت مخروط یا بشکه پیچیده شده اند.

کنترل کار فنر

فنری برای سیستم تعلیق خودرو ایده آل است که ضربه دست انداز را به سرعت جذب کند و سپس به آهستگی به وضعیت عادی خود بر گردد اما ساخت چنین فنری دشوار است اگر فنر خیلی انعطاف پذیر یا نرم باشد، بیش از اندازه تغییر طول می دهد . اگر فنر خیلی سفت یا سخت باشد، خودرو نرم حرکت نمی کند وضعیت مطلوب با استفاده از یک فنر متوسط و یک کمک فنر تامین می شود. کمک فنر مانع تداوم نوسان فنر می شود. منظور از تداوم نوسان فنر ادامه یافتن حرکتهای آن پس از عبور از خودرو از دست انداز است.

با توجه به این که فنر ها چگونه به چرخ ها و بدنه خودرو متصل شوند مهندسین و متخصصین خودروسازی بحثی را پیش کشیدند به نام جرم فنر بندی شده و جرم فنربندی نشده unsprung mass. جرم فنر بندی شده خودرو آن قسمتی از خودرو است که وزن آن روی فنر بندی قرار می گیرد در حالیکه قسمتی از خودرو را که بین جاده و فنر قرار می گیرد جرم فنر بندی نشده می گویند. میزان سختی فنر مشخص می کند که جرم فنربندی شده در برابر دست انداز ها و هنگام رانندگی چگونه عمل کند فنری که نسبت به جرم فنربندی شده سختی کمتری دارد سبب نرمی سواری می شود مانند خودروی های لوکس شهری مانند مدل های لوکس لینکلن. چنین خودروهایی سواری فوق العاده نرمی دارند اما چنین فنر بندی تمایل زیادی به خوابیدن و بلند شدن هنگام ترمز گرفتن و شتاب گرفتن دارد و هنگام دور زدن و پیچیدن چرخش بدنه آنها را می توان با چشم دید. اما در سمت دیگر خودرو های اسپرت هستند مانند مزدا مایاتا که در دست انداز ها سواری خشک تری دارند اما با به حداقل رساندن حرکت های بدنه به شما کمک می کند با اطمینان و سرعت بیشتری پیچ ها را طی کنید.

وزن فنر بندی شده : وزن قسمت هایی از خودرو که روی فنرها قرار دارد را گویند
وزن فنر بندی نشده : وزن قسمت هایی از خودرو که زیر فنرها قرار دارد
فنر سخت شونده : فنری که با نیروی کم تغییرات طولی زیادی داشته باشد و با افزایش نیرو تغییرات طولی ان کاهش یابد فنر سخت شونده گویند این فنردر خودروهای سنگین کاربرد دارد
فنر نرم شونده : فنری که ابتدا در مقابل بار کم دارای تغییرات طولی کم و سپس با افزایش بار دارای تغییرات طولی زیادی باشد فنر نرم شونده گویند

انواع فنر خودرو :

الف : فنرهای فولادی : این نوع فنر از فولادهایی با الیاژ منگنز . سیلیسیم . کوروم و غیره می باشد فنرهای فولادی به صورت شمشی و مارپیچی و پیچشی در تعلیق خودروها به کارمی رود.
ب: فنرهای غیر فولادی : فنرهای غیر فولادی به صورت لاستیکی . پنوماتیکی . روغنی و گازی میباشد.

فنر شمشی یا برگه ای (Leaf spring) :

این نوع از فنر بندی از چند لایه شمش فلزی تشکیل شده است که به یکدیگر متصل شده اند و مانند یک واحد عمل می کنند. به این نوع فنر لیف هم می گویند. این نوع فنر ابتدا در گاری هایی که با اسب کشیده می شد استفاده شد و در سال 1985 در خودروهای آمریکایی به صورت گسترده مورد استفاده قرار گرفت. این نوع فنر بندی هنوز در بیشتر خودروهای باری و برخی از خودروهای سنگین وزن مورد استفاده قرار می گیرد.

بیشتر در خودرو های سنگین و سواری مثل پیکان و آریا که اکسل ان ها یک پارچه است در جهت طولی نصب میشود و مقداری از وزن را تحمل می نماید برای زیاد کردن نیروی فنر از چند شمش که روی هم بسته می شوند استفاده می کنند. البته تداد شمش ها تابع نیرویی است که به محور جلو یا عقب خودرو وارد میشود. بزرگترین فنر را شاه فنر گویند که دو سر آن قوس بیشتری دارد از این رو برای بستن آن ها روی هم باید نیروی زیاد تری مصرف کرد و توسط یک پیچ و مهره بلندی به نام سنتر بولت یعنی پیچ وسط و بست ها یا گیره های مخصوص در طرفین مهار می شوند.

برای نصب این نوع فنرها در قسمت جلو به شاسی از طریق قامه فنر و یک پیچ و مهره و بوش قامه فنر که از جنس برنج است استفاده می شود و در طرف دیگر توسط گوشواره به رام وصل می گردد. برای جلوگیری از سایش اتصالات گریس کاری می شوند وظیفه گوشواره این است که امکان تغییر طول فنر در اثر نوسانات خودرو را فراهم می کند بین لایه های فنر ها فیلمی از روغن گرافیت قرار می دهند تا لایه ها به راحتی بتوانند روی هم بلغزند و خاصیت نوسان گیری ان زیاد شود و همچنین از زنگ زدگی فنر ها جلوگیری می شود اخیرا به جای گریس با گذاشتن ورقه های مخصوص از جنس پلاستیک بین لایه های فنرها این کار را انجام می دهند.

فنر مارپیچی یا لوله ای (helical Spring - Coil Spring) :

این فنرها در بیشتر خودرو های سواری کاربرد دارند زیرا فضای کمتری را اشغال می کنند، همچنین وزن کمتر و نیاز به مراقبت و نگهداری کمتر از محاسن آن ها است.تنها عیبی که این فنرها دارند این است که نیروی کششی یا فشاری را نمی توانند منتقل نمایند به همین جهت باید حتماً در سیستم تعلیق به کار روند که نیروهای عرضی به کمک طبق با اهرمی به شاسی منتقل شود. دو انتهای فنرهای مارپیچی مسطح اند تا در بشقابک های مخصوص در طبق یا محل خود بهتر مستقر شوند فنرهای مارپیچی فاقد خاصیت ضربه گیری هستند و باید مکمل ان یک کمک فنر باشد تا بتواند نوسانات خودرو را به سرعت گرفته و راحتی سفر را فراهم نماید.

فنر پیچشی (torsion bar) :

میله های پیچشی یا تورشن بارها : تورشن بار از خواص پیچشی یک میله فولادی استفاده می کند تا عملکردی مانند فنر داشته باشد. تورشن بار در حقیقت یک میله فولادی یک تکه است که از یک سمت به شاسی خودرو متصل است و از سمت دیگر می تواند حرکت کند. تورشن بار می تواند به صورت عرضی نصب شود یا مانند پژو 205 یا رنو 16 به صورت اریب نصب شود یا به صورت طولی مانند فنربندی جلوی خودروی موریس ماینر نصب شوند. حرکت فنری تورشن بار در اثر مقاومت میله های فولادی در برابر پیچش ایجاد می شود.

وقتی که چرخ به سمت بالا حرکت می کند این حرکت عمودی با استفاده از اهرم ها به تورشن بار منتقل می شود و تورشن بار حول محورش می پیچد تا نیروی فنری لازم را ایجاد کند. این سیستم فنربندی بیشتر در خودروهای اروپایی برای چرخ های عقب مورد استفاده قرار می گیرد و البته خودرو ساز معروف آمریکایی کرایسلر هم در دهه های 50 و 60 میلادی از این سیستم در خودروهای خود استفاده می کرد.

این نوع فنر معمولا با پیچش حول محور طولشان تغییر فرم می دهد و به شکل میله یا تسمه ای هستند در خودروهایی مثل فولکس واگن کاربرد دارند به این صورت است که فنر داخل یک پوسته ای یاتاقان شده که از یک طرف به کمک هزار خاری محکم میشود و از طرف دیگر به کمک اهرمی به چرخ متصل و نهایتا موجب پیچش فنر میگردد فنرهای جلوی فولکس واگن به شکل تسمه ای هستند که داخل دو پوسته محکم شده اند و این فنرها درجهت عرضی خودرو قرار گرفته اند ولی میتوان آنها را در جهت طولی هم به کار برد.

کاربرد فنر پیچشی :
الف : به صورت فنر بندی عادی در خودروها استفاده میشود.
ب: از این فنرها برای اهرم های طولی و عرضی وپانارد و ضد غلتش استفاده میکنند اهرم ضد غلتش که به غلط به ان موج گیر می گویند وقتی که خودرو در حال پیچیدن است در اثر نیروی گریز از مرکز چرخ های خارج پیچ به فرو رفتن در زمین و چرخ های داخل پیچ به بلند شدن از زمین متمایل می شوند یک سر میله ضد غلتش به یک طبق و سر دیگر ان با میله ی قابل تنظیمی بر طبق دیگر وصل می شود وسط میله به وسیله ی بوش به زیر شاسی طوری وصل می شود که امکان چرخش را به ان بدهد وقتی که چرخ پیچ از روی زمین بلند می شود در این میله انرژی پتانسیل ذخیره می شود و با برخاستن میله مخالفت می کند این نیروی بالا برنده که باعث مقاومت پیچشی در میله ی ضد غلتش می شود در سر دیگر ان نیروی پایین اورنده تولید می کند و بدنه را که تمایل نزدیک شدن به زمین را دارد از زمین بلند می کند از معایب فنر پیچشی این است که برای نرم عمل کردن فنر باید طول فنر بلند انتخاب شود لذا گشتاور زیادی در تکیه گاه فنر ایجاد میشود و به کف سازی نیرومندی نیاز است. 

فنر پنوماتیکی :

از خاصیت تراکم پذیری هوا و گازها ی دیگر به جای فنر در تعلیق خودروها استفاده می شود.

فنر های هوایی که از اتاقک های هوای استوانه ای شکل و پیستون تشکیل شده اند بین چرخ و بدنه نصب می شود و با استفاده از خاصیت تراکم پذیری هوا می تواند نوسانات چرخ را جذب کند. این ایده بیش از یک قرن عمر دارد و در گاری های قدیمی که با اسب کشیده می شد چنین فنر بندی وجود داشت این نوع فنر بندی از دیافراگم هایی که از چرم ساخته شده و با هوای فشرده پر شده بود تشکیل شده بود، درست مانند یک دمنده آهنگری و از سال 1930 میلادی به بعد انواع لاستیکی آن وارد بازار شد.

این روش که بیشتر در خودروهای سنگین و گاهی هم در خودروهای سبک کاربرد دارد دارای نرمش خوبی است دستگاه فنر هوایی از کمپرسور و محفظه با کیسه هوایی و لوله های انتقال هوا و رگلاتور تنظیم فشار تشکیل شده است. طرز کار این سیستم به این شرح است که اهرم متصل به شاسی نسبت به ارتفاع آن بالا و پایین میرود، با حرکت اهرم رگلاتور به بالا یا پایین سوپاپ های رگلاتور باز و بسته می شود با حرکت اهرم سوپاپ ورودی باز شده هوای فشرده از مجرا به کیسه های فنر ارسال می شود. وقتی که اهرم در جهت مخالف حرکت کند سوپاپ ورودی بسته و سوپاپ خروجی باز می شود در این موقع باد کیسه فنر تا حدی خالی می شود که اهرم در حالت وسط قرار بگیرد. بنابراین نسبت به افزایش بار خودرو فشار باد در کیسه های هوایی زیاد می شود و با کاهش بار فشار هوای فنر کاهش پیدا می کند .

با این وصف می توان فنرهای هوایی را نوع ایده آل دانست زیرا در حالت سبک بودن شاسی فنر نرم است و در حالت سنگین بودن مانند فنر سخت عمل می کند برای اندازگیری فشار موثر باد فنرها از رگلاتور تنظیم فشار استفاده می کنند رگلاتور روی شاسی بسته شده اهرم آن به محور خودرو وصل می شود با افزایش بار خودرو شاسی به طرف محور چرخ نزدیک می شود، در این حالت شیر هوای فشرده به کیسه باز می شود تا ارتفاع مجازی که رگلاتور را تنظیم کرده اند شاسی را بالا ببرد وقتی شاسی به اندازه ای لازم بالا رفت رگلاتور شیر را می بندد در هنگام خالی شدن باد خودرو شاسی از محور چرخ دور می شود در این اهرم شیر دیگری را باز کرده مقداری از هوای کیسه ی فنر را به خارج باز می کند.

کمک فنر ( Shock Absorber یا Damper ) خودرو :

در صورتی که خودرویی تنها مجهز به فنر باشد ، زمانی که باری اضافه بر روی فنرها اعمال شود یا وسیله نقلیه با یک دست انداز روبرو شود ، فنر با جمع شدن آنرا جذب می نماید ، اما زمانی که یک فنر جمع می شود ، مقداری انرژی در خود ذخیره می کند که برای تخلیه این انرژی ، فنر باز شده و انرژی وارده را به شکلی غیر قابل کنترل رها می سازد و از آنجائیکه فیزیک یک فنر با نوسان و ارتعاش آمیخته است پس از باز شدن دوباره جمع شده و سپس دوباره باز می شود ، و این حرکت تا زمان تخلیه کامل انرژی ادامه می یابد ، البته هر بار با فرکانسی کمتر از بار قبل . این سیکل باعث جدا شدن چرخ از سطح جاده ، خارج کردن کنترل خودرو از دست راننده و از بین بردن نرمی و راحتی سواری و ایجاد حالتی مشابه قایق سواری ، می گردد.

کمک‌فنر (به انگلیسی: Shock absorber) وسیله مکانیکی است که در نزدیکی هر چرخ نصب می شود تا نوسانات فنرها را کنترل یا میرا کند. یک سر کمک‌فنر به اتاق یا شاسی خودرو متصل می شود و سر دیگر آن به قطعه‌ای متحرک از سیستم تعلیق، مانند پوسته اکسل یا طبق متصل است. در این وضعیت حرکت فنر سبب افزایش و کاهش طول کمک‌فنر می شود.

هدف از بکارگیری کمک فنر میراکردن نوسانات فنر است. کمک‌فنر زیر بار وزن خودرو نیست و بر ارتقاء خودرو هم اثر نمی‌گذارد بعضی از کمک‌فنرها می‌توانند این کارکردها را نیز داشته باشند.

کمک فنری که در شرایط مناسب قرار داشته باشد به سیستم تعلیق اجازه می دهد تا نوسان به وجود آمده را به یک یا دو سیکل تقلیل داده ، حرکت بیش از حد را تعدیل نموده و وزن وارد بر چرخها را در حالت تعادل و چسبیده به جاده قرار دهد . با کنترل فنر و حرکات سیستم تعلیق ، اجزاء دیگر سیستم نظیر Tie Rod ها نیز در وضعیت درست خود فعالیت خواهند کرد و همین امر تنظیم چرخهارا نیز به صورت ثابت در حالت صحیح خود ، نگه می دارد.

کمک فنر در سیستم تعلیق موازی با فنر بسته می شود و مانند فنر نیروی محوری را جذب می کند در موقع جمع شدن کمک فنر به سهولت منقبض شده اما در موقع باز شدن کمک فنر مقاومت می نماید و با کندی باز می شود.

همانطور که قبلا ذکر شد ، بر خلاف تفکر عامه ، کمک فنر وزن خودرو را ساپورت نمی کند بلکه وظیفه اصلی آن کنترل نوسانات فنرها و حرکات سیستم تعلیق و نگه داشتن چرخ به صورت چسبیده به جاده می باشد . این کار با تبدیل انرژی جنبشی حاصل از نوسانات فنر و سیستم تعلیق و تبدیل آن به انرژی گرمایی ( حرارتی ) در کمک فنر انجام می گردد .

برای ورود به بحث نحوه عملکرد یک کمک فنر ، ابتدا به زبان ساده و بدور از جزئیات به بررسی اساس کار آن پرداخته و سپس به تشریح کلی و تحصصی عملکرد ، اجزا و انواع آن خواهیم پرداخت ؛ یک کمک فنر شامل پیستونی است که در سطح مقطعش سوراخهای ریزی ( این سوراخها را Orifice می نامند ) تعبیه شده و به یک میله فولادی ( Piston Rod ) متصل است ، این پیستون درون یک محفظه بسته ( تیوپ ) فلزی که حاوی یک سیال هیدرولیکی ( عموما روغن ) است ، حرکت می نماید . اطراف محل حرکت میله به داخل و خارج محفظه به وسیله یک کاسه نمد کاملا آب بندی شده و سیال تحت فشار ، امکان خروج از محفظه را دارا نیست .

وقتی کمک فنر فشرده می شود روغن از سوراخهای درشت تر سوپاپ آن جابجا می شود و لذا به سهولت تغییر مکان می دهد اما وقتی حالت انبساط آن فرامیرسد برگشت روغن به محل اولیه خود از مجاری کوچکتر میسر می گردد. در اثر برگشت روغن از مجاری کوچک نیروی اصطکاک روغن بالا رفته و انرژی مکانیکی به انرژی حرارتی تبدیل می گردد سپس گرما روغن در فضا پخش می گردد.

متداول ترین ارتعاش گیرها نوع تلسکوپی است که از دو سیلندر یک طرف بسته ساخته شده و قسمت بسته آن به پوسته محور چرخ متصل می شود طرف باز سیلندر به سمت بالا قرار داشته و در داخل ان یک پیستون با دسته پیستون حرکت می کند. دسته پیستون به شاسی بسته می شود البته سیلندر های نوع دو جداره هم بکاررفته است که در روی پیستون دو نوع سوپاپ وجود دارد نوع مجرا درشتان هنگام فشرده شدن و نوع مجرا ریز آن در موقع باز شدن در معبر روغن قرار می گیرد.
کمک فنرهای تلسکوپی یک لوله ای یا دو لوله ای می باشد که در نوع دو لوله ای روغن بین دو جداره و در نوع یک لوله ای روغن در طرفین پیستون جابجا می شود.

زمانی که نیرویی بر یک کمک فنر وارد شود ، کمک فنر به اصطلاح در سیکل فشرده شدن قرار گرفته و پیستون می خواهد به سمت پایین ، درون محفظه حرکت نماید ، اما از آنجا که سیال قابلیت فشرده شدن ندارد در مقابل این نیرو مقاومت می کند و چون برای رهایی از این فشار منفذی جز سوراخهای پیستون وجود ندارد ، برای دفع فشار وارده سیال از سوراخهای ریز درون پیستون عبور کرده و به پشت ( بالای )پیستون خواهد رفت ، این حرکت نیز بدلیل ریز بودن Orifice ها به کندی و با تولید حرارت انجام می گردد . همین کاهش سرعت جلوی نوسان فنر را گرفته و تعادل خودرو را برقرار می نماید . برای باز کردن کمک فنر فشرده شده ( سیکل بازشدن ) نیز عملیاتی مشابه سیکل فشرده شدن انجام می شود با این تفاوت که این بار سیال از بالای پیستون می خواهد به زیر پیستون منتقل شود .

میزان مقاومتی که یک کمک فنر از خود نشان می دهد بستگی به سرعت سیستم تعلیق ( دست اندازهای جاده ) همچنین تعداد و سایز Orifice ها دارد.

اما ساختمان کمک فنرهای امروزی تا حدی پیچیده تر از آن چیزی است که در بالا ذکر شد ، تقریبا تمامی کمک فنرهای مدرن امروزی از نوع حساس به سرعت ( Velocity Sensitive ) می باشند ، بدین معنا که در سرعتهای بالای سیستم تعلیق ( جاده های پر دست انداز ) ، کمک فنر مقاومت بیشتر و برعکس در سرعتهای پایین مقاومت کمتری از خود نشان می دهد که این امر نرمی و راحتی رانندگی را بسیار بیشتر می نماید . اما در سیستمی که در بالا بطور ساده بررسی شد یک مشکل بزرگ به چشم می خورد ؛ حجم سیال پایین پیستون ، در هنگامی که پیستون تا انتها بالا آمده ، با حجم سیال بالای پیستون در زمانی که پیستون تا انتها پایین رفته مساوی نیست ، دلیل آن هم وجود میله کمک فنر در بالای پیستون می باشد .

اما این مشکل نیز به روشهای مختلفی در انواع کمک فنرهای موجود حل شده است.

سیکل فشرده شدن ( Compression Cycle ) :

در هنگام فشرده شدن یا همان حرکت رو به پایین کمک فنر ، مقداری از سیال از طریق Orifice ها از قسمت B به قسمت A رفته و مقداری نیز از طریق سوپاپ فشردگی ( Compression Valve ) که در کف محفظه کمک فنر قرار دارد به تیوپ ذخیره ( Reserve Tube ) وارد می شود ، دلیل وجود تیوپ ذخیره اختلاف حجم دو قسمت A و B بدلیل وجود میله کمک فنر در قسمت B می باشد ، از اینرو مقدار سیالی که در قسمت B قرار دارد قابل جایگزینی در قسمت A کمک فنر نمی باشد . پس در اثر فشار وارده ، سوپاپ فشردگی باز شده و مقداری از سیال وارد تیوپ ذخیره که در گرداگرد محفظه اصلی و جدای از آن قرار دارد ، وارد می شود .

همانگونه که در ابتدا ذکر شد کمک فنرهای امروزی مجهز به سیستم حساس به سرعت می باشند ، این سیستم برای کنترل جریان سیال در سرعتهای محتلف سیستم تعلیق دارای قطعاتی اضافه در پیستون و سوپاپ فشردگی می باشد ، این قطعات ساده که شامل چند دیسک ( واشر ) ، یک فنر و ... می باشد باعث می شوند تا کمک فنر به نسبت سرعت ضربه اعمال شده در ۳ مرحله از خود واکنش نشان دهد ؛ اگر سرعت پایین باشد ، دیسکها در مقابل جریان روغن مقاومت می نماید ، این امر باعث عبور جریان آرامی به صورت نشتی از Orifice ها ، از قسمت B به قسمت A خواهد شد . در سرعتهای بیشتر ، فشار جریان روغن افزایش یافته پیستون را به سمت قسمت B فشار می دهد که باعث باز شدن اندک دیسکهای موجود در پیستون از روی کف پیستون می گردد و سیال با سرعت کم از درون Orifice ها عبور می کند ، اما در سرعتهای بسیار زیاد ، دیسکها تحت فشار وارده باز مانده و سیال نیز با سرعت زیاد از درون Orifice ها عبور می نماید ، اما همزمان با پیستون ، سوپاپ فشردگی موجود در محفظه نیز که عملکرد و ساختمانی مشابه با پیستون دارد ، در همان ۳ مرحله ، حجمی از سیال که قابل جایگیری در قسمت A نیست ( بدلیل وجود میله ) را تحت فشار وارده به تیوپ ذخیره در گرداگرد محفظه اصلی منتقل می نماید .

سیکل باز شدن ( Extension Cycle یا Rebound ) :

باز شدن یا کشش کمک فنر تحت نیروی پتانسیل ذخیره شده در فنر جمع شده ، انجام می گیرد و در اصل این فنر می باشد که با باز شدن خودش کمک فنر را نیز باز کرده و به حالت اولیه اش بر می گرداند . در این سیکل زمانیکه پیستون به سمت بالا کشیده می شود طی همان ۳ مرحله و بر حسب سرعت حرکت سیستم تعلیق ، سیال موجود در قسمت A از طریق Orifice ها به قسمت B منتقل شده و از آنجا که مقدار سیال موجود در قسمت A برای جایگزینی در قسمت B ناکافی است باید مقدار سیالی که در سیکل فشردگی در تیوپ ذخیره ،‌ جمع آوری شده ، وارد عمل شود . از آنجاییکه در این زمان فشار سیال موجود در تیوپ ذخیره بالاتر از فشار سیال موجود در قسمت B می باشد ، باعث باز نمودن سوپاپ فشردگی در کف کمک فنر می گردد و در پی آن سیال از تیوپ ذحیره جریان یافته و وارد قسمت B می گردد تا این قسمت را بطور کامل پر نماید ( باز شدن سوپاپ در این مرحله نیز حساس به سرعت و ۳ مرحله ای است ).

کمک فنرهای مختلف ساختارها و مکانیزم های مختلفی دارند که در این مقاله به بررسی 6 نوع کمک فنر می پردازیم:

کمک فنر روغنی (هیدرولیکی): Hydraulic Shock Absorber

در این نوع از کمک فنرها، یک سیلندر پر از روغن وجود دارد که یک پیستون داخل آن در حرکت است. پس از اعمال نیرو به پیستون، روغن از سوراخ هایی که روی پیستون محدود است، در هنگام حرکت پیستون مقاومت زیادی وجود دارد در نتیجه پیستون به آهستگی حرکت خواهد کرد و نوسانات را از بین می برد.

هر چه تعداد سوراخ های پیستون کمتر و اندازه ی آن ها کوچکتر باشد، ضریب میرایی کمک فنر بیشتر خواهد بود و بر عکس هر چه تعداد سوراخ ها بیشتر و سایز آن ها بزرگتر باشد، ضریب میرایی کمک فنر کمتر است.

کمک فنر تلسکوپی: Telescopic Shock Absorber

این کمک فنر مدل خاصی از کمک فنرهای روغنی است، در هنگام خروج روغن از پیستون، روغن از سوراخ های بزرگتری خارج می شود و در این هنگام مقاومت کمتر است ولی موقع بازشدن کمک فنر روغن باید از سوراخ های کوچکتری عبور کند، پس با مقاومت بیشتری مواجه هستیم. در این نوع کمک فنر، جمع شدن به آسانی انجام می شود تا ضربه در همان ابتدا خوب جذب می شود ولی هنگام بازشدن از خود مقاومت زیادی نشان می دهند تا نوسانات را از بین ببرد.

این کمک فنرها از دو یا سه لوله هم محور تشکیل شده است.اگر کمک فنر سه لوله ای باشد خارجی ترین لوله گردگیر است طرز کار این کمک فنر در موقع باز شدن به این صورت می باشد که روغن داخل محفظه بالای پیستون به طرف پایین و به داخل محفظه زیر پیستون رانده می شود روغن پس از عبور از گذرگاه های نگهدارنده سوپاپ برگشت از میان دیسک سوپاپ برگشت با فشار خارج شده و از میان کلیه سوراخ های پیستون عبور می کند در طی کورس باز شدن روغنی که در محفظه بالای پیستون تحت فشار قرار گرفته به محفظه زیر پیستون جریان می یابد این عمل برای جبران حجم جابجا شده میل پیستون است زمانی که میل کمک فنر به بالا کشیده می شود فنر سوپاپ مکش در مجموعه سوپاپ فشاری به واسطه عبور روغن بلند شده به طوری که سوپاپ دیسکس فشاری و سوپاپ نگهدارنده اجازه عبور روغن را می دهد در ضمن مرحله جمع شدن کمک فنر عکس مرحله باز شدن می باشد.

کمک فنر هیدرو استاتیکی:Hydrostatic Shock Absorber

در کمک فنرهای روغنی، ممکن است وقتی روغن با سرعت از سوراخ ها عبور می کند، هوا بگیرد و کف کند. برای از بین بردن این مشکل، درون محفظه سیلندر معمولاً گاز نیتروژن فشرده وارد می کنند. این گاز معمولاً در کیسه لاستیکی قرار می گیرد تا با روغن ترکیب نشود.

کمک فنر بادی - گازی :Air Shock Absorber

در کمک فنر بادی، محفظه هوای فشرده آب بندی شده وجود دارد که هوای فشرده ی آن توسط یک کمپرسور تأمین می شود. برای کنترل فشار هوای داخل سیلندر، سوپاپ های کنترل ورودی و خروجی هوا وجود دارد.

بزرگترین امتیاز کمک فنر گازی نسبت به کمک فنر هیدرولیکی در انتقال سریع حرارت می باشد چون لوله خارجی ان در تماس مستقیم با هوا است لذا انتقال حرارت سریع تر انجام میشود این نوع کمک فنر ها در درجه حرارتی بیش از 200 درجه سانتی گراد به خوبی کار می کند معمولا طراحی ان ها از یک یا دو لوله هم محور ساخته شده و کاربرد وسیعی در صنایع خودرو سازی دارند برای مثال در صندوق عقب بعضی از خودروهاسواری و اتوبوس ها و حتی تخت خوابهای بیمارستان و صندلیهای دندان پزشکی کاربرد دارد در ضمن در درون کمک فنراز گاز تنها استفاده نشده بلکه از گاز و روغن استفاده شده که این روغن و گاز در دو محفظه جدا از هم قرار دارند و هر یک وظیفه خاص خود را در موقع جمع شدن و باز شدن کمک فنرانجام می دهد.

کمک فنرهای قابل تنظیم: Adjustable Shock Absorber

ضریب میرایی این کمک فنرها، قابل تنظیم است. امکان تغییر ضریب میرایی و ثابت فنر وجود دارد تا متناسب با شرایط، واکنش از خود نشان دهد. به عنوان مثال، وقتی خودرو با سرعت زیاد از روی دست انداز عبور می کند، ضربه ای شدید در زمان کوتاه به سیستم تعلیق وارد می شود، در این حالت باید کمک فنرها نرم تر کار کنند در حالی که اگر خودرو آهسته از همین دست انداز عبور کند، باید کمک فنر سفت تر باشد.

در این کمک فنر ها سنسورهایی وجود دارد که شرایط حرکت خودرو مانند سرعت، شتاب و نیروهای وارده را دریافت کرده و پس از پردازش این اطلاعات، باز و بسته شدن سوپاپ های ورودی و خروجی را کنترل می گیرد. از این طریق، ورود و خروج مقدار روغن و یا هوا، میزان سختی کمک فنرها، متناسب با شرایط تنظیم می شود.

کمک فنر اهرمی: Lever Shock Absorber

در این مدل، نیرو توسط یک اهرم به داخل سیلندر منتقل می شود. در این حالت پیستون ها به یک سمت و روغن در جهت مخالف جریان می یابد. وقتی فنر جمع شود، روغن از درون مجراهای درشت عبور کرد هنگام باز شدن فنر، روغن از مجراهای ریز عبور می کند. این موضوع در کمک فنر، ایجاد حالت مقاومت در برابر حرکت کرده و باعث از بین رفتن نوسانات می شود.

انواع کمک فنرها:

دو تیوپه
تک تیوپه
با مخزن بیرونی

کمک فنر دو تیوپه :

در این مدل از کمک فنر ، که همان نوع بررسی شده در بالاست ، یک تیوپ اصلی وجود دارد که پیستون در آن حرکت می نماید و تیوپ دوم که تیوپ ذخیره نام دارد ، در گرداگرد تیوپ اصلی قرار گرفته تا سیال مازاد را در خود جای دهد .
کمک های دو تیوپه انواع متنوعی دارند ، که برخی از لحاظ تکنولوژی منحصر به یک یا چند کارخانه بوده و دارای قیمتهای بالا و کارآییهای خاصی نیز می باشند ، اما انواع متداول آن به شرح زیر می باشند :

کمک فنر دو تیوپه گازی :

گسترش کمک فنرهای گازی باعث ایجاد برتری عمده ای در رانندگی با خودروهای مجهز به این نوع کمک فنر گردیده . این نوع از کمک فنر به مشکلات موجود در کنترل و هدایت خودروهایی که مجهز به شاسی و بدنه یکپارچه هستند یا فاصله چرخهایشان کم است یا نیاز به فشار بالای باد تایرها دارند ، خاتمه بخشیده . این کار تنها با افزودن مقداری گاز نیتروژن با فشار کم در تیوپ ذخیره انجام می گیرد . این در حالی است که تصور عامه بر این است که در کمک های گازی تنها از نوعی گاز استفاده می شود و از روغن خبری نیست . اما چنین نیست ، در این نوع کمک فنر ، گاز ( نیتروژن ) تنها حجم بسیار کمی از حجم مواد موجود در کمک را شامل می شود . فشار نیتروژن درون تیوپ ذخیره نیز ما بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ psi می باشد .
یکی دیگر از محاسن نیتروژن جلوگیری از ایجاد کف در کمک فنر است ، این کف ( Foam ) که حاصل ترکیب شدن روغن با هوا ( در کمک فنرهای دو تیوپه هیدرولیکی بجای نیتروژن ، هوا وجود دارد ) است ، قابل فشرده شدن می باشد ، از اینرو باعث اخلال در کار کمک شده و نرمی و راحتی رانندگی را از بین می برد همچنین واکنشهای کمک فنر را با تاخیر مواجه می کند . اما در انواع گازی ، نیتروژن تحت فشار قابلیت ترکیب شدن با روغن را دارا نیست . در صورتی هم که مقادیر کمی هوا در پروسه تولید یا در حین کارکرد کمک وارد آن شده باشد ، بدلیل وجود فشار نیتروژن تنها به صورت حباب در روغن پخش می شود .
دیگر مزیت کمک فنرهای گازی ، بازگشت جزئی آنها پس از فشرده شدن است ، این امر که بدلیل بیشتر بودن سطح مقطع زیر پیستون نسبت به سطح بالای پیستون ( بدلیل وجود میله )‌ و وجود فشار بالای نیتروژن وارد بر سطح بزرگتر ( زیر پیستون ) اتفاق می افتد ، باعث بالا رفتن ضریب فنر شده ، و تا حدی از پایین رفتن سر خودرو هنگام ترمز گیری ، پایین رفتن عقب خودرو در هنگام شتاب گیری و چپ شدن و انحراف خودرو جلوگیری می نماید.

کمک فنر دو تیوپه هیدرولیکی :

عینا مشابه نوع گازی می باشند ، با این تفاوت که در آنها بجای نیتروژن تحت فشار کم ، از هوا در فشار معولی استفاده می شود ، که مشکلاتی نظیر ایجاد کف در آنها اجتناب ناپذیر است ( نوع هیدرولیکی ، نسل اول کمک فنرهای دو تیوپه محسوب می شوند ، که همینک جای خود را به انواع گازی سپرده اند ) .

کمک فنر دو تیوپه Foam Cell :

در این نوع بجای اینکه اجازه داده شود گاز نیتروژن در تماس با سیال هیدرولیکی ( روغن ) قرار گیرد ، سلولهایی از نیتروژن اشباع شده بکار می رود ، این نوع نیز همانند نوع گازی ، از ایجاد کف هوا و روغن جلوگیری می نماید ، اما در صورتی که در دماهای بسیار بالا قرار گیرد ( کارکرد در جاده های با دست انداز بسیار زیاد در مدت زیاد ) پس از سرد شدن دیگر کیفیت اولیه خود را باز نخواهد یافت .
یکی از اشکالات کمک های دو تیوپه ، نداشتن قابلیت نصب شدن به صورت زاویه دار و یا سر و ته می باشد ، این امر باعث می شود ، در مواردی که سازنده با کمبود جا مواجه است امکان استفاده از این نوع کمک را نداشته باشد ، دیگر اشکال کمک های دو تیوپه نیز دفع نشدن کافی گرما به خارج می باشد ، چرا که تیوپ ذخیره مانعی بر سر خروج گرمای تولیدی در پیستون بوده و گرما نیز باعث کاهش ویسکوزیته روغن می گردد ، که این امر کارآیی کمک فنر را کاهش می دهد ( این مشکل در نوع گازی کمتر بوجود می آید ) . کمک های دو تیوپه در اکثر خودروهای سواری ، وانتها ، SUV ها و کامیونهای سبک بکار می رود .

کمک فنر تک تیوپه :

در این نوع از کمک فنر همانطور که از نامش پیداست ، تیوپ ذخیره وجود ندارد ، در درون تیوپ اصلی ۲ پیستون وجود دارد ؛ پیستون متحرک و پیستون جدا کننده ( معلق ) ، پیستون متحرک که به میله کمک فنر متصل است دقیقا مشابه انواع دو تیوپه عمل می نماید ،‌اختلاف اصلی اینجاست که در این نوع از سوپاپ فشردگی خبری نیست و بجای آن یک پیستون جدا کننده ، محفظه حاوی روغن را از محفظه گاز جدا می نماید ، محفظه زیرین حاوی گاز با فشار ۳۶۰ psi می باشد . در حین کارکرد در سیکل بازشدن ، هنگامی که فشاری بر پیستون متحرک وارد نشود بر اثر فشار نیتروپن زیرین ، بالا آمده و فضای خالی را پر می نماید ، در سیکل فشرده شدن نیز تحت فشار ، پیستون پایین می رود تا کمک تا انتها فشرده شود .
این نوع کمک فنر قابلیت نصب در تمامی حالتها را داراست ، همچنین بدلیل فشار بالای نیتروژن ، بر خلاف دیگر انواع کمک فنر قابلیت ساپورت مقدار کمی از وزن خودرو را نیز دارد . در این نوع بدلیل نبود تیوپ ذخیره مشکل دفع حرارت تولیدی نیز وجود ندارد ، در صورت بروز گرما نیز نه تنها کارآیی آن کاهش نمی یابد بلکه در پی افزایش فشار نیتروژن ( در اثر گرما ) بهبود نیز می یابد . همچنین بدلیل نبود تماس بین روغن و گاز یا هوا مشکل تشکیل کف نیز وجود ندارد ، اما عیب این نوع کمک فنر آسیب پذیری آن است چرا که بدلیل نبود تیوپ ذخیره ، در صورت برخورد شیئی خارجی با پوسته کمک و ایجاد فرورفتگی ، پیستون از حرکت باز می ماند . این نوع کمک فنر در بسیاری از خودروهای سواری ، وانتها ، SUV ها و کامیونهای سبک استفاده می شود ، اما قیمت بالاتری نسبت به انواع تک تیوپه دارد .

کمک فنر با مخزن بیرونی :

این نوع که بهترین نوع کمک فنر محسوب می شود ، برای کارهای برجسته ای چون مسابقات اتومبیلرانی و موتورسیکلت رانی بکار می رود و قیمت بالایی نیز دارد . در این نوع ، از یک کمک فنر تک تیوپه سبک و کوچک استفاده می شود که بوسیله یک لوله به مخزنی که در قسمتی جدای از کمک فنر واقع شده و حاوی سیال و گاز می باشد وصل می شود ، درون مخزن یک پیستون جداکننده و یک سوپاپ فشردگی قرار دارد ، از اینرو می توان این نوع را ترکیبی از دو نوع قبلی یعنی دو تیوپه و تک تیوپه دانست .
اشغال فضای کمتر در پشت چرخ ، بدلیل پرتابل بودن مخزن دوم ( در برخی موارد به تیوپ اصلی چسبانده شده ، اما در اکثر موارد جدا می باشد ) ، خنک شدن بهتر و قابل تنظیم بودن ، از مزایای این نوع کمک فنرها محسوب می شود .

عیب یابی کمک فنرها :

جالب است بدانید ایرادهای احتمالی کمک فنرها برخی قطعات دیگر از قبیل فنر تعلیق، جعبه فرمان، دیفرانسیل، لاستیک چرخ ها، بلبرینگ چرخ ها، بوش های لاستیکی سیستم تعلیق، گیربکس، سیستم تعلیق و مجموعه سیبک های فرمان خودرو را تحت تاثیر قرار می دهد و سبب فرسودگی آنها می شود. از همین رو و با توجه به اهمیت بالای این قطعه از خودرو، نکات زیر شایسته تدقیق و توجه است:

1ـ اگر کمک فنر نشتی دارد، یعنی روغن به شکل مشهود از آن چکه می کند، باید تعویض شود.
2ـ بالا و پایین رفتن خودرو ـ بخصوص در جاده های ناهموار ـ یا شیرجه رفتن خودرو در ترمزهای شدید، ممکن است به دلیل خرابی کمک فنرها باشد.
3ـ اگر سر پیچ، خودرو بیش از حد بپیچد به نحوی که راننده احساس کند کنترل خودرو دشوار شده است، ممکن است کمک فنر خراب باشد.
4ـ بالاپایین رفتن یا به اصطلاح رقصیدن چرخ ها روی جاده ممکن است منتج از عملکرد ناصحیح کمک فنرهای خودرو باشد.
5ـ اگر بوش های محل نصب کمک فنر ترک خورده یا تغییر شکل داده باشد، نوعی سرو صدا در سیستم تعلیق بخصوص موقع شتاب گرفتن، ترمز کردن یا عبور از ناهمواری های سطح جاده ایجاد می شود و به همین دلیل هرچه زودتر باید نسبت به تعویض بوش ها اقدام شود، در غیر این صورت ایمنی خودرو بشدت کاهش پیدا می کند.
6ـ بار کردن خودرو بیش از ظرفیت آن عامل مهمی در ضعیف شدن سیستم تعلیق از جمله کمک فنرها می شود و این فرآیند بخصوص در زمان حرکت خودرو در ناهمواری ها بیشتر تشدید می شود. ضمن این که اگر سرعت متناسب با جاده و بار نباشد ممکن است اتفاقات بدتری مثل شکسته شدن اتصالات در انتظارتان باشد.
7ـ اگر خودروی شما به یک سمت کشیده می شود احتمالا سیستم تعلیق شامل تایرها، فنرها و کمک فنرهاست ایراد دارد و باید توسط افراد مجرب مورد بازدید قرار گیرد.
8ـ تایرهای فرسوده و جویده شده نشانگر عیب در سیستم تعلیق بخصوص در کمک فنرهاست و حتما باید به آن حساسیت نشان داد.

منابع :
دانش خودرو
خودروها
1car
تبیان
یادبگیر
خودرو.net
ویکیپدیا