طراحی صنعتی چیست؟

در زمانهای قدیم ، حتی در سالهای قبل از میلاد برای نشان دادن و معرفی کردن قطعات و وسایل صنعتی از نقشه هائی استفاده می کرده اند که بطور کامل گویا نبوده و از قواعدی که همگان آن را درک کنند بهره ای نداشته است و در موقع نقشه خوانی با مشکلاتی روبرو می شدند.

تا اینکه آقای لئونار داوینچی نقاش و مجسمه ساز ایتالیائی (۱۵۱۶ - ۱۴۵۹ ) طراحی را ارائه نمود و طبق قواعدی جسم سه بعدی را روی صفحه دو بعدی با رسم تصاویر نشان می داد که در این حال نقشه ها گویا تر و قابل فهم تر بود.

سپس دانشمندان و ریاضیدانان اروپایی فعالیت او را دنبال کردند تا اینکه گاسپار مانژ اهل فرانسه در سال ۱۷۹۸ هندسه ترسیمی را معرفی نمود و این علم پایه و ریشه طراحی سازه های صنعتی (نقشه کشی صنعتی) شد و امروزه از همان اصول استفاده می گردد.

با توجه به ضرورت نقشه کشی و نقشه خوانی مجموعه قواعد و اصولی را استاندارد بین المللی معرفی نموده تا با در نظر گرفتن آن یک نقشه در تمام جهان دارا ی یک معنی باشد یا به عبارت دیگر یک نقشه فقط یک قطعه یا یک جسم را در تمام جهان معرفی کند.

در حقیقت می توان اصول نقشه کشی را زبان بین المللی صنعت نامیدکه فراگیری آن برای دانشجویان رشته های فنی و مهندسی لازم و ضروری می باشد.

از جمله کتابهایی که می توان از آنها برای طراحی های سازه های صنعتی بهره گرفت کتاب مرجع گوگولف یا کتابهای نقشه کشی صنعتی مهندس محمود مرجانی که خود یکی از برترین نقشه کشهای ایران است که در نوشته های بعدی بیشتر از ایشان صحبت خواهم کرد در ادامه و سرفصل های بعدی از وسایل طراحی ـ لوازم نقشه کشی و همچنین سرفصل های نقشه کشی از جمله تصاویر دو بعدی و سه بعد یـ انواع اجسام ـ انواع پرسپکتیو ها و غیره صحبت خواهم کرد .

ک دستگاه یا وسیله ای که در مکانیزم ماشین بکار گرفته می شود از قطعات مختلفی تشکیل شده است که بی شک آن قطعات به نحوی با یکدیگر مرتبط هستند تا بتوانند کار مورد نظر را انجام دهند.

برای هر دستگاه یک نقشه تر کیبی به صورت تصویر معرفی میشود که سازنده وسیله مستقیما نمی تواند از روی آن کار ساخت را شروع نماید بنا بر این ضروری است ابتدا نقشه تفکیکی قطعات تهیه گردد تا پس از ساخت قطعات مختلف بر روی یکدیگر سوار شوند.

برای اینکه این قطعات به خوبی مونتاژ شوند و دستگاه بتواند کار خود را به خوبی انجام دهد لازم است جنس قطعه -نوع صافی سطوح -نوع انطباق قطعات در گیر با هم و مقدار تلرانس آنها روی نقشه مشخص گردد تا سازنده دقت لازم را در هنگام ساخت به کار گیرد.

از نوشته های ذکر شده میتوان به خوبی در یافت که ترسیم سازه های صنعتی(نقشه کشی صنعتی)چه نقش حیاتی در صنعت و پیش برد آن به سوی ترقی دارد.

اگر در اجتماع و در زمینه فرهنگی نقش مسوولان تربیتی مهم است اگر در نظم عمومی نقش پلیس و نیروی انتظامی حائز اهمیت است و اگر های دیگر در صنعت نیز نقش یک طراح (Drafter) بسیار اهمیت دارد.

طراح علاوه بر آشنایی کامل به حرفه خود باید به فنون مرتبط با مکانیک قطعات از جمله:

طراحی قالب و ریخته گری و متالوژی مواد و تراشکاری و .... آشنا باشد.

علاوه بر این باید به فن اندازه گیری دقیق و کار با وسایل مختلفی که دراین زمینه وجود دارد و طراحی جیگ و فیکسچر ها(Jig and Fixtures) آشنا باشد.

در مجموع او یک همه فن حریف در زمینه علم مکانیک باشد.

طراح با نگاه به یک نقشه باید به نوع قطعه-مورد استفاده و جنس آن پی ببرد او بایتا اینکه آقای لئونار داوینچی نقاش و مجسمه ساز ایتالیائی (۱۵۱۶ - ۱۴۵۹ ) طراحی را ارائه نمود و طبق قواعدی جسم سه بعدی را روی صفحه دو بعدی با رسم تصاویر نشان می داد که در این حال نقشه ها گویا تر و قابل فهم تر بود.

سپس دانشمندان و ریاضیدانان اروپایی فعالیت او را دنبال کردند تا اینکه گاسپار مانژ اهل فرانسه در سال ۱۷۹۸ هندسه ترسیمی را معرفی نمود و این علم پایه و ریشه طراحی سازه های صنعتی (نقشه کشی صنعتی) شد و امروزه از همان اصول استفاده می گردد.

با توجه به ضرورت نقشه کشی و نقشه خوانی مجموعه قواعد و اصولی را استاندارد بین المللی معرفی نموده تا با در نظر گرفتن آن یک نقشه در تمام جهان دارا ی یک معنی باشد یا به عبارت دیگر یک نقشه فقط یک قطعه یا یک جسم را در تمام جهان معرفی کند.

در حقیقت می توان اصول نقشه کشی را زبان بین المللی صنعت نامیدکه فراگیری آن برای دانشجویان رشته های فنی و مهندسی لازم و ضروری می باشد.

از جمله کتابهایی که می توان از آنها برای طراحی های سازه های صنعتی بهره گرفت کتاب مرجع گوگولف یا کتابهای نقشه کشی صنعتی مهندس محمود مرجانی که خود یکی از برترین نقشه کشهای ایران است که در نوشته های بعدی بیشتر از ایشان صحبت خواهم کرد در ادامه و سرفصل های بعدی از وسایل طراحی ـ لوازم نقشه کشی و همچنین سرفصل های نقشه کشی از جمله تصاویر دو بعدی و سه بعد یـ انواع اجسام ـ انواع پرسپکتیو ها و غیره صحبت خواهم کرد .

ک دستگاه یا وسیله ای که در مکانیزم ماشین بکار گرفته می شود از قطعات مختلفی تشکیل شده است که بی شک آن قطعات به نحوی با یکدیگر مرتبط هستند تا بتوانند کار مورد نظر را انجام دهند.

برای هر دستگاه یک نقشه تر کیبی به صورت تصویر معرفی میشود که سازنده وسیله مستقیما نمی تواند از روی آن کار ساخت را شروع نماید بنا بر این ضروری است ابتدا نقشه تفکیکی قطعات تهیه گردد تا پس از ساخت قطعات مختلف بر روی یکدیگر سوار شوند.

برای اینکه این قطعات به خوبی مونتاژ شوند و دستگاه بتواند کار خود را به خوبی انجام دهد لازم است جنس قطعه -نوع صافی سطوح -نوع انطباق قطعات در گیر با هم و مقدار تلرانس آنها روی نقشه مشخص گردد تا سازنده دقت لازم را در هنگام ساخت به کار گیرد.

از نوشته های ذکر شده میتوان به خوبی در یافت که ترسیم سازه های صنعتی(نقشه کشی صنعتی)چه نقش حیاتی در صنعت و پیش برد آن به سوی ترقی دارد.

اگر در اجتماع و در زمینه فرهنگی نقش مسوولان تربیتی مهم است اگر در نظم عمومی نقش پلیس و نیروی انتظامی حائز اهمیت است و اگر های دیگر در صنعت نیز نقش یک طراح (Drafter) بسیار اهمیت دارد.

طراح علاوه بر آشنایی کامل به حرفه خود باید به فنون مرتبط با مکانیک قطعات از جمله:

طراحی قالب و ریخته گری و متالوژی مواد و تراشکاری و .... آشنا باشد.

علاوه بر این باید به فن اندازه گیری دقیق و کار با وسایل مختلفی که دراین زمینه وجود دارد و طراحی جیگ و فیکسچر ها(Jig and Fixtures) آشنا باشد.

در مجموع او یک همه فن حریف در زمینه علم مکانیک باشد.

طراح با نگاه به یک نقشه باید به نوع قطعه-مورد استفاده و جنس آن پی ببرد او باید یک نقشه خوان تمام عیار باشد چون طراحان و نقشه کشان با نقشه خود با یکدیگر صحبت می کنند.

آنالیز مـودال

مطالعه دینامیک سازه ها برای ارزیابی هر محصول مهندسی ضروری است. در بورد مدار چاپی یا پل معلق، رایانه یا لانچر ماهواره و ... پاسخ دینامیکی نقش اساسی را در کارکرد قابل قبول ایفا می‌کند. گفتنی است طراحی سازه های پیچیده مکانیکی، هوایی و سازه‌ای به گونه ایست که علاوه بر مقاومت بالا، بایستی دارای وزن کم و قابلیت انعطاف زیاد باشند، چراکه وجود اثرات اینرسیال پیش بینی نشده در سازه های فضایی، مانند آنتن های ماهواره‌ای، باعث ناپایداری دینامیکی سازه در حین عملکرد آنها خواهد شد لذا با اعمال آنالیز مودال به صورت تئوری و تجربی در مورد سامانه مورد نظر وکاهش وزنی در حدود چند گرم از آن اثراتی بسیار چشمگیر و حائز اهمیت بر روی عملکرد کل سامانه خواهد داشت. این نیازهای جدی در طراحی سازه های جدید، پتانسیل بروز ارتعاشات ناخواسته را در این سازه ها افزایش می دهد. 

مکانیزم گیربکس AL4

این گیربکس با مشارکت شرکت رنو طراحی شده است. گیربکس عرضی AL4 دارای چهار دنده جلو می باشد و برای جای گزینی گیربکس 4hp20 در نظر گرفته شده است. تعویض دنده و قفل شدن مبدل گشتاور به صورت الکترو هیدرولیک توسط کنترل الکترونیکی انجام می گیرد. در این گیربکس دو برنامه ویژه نیز عرضه شده است : وضعیت اسپورت و وضعیت زمستانی. در شرایط خاص ، بوسیله یک کلید ، خودرو در دنده یک قرار می گیرد.
ساختمان گیربکس AL4 شامل پنج قسمت اصلی می باشد:
١- مبدل گشتاور.
٢- پمپ روغن.
٣- مکانیزمی که بوسیله واحد هیدرولیک فعال می شود.
٤- دیفرانسیل معمولی.
٥- چرخ دنده کاهنده که رابط گیربکس و دیفرانسیل است.
مبدل گشتاور جای کلاچ را گرفته است و وظیفه آن افزایش تدریجی گشتاور در آغاز حرکت است. و از طریق ارتباط هیدرولیک ، حرکت موتور را به گیربکس منتقل می کند. عملکرد آن بر اساس هیدرودینامیک مایعات می باشد. مبدل گشتاور با روغن تحت فشار پر شده و شامل قسمت های زیر می باشد :
١- پمپ ، که بوسیله موتور به حرکت در می آید.
٢- توربین ، که در مقابل پمپ قرار گرفته است.
٣- استاتور ، که آزادانه می گردد.
هنگام آغاز حرکت ، پمپ باعث ایجاد حرکت دورانی در روغن می شود و روغن تحت اثر نیروی گریز از مرکز ، وارد شیارهای توربین شده که هنوز ساکن است. در این حالت ، جریان روغن بر خلاف جهت حرکت پمپ است. استاتور که آزادانه می گردد ، جریان روغن را هدایت می کند. در آغاز حرکت ، پمپ روغن را به سمت شیارهای توربین می فرستد. استاتور ثابت مانده و جریان روغن را در جهت چرخش پمپ قرار می دهد. این مرحله ، مرحله تبدیل نامیده می شود. توربین شتاب گرفته و جهت چرخش روغن عوض می شود. وقتی سرعت توربین به سرعت پمپ برسد ، استاتور شروع به چرخش می کند تا مانع جریان روغن نشود. این مرحله ، مرحله کوپلینگ نامیده می شود. با این حال هنوز بین پمپ و توربین کمی لغزندگی وجود دارد. برای جلوگیری از لغزش ، یک پانچ به کار می رود که از خارج کنترل می گردد و باعث می شود این دو قطعه با هم حرکت کنند. این مرحله ، مرحله قفل شدن (Lock up) نامیده می شود.
پمپ روغن در پشت مبدل گشتاور قرار گرفته و مدار هیدرولیک را تغذیه می کند. این پمپ چرخشی حرکت خود را از طریق پروانه مبدل گشتاور ، از موتور دریافت می کند. روغن از یک ***** می گذرد و بوسیله یک تعویض کننده گرمای آب روغن ، خنک می شود. ECU جریان روغن را در تعویض کننده گرما بوسیله یک شیر الکتریکی کنترل می کند. کنترل جریان روغن در این مرحله به دمای آن بستگی دارد. مدار به یک شیر ترمو استاتیک مجهز شده است که در هوای سرد ، جریان اضافی روغن را از مدار خارج می کند.
قلب گیربکس AL4 ، مکانیزم آن است. این مکانیزم شامل دو زنجیرهء چرخ دنده است. که به شکل سیاره ای حرکت می کنند و با هم در گیر هستند. دو عدد کلاچ برای انتخاب یک یا چند عضو از زنجیره به کار می روند. کلاچ ها از نوع چند صفحه ای هستند که توسط یک پیستون هیدرولیک و فنر برگشت ، کار می کنند. سه عدد ترمز برای متوقف کردن اعضای مختلف زنجیره به کار می روند. یکی از ترمزها از نوع چند صفحه ای است که دیسک های خارجی آن در پوسته گیربکس تعبیه شده اند. دو ترمز دیگر از نوع نواری می باشند. این ترمز ها دارای یک پین ثابت در یک سمت و یک پین متحرک در سمت دیگر می باشند که به یک پیستون متصل می شود. و این پیستون توسط واحد هیدرولیک به حرکت در می آید. از آنجا که روش تکنیکی به کار رفته در این سیستم باعث کاهش چشمگیر گشتاور مخالف می شود ، مصرف سوخت خودرو نیز کاهش می یابد.
واحد هیدرولیک ، توزیع روغن در ترمزها و کلاچ های مختلف را کنترل می کند. واحد هیدرولیک اصلی دارای تعدادی شیر کشویی است که برای باز و بسته کردن مسیرهای عبور روغن به کار می روند. شیرهای کشویی را می توان به طرق مختلف فعال نمود.
١- به صورت دستی توسط اهرم انتخاب دنده .
٢- به صورت هیدرولیک به منظور کنترل سیستم
٣- به صورت الکتروهیدرولیک .
واحد هیدرولیک دارای هشت شیر کشویی می باشد که بوسیله ECU کنترل می شوند. واحد هیدرولیک فرعی نیز دارای سه شیر کشویی می باشد که برای قفل کردن مبدل گشتاور به کار می روند خروجی این مکانیزم از طریق چرخ دنده کاهنده منتقل می شود. این بخش شامل دو چرخ دنده است که رابط میان گیربکس و دیفرانسیل هستند. دنده پارک که بر روی شفت نصب شده است ، با قفل کردن سیستم انتقال قدرت ، به صورت مکانیکی از حرکت خودرو جلوگیری می کند. این عمل توسط قطعه ای انجام می شود که مستقیما ً به اهرم انتخاب دنده متصل شده است.
عملکرد :
تعویض دنده توسط یک واحد الکترونیکی انجام می شود. به منظور کنترل
شیرها و رگلاتورهای واحد هیدرولیک ، کامپیوتر از سنسورهای مختلف پیام هایی دریافت می کند:
١- پتانسیومتر دریچه گاز ( برای وضعیت شتاب گیری ).
٢- سنسور دور موتور.
٣- سنسور سرعت توربین که در واقع سرعت ورودی به گیربکس را نشان می دهد.
٤- سنسور سرعت خودرو که در مقابل دنده پارک نصب شده است.
٥- سنسور دمای روغن.
٦- کنتاکتور چند منظوره که وضعیت اهرم انتخاب دنده را نشان می دهد.

٧- کلید ترمز ( زمان استفاده از ترمز ها را به کامپیوتر اطلاع می دهد ).
دو پیام اصلی برای تعویض دنده به کار می رود : وضعیت دریچه گاز و سرعت خودرو. کامپیوتر یک شیر الکتریکی را به کار می اندازد که فشاری بین ٠ تا ٣ بار ایجاد می نماید. این شیر ، یک رگلاتور را کنترل نموده که فشاری بین ٣ تا ٢١ بار تولید می کند و اصطلاحاً فشار خط گفته می شود. این فشار به طور مرتب توسط یک سنسور کنترل می شود. از طریق شیرهای کشویی که توسط شیرهای الکتریکی فعال می شوند ، این فشار به ترمزها و کلاچ ها منتقل می شود.برای تعویض دنده نرم و یکنواخت در حین رانندگی ، از یک دمپر استفاده شده تا از افزایش تدریجی فشار ، اطمینان حاصل شود.
عملکرد قفل مبدل گشتاور نیز توسط کامپیوتر منترل می شود. کامپیوتر یک شیر را که فشار بین ٠ تا ٣ بار دارد ، فعال می کند. قفل شدن مبدل گشتاور بوسیله دو شیر در واحد هیدرولیک فرعی کنترل می شود. علاوه بر این در زمان شروع حرکت خودرو ، یک رگلاتور ، فشار را در کلاچ مربوط به دنده یک کنترل می کند. این عمل باعث می شود آغاز حرکت خودرو به نرمی انجام شود.
در این گیربکس سه وضعیت رانندگی عرضه شده است:
١- وضعیت عادی که به طور خودکار با روشن شدن موتور انتخاب می شود. در این وضعیت ، کامپیوتر به ٩ حالت تعویض دنده خودکار دسترسی دارد. از کم مصرف ترین تا پر سرعت ترین. سیستم الکترونیکی مناسب ترین حالت را با توجه به شرایط جاده و نحوه رانندگی ، انتخاب می کند.
وضعیت رانندگی را می توان با استفاده از سه کلید انتخاب نمود ؛ که روی کنترل مرکزی قرار دارد.
٢- وضعیت اسپورت ، پر سرعت ترین حالت را اعمال می کند و بدون توجه به مصرف بالای سوخت ، از کارکرد موتور به بهترین نحو استفاده می کند.
٣- وضعیت زمستانی ، که در هنگام لغزنده بودن سطح جاده استفاده می شود ، باعث کاهش گشتاور در چرخ های متحرک می گردد.
اگر اهرم تعویض دنده را در حالت D قرار دهیم ، خودرو در دنده دو حرکت می کند. استفاده از دنده یک با قرار دادن اهرم در وضعیت دو میسر می شود.
روغن گیربکس AL4 دائمی است. تنها در هر ٦٠٠٠٠ کیلومتر باید مقدار آن را بازدید نمود. روغن توصیه شده ، همان روغن گیربکس 4hp20 است. بازدید سطح روغن از طریق پیچ میانی دریچه تخلیه صورت می گیرد. دریچه افزایش روغن در نزدیکی کابل انتخاب دنده قرار گرفته است.

آنالیز خستگی

مقدمه:

گاهی اوقات در اثر اعمال بار تناوبی (مثلاً یک بار کشش فشار) بر روی سازه، با اینکه تنش ماکزیمم ایجاد شده بر روی سازه کمتر از تنش نهایی آن است ، اما پس از اعمال تعدادی سیکل ، بر روی سازه ترک هایی ایجاد شده که در نهایت منجر به شکست می شود. این پدیده را خستگی در اثر اعمال بار تناوبی می نامند.
در مبحث خستگی با دیاگرام دامنه تنش بر حسب تعداد سیکل (دیاگرام S-N) آشنا شده اید. مثلاً می دانید که در حالت High Cycle Fatigue ماده غالباً در ناحیه الاستیک قرار دارد. اما در حالت Low Cycle Fatigue ماده وارد محدوده پلاستیک شده است.


در نرم افزار ANSYS برای انجام یک تحلیل خستگی تحت بار متناوب ابتدا باید تنش های ایجاد شده در سازه را تحت بارهای تناوبی تعیین کرد. بنابراین قبل از انجام هر آنالیز خستگی باید یک آنالیز استاتیکی که شامل حداقل دو بارگذاری (Load Step) میباشد را انجام دهید سپس با توجه به کانتورهای تنش (در هر بار اعمال شده) ، گره های بحرانی را ، تشخیص داده و سپس به محاسبه خستگی بر روی این گره های بحرانی بپردازید. برای انجام تحلیل خستگی پس از انجام تحلیل استاتیکی با مفاهیم زیر باید آشنا بود.


EVENT: تعداد سیکلهایی است که بر روی سازه اتفاق می افتد.

LOADING: بارهای اعمالی در آنالیز است که جزئی از EVENT میباشد.


Location: گره های بحرانی سازه است که محاسبات خستگی بر روی آنها انجام میشود و این گره ها توسط کاربر پس از محاسبه تنش و کرنش در هر بار گذاری بر روی مدل باید شناسایی شود.

دیاگرام S-N : نمودار دامنه تنش بر حسب تعداد سیکل خستگی است که در صفحه قبل توضیح داده شد و همچنین برای فلزات مختلف از کدهای ASME قابل دستیابی است.

دیاگرام Sn-T : در مواردی که سازه وارد ناحیه پلاستیک میشود تعریف این دیاگرام و پارامترهای الاستو – پلاستیک ضروری است.

نرم افزار ANSYS بر اساس کد ASME Boiler & Pressure Vessel (Section III) محاسبات خستگی را انجام می دهد و حال آنکه به کاربر توصیه کرده است در صورت تمایل به استفاده از روشهای دیگر ، محاسبه عمر خستگی را بر اساس معیار مورد نظر انجام دهد. در این راستا زبان پارامتری نرم افزار و نوشتن برنامه مناسب می تواند این نیاز کاربر را به سادگی بر آورده سازد.

محاسبه خستگی بر اساس روش ANSYS به صورت زیر انجام می شود.

1.مدلسازی و حل مساله با توجه به بارگذاری موجود در حل خستگی

2.فراخوانی مدل در POST1

3.تعیین تعداد نقاط ، Eventو Loading برای نرم افزار

4.تعیین خواص خستگی ماده موجود.

5.تعیین فاکتور تمرکز تنش در صورتی که کاربر نسبت به حل اجزاء محدود و نتایج آن به علت عدم امکان ایجاد شبکه بندی مناسب اطمینان کافی ندارد.

6.بازیابی تنش های مربوط به نقاط تعیین شده.

7.محاسبه خستگی بر اساس روش نرم افزار و مشاهده عمر به دست آمده.

نکته 1: به طور پیش فرض ارزیابی خستگی در نرم افزار بر اساس تعداد نقاط 5 ، تعداد Event برابر 10 و تعداد Loading در هر Event برابر 3 می باشد. کاربر می تواند در صورت نیاز مقادیر فوق را تغییر دهد.

نکته 2: دیاگرام Sn-T ، منحنی مقادیر شدت تنش بر حسب دما می باشد. این منحنی در مواردیکه کاربر بخواهد نرم افزار بررسی کند که آیا تنش های نامی در محدوده پلاستیک می باشند یا خیر ، بایستی تعیین شود. پارامترهای مادی الاستیک – پلاستیک نیز (Strain Hardening Exponent) M , N در صورت نیاز به انجام محاسبات ساده کد برای محدوده پلاستیک نیز بایستی تعیین شوند. این پارامترها از کد ASME برای مواد در دسترس می باشد.

نکته 3: سازه ها عموماً تحت تنش های ماکزیمم و مینیمم متعدد قرار دارند که معمولاً توزیع تنشی تصادفی داشته و کاربر از نحوه توزیع آنها اطلاع صحیح ندارد. در این راستا کاربر بایستی در تعیین تعداد تکرار تمامی محدوده های تنش دقت کند. نرم افزار ANSYS در محاسبه محدوده تنش ها و تعداد رخدادهای هر کدام از روش Rain Flow استفاده می کند. این روش به همراه امکان ایجاد خطای محاسباتی در آن و روش جلوگیری از ایجاد خطا در آن در فرم مثال زیر توضیح داده شده است

تست خستگی بوژی:

این تست برای مشخص نمودن عمر وسیله نقلیه بایستی انجام شود. از دیگر خروجی های این آنالیز می توان به محدوده ضریب ایمنی و یا یافتن نقاط بحرانی که در آنالیز های استاتیکی پیشین قابل استخراج نمی باشند اشاره نمود. بنابراین این آنالیز بایستی بعد از آنالیز های استاتیکی انجام شود.در صورت وجود ادوات با دقت مناسب پیشنهاد می گردد این تست بر روی بوژی انجام شود.

آنالیز خستگی در Ansys :

دراین آنالیز نیز مانند سایر آنالیز ها بایستی قید ها، به صورت قید های ساده اعمال شوند. علاوه بر این طبق معادلات اشاره شده در فصل تست بوژی بایستی یک نیروی سیکلیک نیز بر روی این وسیله اعمال شود. نتایج این آنالیز به صورت زیر ارائه می شود.

طرز کار قالب کشش

 

This image has been resized. Click this bar to view the full image. The original image is sized 754x455 and weights 28KB.

 

کاربرد شبیه سازی رایانه ای در طراحی قالب های کشش عمیق(PDF).(EN)

برای داتلود اینجا کلیک کنید.

مکانیزم دیفرانسیل

اگر اتومبیل همیشه بر روی خط راست حرکت می کرد و احتیاجی به پیچیدن نبود لزومی نداشت از دیفرانسیل استفاده کنیم و انتقال نیرو می توانست به شکل های مختلف انجام گیرد .
در سر پیچ ها و جاده های ناهموار (یا وقتی که چرخ ها در گِل یا برف گیر می کند ) چرخ های سمت چپ و سمت راست اتومبیل مسافت های متفاوتی را طی می کند . اگر این چنین نبود یعنی چرخ ها دوران مساوی داشتند یکی از چرخ ها ( چرخی که مسافت کمتری را طی می کند ) در روی جاده سر می خورد تا هماهنگی لازم در چرخ ها ایجاد شود که در این حالت خطرات و خسارت های زیاد به اتومبیل وارد می شد مانند سائیدگی لاستیک ها افزایش می یابد و در سرعت های زیاد خطر انحراف اتومبیل زیاد است . برای رهایی از دست چنین مشکلاتی نیاز به مکانیزم است که بتواند دوران چرخ ها متناسب با مسیری را که طی می کند تنظیم کند این مکانیزم دیفرانسیل خواهد بود .
قسمت های یک دیفرانسیل ساده :دنده پنیون ،دنده کرانویل ، هوزینگ ، دنده های هرز گرد ، دنده های پولوس


وظایف دیفرانسیل :
1- تقلیل سرعت 2- تغییر جهت نیرو ( جزء در خودرو های که موتور شان به صورت عرضی قرار دارد ) 3- تقسیم نیرو بر چرخ ها 4- تنظیم دور در سر پیچ ها ( دور زدن در سر پیچ ها )
1- تقلیل سرعت : برای ازدیاد کشش اتومبیل ، دیفرانسیل بایستی گشتاور زیادی را به چرخ ها انتقال نماید مثلاً دور موتور های بنزینی در حدود 6000 RPM و دور موتور های مسابقه در حدود 750RPM چنین دور قبل از انتقال به چرخ ها باید به اندازه ای لازم تقلیل یابد . تقلیل موجود در دیفرانسیل به وسیله پینیون و کرانویل صورت می گیرد ، چنانچه اگر تعداد دنده های پنیون و کرانویل را مساوی انتخاب کنیم هیچ تغییر کوپلی در این قسمت نخواهیم داشت . ولی شرایط ایجاد می کند توان منتقله به چرخ ها دارای سرعت کم و نیروی زیاد باشد به نسبتی که بخواهیم سرعت در دیفرانسیل کم شود بایستی تعداد دندانه های کرانویل نسبت به پنیون را بزرگتر انتخاب نماییم برا ی مثال : دیفرانسیل فولکس واگن 1200 را در نظر می گیریم که تعداد دندانه های چرخ دنده های پنیون و کرانویل به ترتیب 8 و 35 می باشد .

2- تغییر جهت نیرو :
تغییر اساسی که دیفرانسیل در خط نیرو انجام می دهد تغییر و تبدیل نیرو است که به وسیله پنیون و کرانویل ( مکانیزم انتقال و تبدیل نیرو صورت می گیرد ) چون خط محرک و محور خروجی گیربکس در امتداد طول اتومبیل قرار گرفته اند و محور های محرک چرخ های عقب ( میل پولوس ها ) در امتداد عرضی اتومبیل واقع شده اند لازم است از مکانیزم استفاده شود که نیرو را تحت زاویه 90 درجه بر چرخ های محرک اتومبیل منتقل نماید که این بوسیله درگیری پنیون و کرانویل صورت می گیرد .

3- تقسیم نیرو بر چرخ ها :
زمانیکه اتومبیل در خط مستقیم و در جاده مسطح حرکت می کند هر دو چرخ محرک دوران مساوی داشته و در این شرایط نیروی از پنیون به کرانویل منتقل می شود از طریق بدنه دیفرانسیل به دنده های هرز گرد و از آنجا به دنده های سر پولوس و در نتیجه به چرخ ها میرسد ( در این حالت برای سادگی مطلب می توان فرض کرد که دنده های هرز گرد به دنده های سر پولوس جوش خورده اند بنابراین دور چرخ ها مساوی بوده و هر کدام دورانی به اندازه کرانویل خواهند داشت


4- تنظیم دور ( دور زدن در سر پیچ ها ) : حرکت اتومبیل در سر پیچ ها باعث دوران دنده های هرز گرد نسبت به محور شان می شود و در نتیجه سرعت دورانی پولوس ها مساوی نخواهند بود . مثلاً هنگام گردش چرخ داخلی پیچ تحت قوه ثقل و سنگینی اتومبیل و فشاری که در اثر این عوامل به آن وارد می شود می خواهد کمتر حرکت کند ولی چرخ خارجی که آزادی بیشتری دارد شروع به حرکتی بیش از چرخ داخلی می کند موقعی که فشار به چرخ داخل وارد شد چون ارتباط هوزینگ به وسیله هرز گرد با دنده های پولوس مربوط شده اند دنده هرز گرد که سعی می کند با نیروی وارده چرخ سمت داخل را بچرخاند موفق نشده و در نتیجه شروع به چرخش به دور خود می کند بدون این که نیرو را به چرخ داخل پیچ منتقل نماید و به همین نسبت سرعت چرخ داخل پیچ کمتر از چرخ خارج پیچ می شود این عمل تا زمانی ادامه دارد که عکس العمل قوه ثقل روی چرخ داخل پیچ فشار می آورد و به مجرد این که اتومبیل در مسیر مستقیم قرار گرفت نیروی ثقل از چرخ داخل برداشته شد ، هرز گرد متوقف می شود و دوباره پولوس تابع چرخش کرانویل خواهد شد.

انواع دیفرانسیل در خودرو ها:
1- دیفرانسیل ساده 2- دیفرانسیل چهار چرخ محرک 3- دیفرانسیل کمک دار 4- دیفرانسیل بدون لغزش
1- دیفرانسیل ساده :
اغلب خودرو ها مجهز به دیفرانسیل از نوع ساده هستند . در بعضی از خودرو ها دیفرانسیل در روی محور محرک جلو و در بیشتر موارد روی محور محرک عقب قرار دارد .

2- سیستم چهار چرخ محرک :
اغلب خودرو های سبک دارای دو چرخ محرک هستند ، ممکن است دو چرخ عقب محرک باشد و یا دو چرخ جلو محرک باشد . وقتی جاده پوشیده از برف ، یخ و گل است ، سطح جاده لغزنده می شود در این وضعیت چرخ های متحرک اصطکاک لازم ( چسبندگی ) با سطح جاده را ایجاد نکرده و یکی از دو چرخ متحرک و یا هر دو آنها لغزش می کنند لغزش چرخ های متحرک روی چرخ های محرک و دیفرانسیل نیز تاثیر گذارده و در محفظه هرزگرد ها نیز تغییر دور به وجود می آید .
هر گاه همه چرخهای خودرو محرک باشند ، چرخ ها چسبندگی بهتری با سطح جاده به وجود آورده و عمل کنترل خودرو و شرایط رانندگی در جاده ساده تر خواهد بود . دلیل اینکار توزیع بار خودرو روی چهار چرخ و استفاده از آن در نیروی کشش همه چرخ هاست.
خودرو های چهار چرخ محرک هم روی سواریها( لندروور، رنجرور ،لندکروز و غیره) وهم در روی خودرو های نظامی ( جیب و....) و در بعضی ماشین های باری( بنز 911 ، ایفا ،..) کاربرد دارد.
معمولاً از محرکه چهار چرخ در شرایط اضطراری و لغزنده بودن جاده استفاده می شود و برای رانندگی طولانی نباید از این حالت استفاده نمود . در حال استفاده از محرک چهار چرخ باید جعبه دنده در دنده سنگین باشد برای درگیر نمودن چرخ های آزاد جلو یا سیستم انتقال قدرت ،اهرم تعویض دنده دیگری وجود دارد که در صورت لزوم میل گاردان جلو را با جعبه دنده کم کم در گیر می نماید .
3- دیفرانسیل کمک دار
دیفرانسیل کمک دار در سیستم انتقال قدرت خودرو های سنگین حمل و نقل و راهسازی و غیره کاربرد دارند . دیفرانسیل های کمک دار به صورت دوبل ،تریبل و خورشیدی وجود دارد .
در دیفرانسیل دوبل دو پنیون و دو کرانویل وجود داشته و تقلیل دور در دو مرحله انجام می شود . این دو به طور ثابت و بدون تغییر است . در دیفرانسیل دوبل تقلیل دور یکبار به صورت کم و بار دیگر به صورت زیاد تر انتقال می یابد . در نوع تریبل ( سه گانه ) دیفرانسیل مجهز به سیستم تعویض دنده است و در موقعی که نیروی کششی کافی نباشد ، راننده با فشردن دکمه ای ، بطور الکتریکی یا بوستری ، ماهکی را حرکت داده و حالت دوم و سوم در آن ایجاد می شود .
دیفرانسیل های خورشیدی هم مانند دوبل عمل می کنند ، با این تفاوت که مرحله دوم آن به طور اختیاری، وسیله راننده به وجود می آید .
در این نوع دیفرانسیل یک مجموعه خورشیدی وجود دارد که دنده کرانویل به دنده رینگی پیچ شده و قفسه ؛محفظه دنده هرزگرد ها متصل می شود . در صورت به کار انداختن سیستم خورشیدی ، دنده خورشیدی ثابت شده و در کرانویل از دنده رینگی به قفسه و از آن به پولوس ها منتقل می شود .
وقتی دیفرانسیل در حال تقلیل دور یا افزایش گشتاور است ، دنده خورشیدی ثابت ،دنده رینگی محرک و قفسه متحرک بوده و با نسبت ID=ZC/ZR=ZR+ZS/ZR گشتاور خروجی افزایش و دور خروجی کاهش می یابد .

جهت نیرو در دیفرانسیل خورشیدی
با ثابت شدن دنده خورشیدی جهت نیرو به شرح زیر است :
پینیون ← کرانویل ← رینگی ← قفسه ← محفظه هرزگرد ها ← محور هرزگرد ← دنده هرزگرد ها ← دنده سر پولوس ← پولوس
ID=ZK/ZP×ZC/ZP=ZK/ZP×ZS+ZR/ZR
دنده خورشیدی با نیروی پوستر حرکت به راست نموده و با نگهدارنده ثابت در گیر شده و می شود .
4- دیفرانسیل های بدون لغزش
یکی از معایب دیفرانسیل های معمولی آن است که وقتی یکی از چرخ ها در جاده ای لغزنده و کم اصطکاک قرار بگیرد ،این چرخ با سرعت زیاد چرخش نموده و همه نیروی میل گاردان از طریق همین چرخ مصرف شده و چرخ دیگر هیچگونه نیروئی را انتقال نمی دهد .
خاصیت دیفرانسیل آن است که گشتاور یکسانی را به هر دو محور محرک انتقال دهد . حال اگر یکی از چرخ ها در سطح لغزنده ای سریعاً بچرخد ، چرخ دیگر هیچ گونه نیروی را انتقال نخواهد داد .
در این گونه موارد معمولاً خودرو ، بی حرکت مانده و برای انتقال قدرت ، باید حرکت چرخی که سریع می گرد به نحوی کندتر شود تا نیرو به چرخ دیگر نیز منتقل شود .
ایجاد اصطکاک زیاد تر بین چرخ لغزان و زمین لغزنده عمل نسبتاً دشواری است ، و لذا در خودرو ها پر قدرت و پیشرفته از دیفرانسیل های بدون لغزش استفاده می کنند .
دیفرانسیل های بدون لغزش به دو صورت قفل شونده خودکار و یا نوع اصطکاکی ساخته می شود در نوع کلاج مخروطی بین چرخ دنده سر پولوس و محفظه دیفرانسیل قار می گیرد ، بین کلاج مخروطی و دنده ها ، فنر های قرار دارد که سطوح مخروطی را به هم می فشارد . به این ترتیب نیروی اصطکاکی بین دنده سر پولوس و محفظه دیفرانسیل بوجود می آید ، این نیرو با هر گونه اختلاف دورانی که بین پولوس ها به وجود آید مقابله می کند . البته این نیرو آنقدر زیاد می باشد که در سر پیچ ها مانع تقلیل دو چرخ داخل پیچ و یا افزایش دور چرخ خارج قوس گردد . در روی سطوح اصطکاکی و مارپیچ دنده درشتی برای عبور روغن می باشد در نوع دیگر از صفحه کلاج استفاده شده است . در این طرح صفحات دیسک در روی شیار های بدنه دیفرانسیل و صفحه کلاج ها در روی شیار های قطعه ای که متصل به پولوس هست قرار دارند .
آخرین صفحه دیسکی که بین دنده و صفحات قرار دارد ، صفحه فنری است ( فنر موج دار ) که در موقع سوار کردن مجموع صفحات ، با پیش فشار معینی جمع شده و نیروی محوری به صفحات وارد می کند . با این طرح صفحه کلاج ها بین رینگ های جانبی ( که به طور هزار خاری با پولوس درگیر هستند ) و بدنه دیفرانسیل به حالت فشرده قرارگرفته و پولوس ها با بدنه دیفرانسیل عملاً یک پارچه می شود در این طرح هم ، نیروی فنر طوری محاسبه شده که در پیچ ها مزاحمتی برای کاستن از دور داخل پیچ ، و یا افزایش دور چرخ خارج پیچ فراهم نمی شود . ممکن است از فنر لوله ای هم در نوع کلاج دار استفاده شود

طرز کار پمپ روغن چرخ دنده ای

پمپ روغن چرخ دنده ای

پمپ روغن روتوری