در این بخش خلاصه مباحث مطرح شده در درس طراحی اجزاء 2 مهندسی مکانیک از زبان دانشجویان ارائه شده است. در درس طراحی اجزاء 2 مباحثی همچون یاتاقان ها، چرخدنده ها و اجزای مکانیکی انعطاف پذیر مورد بررسی قرار می گیرد.
برای مشاهده لیست اساتید طراحی اجزاء بر روی عبارت تدریس خصوصی طراحی اجزاء کلیک کنید.
مباحث مطرح شده در درس طراحی اجزاء 2 مهندسی مکانیک – بخش اول
در فصل یاتاقان ها با انواع یاتاقان ها و عمر یاتاقان ها و روابط ریاضی آنها اشنا شدیم و کاربرد هر کدام از آنها را فهمیدیم و با انواع روانسازی ها آشنا شدیم. به طور کلی یک دیدی به ما داد که چطوری و چگونه یک یاتاقان را طراحی کنیم و در طراحی یک یاتاقان ممکنه که به چه مشکل های برخورد کنیم و چه نوع یاتاقانی را برای چه کاری مناسب دید. در کل یاتاقان ها دو دسته اند که به آنها یاتاقان های لغزشی و غلتشی می گویند. یاتاقان های غلتشی که خود به دو دسته ی بلبرینگها و رولربرینگها تقسیم می شوند و همچنین ما در این درس کدگزاری انواع یاتاقان ها و ظرفیت بار دینامیکی و استاتیکی آنها و روانکاری و اصطکاک خشک نحوه عملکرد آنها و در نهایت عدد سامرفلد را به دست اوردیم و فهمیدیم که این عدد در طراحی یاتاقان های لغزشی از اهمیت خاصی برخوردار هست. بخاطر این که در یاتاقان های لغزشی ساچمه ای وجود ندارد و کل مکانیزم بر اساس لغزش هست و باید در روانکاری های این نوع یاتاقان ها تمکز بیشتری انجام داد.
در فصل های 13 و 14 و 15 که مربوط به بحث چرخدنده هاست که یک دیدگاه کلی را در مورد چرخدنده ها و انواع دنده ها قواعد ریاضی مرتبط و آشنای با چرخدنده های ساده و طراحی و کاربرد آنها پرداختیم و یکم جلو تر به چرخدنده های مارپیچ و چرخدنده های مایل و نیروها و تنش های مربوط به آنها پرداختیم. فهمیدیم که نسبت به چرخدنده های ساده سر و صدای کمتری دارد اما محاسبات پیچیده تری دارند و در نهایت به چرخدنده های مخروطی و چرخدنده های حلزونی پرداختیم و فهمیدیم که چرخدنده ی مخروطی کاربرد خاص و محاسبات پیچیده ی خود را دارند و به انواع چرخدنده های حلزونی و نیرو و تنش و راندمان آن نیز پرداختیم. فهمیدیم که چرخدنده های حلزونی انتقال قدرت را از دو محور که با هم زاویه 90 درجه رو می سازد را میسر می کند.
حتما بخوانید: فیلم های آموزشی طراحی اجزاء مهندسی رشته مهندسی مکانیک - مبحث چرخدنده ها
در بحث آخر که مربوط به کلاچ ها است انواع کلاچ اتصال محورهای ثابت و الاستیک مطرح شده است. همچنین فهمیدیم که کلاچ ها وسیله ای هستند که راننده به کمک آن می تواند اتصال موتور را از جعبه دنده جدا کند و انواع مختلف خاص خود را دارد. نوبت به ترمزها شد که به ترمز های شعاعی و محوری و کوتاه و بلند تقسیم شد که به صورت سیمی و دستی در خودرو وجود دارند. در خودرو های دیزلی به صورت ترمزهای روغنی و در خودرو های سنگین به صورت بادی وجود دارد و با کاربرد تک تک آنها هم آشنا شدیم. در خودرو کلاچ وسیله‌ای است که به کمک آن راننده هر زمان که بخواهد میتواند اتصال موتور را از جعبه‌دنده جدا نماید، بدین معنی که موتور روشن باشد بدون اینکه چرخ دنده‌ها در جعبه‌دنده بچرخند و خودرو حرکت نماید. کاربرد کلاچ در مواقع تعویض دنده یا متوقف کردن خودرو است آن هم برای اینکه موتور خاموش نشود.
در آخر هم به بحث تسمه ها و زنجیرها و انواع و کاربرد آنها و طراحی آنها پرداختیم و فهمیدیم که تسمه یک حلقه از یک ماده انعطاف پذیر هست که برای ایجاد پیوند مکانیکی و انتقال انرژی بین دو یا چند شفت استفاده می شوند. تسمه ها به دو دسته تخت و گوه ای تقسیم می شوند و زنجیرها بر اساس نوع کاربرد ساخته می شوند. مثلا زنجیرهایی که برای کشیدن یا بلند کردن و غیره با زنجیر های که برای انتقال قدرت ماشین الات ساخته می شوند فرق دارند. دسته اول زنجیرها به هر طرف انعطاف پذیرند اما دسته دوم تنها به یک سو قابلیت انعطاف را دارند.
درس طراحی جزا ماشین ادامه درس های استاتیک و مقاومت مصالح می باشد که ما در دو درس سه واحدی خواندیم. مطالبی که در این درس پرداخته شده است سه بخش کلی دارد؛ در دو قسمت اول مفهوم طراحی، مواد، بارگذاری ها، تغییر شکل ها، بحث شکست در اثر بار های استاتیکی و خستگی را یاد گرفتیم، که ابزاری برای شروع طراحی می باشد. سپس در قسمت سوم این درس با اجزا و همچنین طراحی آنها آشنا می شویم. در ماشین ها یک سری اجزای مهم داریم، مهم ترین و اولین آن ها شفت می باشد که یک میله گردان است که سایر اجزا مثل چرخدنده، چرخ تسمه، چرخ زنجیر و یاتاقان ها بر روی آن قرار می گیرند. در شفت ها موضوعات مهمی مانند جنس شفت، طرح کلی شفت، تنش های ایجاد شده در شفت، تغییر شکل ها و همچنین سرعت بحرانی در شفت را داریم. سپس اتصالات را بررسی کردیم، که دو دسته اند؛ اتصالات غیر دائم شامل پیچ و مهره، و اتصالات دائم شامل جوش، پرچ و چسپ.
مطالعه کنید: سرفصل های درس طراحی اجزاء ماشین 2 همراه با توضیحات کامل
یاتاقان های لغزشی و غلتشی و نحوه انتخاب و طراحی آنها
یاتاقان ها یکی دیگر از اجزای مهم هستند؛ وقتی عضوی بخواهد به صورت ثابت، روی شفت گردان قرار گیرد یا شفت ثابت و عضوگردان باشد و یا اینکه هر دو به صورت گردان قرار گیرند، نمی توان به صورت مستقیم روی هم قرار بگیرند. مثلا یک چرخدنده به صورت مستقیم نمیتواند روی شفت قرار بگیرد، و باید روی یاتاقان سوار شود. یاتاقان های لغزشی یا بیرینگ ها که شامل بلبرینگ ها و رولبرینگ ها هستند. در یاتاقان ها پارامتر (c10) رو داریم. در طراحی ها باید بدانیم به یاتاقان چه ماکزیمم تنشی وارد می شود سپس از جدول یاتاقانی که مناسب هست رو انتخاب می کنیم. سپس با یاتاقان های لغزشی آشنا شدیم، که در بین دو بخش متحرک از یک ماشین که نسبت به هم حرکت نسبی دارند از روانکار (روغن) استفاده می شود. از روانکارها برای کاهش اصطکاک، سایش و هم چنین کاهش گرما بین دو جزء متحرک استفاده می شود، که روغن ها در کلاس های مختلفی هستند مثل SAE که از کلاس 10 تا 70 موجود می باشد. هرچه قدر کلاس روانکار بالاتر باشد کیفت هم بالاتر می روند و در عین حال گرانتر هم می باشند. دما پارامتر مهمی در یاتاقان های لغزشی می باشد؛ با توجه به دما و کلاس روغن، هم در سیستم SI هم در سیستم اینچی می توانیم از روی نمودار ها گرانروی را به دست آوریم. با داشتن قطر، طول، ماکزیمم لقی، بار وارده و سرعت دورانی میتوانیم مشخصه سامرفلد را استخراج کنیم. که پارامتر هایی مثل متغیر بی بعد فشار، متغیر بی بعد لقی، ماکزیمم تغییر دما و .. را میتوانیم با توجه به عدد سامرفلد و نسبت طول به قطر، به دست بیاریم.
در ادامه یاتاقان ها با یکی از مهم ترین اجزا انتقال قدرت یعنی چرخدنده ها آشنا شدیم، با کلیات و تعاریف چرخدنده ها و همچنین نحوه ی کارکرد و انتقال نیرو در چرخدنده ها آشنا شدیم. سپس انواع چرخدنده های ساده، مارپیچ، حلزونی و مخروطی را بررسی کردیم. با ویژگی هندسی چرخدنده ها و نسبت درگیری در چرخدنده ها آشنا شدیم و همچنین تحلیل نیرو را برای انواع چرخدنده های ساده، مارپیچی و حلزونی مورد بررسی قرار داده شد. برای چرخدنده های ساده و مارپیچ با معادله لوییس آشنا شدیم که برای محاسبه تنش خمشی در پای دندانه قابل استفاده است.
همچنین معادلات تنشی آگما رو داریم (آگما برای محاسبه تنش خمشی و تنش تماسی معادلاتی رو پیشنهاد کرد) که یه سری ضرایب داره مثل ضریب سطح، ضریب اندازه، ضریب توزیع بار و... آشنا شدیم. جفت چرخدنده ها را بررسی کردیم. همچنین اثر سایش و خمش را بررسی کردیم و با طراحی جفت چرخدنده ها آشنا شدیم.
مطالعه این مقاله هم مفید است: آموزش طراحی اجزاء 2 مهندسی مکانیک مبحث یاتاقانها غلتشی (ضد اصطکاک)، بلبرینگ و رولبرینگ
اجزای مکانیکی انعطاف پذیر - تسمه ها، زنجیرها و کابل ها
از اجزای دیگر انتقال قدرت میتوانیم به اجزای مکانیکی انعطاف پذیر اشاره کنیم که شامل تسمه ها، زنجیرها، و کابل ها هستند و در هنگامیکه فاصله بین دو محور نسبتا زیاد است، استفاده می کنیم. با توجه به اینکه این اجزا تا حد زیادی بارهای شوکی را جذب می کنند، درجاهایی که مصرف کننده دارای بار های شوکی است استفاده از این المان ها بهترین انتخاب می باشد چون ارتعاشات سیستم را مستهلک می کند و همچنین قیمت کمتری دارند. چون در سرعت های پایین در تسمه ها لغزش ایجاد می شود و در هنگام سرعت بالا دانه های زنجیر گسسته خواهد شد، توصیه می شود که در سرعت بالا از تسمه و در سرعت های پایین از زنجیر استفاده شود (البته گاهی استفاده تسمه در سرعت پایین و زنجیر در سرعت بالا امکان پذیر است). سپس با انواع تسمه ها و آنالیز نیرویی و نحوه ی انتخاب تسمه ها آشنا شدیم (تسمه های تخت، گرد، ذوزنقه ای و تسمه تایم). سپس زنجیر و چرخ زنجیر بررسی شدند و نحوه محاسبات انتقال قدرت توسط چرخ زنجیر رو یاد گرفتیم. در ادامه این فصل کتاب به بررسی کابل ها و شفت های منعطف پرداخته است.
خلاصه مباحث طراحی اجزاء مهندسی مکانیک – بخش دوم
مطالعه طراحی اجزا 2 را از فصل یاتاقان های غلتشی آغاز کردم. در تعریف یاتاقان های غلتشی کتاب گفته است به یاتاقان هایی غلتشی می گویند که با تماس غلتشی و نه لغزشی انتقال می یابند. اجزا یاتاقان غلتشی باید به گونه ای طراحی شوند که درون فضایی با اندازه های از پیش تعیین شده جای یابند و توانایی تحمل بار و ویژگی های معین را داشته باشند و عمر مقبولی را دارا باشند. در طراحی و کاربرد این یاتاقان ها متخصصان به طور کلی باید خستگی، مسائل علم حرکت، محیط خورنده، روانسازی، تلرانس های ماشین کاری و ... را بررسی کنند. از آنجا که نمی توان عمر یاتاقان را به شکل قطعی بیان کرد توزیع آماری عمر یاتاقان را معرفی کرده که با توزیع Weibull بیان می شود. سپس انواع یاتاقان ها را شناختم .اولین یاتاقانی که در مورد آن بحث شده بود یاتاقان ساچمه ای است. با توضیحات و معرفی گونه های مختلف آن سپس توضیحاتی درمورد یاتاقان غلتک استوانه ای داده شده است.
پیشنهاد می کنیم مطالعه کنید: نمونه سوال امتحانی درس طراحی اجزاء مهندسی 2 رشته مهندسی مکانیک
یاتاقان ها، بلبرینگ ها و رولربرینگ ها
بسیاری از یاتاقان ها را به منظور خاص و برای گروه ویژه ای از ماشین آلات می سازند که برای نمونه: یاتاقان های ابزار دقیق بادقت بسیار بالا از جنس فولاد ضد زنگ یا مواد مقاوم، یاتاقان های با دقت کمتر و اغلب بی جداساز، بوش ساچمه ای و یاتاقان های با غلتک انعطاف پذیر هستند. اگر یاتاقان به درستی تمیز و روانکاری شود و شرایط محیطی و نصب و نشت بندی به خوبی مهیا باشد تنها عامل شکست یاتاقان، خستگی فلز خواهد بود. معیار هایی را برای اندازه گیری عمر خستگی معرفی کرده است که یکی تعداد گردش حلقه درونی (حلقه بیرونی ساکن) تا آشکار شدن نخستین جلوه خستگی و دیگری نیز تعداد ساعات کار در سرعت زاویه ای استاندارد تا آشکار شدن نخستین جلوه خستگی است.
روابطی که از تابع بار به عمر با اعتماد پذیری 0.90 بدست می آوریم آغازگر شناخت، انتخاب و تشخیص یاتاقان مناسب خواهد بود از روابط میان بار معیار (بار دینامیکی) و عمر استفاده می کنیم و با ارتباط آن با ضریب اعتماد پذیری و توزیع Weibull اطلاعات بیشتری برای طراحی و انتخاب خواهیم داشت. سپس بارگذاری ترکیبی شعاعی و محوری را خواهیم داشت. برای یاتاقان ها و مجموع بار شعاعی محوری و شعاعی را یک بار شعاعی معادل برای آنها در نظر می گیریم. اما اکثر یاتاقان های تکیه گاهی که ما با آنها کار می کنیم بار شعاعی را می توانند تحمل کنند و بر آنها وارد می شود.
برای انتخاب یک یاتاقان مطلوب باید ابتدا بار معیار C10 را از روابط موجود بیابیم و سپس از جداول موجود قطر سوراخ یاتاقان را پیدا کرد و اینگونه یاتاقان مناسب را یافته ایم. البته باید در نظر داشت که به ازای اعدادی که برای C10 بدست می آیند باید عدد بیشتر موجود در جدول را در نظر گرفت. سپس یاتاقان های غلتک مخروطی را داریم که برای انتخاب این نوع یاتاقان نیز از کتابچه شرکت Timken بهره گرفته است و با استفاده از بدست آوردن بارهای شعاعی معادل و جداول کتابچه Timken و عمر معیار به اصطلاح نوع مخروط و بشقاب را برای یاتاقان غلتک مخروطی مشخص می کنیم.
حتما بخوانید: دانلود نمونه سوال امتحانی طراحی اجزای 2 مهندسی مکانیک
از فصل یاتاقان های لغزشی و روانسازی مطالب مربوط به روانسازی یاتاقانها، انواع روانسازی و مبحث گرانروی یا همان لزجت را مطالعه کرده ام که با استفاده از قانون نیوتون و سیال های نیوتونی به گرانروی سینماتیک بر ثانیه یا همان گرانروی عمومی میرسیم.سپس به معادله petroff میپردازیم که پدیده اصطکاک یاتاقان را با فرض هم مرکزی میل محور با بوش آن بیان کرد که دو کمیت 𝜇𝑁𝑃 و 𝑟𝑐 را که در روانکاری بسیار مهم اند به ما میدهد. همچنین با استفاده از یک نمودار رابطه بین ضریب اصطکاک ( f) با 𝜇𝑁𝑃 را نشان داده و با روانسازی پایدار و روانسازی ناپایدار آشنا می شویم. پس از آن به بررسی یاتاقان با توجه به ضخامت لایه روانسازی که در آن است می پردازیم و با یاتاقان کیپ (شعاع بوش و میل محور یکی)، یاتاقان کامل (بوش) یاتاقان (تمام میل محور را در برگیرد) آشنا می شویم. نظریه هیدرو دینامیک (سیال پویا) را که حاصل نتایج Tower و Osborne Reynolds است را به ما می دهد و از خمیدگی یاتاقان برای بررسی راحت تر و ساده سازی چشم پوشی کرده و آن را به جای پاره یاتاقان یک یاتاقان تخت در نظر می گیرد و با استفاده از فرض هایی که در نظر میگیرد روابطی را برای بار های وارده به یاتاقان ارائه می کند.
سپس بررسی های طراحی را که باید تحت نظر طراح باشند مانند: لزجت μ، بار وارده برسطح واحد تصویر یاتاقان P ، سرعت N، اندازه های r ، c ، 𝛽 و 𝑙 یاتاقان. که اگر این 4 متغیر تعیین شوند می گوییم یاتاقان کامل است. اما متغیر های وابسته ای نیز داریم که طراح قادر به مهار آنها نیست مگر غیر مستقیم با تغییر یک یا چند متغیر گروه نخست که در بالا اشاره شد که شامل: ضریب اصطکاک f، افزایش دما Δ𝑇 ، نرخ حجمی جریان روغن Q،کمترین ضخامت لایه ℎ0 است که اینها را عوامل کارکرد نیز می گویند.
مطالعه نمائید: نمونه سوال امتحانی درس طراحی اجزاء 2 مهندسی مکانیک سال تحصیلی 98-99
انواع چرخدنده ها در طراحی اجزاء 2 مهندسی مکانیک
فصل بعدی که آن را مطالعه کردم درباره چرخ دنده ها بود که ابتدا کلیاتی را راجع به چرخ دنده ها صحبت می کند و سپس انواع چرخدنده ها را معرفی میکند که چرخدنده های ساده، مارپیچ، چرخ و حلزون (حلزونی) و مخروطی هستند و راجع به هر کدام و تفاوتهای آنها مطالبی را یاد گرفتم. بعد از آن شکل هندسی خود چرخ دنده را بررسی کرده است و نحوه طراحی آن را توضیح داده است که مثلا وقتی یک چرخ دنده را طراحی می کنند گام، مدول، لقی، قطر دایره های مبنا و گام چقدر باید باشد و چون من قبلا درس نقشه کشی صنعتی را داشتم و چرخ دنده را در سالیدورکس طراحی کرده بودم درک این مفاهیم را تا حدودی راحت تر کرده بود که البته کار با نرم افزار و طراحی چرخ دنده خود لازمه قلق گیری ها و آزمون و خطاهاست و مقداری با مسائل تئوری متفاوت اما این فرمول ها و پارامتر های تئوری لازمه طراحی و ساخت چرخدنده هاست. سپس نحوه رفتار حرکت چرخدنده ها و نحوه درگیری و جفت شدن آنها را بررسی کرده است. اصول طراحی و نحوه کشیدن دایره ها ومنحنی involute و نحوه محاسبه سرعت های دایره های گام چرخ دنده را آموختم. متوجه شدم که به چرخ دنده کوچک pinion و به چرخ دنده بزرگ gear گفته می شود. راجع به تداخل و اینکه یک سر از دندانه توی بدنه چرخدنده دیگر نرود یک سری محدودیت باید داشته باشیم مثلا تعداد دندانه های pinion ما باید از یک مقداری کمتر نباشد یا تعداد دندانه های gear از این تعداد بیشتر نباشد وگرنه مجبور به بیخ کنی یا undercutting میشویم و باید داخل بدنه چرخ دنده تراش ایجاد کنیم که استحکام چرخ دنده را کاهش می دهد و برای اینکه این تداخل یا میاندوی اتفاق نیفتد باید این محدودیت ها را رعایت کنیم.
راجع به شکل دهی ها و روش های تولید چرخ دنده مانند ریخته گری و صفحه تراشی و .. صحبت میکند که این قسمت نیزمرتبط با درس روش های تولید و کارگاه بود و من دید نسبتا واضحی از این قسمت نیز می توانستم داشته باشم. درمورد چرخ دنده های مارپیچ و مخروطی به طور کلی در این مورد صحبت می کند که چرخ دنده راستگرد باشد یا چپ گرد نیروها را مشخص میکند و مثلا می گوید در تماس دو چرخ دنده مارپیچ چه نیرویی وجود دارد. بعد راجع به اندازه های استاندارد صحبت می کند و اینکه یک سری اندازه های مدول استاندارد داریم و نمی توانیم مثلا برویم داخل بازار و بگوییم که ما یک چرخدنده با مدول 3.5 می خواهیم و یک سری مدول های استاندارد داریم که ساخته می شود و ما باید طراحی خود را طبق اینها انجام بدیم. در جدول های 13 - 1 تا 13 - 4 از کتاب شیگلی این اندازه های رایج آورده شده است.
این فیلم آموزشی را ببینید: نمونه فیلم تدریس خصوصی مهندسی مکانیک طراحی اجزاء 2 - دایره گام و دایره مبنا در چرخدنده ساده
بعد راجع به دستگاه چرخدنده ها و چیز هایی که در دینامیک ماشین بوده است صحبت میکنیم که سرعت چرخدنده ها با نسبت دنده ها رابطه دارد و در تماس دو تا چرخ دنده اگر قطر (شعاع) یا سرعت و یا تعداد یکی از دنده ها را داشتیم دیگری را که مجهول است از این نسبت ها میتوانیم بدست آوریم چون در تماس دوتا چرخ دنده اگر مدول یکسان باشد و با فرض اینکه اصطکاک و اتلاف هم نداریم گشتاور هم یکسان خواهد بود. چون می گوییم روی هم می غلتند یعنی دیگر لغزش نداریم پس سرعت خطی محل تماس هم یکسان است و به تبع آن 𝑟𝜔1 و 𝑟𝜔2 نیز برابر میشوند و برای اینکه T (گشتاور) و مدول هم یکسان است یک سری تساوی دیگر بدست می آید. سپس نیرو های موجود در چرخدنده و محاسبه توان آن را آموختم.
در فصل بعدی به ما میگوید که ما که میخواهیم چرخدنده ها را طراحی کنیم طبق اصولی باید جلو بریم برای طراحی چرخدنده ها و معادله خمش لوییس (Lewis) را معرفی می کند و یه سری ضرایب ثابت داریم که اینها را مشخص می کنیم. که مشابه معادله های تنش آگما (AGMA) است که آگما یک سیستم استاندارد چرخدنده ای است که یک تنش خمشی یک تنش سطحی (تماسی) مشخص می کند برای چرخدنده که دارای یک سری ضرایب شناخته شده است و با فرمول ها بدست می آیند. میگوید که اگر یک چرخ دنده قرار باشد دچار مشکل بشود از دو قسمت این مشکل ایجاد خواهد شد یا در ریشه دچار خمش یا bending می شود و یا در سطح دنده دچار خوردگی می شود و پس از آن مقدار تنش مجاز را هم معرفی می کند. در شکل 14 - 17 و 18-14 کتاب شیگلی نیز همه معادله ها و ثابت های به کار رفته در خمش و سایش چرخدنده ها را بر پایه ی استاندار های AGMA به خوبی توضیح داده است.
فصل 15 نیز همین طراحی را برای چرخدنده مخروطی و حلزونی انجام داده است و توضیح معادله ها و ثابت های سایش و خمش چرخدنده ها بر پایه استاندارد های آگما در شکل های 15 - 14 و 15 - 15 آمده است.
مشاهده کنید: نمونه فیلم تدریس خصوصی طراحی اجزاء 2- انواع روانکاری در مبحث یاتاقانهای لغزشی
مطالب مفید و تکمیلی در رابطه با اجزای انعطاف پذیر مکانیکی
فصل آخری که مطالعه کرده ام اجزای مکانیکی انعطاف پذیر است که به طور کلی سه تا هستند که ما بیشتر با آنها کار داریم و من یاد گرفته ام یک سری تسمه ها که خودش به تسمه تخت و تسمه V شکل، دندانه دار یا تسمه تایمینگ که در خودرو ها هم هست، تسمه های گرد تقسیم می شوند. برای تسمه تخت یک سری قید ها و رابطه های هندسی دارد که زاویه های تماس (𝜃𝑑و 𝜃𝐷) برای قطر های بزرگ و کوچک است و برای هر نوع تسمه کاربرد دارد. ما توی کل این تسمه ها با استفاده از ضریب اصطکاک که تسمه و پولی دارند یک عدد e)𝑓𝜃( پیدا می کنیم و با استفاده از آن نیروی 𝐹𝐶 که همان نیروی مرکز گراست را و به دلیل وزن تسمه که به دور پولی میچرخد ایجاد می شود را بدست می آوریم. بعد گشتاور وارده مورد نیاز را از رابطه توان نامی و یک سری ضرایب که برای شوک هست و با سرعتی که میچرخد محاسبه می کنیم. بعد از روابطی که داریم تفاضل نیرو های دو طرف تسمه را محاسبه می کنیم و برای طرف سفت تسمه مقدار بیشینه را می یابیم. (این قسمت در مثال های نمونه قابل فهم تر است). سپس از گشتاوری که داریم 𝐹2 را محاسبه میکنیم و 𝐹𝑖 را از معادله موجود در مثال نمونه 17 - 1 می شود یافت و در آخر نگاه میکنیم که با F هایی که داریم و θ که آن را نیز بدست آورده ایم الان حداقل اصطکاک لازم برای ما چقدر است و اصطکاکی که تسمه داره باید از این اصطکاک حداقل ما بیشتر بشود تا بتواند توان را منتقل کند و نلغزد روی پولی و بعد ضریب ایمنی را برایش محاسبه می کنیم. اگر کمتر از این باشد ضریب اصطکاک ما طراحی ما جواب نداده است.
سپس تسمه V شکل یا گوه ای را معرفی کرده است که یک سری ابعاد استاندارد دارد که بسته به مقطع تسمه که چه نوعی است از جدول 17 - 10 و طول کل تسمه را به ما میدهد . همچنین یک سری قید های هندسی دارد مانند طول گام 𝐿𝑃 و فاصله مرکز تا مرکز دو قرقره یا زنجیر C، و توان مجاز 𝐻𝑎 هر تسمه V شکل که برای بدست آوردنش دو تا ضریب 𝑘1 ,𝑘2 و 𝐻𝑡𝑎𝑏 که توان مجاز است و که بسته به سرعت خطی و مقطع تسمه V شکل برای ما مشخص می شود که این تسمه تخت با چه سرعتی میچرخد. 𝑘2 و 𝑘2 را از جداول 17 - 13 و 17 - 14 بدست می آوریم .سپس توان نامی را و توان طراحی و ضرایب دیگر معرفی شده است که از رابطه میان آنها تعداد تسمه V شکل را بدست می آوریم.
حتما ببینید: نمونه فیلم تدریس خصوصی طراحی اجزاء 2 - حل مثال از طراحی استاتیکی فنرهای مارپیچ
زنجیرها و کاربرد آن در طراحی دستگاههای مکانیکی
مبحث دیگر کتاب در این فصل زنجیر غلتکی است که شبیه به تسمه V شکل است و یک سری رابطه و قید دارد. زنجیر به صورت گسسته است و مانند تسمه نیست و یک تعداد گام مشخص دارد و یک تعداد دانه زنجیر ما میتوانیم داشته باشیم که این تعداد مثلا باید بگوییم تعداد فرد باشد یا زوج باشد و یک سری ترجیحات دارد و ما بسته به نوع زنجیرمان یک سری استاندارد داریم به نام استاندارد ANSI که با استفاده از جدول 17 - 19 گام، مقاومت کششی و وزن میانگین و .. می توانیم استفاده کنیم. در تسمه ها چند تا تسمه V شکل می توانیم استفاده کنیم اما در زنجیر از چند تا زنجیر استفاده نمی کنیم یک زنجیراست که یک ردیفه یا دو ردیفه یا سه ردیفه کنار هم هستند. 𝐻𝑡𝑎𝑏 با سرعت زاویه ای که چرخ زنجیر می چرخد انتخاب می شود. بسته به نوع زنجیر انتخاب شده ما طول گام مشخصی داریم و تعداد ردیفی از جداول ANSI را باید انتخاب کنیم که 𝑘2 و 𝐻𝑡𝑎𝑏 باید به روشی ارضا شوند که 𝐻𝑑 را برای طراحی برآورده کنند.
نکته حائز اهمیت: در مبحث چرخدنده ها در خصوص چرخ دنده های داخلی توضیحات کتاب بسیار کم و ضعیف می باشد و در طول تحصیل خود متوجه شدم که به چرخ دنده های خارجی در درس های مرتبط با بحث چرخ دنده می پردازند و قابل فهم تر است و یاد گرفته ام و روابط را برای آنها به کار می برند. مگر در موارد محدود و خاص و خیلی کم در خصوص چرخ دنده های داخلی و نوع رفتارشان حتی درهمین کتاب شیگلی و کتابهای درسی که تا به حال مطالعه کرده ام بحث شده است و روابط موجود برای رفتار چرخ دنده های داخلی به خوبی تشریح نشده است و این جداً دانشجو را برای فهم و یادگیری کامل رفتار چرخ دنده های داخلی دچار مشکل می کند.
مشاهده کنید: فیلم آموزش مهندسی مکانیک طراحی اجزاء 2 - تنش در چرخدنده و رابطه لوئیس و آگما
خلاصه مباحث طراحی اجزاء 2 مهندسی مکانیک – بخش سوم
در این درس با پشتوانه ی درس طراحی 1 و به عنوان ادامه ای بر این درس ما یاد میگیریم که با استفاده از پارامتر های مخصوص و تعریف شده برای انواع اجزا و قطعات مکانیکی نیروهای وارده گشتاور ها و نوع و جنس اجزای مورد استفاده را انتخاب کنیم و یک طراحی کامل و با ضریب ایمنی بالا داشته باشیم. در ادامه ی این خلاصه نویسی توضیحاتی راجب به هر فصل داده می شود.
یاتاقان لغزشی و روانکاری: در این حالت بین دو بخش متحرك از یک ماشین که نسبت به هم حرکت نسبی دارند از روانکار استفاده می شود. به طور مثال می توان به یاتاقان های ژورنال در توربین ها، پیستون و شاتون در خودروها، چرخدنده ها و غیره اشاره کرد.
از روانکارها برای کاهش اصطکاك، کاهش سایش، کاهش گرما بین دو بخش از ماشین که نسبت به یکدیگر حرکت نسبی دارند استفاده می شود. از استاندارد SAE برای انتخاب روغن در ماشین ها استفاده می گردد. معمولاً به روغن موادی اضافه می گردد تا خواص ذیل حاصل شود: 1- جاذب لجن 2- بالا بردن مقاومت روغن در برابر فشار 3- بالا بردن مقاومت روغن در برابر گرما 4- افزایش عمر روغن و جلوگیری از اکسید شدن آن 5 -جلوگیری از زنگ زدگی قطعات
چرخدنده ها: انواع مهم چرخدنده ها شامل این موارد است: 1- چرخدنده ساده 2- چرخدنده هلیکال یا مارپیچ 3- چرخدنده حلزونی 4- چرخدنده مخروطی
حتما بخوانید: پروژه طراحی اجزاء 2 مهندسی مکانیک - یاتاقان و کاربرد انواع مختلف یاتاقان غلتشی و لغزشی
تعاریف مرتبط با چرخدنده ها
- چرخدنده کوچکتر را پینیون و چرخدنده بزرگتر را گیر می گویند.
- معمولا ماکزیمم نسبت تبدیل دور در چرخدنده های ساده 1 به 6 است. برای چرخ حلزونی نسبت تبدیل میتواند 1 به 40 باشد. برای بالابرجرثقیل ها نسبت تبدیل 1 به 400 هم وجود دارد که با چرخدنده های سیار ایجاد می شود.
چرخدنده های ساده
چرخدنده های ساده برای انتقال حرکت دورانی بین محورهای موازی به کار می روند و دندانه های آنها به موازات محور چرخش شان می باشد. معمولاًچرخدنده های ساده از لحاظ تئوری قادر به ایجاد ماکزیمم نسبت دور 1 به 6 می باشند. که البته این پیشنهادی است و می تواند بیشتر هم باشد.
دایره گام: دایره ای است فرضی که تمامی محاسبات برمبنای آن انجام می شود. و قطر آن را قطر دایره گام گویند. دایره های گام یک جفت چرخدنده درگیر با هم مماس است.
دایره لقی: دایره لقی دایره ای است که بر دایره ادندوم چرخدنده درگیر مماس است.
گام دایره ای: فاصله ای است که بر روی دایره گام از یک نقطه بر روی یک دندانه تا نقطه مشابه بر روی دندانه مجاور اندازه گیری می شود. مشاهده کنید: نمونه ویدیوی تدریس خصوصی طراحی اجزاء 2 مهندسی مکانیک - تحلیل نیرو در چرخدنده های مخروطی
مدول: به نسبت قطر دایره گام به تعداد دندانه های چرخدنده، مدول گفته می شود.
گام قطری: درسیستم اینچی به نسبت تعداد دندانه ها بر قطر دایره گام بر حسب اینچ گام قطری گفته می شود.
نسبت درگیری: تعداد دندانه های درگیر در هنگام چرخش دو چرخدنده را نسبت تماس گویند. معمولاً پروفیل چرخدنده ها باید طوری طراحی شوند که قبل از جدایی یک جفت دندانه، یک جفت دندانه دیگر با هم درگیر شده باشند. در طراحی چرخدنده ها بایستی مقدار باشد. معمولاً در چرخدنده های ساده مقدار آن بین 1.2 و 1.5 است.
چرخ دنده های مخروطی: چرخ دنده های مخروطی برای انتقال حرکت بین دو شافت متقاطع به کار می روند. چرخ دنده های مخروطی معمولاً برای زاویه 90 درجه شافت به کار می روند اما می توان برای کار در هر زاویه دلخواهی از آنها استفاده کرد.
تحلیل نیروهای وارد به چرخ دنده های مخروطی: در تعیین نیرو های وارد به چرخ دنده های مخروطی معمولا فرض می شود که تمام نیروها به شکل متمرکز به وسط دندانه وارد می شوند. اما در عمل برآیند نیرو ها به نقطه ای بین وسط دندانه و لبه بزرگ آن اثر می کند، اما از آنجا که خطای این فرض اندك است برای راحتی تحلیل آن را به کار می برند.
مطالعه نمائید: پروژه درس طراحی اجزاء 2 رشته مهندسی مکانیک - مبحث چرخدنده
اجزای مکانیکی انتقال قدرت انعطاف پذیر و نکات مهم در رابطه با کاربرد آنها
تسمه، زنجیر، و کابل از اجزای مکانیکی انعطاف پذیر همانند تسمه ها، زنجیرها، کابلها برای مکانهایی که فاصله بین دو محور نسبتاً زیاد است استفاده می کنیم. اجزای مکانیکی انعطاف پذیر تا حدود زیادی بارهای شوکی را جذب می نمایند و در نتیجه ارتعاش سیستم را مستهلک می کنند لذا در جاهایی که مصرف کننده دارای بارهای شوکی است بهترین انتخاب استفاده از المانهای انعطاف پذیر جهت انتقال قدرت می باشد. انتخاب اجزای مکانیکی انعطاف پذیر باعث کاهش قیمت تمام شده ماشین می گردد و لذا این یک فاکتور مهم برای انتخاب آنها است.
تسمه ها بر خلاف کابل ها و چرخ زنجیرها دارای سر و صدای کمتری هستند. در سرعت های نسبتاً بالا، استفاده از تسمه توصیه می شود و معمولاً تسمه نمی تواند در سرعت های پایین توان را به خوبی انتقال دهد، چرا که لغزش ایجاد می شود ولی زنجیرها برای سرعت های بالا توصیه نمی شوند.
چون در سرعت های بالا دانه های زنجیر از روی چرخ زنجیر بلند می شود و زنجیر گسسته می شود ولی در سرعت های پایین زنجیر یک انتخاب مناسب است. لازم به ذکر است که گاهی اوقات تسمه ها در سرعت های پایین و زنجیرها در سرعت های بالا استفاده می گردد. مثل استفاده از تسمه در ماشین های کشاورزی و استفاده از زنجیردر خودرو به علت وجود روغن و بودن آن.
انواع تسمه ها شامل این موارد است: 1- تسمه های تخت 2- تسمه های گرد 4- تسمه های تایمینگ یا دندانه دار 5- تسمه های تخت فلزی
تسمه های تخت معمولاً برای حمل بار و گاهی اوقات برای انتقال توان مورد استفاده قرار می گیرند. ولی تسمه های V شکل معمولا برای انتقال قدرت به کار می روند. اما گاهی اوقات در حالت های خاص نیز از تسمه های V شکل برای انتقال قدرت استفاده می شوند.
جنس تسمه ها معمولا از چرم، پلی آمید، (Polyamide یورتان )، (Urethane) لاستیک، کتان، و یا الیاف مصنوعی و یا الیاف خاصی همانند برزنت می باشد.
محرك های با تسمه های تخت دارای راندمان حدود 98 درصد می باشند که این راندمان با راندمان چرخدنده ها تقریبا برابر است ولی راندمان تسمه های V شکل در محدوده 70 الی 96 درصد قرار دارد.
تسمه ای تخت سرو صدا و نویز بسیار اندکی تولید می کنند و ارتعاشات پیچشی بیشتری را نسبت به تسمه های V شکل و چرخدنده ها جذب می کنند.
حتما ببینید: فیلم آموزشی و نمونه تدریس طراحی اجزای 2 - انواع یاتاقانهای غلتشی بلبرینگ Ball Bearing
نتیجه: در این درس بررسی دقیق پارامتر ها و احتیاط و دقت در انجام محاسبات از اهمیت ویژه ای برخوردار است که در نهایت از اعداد به دست آمده برای جداول و انتخاب انواع اجزا مکانیکی استفاده می شود. پس بدیهی است که خطا در محاسبات می تواند به انتخاب جنس و یا روغن های اشتباه بیانجامد و در نتیجه کل طراحی را تحت تاثیر قرار دهد. در این خلاصه نویسی بنده از فرمول نویسی اجتناب کردم و سعی داشتم مفاهیمی را که یاد گرفتم بیان کنم بنابرین قطعا قسمت هایی از درس در اینجا ذکر نشده مانند تحلیل نیرویی دندانه های انواع چرخ دنده ها که در آنها تعداد زیادی پارامتر وجود دارد که هر کدام روابط خود را دارند پارامتر هایی از قبیل سختی، ضریب الاستیک، استحکام خمشی و ... .
منبع: ایران مدرس (استفاده از مطالب با لینک به ایران مدرس و ذکر منبع مجاز است)
