505
1

طراحی مکانیکی

Embed Size (px)

DESCRIPTION

this is a translation from "Mechanical Design" in Farsi and may be useful for Mechanical Engineering students.

Citation preview

Page 1: طراحی مکانیکی

1

Page 2: طراحی مکانیکی

2

فھرست

پيش گفتارنويسنده

پيش گفتار مترجم طراحي -1

مقدمه 1- 1 فرايند طراحي 1- 2 طراحي جامع 1- 3 مشخصات طراحي كاال 1- 4 طراحي مفھومي 1- 5 فن آوري پايه 1- 6 نتايج 1- 7

فھرست منابع وچشمه ھاي اطالعاتي كاروتمرين

مھندسي مكانيك -2 مقدمه 2- 1 ترموديناميك 2- 2 دانش مكانيك 2- 3 دانش مواد 2- 4 تايجن 2- 5

فھرست منابع وچشمه ھاي اطالعاتي

اجزای ماشين -3 مقدمه 3- 1 سايش شناسی 3- 2 ياتاقان ھا 3- 3 چرخ دنده ھا ، تسمه ھا وزنجيرھا 3- 4 درزبندھا 3- 5 کالچ ھا وترمزھا 3- 6 فنرھا 3- 7 متصل کننده ھا 3- 8 قاب ھا ، بدنه ھا وپوسته ھا 3- 9

نتايج 10-3 فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی

ياتاقان ھا -4

Page 3: طراحی مکانیکی

3

مقدمه 4- 1 ياتاقان ھای لغزشی 4- 2 ياتاقان ھای غلتشی تماسی 4- 3 نتايج 4- 4

نابع وچشمه ھای اطالعاتیفھرست م کاروتمرين

محورھا -5 مقدمه 5- 1 نافی -اتصال محور 5- 2 کوپلينگ ھای متصل کننده محور به محور 5- 3 سرعت ھای بحرانی وخميدگی محورھا 5- 4 برای طراحی محورھای انتقال ASMEدستورالعمل 5- 5 نتايج 5- 6

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی کاروتمرين

چرخ دنده ھا -6 مقدمه 6- 1 ترسيم پروفيل دندانه چرخ دنده 6- 2 رشته ھای چرخ دنده 6- 3 سامانه ھای دندانه 6- 4 تحليل نيروھا 6- 5 روش آسان انتخاب چرخ دنده 6- 6 نتايج 6- 7

اطالعاتیفھرست منابع وچشمه ھای کاروتمرين

تحليل تفصيلی تنش درچرخ دنده ھا -7 قدمهم 7- 1 خرابی در اثر سايش 7- 2 برای محاسبه تنش ھای خمشی وتماسی AGMAمعادله ھای 7- 3 روش انتخاب چرخ دنده ھا 7- 4 نتايج 7- 5

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی کاروتمرين

گرداننده ھای تسمه ای وزنجيری -8 مقدمه 8- 1 گرداننده ھای تسمه ای 8- 2 گرداننده ھای زنجيری 8- 3

Page 4: طراحی مکانیکی

4

نتايج 8- 4 شمه ھای اطالعاتیفھرست منابع وچ

کاروتمرين

درزبندھا -9 مقدمه 9- 1 درزبندھای استاتيکی 9- 2 درزبندھای ديناميکی 9- 3 نتايج 9- 4

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی کاروتمرين

کالچ ھا وترمز ھا – 10 مقدمه 10- 1 کالچ ھا 10- 2 ترمزھا 10- 3 نتايج 10- 4

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی کاروتمرين

فنرھا – 11 مقدمه 11- 1 اری مارپيچیفنرھای فش 11- 2 فنرھای پيچشی مارپيچی 11- 3 پيچشی مارپيچیفنرھای 11- 4 فنرھای شمش 11- 5 فنرھای بلويل 11- 6 نتايج 11- 7

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی کاروتمرين

متصل کننده ھا و پيچ ھا – 12 مقدمه ای بر روش ھای اتصال دائم وموقت 12- 1 متصل کننده ھای مارپيچی 12- 2 پيچ ھای حرکتی 12- 3 پرچ ھا 12- 4 چسب ھا 12- 5 جوشکاری 12- 6 شاری فوریاتصال ف 12- 7 نتايج 12- 8

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی کاروتمرين

Page 5: طراحی مکانیکی

5

قاب ھا ، بدنه ھا و پوسته ھا – 13 مقدمه 13- 1 طراحی برای مقاومت در برابر خمشی 13- 2 طراحی برای مقاومت در برابر پيچش 13- 3 طراحی برای تامين تھويه کافی 13- 4 ايمنی 13- 5 نتايج 13- 6

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی

حسگرھا وکاراندازھا – 14 مقدمه 14- 1 حسگرھا 14- 2 کاراندازھا 14- 3 نتايج 14- 4

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی

رواداری ھای مھندسی – 15 مقدمه 15- 1 رواداری قطعه ھا 15- 2 رواداری آماری 15- 3 نتايج 15- 4

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی کاروتمرين

مديريت طراحی ومطالعه موردی – 16 مقدمه 16- 1 مديريت طراحی 16- 2 ھزينه يابی 16- 3 طراحی وچشمه ھای اطالعاتی راھنمايی در مورد منابع 16- 4 مطالعه موردي 16- 5 نتايج 16- 6

فھرست منابع و چشمه ھاي اطالعاتي كاروتمرين

Page 6: طراحی مکانیکی

6

نويسنده پيش گفتاري داول مھندس ف ومت زاي مختل اب اج ي و انتخ امع وطراح ي ج ي مبحث طراح اب معرف ن كت ي از اي دف كل ھ

راي طراح ومھندس ،ثمكانيك وقطعات ماشين مي باشد. اين مباح ائي ب ا ھ مبن د ت راھم مي نماين طراحي را نرف اعمال نمايد.

ه ه اي موسوم ب راي تعريف طراحي از برنام راي طراحي مھندسي " رويكرد انتخابي ب ا ب ه ھ " اشتراك تجربروي وده پي ده است. نم راھم وبسط داده ش راي ف امع ضروري ب اليتي ج د " فع ه طراحي از دي ن روش ب در اي

ن روش مي شود. نگريستهدن كاال يا فرايندي كه پاسخ گوي نيازبازار است " نمو ارچوب اي هب ،اين كتاب درچھده دھا ، گردانن ا ، درزبن ده ھ ا ، چرخ دن ا ، محورھ توسعه مھارت ھاي طراحي مكانيكي درحوزه ھاي ياتاقان ھ

ا ده ھ ا ومتصل كنن ا ، فنرھ ا وترمزھ ه است. پرداھاي تسمه اي وزنجيري ، كالچ ھ ه اجزاي خت واردي ك در م استاندارد از سازندگان در دسترس باشد گام ھاي الزم براي تھيه مشخصات وانتخاب آن ھا تشريح شده است.

راھم چھارچوب استفاده شده در اين كتاب اطالعات تشريحي وگويائي را براي معرفي اصول واجزاي جداگانه فا و مح رض روش ھ ده را در مع وده وخوانن ا نم ي ي ه مشخصات وطراح راي تھي يلي ضروري ب با ت تفص اس

راي د. ب رار مي دھ اب جھت انتخاب اجزاء و قطعات ماشين ق ده كت راي خوانن افي ب راھم نمودن اطالعات ك فال ھاي تفصيلي وراه حل ھاي دھاي گزينشي ، مث رار محاسبات وفراين كسب مھارت ھاي الزمه به منظور تك

فراھم شده است.توضيحي در سرتاسر اين كتاب دن ن درس گذران يش شرط اي اين كتاب در اساس براي تدريس در دو ترم دانشجويان ليسانس نوشته شده است. پ

ه رياضيات ، مكانيك سياالت ، انتقال حرارت ، اصول يكن از آنجائي ك دانش مواد،استاتيك وديناميك مي باشد. لراھم شدهدر اين كتاب مثال ھاي متعددتشريحي وروشنگرا و حل ه تفصيل ف يش مسايل ب دون داشتن پ ده ب خوانن

ا ويژه ب اب ب ن كت رد. اي افي بب ره ك اربرد درشرط ھاي فوق الذكر مي تواند از اين كتاب بھ ه ھاي ھدف ك برنامراي واحدھاي طراحي ، طراحي مھندسي مكانيك ، طراحي ليسانس مھندسي مكانيك وخودرو نگاشته شده وب

روژه وي ، سامانه انتقال نيرو در خودرو و سايش شناسي وتوليد ، مطالعات طراح دھا و كارھاي پ ين واح ھمچنمناسب داشته باشند را كتاب اينكه نياز به دانش در مورد اجزاي تشريح شده در ،عنصر طراحي متشكل ازاي

.مي باشداھي ھاي ھدف از مطالب مطرح شده دركتاب در فصل ورد طراحي جامع ،مقدماتي كوت مھندسي مكانيك در ما 9و اجزاي ماشين توضيح داده شده وسپس در ا ، محورھ ان ھ فصل بعدي در مورد اجزاي ماشين شامل ، ياتاق

ا شرح وبسط ده ھ ا ومتصل كنن ا ، فنرھ ا و ترمز ھ ا، كالچ ھ ا وتسمه ھ دھا ، زنجيرھ ا ، درزبن ، چرخ دنده ھه 14و 13كافي داده شده است. فصل ھاي ا وبدن ه از پوسته ھ وده ك دازھا را معرفي نم ا ،حسگرھا و كاران ھ

ا ند. موضوع رواداري ھ انيكي مي باش ن آوري مك دي در ف دھا در مشخصه ھاي كلي ا فراين ات ت از سطح قطعه 15فصل مورد بحث قرار گرفته است. فصل آخربه موضوع مديريت طراحي وطراحي مجتمع با كاربرد جنب

وارد مقتضي براساس ھاي تفصيلي طراحي پوشش داده شده ه است. روش ھاي طراحي در م در كتاب پرداخت استانداردھاي ملي وبين المللي بسط يافته و تكميل شده اند.

راي ا ب وان مبن ورد درنشر اول اين كتاب بسياري از اجزاي ماشين بعن ك م طراحي دستگاه ھاي مھندسي مكانيرد حاضر بسياري بررسي قرار گرفتند. مطالب پوشش داده شده در نشر اول ر مي باشند ودر رويك وز معتب ھن

ه در ده ك ام معرفي ش ه گ ام ب ودار وروش ھاي گ تن ، عكس ، نم از جنبه ھاي فن آوري بصورت توضيحات مد موارد مشابه بسيارمورد استقبال خواننده قرار گرفته است. در نشر اول تعدادي از اجزاي با اھميت ماشين مانن

دازھا حذف شده متصل كننده ھا ، فنرھا ي ، حسگرھا و كاران د ول ن نشر بودن ا توضيحات در اي اب ب تن كت به مكامل اضافه شده اند. بسياري از موارد مذكور در نشراول از جمله فصل ھاي مقدماتي در مورد طراحي جامع

ت مورد بازنگريو دامنه مھندسي مكانيك واجزاي ماشين ورد پوس ه قرار گرفته اند. فصل جديدي در م ا وبدن ه ھال ھا اضافه شده دين مث تفاده از چن ده است. اس وفصل نھائي براي تامين نگرشي به رويكرد مجتمع بازنويسي ش

ن رار گرفت در اي دگان ق تقبال خوانن ورد اس ه م حل شده و ارائه حل كامل با توضيحات بھمان سياق نشر اول ك نشر نيز رعايت شده است.

2004 - پيتر چايلدز

Page 7: طراحی مکانیکی

7

پيش گفتار مترجم

م ه ھاي عل ا را در قل زودي م ه دارد وب د و حركت علمي وفني در كشورمان با سرعت ادام رار خواھ اوري ق فنادي در طراحي اجزاي ماشين ومھندسي مكانيك موج د وھمگي در داد. اگرچه در كشور ما متخصصين زي ودن

ه تحقيق وارد ب ي ، ساخت ونصب طراحي ، اين م اليف ومشغولند ول راي ت ن رشته ب ه كتب خوب در اي ترجموم مھندسي ه عل ازه وارد ب راد ت ن مھندسينگي يشرسالت ھم ،دانشجويان و اف تاندارد دراي اب اس مي باشد. كت

دريس مي شد كه از سال ھا قبل در رشارشته ھمان كتاب قديمي شيگلي مي ب ا ت ته مھندسي مكانيك در دانشگاه ھه مبحث طراحي اجزاي ماشين ضمنا كتب متعددي در اين رشته موجود است شده است ولي نگرش اين كتاب ب

د نگرشي نوين وقرن بيست ويكمي مي باشد والزم است مھندسين نا شوند . بعالوه باي م آش جوان با اين نگرش ھا ي مھندسي براي مھندسين مكانيك اين كتاب تنھا اذعان نمود كه ه در رشته ھ نوشته نشده بلكه ھمه مھندسيني ك

ر گذاشته و ن فرات ا را از اي د. پ از دارن اب ني ن كت ه اي د ب وا فضا تحصيل مي كنن صنايع ، مھندسي خودرو ، ھن نجائي كه مھندسينآمعتقدم از ا واھل ف ه رشته ھ رق ، عمران ، شيمي و.در ھم ه مھندسين ب يچ .. ازجمل ا پ ب

اب ن كت د از اي د مي توانن ومھره ، فنر، محور وساير اجزاي ماشين در طول دوران كاري خود برخورد مي كنن بھره برداري نمايند.

ب رخ داده ا چاپ مطال پ ي تباھي در تاي ه اش تارم چنانچ دگان خواس ه خوانن رم از ھم ضمن تشكر از ناشر محت ناشر محترم را مطلع فرمايند.

محمد شھرخ خاني

1388تھران اسفندماه

Page 8: طراحی مکانیکی

8

1

طراحي

اب عب ه فن ھدف ھاي اين كت ده ب ودن خوانن د شناسي طراحي و آشنا نم د طراحي ومت ه فراين د از مطالع ارتنن زات مھندسي مي باشند. اي ه گسترده اي از تجھي ه اساس دامن زاء ماشين ك دادي از اج آوري و انتخاب تع

فصل فرايند طراحي را از ديد يك مبتکربه مدلی شکلی بنام " طراحی جامع" معرفی می نمايد.

موزشیاھداف آ در خاتمه اين فصل شما بايستی :

.بتوانيد گام ھای تکراری را که با فرايند طراحی ھمراه می باشند تشخيص دھيد .از فرايندی آگاه شويد که در توسعه مشخصات طراحی کاال از شناخت جزيی بازار ناشی می گردد لی ارائه نمائيد.بتوانيد نمودار طراحی شکل شناختی برای کمک به توسعه را ه حل ھای ک .بتوانيد در فعاليت ھای توفان فکری شرکت نمائيد .حدود فن آوری ھای دردسترس را برای طراح تشخيص دھيد

مقدمه 1-1وه بيرونی ا جل واژه طراحی از نظر عامه برای بيان زيبائی ظاھری يک شيئ با نسبت دادن ويژه ای به شکل ي

رای ی رود. ب ار م رد آن بک ين عملک ا آن و ھمچن ای زيب ی خودروھ اس ، طراح ی لب ا از طراح ال ، غالب مثم 1-2و 1-1وتماشايی ياد می کنيم که نمونه ھايی از آن در شکل ھای ا ھ ه ھ ن نمون نشان داده شده است. در اي

ا از ھ ه ای از ني تاثير چشمی که به ادراک چشمی ما برمی گردد و ھم مفھوم عملکردی که وفق آن فراورده دامن مطرح است. نمايد که در تعريف آن چه بنام " طراحی خوب" تعئين کننده می باشد را تامين

ه در سال 1-1شکل اجيو ک ه 1946وسپای پي ه در آن بدن ود ک ه ای از ساختمان يکپارچه ب ه اولي پا نمون د. وس ازار آم ه ب ب وسيله نقليه وراننده آن فراھم گردد. اين تا استحکام وظاھرمناسبی برای اجزای وشاسی در ساختارواحدی ادغام شده اند

Page 9: طراحی مکانیکی

9

رين خودروی ورزشی 1998آئودی تی تی ، که ابتدا در سال 1-2شکل وان جذاب ت به بازار وارد شد ، و بعنوان دارنده عن

قرن بيستم شناخته شده است.

" از کلمه التين " دزيگناره " به معنی مشخص نمودن يا برجسته کردن ناشی شده است. طراحی کلمه " طراحی

ودن و ردن، اصالح نم به ک ودن ، محاس ی نم داع ، مرئ ازی ،اب وم س دھای مفھ ه فراين ی ھم ه معن د ب ی توان ما از ي ا ني ده مشخصات جزئيات که شکل فراورده را تعئين می کنند تعبير گردد. طراحی معموال ب ا يک اي زام ي ال

اال را اربرد ک ه ساخت و ک اير اطالعاتی ک ه ای و س ايج رايان ا نت دادی نقشه ي ا تع ا ب ا ب ردد. ونھايت شروع می گ امکان پذير می نمايد خاتمه می يابد.

ازار ر ا در اين کتاب ، طراحی بعنوان " کليه فعاليت ھای الزم برای تامين فراورده ای يا فرايندی که نيازھای بدل انجمن ن تعريف ازم ه در طراح SEEDجوابگو باشد " تعريف می شود. اي ده (مشارکت تجرب ه ش گرفت

، گروه با عالقمندی به آموزش طراحی از انجمن طراحی می DESIGمھندسی ، در حال حاضر دارای نام باشد) .

فرايند طراحی 2-1

ئله بکمک از تجارب خود ، احتماال می دانيد که طراحی می تو اند شامل بررسی نياز طراحی وکار بر روی مساژ ان از امکان مونت ار، اطمين ا ی الزم ، توسعه مناسب شيوه ک ان فکری ، محاسبه ھ ا ، توف دل ھ ا ، م نقشه ھاتی ه صورت طبق وامکان توليد شدن کاال ومحاسبه ھزينه ھا باشد. فرايند طراحی را می توان به شکل شمائی ب

وده را 1-3دگی آن افزايش يابد ،نشان داد. شکل که شکل و پيچي رويکرد سنتی که ھمراه با ابداع کنندگان منفردباالرا ه شکل وظاھر ک ا يی ک ده ای درخشان" ، ترسيم ومحاسبه ھ نشان می دھد. اين مدل متشکل است از " اي

ا اي زوم ونھايت دد آن در صورت ل ابی مج رد طراحی وارزي د ،قضاوت در م ايی . حاصل می کن االی نھ اد ک جفرايند ارزيابی وکارمجدد بر روی يک ايده در طراحی متداول است ودر مدل با پيکان تکراری نشان داده شده

رای 1-4وفعاليت طراحی را يک گام به عقب می برد تا طراحی بھبود يابد.شکل د را ب نتايج ممکن از اين فراين سر را فراھم می کند نشان داده است. برای کاله ايمنی که امکان ديد ن اطراف و پشت

Page 10: طراحی مکانیکی

10

رويکرد سنتی وشناخته شده "مبتکرين " به طراحی. 1-3شکل

ه 1-5شکل د ک توصيف شکلی تری از فرايند طراحی را بدست می دھد که ممکن است مرتبط با مھندسينی باشمی کل در ساختاررس ه در ش ار رفت ای بک د. اصطالح ھ ی کنن ار م رکت ک ديريتی يک ش ر 1-5م تن زي در م توصيف شده اند.

.ا ا تشخيص نيازھ د ي ازی را تشخيص دھ رکتی ني ا ش رد ي ه ف ردد ک از می گ انی آغ ا طراحی زم غالبرک ه ش امی ک ه ھنگ ن ک ر اي د . ديگ دی مشخص نماي ا فراين تگاه ي اال ، دس رای ک ازار را ب تعداد ب تی اس

رای د ( ب ازی " را تعريف نماي رد " ني دد يکی از محصوالت موجود خود بگي ه مھندسی مج تصميم ب مثال ، توليد مدل جديد خودرو ) . بيان نياز گاھی بعنوان خالصه يا خالصه بازار ناميده می شود.

.رای اين شامل ھمه مشخصات محصول يا فرايند ی که بايستی طراحی گردد می باش توضيح مسئله د. بت ا در کمي دوديت ھ اد و مح ا ، ابع ا ، مشخصه ھ ی ھ ا و خروج امل ورودی ھ د ش ی توان ن م ال اي مث

محصول باشد. .د استعداد حل سنتز ه بتوان اين فرايندی است که با ترکيب ايده ھا از آن ھا شکل يا مفھومی می سازد ک

اربرد آن در ش د. اصطالح سنتز از ک دی را نيازھای طراحی را تامين نماي ه فراين نا می باشد ک يمی آش توصيف می نمايد که طی آن ترکيبی به کمک رشته ای از واکنش ھای ديگر مواد توليدگردد.

.د استاتيک ، ديناميک ، مکانيک تحليل ايی مانن م مھندسی ، يعنی رشته ھ اربرد عل ن بخش شامل ک ايرای آزمودن مواد، جريان سياالت و انتقال حرارت می باشد.اين "ابزار" و وان ب فنون مھندسی را می ت

ه در دمای طراحی استفاده نمود تا اطالعات کم ن ک ا اي افی ي اال دارای استحکام ک ا ک ه آي ن ک د اي ی ماننه معنی ل ب زی را بيکديگرتلفيق کردن وتحلي ی چي ه معن نتز ب ردد. س د حاصل گ ار می کن قابل قبولی ک

ا ت ه تقسيم چيزی به اجزای تشکيل دھنده اش ي ن ک ل از اي ه قطعات می باشد. طراحان بايستی قب ديل ب به محصولی ناريوی معروف مرغ و تخم مرغ !ھنگامی ک د. س چيزی را تحليل نمايند آن را سنتز نمايندی پيش از ه مستلزم سنتز جدي ردد ک ايتی درآن آشکار گ ا بی کف تحليل شودممکن است نوعی نقيصه ي

.مي باشدراه حل کافی فراھم شدن ا تحليل مجدد آن وتکرار اين فرايند ت

Page 11: طراحی مکانیکی

11

.اين فرايندی است که به صورت مکرر مجموعه ای از معيارھای متضاد را برای رسيدن بھينه سازی به بھترين مصالحه پااليش می نمايد.

.ه. ارزيابی ا ن د ي امين می نماي اين فرايندی است که تعئين می نمايد که آيا طراحی الزام ھای اصلی را ت ست شامل ارزيابی تحليل ، آزمايش نمونه اوليه وپژوھش ھای بازار باشد. وممکن ا

)) 1989نما توسط آلبرتو مدا ودنيس سانتاچيارا (مانزينی ، دورکاله ايمنی 1-4شکل )a رای نياز : به توانايی ب

)ديدن اطراف راننده. )b : ا ايده ). ارتباط نوری با استفاده از فيبر نوری وعدسی ھ )c و( )d ی طرح ھای عمل

مفھوم را نشان می دھند. اين که

والی يعنی 1-5و 1-3شکل ھای اگرچه ه صورت مت ه طراحی ب د ک ن دارن اه اول حکايت از اي درنگه وظيفه ای بعد از وظيفه د يگر، انجام می شود ولی عمال فرايند طراحی ممکن است به شکل يک گام ب

ه منظور ی ب رای راه حل نھاد ب ه ، ممکن است پيش رای نمون رد. ب ه پس صورت گي ام ب يش و يک گ پنھاد ن پيش ه اي د ک ان دھن ايی نش ا قضاوت ھ بات ي پس بعضی محاس د و س االيی بدھي ه طراحی ک نيازب

ل د.راه ح ی باش د ناناسب م ن ، فراين ود.به اي ول ش تری معم ابی بيش ردد وارزي نھاد گ تی پيش د بايس جدي تکراری طراحی می گويند وبخش اساسی برای پااليش وبھبود پيشنھاد توليد کاال ھا است.

د بلکه توضيحی 1-5و 1-3توجه شود که نمودار جريان شکل رای طراحی را نشان نمی دھن روشی بروه از آنچه عمال در فرايند ط ا گ ه ھر مھندس ي د. روش طراحی ک ه می دھن د ارائ راحی وقوع می ياب

ع روش طراحی اختيار می کنند غالبا يگانه است. روش شناسی طراحی ، دانش دقيقی نمی باشد ودرواقد ار می کنن ه روش پيشرويی ک دارد. بعضی از طراحان ب رای طراحی وجود ن ھای تضمين شده ای ب

روی چندين جنبه کار می نمايند. وديگران به صورت ھمزمان

Page 12: طراحی مکانیکی

12

فرايند طراحی که بعضی از گام ھای تکراری مرتبط با فرايند را نشان ميدھد. 1-5شکل

مطالعه موارد عملی 1 -2 -1

راورد 1-5فرايندی که باشکل د از ب ايی شرح داد. بع دماتی مشخص شده را می توان با مثال ھ ھای مقاز بازار ، ھيئت مسئول ماشين ھای کارخانه ای يک شرکت تصميم گيری می نمايد که طراحی دستگاه االبر چنگالی جديدی برای انتقال پالت ھا در محوطه کارخانه ھا را به عھده گيرد. اين ھيئت خودروی ب

د را در مد نظر دارد ولی نمی خواھد گروه طراحی را فقط محدود به طرا د. فراين وم نماي ين مفھ حی ھم بکار رفته است به شرح زير فھرست شده اند: 1-5طراحی برحسب عناوينی که در شکل

.(ازار ا خالصه ب از( ي ت تشخيص ني ال پال تگاه انتق رای جذب دس ازار را ب تعداد ب شرکت، اس تشخيص داده است.

.يم مشخصات کامل کاال که مورد نظر شرکت است بايستی تعريف مسئله ه ت نوشته شود.اين بطراحی اجازه می دھد که تعئين نمايند که آيا اين پيشنھاد طراحی درخواست اصلی را جوابگو اد د از نيازھای اطالعاتی ايج ه طراحی بايستی يک فھرست بلن دام ب ل از اق ا قب است. در اينج

ورد بررسی ا م ه در اينج ورد دستگاه حمل پالت ک ال در م رای مث ه وروشن گردد. ب است جنب ھای مورد نظر چنين می باشند:

چه اندازه ھايی از پالت بايستی حمل گردند؟ حداکثر جرم روی پالت چه مقدار می باشد؟ حداکثر اندازه بار روی پالت چه مقدار است؟ دامنه موادی که قرار است حمل شوندواين که آيا آنھا بسته بندی شده اند؟

Page 13: طراحی مکانیکی

13

تی باال رود؟حداکثر تا چه ارتفاعی پالت بايس بر روی چه زمينی دستگاه حمل پالت حرکت نمايد؟ چه دامنه کاری برای دستگاه حمل پالت مورد نياز است؟ آيا منبع انرژی /سوخت خاصی بايستی بکار رود؟ طول عمر به چه ميزانی است؟ يا محدوديت ھای توليدی بايستی مورد مالحظه قرار گيرد ؟ ت؟قيمت نھايی فروش چه ميزان اس چند دستگاه را بازار می تواند جذب نمايد؟ آيا دستگاه خودکار يا دستی است؟ چه محدوديت قانونی نياز است که مرعی گردد؟

ه رای نمون ار است. ب ر معي ين کمی ھ دی تعئ ام بع ه بررسی بيشتری دارد. گ از ب وده وني ل نب ن فھرست کام ايتاندارد پالت وفق شکل ود 1-6مشخصات شامل ابعاد اس ردد ب ه بايستی حمل گ ار ی ک وحجم 1000kgه وب

، کاربرد روی کف کارخانه وسطح ھای اسفالت بوده ،دستگاه حمل 3m، ارتفاع دسترسی تا 32mبيشينه بارری 300جابجا نموده واين کار را حداقل 100mپالت بايستی ھر پالت را به تنھايی تا ل از سوخت گي ار قب ب

د ، طول عمرش ی انجام دھ ا سوخت ديزل د در 7مجدد خواه انرژی برقی يا سوخت گازی وي سال باشد، توليايی فروش رد، قيمت نھ د 9000يک کشور اروپای شرقی صورت گي ا تولي ورو ب ا 12000ي د درسال ب واح

ی کشور محل عرضه ISOراھبر انسانی وطراحی وفق تاندارد مل تاندارد سازی ) و اس انی اس ( سازمان جھ کاال باشد (مثال نگاه کنيد به استانداردھای زير:

BS ISO 509, BS ISO 6780, BS EN ISO 445, BS EN 1726-1, BS EN 13545, 99/705213 DC, ISO 18334, 99/712554 DC, BS 3726, BS 5639-1, BS ISO 2330).

.ده سنتز ه اي ن مرحل د. در اي سنتز در غالب موارد بعنوان مرحله شکلی وخالقی طراحی بشمار می آيايی ھای اوليه چندی بايستی پيشنھاد يا ايجاد گردند تا مورد وم ھ د. مفھ ود يابن ه وبھب رار گرفت ابی ق ارزي

می توانند به صورت ذھنی يا تجربی يا به روش کاربرد فنون طراحی مانند نمودارھای شکل شناختی، از ه ني ايجاد گردند. بعضی ارزيابی ھا بايستی در اين مرحله برای کاھش تعداد مفھوم ھا ی پيشنھادی ک

د معمول شود. ار بيشتری دارن ابی ھای به ک ه شامل ارزي د ک ون مختلفی موجودن ن منظور فن رای اي ب شايستگی وکفايت مفھوم ھا می باشند.

.ه تحليل ردد ک ين گ ا تعئ رد ت رار گي ل ق ھنگامی که مفھومی پيشنھاد می گردد سپس می تواند مورد تحليو رد بوج رای آن از نقطه نظر عملک ه ب ده آن جوابگوی تقاضايی ک کيل دھن زاء تش ا اج دمی آي د می آي

باشند. گزينه ديگر اين است که از فنون تحليلی برای تعئين اندازه اجزاء به منظور تطبيق با وظيفه ھای الزم مورد استفاده قرار گيرد.

.االبر چنگالی ، بھينه سازی بين نيازھا به صورت ناگزيری تعارض وجود دارد. در حالت خودروی با اندازه ، قابليت تحرک ، ھزينه ، ز ا ھمگی ب داری وسرعت لزوم اربرد، پاي يبايی ظاھری ، سھولت ک

واد وروش ورد م ه مصالحه در م از ب ه ممکن است ني ه نمودن ھزين يکديگر ھم آھنگ نمی باشند. کمينا رين ي ا بھت د ت اال را تشکيل می دھ ه سازی ک ھای ساخت را موجب شود. اين مالحظات بخشی از بھين

معيارھای مطلوب فراھم گردد.قابل قبول ترين مصالحه بين .ا ارزيابی ه ھ واد ، ساخت ، ھزين ه ، م دازه قطع ات ان زمانی که مفھومی پيشنھاد وانتخاب شود وجزئي

ا طراحی پيشنھادی مشخصات را وعملکرد مشخص گردد، سپس لزوم ارزيابی آن مطرح می گردد. آيا ابی بيشتری ب اربرد نشان جوابگومی باشد؟ اگر چنين بنظر برسد ، سپس ارزي القوه وک مشتری ھای ب

ورد واکنش ده، قضاوت درم دھنده ھای نمونه اوليه ممکن است مناسب باشد تا عملکرد طراحی تائيد شااليش بيشتردارد ا پ دنظر ي ه تجدي از ب ه ای از طراحی ني ا جنب ه آي ن ک مشتريھا واطالعات الزم برای اي

مشخص گردد.

Page 14: طراحی مکانیکی

14

اد پالت وواژه 1-6شکل ه : ابع د ب اه کني 99/712555و BS ISO 509, 99/712554 DCشناسی مربوطه (نگ

DC.(

طراحی جامع 1 – 3

ا وروش شناسی دل ھ دادی از م وده است و تع ژوھش گران ب برای سالھای زيادی فرايند طراحی کانون توجه پد. ھای طراحی موجودند. روش شناسی طراحی چھارچوبی است که طراحی می تواند در آن با اقتدار عمل نماي

اگ (SEED )1985يکی از چنين رويکردھايی " طراحی جامع " ناميده می شود که توسط برنامه ) 1990) وپن شکل، فعاليت ھای مرکزی طراحی 1-7پيشنھاد شده وبه صورت نموداری در شکل نشان داده شده است. اي

ات ه مشخص ابی، تھي د از : بازاري ه عبارتن د ک ی دھ ان م يلی و را نش ی تفص ومی ، طراح ی مفھ ، طراحد شکل ھای ار روی 1-5و 1-3بازاريابی/فروش. ھمانن ه ک واردی لحاظ شده ک طبيعت تکراری طراحی درم

ا طراحی به برگشتن به مرحله پيشين و انجام مجدد کارقبلی برای توليد طراحی جامع بھتری که جوابگوی نيازھيش نياز داشته باشد. به طور نمونه م باشد ه ای وفق پ وان قطع مکن است در ھنگام ساخت، مشخص گردد که نت

ين رخ دادی ده آل نبايستی چن ت اي د. در حال از باش ورد ني دی م وم جدي وع مفھ ود ودر مجم اخته ش ی س ی قبل بينه در شکل د طراحی ک ه ، ھر سطح ديگر فراين را در ھر مرحل رل می 1-7وقوع يابد، زي نشان داده شده کنت

ه شکل مشروح 1-7ک از فعاليت ھای طراحی که در شکل گردد. ھر ي نشان داده شده است در متن ھای زير بابه توضيحات شکل ن توضيحات مش تر توصيف شده اند.از آن جايی که فرايند يکسانی توضيح داده می شود اي

می باشند. 5-1

Page 15: طراحی مکانیکی

15

) 1990فعاليت ھای مرکزی طراحی ( پاگ، 1-7شکل

.ازار هب دن منظور ازمرحل ه روزدرآم از ب افتن ني ا دري روش ي ابی فرصت ھای ف ازار، ارزي ب

ل م ه ای حاص ه از آن بياني ت ک ود اس االيی موج ه ک ازار، خالص ه ب ه آن خالص ه ب ی گرددک طراحی ، خالصه يا بيانيه نيازھا می باشد.

.از مشخصات مشخصات شامل بيانه ای است رسمی از وظايف ،مشخصه ھا وعملکرد مورد نيارطراحی عبارتست کاال يا فرايند ی که قرار است طراحی گردد. روش توصيه شده ازخاتمه ک

ردد. مشخصات از توليدمشخصات طراحی کاالي دی گ ی که بايستی وفق بيانيه نيازھا فرمول بنن مشخصات د شود. اي ه بايستی تولي االيی است ک طراحی کاال عبارت از مشخصات رسمی کرا مرزھای طراحی بعدی را د زي بصورت کنترلی برای فعاليت طراحی جامع عمل می نماي

توصيف شده است. 1-4بخش تعئين می نمايد.جزئيات بيشتری ا زمشخصات طراحی کاال در .ه اتخاذ طراحی مفھومی مرحله ھای اوليه طراحی که تصميم ھای اصلی بايستی در آن مرحل

ه گردد ، گاھی " طراحی مفھومی " ناميده می شود. در اين مرحله ايده ای تقريبی گسترش يافتی د طراح ين فراين د. ھمچن ی نماي خص م اھری آن را مش کل ظ ارو ش رز ک ونگی ط ه چگ ک

ايی آن، اال،چگونگی ساخته شدن وجانم وان تعريف شکل شناسی ک مفھومی را می توان به عنه توصيف نمود . بعضی از روش ھا مانند ذھن آشوبي ،تحليل شکلی ودرخت ھای عملکردی ک

توصيف شده اند. 1-5برای ايجاد مفھوم بکار می روند در بخش .ين طراحی تفصيلی ه طراحی تفصيلی شامل تعئ واد مرحل رد وم ه اجزاء منف دازه ھم شکل وان

د. ی باش ا م د آن ھ ديگر وروش تولي ا يک ا ب ق آن ھ ونگی تطبي ا و چگ ده آن ھ کيل دھن تشا درطراحی تفصيلی از بسياری از مھارت ھا در رشته ھای تحليلی که توسط مھندسين کسب وي

ه ه طراحی تفصيلی است ک ار در آن ھا رشد می کنند استفاده می شود. در مرحل ده ک بخش عم

Page 16: طراحی مکانیکی

16

ه پيشتر ذکر شد ، صرف انطوری ک ه ھم ن ھم ا اي طراحی از نظر زمانی صرف می شود. ب زمان روی جزئيات، فقط ھنگامی عاقالنه است که مفھوم مشخصی انتخاب شده باشد.

.ه بشمار می ساخت ه ای جداگان وان مرحل د بعن ن فراين ه ساخت ، اگرچه در ساختار، اي مرحلوذ دارد. طراحی ھر جزئی بايستی آيد، ولی ھمانند د اثير ونف يگر مرحله ھا برھمگی ديگران ت

ارت ات ساخت ومھ ا امکان واد انتخابی بايستی ب ذير باشد! م ه ساختن آن امکان پ چنان باشد که ند. مرحل ازار باش ای ب ا نيازھ ق ب ول ومنطب ل قب ايی قاب ه ھ ازگاربوده وباھزين ود س ای موج ھ

دوين ساخت به قدری با اھميت است رای تقويت اھميت آن توسعه وت که راھبردھای طراحی بال [ DFMو طراحی برای ساخت DFAشده اند، برای نمونه : طراحی برای مونتاژ رای مث ب

رار ])1997نگاه کنيد به بوسرويود( ال ق ورد اقب ان م ا ھمزم وازی ي وم مھندسی م را مفھ . اخيده امانه ای است وتوسعه دھن ه اجزاء گرفته که رويکردی س ودن ھم رای لحاظ نم دا ب را از ابت

رل امل کنت دش ش ه عمرمفي ا خاتم ه ت ه گرفت وم اولي د از مفھ ا فراين دگاری محصول ي چرخه مان کيفيت ، نيازھای کاربر وزمان بندی آن مورد تشويق قرار می دھد.

.روش ابی /ف ا بازاري تی ب ت وبايس ی اس ه ای اساس روش مرحل ی ف ه ، يعن رين مرحل ه آخ البتد ردر فراين ای ديگ ه ھ ر مرحل ز ب ه ني ن مرحل د. اي ازگار باش ازار س ه ب ه اولي ای مرحل انتظارھه اال ، ھرگون ل ک تری در مقاب نش مش د واک اتی مانن د. اطالع ی باش وثر م امع م ی ج طراحد ا در تجدي ل بايستی پس خور شود ت فرسودگی يا شکست ، صدمه ھنگام بسته بندی وحمل ونق

آتی بر روی طراحی موجودبه عمل خواھدآ مد، تاثير گذار گردد. نظرھايی که در طراحی

)1995فعاليت ھای طراحی در مرحله ھای مختلف از توسعه يک کاال( باکستر، 1-8شکل

ه فعاليت 1-7پيکان ھای دوگانه که در شکل اليتی ب رل از فع نشان داده شده مشخص کننده جريان اطالعات وکنتراری فرايند را نشان می دھند. برای نمونه فعاليت طراحی تفصيلی ممکن است نشان ديگر وھمچنين طبيعت تک

ار روی ه ک ن ک ردد. ديگر اي ددا بررسی گ د وبايستی مج ی نمی باش ومی عمل ه ای ازطراحی مفھ ه جنب د ک دھ

Page 17: طراحی مکانیکی

17

ابی داشته باشد. طراحی مفھومی ممکن است مشخصه ای را حاصل نمايد که بالقوه فرصت ھای اضافی بازاريا تعامل داشته باشد. ا فعاليتھای ديگر سطح ھ ايی ب د بصورت پوي به بيان ديگر فعاليت در يک سطح می توان

شکلی ممکن از جريان را در اين فرايند درحين توسعه يک کاال نشان می دھد. 1-8شکل ا ه عرضه خدمات تقريبا ھر کااليی مانند يک جارو برقی ، کتری برقی، خودرو يا ابزار برقی بی سيم ، ني ز ب

ل آھنگی قاب ل ، ھم ن عم ه اي د والزم ابی دارن وقی وبازاري امل مھندسی ، حق اوت ش ای متف ته ھ رادی از رش افمالحظه ای است. در اصطالح صنعتی ، اين تجميع فعاليت ھا تقريبا حاصل ورودی ھای جزيی طراحی از ھر

وان ورودی ، فعاليت ھای اضافی مانند تحليل 1-9رشته می باشد. در شکل بازار به فرايند مرکزی طراحی بعناوتی ارت ھای متف ون ومھ اربرد فن ه ک از ب تثنا ني اضافه شده است. طراحی کارآمد وموثر ھر محصول بدون اسد رشته ای طراحی می باشند.مثال دارد. رشته ھای ذکر شده جعبه ابزار طراح می باشندوحاکی از طبيعت چن

ين طراحی 1-2-1گالی دربخش مربوط به خودروی باالبر چن ور وھمچن ديريت موت رل وم ه سامانه ھای کنت با وجود ن مبحث ب د دارد، اي انيکی تاکي ر روی طراحی مک اجزاء مکانيکی نيازخواھد داشت. اگرچه اين کتاب ب

اھميت ، جالب بودن والزام آن ، فقط يک جنبه از فعاليت طراحی کلی وجامع رادر بر می گيرد.

)1990فرايند طراحی جامع ( پاگ 1-9شکل

ی از 1-9و 1-7، 1-5، 1-3در شکل ھای ا اجزاي ن ھ د . اي ده ان دادی از ورودی ھای محيطی نشان داده ش تع

د. مر وده ان ه از طراحی فھرست نم ر مرحل ا در ھ ت آ نھ ر حسب اھمي ن مشخصات را ب ت در اي ب اولوي اتورد ه حالت واقعی م ا ب مشخصات برای مرحله ھای مختلف فعاليت طراحی متفاوت می باشند. تعداد دقيق آن ھ

مالحظه بستگی دارد.

Page 18: طراحی مکانیکی

18

ين ه تعئ ه از مرحل امانه داری است ک ا طراحی جامع سروکار دارد. طراحی جامع فعاليت س صنعت معموال بزوم می باشد. طراحی جامع نيازھای بازارتا مرحله بازرگانی ورد ل ازار م کاال به منظور جوابگويی به نياز ب

اال ، ازار ، مشخصات ک ه مشتمل براستعداد ب را ميتوان مجموعه ای از فعاليت ھايی مرکزی در نظر گرفت ک طراحی مفھومی ،طراحی تفصيلی ، ساخت و بازاريابی باشند.

مشخصات طراحی کاال 4-1

ا آن مرتبط مي باشند بستگي دارد. مشخصات، داراي م ه ب رادي ك ه موضوع و اف ه ب عاني متفاوتي مي باشد كه درمحدوده آن طراحي صورت د ك راھم مي نماي دراينجا مشخصات به معني فعاليتي است كه چھارچوبي را ف

ه ا ه شكل بياني اھي ب ه گ ردد، ك از آغاز گ ا تشخيص يك ني ه گيرد. كاربر روي يك طراحي ممكن است ب ي كردد. يك خالصه طراحي ممكن دي مي گ متداوال "خالصه طراحي" يا " نيت طراحي " ناميده مي شود جمع بنيم ا ت است جھتي براي فعاليت آغازين طراحي فراھم نمايد، ولي ندرتا محدوديت مكفي براي آن فراھم مي نمايد ت

زام امين ال راي ت ان ب ت كوشش ھايش دم كفاي ا ع ن نقصان طراحي از كفايت ي ه اي ه ب راي غلب وند. ب اه ش ا آگ ھد مربوطه الزم است، بايستي " ا فراين اال ي ورد ك ورد آنچه عمال در م ق در م ه تحقي ربط ب راد ذي وواداشتن اف

)، بوجود آيد. PDSمشخصات طراحي كاال " ( ر ارامتر ھاي ذي ه گسترده اي از پ ا در تھيه مشخصات طراحي كاال ، محدوديت ھايي براي دامن اال ي راي ك بط ب

ه در شكل وتي ك ودار عنكب ردد. نم رار گ تي برق ورد نظربايس د م ده فھرست بازرسي 1-10فراين ان داده ش نشاط است ا مشخصات در ارتب ه ب دي ك ده مفي د. قاع ي نماي راھم م ه ف ورد مالحظ اي م ه ھ ورد جنب دي در م مفي

ومكررا بيان مي گردد، عبارت با اھميت زير است:

را تعئين كنيد. يا تعداد كميت جايي كه ممكن باشدتا

رار ه ق االيي ك پس از مشخص نمودن نياز يا الزام عمومي و مستند سازي آن به شكل يك خالصه ،مشخصات كا اال " ي ن، " مشخصات طراحي ك ردد. اي اد گ ود، ايج د ش ود. PDS است تولي ده مي ش وان PDSنامي بعن

ردد. يعني ھرآن چه شما در راي فعاليت طراحي جامع تلقي مي گ ا پوشش ب ده ، پوسته ي سازوكار كنترل كننه مي باشيد ، راي فعاليت PDSموردش ذيعالق د. نقطه شروع ب ه شما ضابطه ھاي مرجع را نشان مي دھ ب

ن فعاليت طراحي، پژوھش ھاي بازار، تحليل رقابت ، جستجو براي سابقه ھا وحق امتيازمي ب ه اي اشد. زماني كراي 1-11را مي توان توسعه داد. شكل PDSبرعھده گرفته شود ، ه را ب حوزه ھاي اطالعات وپژوھش الزم

نوعي را نشان مي دھند. PDSمحتواي يك 1-1و جدول PDSتوليد د، ب 1-10درھر طراحی جديدی بھتر است ھمه جنبه ھای مشخص شده در شکل ن مشخص وتعريف گردن ا اي

ورد چشم ا م ھمه برای مھندسی مجدد ھر کاالی موجود ، مصلحت مھندسی ايجاب می کند که بعضی از جنبه ھد. يک PDS پوشی قرار گيرند. بنابراين ه وسيعی از مالحظات را پوشش می دھ ه دامن درکی است ک شامل م

ارچوب ممکن از دول PDS چھ ال 1-2در ج ده ودر مث ان داده ش ورد بررس 1-1نش ه است ، م رار گرفت ی قد. شکل اربرد دارن ه صورت گسترده ای ک 1-3اگرچه انواع ديگری از چھرچوب ھای شکلی وجود داشته وب

ده در شکل ا بيشتر فھرست ش ی چھرچوب ملموسی 1-10فقط دوعدد از سی قلم ي ده است ، ول مشخص گرديل مقوله ای پويا می باش PDSرا ارائه می دھد. PDSبرای مستند سازی اال دلي د. اگر در حين طراحی يک ک

ه PDSموجھی برای تغئير بنيادی ود ک ام شدنی است. درھر حال،بايستی توجه نم ن انج PDSبوجود آيد ايوقی ايج حق د نظر –ممکن است عمال بخشی ازتعھدات قراردادی باشد و نت ن موضوع بايستی درم راردادی اي ق

قرار گيرد.ه دی ت PDSتھي ا فراين ی نوع وند، ول ی ش رار م دود برق خص وح ه مش ای اولي ارامتر ھ ه پ ت ک راری اس ک

د توسعه يک ن فراين ه ورودی PDSاطالعات بيشتری ممکن است الزم باشد تا اين موارد تائيد شوند. اي از ب ني

Page 19: طراحی مکانیکی

19

ه سادگی درتا ب وعی دارد. ن ام می از طرف افرادی با مھارت ھا و دانش ھای متن ه در يک روز انج ن وظيف ايدد وممکن است چندين نفر ماه به درازا بکشد. بايستی در نظر داشت که تا زمانی که مشخصات کامل نگردد گر

ز جای خود را ، طراحی مفھومی نمی تواند بسوی موقعيت مستحکمی پيشرفت نمايد ، البته طراحی تفصيلی ني دارد.

)1990خصات طراحی کاال (پاگ محتوای اطالعاتی يک مش 1-10شکل

) 1990اطالعات موردنياز برای توليد مشخصات طراحی کاال (پاگ 1-11شکل

Page 20: طراحی مکانیکی

20

) 1990جدول مستند سازي مشخصات طراحي كاال (پاگ 1-1جدول

اال ا 1-2جدول اد مشخصات طراحي ك ه در شكل جدول نوعي براي ايج رتبط ك ه ھاي م ه جنب ه خاص. ھم ك جنب 1-10ز ي

مشخص شده است را بايستي به ھمين روش مورد بررسي قرار داد.

جنبه ھاي عملكردي و وزني مشخصات طراحي كاال براي يك دستگاه چمن زني. 1-3جدول

1-1مثال ورد ا درم وده ت اني تخصص دارد ، درخواست جلسه اي را نم زات باغب مدير عامل شركتي كه در ساخت تجھين نشست ذكور دراي د. مديرم ه نماي وري توضيحاتي ارائ ي موت ن زن تگاه چم ك دس راي ي ابي ب فرصت بازاري

دير از مي دھدتوضيح ن م ه آن مي باشد. اي اد ب ن ماشين ايمني وقابليت اعتم كه ھدف ھاي كليدي در ساخت ايه م قطع وده ودر آن فرسايش ك ه نم ن دستگاه تھي شما خواسته است بخشي از مشخصات طراحي كاال را براي اي

ھاي متحرك ، سطح پائين لرزش و وزن كم را لحاظ نمائيد. حل

ده در جدول ه ش دارد. پيشنھادھاي ارائ ي 1-3براي اين فعاليت جواب ھاي سر راستي وجود ن د عمل مي تواننساعت لحاظ 250باشند. به اعداد ارائه شده دقت نمائيد . در مورد اين ارقام فكر كنيد. چرا براي كار كرد موتور

شده است؟

Page 21: طراحی مکانیکی

21

طراحي مفھومي 5-1

ومی می طراحی مفھومی عبارتست از ايجا د حل ھايی که جوابگوی نيازھای مشخص شده باشند. طراحی مفھون ازند. آي ی را می س امانه کل ا يکديگرس ه ب تواند مجموعه ای از ھمه زير سامانه ھا وقطعه ھای جزيی باشد ک

ابی 1996واسميت ( ) طراحی مفھومی را بعنوان فرايندی تکراری شامل يک سری از مرحله ھای زاينده وارزيات بيشتری کنند ا جزئي وم ب ه که به حل ترجيحی ھم گرا شود ، توصيف می نمايند. در ھرمرحله از تکرار ، مفھ

ه از نظر ايی ک ده ھ او اي وم ھ اد ھرچه بيشتر مفھ ردد. ايج ذير گ تعريف می شود تا ارزيابی کامل تری امکان په ن وسوسه وجود دارد ک دبخش را انتخاب اقتصادی مناسب باشند امری با اھميت می باشد. اي وم امي ين مفھ اول

را ود زي ن وسوسه بايستی مقاومت نم نموده ودر جھت طراحی تفصيلی وتوليد نھايی آن اقدام گردد. در مقابل ايا زود نتيجه ر ي ه دي ا ارزش است ک چنين نتايجی بدون استثنا قابل بھبود يافتن می باشند. توجه به اين موضوع ب

اد طراحی شما در مقابل کاالھايی ابراين ايج د بن اخته می شوند بايستی رقابت نماي که توسط سازندگان ديگر س مفھوم ھای پرورده معقوالنه است.

توصيف شده اند. 1-5-3تا 1-5-1بعضی از روش ھای رايج برای کمک به ايجاد مفھوم دربخش ھای

جابجا ئي محدوده ھا 1-5-1

ا PDS محدوديت ھاي تعريف شده درجابجايي محدوده ھا عبارتست ازبه چالش كشيدن اربرد آن ھ زوم ك ا ل ، توالد ساخته شود. جابجايي محدوده PDSمشخص گردد. براي مثال، در ه اي بايستي از ف تعريف شده كه قطع

واد ه، اگر مناسب نباشد م ا ن ن مناسب است ي ا اي ه آي وم شود ك ا معل ه چالش مي كشد ت ھا اين مشخصات را ب حاظ نمود.ديگري را مي توان ل

1-2مثال ه آن ه دھان شھرداراستھكلم بودجه اي را براي ساختن مجسمه اي براساس نقشه معماري در نظر گرفته است ك

روي ركت پيش ك ش وان ي ما بعن ا ش ا ب ن بن اخت اي ي وس رارداد طراح د وق تھكلم را پوشش دھ در اس ورودي بن .)1998مھندسي منعقد گرديده است ( نگاه كنيد به متيوز(

حل تثني نيست. مالحظات ن قاعده مس زاز اي غالبا براي طراحي ھر چيز جديدی مسائلي وجود دارد. اين مجسمه نيوع ، بحراني مي ن ن ايي از اي راي مجسمه ھ اد ب ذاري ناشي از ب مربوط به تنش ھاي خستگي حاصله از بارگ

ه چالش باشد. در اين حالت طراح مشخصات اوليه ای را كه وفق آن مجسمه باي د ب ستي دھانه بندر را پوشش دھده 1-12كشيده است ودر عوض پيشنھاد نموده كه طبق شكل اقي مان ، سازه اي نيمه قوسي برپا گردد وبخش ب

شکل ھندسی با جريان آب تكميل گردد. ذھن آشوبي 2-5-1

ه ني ا ب ازھای طراحی معينی پاسخ ذھن آشوبي فعاليتی گروھی است برای زايش ايده ھا و مفھوم ھای چندگانه تاز گوئی شود. تاکيد درذھن آشوبي روی کميت تا کيفيت است. پس از انجام يک نشست ذھن آشوبي، بايستی بنگری يا پرس وجوئی انجام گردد تا مفھوم ھا يا جنبه ھای مفھوم ھايی که زايش شده وبا ارزش مشخص شده و

ين است که جنبه ھای چند مفھوم زايش شده بايستی ترکيب مورد بازرسی قرار گيرند. دستآورد نوعی حاصله ارادی ناشی از وم ھای انف ا مفھ ه ب ی در مقايس ه از نظر کل رد ک از طراحی شکل گي رای ني ی ب ا راه حل ردد ت گ

نشست ذھن آشوبي اوليه ، بھتر است. تعدادی از قاعده ھا برای نشست ھای ذھن آشوبي مفيد يافته شده اند.

Page 22: طراحی مکانیکی

22

)1998حل ھای مفھومی ونھايی (متيوز 1-12شکل

Page 23: طراحی مکانیکی

23

رای ردد. ب ه انجام گ ذھن آشوبي بايستی يک فعاليت گروھی بوده وتوسط يک تيم با مھارت ھاي چندگانارت در رشته ا مھ رادی ب وعی شامل اف ار بصورت ن کاربردھای مبني بر طراحی ، ممکن است اين ك

بازاريابی، سبک شناسی ،مھندسی مکانيک وبرق ،بسته بندی ،نرم افزار وساخت وتوليد باشد.ھای .برای حفظ پويائی موثر گروه بايستی بيشتر از ده نفردر نشست شرکت نداشته باشند ه عدول انتقاداز يا تمسخربه ھرگونه ايده ، نظريه يا فرد در نشست ذھن آشوبي مجاز نمی باشد. ھرگون

دقيقه ای ھمراه باشد. 15ضابطه بايستی با اخراج فرد ذيربط از نشست برای دوره ای مثال از اين داد وکاغذ در ذار ،م م عالمت گ ا ، قل ا بايستی ، نمودارھای راھنم ده ھ ا وثبت اي برای تسھيل ارتباط ھ

نشست فراھم گردد. ا از ول آن نوع ه ط وبي ک ن آش ت ذھ رای نشس ده ب ين ش يش تعئ انی از پ د 2زم تر نباش اعت بيش س

اختصاص يابد. ع ه نشست وجم ه دادن ب درفتاراز نشست ،خاتم راد ب ردن خالصه طراحي ، اخراج اف ي ك راي معرف ب

ين ردي تعئ ردد، بايستي ف آوري يادداشت ھا وكروكي ھاي مربوطه كه از اين گردھم آئي حاصل مي گده شود ن نشست برگزي راي اي يس ب ن ، نبايستي رئ اني گردد. با وجود اي . فعاليت ھاي ذھن آشوبي زم

وده وتشريك ه نم ه ارائ ا ي خود را آزادان وم ھ ادر باشند مفھ ده ق كارامد خواھد بود كه افراد شركت كنن مساعي نمايند.

ارگروھي مي باشد. بايستي درنظر گرفت فعاليت ھاي خالصه شده در زير شامل عنصري از نقش گزاري وك

ين بايستي در نظر كه اين كار در محيطي مناسب مانن ان پذيراست. ھمچن ا امك م آيش ھ اق ھ د اتاق طراحي يا ات داشت كه انتخاب سوال ھا توسط سرپرست رشته درسي شما و بعنوان مشاور انجام گردد.

ه 10درگروه ھاي پنج نفري وبه مدت .1 ورد ك ن م ايي را دراي ده ھ د اي دقيقه تا جايي كه مي تواني ھواي باراني به قدركفايت ميدان ديد داشته باشد مطرح نمائيد. راننده وسيله نقليه بتواند در

ورد حمل 20درگروه ھاي ھفت نفري وبه مدت .2 د در م ه مي تواني ايي راك دقيقه ھرتعداد ايده ھه درفاصله 150 ه خودرويي ك ري توقف 70كيلوگرم شن كه درمركز باغي انباشته شده، ب مت

كرده است ارائه دھيد. ل شناختيتحليل شك 3-5-1

ه در حالت ار مي رود ك ا بك اال ھ راي ك ايي اضافي ب ده ھ تحليل شكل شناختي، فني است كه به منظور زايش ايدادي ه تع عادي به ذھن خطور نمي كنند. اين فن شامل مالحظه عملكرد حل جامعي براي يك مسئله وتقسيم آن ب

امانه از سامانه ھا يا عملكردھاي جزيي ترمي باشد. گام بعدي عبا ن س راي اجراي اي ايي ب رت از زايش روش ھھا وعملكردھاي جزيي است. اين عملكردھاي جزيي وروش ھاي بالقوه اجراي ھريك از اين عملكردھاي جزيي دي مي شود ي فرمول بن رد جزي راي ھر عملك ا انتخاب روشي ب ي ب دريك شبكه چيده مي شوند. سپس حل كل

دھد. وتركيب اين ھا، حل جامع را تشكيل ميا شماره ا 1-4يك جدول تحليلي شكل شناختي عمومي ب ا ب تن ي ا م وان ب ن شبكه را مي ت مشخص شده است. اي

شكل ترسيمي كه روش ھاي بالقوه اجراي الزام زير سامانه ھا را مشخص مي كنند تكميل نمود.رد اجزاء را بجاي ج ه طراح عملك ودار ھاي شكل شناختي، الزم است ك ا براي كاربرد نم ات خاص آن ھ زئي

يش رانش ، 1-2-1لحاظ نمايد. وسيله انتقال پالت كه در بخش اه ، پ ه گ د ، محتمال متشكل از تكي مالحظه گرديه ھاي ه گزين ن ضوابط ھم نيروزا، انتقال نيرو، ھدايت ، توقف وسامانه ھاي باالبر مي باشد. درون ھريك ازاي

ه1-5ممكن وفق جدول وجيھي ، بايستي فھرست شود. وظيف ل ت ه قاب ودار و انتخاب گزين ن نم طراح بررسي ايز شگفت ا چي ن حالت لزوم ال پالت مي باشد. در اي يله انتق ه منظورساختن وس ا ب براي ھريك از اين ضابطه ھا و ده ھ زين ، چرخ دن ا ، بن آوري درشكل نھايي اين كاال نخواھد بود و انتخاب چرخ ھا ، سامانه رانش چرخ ھ

ه در شكل محورھا ،فرمان ، ترمزھا ، رانش ھيدروليكي ، وصندي جلويي، به تشكيل خودروي باالبرچنگالي ك

Page 24: طراحی مکانیکی

24

ه ھاي ديگري وفق نشان داده شده است 13-1 ه گزين وان ب ن روش، مي ت منجر مي گردد. ھر چند با كاربرد ايدول ه در ج راي رو 1-4وشكل 1-6آنچ ه اي ب ا گزين ن ج ه در اي د ك ل گردي ده، ناي ان داده ش دي نش رم بن ش اھ

باالبرلحاظ گرديده است.ه اي 1-7تحليل شكل شناختي را مي توان با استفاده از متن ، تصوير يا شكل ترسيمي بوجود آورد. جدول نمون

از يك تحليل شكل شناختي براي دستگاه بسته بندي پالت را ارائه مي دھد.

تي عمومييك جدول تحليل شكل شناخ 1-4جدول

زيرسامانه

روش ھا

1 2

3 4 5

براي اجراي 1روش

1زيرسامانه

براي اجراي 1روش2زيرسامانه

براي اجراي 1روش

3زيرسامانه

براي اجراي 1روش4زيرسامانه

براي اجراي 1روش

5زيرسامانه

براي اجراي 2روش

1زيرسامانه

براي اجراي 2روش2زيرسامانه

براي اجراي 2روش3زيرسامانه

براي اجراي 2روش4زيرسامانه

براي اجراي 2روش5زيرسامانه

براي اجراي 3روش

1زيرسامانه

براي اجراي 3روش2زيرسامانه

براي اجراي 3روش

3زيرسامانه

براي اجراي 3روش4زيرسامانه

براي اجراي 3روش5زيرسامانه

براي اجراي 4روش1مانه زيرسا

براي اجراي 4روش

2زيرسامانه

براي اجراي 4روش3زيرسامانه

براي اجراي 4روش

4زيرسامانه

براي اجراي 4روش5زيرسامانه

نمودار شكل شناختي براي خودروي انتقال پالت 1-5جدول

مشخصه

روش ھا

پاي روباتي لغزندهريل با لشتك ھوا چرخ خط آھن تكيه گاه

القاء خطي كابل متحرك ھوا رانش حركت چرخ ھا رانش

بخاري كپسول گازي بنزيني ديزلي برقي نيرو زايي

كابل منعطف ھيدروليكي چرخ دنده و محور زنجير تسمه انتقال نيرو

مغناطيسي ريل ھا ھوا رانش چرخ ھاي گردان فرمان

لنگري يسيمغناط جغجغه رانش معكوس ترمزھا توقف

رخ و رانش ھيدروليكي باالبري فحه چ ص دنده

ابلي پيچي االبر ك ب وزنجيري

اھرم بندي

كنترل از دور نشسته در پشت نشسته در جلو سيار ايستاده راھبر

Page 25: طراحی مکانیکی

25

بي-سي-جيمفھوم تله تراك توسط 1-14شكل خودروي باالبرچنگالي 1-13شكل

نمودار شكل شناختي براي خودروي انتقال پالت با انتخاب گزينه ھا 1-6جدول

مشخصه

روش ھا

پاي روباتي ريل لغزنده با لشتك ھوا چرخ خط آھن تكيه گاه

القاء خطي كابل متحرك ھوا رانش حركت چرخ ھا رانش

بخاري ازيكپسول گ بنزيني ديزلي برقي نيرو زايي

كابل منعطف ھيدروليكي چرخ دنده و محور زنجير تسمه انتقال نيرو

مغناطيسي ريل ھا ھوا رانش چرخ ھاي گردان فرمان

لنگري مغناطيسي جغجغه رانش معكوس ترمزھا توقف

رخ و رانش ھيدروليكي باالبري فحه چ ص دنده

ابلي پيچي االبر ك ب وزنجيري

اھرم بندي

كنترل از دور نشسته در پشت نشسته در جلو ارسي ايستاده راھبر

Page 26: طراحی مکانیکی

26

يك نمودار شكل شناختي براي بعضي از اجزاء ماشين براي حركت وچرخش 1-7جدول ).1998پالت و بار آن (رايت

درخت عملكرد 4-5-1

ا(كراس دف ھ ا ھ رد ي ي 2000-روش درخت عملك اي جزي ه عملكردھ ر محصول ب رد ھ ه عملك امل تجزي ) شا جزء انجام مي متفاوت مي باشد. با كاربرد روش درخت عملكردي ، طراحي مفھومي در سطح ز امانه ي يرس

وم گيرد. براي مثال ،امكان زايش مفھوم نويي براي دستگاه محركه يك خودرووجود ندارد، ولي ممكن است مفھ ھاي نويي براي زيرسامانه ھاي يا اجزاي منفرد آن وجود داشته باشد.

دي ما اال وقابليت براي نمونه ،در طراحي يك چمن زن ، خالصه بازارممكن است شامل اھداف كلي ي ك د ايمن ننا اعتماد به آن باشد. روش درخت عملكردي، به گسترش اين اھداف با كاربرد قيدھاي استفھامي: چرا ، چه ، كجارت ن عب ين سوالي ، اي ودن چيست؟ در نتيجه چن اد ب وچطور كمك مي نمايد. براي مثال ، منظور از قابل اعتم

دون م رداري ب ره ب ودن فرسايش آشكار مي گردد : كثرت بھ م ب دون مراقبت ، ك اد ب اربرد برشي زي راقبت ، ك قطعات متحرك ، لرزش كم ، احتمال بد بكاربردن كم .

ال روش ھاي فرايند تدوين فھرستي از عملكردھا يا اھداف معموال شامل چندين سطح متفاوت مي باشد. براي مثا نيل به يك ھدف به خودي خود يك ھدف است، اگرچه ھدفي با سطح د توسعه عملكردھ نازلتري مي باشد. فراين

راي ا ب ن درخت ھدف ھ ردد. اي در اين مسير منجر به انشعاب ھايي در عملكردھا از اھداف كليدي اصلي مي گاربرد و قابليت ساخت آسان داشته باشد در شكل راي ك اد ، مناسب ب ل اعتم اين كه دستگاه چمن زني ايمن، قاب

نشان داده شده است. 15-1

Page 27: طراحی مکانیکی

27

ي ، 1-15شكل ه دستگاه چمن زن ن ك راي اي ا ب ك درخت ھدف ھ اربرد و ي راي ك اد ، مناسب ب ل اعتم ايمن، قاب قابليت ساخت آسان داشته باشد.

فن آوري پايه 6-1

تاندارد الم بصورت اجزاء اس وده شده باشد گسترده است. بسياری از اق دامنه فن آوری موجود که بخوبی آزمتاندارد و در ود. بعالوه روش ھای اجرايی اس داری نم ازنده ھای متخصص خري وان از س دسترس بوده ومی ت

وژی ه از تکنول ادر است ک د. طراح ق ده ان الم مشخص ش روش شناسی ھای طراحی برای بسياری از ديگر اقودب اق س ب وانطب تای ترکي ود در راس ار موج ين ھ انيکی ماش زای مک ی اج ل دسترس دود قاب راح د. ح رای ط ب

ا 1-8درجدول ورد بعضی از " سنگ بن ده ای در م ی اي خالصه شده است. اين فھرست جامعی نمی باشد ، ولد در ھای " موجود را ارائه می نمايد. بسياری از اين اجزاء ماشين که در اين کتاب مورد بررسی قرار گرفته ان

اين جدول با سايه مشخص شده اند.الی از م دی اجم انی ارائه دي را صرف زم د می باشد، زي رای طراح مفي جموعه ای ازفن آوری ھای موجود ب

د. بعالوه تکراری برای اجرای فرايند طراحی در مورد فن آوری که قبال توسعه يافته شده را جلوگيری می نمايام دارد ت ان انج ی وعلمی امک ورد آنچه از نظر فن رای قضاوت درم وم ومھندسی، طراح را ب ا ، دانش عل وان

ساخته وسبب می شود که از ايده ھای " دور رس " بشکل عينی صرفنظر گردد.

Page 28: طراحی مکانیکی

28

خالصه ای از گستره اجزاء ماشين 1-8جدول کاک راه گزينی درزبندی حس گرھا سازوکارھای متفرقهاصطيابی کاھش انرژی انتقال انرژی انبارسازی انرژی مکان تبديل

توربو ماشين ھا:

توربين ھای گازی پمپ ھا وکمپرسور ھای روتورديناميکی

فن ھا ملخ ھا

توربين ھا موتورھای

ز:درون سو دوار

رفت وبرگشتی ديگ ھا وکوره ھا

موتورھای الکتريکی آلترناتورھا وژنراتورھا

سولونوئيدھا عمل گر ھای بادی و

ھيدروليکی ترمزھا: ديسکی

استوانه وتسمه پمپ ھا راکت ھا

مبدل ھای گرمايی تفنگ ھا

ميراگرھا وجاذب ھای شوک

سلولھای سوختی

چرخ دنده ھا: دنده راست مارپيچی

وطیمخر حلزونی تطبيقی

تسمه ھا : تخت

وی شکل گوه ای گرد

ھمزمان زنجيرھا: غلتکی تيغه ای نقاله ای بی صدا

کابل ھا وطناب ھا کوپلينگ ھا:

صلب منعطف

يونيورسال ميل لنگ ھا بادامک ھا

پيچ ھاورزوه ھارم ا واھ رم ھ اھ

بندی ھاا لوله ھا، شيلنگ ھ

وکانال ھا پيچ ھای کروی

چرخ طيار ھا:فنر

پيچی تخت

بل ويل الستيکی مارپيچی گارتر

انباره ھای سيال فنر گازی

منابع منابع تحت فشار

جرم جامد شيميايی

بار ميله پيچشی

ده ای دن ده ھ ل کنن متص دار:

پيچ ھا مھره ھا وقفل

مھره ھا ميله ھای دنده دار. ميله ھای پيچ دار

پيچ ھای ريز واشرھا ميخ ھا لوالھا:

استوانه ای اريک شوندهب

فنری پرچ ھا

حلقه ھای رواداری پيچ ھای بازشونده

خارھا تخت،گرد شکل دار گوه دار وودراف اسپالين خارگرد خارفنری گيره ھا

حلقه حافظ شانه ھا

جداکننده ھا شيارھا

برازنده سازھا لقی

گذری رابط

چسب ھا جوش ھا

ای ان ھ ياتاق باعضوغلتشی:

شيار عميق رولراستوانه ای

لر سوزنیرو رولر باريک شونده

تماس زاويه ای خودراستايی

فشاری کرويبازگردشی

ياتاقان ھای لغزشی تماسی صاف ھيدروديناميک ھيدرواستاتيک

لغزشی چرخ ھا ورولرھا

برس ھا

کالچ ھا فک راست چند دندانه اسپرگی غلتکی ديسکی

مخروطی مغناطيسی سنکرومش

ه ای و غ جغ ج خاری

ازوکارھای س جنوا يرھاش

چفت ھا ماشه ھا

ا ی مت ای ب نوارھ ليک

دھای درزبن ديناميکی

سطح مکانيکی حلقه ای بوشی

البيرنتی فروفلوئيدی

دھای درزبن حلقه ای

او رينگ ھا اليی ھا

ای گ ھ رين پيستن

دھای درزبن ساکن

گسکتھا او رينگ ھا درزبندھا

.

حرکت ابعادی جرمی نيرويی

گشتاوری توانی

فشاری: لوله پيتو

وراخ برداشتس مانومتر

پيزوالکتريک صوتی

جريانی: ليزرداپلر سيم داغ

الترسونيک سطح

رطوبتی دمايی

ترموکوپلی دماسنجی پيرومتری شارگرمايی ترموپايل گاردون

تنش وکرنش زمان

شيميايی ترکيبی

لوالھا اھرم بندی ھا

اھرم ھا ابزار

برنده ھا برشگرھا دريل ھا

شکل دھنده ھا گيره ھا

ی ھاھاد دنبال گرھا پوسته ھا شاسی ھا بدنه ھا

اتاقک ھا پاشنده ھا شاترھا قالب ھا ھندل ھا

رولرھا ودرام ھا سانتريفوژھا صافی ھا

Page 29: طراحی مکانیکی

29

نتايج 7-1

ل ( 1-9و 1-7مدل طراحي جامع كه در شكل ھاي د، اصالتا چندسال قب دند. 1985نشان داده شده ان ) پيشنھاد شد روش ھاي ه بع ازگرداني از آن زمان ب ي ب راي عمر كل اال ب ه طراحي ك ه مرحل طراحي دچار تحول شده وب

ه ردد. ھنگامي ك د لحاظ گ ه طراحي باي اال در مرحل ه، انتھاي عمر يك ك تحول يافته است. معنايش اين است کع ي راي دف افي ب ردد، مالحظات ك د خارج گ ا فراورده نھايتا كاربري خود را از دست دھد يا عمدا ازچرخه تولي

دھاي محيط زيستي ايي ازتھدي ه ھ بازگرداني آن انجام گيرد. براي نمونه ، اين سوال مطرح مي گردد كه آيا جنباي ازي سياست ھ اي خودروس ه ھ ال بعضي از كارخان راي مث ردد؟ ب ه بايستي ملحوظ گ ود است ك درآن موج

ا ه وفق آن ھ ديمي معوض ، با 100بازگرداني اتخاذ نموده اند ك ه درصد خودروق ن روي ده مي شود. اي زگردان داراي اين مزيت اضافي است كه براي شركت فرصت فروش كاالي جديدي به مشتري را فراھم مي سازد.

د. اده ان ه عرصه نھ ا ب ز پ اگرچه مدل طراحي جامع براي اين كتاب درنظر گرفته شده ، مدل ھاي ديگري نيزنيز( توصيه مي شود كه خواننده ، مدل ھايي كه توسط پال ارچ (1996وبيت )، پيشنھاد 2000) وكراس(1976)، م

امل ومي ش ه طراحي مفھ امع ، مرحل دل طراحي ج ال ، در م راي مث د. ب ه قراردھ ورد مطالع د را نيزم ده ان شز ال وبيت ط پ ه توس دلي ك د. درم ي باش ي م ايي طراح كل وجانم امين ش د ت ين فراين ي وھمچن اھيم كل عه مف توس

ه )ارائه شده ، اين فراي1996( ردد. در مرحل ند بصورت مرحله ھاي جداگانه مفھومي وتجسمي مدل سازي مي گراورد مي ي مشخصات،از نظر كميت ب تجسمي ، شكل وجانمايي مفھوم طراحي با لحاظ نمودن ھدف ھاي كلگردد. مبحث طراحي درطی ھزاران سال تجربه شده است ولي تفھيم فرايند طراحي در مرحله ھاي جنيني خود

د وھمه اين مدل ھا بدون شك در آتيه تحول بيشتري خواھند يافت.قراردار

فھرست منابع وچشمه ھاي اطالعاتي

كتاب ھا ومقاله ھا:

Page 30: طراحی مکانیکی

30

استانداردھا:

واژه ھا واختصارھا ي فصل اول

شماره اختصار واژه يا عبارت فارسي واژه يا عبارت انگليسي

1 British Standard استاندارد بريتانيا BS 2 Design for assembly طراحي براي مونتاژ DFA 3 Design for manufacture طراحي براي ساخت DFM 4 International Organization

for Standardization ISO سازمان جھاني استاندارد

5 Product Design Specification مشخصات طراحي كاال PDS

Page 31: طراحی مکانیکی

31

کار وتمرين موجود مدير عامل شرکت ابزارسازی کوچکی ، برای افزايش تنوع ابزار حرفه ای با قيمت متوسط 1- 1

قلم اضافی از اطالعاتی که 10نيازھای ماشين ميخ زنی خودکاری را خالصه نموده است. تقريبا بايستی تعئين گردد تا مشخصات تکميل شود را فھرست وارذکر کنيد.

بعد از ارائه گزارشي دريک نمايش ملی ورزش اسکی، مدير عامل شركتي كه سازنده تجھيزات 2- 1ربوط به خودرويي براي فعاليت ورزشي زمستاني را خالصه نموده است. تفريحي است الزام ھاي م

اين مدير در دفتر شما حضوريافته واز شما مي خواھد كه مشخصات مربوط به چنين خودرويي را دقيقه نوشته وارائه دھيد.اگرچه مي دانيد كه انجام چنين وظيفه اي نياز به زمان 20درظرف مدت

ميطلبد ،سعي مي كنيد كه خالصه اي از اين مشخصات درخواستي تھيه ومنابع اطالعاتي بيشتري نمائيد.

بعد از بررسي بازار، شركتي با امكانات فروشگاھي بانام تجاري " خودت انجام بده " از شركت 3- 1مشاور طراحي شما درخواست طراحي كااليي براي كنترل طول چمن نموده است. درحدود يك ساعت

ته و خالصه اي مقدماتي ازمشخصات طراحي كااليي با اين امكانات را تھيه براي اين كار وقت گذاش كنيد.

بعد از ارائه گزارشي دريک بندرمحلي، مدير عامل شركتي كه سازنده تجھيزات تفريحي است الزام 4- 1ھاي مربوط به خودرويي براي فعاليت ورزش دريايي را خالصه نموده است. اين مدير در دفتر شما

دقيقه 20واز شما مي خواھد كه مشخصات مربوط به چنين خودرويي را درظرف مدت حضوريافته نوشته وارائه دھيد. سعي كنيد كه خالصه اي از اين مشخصات درخواستي تھيه نمائيد.

يك سازنده اروپايي صندلي ھاي چرخدار معلولين استعداد بازار را براي ساخت دستگاه ھاي انتقال 5- 1ان مشخص نموده است. شركت مشاورطراحي شما ، برنده قرارداد براي تھيه فردي، براي افراد ناتو

PDS و طراحي ھاي مفھومي به منظور جوابگويي به اين الزام ھا شده است. خالصه عبارتست ازطراحي يك وسيله انتقال براي بالغين درجھت انجام خريد روزانه خود با دامنه عملياتي درون محيط

را براي مالحظه ھمكاران PDSيلومتري . با صرف زماني در حدود يكساعت ، ك 6شھري تا فاصله وشركت درخواست كننده تھيه نمائيد.

طراحی دستگاه كالچ براي يک سازنده موتورسيكلت مقيم بريتانيا ، مورد نيازمی باشد. موتور داراي 6- 1دقيقه براي تھيه 45، دوردردقيقه مي باشد. در گروه ھاي سه نفره 8000اسب بخار در 90توان

صرف نمائيد. PDSخالصه 110سامانه ترمزی برای خودروی کوچک شھری مورد نياز است. سرعت بيشينه اين خودرو 7- 1

کيلوگرم می باشد. درگروه ھای سه نفری 1400درصدک جرم کلی خودرو 95کيلومتر درساعت و تھيه نمائيد. PDSدقيقه خالصه 45باصرف

ه روز درآوردن خودروی اصلی بخش سی خودرا تصويب نموده است. در بين المللی ب OEMيک 8- 1حال حاضروفق بررسی ھا در صنعت قطعه سازی معلوم شده که کاالھای رقيب به شکل منظمی محصول ھای اين شرکت را ازبازار خارج می کنند واگرچه اين شرکت فورا پس از ببازار آوردن

ماشته است معلوم شده که اين اقدام برای توليد محصولی که خودروی فعلی گروھی را برای نوسازی گاستعداد سودآوری داشته باشد کافی نبوده است. در گروه ھای ھفت نفری وبا صرف يک ساعت

را تدوين نمائيد. PDSخالصه يک سازنده لوازم خانگی برقي مستقر در ھلند کمبود ی در بازار برای نوعی کتری را مشخص نموده 9- 1

يورو مي تواند فروش ساالنه اي برابر 20ستعداد بازار برای جذب محصولی با قيمت فروش است . ابازار كليدي مختلف واقع در كشورھاي اروپايي ، آسيايي 20سال در 3ميليون عدد براي 10

Page 32: طراحی مکانیکی

32

براي PDSدقيقه وقت صرف نموده وخالصه 30وامريكاي جنوبي داشته باشد. در گروھاي سه نفره ھيه نمائيد.اين كتري ت

بعد از ارائه گزارشي دريک بندرمحلي، مدير عامل شركتي كه سازنده تجھيزات تفريحي است الزام 10- 1ھاي مربوط به يك وينچ را خالصه نموده است. اين مدير در دفتر شما حضوريافته واز شما مي خواھد

ھيد. سعي كنيد كه دقيقه نوشته وارائه د 20كه مشخصات مربوط به چنين خودرويي را درظرف مدت خالصه اي از اين مشخصات درخواستي تھيه نمائيد.

بعد از ارائه گزارشي دريک نمايش ملی ورزش اسکی، مدير عامل شركتي كه سازنده تجھيزات 11- 1تفريحي است الزام ھاي مربوط به تريلرخودرويي براي فعاليت ورزشي زمستاني را خالصه نموده

ريافته واز شما مي خواھد كه مشخصات مربوط به چنين خودرويي است. اين مدير در دفتر شما حضودقيقه نوشته وارائه دھيد.اگرچه مي دانيد كه انجام چنين وظيفه اي نياز به زمان 20را درظرف مدت

ومنابع اطالعاتي بيشتري ميطلبد ،سعي مي كنيد كه خالصه اي از اين مشخصات درخواستي تھيه نمائيد.

را براي كمك به طراحي خودروي كوچكي تھيه نمائيد كه حمل نخاله و شن نموداري شكل شناختي 12- 1وماسه را دراطراف كارگاه ساختماني مقدور نمايد. روي اين نمودار شاكله ترجيحي خود را مشخص

نمائيد. تھيه نمائيد كه حمل پالت با اندازه استاندارد را نموداري شكل شناختي را براي كمك به طراحي كااليي 13- 1

داخل محدوده يك كارخانه تسھيل نمايد. در صورتي كه مشخصات نياز به امكان چيدن پالت در قفسه درمتر را خواسته باشد، روي اين نمودار شاكله ترجيحي خود را مشخص 5بندي ھايي در ارتفاع تا

نمائيد. نقشه ساده اي از راه حل خود را ترسيم نمائيد.

به طراحی دستگاھی تھيه نمائيد که برای حمل يک چوپان ، يک نموداری شکل شناختی را برای کمک 14- 1کيلومتری در منطقه کوھستانی کاربرد داشته باشد . راه حل ترجيحی 30سگ ويک گوسفند تا فاصله

خودرا روی نموداربراين معيارمشخص نمائيد که نظر چوپان دارای نفوذ عمده ای در توصيه جھت خريد دستگاه دارد.

20کل شناختی را برای کمک به طراحی دستگاھی تھيه نمائيد که برای حمل تا دونفرونموداری ش 15- 1

کيلومتری درھرسفربکاررود. راه حل 60کيلوگرم چمدان روی مسيری گل آلود وبرفی تا فاصله ای ترجيحی خودرا روی نموداربراساس قابليت اعتماد باالی درخواست شده در مشخصات ،مشخص

نمائيد.ل شناختی را برای کمک به طراحی دستگاھی با کاربرد تفريحی وورزشی تھيه نمائيد که نموداری شک 16- 1

کيلومتردرساعت بکاررود. راه حل ترجيحی خودرا روی 40برای حمل تا دونفر روی آب تا سرعت يورو ،مشخص نمائيد. 6000نموداربراساس قيمت خريد اوليه کمتر از

راحی دستگاھی تھيه نمائيد که برای حمل يک فردبالغ نموداری شکل شناختی را برای کمک به ط 17- 1کيلومتری درمحدوده شھربکاررود. راه حل ترجيحی خودرا روی 6وخريد روزانه وی تا فاصله ای يورو ،مشخص نمائيد.نقشه ساده ای از راه حل ترجيحی خود 5000نموداربراساس قيمت خريد اوليه

ارائه نمائيد.رای کمک به طراحی دستگاه حمل ونقل انفرادی در محيط قطبی تھيه نموداری شکل شناختی را ب 18- 1

ھمسو باشد. راه حل ترجيحی خودرا روی نمودار 2- 1نمائيد که با مشخصات تھيه شده در مسئله ،مشخص نمائيد.

دقيقه ،ھرتعداد از ايده ھايی که می توانيد برای انتقال قطعات 30درگروه ھای پنج نفره ، در مدت 19- 1 ز خميردندان را بر روی مسواک تھيه نمائيد.مجزايی ا

Page 33: طراحی مکانیکی

33

دقيقه ،ھرتعداد از ايده ھايی که می توانيد برای اتميزه نمودن 20نفری ، در مدت 10درگروه ھای 20- 1 دارويی پودری شکل به منظور تنفس انسان، تھيه نمائيد.

اتميزه نمودن دقيقه ،ھرتعداد از ايده ھايی که می توانيد برای 20نفری ، در مدت 10درگروه ھای 21- 1 دارويی پودری شکل به منظور تنفس انسان، تھيه نمائيد.

نفری ، در مدت يکساعت ،ھرتعداد از ايده ھايی که می توانيد برای بريدن بسته بندی 10درگروه ھای 22- 1 پاک، تھيه نمائيد.-فويلی روی کارتن تترا

می توانيد برای رھا نمودن دقيقه ،ھرتعداد از ايده ھايی که 30درگروه ھای پنج نفری ، در مدت 23- 1 سوخت مايع درمخزن تحت فشار يک فندک وگازبندی آن ، تھيه نمائيد.

دقيقه ،ھرتعداد از ايده ھايی که می توانيد برای آتش زدن 20درگروه ھای پنج نفری ، در مدت 24- 1 جريانی از سوخت که از مخزن سوخت فشرده يک فندک رھا گردد ، تھيه نمائيد.

Page 34: طراحی مکانیکی

34

اين فصل معرفی مھندسی مکانيک وارتباط ھای داخلی آن با طراحی مکانيکی است. تعريف ھدف از مھندسی مکانيک به خودی خود چالشی محسوب می گردد. بعضی معتقدند که تعريف آن باعث کم بھا

قيد ايجاد می شود. با وجود اين ، دراين شدنش می گردد، زيرا که برای فعاليت ھای آن محدوديت وجا مالحظه می شود که موضوع اين تعريف بايستی مورد پژوھش قرارگيرد زيرا به اھداف گشايش

بعضی از مفھوم ھای اساسی وتثبيت وتنظيم متن ورابطه درونی آن با موضوع ھای مطروحه در اين کتاب کمک می نمايد.

مقدمه 1-2

ب منتشره توسط نھادھای جھانی بزرگتر که نماينده مھنسين مکانيک ومھندسی مکانيک نگاھی کوتاه به مطالعضو) وسازمان مھندسين مکانيک بريتانيا 125000می باشند مانند انجمن مھندسين مکانيک امريکا (با حدود

مرتبط می عضو) ، نشان می دھند که مھندسی مکانيک با فعاليت ھايی شامل رشته ھای زير 80000(با حدود باشد: فضا -ھوا خودرو راه آھن کشتی سازی توليد نيروی برق معدن کاری کاالھای خانگی ورزش وکاالھای ورزشی کشاورزی ساخت/ توليد سخت افزار نظامی

فعاليت ھای فوق الذکر شامل چالش ھايی می باشند. برای نمونه خودروھا را درنظر بگيريد که شامل دستگاه بع سوخت ، شکلی از تکيه گاه ( ازنظر سنتی چرخ ھا وسامانه تعليق) ، بدنه ، تزئينات وسامانه مولد توان ، من

ھای سرگرمی (صوتی وتصويری) می باشند. کدام جنبه از اين دستگاه ھا مربوط به مھندس مکانيک می باشد؟ ه مديريت نشان داده شده بدون استثناء با يک سامان 2-1موتور که نمونه نوعی از آن در شکل

2

مھندسی مکانيک

Page 35: طراحی مکانیکی

35

ميکروپروسسوری کنترل می گردد زيرا تنھا اين دستگاه می تواند اعمال ضروری پايشی وکنترلی را برای حفظ استانداردھای قابل قبول انتشاردود اعمال نمايد. ازچه مرحله ای مسئوليت ھای مھنس مکانيک شروع وبه

ندسين کنترل صورت می گيرد؟ آيا بايستی کجا منتھی می گرددوچگونه اين تعامل با متخصصين نرم افزار ومھفقط يک نفر ھمه وظايف مرتبط با توليدموتورکارايی را به عھده گيرد؟ جواب به اين سوال آخری بستگی به

پيچيدگی وظايف ومقياس ھای زمانی مربوطه دارد. اين که فردی دارای ھمه مھارت ھای ضروری باشد نی که درصنايع برای اھداف انتفاعی دنبال می گردد وتغئيرات در نامحتمل است وعالوه برآن مقياس ھای زما

فن آوری ھای موجود معموال موثر بودن فردی که به تنھايی ھمه کارھا را انجام دھد ناممکن می سازند.

(عکس از شرکت موتورسازی فورد)موتوری از موندئو 2- 1شکل

تا 2-2ساخت صنايع ايرباس که در شکل A380فضا با بررسی ھواپيمای -از بخش ھوا نمونه ديگری را نشان داده شده درنظر می گيريم. در اينجا کار طراحی نه فقط نسبت به رشته ھای ھمپوشان تقسيم می 2- 4

ری اعمال می شود. بال ھا در بريتانيا ، بدنه در فرانسه ، کابين گردد بلکه نسبت به تقسيم ھای فرھنگی وکشوداخل ھواپيما وصندلی ھا در آلمان ومونتاژمجموعه در فرانسه انجام می گردد. برای اين که ايده ای از

پيچيدگی وظايفی که درطراحی دخيلند مطرح گردد، بايستی از روانشناسانی نام برد که به منظورتعئين تعامل ماشين درتعئين جانمايی کابين خلبان مورد مشاوره قرار می گيرند. –بين انسان صحيح

( عکس از صنايع ايرباس) A380ھواپيمای ايرباس 2- 2شکل

Page 36: طراحی مکانیکی

36

( عکس از صنايع ايرباس) A380ھواپيمای ايرباس گزينه ھای کابين در 2- 4ل شک

(عکس ازصنايع ايرباس) A380ھواپيمای ايرباس نمای گسترش يافته از 2- 3شکل

Page 37: طراحی مکانیکی

37

انيكي فعاليت ھاي خودرا به موضو ع ھمھندسين مكانيك مي توانند ا مك د ذات ايي محدود نمايند كه تصور مي كننوعي فريب خوردن ن عمل ن ين باشد اي ي. اگر چن اند، مانند جعبه دنده ھا ، كالچ ھا وموتورھاي احتراقي داخلاير عوامل د آن را از س وده وپيون امال ازخارج مجزا نم ي را ك ه سازوكاريا جزي رممكن است ك را غي است زي

ه وتاثيرات قطع نمود. ود ك ايي لحاظ نم وان دستگاه ھ دستگاه ھايي كه داراي طبيعت مكانيكي مي باشند را مي تراي كاالھاي ا ب ن محدوديت ھ ه باشند. درھرحال اي ده ھاي اولي داراي حركت نسبي ، اجزاءتحت تنش وگردانن

ايي امروزي كه در آن ھا ارزش افزوده پارامتر كليدي است بسياركوته بينانه مي باشد ومثال آن در مورد كاالھي انگي برق ايل خ گاه وس ه در ھرفروش اروبرقي ، ماشين ظرفشويي ك د ج ي مانن انگي برق وازم خ د ل است مانناھي ھاي ا و آگ ارت ھ وده وداراي مھ موجودند. درعوض الزم است مھندس مكانيك در رشته خود كارشناس ب

از در شرايط ه ليسانس مھندسي الزم دربسياري از رشته ھاي مرتبط باشد. اين ني ده ب ار دھن سازمان ھاي اعتبد از آن يم دررشته خاص و بع وعي شامل تعل مانند جامعه مھندسين مكانيك بريتانيا منعكس شده است. يك الزام نا ه خود را درعمق ووسعت گسترش داده وب ه اولي دس اساس حرف ه وفق آن مھن توسعه حرفه اي مداوم است ك

ل دوره ھايي كه ديد اورا غنا ره تكمي ديريت وغي زار ، م رم اف ك ، ن بخشد مانند مطالعه در مورد مواد ، الكتروني نمايد.

ديل ه تب وان دانش ھاي ترموديناميك ومكانيك برشمرد. ترموديناميك مطالع شالوده ھاي مھندسي مكانيك را ميتامع اليتي ج ي ، فع د. طراح ي نماي ث م ام بح ادل اجس ت وتع ورد حرك ك درم رژي ومكاني ين ان ه ب ت ك اس

ارت د ، مجموعه مھ ذير شود. ھرچن ان پ د امك د كاالھاي مفي ا تولي د ت د می نماي ترموديناميك ومكانيك ايجاد پيونان ردد. بعالوه مھارت در زب ل نمي گ ك ومكانيك تكمي ھاي الزم براي مھندس مكانيك فقط با دانستن ترمودينامي

يمي وزيست شنا ك ، ش ا وارتباطات ، رياضيات ، فيزي زار ،روان ھ رم اف رل ومھندسي ن ك ،كنت سي ، الكتروني شناسي ومديريت تخصص ھايی ھاي ضروري شمرده مي شوند ولي فھرست كاملی نمي باشند.

ه مھندسيني نش وظيف ل ت اني ، تحلي حرفه ھا از پيشرفت در فھم علوم وتوسعه فن آوري مصون نمي باشند. زمود ا دانش وسيعي در مكانيك ب د آموزش يافته ب الي مانن ده ومتع رم افزارھاي پيچي ه ANSYS. ن اي آن ك و رقب

ده ان پيشرفته ش د درحال حاضر چن وده ان ذير نم ان پ ارن وسه بعدي را امك مدل سازي شكل ھاي ھندسي متقه ايی الزم را ب ه حتی توان وداراي چنان پشتيباني مكفي به شكل تمرين ھا واشكال يابي ھاي اينترنتي مي باشند ك

وم كاربر ب ن مفھ ي تجربه جھت تشخيص اين که تنش در جزيي، از حدي تجاوز كرده است می دھد. امروزه، ايده اده ش ا افت ي خطر است امري ج ه معن كه در ترسيم خطوط ميزان تنش ، رنگ آبي قابل قبول ورنگ قرمز ب

ه د ن ك د، ضمن اي وده ان ين بعضي از صاحب است. اين پيشرفت ھا در تحليل تنش جاي خود را كامال باز نم ربروي وده است. درقلم ده اي نم ي عم اد نگران د ايج ي درگيرن ي ايمن اي بحران ا شكست ھ ژه ب ه وي ه ب ي ك نظران

ن CFDمكانيك سياالت ، پيچيدگي ي حتي در اي ري داشته است. ول ( ديناميك سياالت محاسباتي) پيشرفت كمتزار وارد حوزه ، تمرين ھاي اينترنتي فردي داراي دانش رايانه اي رم اف ه ن را قادر مي سازد شكل ھندسي را ب

ار نموده ، شرايط مرزي را بكار برده وبه جواب نھايي برسد. ھرچند ، موضوع مھم اين است كه چگونگي اعتب نتيجه خروجي از اين نرم افزار ھا به ميزان مھارت مھندسي ودانش تخصصي مرتبط مي گردد.

ه بسياری از افراد، کاالھا ی ابتکا ری وسنت شکنی را بدون داشتن ريشه ای در مھندسی ورشته ھای وابسته بورد عبارتست از جارو برقی دايس ورد آن، توليد نموده اند. مثال ھايی از اين م ه آن م ه اولي ه ھزاران نمون ن ک

ا )، اين موارد نشان دھنده رويکرد تکاملی به شکل1997ن (آزمايش قرار گرفتند ، نگاه کنيد به دايس سعی وخطازاررا ه ب ايی باشد ک اال ھ د ک ه تولي در طراحی است. چنين رويکردی کامال قابل قبول است ومی تواند منجر به مھندسی می تسخير نموده ودردانش نيز تحول ايجاد نمايد، ولی شناخت اين موضوع اھميت دارد که داشتن پاي

يش بينی تواندکمک ھای شايانی بنمايد که عبارت از پيش بينی عم ن پ لکرد کاال در مرحله طراحی است. اگر ايه ه ای ک ھا در مرحله طراحی صورت گيرد ، عملکرد مفھوم ھای متفاوت را در توليد فراورده ای قبل از تجربه شعبه ل مطالع ين دلي ه ھم ود. ب به قيمت گرانی که متضمن صرف منابع وسيعی می باشد می توان مالحظه نم

ن ھای سنتی مھندسی مکا وده ودربسياری از کارھای طراحی ضروری می باشند. اي نيک ھنوز ھم بی ربط نب معرفی می شوند. 2-4و 2-3، 2-2موضوع ھا به صورت خالصه در بخش ھای

Page 38: طراحی مکانیکی

38

ترموديناميک 2-2

ه واد ي را ك ترموديناميك دانش تبديل انرژي است. اين دانش رابطه بين خواص متفاوت فيزيكي و كيفيت ھاي مد. دانش ترموديناميك طراحي چرخه تحت تا رار مي دھ ه ق ورد مطالع د م رار مي گيرن ثيراين تبديل انرژي ق

ا ين نسبت ھاي فشار ودم ورد تعئ ن م ھاي نيروگاه ھا وتجھيزات مولد نيرو را امكان پذير مي نمايد. مثالي از ايا در موتور جت مي باشد. محدوديت ھا دراين سطوح، بدون استثناء داراي طبيع ت مكانيكي مي باشند و از دماھ

د ناشي مي شوند. بعالوه ، اني مشخص تحمل نماين د در دورھاي زم واد مي توانن ه م ينه اي ك وتنش ھاي بيشه تحت شرايط ي مواجه است ك درحالت موتورجت ، وزن عاملي بحراني است وطراح با چالش طراحي اجزاي

ا -ده ودرحالتي كه طراحي براساس روش " توانسختي كار نموده وكم وزن و در توليد كم ھزينه بو 1ساعت -بكالت ت ، مش دوديت در عرضه نف اظ مح رژي بلح ند. ان ي باش ازل م ري ن ه راه ب ردد ، داراي ھزين ام گ " انجه بتا ب رژي نس دھاي ان ن آوري مول ه ف ن ك ي رغم اي آلودگي و عامل ھاي اقتصادي بسيار با اھميت مي باشد. عل

اوت وفق جدول حد كمال رسيده است روي متف ن دارد 2-1ولي سطح ھاي بھره ھا در مولدھاي ني حكايت از ايزات ا ورود تجھي رژي و ب ود چرخه ھاي ان ا بھب ن ب ردد. اي رژي اتالف مي گ ل مالحظه اي از ان كه نسبت قاب

انيك ه اي ، متضمن تالش طراح مك د اضافي يا با كاربرد مواد بھترقابل ترميم است. انتخاب ھر گزين ي در تولي وزن كم، ھزينه پائين واجزايي تحت تنش باالمي باشد.

)1983بھره ھاي نوعي در انواع مولد ھاي نيرو ومبدل ھاي انرژي(وارك 2-1جدول

نوع

شرايط

)٪بھره (

)ICEموتوراحتراق داخلي خودرو(

موتور ديزل كاميون

توربين گازي بدون )<MW5/7بازيابي(گازي با توربين

)<MW5/7بازيابي( موتورجت

)<MW350توربين بخار(

ديگ حرارت مركزي(شيميايي به حرارتي)

باطري خشك (شيميايي به الكتريكي)

سلول سوختي ھيدروژن

بھينه

Km/h 100پايدار Km/h 50 پايدار

باركامل

بھينه

بھينه

بھينه

با نگھداري خوب

C º 100 C º 1000

25)35*( 18)23*( 12)16*( )37*(

25)30*(

34)37*(

40

41)55*( 70 90 82# 52#

) # مكاتبات خصوصي ا.ب.ترنر ، دانشگاه ساسكس2000لميني وديكز( *

ساعت ، عالمت تجاري شركت رولزرويس مي باشد. - با –توان 1

Page 39: طراحی مکانیکی

39

مكانيك سياالت 1-2-2

ا رار مكانيك سياالت با مدل سازي رفتارسياالت وكاربرد ھايي كه سامانه ھاي سياالتي در آن ھ تفاده ق ورد اس موان مي گيرند سروكاردارد. سيال ماده اي است كه دراثر تنش برشي دائما تغئير شكل مي دھد. سيال ھا را مي تد. ا مي نماي به گازھا ومايعات تقسيم نمود. كميت ثابتي از مايع داراي حجم معيني است كه فقط تغئير اندكي با دم

الي آب ب زايش چگ راي اف ال ، ب راي مث در ب ر 1ه ق اري براب د، فش ردد. bar 200درص ه آن واردگ تي ب بايس برعكس مايعات ، كميت ثابتي از گاز آنقدر انبساط مي يابد كه حجمش براي حجم ظرف حاوي آن گردد.

اھميت مکانيک سياالت ھنگامی مشھود است که ما ھوايی را که تنفس می کنيم ، آبی را که می نوشيم ، خونی امانه ھای که در رگ ھايم رای س راردارد محيطی ب ا ق ه اطراف م ان درجريان است را مالحظه نمائيم. جوی ک

ی امين اکسيژن موتورھای احتراقی داخل رای ت وده است ومنبعی ب امين نم ا ت ه شکل ھواپيم حمل ونقل ھوايی بق را ب ه بخشی از سامانه تعلي وا ست ک وی ھ ه محت د ک ود است. خودروھا روی تايری حرکت می نماين رای بھب

رای وا کوششی ب راحتی در ھنگام سفر وتطبيق با شرايط زمين تامين می نمايد و گاز بکاررفته در کيسه ھای ھه شکل ا ب ه م بھبود ايمنی خود رو می باشد. آب در چرخه ھای مولدتوان برای توليد برق بکار می رود تا جامع

امانه ھای رای س د. روغن ب ده عمل نماي ودن شمحيطی شھری پراکن رای ميرانم ر ب ای ميراگ امانه ھ ک در ساھش رای ک ا ب ان ھ ق ودر ياتاق رای اصطتعلي ياالت ب ار می رود. درک مکانيک س ات بک کاک وفرسايش قطع

ا در فصل ان ھ ا در فصل 4طراحی ياتاق د ھ ری در فصل 9، آب بن دازه گي دروليک وپنوماتيک وان 14، ھي می رود. وخنک نمودن بسياری از اجزاء ماشين بکار

انتقال حرارت 2-2-2د ال حرارت درکاربردھای صنعتی مانن ردد. انتق ل گ ا منتق ر اختالف دم ه دراث انتقال حرارت ، انرژی است ك

ااھميتی دارد. وع، نقش ب ه مطب توليد وتبديل انرژی ، سامانه ھاي گرمايش محيطي وآبي، كوره ھا ، تبريد وتھويدل سازي ان م ابراين درطراحي دانش انتقال حرارت امك وده وبن راھم نم ال را ف رژي درشرايط انتق راي ان را ب

ياري از ه در بس ي ك ا اھميت ه ب د. جنب وثرمي باش د وم انيكي مفي اي مك امانه ھ زاء و س ترده اي از اج ه گس دامنوده ر طراحي ھا موثر است ، دماي كار مي باشد زيرا اين پارامتري است كه معموال بھره سامانه را تعئين نم وب

انتخاب مواد وبنابراين عملكرد و ھزينه اوليه كاال موثر است. رارت توسط ال ح الوه ، انتق ردد. بع ي گ ل م ي منتق ابش حرارت ا ت ايي ي ي ، جابج دايت حرارت ق ھ ا ازطري گرم

، تركيبي از اين روش ھا نيز امكان پذير مي باشد. اگر گراديان دما يي درماده جامد يا سيال ساكني موجود باشد ن دايت مي باشد واي اصطالحي كه براي حالت انتقال حرارت بكار مي رود " ھدايت حرارتي " يا فقط عنوان ھاوت انجام مي ي ودروني متف الي ، دوران انتقال انرژي بلحاظ تعامل بين ملكول ھاي با انرژي ھاي تصادفي انتق

ه ا ان دارد ك ردد، امك ه سبب حركت ھاي تصادفي گردد. اگر گراديان دمايي در سيالي ايجاد گ ال حرارت ب نتقه ه مي شود. ھم ال حرارت جابجايي گفت ن روش انتق ه اي ردد وب ام گ ملكولي وھم حركت ھاي كالن حجمي انجين ھر جسم ومحيط را مي ابش ب اجسام به علت دمايشان تابش الكترومغناطيسي نموده وانتقال حرارت توسط ت

دل سازي ن ق توان با قانون تابش پالنك م ارم دماي مطل وان چھ ا ت ال حرارت متناسب ب دل انتق ن م ق اي ود وف مه ا ضروری است ک ی عالب ردد ول صورت مي گيرد. انتقال حرارت به خودی خود رشته ای پايه محسوب می گ

ه ای در شکل د. نمون اد نماي دل حرارتی 2-5طراح مدلی حرارتی برای ھر طراحی ايج سازه ای –از يک مه شرايط برای مجموعه تور ار اجزاء در ھم ا ھای ک ا دانستن دم بين موتور جتی نشان داده شده است. در اينج

ه منظور ا وخاموش کردن ب رود ھواپيم ی ،ف رواز ، گشت زن اری ، شروع پ چرخه، يعنی در حالت ھای بی بان ھای خن ده انتخاب مواد مناسب ، پيش بينی طول عمر اجزاء قبل از تعمير وتعويض قطعه وتعئين جري ک کنن

، بسيار با اھميت است. ين درفصل ه ماش ته و بدن رای پوس ده ب ای خنک کنن ان ھ ين جري رارت وتعئ ال ح ازی انتق دل س ه 13م مالحظ

خواھد شد.

Page 40: طراحی مکانیکی

40

)( برگرفته از رولزرويس 800توزيع دما در روتور توربين پرفشار موتور ترنت 2-5شکل

دانش مکانيک 3-2

دانش مکانيک با حرکت وتعادل اجسام سروکار دارد و معموال به سه طبقه تقسيم می گردد: استاتيک (ايستايی) اثير ه تحت ت ادل اجسامی است ک تاتيک، دانش تع رو شناسی). اس ، سينماتيک ( جنبش شناسی) وديناميک (ني

ه حرکت ب ينماتيک ، ب د. س رار دارن ا ق ين نيروھ ه ب ين رابط ال تعئ رای مث ردازد. ب ی پ ت آن م ه عل دون مطالعرار سرعت پيست ورد بحث ق رو را برحرکت م اثير ني ن وسرعت ميل لنگ دارای اھميت می باشد. ديناميک، ت

رای ازی وموتورھای رفت وبرگشتی را ب وربين گ ا در ت ل محور ھ ه تحلي می دھد. اين دانش ديناميک است کرل در اطمينان از اين که وان کنت ا بعن ارتعاشات باعث شکست نشودوتحليل ژيروسکپ ھا را برای کاربرد آن ھ

کاربردھايی مانند سامانه ھای حمل ونقل انفرادي ژيروسكوپي، مقدور می سازد.

دانش مواد 4-2د مم واد جام د. م كن است براي كاالھاي فيزيكي ، در اكثر موارد ، مواد محدوديت ھاي عمده اي ايجاد مي نماي

تحت تاثيرنيروھاي فشاري، برشي يا تركيبي از اين بارھا دچار شكست وخرابي شوند. ه كاھشي مناسب از ب ه در محاسبات لحاظ مي شود محتمال ني بعالوه اگر بار ثابت نباشد، مقاومت بيشينه اي ك

ه د. نمون اب بياين ه حس واد ب ولي در م اي ملك د ھ اميكي روي پيون ر باردين ا اث ال دارد ت ور درح ن ، مح اي از ايا نقطه 2-6دوراني است كه در شكل ن ج راردارد Pنشان داده شده است. در اي ر محور ق ه در زي ھنگامي ك

ه امي ك ي ھنگ ان در 180تحت كشش است ول ن نوس رد. اي ي گي ارقرار م امال تحت فش د ك ه دوران نماي درج

Page 41: طراحی مکانیکی

41

امال بارگذاري مي تواند به شكست اين محور ناشي از خستگي ان ه ك نش ك جاميده وممكن است در سطوحي از ت از تنش تسليم ماده مورد نظر كمتر باشد رخ دھد.

در يك محور درحال دوران تغئير بارگذاري 2-6شكل

مفيد مي باشد. در انتخاب مواد براي طراحي، تشخيص انواع عمومي مواد ،

فلزات پليمرھاواالستومرھا كامپوزيت ھا سراميك ھا وشيشه ھا

واد وسپس ه مناسبي از م ه طراح انتخاب طبق ند وظيف ي مي باش واد داراي مشخصه ھاي معين ن م ھرنوع ازاي

اده انتخاب ماده مناسب ه انتخاب ھر م ود ك اي درآن طبقه خاص وبا مشخصات ويژه مي باشد. بايستي توجه نمده ، اتصال اده شكل داده ش ا ، م ه طبق آنھ دھايي باشد ك براي كاربرد مشخص نبايستي مستقل از انتخاب فراينيافته ، مورد عمليات قرار گرفته وپرداخت گرددو نيز ھزينه اين فرايندھا وھمچنين قيمت ماده خام بايستي لحاظ

شود. وان دارای مجموعه ای از خواص ما اده ای را می ت انی ، مقاومت ، سختی ، ھر م الی ، ضريب کشس د چگ نن

ھدايت حرارتی ، نقطه ذوب وغيره درنظر گرفت. فھرستی از خواص استانداردی که محدود کننده طراحی می ه اصطالح 2-2باشند در جدول ا ب اربرد معينی مجموعه ای مشخص ي رای ھرک نشان داده شده است. طراح ب

ه تصور پروفيلی از خواصی که با نيازھای آ ن کاربرد سازگار است را مورد پژوھش قرار می دھد. ھنگامی کد بسياردشوار 1999ماده مھندسی موجود است(اشبی 80000تا 40000کنيد که درحدود ه می توان )،اين وظيف

باشد. رای افی ب امين مجموعه ای تخصصی اطالعاتی ک ا ت ه ب ن نيست ک ھدف از اين مقدمه مجمل در مورد مواد، اي

ه ان ار طبق ورد چھ ه مختصر در م ن مقدم تخاب ماده ای مناسب برای ھر نياز ويژه طراحی فراھم آورد. بلکه ايورد خواص ومشخصه ھای 2-4-4تا 2-4-1مواد که در بخش ھای اتی در م امين کلي ا ھدف ت د ب ارائه شده ان

ده اصلی ھرطبقه می باشد. در اين کتاب ،مواد برای ھر جزءجداگانه ماشين در فصل ھای مرتبط با آنھا بحث شه اشبی ( واد 1999اند. توصيه می شود خواننده برای بررسی جامع مواد وانتخاب آنھا ب زار انتخاب م رم اف ) ون

مھندسی کمبريج مراجعه نمايد.

Page 42: طراحی مکانیکی

42

ه از اشبی) 2-2جدول ده طراحی (برگرفت خواص محدود کنن

فلزات 1-4-2

ا را وان آن ھ فلزات دارای ضريب ھای( يعنی ضريب يانگ وضريب برشی و...) نسبتا بااليی می باشند. می توان نرمی وچکش ين می ت ود. ھمچن اد نم با آلياژنمودن ، عمليات مکانيکی وحرارتی، دارای مقاومت ھای زي

ه معنی خواری آن ھا را کاھش داد واگر ی ب ا بشمار می رود ، ول وارد مزيت آن ھ چه اين خاصيت درغالب مرين مقاومت واد، کمت اين است که دارای استعداد شکست ناشی از خستگی بوده و در ميان طبقه ھای عمومی م

را در مقابل خوردگی دارند. پليمرھا واالستومرھا 2-4-2

ا پليمرھا واالستمرھا دارای ضريب ھای کمتری در مق ی 50ايسه با فلزات يعنی تقريب ر می باشند ول ر کمت برابد ا می توان دگی آن ھ می توانند از نظر مقاومت تقريبا مشابه فلزات باشند. نتيجه چنين خاصيتی اين است که خميان، ار در زم ه پليمر ی تحت ب ی ک زياد باشد. اين مواد حتی در دمای اتاق تحت خزش قرار می گيرند بدين معن

ال ، ممک رای مث ا حساس می باشد. ب ل دم ن است دچار تغئير شکل دائمی گردد. خواص پليمر ھا بسيار در مقابه در ای C° 20پليمری ک ر ومنعطف است ، در دم ای C° 4چق ده ودر دم ماشين C° 60 يخچال، شکننده ش

رای حل ظرفشويی سريعا دچار خزش گردد. بشرطی که محدوديت ھای پليمرھا لحاظ گردد ، آن ھا می توانند بد، مقاومت در واحد وزن اھميت ايی از خواص مانن مشکالت طراحی، بسيار مفيد باشند. ھنگامی که ترکيب ھده ه شکل ھای پيچي داشته باشد ، پليمر ھا می توانند بخوبی ويا حتی بھتر از فلزات عمل نمايند. آن ھا بسادگی ب

کل ر ش ا تغئي ازگاری ب ايی س ده و توان ديل ش ا را تب وان آ ن ھ ی ت ه م ن است ک ی اي ه معن اد ب ان زي ای کشس ھه می ن است ک ا اي بصورت اجزائی شکل داد که به سادگی وارزانی با يکديگر مونتاژ شوند. مزيت ديگر آن ھاربرد ا ک دازه ھای مناسب وب ا ان ايی ب توان اجزائی با پرداخت نھايی يا نزديک به نھايی را با استفاده از قالب ھ

وده و دارای ضريب پليمرھ م اصطای از پيش رنگ شده ،توليد نمود. پليمرھا در مقابل خوردگی مقاوم ب کاک کوده ودر فصل ھای مالحظه 11و 9می باشند. االستمرھا بويژه برای کاربردھايی مانند درزبندھا وفنرھا مفيد ب

خواھند شد.

Page 43: طراحی مکانیکی

43

سراميک ھا و شيشه ھا 3-4-2بتا سراميک ھا و شيشه ھا مانند فلز ه نس ن است ک ی عيبشان اي ات دارای ضريب ھای نسبتا بااليی می باشند ول

د نش مانن اط تمرکز ت ل نق ابراين در مقاب شکننده ھستند. چون سراميک ھا دارای نرمی بسيار کمی می باشند، بند. ا، رواداری بسيار کمی دارن ره ھ ا وگي رم سوراخ ھا وترک ھا ويا تنش ھای تماسی زياد مانند بست ھ واد ن م

د. سراميک ع مجدد بارتحمل نماين ا توزي ی ب نش ، يعن می توانند تمرکز تنش را با تغئير شکل در ناحيه تمرکز تن ا اي اد می باشند. ب نش زي ا تمرکز ت ه ھای ب ھا وشيشه ھا اين توانايی را نداشته ومستعد ترک خوردن در ناحي

ا بسي واد ب ه مھمی از م ا طبق ن ھمه ، سراميک ھا وشيشه ھ ا اي ا می باشند. مزيت سراميک ھ اری از کاربردھا اد در مقايسه ب وده ومقاومت خود را در دماھای زي ل فرسايش ب است که بسيار صلب ، سخت ، مقاوم در مقاب

ساير مواد بخوبی حفظ نموده و در مقابل خوردگی نيز مقاومت خوبی دارا می باشند. کامپوزيت ھا 4-4-2

راز از داشتن بعضی مواد مرکب يا کامپوز واد ضمن احت يت ھا درجھت ترکيب مزيت ھای طبقه ھای ديگر مر باشند. اغلب کامپوزيت ھای از عيوب آن ھا ساخته می شوند. اين مواد سبک، صلب ، ومقاوم ومی توانند چق

ربن ي افی از شيشه ،ک ا الي ا کوالر تقويت موجود دارای زمينه پليمری مانند اپوکسی يا پولی استر می باشند که بی استر باشد ، دردمای ه پل التی ک ه در ح ن زمين را اي می شوند. آن ھا در دماھای باال قابل استفاده نمی باشند زي

نرم می شود. مواد کامپوزيتی گران بوده وجوش وشکل دادن آن ھا نسبتا دشوار است. C° 250حدود

نتايج 5-2د ، حال به زعم رئيس سابق انجمن مھندسين مکانيک ب ريتانيا ، " دانشمندان آنچه موجود است را مطالعه می کنن

ه بطور آنکه مھندسين آنچه ھرگز موجود نبوده را خلق می نمايند" . دراين فصل تعدادی از رشته ھای علمی کوارد د. م ورد بررسی قرارگرفتن واد، م د ترموديناميک ،مکانيک وم سنتی با مھندسی مکانيک پيوند دارند ماننا درجھت روشن نمودن مورد بررسی جامع نبوده وتوضيح ھا عمدا مجمل ارائه شده اند. اگر چه اين بررسی ھ

اھميت موضوع ومعرفی متدشناسی ھايی که درفرايندھای طراحی پيچيده مفيد می باشند ،به کار خواھند رفت.

فھرست منابع وچشمه ھاي اطالعاتي

كتاب ھا و مقاله ھا :

3

Page 44: طراحی مکانیکی

44

اجزاء ماشين

ی ا يکديگر طراحی کل ه درسازگاری ب ھدف از اين فصل معرفی طراحی ماشين واجزاء جداگانه ماشين است ک

ه در ھريک از فصل فلسفه ھای ، . اين فصل ماشين را محقق می سازند د ک اساسی طراحی را معرفی می نماي .می يابد ، بکار خواھند رفتجداگانه ماشين ھر جزء که اختصاص بهھای بعدی

مقدمه 1-3 رد رد مناسب آن مي باشد. عملك ان دادن از عملك االيي معين و اطمين ه ك فعاليت طراحي شامل شكل بخشيدن ب

ه د تگي ب ا بس ياري از كاالھ دادي از بس ب از تع وده ومرك ديل نم ت را تع ا حرك رو ي ه ني ايي دارد ك تگاه ھ سه مشخصه گشتاور رد ك ام ب وان ن سرعت يك -واحدھاي وابسته به ھم باشند. براي مثال، جعبه دنده اي را مي ت

د. دھا مي باش ا ودرزبن ان ھ ا ، ياتاق ا ، محورھ ده ھ د وشامل دن ارآن تطبيق مي دھ ين گرداننده اصلي را با ب چنا اھي ب م گ ه ھ ده مي شوند و واحدھاي وابسته ب دستگاه ھايي كه نيرو يا حركت را تعديل مي نمايند، ماشين ناميان ه وچن ه اي كامل رشد يافت ه مرحل عنوان " اجزاء ماشين " شناخته مي شوند. مبناي فن آوري در اين مبحث ب

ورد نظر ، دستگاه ھايي را حاصل نموده كه درمواردي بھمان صورتي كه ط ا ھدف م راحي شده اند وسازگار ب قابل كاربرد مي باشند.

ا ي مربوطه بنحوي رژي ھ رات دران ا وتغئي ين حركت، نيروھ در طراحي ماشين واجزاء آن، وظيفه طراح تعئردد. اگرچه ممكن ين شدني گ ده ماشين تعئ است كه اندازه ھا ، شكل ھا ومواد تشكيل دھنده ھر جزء تشكيل دھن

ا ل است ك ا ك زء ب ن ج ي اي ه درون ودن رابط اظ نم د، لح ي تمركزياب ان معين زء در زم ك ج رروی ي رطراحي بي يلي ،طراح ات تفص ازار، مشخص اي ب رفتن نيازھ ر گ امع ودرنظ ي ج فه طراح روي از فلس ا پي راورده ب ف

مفھومي، طراحي ساير اجزاء والزام ھاي ساخت وتوليد، امري اساسي مي باشد.ه از قطعات ھدف در طراحي ماشين تعئين اندازه ، شكل وانتخاب مواد وفرايندھاي توليد وساخت براي ھر قطع

ن د. اي ماشين به نحوي مي باشد كه ماشين، عملكرد قابل انتظارخود را بدون بروز شكست و يا خرابي اجرا نمايدل سازي وپيش بيني نم راي ھر عمل، طراح را ملزم مي سازد تا عملكرد ھر قطعه وھمه مجموعه را م د وب اي

ن د. اي ان ياب د اطمين اال رخ مي دھ ه درطول عمر ك وده واز شرايطي ك ه نم قطعه حالت ھاي شكست را مطالعه مطالعات ممكن است شامل تعئين تنش ھا ، خمش وتغئير شكل ھا ، دما ھا وتنزل در كيفيت مواد براي ھر قطع

مع باشد. بعالوه ، از آنجايي كه مقاومت مصالح وتمام قطعات مجموعه كلي وھمچنين تاثير آن ھا در طراحي جارد ماشين ار درطول چرخه عملك تابعي از دما مي باشد ، ممكن است تحليل حرارتي به منظور تعئين دماھاي ك

ضروري باشد.ل ا وتحلي ل ايستايي نيروھ ط تحلي را فق ر است زي اده ت ه طراح س د وظيف ه متحرك نداشته نباش اگر ماشيني قطع

د شرايط آب دمايي ضرور ذاري ھاي خارجي مانن اثير بارگ ي خواھد بود. با اين ھمه ، حتي سازه ھا نيزتحت ته ابراين بايستي شرايط محيطي ك د. بن رار مي گيرن وھوايي از جمله باد وباران ، لرزش ھاي زمين وترافيك ق

دام ھاي مناسب ديل، ماشين درآن نصب مي گردد لحاظ گردد ودر مقابل حالت ھاي شكست ، اق ردد. تع ام گ ي انجا درحالت اول شامل لحاظ نمودن احتمال نادرست عمل كردن قطعه و تعئين اين است كه چه اقدامي انجام گردد ت

ازنادرست عمل كردن آن احتراز گردد ودرصورت نادرست عمل كردن، چه اقدامي درمورد آن انجام گردد.

Page 45: طراحی مکانیکی

45

د. دريك اگر حركت ھايي كه در ماشين وجود دارد آھسته باشند راي آن كفايت مي نماي ، احتماال تحليل ايستايي بده ع ش ودن وزن توزي ا اضافه نم راي تحمل وزن معيني طراحي شده است ب سازه ايستا مانند كف بدنه اي كه بزاء زايش است. چنانچه شتاب اج ل اف د قاب د تحمل نماي ازه مي توان ن س ه اي دي ك ازه، ، بارمفي ه س ارمرده) ب (ب

ه اجزاء متحرك نيروھاي ماشين عمده زودن جرم اضافي ب باشد، تحليل نيرويي ديناميك ضروري مي باشد. افه موجود را افزايش داده واين امكان وجود دارد كه چنين اجزائي قرباني ج دين علت است ك رم خود شوند.اين ب

ا ه در به سبب نيروھاي ماند كه با قانون دوم نيوتن مدل سازي مي شوند، بعضي از بارھ اجزاء متحرك منجر ب ايجاد تنش مي گردند.

)1-3 (F ma

ده را ممکن ن فاي د، اي زايش نيروھاي مان ی اف ه مي گردد ، ول زايش مقاومت قطع اگرچه جرم اضافي باعث اف است كاھش دھد. رای برای جواب دادن ب اط قطعات آن را ب وده وارتب از دارد شکلی را تجسم نم زام ھای طراحی، طراح ني ه ال

ه را امکان حصول ب ن تجسم ذھنی ، طبيعتی ھندسی دارد زي د. بخشی ازاي تطبيق با ھدف مورد نظر بيان نماياب معرفی می شو ن کت ه در اي د ھای طراحی ک ن عملکرد معينی را غالبا شکل محقق می سازد. فراين ند از اي

ن ه اي رای توجي ی ب ا تحليل ده وسپس ب ه ش رويکرد پيروی می کنند، يعنی ابتدا پيشنھادی برای شکل ھندسی ارائود. ب ی ش ری م رای اصالح آن پيگي ايی ب ا راھنم نھاد ي اط فضاھای 1990ن (د پيش ت را برحسب ارتب ) خالقي

ا تصوری درذھن مورد بحث قرار می دھد. به منظور ابداع يک طراحی ا را از رشته ھ ده ھ غالبا الزم است ايا در يا دانش ھای متفاوتی ترکيب نمود. اين فرايند ھمواره نمی تواند بعنوان بخشی از روش ساختاری طراحی ير خالقيت در زمانی از قبل مشخص شده انجام گردد،زيرا اتکاء بيش ازاندازه به روش ھا بعنوان مانعی در براب

ک وشبھه قرار می گيرد.مواردی عمال مورد ش

دستگاه انتقال برای کمپرسوری که با موتور گردانده شود. 3-1شکل

ه در جدول انطوری ک نشان 1فصل 1-8انواع اجزاء ماشين وفن آوری ھای قابل دسترسی برای طراح ، ھم

اب لحاظ شده داده شده ، چون نتيجه سال ھا تو ن کت ه در اي سعه وتکاملند گسترده می باشند. اجزائی از ماشين کد د مانن ال می دھن رو انتق ه توسط قطعات متحرک، ني ايی ک ج در ماشين ھ اند آنھايی می باشند که بصورت راي

ه دامنه ای از اجزاء ماشين را که در طراحی يک 3-1موتورھا وگرداننده ھا يافت می شوند. نمودار شکل جعب

Page 46: طراحی مکانیکی

46

ان ا ، ياتاق د از : محورھ د و عبارتن دنده مربوط به کمپرسور ھوای تک سيلندر دخيل می باشند را نشان می دھارت ھای ھا ، چرخ دنده ھا ، درزبندھا و بدنه يا پوسته . اجزاء ماشينی که در اين کتاب مالحظه خواھند شد مھ

ان وده وياتاق امين نم ايی ت اربرد ھ ين ک رای چن رخ طراحی را ب ا و چ مه ھ ا ، تس ده ھ ا ، چرخ دن ا ، محورھ ھزنجيرھا ، درزبندھا ، کالچ ھا وترمز ھا ، فنرھا ، اتصال دھنده ھا و بدنه ھا را پوشش خواھند داد. اين مطالب

ا 3-3قبل از اين که بصورت جامعی در فصل ھای مربوطه اين کتاب مورد مطالعه قرار گيرند، در بخش ھای تلی معرفی می شوند. مشخصه مشترک در بسياری از اجزاء ماشين، فرسايش سطوح می به صورت اجما 9-3

معرفی می گردد. 3-2باشد که در بخش

سايش شناسی 2-3 کاک، روانکاری و فرسايش سطوح در حرکت ھای نسبی می باشد. بلحاظ اشتياق اصطسايش شناسی مطالعه

ر ا اتالف ان ژوھش ھاوکوشش اصطژی ناشی از به ساخت ماشين ھای کارآمد که در آن ھ ردد، پ ه گ کاک کمينده ای ی عم ھای گسترده ای برای مطالعه دانش سايش شناسی انجام شده است. اين مبحث فنی دارای تعامل درون

ه وکاھش واد ومکانيک سياالت است. مطالع اربرد ماشين اصطبا دانش م ان شروع ک رای انسان اززم کاک با ، تسمه مطرح بوده است ومبحث سايش شن ده ھ اسی شامل مالحظاتی در مود اجزاء ماشين مانند ياتاقان ھا ، دن

ھا ،زنجيرھا ، کالچ ھا ، ترمز ھا ودرزبندھا می باشد.

ياتاقان ھا 3-3 ايی حرکت ه متشکل ازدو سطح دارای توان ار می رود ک ه ک واژه " ياتاقان " درحالت کلی برای مجموعه ای ب

ده نسبی باشد. دامنه وس يعی از ياتاقان ھا توسعه وتکامل يافته اند که بعضی حرکت گردنده ، بعضی حرکت لغزنوان جذب وبعضی دارای ھردو حرکت می باشند. معموالروانكاري ياتاقان براي كاھش اصطكاك وفرسايش وت

ا واد وروان شده توسط آن وحذف حرارت بمنظور اطمينان از عملكرد مجموعه ياتاقان در دما ھايي سازگار ب م ساز ھاي موجود، بكار مي رود.

اي كل ھ ا در ش ان ھ ايي از ياتاق ه ھ كل 3-3و 3-2نمون ت. ش ده اس ان داده ش ا 3-2نش ده ي اي گردن ان ھ ياتاقردي اي عملك راي مشخصه ھ ه ب وعي ك ا در شكل ھاي متن ان ھ وع ياتاق ن ن د. اي رولربرينگ را نشان مي دھ

ا عضوگردنده معموال معيني مانند سرعت وظرفيت تحمل بار ان ھاي ب د. ياتاق ده ان طراحي مي شوند عرضه شان ا دارد. ياتاق ار آن ھ اي ك ه سرعت ودم بايستي توسط گريس يا روغن روانكاري شوند كه اين گزينه بستگي ب

راي ط راح ھاي با عضو گردنده، نوعا بعنوان اقالم انبارشده يا ذخيره شده موجودند. اين مزيت بالقوه عمده اي به اي ان وظيف ماشين مي باشد زيرا وظيفه وي بجاي طراحي ياتاقان به انتخاب آن محدود شده است. طراحي ياتاقن دشوار مي باشد كه شامل لحاظ نمودن تنش ھاي بسيارزياد درتماس نقطه اي وكاربرد مواد خاص مي باشد. ف

اني آوري دخيل در اين فرايند به شكل عمده اي به دانش سايش شناسي و ابسته است وتعدادي از شركت ھاي جھ در اين بازاردر حال فعاليت مي باشند.

راي دي ب د طراحي جدي ان بايستي صرف تولي ا زم ه آي طراح بايستي به دقت اين مورد را درنظر داشته باشد كردد دي صرف گ ه ياتاقاني شود كه ھم اكنون توسط عرضه كننده موجود است يا بھتر است براي طراحي جدي ك

ارزش افزوده براي محصول موجود دربرخواھد داشت.د. دانموده وابسته ان م ج ه دوسطح را ازھ ا فشاري ك ان ي ين سطوح ياتاق اينده اي ب ه تماس س ياتاقان ھاي تخت بار تحت فشار الزم از ودن روانك ا واردنم ا ب ه جزء ديگر ي فشار الزم توسط روانكاربا حركت يك جزء نسبت ب

ان دردسترس است. دراساس خارج تامين مي گ ا تخصص ياتاق دگان ب ردد. ياتاقان ھاي تخت نيز از عرضه كننن ا اي ري مي باشند. ب را داراي قطعات متحرك كمت اين ياتاقان ھا از ياتاقان ھاي با عضو گردان ارزان ترند زي

ه در آن عوامل ده است ك اليتي پيچي رد معيني فع مختلفي شامل عوامل ھمه ، انتخاب ياتاقان مناسب براي عملك زير بايستي لحاظ گردد:

بار سرعت

Page 47: طراحی مکانیکی

47

موقعيت اندازه ھزينه گشتاورپيچشي در شروع حركت صدا روان ساز

نمونه ھايي از ياتاقان با عضو گردان قابل دسترسي از عرضه كنندگان موجود 3-2شكل

ياتاقان گرد در روتور يك توربوشارژر 3-3شكل

ا تفصيل بيشتري در فصل دگان ب طراحي ياتاقان تخت وانتخاب ياتاقان با عضو گردان از موجودي عرضه كننن مب 4 ه اي ه ب ز درفصل مورد بحث قرار مي گيرد. مبحث محورھا ك رتبط است ني معرفي شده است. 5حث م

ت ا تح ان ھ ن ياتاق ه اي ت ك ن اس ردد اي اب گ ازنده متخصصي انتخ ه س ه از مجموع اني ك اربرد ياتاق ه ك نتيجتاندارد سازي داراي استاندارد قرار گرفته اند و معموال در اندازه ھاي استاندارد محدودي عرضه مي شوند. اس

ا ه قطعات ت زات اصلي (اين مزيت است ك ده ازسازندگان تجھي ا ديگر OEMمين ش ) برحسب شكل ھندسي باوتي ه از سازندگان متف قطعات تعويض پذيرند. اگرچه اين بدان معني نيست كه دوقطعه با اندازه ھاي مشابھي ك

تامين شوند داراي عملكردي يكسان مي باشند.

چرخ دنده ھا ، تسمه ھا و زنجيرھا 4-3

Page 48: طراحی مکانیکی

48

ال چرخ دنده ھا ، رد. مث تسمه ھا و زنجيرھا را می توان برای انتقال نيرو از يک محور به محور ديگر بکار ب

نشان داده شده اند. 3-6و 3-5، 3-4ھای نوعی در شکل ھای وربين ھای ی، ت د موتورھای احتراقی داخل ه، مانن ده ھای اولي ا گردانن وان ي ده ت د کنن بسياری از ماشينھای تولي

ه گزی وموتورھای الک ده ھای اولي تريکی به شکل حرکتی دورانی، توان توليد می نمايند. مشخصه کاری گردانند از: 3-7برحسب نوع واندازه آ ن ھا متفاوت است. نمونه ھايی نوعی درشکل ه عبارتن نشان داده شده است ک

ا تقيم ب ان مس ورالکتريکی جري سيم پيچی سری. موتور احتراقی داخلی ، موتورالکتريکی جريان متناوب و موتوز وردرون س ال، موت رای مث د. ب ازگار نباش ی س اربرد معين ا ک ت ب ن اس ا ممک ه ھ ن مشخص فانه اي متاسه ت ک ل اس ين دلي د. بھم ی کنن د م دازی تولي ام راه ان ائين ھنگ ای پ رعت ھ وچکی در س ی ک گشتاورپيچش

ده مشخصه موتورخودرو برای جدانمودن موتور از بار درھنگام راه اندازی نياز به کالچ ه دن د ويک جعب دارن گرداننده اوليه را با بار تطبيق می دھد.

چرخ دنده ھای صاف 3-4شکل

مه تخت وگرداننده ھای ھمزمان تسمه تس 3-5شکل

Page 49: طراحی مکانیکی

49

ر -براي تبديل مشخصه ي گشتاور وان از تغئي دي،مي ت ه مشخصه ي خروجي مفي ه ب ده اولي سرعت يك گرداننار ا ب ه ب زايش گشتاوري ك راي كاھش سرعت واف ده ب ه دن اربرد جعب ورد ك ن م الي در اي رد. مث ره ب سرعت بھ

وري رابطه بين گشتاور، سرعت زاويه اي وتوان داريم:است. با يادآ 3-8تطبيق داشته باشد وفق شكل ) سرعت / توان = گشتاور 2-3(

ابراين اگر د. بن بررسي اين معادله نشان مي دھد كه به ازاي توان معيني با كاھش سرعت،گشتاورافزايش مي ياباھش افزايش گشتاور در نظر باشد با جعبه دنده ه محور ورودي ك كاھنده كه سرعت محور خروجي را نسبت ب

مي دھد مي توان گشتاوري كه توسط محور خروجي جعبه دنده تامين مي گردد را افزايش داد.

زنجير رولري 3-6شكل

) موتوراحتراق داخلي a (سرعت –مشخصه گشتاورپيچشي 3-7شكل ) b) موتور سه فاز جريان متناوب القائي ((c موتور جريان مستقيم با سيم پيچي سري

سرعت با كاربرد چرخ دنده با نسبت كاھنده –تبديل مشخصه گشتاور 3-8شكل

) a ( .سامانه تطبيق نشده) b( سامانه تبديل شده

Page 50: طراحی مکانیکی

50

اربردھنگام ه ك ه نقطه اي ك ل گردد ، دستگاه ھاي ي كه توان بايستي از منبعي ب از است منتق ورد ني آن مدروليكي والكتريكي چندي دردس امانه ھاي ھي ا ، س ا ، زنجيرھ ولي ھ ترس مي باشند كه عبارتند از، تسمه ھا ، پ

ا مناسب نمي ده ھ زرگ باشد ، چرخ دن د ب ال مي ياب وان انتق ه ت ي اگر فاصله اي ك وچرخ دنده ھا. درحالت كله گردان ه ھنگامي ك ن ھم ا اي ود. ب اد باشند وزنجيرھا وتسمه ھا را مي توان لحاظ نم ا سرعت زي ده اي فشرده ب ن

وكارامد مورد نظر باشد مجموعه اي از چرخ دنده ھا راه حلي مناسب وقابل رقابت را عرضه مي نمايند. ه از ب ده ني د چرخ دن ردر دسترس مي باشند. تولي ا ھمگي از سازندگان معتب چرخ دنده ھا ، تسمه ھا و زنجيرھ

تثنائي ماشين ھاي تخصصي دارد و تنش ھا در ناحيه تم د بصورت اس ر مي توانن ا ي درگي ده ھ اس بين چرخ دنر ري وچرخ زنجي ر رول ب، در طراحي زنجي ين ترتي بزرگ باشند ونياز به كاربرد مواد تخصصي باشد. به ھمان ھاي مربوطه را بايستي ده ھاي مفصلي وياتاق مربوطه ، تنش ھاي تماسي زياد وبعالوه طراحي متصل كنن

ه شركت لحاظ نمود. بھمين دال ر است ب ائي رابھت د تخصصي زيربن ه تولي الي، ھزين يل ودر تركيب با مصالح مه مشخصات ه انتخاب وارائ ھاي سازنده چرخ دنده ، زنجيروتسمه واگذار نمود. در نتيجه وظيفه طراح ماشين ب

ا ده ھ ردد. چرخ دن در اجزاء مناسب ازبين عرضه كنندگان تخصصي وسازندگان اصلي تجھيزات محدود مي گ مالحظه خواھند شد. 8وتسمه ھا وزنجيرھا در فصل 7و 6فصل

درزبندھا 5-3

د. در ي رون ار م ه بك ين دونقط ا ذرات ب يال ي ان س ا حذف جري اھش ي راي ك ه ب ند ك ي باش ايلی م دھا وس درزبناربرد مواردي كه الزم است، سيالی ه ی معيني حفظ شود ك اد در منطق دھا بخش تحت فشار تفاضلي زي درزبن

ي راق داخل ور احت يلندر موت ه در س يالي است ك ورد، س ن م الي از اي ه شمار مي رود. مث مھم طراحي ماشين بان ي االمك ده وحت اقي مان محبوس مي باشد. در اين حالت سيال كارگربايستي درون سيلندردربخشي از چرخه ب

ل ان ھاي مي راي ياتاق تفاده ب ورد اس اري م ودن روغن روانك ا از آل ن بصورت رايجي ب ردد. اي راز گ لنگ احت نشان داده شده محقق مي گردد. 3-9كاربرد رينگ ھاي پيستن كه در شكل

درزبندي سيلندري ازموتور احتراق داخلي 3-9شكل

تاتيك وان آن ھا را عموما بسته به وجود حركت نسبي،انواع مختلفي از درزبندھا موجودند ولي مي ت وان اس بعند د مانن واد درزبن ا م کت ي اربرد گس امل ك تاتيكي ش دھاي اس ياري از درزبن ود. بس دي نم ه بن ك طبق و ديناميه طراح انتخاب ه مي باشند و وظيف ل تھي دگان تخصصي قاب االستومرھا مي باشد. اين درزبندھا از عرضه كنن

ه صورت تجاري دردسترس مواد مناسب ز ب اميكي ني دھاي دين براي كاربرد مورد نظر است. بعضي از درزبن

Page 51: طراحی مکانیکی

51

تاندارد سازي ه، سطح اس ن ھم ا اي ا. ب مي باشند مانند درزبندھاي شعاعي لبه ھا ودرزبندھاي مكانيكي پيشاني ھه بايستی ايی ک وع سيال ھ د، در طراحی محورھا ، دامنه کاربردھای ممکن ، نسبت فشارھا ون دی گردن درزبن

دازه ھای واع وان ار نمودن ان د و انب زات طراحی ، تولي ظاھرا چنان متنوع می باشند که سازندگان اصلی تجھيه دگی ب ا ھدف برازن اميکی ب دھای دين ن، بسياری از درزبن د. بجای اي متنوعی از درزبندھا را منطقی نمی دانن

ه دھاکاربرد، طراحی می شوند. در انتخاب وطراحی درزبن ا ذراتی ک وع سيال ي ه ن وعی، ازجمل مالحظات ناز ، شرايط ورد ني دی م بايستی محبوس شوند، فشارتفاضلی ، چگونگی حرکت نسبی بين قطعات ، درجه درزبن

ه شده 9بايستی لحاظ گردد. درزبندھا در فصل کاری ، دوام قابل انتظار و ھزينه کلی، با تفصيل بيشتری مطالع اند.

وترمز ھا کالچ ھا 6-3

ا اتصال ا وترمزھ وال اصطکالچ ھ ه معم ين ک ين دو جزء ماش انيکی، ب ا مک دروليکی ي کاکی ، مغناطيسی، ھيمحورھا می باشند را فراھم می نمايند. تشابه عمده ای بين کالچ ھا وترمزھا موجود می باشد. اگر ھردو محور

ی رار م ه کالچ ق ه از ماشين در طبق ن قطع ه اي د ب ا قطع دوران نماين اد اتصال ي ادی آن ايج رد وعملکرد ع گيه از ن قطع د وديگری ثابت باشد اي اتصال بار گردنده از محور گرداننده است. اگر يکی از محورھا دوران نمايا توقف محورمتحرک است. اگرچه ، در ودن ي رد وعملکرد آن آھسته نم رار می گي ه ترمز ق ماشين ، در طبق

ه ترتيب واقع ، دستگاه يکسانی را با ا ساکن باشد ، ب تثبيت جزء خروجی آن به محوری که بتواند دوران نمايد ي می توان بعنوان ترمز يا کالچ بکار برد.

ا در ه ای از آن ھ ه نمون ترمز ھا وکالچ ھا بلحاظ کاربرد آن ھا در خودروھا ، دستگاه ھای آشنايی می باشند که نشان داده شده است. اگرچ 3-11و 3-10شکل ھای ه ب ايی ک ه اين دستگاه ھا به شکل گسترده ای در ماشين ھ

ا اد ی را ب ا اينرسی زي ار ب دن ب ا امکان گردان د. کالچ ھ اربرد دارن ز ک د ني ا بکار می رون منظورساخت کاالھرای ا ب د. کالچ ھ راھم می نماين موتور الکتريکی کوچکتری از آنچه درحالت اتصال مستقيم مورد نياز است ، ف

تاو ظ گش د حف ی رون ار م اف بک ا و الي ه ھ رای کشش پارچ اجی ب ه در نس ايی ک ابتی روی محورھ ی ث ر پيچش نيزکاربرد دارند. اين دستگاه ھا در شرايط اضطراری برای قطع اتصال ماشين از موتور گرداننده آن ھنگامی

کالچ يک خودرو 3-10شکل

Page 52: طراحی مکانیکی

52

رای د ب که ماشين دچار گير يا گرفتگی شود می توانند کار برد داشته باشند. درچنين مواردی ترمز نيز می توان توقف سريع ماشين بکار رود.

ترمز در خودرو 3-11شکل

ا دستگا ه ھای کامل کالچ و ترمزاز سازندگان تخصصی قابل تھيه می باشند. بعالوه اجزاء کليدی مانند ديسک ھايی از کالچ ط بخش ھ وعملگر ھای ھيدروليکی و بادی نيز موجودند تا درصورتی که طراح مقتضی بداند ، فق

ا کاکی را خريدااصطو ترمز را طراحی نموده وبقيه اجزاء مثال سطوح با روکش ا وترمز ھ د. کالچ ھ ری نماي بررسی شده اند. 10با تفصيل بيشتر در فصل

فنرھا 7-3

د. نيرويی فنرھا اجزايی منعطف می باشند که برای واردکردن نيرويا گشتاور بکار رفته وانرژی ذخيره می کننی ا نيروي ا فشاردادن است وي د کش که بوسيله فنر وارد می شود يا بصورت خطی يعنی کشيدن ي شعاعی ھمانن

رد اد گشتاور بکار ب رای ايج وان ب ر را می ت ده شود. درحالت ديگر فن الستيکی که دور بسته ای از کاغذ پيچيرژی را د ان مانند فنر مورد استفاده در دستگاه ھايی که درب را می بندند. ھنگامی که فنرھا تغئير شکل می يابن

ه باعث تغئي ی ک ا حذف نيروي وده و ب ره نم واع ديگر ذخي د. ان رژی را آزاد می نماين ن ان ده اي ا ش ر شکل آن ھرژی را اتالف می ا آھنگی يکنواخت ان ده شدن ب ا پيچي فنرھا، فنر ھای قدرتی يا موتورھای فنری ھستند، که ب

نمايند. ا ازقطعات تخت ارپيچ وي د م ه شکل مناسبی مانن دن ب ا پيچي ارگوش ب ا چھ رد ي اطع گ ا فنر ھا را ميتوان از مق ب

تاندارداز سازندگان دازه ھای اس بارگذاری به صورت تير يک سر درگير، ساخت. بسياری ازانواع فنر ھا درانه ر توج رد. عالوه ب ار ب وارد مناسب بک وده ودر م ه نم وان تھي ات می ت ن قطع دگان اي تخصصی وعرضه کنن

ز توجه نم ر ني ی فن ا ي د نمودن به مشخصه عملکردی يک فنر بايستی به شکل انتھ اوتی مانن ه ھای متف ود. گزينا بايستی از د. در بعضی کاربردھ ره موجودن حلقه ھا يا قالب ھا ، حلقه ھای کناری وقالب ھای کشيده شده وغيول فنری با طراحی خاص استفاده نمود. در طراحی فنر ھا بايستی بسياری از متغيرھا از قبيل، طول ، قطر مفت

ری وع ، نيروھا ، نرخ فنری ، ضريب فن ه ، ن ام ، چگونگی نصب ، لقی حلق ه گ ام ، زاوي ا ، گ ه ھ داد حلق ، تع

Page 53: طراحی مکانیکی

53

ا در فصل ر ھ ردد. طراحی و انتخاب فن نش ھای مجاز بايستی لحاظ گ ذاری وت وع بارگ مالحظه 11مواد ، ن خواھد شد.

متصل کننده ھا 8-3

در جامبوجت بوئينگ بيشتر از متصل کننده ھا دو يا چند جزء را بھم متصل می نمايند. تخمين زده می شود کهه نحو A340متصل کننده بکار رفته باشد. در ھواپيماھای نوين مسافربری مانند ايرباس 2500 000 اين عدد ب

رای طراح نشان ا را ب ده ھ ال اھميت متصل کنن ن مث ده است. اي چشمگيری کاھش يافته ولی ھنوز تعداد آن عم می دھد.

رين ھزاران نوع متصل کننده از عرضه ج ت کنندگان تخصصی به صورت تجارتی قابل دسترس می باشند. رايده آن ھا انواع پيچ ومھره ھا پرچ ھا، متصل کننده ھای سريع که با ربع گردش بسته يا بازمی شوند ومتصل کنند ن آوري ھاي اتصال دائمي مانن ه اي از ف اژ اجزاء پالستيکی. بعالوه دامن ھای چفت شونده مخصوص مونت

ن آوري ھاي موجود جوشك ا وجود ف ز موجود مي باشد. ب ا ني اري ، زردجوش ، لحيمكاري و كاربرد چسب ھده وع مناسي متصل كنن براي متصل كننده ھا وھزينه ھاي مربوط به منابع يابي ، انبارسازي ومونتاژ، انتخاب ن

ا و ا 12بسياربا اھميت مي باشد. فصل ا ،اتصال ھ ل به معرفي انواع متصل كننده ھ ر تحلي ا مبني ب نتخاب آن ھ مقتضي ومالحظه عملكرد مورد انتظار از آن ھا اختصاص يافته است.

بدنه ھا وپوسته ھا 9-3

ا ده مي شود، تحمل ي ا شاسي نامي ه ي ه بدن ھر جزء ماشين مانند محور يا ياتاقان، بايستي توسط جزءديگري ،كه مراحل نگھداري شود. مدل طراحي جامع،ھنگام انجام ھر وظيفه طراحي انفرادي، الزام به عطف توجه به ھم

ه در عوض ردد، بلك ام گ فرايند طراحي مي نمايد. يعني طراحي ھر جزء ماشين نبايستي بصورت مجزاء انجاه ماشين است ه گ ا تكي ه تنھ ه ماشين ن ردد. بدن ذول گ توجه كافي به چگونگي تطبيق و تعامل با مجموعه كلي مب

واره بلكه شكل كاال را مشخ ن موضوع است ، ھم ه شايسته اي ائي ظاھري آنطور ك ه زيب د. توجه ب ص مي نمايا مي باشد روش آن ھ ه ، ھدف از ساخت قطعات ف ن ھم ا اي ردد. ب ال نمي گ توسط طراحان اجزاء ماشين اعمه ه مغزي ب وده ودر انسان نصف الي ا غالب ب وتفكر موجود چنين است كه ادراك چشمي در ميان ساير حس ھ

ا ان فرا اھنگي ب ا ھم وده وبايستي طراحي ب ا اھميت ب اال ب ابراين شكل ك ه است. بن وري چشمي اختصاص يافت انجام گردد.

)2002طراحي شاسي اتوبوس(آلين وسيمون 3-12شكل

ه ای ه شکل يگان ا ، بدن ه از ماشين ھ دازه وعملکرد معموال در ھر طبق داد ، ان ابع تع را ھر ماشينی ت دارد زيی نمی ا عمل ا وشاسی ھ ه ھ ه طراحی بدن امال عمومی ب اجزاء تشکيل دھنده اش می باشد. بنابراين رويکردی ک

Page 54: طراحی مکانیکی

54

ه چشم می خورد. اسباب ا ب ازی ھ باشد. نمونه ھايی رايج در تنوع شاسی ھا وبدنه ھا ، در خودروھا واسباب با بايستی بازی ھا بايستی ا يمن، کارامد وتفريحی باشند درضمن کارصرف شده درتوليد ومواد تشکيل دھنده آن ھ

حداقل باشد تا ھزينه توليد کمينه وسود حاصله بيشينه گردد. طراحی بدنه يا شاسی تا اندازه ای کاری ھنری است زيرا بدنه،اجزاء ماشين را بايستی درخود جای دھد. ممکن

ا است جايی که تکيه گا ری ماشين وي ا عملکرد وراھب داخل آن ب وگيری از ت رای جل ه ماشين بايستی واقع گردد به در شکل ردد. شاسی اتوبوسی ک ن 3-12به منظور دسترسی به اجزاء خاص آن، محدود گ نشان داده شده اي

نکته را از نظر دسترسی به درھا ، پنجره ھا ومسافرين روشن نموده است.ارامتر ھای دازه ، بعضی از پ انيکی ، ان د از مقاومت مک ا عبارتن ا وشاسی ھ ه ھ ر در طراحی بدن ا اھميت ت ب

د و ه تولي رزش ، وزن ، صدا، ھزين ر خوردگی ، استحکام ، ل اژ، شکل ظاھری ، مقاومت در براب روش مونتاربرد نگھداری وطول عمرياماندگاری آن ھا می باشد. فھرستی مانند اين ، ممکن است کلی تر از اين باشد ک ه ک

ه وسيعی در آغاز فرايند طراحی داشته باشد ولی فھرستی مفيد تر برای لحاظ نمودن درنقطه شروع طراحی بدن يا شاسی عبارتست از:

.نيروھای وارده توسط اجزاء ماشين به تکيه گاه ھا مانند ياتاقان ھا، لوالھا ، براکت ھا وپايه ھا .چگونگی نگھداری خود بدنه ای مجاز اجزاء تشکيل دھنده ماشين.تغئير مکان ھ .الزام ھای مربوط به خنک کردن ماشين دار ر بناھا،مق ا وزي ه ماشين ھ ا بقي محيط ھايی که ماشين به آن ھا منتقل ونصب می گردد و رابطه ب

الزم وتسھيالت توليدی موجود. .تخصص موجود برای وظيفه طراحی

اشد پيچيدگی موجود آشکار است وبلحاظ نياز به حفظ تصوير ھنگامی که بيشتر از يک جزء ماشين مورد نظر به د می باشند. طراحی بدن بزرگ تری در ذھن، مدل ھای مربوط به فرايند طراحی مانند مدل طراحی جامع مفي

بصورت جامع تری بررسی شده است. 13ھا وشاسی ھا درفصل

نتايج 10-3ده پايه فن آوری قابل دسترسی برای ما شامل دامنه وس ا، چرخ دن ا ، محورھ يعی از اجزاء ماشين مانند ياتاقان ھ

ن ھا، زنجيرھا، تسمه ھا، درزبندھا، کالچ ھا ، ترمزھا واتصال دھنده ھا می باشد. اين فصل درجھت معرفی ايه ه وظيف دين معنی ک ود. ب ا کمک نم ه از سازندگان تخصصی می باشند بم ل تھي ا قاب اقالم که بسياری از آن ھ

زي راح گ ر ط د زنجي ه ای مانن ه طراحی تفصيلی قطع وده واو را از وظيف الم مناسب ب ودن اق نش ومشخص نم غلتکی معاف نموده وميتواند توجه خود را به طراحی کلی ماشين معطوف نمايد.

ين قطعات بھتر است زمانی را صرف بررسی فن آوری ھای موجود برای طراح نمود تا بتوان ارتباط داخلی به ساير انفرادی ما ه در ھر مرحل شين را به حساب آورد. اين در ارتباط با مدل طراحی جامع ماشين می باشد ک

مراحل وجنبه ھای فرايند طراحی به حساب آورده می شود.

فھرست منابع وچشمه ھاي اطالعاتي

Page 55: طراحی مکانیکی

55

4 ياتاقان ھا

ين دوجزء ماشين می امين حرکت نسبی ب ا و ت ر محورھ ار وارده ب رای ب اه ب ھدف ازياتاقان ھا تامين تکيه گه خالصه ای از چگونگی شناسايی ا ، ارائ ان ھ ه ای ازفن آوری ياتاق باشد. ھدف از اين فصل توصيف دامن

زينش نوع قابل استفاده ياتاقان برای کاربردمعين ، ارائه چگونگی طراحی ياتا رد وتوضيح چگونگی گ ان گ ق ياتاقان ھای استاندارد با عضو گردان می باشد.

ھدف ھای آموزشی

در خاتمه اين فصل شما توانايی ھای به شرح زير را خواھيد داشت: .تشخيص دھيد که برای ھر کاربرد معينی از چه نوع ياتاقانی استفاده نمائيد رای شرايط مورد مناسب برای کاربرد ياتاقان با روانکاری مرزی را مشخص نموده ومواد مناسب راب

معين گزينش نمائيد. .شکل ھندسی اصلی برای ياتاقان با روانکاری فيلم کامل مرزی را مشخص نمائيد .دوام ياتاقان با عضو غلتشی را با کاربرد معادله دوام معين کنيد ئيد.ياتاقان با عضو غلتشی را از کاتالگ سازنده انتخاب نما .جانمائی درزبندی ياتاقان غلتشی وسامانه روانکاری را مشخص کنيد

مقدمه 1-3ان واژه "ياتاقان" نوعا به سطح ھايی درحال تماس که از طريق آن ھا نيرو منتقل می گردد گفته می شود. ياتاق

ان ھای قا واع ياتاق د. ان ل دسترس بسيار ھا ممکن است غلتش يا لغزش ويا ھردو حرکت را ھمزمان انجام دھن بان ا ياتاق متنوع می باشند اگرچه در حالت کلی آن ھا را می توان به دو طبقه تقسيم نمود : ياتاقان ھای لغزشی يه ا عضو غلتشی ک ان ب ردد وياتاق ده تسھيل گ يلم روان کنن ا ف ازک ي ه ای ن ا الي ھای با سطح تخت ، که حرکت ب

اھش حرکت با ترکيبی از حرکت غلتشی وروانکاری ان رای ک ا ب ان ھ ا در ياتاق ردد. روانکاری غالب ام می گ جه 4-1کاک بين سطح ھا ودفع حرارت بکار می رود. شکل اصط د ک دو نوع رايج تر ياتاقان ھا را نشان می دھ

عبارتند از : بلبرينگ شيارعميق وياتاقان گرد.

ياتاقان گرد وبلبرينگ شيار عميق 4-1شکل

Page 56: طراحی مکانیکی

56

ا درشكل ان ھ راي تشخيص ياتاق دي عمومي ب ه در شكل 4-2جدول طبقه بن انطوري ك ده است. ھم 4-2ذكرشان واع ياتاق مالحظه مي شود، محدوده گزينش ياتاقان ھا بسيار گسترده مي باشد. براي كاربرد معيني مي توان ان

ا سرعت مثال ھا را بكاربرد. براي مثال، دريك تورب ه ب ازي كوچك ك د،نوعا rpm 50000 ين گ دوران مي كنه د دوام ،ھزين ايي مانن داد عامل ھ ه تع مي توان ازرولربرينگ يا ياتاقان گرد استفاده نمود،اگرچه انتخاب بھينه ب

ار 4-3واندازه،بستگي دارد. شكل بيشينه را مي توان بعنوان راھنما براي گزينش نوع ياتاقان با ظرفيت حمل باربرد و جدول ا براساس 4-1درسرعت واندازه محورمعين بك ان ھ واع مختلف ياتاق رد ان ده عملك مشخص كنن

معياري به غير از ظرفيت حمل بار آن ھا مي باشد.ا عضوغلتشي در 4-2طراحي ياتاقان لغزشي بااليه روان ساز در بخش ذكرشده وانتخاب ونصب ياتاقان ھاي ب

است. توصيف شده 4-3بخش

طبقه بندي ياتاقان ھا 4-2شكل

ياتاقان ھاي لغزشي 2-4دون ديگر ب ه يك ا دوسطح متحرك نسبت ب ه در آن ھ واژه " ياتاقان لغزشي " براي ياتاقان ھايي بكار مي رود ك

ين حركت، توسط روان ساز اي تسھيل مزيت تماس غلتشي موجود باشد. اين دو سطح روي ھم لغزش نموده واوده ا وارد نم ردن آن ھ دا ك راي ج افي ب ار ك د فش ي توان ده وم رده ش ا فش ه ھ ه توسط حركت قطع ردد ك ي گ م

واصطكاك تماسي وفرسايش را كاھش دھد.ه درون ذاري شده مي باشد. بخشي از محور ك ي بارگ كاربرد نوعي ياتاقان ھاي لغزشي در محورھاي دوران

ه شكل ياتاقان د ( ب ين 4-4قراردارد سرمحوروبخش ساكن كه تكيه گاه بار است ياتاقان مي نامن د). بھم اه كني نگان ھاي وان وجود ياتاق ن عن اد مي شوند، اگرچه اي دليل ، ياتاقان ھاي لغزشي غالبا با عنوان ياتاقان ھاي گرد ي

رد. واژه مصطلح ديگر " لغزشي كه تكيه گاه اجزاء داراي حركت ھاي خطي انتقالي مي باشند ده مي گي را ناديراي حركت ھاي دوراني اربرد ب ياتاقان ھاي با سطح تخت" مي باشد. در اين بخش اساسا ياتاقان ھاي داراي ك

وبراي آن ھا واژه ھاي " ياتاقان گرد " و " ياتاقان لغزشي " بصورت معادل بكار مي روند.

Page 57: طراحی مکانیکی

57

انتخاب نوع ياتاقان با ظرفيت حمل بار وسرعت 4-3شکل

مقايسه عملکرد ياتاقان ھا در دوران مداوم 4-1جدول

ق نوع ياتاقان ت دقي موقعي شعاعی

ل ت حم ظرفيی ار ترکيب بوری مح

وشعاعی

قابليت با گشتاور راه اندازی کم

دايی ی ص ب درحين کار

ه ی ب دسترسات قطع

ارداستاند

ادگی در س روانکاری

ت ان تخ ياتاق تماسی(غير فلزی)

زی ت فل ان تخ ياتاقن ه روغ ل ب متخلخ

آغشتهدروديناميکی ان ھي ياتاق

سيالاليه با

ياتاقان ھيدرواستاتيک

رولبرينگ

ضعيف

خوب

قابل قبول

عالی

خوب

ب در غالا وارد ت م

اندازه ای تا اندازه ای

ه از ب ر، ني خيياتاقان رانشی ی ه م جداگان

باشده از ب ر، ني خيياتاقان رانشی ی ه م جداگان

باشدبله، در غالب

موارد

ضعيف

خوب

خوب

عالی

بسيار خوب

قابل قبول

عالی

عالی

عالی

ل وال قاب معم قبول

تا اندازه ای بله

تا اندازه ای

خير بله

عالی

عالی ه مع از ب وال ني م

امانه س بازگردشی دارد

ه عيف ، ب ضژه امانه وي س

نياز دارد

التی ی در ح بلريس ا گ ه ب ک روانکاری شده

Page 58: طراحی مکانیکی

58

برای ياتاقان ھای لغزشی وجود دارد: سه رژيم روانکاری روانکاری مرزی. - 1 روانکاری اليه ای تركيبي . - 2 روانکاری اليه ای کامل. - 3

ای ن ا در سرعت ھ رزی نوع اری م اس روانک ا تم د وب ی دھ ان رخ م ور وسطوح ياتاق ر مح ين س ائين ب بی پ سری سطحی صيقل داده شودبازھم دکی از زب فيزيکی واقعی مشخص می گردد. سطوح حتی چنانچه به درجه ان

ه در شکل بصورت شمائی نشان داده شده است. اگرچه ممکن 4-5دارای يک رشته برآمدگي وگودي است کوده وحرکت نسبی سطوح، است مقداری روان کننده مو ده نب ردد عم جود باشد، فشارھايی که در آن ايجاد می گ

ي ھنگامی رخ تيزی ھای متناظرسطح ھا را متناوبا در تماس با يکديگر قرار می دھد. روانکاری اليه ای تركيبه سط د ک اد نماي ده ايج ه روان کنن اد در الي در کفايت زي ين سطوح فشاری بق ه سرعت نسبی ب د ک وح را می دھ

ايی اطراف محيط ه ھ وز تماس در ناحي ن حالت ھن د. در اي بطور جزئی در دوره ھای زمانی از يکديگر جداکنت ن حال د . در اي ی دھ اد رخ م بی زي ای نس ل در سرعت ھ ه ای کام اری الي ود دارد. روانک ه وج ين دو قطع ب

ه وی ک ه نح ی نمايدب اد م ده ايج ادی را در روان کنن ار زي ا، فش وده حرکت سطح ھ دا نم م ج ه را از ھ دو قطعار دون فش ای ب ان ھ اری در ياتاق واع روانک ن ان ه اي ود. ھم وار " می ش يال " س وه ای از س وسرمحور روی گدارد، آن را م جدانگھ خارجی پيش می آيد. اگر روان کننده با فشار کافی به ياتاقان تغذيه گردد تا سطح ھارا از ھ

. " ياتاقان ھيدرواستاتيک " می نامند

ياتاقان با سطح تخت ، لغزشي يا ياتاقان گرد 4-4شكل

اري بستگي 4-5شكل نماي شمايي از زبري سطحي در ياتاقان ھاي لغزشي وموقعيت نسبي محور كه به نوع روانك

دارد

Page 59: طراحی مکانیکی

59

، ھيدروديناميك III، اليه اي تركيبي ، II، مرزي Iنمودار شمايي تغئيرات عملكرد ياتاقان با روانكاري. 4-6شكل

ا در شكل ن حالت ھ اوت مي باشد. اي اري فيزيكي ، متف وع روانك نشان 4-6عملكرد ياتاقان لغزشي برحسب ن

ر داده شده كه در آن ضري ر تغئي ا رابطه زي ان " ، ب ارامتر ياتاق وان " پ ب اصطكاك با گروھي از متغيرھا با عن مي نمايد:

)1-4 (N

P

ه در آن، از ( ك ت روان س Pa.لزج s ،(N ب وال برحس ف معم ن تعري رعت ( در اي rpm ، (Pس

N/2ظرفيت حمل بار( m:كه با رابطه زير بيان مي گردد (

)2-4 (W

PLD

W ) بار واردهN ،(L ) طول ياتاقانm ، (D )قطر سر محورm .(

N/پارامتر ياتاقان، P .د ا يك عدد معرفي مي نماي روه جمع وب چندين متغير طراحي ياتاقان را در يك گ

رزی اری م ی، روانک ت کل د. در حال ي باش وب م ائين مطل طكاك پ ريب اص ادی، ض رايط ع ه در ش البته سرعت سطح از 1.5درکاربردھای با سرعت آھسته ک /m s ر باش ه ای کمت د بکار می رود. روانکاری الي

دار واقعی ضريب ی مق اد اصطترکيبی، به ندرت بکارمی رود زيرا تعئين عمل ه شيب زي کاک دشوار است( بده مرزی در بخش 4-6اين منطقه درشکل ان ھای 4-2-2توجه کنيد). طراحی ياتاقان ھای روانکاری ش وياتاق

خالصه شده است. 4-2-3اليه ای کامل ھيدروديناميکی در فصل

روان سازھا 1-2-4

ده بستگی 4-6ھمانطوری که در شکل اری ولزجت روان کنن وع روان ک ه ن ان ب مشاھده می شود عملکرد ياتاقازی شکل ا گ ايع ي د ، م ا جام ده ھ دارد. لزجت، معيارمقاومت مايع در مقابل برش است. ممکن است روان کنن

ه باشند، اگرچه رايج ترين انواع آن ھ ه ای ب ايع بصورت پاي ا ،روغن ھا وگريس ھا می باشند. روان سازھای مق شکل ا طب ه دم ادی ب ا بستگی زي 4-7روغن ھای معدنی وروغن ھای مصنوعی تقسيم می باشد. لزجت آن ھ

Page 60: طراحی مکانیکی

60

35دارد. اين مواد بصورت نوعی در دمای C 100جامد در دمایC ق شده ودردمای ارافين رقي د پ مانناالتر از ال ، 240Cب رای مث ی رود. ب ار م ا بک ی ھ واع افزودن ا ان رد آن ھ رای اصالح عملک وزند. ب ی س م

د ) اسيدھای چرب وديگر ترکيب ھا می باشند که به روغن اضافه می EPافزودنی ھای فشاربسيار زياد ( کننوده و ه سطح را حفاظت نم د ک ده ای را ايجاد نماين ه ھای آالين رده والي ه ک زات حمل کاک را اصطتا به سطح فل

ه ايی می باشند ک ا روغن ھ کاھش دھند،حتی اگر اليه روغن زير بارھای تماسی بزرگ فشرده گردد. گريس ھ باقی بماند ايجاد شود. با صابون ممزوج می شود تا روان کننده غليظی که بتواند روی سطح ھا

ال رای مث دی عددی موجود است، ب ا طبق بن ايی ب تاندارد شده وروغن ھ تغئيرات لزجت با دمای روغن ھا اسSAE 10 ،SAE 20، SAE 30، SAE 40،SAE 5W ، SAE 10W ائی وغيره . منشاء اين سامانه شناس

ا SAEتوسط انجمن مھندسين خودرو ( تفاده در ) پايه گذاری شده تا روغن ھ رای کاربردھای عمومی واس را بر باشد Wزمستان که با حرف " دی کمت ن درجه بن " مشخص می گردد درجه بندی نمايد. ھرچه مقدارعددی اي

د ه مانن ای چندپاي ن ھ ری دارد. روغ ا لزجت کمت ر ي ق ت ن رقي ه SAE 10W 40/روغ ويی ب رای جوابگ بده اش نيازھای لزجتی دوروغن با درجه بندی متفاوت واد تشکيل دھن ای م ه بعضی از مزاي فرمول بندی شده ک

ده موجود می دوين ش انی استانداردسازی ت ه توسط سازمان جھ را داشته باشد. سامانه شناسائی مشابه ای نيز ک ). ISO3448باشد(

تتغئيرات لزجت مطلق با دما در روان سازھاي متفاو 4-7شكل

Page 61: طراحی مکانیکی

61

طراحي ياتاقان ھاي با روان كاري مرزي 4 -2-2

ا 4-2ھمانطوري كه در بخش تقيم ب ذكرشد، سطوح سرمحوروياتاقان درياتاقان باروانكاري مرزي درتماس مسه سادگي ا ك دي ھ يكديگر مي باشند. اين ياتاقان ھا نوعا در كاربردھاي با سرعت پائين مانند غالف ھا واھرم بن

ا انگي، وفشردگي آن ھ د ازچمن زن ھاي خ ا عبارتن ن كاربردھ ايي از اي ه ھ د. نمون ار مي رون مزيت است بكا در آن ھ ابزاردستي باغباني مانند قيچي باغباني، آچارجغجغه ھا، و درب ھاي لواليي ساختماني وخودرويي كھ

ال ديگر د د. مث ردش مي كن توانه اي گ ته اي اس ه درون پوس ه شكل محوري صلب است ك ورد سرمحور ب رم حركت خطي، عضو لغزنده درچاپگر پاشنده جوھر است.

مالحظات عمومی در طراحی ياتاقان ھای با روان کاری مرزی عبارتست از: کاک ( ھردو ضريب استاتيک وديناميک).اصطضريب .ظرفيت حمل بار .سرعت نسبی بين اجزاء ساکن ومتحرک .دمای کار .محدوديت ھای سايشی .قابليت توليد ا رزی، عامل معي ا روانکاری م ان ب د در طراحی ياتاق ار PVری مفي سرعت محيطی)می ×(ظرفيت حمل ب

دار ه ازای مق ان است. ب د شده در ياتاق اانرژی تولي رای درتطبيق ب ان ب واد ياتاق باشد که مشخص کننده قابليت مدار شده و PVحدی ی ، دما ناپاي دار عمل ردد. مق ان دچار خرابی می گ دار PVسريعا ياتاق ر نصف مق برابان 4-2برای مواد مختلف ياتاقان در جدول PVمقدارھای آن است. حدی ه ياتاق داده شده است. طراحی اولي

ه نحوی با روان کاری مرزی اساسا شامل تعئين نسبت ابعادی ان ب واد ياتاق ياتاقان ، طول و قطر آن وانتخاب م می شود. ذکربه شکل گام به گام در زير ويکردحاصل گردد. اين ر PVکه مقدار قابل قبولی برای

سرعت دوران ياتاقان وباری را که بايستی تحمل کند تعئين کنيد. .1ين نسبت ھای ابعادی ياتاقان را تثبيت ن .2 ه قطر ب 1.5و 0.5مائيد. روش متداول قراردادن نسبت طول ب

قرار دھيد. Dرا برابر Lدرآزمون اوليه معلوم باشد ، Dاست. اگر قطرP/،ظرفيت حمل بار .3 W LD .را محاسبه کنيد سرعت بيشينه مماسی سر محور را تعئين نمائيد. .4 را محاسبه کنيد. PVعامل .5 ضرب کنيد. 2را در ضريب ايمنی PVمقدار .6دول .7 ا ج ازنده ي ای س و 4-2داده ھ داررا م ه مق ان ک واد مناسب ياتاق ا م د ت رار دھي PVرد بررسی ق

فوق ذکر شد را شناسائی کنيد. 6مربوط به آن بزرگتر از آنچه در بند

4-1مثال

ار شعاعي ه ب ا قطر 700Nياتاقاني بايد طراحي شود ك ا محوري ب ا سرعت 25mmرا ب ه ب د ك تحمل نماي75rpm رجوع شود). مقدار 4-8دوران مي كند ( به شكلPV واد موجود ا م ا مقايسه ب وده وب به نم را محاس ، مواد مناسب براي اين ياتاقان را تعئين كنيد.4-2درجدول

Page 62: طراحی مکانیکی

62

مشخصه ھاي بعضي از مواد سايشي 4-2جدول

Page 63: طراحی مکانیکی

63

:حل

700Wداده ھاي اوليه عبارتند از N ،25D mm 75وN rpm. L/نسبت D وان ان)را بعن ه قطر ياتاق ول ب بت ط ابراين (نس ريم. بن ي گي د درنظر م ه برابرواح نھاد اولي پيش

25L mm . را محاسبه مي كنيم : Pظرفيت حمل بار،

27001.12 /

0.025 0.025

W

P MN mLD

2

60 2

DV r N

0.025

0.1047 75 0.09816 /2

m s

20.11( / )( / )PV MN m m s داريم : 2با ضرب كردن اين عدد به

0.22( / )PV MN ms

د PVماده اي با ن، مانن ر از اي ه داراي PTFEبزرگت ر ( ك ا فيل ا 0.35حدي PVب ا PTFEاست )، ي ب

) ، عملكرد مناسبي حاصل مي نمايد. 1.75حدي برابر با PVفيلر كه با پشت بند فوالدي تقويت شده ( با

)4-1(مثال ،) mm برحسب (ابعاد طراحي ياتاقان با روانكاري مرزي 4-8شكل

طراحي ياتاقان اليه اي كامل ھيدروديناميبكي 3-2-4

در ياتاقان ھای اليه ای کامل ھيدروديناميکی بار وارد بر ياتاقان توسط اليه ای پيوسته از روان سازتحمل می ور درون شود، بنحوی که ھيچگونه تماسی بين ياتاقان وسرمحور دوران کننده رخ نمی دھد. حرکت سرمح

فراھم می نمايد. ياتاقان ھای ھيدروديناميکی بشکل رايجی 4-9ياتاقان، فشار الزم برای تحمل بار را وفق شکل در موتورھای درون سوز برای تحمل ميل لنگ ودر توربوشارژر ھا کاربرد دارند. ياتاقان ھای

راف سرمحور باشند. ھيدروديناميکی می توانند بصورت سطح محيطی کامل ويا سطحی جزئی در اططراحی ياتاقان شامل بسياری از پارامتر ھا است بنحوی که نمی توان روشی برای طراحی بھترين ياتاقان

ممکن را تدوين نمود. يک روش برای حصول به اين منظورمشخص نمودن نقطه ھای ويژه ای مرتبط با ھر

Page 64: طراحی مکانیکی

64

ور در ياتاقان، باعث ايجاد فشاردر روانساز ی می شودکه دوسطح را از ھم جدا کرده استحرکت سرمح 4- 9شکل

، جمله ھای فشاری منفی شده واليه گسيخته می شود.(ضخامت کمينه اليه) 0hدور تر از

ھرچند اين روش در صورتی که نرم افزاردر مرحله تکامل يافته جنبه از طراحی وسپس بھينه سازی است. نبوده و بلحاظ عدم کفايت مدل سازی واشتباه در وزن دھی اسنادی ، لزوما نتايج بھينه ای ايجاد نکند ،زمان براست. رويکرد ديگر که بعنوان نقطه شروع حساس بوده ودر اينجا به اجمال بحث می گردد عبارتست از

يا چند طراحی اجرا شدنی وکاربرد قضاوت برای انتخاب بھترين يا ترکيبی از بھترين مشخصه ھا تدوين يک ی طراحی پيشنھادی است.

روش طراحی برای ياتاقان گرد که در اين کتاب بعنوان نقطه شروع توصيه می شود، عبارتست از مشخص ، ،نوع روانساز ولزجت آن، L،طول محوری ياتاقان ، c، ، لقی شعاعی rنمودن شعاع سر محور ،

ھای ماشين . مقدار سرعت ، بار وشايد شعاع سرمحور معموال با الزام Wوبار ، Nسرعت سرمحور،ومالحظات مربوط به تنش وانحراف محور تعئين می گردند. بنابراين طراحی چنين ياتاقان گردی مستلزم تعئين

لقی شعاعی ، طول ياتاقان ولزجت روانساز است. فرايند طراحي براي ياتاقان ھاي گرد معموال بصورت اي آزمودني انتخاب مي شوند ، سپس تكراري است. مقدار لقي، طول و لزجت براي شروع بعنوان كميت ھ

معيارھاي عملكردي مختلفي محاسبه شده واين روند تكرار مي شود تا طراحي بھينه اي حاصل گردد. معيار بھينه سازي ممكن است كمينه نمودن اتالف اصطكاكي ، كمينه نمودن افزايش دماي روانساز ، كمينه نمودن

ن ظرفيت حمل بار و كمينه نمودن ھزينه ھاي توليد باشد. مقدار روانساز تغذيه شده ، بيشينه نمودلقي بين سرمحور وياتاقان بستگي به قطر نامي سرمحور،ميزان دقت ماشين ، زبري سطحي ومالحظات

مربوط به انبساط طولي دارد.نه راھنماي كلي اين است كه اين لقي بھتر است در دام cبراي لقي شعاعي ،

0.001 0.002 r c r قرار گيرد كهr شعاع نامي ياتاقان مي باشد ، اين دامنه برحسب لقي قطري و0.001قطر ياتاقان به صورت 2 0.002 D c D مقدارھاي توصيه شده براي 4- 10است. شكل ،

ن تابعي از قطر سرمحور وسرعت دوراني براي ياتاقان ھاي با بارگذاري پايدار ) را بعنوا2cلقي قطري ( نشان مي دھد.

محاسبه نمود. براي اين Wو r ،c ،L ، ،Nعملكرد ياتاقان ھاي گرد را مي توان براي تركيبي از

و محل ضخامت كمينه اليه روانساز، 0hمنظور ، تعئين توزيع فشار در ياتاقان، ضخامت كمينه اليه روانساز

maxp ، ضريب اصطكاك ،f ، جريان حجمي روانساز ،Q فشار بيشينه اليهmaxp وافزايش دما ي

مورد نياز مي باشد. Tروانساز ، وکس است –نگاه کنيد)، با حل شکل مناسب معادله ھای ناويه 4-9توزيع فشار دريک ياتاقان گرد (به شکل

برای جريان سيال قابل تعئين است ، که شکل ساده شده آن برای ياتاقان گرد، معادله رينولدز ناميده می شود.

Page 65: طراحی مکانیکی

65

) برای ياتاقان گرد با بارگذاری پايدار2c(مقادير کمينه توصيه شده برای لقی قطری 4- 10شکل

ت پايدار اين معادله بصورت زير است:شکل حال

3 3

h p h p

x x z z

)3 -4 (6 6

h V

V hx z

Paلزجت ديناميکی mm ،( )، ضخامت اليه ( hکه در اين معادله s ، (p ) فشارمايعPa،(V m/سرعت سر محور ( s و ، (, ,x y z ) مختصات دکارتیm .می باشد (

معادله رينولدز با روش ھای تقريبی يا عددی قابل حل می باشد. پس از مشخص شدن توزيع فشار عملکرد کاکی ، جريان روانساز وافزايش دمااصطياتاقان برحسب الزام ھای مربوط به ظرفيت حمل بار ، اتالف ھای

ی روانساز قابل تعئين است. ) را حل نمايد می تواند از يک سری نمودار ھای طراحی استفاده 4-3اگر طراح در نظر نداشته باشد معادله (

) تھيه شده اند که معادله رينولدز را از روش تکراری 1958کند. اين نمودار ھا اساسا توسط ريموندی و بويد ( کاک ، جريان حجمی روانساز، نسبت جريان اصطخامت اليه ، ضريب حل نموده اند. اين نمودار ھا ض

روانساز، محل ضخامت کمينه اليه ،نسبت بيشينه فشار ، محل نسبت فشار بيشينه وزاويه انتھايی اليه در مقابل مراجعه کنيد). 4-18تا 4- 11عدد سامرفيلد را مشخص می کنند(به شکل ھای

Page 66: طراحی مکانیکی

66

تعريف شده است. اين عدد 4-4اتاقان نيز شناخته می شود وفق معادله عدد سامرفيلد که بنام عدد مشخصه يبلحاظ يک کاسه کردن ھمه پارامترھايی که معموال توسط طراح تعريف می شوند در يک کميت، کاربرد دارد.

در طراحی ياتاقان ھای گرد بايستی از نظر سازگاری واحدھا بايستی توجه زيادی بکار برد. بسياری از ,ھای طراحی با کاربرد واحدھای انگليسی مانند (نمودار , ,...psi reyn Btu تھيه شده اند. تاھنگامی که (

مجموعه واحدھا با يکديگر سازگار باشند ، استفاده از نمودار نتايج معقولی حاصل می نمايد. بويژه بايستی شود.توجه نمود که در عدد سامرفيلد سرعت برحسب دور در ثانيه وارد می

)4-4 (2( ) sr NS

c P

لقی شعاعی m ، (cشعاع سر محور( rعدد مشخصه ياتاقان (عدد سامرفيلد) ، Sدر رابطه باال،

)m،( ) لزجت مطلقPa s،(sN ، دوران در ثانيه) سرعت سرمحورrps ،(/P W LD بار

N/2 ن ( در واحد سطح تصوير شده ياتاقا m ، (W ) بار وارد بر ياتاقانN ، ( D قطر سر محور

)m( ،L طول ياتاقان) گردm( .می باشند را در نظر بگيريد. سرمحوربا دوران ، روان ساز را در جھت 4-19ياتاقان گرد نشان داده شده در شکل

عقربه ھای ساعت پمپ می نمايد. روان ساز به درون فضای گوه ای شکلی پمپ شده وسرمحور به جھت مقابل ناميده است ،زاويه وضعی ، 0hکمينه رانده می شود. موقعيت زاويه ای که اليه روانساز دارای ضخامت

که به آن خروج از مرکز می جابجا می گردد از مرکز ياتاقان e مرکز سرمحور به اندازه فاصله می شود./نسبت خروج از مرکز ( c به لقی شعاعی eگويند. نسبت خروج از مرکز e c .ناميده می شود (

تعريف 4- 7تا 4-5رابطه بين ضخامت اليه ، لقی ، خروج از مرکز ونسبت خروج از مرکز در معادله ھای شده اند.

)5-4 ( 0 h c e

)6-4 ( e

c

)7-4 ( 0 1 h

c

تا سرعت پايدار با اليه کامل از لحظه شروع حرکتحرکت ياتاقان ھيدروديناميکی 4-19شکل

Page 67: طراحی مکانیکی

67

0نمودار متغير ضخامت کمينه اليه ( 4-11شکل /h c( .در مقابل عدد سامرفيلد

Page 68: طراحی مکانیکی

68

)کاک اصطنمودار تعئين متغير ضريب 4-12شکل / )r c f

Page 69: طراحی مکانیکی

69

)/نمودار تعئين متغير جريان، 4- 13شکل )sQ rcN L .

Page 70: طراحی مکانیکی

70

. Qبه جريان کلی sQنمودار تعئين نسبت جريان جانبي 4-14شکل

Page 71: طراحی مکانیکی

71

نمودار تعئين موقعيت ضخامت کمينه اليه ، 4-15شکل

max/pنمودار تعئين نسبت فشار بيشينه اليه ، 4-16شکل p

Page 72: طراحی مکانیکی

72

maxpنمودار تعئين موقعيت فشار بيشينه ، 4- 17شکل

0p نمودار تعئين زاويه انتھايی اليه ، 4-18شکل

Page 73: طراحی مکانیکی

73

ی يکی از مفروضات درتحليل ريموندی ان است. ول وبويد ثابت بودن لزجت روانساز در عبور از ياتاقای تر از دم د بيش ی کن رک م ان را ت ه ياتاق ازی ک ای روانس ود ودم ی ش ام م ار انج ان ک از در ياتاق روی روانس

ه آن می باشد. شکل ر 4-7ورودی ب رای بعضی از روانسازھایتغئي ا ب ا دم ده در ات لزجت را ب تعريف شه ISOو SAEاستانداردھای رای ھر روانسازی ب دار لزجت ب ه مق نشان می دھد و می توان مشاھده نمود ک

ه ان يافت شدت تابع دما است. بخشی از روانساز ورودی به اليه روانسازدر ياتاقان، بصورت جريان جانبی جريد وقدری از ار را تحمل می نماي ه ب ه ای ک ه ناحي ده ب اقی مان حرارت را ھمراه با خود منتقل می کند. روانساز ب

جريان يافته وبقيه حرارت توليد شده را باخود انتقال می دھد. دمايی که برای تعئين لزجت بکار می رود را می فت:توان بصورت متوسط دما ھای روانساز ورودی وروانساز خروجی در نظر گر

)8-4 (2 11 12 2

av

T T TT T T

معموال دمای روغن ھای دمای روانساز خروجی از ياتاقان است. 2T، دمای ورودی روانساز و 1Tکه در آن

محدود می شود. 70Cاحتراز از اکسايش اضافی به دمای بيشينه تقريبی روانساز مشتق از مواد نفتی برای است. اين پارامتر با سعی 2Tيکی از پارامترھايی که بايستی تعئين گردد دمای خروجی روانساز از ياتاقان ،

مشخص می شود Tحدسی برای افزايش دما ، وخطا يا روش تکراری تعئين می گردد. ابتدا مقداری ولزجت روغن استاندارد به ازای اين دما تعئين شده وتحليل انجام می گردد. اگر افزايش دما ی محاسبه شده با روش تحليلی بصورت نزديکی با اين مقدار حدسی منطبق نباشد روند تکراری با استفاده از اين مقدار جديد

بايستی تکرار شود تا آنجا که دومقدار با يکديگر مساوی شوند. اگراين افزايش دما قابل قبول نباشد ممکن است کاربرد روانساز ديگری ويا اصالح مشخصات ياتاقان ضروری باشد.

درصورت مشخص بودن طول، شعاع سرمحور،لقی شعاعی ،نوع روانساز ودمای ورودی آن ، برای تعئين ی مختلف عملکرد ياتاقان، گام ھايی طبق فھرست زير برداشته شود:پارامتر ھا

سرعت سر محور وباری که بايد تحمل شود تعئين نمائيد. - 1 از قبل معين نباشند طوری خواص ياتاقان را تنظيم کنيد که ظرفيت حمل بار ، Dو Lاگر - 2

/P W LD 20.34مقداری بين /MN m 213.4برای ماشين ھای سبک تا /MN m برای ماشين ھای سنگين داشته باشد.

مقداری برای لقی شعاعی ياتاقان تعئين کنيد. 4- 10با استفاده از شکل - 3روغن روانساز تابعی از آن را انتخاب نمائيد. گزينش اگر روانسازی از قبل مشخص نشده - 4

سرعت يا سازگاری با ساير الزام ھای روانساز است. در حالت عمومی با افزايش سرعت طراحی ، بايستی روغن ھای با لزجت کمتر انتخاب شوند.

ی تخمين بزنيد. اين مقدارانتخابی نسبتا ب Tمقداری برای افزايش دما در عبور از ياتاقان، - 510 اھميت است. بعنوان راھنما يی ، مقدار T C خوبی است. اين مقدار حدس اوليه عموما

رامی توان برای ياتاقان ھای سريع وياتاقان ھای با لقی کم افزايش داد.1 دمای متوسط ياتاقان را تعئين کنيد، - 6 / 2 avT T T از انتخابی ومقدار لزجت متناظر روانس

را تعئين نمائيد.)2عدد سامرفيلد - 7 / ) / sS r c N P .ونسبت طول به قطر را محاسبه کنيد کاک ، متغير اصط) مقدارمتغير ضريب 4-14و 4- 13، 4-12با استفاده از نمودارھا (شکل ھای - 8

امرفيلد ونسبت جريان کل روانساز ونسبت جريان جانبی به کل جريان روانساز را به کمک عدد س/L D .را مشخص کنيد

افزايش دما ی روانساز در عبور از ياتاقان را با کاربرد رابطه زيرمحاسبه کنيد: - 9

Page 74: طراحی مکانیکی

74

)9-4 (68.30 10 ( / )

1 /1 ( / )2

ss

P r c fT

Q rcN LQ Q

تفاوت داشته باشد 1C بيشتر از Tرای ب اوليه اگر اين مقدار محاسبه شده با مقدار تخمينی -10اين روش را از گام ششم با استفاده از مقدار جديد افزايش دما برای تعئين دمای متوسط ياتاقان تکرار

کنيد. ند که در ناحيه کنترل کنيد که عدد سامرفيلد ونسبت طول به قطر حاصله ، منتھی به طراحی شو -11

کاک کمينه وظرفيت حمل بار بيشينه روی نمودار متغيرضخامت کمينه اصطبھينه عملکردی برای L/) قرار داشته باشد. اگرترکيب عدد سامرفيلد عملکردی ونسبت4-11اليه روانساز (شکل D در

، c، L ،Dحی ياتاقان با تغئير دادن، در اين صورت امکان دارد که طرااين ناحيه قرار نگيرند نوع روانساز ودمای عملکرد به نحو مقتضی بھبود يابد.

، جريان Qاگر مقدار افزايش دما در ياتاقان ھمگرا گردد، مقادير جريان کل حجمی روانساز، -12قابل محاسبه می باشند. اين ياتاقان گرد با يستی با مقدار fکاک اصطو ضريب sQحجمی جانبی

باشد. کل روانساز محاسبه شده تغذيه گردد تا عملکرد آن طبق پيش بينی اين نمودار ھا را می توان برای تعئين مقادير ضخامت 4-18تا 4-11شکل ھای نمودارھای ارائه شده در -13

بيشينه اليه ، نسبت بيشينه فشار در اليه ، محل فشار بيشينه در اليه وموقعيت نھايی زاويه ای آن ، بکار برد.

کاک در ياتاقان با رابطه زير محاسبه می شود:اصطگشتاور پيچشی الزم برای غلبه بر -14 )10-4 ( fWr گشتاور پيچشی

توان اتالفی در ياتاقان برابراست با: -15 2) گشتاور 11-4( sN گشتاور توان

rad/سرعت زاويه ای برحسب ( در رابطه باال s .است (

زبری سطحی را برای سطح ھای سرمحور وياتاقان مشخص نمائيد. سرمحورصيقلی با زبری -160.4سطح متوسط حسابی 0.8 m برای ياتاقان ھای با کيفيت خوب توصيه می گردد. برای

ھردو سطح را می توان پرداخت وصيقل کاری نمود تا زبری سطحی اال تجھيزات با دقت ب0.2 0.4 m .را تامين نمايند. زبری مشخص شده بايستی از ضخامت کمينه اليه کمتر باشد

سامانه ھای بازگردش روانساز ودرزبند را برای اين ياتاقان طراحی کنيد. -17

L/برای مقادير نسبت طول به قطر( D داده شده اند ، 4-18تا 4-11) به غير از آن ھايی که در نمودار ھای) تعئين نمود( نگاه کنيد به 4-12مقدار پارامتر ھای مختلف را می توان با درون يابی با استفاده از معادله (

):1958 -ريموندی و بويد

1 13

1 12

8( / )

L Ly y y

D DL D

1 1 1 1 11

4 2 43

L L L

y y y y yD D D

Page 75: طراحی مکانیکی

75

1 1 1/ 21

44

L L

y y yD D

)12-4( 1 1 1/ 41

224

L L

y y yD D

/y،1y ،1، مقدار متغير مطلوب وyدر اينجا 2y 1و/ 4y مقدار متغير ھا به ترتيب به ازای

/ L D،1،1/ /1و2 می باشد.4

4-2ل مثا . اين ياتاقان، را نگاه کنيد) 4- 20(شکل است 25.0mmوطول 50.0mmياتاقان گردی دارای قطر نامی

می باشد. لقی شعاعی 3000rpm، وسرعت طراحی سر محور را تحمل می نمايد 3000Nباری برابر برای اين ياتاقان انتخاب شده ودمای ورودی اين 10SAEمشخص گرديده است. روغن 0.04mmبرابر

می باشد. 50Cروان ساز برابر روانساز ، جريان حجمی روانساز ، ضخامت کمينه اليه ، گشتاور مورد نياز برای غلبه بر افزايش دمای

کاک وگرمای ايجاد شده در ياتاقان را تعئين کنيد.اصط حل

50.0Dداده ھای اوليه عبارتند از: mm ،25.0L mm ،3000W N ،3000N rpm،

0.04c mm ،10SAE 1و 50 T C.

20را برابر مثال Tابتدا افزايش دمای روانسازدر ياتاقان، T C .حدس می زنيم

1 / 2 50 20 / 2 60 avT T T C

0.014لزجت برابر 60Cدر 10SAEبرای 4- 7از شکل . Pa s .تعئين می گردد 3000 / 60 50 sN rps

/ 25/50 0.5 L D

مثال طراحی ياتاقان 4-20شکل

Page 76: طراحی مکانیکی

76

6 230002.4 10 /

0.025 0.05

W

P N mLD

6 22.4 10 / N m

2( ) sr NS

c P

3

23 6

25 10 0.014 50( )0.04 10 2.4 10

0.1139

/و 0.1139Sبا ازای 4-12از شکل 0.5L D پارامتر( / ) 3.8r c f .تعئين می شود

/و 0.1139Sبا ازای 4-13از شکل 0.5L D پارامتر/( ) 5.34sQ rcN L .تعئين می گردد

/و 0.1139Sبا ازای 4-14از شکل 0.5L D پارامتر/ 0.852sQ Q .حاصل مي شود

محاسبه نمود: 4- 9دما ي روانسازرا ازمعادله مقدار افزايش حال مي توان ،

68.30 10 ( / )

1 0.5( / ) /( )

s s

P r c fT

Q Q Q rcN L

6 68.30 10 2.4 10 3.8

1 0.5(0.852) 5.34

24.70 C

اربرآورد شده تفاوت زيادي دارد ، الزم است نظر به اين كه مقدارمحاسبه شده افزايش دماي روانساز با مقد

محاسبه باال تكرار گردد ولي اين بار ازبراورد جديد بھبود يافته اي براي دماي متوسط روانساز استفاده گردد:24.70با كاربرد T C براي محاسبهavT : داريم

1 / 2 50 24.7 / 2 62.35 avT T T C

:avTبا تكرار اين فرايند با استفاده از مقدار جديد 0.0136 . Pa s

0.1107S

/و 0.1107Sبا ازای 4-12از شکل 0.5L D پارامتر( / ) 3.7r c f .تعئين می شود

/و 0.1107Sبا ازای 4-13از شکل 0.5L D پارامتر/( ) 5.35sQ rcN L .تعئين می گردد

Page 77: طراحی مکانیکی

77

/و 0.1107Sبا ازای 4-14از شکل 0.5L D پارامتر/ 0.856sQ Q .حاصل مي شود

6 68.30 10 2.4 10 3.7

1 0.5(0.856) 5.35

T

1 / 2 50 24.08/ 2 62.04 avT T T C

اين حل می باشد. به نشان دھنده ھمگرائی ونزديک به مقدار محاسبه شده قبلی است avTبرای اين مقدار

62.04ازای avT C ،0.0136 . Pa s 0.1107وS .می باشد

می توان پارامترھای ديگر را تعئين نمود:حال

5.35 sQ rcN L

25 0.04 50 25 5.35

36688 / mm s

0 ، 4-11از شکل / 0.22h c 0 و بنابراين 0.0088h mm .تعئين می گردد

3.7 ( / ) 3.7 (0.04 / 25) f c r 0.00592

گشتاور از رابطه زير تعئين می گردد: fWr گشتاور پيچشی

0.00592 3000 0.025 0.444 Nm

توان اتالفی در اين ياتاقان برابر است با:

139.5 W 2گشتاور sN توان

4-3مثال

دوران نموده 1200rpmکه با سرعت مورد نياز است 30mmی به قطر ياتاقان گرد کاملی برای محور). از تجربه قبلی، سامانه روانکاری موجود 4-21را حمل می کند (نگاه کنيد به شکل 1500Nوباری برابر

به ياتاقان را داراست. لقی شعاعی ، طول و روانسازمناسب را برای 40Cقابليت انتقال روانساز در دمای اين ياتاقان انتخاب نموده وافزايش دما ی ياتاقان ، جريان حجمی کل روانساز مورد نياز وتوان جذب شده دراين

ر گيرد که با خط چين ھايی ياتاقان را تعئين نمائيد. کنترل کنيد که طراحی انتخابی شما در ناحيه بھينه ای قرا). 4- 11در نمودارنسبت ضخامت کمينه اليه روانساز مشخص شده است(شکل

Page 78: طراحی مکانیکی

78

مثال طراحی ياتاقان 4-21شکل

حل

30.0Dعبارتست از : اطالعات اوليه طراحی mm ،1500W N ،1200N rpm، 10SAE

1و 40 T C . قطر نامی ياتاقان ، مقدار مناسب لقی قطری برابر 30.0mmو 1200rpmبرای سرعت 4-10از شکل

0.05mm 0.025تعئين می شود. بنابراين لقی شعاعی برابرmm است. گام بعدي مشخص نمودن طولL/ياتاقان مي باشد. مقادير نوعي براي D قرار دارند. در اينجا اين پارامتر را بطور 1.5و 0.5بين

/دلخواه 1L D 30.0در نظر مي گيريم ، بنابراينL mm. را انتخاب مي كنيم. 10SAE، بعنوان پيشنھاد اوليه روانساز 1200rpmبا داشتن سرعت ياتاقان،

روش تعئين دماي متوسط روانساز مشابه مثال قبلي مي باشد. بعنوان تخمين اوليه افزايش دما ي روانساز را شده است.داده 4-3فرض مي كنيم. نتايج روش تكراري در جدول 10Cبرابر

4-3جدول داده ھاي مربوط به مثال 4-3جدول

T)C (10 15.9 13.76 13.76افزايش دما ،

avT)C (45 47.95 46.88 46.88دماي متوسط روانساز،

).Paلزجت متوسط روانساز، s (0.028 0.023 0.024 ھمگرا شد

S 0.1209 0.09934 0.01037عدد سامرفيلد، )متغير ضريب اصطكاك، / )r c f 3.3 2.8 2.8

)/متغير جريان، )sQ rcN L 4.35 4.4 4.4

sQ/نسبت جريان جانبي به جريان كل، Q 0.68 0.72 0.72

1500

0.03 0.03

W

PLD

6 21.667 10 / N m

2( ) sr NS

c P

Page 79: طراحی مکانیکی

79

3

23 6

15 10 20( )0.025 10 1.667 10

4.319

1 / 2 avT T T

40 10 / 2 45 C

برابر است با:روانسازمورد نيازكل حجمي جريان 4.4 sQ rcN L

15 0.025 20 30 4.4 990

/و 0.1037Sبا تعئين 1L Dبراي اصطكاك كمينه وظرفيت ، طراحي انتخابي درناحيه عملكردبھينه مشخص شده قرار مي گيرد. 4- 11حمل بار بھينه كه در شكل

f ضريب اصطكاك ،

2.8 ( / ) c r 2.8 (0.025/15)

0.004667

fWr گشتاور پيچشي 0.004667 1500 0.015

0.105 Nm

13.19 W 2گشتاور sN توان

روديناميكي با اليه كامل روش ديگربراي طراحي ياتاقان ھيد 4-2-4

روش ديگربرای کاربرد نمودارھای ريموندی وبويد ، استفاده از روش تقريبی تدوين شده توسط ريزون ) می باشد. ايشان، تعريف تقريبی تغئيرات فشار درياتاقان را به شکل زير ارائه داده اند:1982ونارانگ (

)13 -4 (

22

2 3

22

2

3 sin4 (1 cos )

2 11

4 (1 cos )(2 cos )2

V Lz

rcp

Lz

r

Pa.، لزجت (که در اين رابطه s ، (V ) سرعت سطحی ،/m s ، (r )شعاع سر محور ،m ، (c ،

زمرکز ، ، متغير خروج ا m،((، مختصات محوری z )، m(، طول ياتاقان L) ، mلقی شعاعی ( است. مختصات محيطی

Page 80: طراحی مکانیکی

80

داده شده كه به cIو sIاين معادله با استفاده از روشي تقريبي انتگرال گيري شده وحل برحسب دو انتگرال L/تابع نسبت cIو sIترتيب انتگرال ھاي بار گذاري سينوسي وكسينوسي مي باشند. ھردو انتگرال D

ھمراه با عدد سامرفيلد متناظرداده 4-4مي باشند. مقادير اين انتگرال ھا در جدول ونسبت خروج از مركز شده است كه با استفاده از رابطه زير محاسبه مي شود.

)14-4 (2 2

1

6

c s

SI I

مي توان پارامتر ھاي ياتاقان را به شرح زير محاسبه نمود. cIو sIھاي با دانستن مقادير انتگرال

L/ و بعنوان تابعي از Sو عدد سامرفيلد، cIو sIينوسي ير انتگرال ھاي سينوسي وكسمقاد 4- 4جدول D

Page 81: طراحی مکانیکی

81

با دانستن, , , ,sc D L N W 1روانساز و، نوعT ی روانساز،مقداری را برای افزايش دما T زده و حدسavT لزجت را در 4-7را محاسبه کنيد. از شکل ،avT .می کنيم

.فشار بارگذاری ياتاقان را محاسبه کنيد

W

PLD

عدد سامرفيلد را محاسبه کنيد

2( ) sr NS

c P

با دانستن نسبت طول به قطر وعدد سامرفيلد، ستون/L D را برای 4-4مربوطه در جدوليافتن عدد سامرفيلد مساوی عدد سامرفيلد معلوم جستجو کنيد. با يافتن اين عدد سامرفيلد، نسبت خروج

مابين دو مقدار ثبت Sاز مرکز در رديف سمت چپ اين عدد را بخوانيد. ممکن است برای يافتن مقاديردرون يابی ضروری گردد. پس از تعئين خروج از مرکز صحيح ، مقدار انتگرال شده درجدول ، انجام

را که متناظر با اين عدد سامرفيلد می باشند، تعئين کنيد. cIو sIھای سينوسی وکسينوسی،

)ياد آوری می شود که برای تابع خطی ، )y f x مقدار ،y 1واقع دربين دو نقطه 1( , )x y 2و 2( , )x y

از درون يابی خطی محاسبه می شود: xمتناظر با مقدار معلوم

)15-4 ( 12 1 1

2 1

x xy y y y

x x

، 0ضخامت کمينه اليه روانساز (1 )h c .را محاسبه کنيد

زاويه موقعيت ضخامت کمينه اليه :را برحسب درجه از رابطه زير محاسبه کنيد

)16-4 ( 1 s

c

Itan ( )

I

، متغير جريان/( )sQ rcN L کهQ .جريان حجمی تغذيه روانساز می باشد

1 1(1 ) (1 s

Q D

rcN L L

)17-4( 1

2 21 1

1 1tanh ( ))

1 1( ) ( )

2 4 2 4

D D

L L

که در اين رابطه :

)18-4 ( 1 2

(1 )(2 )

(2 )

ازضخامت اليه کمينه جريان گذرندهQ .را محاسبه کنيد

Page 82: طراحی مکانیکی

82

2 2(1 ) (1 s

Q D

rcN L L

)19-4 (1

2 22 2

1 1tanh ( ))

1 1( ) ( )

2 4 2 4

D D

L L

که در اين رابطه :

2 2

(1 )(2 )

(2 )

توجه شود که :

)21-4 (1 1 1tanh ln( )

2 1

xx

x

ريان از رابطه زير محاسبه می گردد:نسبت ج

)22-4 (1 sQ Q

Q Q

کاکی، اصطمتغير( / )r c f :را محاسبه کنيد

)23-4 (2

( ) 623 1

sr

f S Ic

:افزايش دما را محاسبه نمائيد

68.30 10 ( / )

1 0.5( / ) /( )

s s

P r c fT

Q Q Q rcN L

اگرچه اين معادله ھا پيچيده بنظر می رسند، مزيت اين روش که توسط ريزون ونارانگ تدوين شده است، اين

است که آن ھا برای برنامه نويسی رايج ويا کاربرد در صفحه گسترده مناسب می باشند.

4-4مثال را مالحظه کنيد). اين 4 -22(شکل 20.0mmطول 20.0mmبرابر دارای قطر نامیيک ياتاقان گردکامل

است. لقی شعاعی 6000rpmرا تحمل می کند، وسرعت اين ياتاقان گرد برابر 1000Nياتاقان باری برابر انتخاب شده که با نيازھا درساير بخش ھای ماشين 20SAEمشخص شده است. روغن 0.02mmبرابر با

می باشد. با استفاده از روش تقريبی ريزون ونارانگ 60Cسازگار باشد ودمای ورودی اين روانساز برابر ن حجمی کل روانساز، ضخامت کمينه اليه ، گشتاور پيچشی الزم برای غلبه بر افزايش دمای ياتاقان ، جريا

کاک وحرارت ايجاد شده در ياتاقان را تعئين کنيد.اصط

Page 83: طراحی مکانیکی

83

مثال طراحی ياتاقان 4-22شکل

حل 20D، داده ھای اوليه طراحی عبارتند از mm،20L mm ،1000W N ،

6000N rpm،0.02c mm ،20SAE ،1 60 T C.

15ابتدا T C ، حدس می زنيم ، بنابراين :

115

/ 2 60 67.52

avT T T C

67.5C 0.016و در 20SAE، برای 4- 7از شکل . Pa s .حاصل می گردد

1000

2.50.02 0.02

WP MPa

LD

2( ) sr NS

c P

26

0.01 0.016 100( ) 0.160.00002 2.5 10

/برای 4-4ز جدول ا 1L D 0.16، نزديک ترين اعداد سامرفيلد محدود کنندهS عبارتند از0.1845S) 0.5 و (0.1242S )0.6.(

باشند داريم : 0.16Sکه متناظر با cIو ،sIی يافتن مقدارھای با انجام درون يابی برا

0.16 0.1845

(0.6 0.5) 0.50.1242 0.1845

0.5406

0.16 0.1845

(0.3396 0.2462)0.1242 0.1845

sI

0.2462 0.2841

0.16 0.1845

( 0.2590 ( 0.1484))0.1242 0.1845

cI

( 0.1484)) 0.1933 1به ازای 4-17از معادله 1.708 ،

4.84 2.901(1 1.708 s

Q

rcN L

Page 84: طراحی مکانیکی

84

10.9517 tan (0.4759)) 4.379

2به ازای 4-19از معادله 0.2925 ،

1.443 0.4968(1 0.2925 s

Q

rcN L

11.589 tan (0.7943)) 1.690

، 4-22از معادله / 0.6141sQ Q

، 4-23از معادله

( ) 3.016(1.245 0.07679) 3.987 r

fc

68.30 10 ( / )

1 0.5( / ) /( )

s s

P r c fT

Q Q Q rcN L

27.26 C

مقادير زير را حاصل می نمايد: Tتکرار اين روش با اين مقدار از

73.6 avT C 0.013راين بناب . Pa s

0.13S 0.5904بنابراين /( ) 4.492sQ rcN L

/( ) 1.531sQ rcN L ( / ) 3.418r c f

23.56با استفاده از اين مقدارھا ، T C حاصل مي گردد. با تكرار اين روش براي مقدار جديدT خواھيم داشت :

71.78 avT C 0.014بنابراين . Pa s

0.14S 0.5738بنابراين /( ) 4.454sQ rcN L

/( ) 1.585sQ rcN L ( / ) 3.613r c f

24.83با كاربرد مقدارھاي باال، T C 72.4بدست مي آيد. بنابراين avT C نتيجه مي شود. اين

تعئين شده مي باشد. avTعدد بقدر كافي به مقدار قبلي نزديك است، كه نشان دھنده صحت مقدار يچشي و گرماي ايجاد شده حال، مقدار جريان كلي روانساز، ضخامت كمينه اليه ، ضريب اصطكاك ، گشتاور پ

در ياتاقان را مي توان تعئين نمود: 31782 /Q mm s

0 (1 ) 0.009 h c mm 0.007226f

0.072 Nm گشتاور 45.4 W توان

Page 85: طراحی مکانیکی

85

ياتاقان ھاي غلتشي تماسي 3-4

اقان غلتشی تماسی " انواع گسترده ای از ياتاقان ھا يی را در برمی گيرد که در آن ھا از ساچمه اصطالح " ياتنشان داده 4-23ھای کروی يا نوعی غلتک بين اعضای ساکن ومتحرک استفاده می شود، وفق آنچه در شکل

عاعی ومحوری( طولی) را شده است. رايج ترين ياتاقان ، تکيه گاه محور دورانی است که ترکيبی از بارھای شتحمل می نمايد. بعضی از ياتاقان ھا به نحوی طراحی شده اند که فقط بارشعاعی يا فقط بار محوری را تحمل

نمايند. انتخاب نوع ياتاقان برای ھر کاربردمعينی بکمک نمودارھای مقايسه ای انجام می شود، که نمونه ای از آن در

دگان ياتاقان متعددی مجموعه ھايی عالی که مشتمل بر راھنمای طراحی می ارائه شده است. سازن 4-5جدول ). به خواننده توصيه می شود از NSK/RHP ،SKF، FAG ،INAباشند توليد می نمايند( برای مثال ،

اين اطالعات که به شکل مجموعه ھای مدونی موجودند ( با تلفن به نمايندگی ودرخواست بروشورسازنده ) ويا نشان داده شده است را می توان 4-5طريق اينتر نت استفاده نمايند. مزيت ھای مقايسه ای که در جدول از

برای مثال چنين توجيه نمود که ظرفيت حمل بار شعاعی ياتاقان غلتکی (رولربرينگ) از ياتاقان ساچمه ای ی با نوع طراحی تغئيرات (بلبرينگ) بلحاظ شکل وسطح توزيع بار بيشتر است. ظرفيت بار محوری ياطول

زيادی می نمايد. شيارھای موجود درحلقه ھای بلبرينگ ھای شيارعميق ، انتقال نيروی محوری معتدلی را در ) از بلبرينگ يک رديفه بھتر f 23-4ترکيب با بارشعاعی امکان پذير می سازند. ياتاقان تماسی زاويه ای (شکل

سير بارگذاری مطلوبی را تامين می نمايند. ياتاقان ھای استوانه است زيرا حلقه ھا در يک طرف باالترند وم ای وسوزنی عموما نبايستی تحت بارگذاری محوری قرار گيرند.

طول عمرياتاقان وانتخاب آن 1-3-4

وارد می گردد. تنش ھای تماسی 4-24درياتاقان غلتشی تماسی بار روی سطح بسيارکوچکی طبق شکل ، می باشند. برغم اين که اين ياتاقان ھا از فوالدھای مقاومی ساخته MPa 2000ر حدود حاصله بسيارزياد ود

) ھمه ياتاقان ھا دارای عمرمحدودی بوده AISI 52100يا BS 970 534 A99می شوند ( برای مثال ، 2Pو 1Pونھايتا بلحاظ خستگی خراب می شوند. دوگروه از ياتاقان ھای بظاھر مشابه ای که تحت بارھای

داشته باشند با رابطه زير مرتبط می شوند: 2Lو 1Lقرارگرفته وبه ترتيب طول عمرھای

)24-4 (1 2

2 1

( ) kL P

L P

برای kو 2Pطول عمر (تعداد دوران ھا) در بار 1P ،2Lطول عمر(تعداد دوران ھا) در بار 1Lکه می باشد. 3.33برای رلربرينگ ھای استوانه ای برابر kو 3بلبرينگ ھا برابر

استاندارد شده ومی توان آنھا را از سازندگان يا عرضه کنندگان تخصصی ابعاد ياتاقان ھای با عضو غلتشیز کاتالگ سازندگان متضمن لحاظ نمودن ظرفيت انتخاب ياتاقان ا بصورت اقالم قابل انبارشدن خريداری نمود.

حمل بار وھندسه ياتاقان می باشد. برای ياتاقان معينی، ظرفيت حمل بار برحسب بارمجاز ديناميکی وبار مجاز استاتيکی بيان می گردد. تعريف ھای متفاوت برای مشخص نمودن طول عمر ياتاقان ھای با عضوغلتشی در

شده است. مثال زير خالصه ونشان داده61، بار شعاع ثابتی است که ياتاقان می تواند برای Cبارمجاز ديناميکی پايه ، 10 دوران بدون بروز

شواھدی از خستگی در ھيچ يک از بخش ھای ياتاقان، تحمل نمايد. تعداد دوران ھايی (يا ساعت ھا ی کاردرسرعت ثابتی) است که قبل از پديدآمدن Lطول عمريک ياتاقان،

خستگی در ھرجزء ياتاقان انجام می شود.

Page 86: طراحی مکانیکی

86

خستگی پس از تعدادزيادی از سيکل ھای بارگذاری رخ می دھد. اين برای ياتاقان ھا به معنی تعداد دوران ھا واقعی گروھی از ياتاقان ھا با طراحی معينی، ی زيادی است. خستگی پديده ای آماری بوده و طول عمر

دارای تنوع قابل مالحظه ای می باشد. طول عمرنامی ، روشی استاندارد برای گزارش نتايج بسياری از ياتاقان ھايی است که به نحو موفقيت %90آزمايش ھا روی ياتاقان ھا می باشد. اين ، بيان گرطول عمر

بيان می گردد. طول عمر نامی، در بار نامی 10Lارنامی را تحمل نمايند. اين طول عمر نامی، با نماد آميزی ب

10L گروھی از ياتاقان ھای مشابه بعنوان تعداد دوران ھا يی( يا ساعت ھای کاری در سرعتی ثابت) تعريف ، ياتاقان ھای اين گروه قبل از پديدار شدن شواھدی از خستگی تکميل نمايند. %90می گردد که

) c) رولربرينگ مخروطی. (b) بلبرينگ شيارعميق. (aانتخاب انواع مختلف ياتاقان ھای با عضو غلتشی . ( 4-23شکل

) بلبرينگ g) بلبرينگ با تماس زاويه ای (fنگ کروی. () رولربريe) رولربرينگ استوانه ای . (dبلبرينگ خود تراز کننده. ( محوری .

2، 4- 24اگر در معادله P C 6و طول عمرمتناظر آن برابر2 1 10 L قرار داده شود ، طول عمر

از رابطه زير حاصل می گردد:باشد ، Pبا بار Cکه بارنامی پايه آن برابر ، L، ياتاقان

Page 87: طراحی مکانیکی

87

)25-4 (( ) kCL

P دورانميليون

) می باشد. Nبار N ، (P )بارنامی ديناميکی پايه( C، ) دوران(ميليون طول عمر Lکه در اين رابطه Pھنگامی که ياتاقان خاصی را از کاتالگ سازنده انتخاب می کنيد تعئين بار نامی ديناميکی پايه به ازای بار

،وفق رابطه زير مفيد می باشد: Lوطول عمر

)26-4 (1/6( )

10 kL

C P

تماسی مختلف مزيت ھای ياتاقان ھای غلتشی 4- 5جدول قابليت نا ھم محوری ظرفيت حمل بار محوری ظرفيت حمل بارشعاعی نوع ياتاقان

بلبرينگ تک رديفه

خوب

قابل قبول

قابل قبول

خوب عالی قبلبرينگ دو رديفه با شيار عمي

قابل قبول

ضعيف عالی خوب تماسی زاويه ای

رولر استوانه ای

ضعيف عالی

قابل قبول

سوزنی رولر

عالی

ضعيف

ضعيف

عالی قابل قبول/خوب عالی رولر کروی

رولر باريک شونده

عالی

عالی

ضعيف

سطح تماسی در بلبرينگ 4-24شکل

4-5مثال 8760کار می کند. طول عمر مورد نياز اين ياتاقان، 7.5kNيک رولربرينگ استوانه ای راست با بار

است. از چه بارنامی برای انتخاب از کاتالگ بايستی استفاده نمود؟ 1000rpmساعت در

Page 88: طراحی مکانیکی

88

حل:

داريم : 4-26با کاربرد معادله 6 1/( /10 ) k

d dC P L

1/3.336

8760 1000 607500( )

10

49.2 kN 4-6مثال 33800Nلگی بارنامی ديناميکی پايه بلبرينگی ، برای طول عمر نامی يک ميليون دوران ، برابر درکاتا

مورد انتظاربرای اين 10Lقرار گيرد ، طول عمر 15000Nمشخص شده است. اگر اين ياتاقان تحت بارباشد را 2000rpmتناظر برحسب ساعت اين ياتاقان درصورتی که سرعت دورانی ياتاقان و طول عمرم

تعئين کنيد. در مورد مقدار تعئين شده ومناسبت آن برای يک ماشين اظھار نظر کنيد. حل :

33800catCمفروضات اين مسئله عبارتند از : N ،15000dP N، 610catL 10( طول عمرL در (بلبرينگ) . C ،(3kبار

، طول عمر برابر است با : 4-25با کاربرد معادله

6 33380010 ( )

15000L

611.44 اندور 10 15000N 10طول عمردر L

611.44باشد، 2000rpmر اگر سرعت دورانی براب 10 /(2000 60) 95 L ساعت کار. اين طول عمر زيادی نيست ونمايانگر نياز به استفاده از ياتاقانی با بارنامی ديناميکی پايه بيشتری می باشد.

گونه تغئير شکل دائمی درھريک ازاجزاء آن باری می باشد، که ياتاقان بدون ھر 0Cبارنامی استاتيک پايه،

می تواند تحمل نمايد. اگربار استاتيک ياتاقان از اين بار تجاوز نمايد، حلقه ھا ی ساچمه روي ياتاقان توسط اعضای غلتشی آن دندانه دار (برينلی) می گردد. پس از آن ، عملکرد ياتاقان پرصدا شده وبارھای ضربه ای

درحين نجر به سايش سريع وخرابی افزايش يابنده خواھد شد. درماشين ھا ممکن استروی سطح دندانه دار محمل ونقل به ھمنين دليل، صدمه غيرعمدی به ياتاقان وارد گردد. اگر روتوری کامال مھار نگردد اگرچه ممكن

ای ياتاقان است دوراني نداشته باشد، ارتعاش كند ، بارھاي ارتعاشي از طريق سطوح کوچک تماسی بين اعضومسير عبور غلتک ھا برروی حلقه ھا ي ساچمه رو، منتقل گردد. اگر اين بارھا بيشتر از بار استاتيک پايه

باشد امکان وقوع پديده برينلی وجود دارد.

Page 89: طراحی مکانیکی

89

رولز رويس بکار رفته است ياتاقان محوری که در موتور ھواپيمای سری ترنت 4-25شکل

در مرورزمان تغئير نموده وممكن است كامال شعاعي نباشد. براي نمونه درغالب موارد باروارده بر ياتاقان

از موتورھاي سري ترنت كمپاني رولزرويس مي باشد، به شكل 4-25ياتاقان محوري نشان داده شده درشكل حوري عمده وھمچنين بار شعاعي را تحمل نمايد. بعالوه دراين مراجعه شود. اين ياتاقان بايستي بارم 26-4

ياتاقان برعكس ساير ياتاقان ھا ھم حلقه ساچمه روي داخلي و ھم حلقه خارجي دوران مي كنند. اين بلحاظ استفاده كمپاني رولز رويس از فن آوري محورسه قلودرموتورھاي ھواپيما به منظور كارمراحل توربين

ھاي بھينه مي باشد. آثار تركيبي بارھاي شعاعي ومحوري را مي توان در معادله طول وكمپرسوردرسرعت عمر ياتاقان با كاربرد بار معادل ، لحاظ نمود.

بعنوان بار شعاعي ثابتي تعريف شده كه اگر بر ياتاقاني اثر نمايد ھمان طول عمري را ايجاد Pبار معادل، تاقان تحت شرايط واقعي بار ودوران خواھد داشت. ھنگامي كه ھم بارھاي شعاعي وھم محوري بر نمايد كه يا

ياتاقان وارد گردد، بارمعادل بار شعاعي ثابتي است كه در ياتاقان ھمان طول عمر نامي را ايجاد نمايد كه تركيب اين نيروھا ايجاد مي كنند. معموال،

)27-4 ( P VXR Y T

اگرمحور دوران 1.0Vاگرمقرنصب دوران كند ، N،(1.2Vبار معادل ( Pكه درآن ، مراجعه 4- 6اشد( در كاتالگ ياتاقان ذكر مي شود،به داده ھاي نمونه در جدول ضريب شعاعي مي ب Xنمايد،

ضريب بار محوري ( در كاتالگ ياتاقان ذكر مي گردد، نگاه كنيد Y)،Nبار شعاعي وارده ( Rشود)، ).Nبار محوري وارده بر ياتاقان ( Tه ھاي نمونه)، براي داد 4-6به جدول

، خالصه اي از اطالعات نوعي موجود در كاتالگ ھاي سازندگان را بدست داده و 4 -9تا 4-7جدول ھاي مثال ارائه شده در زير كاربرد اساسي آن ھا را نشان مي دھد.

Page 90: طراحی مکانیکی

90

كه نشان دھنده محورھاي سه قلو مي باشد ، ھر محور با سرعت متفاوتي دوران مي كند. 800موتور ترنت 4- 26شكل

برينگ مقدار ضريب ھا ي بارشعاعي و محوري براي تعئين بار معادل براي بلبرينگ ھاي با شيار عميق تكي وبل 4- 6جدول ھاي جفت كه به صورت پشت سرھم نصب شوند.

4-7مثال ار شعاعي راي تحمل ب ه قطر 2.8kNياتاقاني ب رای محوری ب امين جابجائی محوری ب ا 30mmوت ه ب ک

ساعت مورد لزوم می 10000، برابر 10Lدوران می کند ،مورد نياز است. طول عمر ، 1500rpmسرعت باشد. ياتاقان مناسبی را انتخاب ومشخصات آن را تعئين کنيد.

حله قابليت جابجائی محوری ا شيار عميق ک ابراين بلبرينگ ب از می باشد ،بن ورد ني در اينجا جابجائی محوری م

نمايد ،مناسب خواھد بود. دردوجھت را فراھم می تعداد کل دوران ھا برابر است با:

Page 91: طراحی مکانیکی

91

610000 1500 60 900 10

2800P. بار صرفا شعاعی می باشد ، در اينصورت 900Lبنابراين N .بار ديناميکی الزم برابر است با :

1/3 1/32800 900 27033 C PL N ) نشان می دھد که ياتاقان مناسب عبارتست از:4-7نمودار بلبرينگ با شيار عميق (جدول مراجعه به

کد مشخصهISO : 6306برای اين بلبرينگ 30، نیدروقطرmm 72 بيرونیوقطرmm 19عرض ياتاقانmm ،(با کاربرد گريس) 9000حد سرعت دورانیrpm

،(با کاربرد روغن) 11000حد سرعت دورانیrpm

بلبرينگ تک رديفه با شيار عميق مشخصات نمونه انتخابی 4- 7جدول

Page 92: طراحی مکانیکی

92

نمونه انتخابی مشخصه ھای بلبرينگ با تماس زاويه ای 4- 8جدول

Page 93: طراحی مکانیکی

93

ھای رولربرينگ استوانه ای نمونه انتخابی مشخصه 4-9جدول

نصب ياتاقان 2-3-4

ن کاربرد عملی ياتاقان ھای با عضو غلتشی ا می باشد. اي تلزم مالحظاتی در انتخاب ونصب صحيح آن ھ ، مسه روانکاری وط ب يش بينی مرب مالحظات مربوط به نصب ياتاقان شامل ترکيب ياتاقان ھا ، نصب ياتاقان ھا وپ

آن ھا می باشد. ار کا ای ک ده می باشد. اگر دم اه محورھای دوران کنن ه گ وان تکي ا عضو غلتشی بعن ربرد نوعی ياتاقان ھای ب

زايش طولی محور دار اف ماشين تغئير نمايد ، طول محور نيز نسبت به پوسته يا محل نصب افزايش می يابد. مق را می توان با رابطه زير برآورد نمود:

)28-4 ( L L T

ه در آن زايش طول ( Lک ه محورm،(L )اف ی خطی m،( )طول اولي اط حرارت )، 1Cضريب انبس )، می باشند. Cافزايش دما ( Tو

د وربين می توان ه ت ين محور وبدن ای ب ازی اختالف دم ه محور 50Cدر يک توربين گ شود. اگر طول اولي ، افزايش طول محور برابر است با:باشد 1.0mفوالدی

61.0 11 10 50 L L T

45.5 10 0.55 m mm

ن اين مقدار، تغئير مکان محوری عمده ای درون ماشين می باشد وبايستی در نظر گرفته شود، زي ر اي را در غي

راز ين قطعات ساکن ومتحرک ماشين احت د واز تماس ب صورت بارگذاری وتنش ھای عمده ای ايجاد می نماي

Page 94: طراحی مکانیکی

94

ق شکل -27گردد. يک راه حل نوعی برای اين شرايط رواداری حرکت محوری محدودی برای يک ياتاقان وفی وبيرونی 4 رد درون ه توسط می باشد. در اين حالت موقعيت حلقه ھای ساچمه گ ه محور وبدن ان نسبت ب ياتاق

ان تثبيت ه درونی ياتاق شانه ھا وحلقه ھای قفل کننده " ثابت " می گردد. موقعيت ساير ياتاقان ھا فقط توسط حلقان سمت رد ياتاق ه ساچمه گ ا حرکت محدود لغزشی حلق می شود. اگر محور انبساط يابد، اين حرکت محوری ب

ان ھای ثابت راست، درون سوراخ بدنه جبران وان ھای ياتاق ا عن می گردد. در اين نوع آرايش ، ازياتاقان ھا ب ومتحرک(لغزشی) نام برده می شود.

روش نصب پايه ای ياتاقان ھا با کاربرد دو بلبرينگ با شيار عميق برای محور افقی دورانی درحالتی که 4-27شکل

اشند.بارگذاری شعاعی ومحوری معتدل ب

ان 4-28ھمچنين عملکرد مشابھی برای ترتيب نشان داده شده در شکل ن حالت ياتاق امکان پذير می باشد. در ايا لغزش د حرکت ي وده و ميتوان سمت راست يک رولربرينگ استوانه ای است و موقعيت محوری رولر ثابت نب

ران ھرگ رای جب ی ب رد درون اچمه گ ه س دودی در حلق زان مح ه مي وری ب اط مح ا انبس وری ي ت مح ه حرک ون محورداشته باشد.

روش نصب پايه ای ياتاقان ھا با کاربرد يک بلبرينگ با شيار عميق ويک رولربرينگ استوانه ای درحالتی که 4-28شکل

بارگذاری شعاعی زياد نه ایبارگذاری شعاعی معتدل و در محل نصب رولربرينگ استوا در محل نصب بلبرينگ با شيار عميق وارد گردد.

د. ان، روانکاری صحيح آن امری اساسی می باش ده ياتاق ان از حصول طول عمرمحاسبه ش ه منظور اطمين برم شدن روانساز اد گ ا زي ا ونھايت ان ھ رژی در ياتاق روانکاری زياد می تواند منجر به افزايش اتالف لزجتی ان

د. شکل روانکاری وياتاقان گردد. روانکاری خيلی کم می تواند به سايش اضافی وخرابی زود ھنگام آن بيانجامدار ق مق ه تزري از ب وده وني رين روش ب اده ت وال س ريس معم ا گ اری ب ته است. روانک ان وابس اربرد ياتاق ه ک ب

ا يی را می ت ان ھ ده وگردوخاک دارد. ياتاق وان مشخصی گريس به داخل ياتاقان وروشی برای حذف مواد آالين

Page 95: طراحی مکانیکی

95

ا روغن بصورت پرکردن د. روانکاری ب دی شده ان ا درزبن رای طول عمر آن ھ ده وب يافت که از گريس پرشق شکل ا روغن وف ان ب ی ياتاق ا 4-29جزئ ا روانکاری نقطه ای ب دار بازگردشی روغن ي محقق می گردد. م

ا شامل يک خنک کن 4-30روغن، در شکل ،يک پمپ روغن ، نشان داده شده است. سامانه بازگردشی نوعاربرد ا روغن شامل ک روغن پاش ، سوراخ ھای جمع کننده ويک مخزن روغن می باشد. روانکاری نقطه ای بردد کاتالگ ھای ادآوری می گ مقدار کمی از روانساز مستقيما به ياتاقان بکمک ھوای فشرده می باشد. مجددا ي

امانه ھای جامع سازندگان ياتاقان منبع بسيار خوبی برای تھيه ا طالعات در مورد ميزان روانساز مورد نياز وس مربوطه می باشند.

روش روانکاری با پرکردن جزئی 4-29شکل

سامانه روانکاری بازگردشی 4- 30شکل

نتايج 4-4

راھم ين دو عضو ماشين را ف ياتاقان ھا بعنوان تکيه گاه ونگھدارنده بار بکار رفته وضمنا امکان حرکت نسبی برای ا ب ان ھ د،ولی ياتاق ه دوران می کنن ه بدن ه نسبت ب ايی می باشد ک وعی در محورھ می نمايند. کاربردھای ن

ان تسھيل حرکت ھای نسب ن فصل طراحی ياتاق د. در اي ز بکار می رون ده ني ی خطی مثال در ماشين ھای لغزن

Page 96: طراحی مکانیکی

96

ا عضو ان ھای ب رار گرفت. ياتاق ورد بحث ق ا عضو غلتشی م ان ھای ب رد وانتخاب ومشخصات ياتاق ھای گده ار ش ورت انب ددی بص ای متع دازه ھ واع وان وند و دران ی ش اخته م ی س ازندگان تخصص ط س ی توس غلتش

ا موجودند. ه ھ ه اطالعات سازندگان ومقال برای اطالعات بيشتر در مورد ياتاقان ھا ،توصيه می شود خواننده ب ) مراجعه نمايند. 1999)وبرندالين وديگران (2001وکتاب ھای تاليف شده توسط ھريس(

فھرست منابع وچشمه ھاي اطالعاتي

كتاب ھا ومقاله ھا:

استانداردھا:

Page 97: طراحی مکانیکی

97

Page 98: طراحی مکانیکی

98

کاروتمرين برای کاربردھای زير ياتاقان ھای مناسب را مشخص نمائيد: ) 1-4(

دوران می کند وقطر اين 12000rpm(الف) توربين گازی با محور تکی که با سرعت است. 40mmمحور

باشد. 10mmر محورش می تواند دوران کند وقط 150000rpm(ب) توربوشارژری که تا سرعت است. 10mmو قطر قرقره آن 150rpm(ج) غلتک يک دستگاه فتوکپی که با سرعت

دوران می کند. 1500rpm(د) محور ملخ کشتی که با سرعت حائز شرايط زير می باشند: 4- 31اده شده در شکل ) کداميک از ياتاقان ھای نشان د2-4(

(الف) می تواند بارھای محوری را تحمل نمايد؟ (ب) می تواند بارھای ترکيبی محوری وشعاعی را تحمل نمايد؟ (ج) دارای باالترين ظرفيت حمل بار است؟ نی می باشد؟(د) دارای بيشترين ظرفيت برای سعت دورا (ه) متداول ترين نوع می باشد؟

انتخاب شده است. قطر 20rpmدر سرعت دورانی 2000N) يک ياتاقان تخت بعنوان تکيه گاه بار 3-4(می باشد. ماده مناسبی را برای سطح ياتاقان گزينش 50mmو طول آن 50mmنامی سر محور برابر

نمائيد.

Page 99: طراحی مکانیکی

99

ياتاقان ھای با عضو غلتشی 4- 31شکل

با يکديگر در تماس می باشند ، 20Nتغذيه کاغذ به يک دستگاه فتوکپی، با دو غلتک که با فنرونيروی 4- 4

است که محوری فوالدی به 20mmکنترل می گردد. ھر غلتک شامل يک استوانه پالستيکی به قطر خارجی اين دستگاه ). نرخ تغذيه بيشينه برای4- 32در آن با فشار جا زده شده است(نگاه کنيد به شکل 10mmقطر

صفحه در دقيقه می باشد. ياتاقان ھايی که برای اين غلتک مناسب است را انتخاب کنيد. 30فتوکپی

غلتک دستگاه فتوکپی 4-32شکل

را 2500Nبوده وباری برابر 25mm، طول ياتاقان 50mmمل دارای قطر نامی يک ياتاقان گرد کا 4- 5

0.04mmدوران می نمايد. لقی شعاعی برابر 3000rpmھنگامی تحمل می کند که با سرعت طراحی برای روانکاری اين ياتاقان انتخاب شده وسامانه تامين روغن می تواند 10SAEخص شده است. روغن مش

تامين نمايد. با کاربرد نمودار ھای طراحی ريموندی وبويد افزايش دمای روانساز 45Cروغن را دردمای کاک و گرمای ايجاد شده در ياتاقان را اصطپيچشی الزم برای غلبه بر وجريان حجمی کل روانساز ، گشتاور

تعئين نمائيد.مي باشد. اين ياتاقان تكيه گاه باري 25mmوطول 25mmيك ياتاقان گرد كامل داراي قطر نامي 4- 6

است. دولقي شعاعي براي اين ياتاقان پيشنھاد شده كه 2500rpmن طراحي در سرعت دورا 1450Nبرابربراي روانكاري اين ياتاقان انتخاب شده 10SAE. روغن 0.015mm) 2و( 0.025mm) 1عبارتند از : (

مي باشد.با كاربرد نمودارطراحي استاندارد ريموندي وبويد ، افزايش دما 50Cودماي ورودي اين روانسازدر روانساز، جريان حجمي روانساز، گشتاور مورد نياز براي غلبه بر اصطكاك وگرماي ايجاد شده در ياتاقان

ھا براي اين ياتاقان گزينه مناسبي را براي ھر دولقي پيشنھاد شده تعئين نمائيد. مشخص كنيد كدام يك از لقي مي باشند.

Page 100: طراحی مکانیکی

100

دوران می کند، 1000rpmکه با سرعت 40mm) يک ياتاقان گرد کامل برای محوری به قطر نامی 7-4(که با 20SAEد روغن است. روانساز موجو 2200Nمورد نياز می باشد. بار روی ياتاقان برابر

وارد ياتاقان می گردد. مقادير مناسبی را برای لقی شعاعی وطول ياتاقان انتخاب نموده وبا 60Cدمایکاربرد نمودار ريموندی وبويد افزايش دمای کلی روانساز در ياتاقان را تعئين کنيد. مشخصات اين ياتاقان را

کاک کمينه وباربيشينه در نمودار اصطنحوی تعئين نمائيد که طراحی انجام شده در منطقه بھينه از نظر ب ) ، واقع گردد. 4- 11ضخامت کمينه اليه روانساز (شکل

تحمل می 5000rpmرا در سرعت 1600N) طراحی پيشنھادی برای يک ياتاقان گرد کامل که بار 8-4(

را مشخص می نمايد. بعنوان بخشی از طراحی 20mmوطول 40mmکند که برای اين ياتاقان قطر نامی 70و 50اوليه لقی ھای شعاعی m 10پيشنھاد شده که با روانسازSAE 60وبا دمای ورودیC تامين

گردد. با کاربرد نمودار ھای طراحی ريموندی وبويد افزايش دمای کلی ياتاقان ، جريان حجمی کل ، ضريب کاک وضخامت کمينه اليه روانساز را برای ھردو مقدار لقی شعاعی تعئين نموده وبرای انتخاب يگی از اصط

در نظر بگيريد. 10Cن لقی ھا داليل تئجيھی ارائه نمائيد. بعنوان حدس اوليه افزايش دمای روانساز را اي را تحمل نموده و با سرعت 7500N) يک ياتاقان گرد ھيدروديناميکی برای محوری که بار شعاعی 9-4(

800rpm 80دوران می کند، مورد لزوم می باشد. قطر نامی محور برابرmm است. روانساز مناسبومقدارھای مناسب برای لقی شعاعی وطول ياتاقان را انتخاب نمائيد. افزايش دمای کلی ياتاقان و جريان حجمی

د که مشخصات انتخابی در منطقه بھينه برای الزمه در ياتاقان را تعئين کنيد. طراحی را به نحوی انجام دھيکاک کمينه وبار بيشينه روی نمودار نسبت ضخامت اليه کمينه قرار گيرد. روانساز با کاربرد سامانه اصط

تامين خواھد شد. 50Cخنک کن روغن با دمای 2200Nمورد نياز است که بار شعاعی ) يک ياتاقان گردھيدروديناميکی با اليه کامل برای محوری10-4(

است. روانساز با دمای 40mmوارد می نمايد. قطر نامی محور 1000rpmرا ھنگام دوران با سرعت

وارد می شود. روانساز مناسب و لقی شعاعی با کاربرد سامانه خنک کن موجود به ياتاقان 60Cورودی وطول مناسبی را برای ياتاقان انتخاب نمائيد. افزايش دمای کلی در ياتاقان وجريان حجمی الزم برای روانساز

کاک کمينه وبار اصطرا تعئين کنيد. طراحی را به نحوی انجام دھيد که مشخصات ياتاقان در منطقه بھينه برای نسبت ضخامت اليه کمينه قرار گيرد. بيشينه در نمودار

را 1000Nاست. اين ياتاقان بار 15mmوطول 30mm) يک ياتاقان گرد کامل دارای قطر نامی 11-4(

مشخص شده است. روغن 0.02mmمقدار تحمل می کند. لقی شعاعی به 6000rpmدر سرعت دورانی

10SAE 50ودمای ورودی اين روانساز به ياتاقانC انتخاب شده است. با استفاده از روش ريزونانساز، گشتاور پيچشی ونارانگ ،افزايش دما را در روانساز، جريان حجمی روانساز، ضخامت کمينه اليه رو

کاک وگرمای ايجاد شده در ياتاقان را تعئين نمائيد. اصطمورد نياز برای غلبه بر 7500Nمی باشد. اين ياتاقان بار 60mmوطول 80mm) يک ياتاقان گرد کامل دارای قطر نامی 12-4(

مشخص شده است. 0.05mmتحمل می کند. لقی شعاعی برابر 800rpmسرعت سرمحور برابررا در

می باشد. با کاربرد روش 50Cبعنوان روانساز انتخاب شده و دمای ورودی روانساز برابر 30SAEروغنون ونارانگ برای طراحی وتعئين عملکرد ياتاقان ھای ھيدروديناميکی گرد با اليه کامل ، افزايش تقريبی ريز

کاک ، گرمای ايجاد اصطدما ی روانساز، جريان حجمی روانساز، گشتاور پيچشی مورد لزوم برای غلبه بر شده در ياتاقان وضخامت کمينه اليه را تعئين کنيد.

Page 101: طراحی مکانیکی

101

ديناميکی با اليه کامل برای محور ماشين افزاری مورد نياز است که بايستی بار ) يک ياتاقان گرد ھيدرو13-4(

می 50mmدوران کند. قطر نامی محور برابر 1470rpmرا تحمل نموده وبا سرعت 5800Nشعاعی

تامين نمايد. روانساز مناسب 60Cند روانساز را در دمایباشد. سامانه روانکاری قابل دسترس می تواومقادير مناسب لقی شعاعی وطول ياتاقان را تعئين کنيد. افزايش دمای کلی وجريان حجمی مورد نياز را در

ه وبار بيشينه بر کاک کميناصطياتاقان محاسبه نمائيد. طراحی را به نحوی انجام دھيد که در منطقه بھينه برای روی نمودار نسبت ضخامت اليه کمينه قرار گيرد.

1450rpmمورد نياز است که با سرعت 40mm) يک ياتاقان کامل برای محوری با قطر نامی 14-4(

با استفاده 60Cباشد. روانساز را می توان در دمای می 2100Nدوران می نمايد. بار روی ياتاقان برابر از سامانه خنک کن موجود تامين نمود. روانساز مناسب و مقادير مناسب لقی شعاعی وطول ياتاقان را انتخاب

جام دھيد که کنيد. افزايش کلی دما در ياتاقان وجريان حجمی روانساز را تعئين نمائيد. طراحی را به نحوی انکاک کمينه وبار بيشينه در نمودار نسبت کمينه ضخامت اليه اصطمشخصات حاصله درون منطقه بھينه برای

قرار گيرد. 30mm) طراحی پيشنھادی برای يک ياتاقان ھيدروديناميکی با اليه کامل، ياتاقانی به قطر نامی 15-4(

کار می کند. بار ياتاقان 50Cبا دمای ورودی ISOVG 22است که با روانساز 15mmوطول است. با 0.022mmمی باشد. لقی شعاعی اين ياتاقان 6000rpmوسرعت دورانی آن 1280Nبرابر

، جريان 4-14الی 4-11و نمودارطراحی ريموندی وبويد در شکل ھای 4-7زجت در شکل کاربرد نمودار لحجمی روانساز ، افزايش دمای روانساز وضخامت کمينه اليه را تعئين نمائيد. مقدار اوليه برای افزايش دما در

در اين ياتاقان استفاده شود ، ISOVG 22، SAE 10 در نظر بگيريد. اگربجای روغن 30Cياتاقان را افزايش دمای حاصله در اين روانساز را تعئين نمائيد. در مورد مناسب بودن اين طراحی پيشنھادی اظھار نظر

را توجيه کنيد. SAE 10يا ISOVG 22نموده وانتخاب ھريک از روغن ھای ند. يکی نيرو را از موتور انتقال داده ) محور محرک يک ماشين دروگرمختلط، دو پولی را می گردا16-4(

وارد می 4- 33وديگری تيغه دروگر را می چرخاند. بار ھای وارده بر پولی ھا در صفحه عمودی وفق شکل باشد، ياتاقان ھای ھيدروديناميکی 300rpm، وسرعت دورانی بيشينه 50mmشوند. اگر قطر محور

مناسبی برای اين محور طراحی کنيد.

محور گرداننده ماشين کشاورزی 4- 33شکل که با سرعت 50mmبرای محوری به قطر نامی 3200N) ياتاقانی برای تحمل بار شعاعی 17-4(

700rpm ساعت می باشد. ياتاقان 10000ست. طول عمر مطلوب ياتاقان دوران می کند در نظر گرفته شده ا مناسبی برای اين تکيه گاه انتخاب نموده ومشخصات آن را تعئين نمائيد.

Page 102: طراحی مکانیکی

102

ساعت 3800کار می کند. طول عمر مورد نياز 14.2kN) يک رولربرينگ استوانه ای راست با بار18-4(

می باشد. برای انتخاب اين ياتاقان از کاتالگ سازنده از چه بار نامی بايستی استفاده 925rpmدر سرعت گردد؟

) برای انتھای لغزشی (متحرک) محور يک ماشين تراش سخت کار، ياتاقانی با بار شعاعی تا 19-4(

9kN50د نياز می باشد. قطر محور برابر مورmm 3000بوده وبا سرعتrpm دوران می کند. طول ساعت برای اين ياتاقان مورد لزوم می باشد. ياتاقان مناسبی را انتخاب ومشخص نمائيد. 7500عمری برابر

که با سرعت 30mmبرای محوری به قطر 2800Nی تحمل بار شعاعی ) ياتاقانی برا20-4(

750rpm ساعت است. از دامنه محدود قابل 10000دوران می کند مورد نياز است. طول عمرمطلوب ياتاقان ياتاقان مناسبی را انتخاب ومشخص نموده و اين انتخاب را توجيه نمائيد. 4-9تا 4- 7دسترس در جدول ھای

، برای محوری 940N) ياتاقانی برای تامين جابجائی محوری وبعنوان تکيه گاھی برای بار شعاعی 21-4(

دوران می نمايد مورد لزوم می باشد. طول عمر مطلوب اين 570rpmکه با سرعت 17mmبه قطر نامیياتاقان مناسبی را انتخاب 4-9الی 4- 7سال وبرای کار مداوم می باشد. از دامنه موجود در جداول 10ياتاقان

نموده واين انتخاب را توجيه کنيد. 25mmمورد نياز می باشد. قطر نامی اين محور 1290Nادل ) ياتاقانی برای تحمل بار شعاعی مع22-4(

سال کار مداوم می باشد. اگر اين ياتاقان اين بار 2است. طول عمر اين ياتاقان 730rpmوسرعت طراحی آن ، ياتاقان مناسب را 4-9تا 4- 7از دامنه موجود در جداول را تحمل نموده وجابجائی محوری را تامين نمايد ،

انتخاب واين انتخاب را توجيه نمائيد. مورد نياز می باشد. قطر نامی محور برابر 1130N) ياتاقانی بعنوان تکيه گاه بار شعاعی معادل 23-4(

20mm 7000 وسرعت طراحی آن برابرrpm است. طول عمر مطلوب اين ياتاقان برابر يک سال کارمداوم می باشد. اگر اين ياتاقان ھم برای تحمل بار وھم برای تامين جابجائی محوری بکار رود از دامنه محدود

ا و قطر خارجی ياتاقان مناسبی را با مشخص نمودن جزئيات قطر داخلی، پھن 4- 9الی 4-7موجود در جداول انتخاب نموده واين انتخاب را توجيه نمائيد.

مورد نياز می 3000rpmدر 2.4kN) ياتاقا ن سامانه انتقال نيروئی برای تحمل بار شعاعی معادل24-4(

4-9تا 4- 7اقان مناسبی را از دامنه محدود مندرج در جداول ساعت باشد. يات 8760باشد. عمر ياتاقان بايستی انتخاب نمائيد.

) ياتاقان تماسی زاويه ای محور ماشين تراش خاصی، تحت تاثير بار سيکلی در حين فرايند توليد در 25-4(

در 30sرا برای 95Nکارخانه خودکاری قرار گرفته است.در اين سيکل ياتاقان بار شعاعی 15sبرای 3100rpmرا در 115Nو بار 3500rpmدر 45sبرای 75N، بار 2500rpmسرعت

ساعت طول عمر ياتاقان بکار می رود را محاسبه نمائيد. 4000تجربه می نمايد. بار متوسطی که برای شامل ايستگاه ھای ھرزگردی به فواصل يک متری می 4km) طراحی برای سامانه نقاله ای به طول 26-4(

شامل سه غلتک می باشند که حول محورھای ساکنی می گردند که به پايه وفق شکل باشد. ھر ايستگاه ھرزگردمی باشد. دو 6kgوھر غلتک دارای جرم 100mmثابت شده اند. قطر خارجی غلتک ھا برابر 34-4

Page 103: طراحی مکانیکی

103

40می باشند. تسمه ای به وزن 30غلتک انتھائی نسبت به افق دارای زاويه /kg m روی اين غلتک ھا با3سرعت /m s تن مصالح دانه بندی شده (شن وماسه) در 3000حرکت می نمايد. بار بيشينه قابل انتظار

درصد بار را تحمل می کند. ياتاقان 60د وسطی تقريبا ساعت بوده وتجربه نشان می دھد که غلتک ھرز گر ھای مناسب را برای اين غلتک ھا انتخاب نمائيد.

) 4-26ايستگاه ھرز گرد در تسمه نقاله مسئله ( 4-34شکل

جواب ھا:3 -4 0.04188( / )PV MN ms.کربن گرافيت . 4 -4 0.0297( / )PV MN ms.ترموپالستيک .

5 -4 24.5C ،36525 /mm s ،0.45Nm 141.1وW 6 -4 )i (15.4C ،31471 /mm s ،0.08Nm ،21W

)ii (25.9C ،3822 /mm s ،0.085Nm ،22W

حل يگانه ای وجود ندارد. 4- 78 -4 )i (17.1C ،39200 /mm s ،0.00675mm ،0.008mm

)ii (9.9C ،313160 /mm s ،0.0063mm ،0.00798mm حل يگانه ای وجود ندارد. 4- 9

حل يگانه ای وجود ندارد. 10-411-4 39.3C ،32264 /mm s ،6.9 m ،0.13Nm ،83.5W

12-4 19.2C ،37544 /mm s ،1.7Nm ،143W ،20 m حل يگانه ای وجود ندارد 13-4 حل يگانه ای وجود ندارد. 14-415-4 32624 /mm s ،31C ،5.3 m ،38.6C حل يگانه ای وجود ندارد. 16-417-4 210NU E ،50d mm ،90D mm

20B mm 6300، حد گريسrpm 18-4 70.7kN 19-4 78.2C kN .حل يگانه ای وجود ندارد . 20-4 206NU E ،30d mm ،62D mm

16B mm،38100C N 9500، حد گريسrpm 21-4 6403 ،17d mm ،62D mm ،17B mm

Page 104: طراحی مکانیکی

104

23000C N 12000، حد گريسrpm 22-4 6205 ،25d mm ،52D mm ،15B mm

14050C N 12000، حد گريسrpm 23-4 6404،20d mm ،72D mm ،19B mm 24-4 6306 ،30d mm،72D mm ،19B mm 9000، حد گريسrpm 25-4 89.7N بلبرينگ با شيار عميق . بدون حل يگانه 26-4

ھدف ھای آموزشی حاصله

4-1بخش آيا می توانيد نوع ياتاقان مناسب را برای ھر کاربرد معينی تشخيص دھيد؟

آيا می توانيد مشخص کنيد که در چه مواردی ياتاقان با روانکاری مرزی 4-2- 2کاربرد داردوبرای شرايط مشخصی چه نوع موادی را می توان انتخاب نمود؟ بخش

با کاربرد معادله طول آيا می توانيد طول عمر يک ياتاقان با عضو غلتشی را

4-3- 1عمر تعئين نمائيد؟ بخش

4-3- 1آيا می توانيد از کاتالگ سازنده، ياتاقان مناسب با عضو غلتشی را انتخاب کنيد؟ بخش

آيا اين توانائی را داريد که طرح سامانه درزبندی وروانکاری را برای يک 4-3- 2رولبرينگ مشخص نمائيد؟ بخش

Page 105: طراحی مکانیکی

105

5 محور ھا

ھدف از اين فصل شناخت مفاھيم مربوط به طراحي محورھا مي باشد. در اين فصل، روش كلي طراحي محور ك ا ودينامي رروي محورھ ھا ارائه خواھد شد كه مشتمل بر مالحظات مربوط به نصب ياتاقان واجزاء ماشين ب

ا طراحي عمومي محور را انجام محورھا خواھد بود. در انتھاي فصل خواننده اين توا د داشت ت نائي را خواھافي امين مقاومت ك ه منظور ت اد محور را ب وده وابع ين نم داده، ميزان خميدگي محور وسرعت بحراني را تعئ

وتحمل در مقابل بارھاي نوساني، مشخص نمايد.

ھدف ھاي آموزشي

در انتھاي اين فصل شما اين توانائي را خواھيد داشت كه : .روش ھاي مناسب را براي تعئين محل نصب و نصب اجزاء برروي محور انتخاب نمائيد طرحي براي طراحي محور به منظور تعئين محل نصب ونصب اجزاء استاندارد ماشين بر روي

محور ايجاد نمائيد. .خميدگي محور را تعئين كنيد .دوفركانس بحراني اوليه يك محور را محاسبه نمائيد محور به منظور اجتناب از شكست ناشي از خستگي را تعئين كنيد.قطر كمينه

مقدمه 1-5ده رو را از دستگاه گردانن وده وني ه دوران نم واژه " محور " معموال براي جزئي با مقطع گرد بكار مي رود ك

ا ور ھ د. مح ل نماي ين، منتق ك ماش ق ي رده و از طري ت ك ورحرارتي درياف ا موت وربرقي ي د موت د مانن ي توانن مده ، رو را از طريق چرخ دن وده وني ال حركت دوراني ب راي انتق ر ب ولي ،وچرخ زنجي ده ، پ مجھز به چرخ دنه محور ط بسادگي از طريق كوپلينگ ب ه محور فق تسمه و زنجير انتقال دھند. كاربرد ديگرمحور ، اين است ك

ه ديگر متصل گردد. محور مي تواند ساكن بوده ويك عضو دوراني را اھي ك د محورھاي كوت د، مانن تحمل نمايد. بعضي از شكل رد مي گوين ه آن ھرزگ ا ب چرخ ھاي بدون گرداننده خودرو، روي آن دوران مي كنند كه غالب

نشان داده شده اند. 5-1ھاي متداول محور ھا در شكل

شكل ھاي نوعي محورھا 5-1شكل

مالحظات مربوط به طراحي محور ھا عبارتنداز:

Page 106: طراحی مکانیکی

106

، رواداري ھا .اندازه وفاصله بين اجزاء( ھمانند نقشه ھاي مونتاژ كلي ) -1 انتخاب مواد ، عمليات روي مواد. -2 خميدگي و استحكام -3

خميدگي خمشي - خميدگي پيچشي - شيب در محل ياتاقان ھا - خميدگي برشي -

تنش و مقاومت -4 مقاومت استاتيك - خستگي - قابليت اعتماد -

پاسخ فركانسي -5 محدوديت ھاي مربوط به ساخت. -6 ا محورھا نوع انه ي وده وش ا ب ان ھ ا متشكل از تعدادي ميله ھاي با قطرھاي پله اي مي باشند كه محل نصب ياتاق

راي ا ب تكيه گاھي را براي نصب دستگاه ھايي مانند چرخ دنده ھا ، چرخ زنجير ھا وپولي ھا فراھم نموده وغالبه نشان جلوگيري از دوران اين اجزاء " افزوده شده" نسبت به محور از خار است وعي ك فاده مي شود. ترتيبي ن

ا مي باشد در شكل انه ھ ده ويك 5-2دھنده برش ھاي با قطر ثابت وش ه يك چرخ دن ال ك راي يك محور انتق ب چرخ پولي را مي گرداند، نشان داده شده است.

نه ھايي براي نصب اجزاء افزوده مي باشد.شكل نوعي محوري كه متشكل از بخش ھاي با قطر ثابت وشا 5-2شكل

ي دگي خيل ه ، خمي محورھا بايستي بنحوي طراحي شوند كه خميدگي آن ھا به ميزاني قابل قبول باشد. براي نمونينه مجاز يك محور معموال زياد، عملكرد چرخ دنده را تنزل داده وبا عث صدا وارتعاش مي شود. خميدگي بيش

زام ھاي با محدوديت ناشي از س ده وال رد مناسب چرخ دن راي عملك از ب ه مورد ني رعت بحراني، خميدگي كمينده ھاي درحال ه جداشدن دن مربوط به ياتاقان ھا ، تعئين مي گردد. در حالت كلي ، خميدگي ھا نبايستي منجر ب

ده بيشتر از ده نبايستي ازحدود 0.13mmتماس چرخ دن دگي 0.03وشيب محورچرخ دن د. خمي تجاوز نمايه ا ضخامت الي رد، بايستي در مقايسه ب رار مي گي بخش مربوط به سر محور يك محوركه درون ياتاقان تخت قدگي د. بعالوه، خمي اھش سرعت بحراني كمك مي نماين ه ك روغن كوچك باشد. خميدگي پيچشي وجانبي ھردوب

Page 107: طراحی مکانیکی

107

ا ان ھ راز نبايستي زاويه اي محور در ياتاق ا عضو غلتشي خود ت ان ھاي ب ه استثناي ياتاق ا عضو غلتشي ب ي ب تجاوز نمايد. 0.04از

د(نگاه رار گيرن وعي از بارھاي محوري ، خمشي وپيچشي ق اثير تركيب ھاي متن محورھا ممكن است تحت تد تحت ) كه با زمان نوسان يا تغئيرمي نمايند. يك 5-3كنيد به شكل ل مي نماي رو منتق محوردوراني نوعي كه ني

نش متوسط پيچشي تاثير گشتاور پيچشي ثابتي ھمراه با بار خمشي كامال معكوسي قرار مي گيرد كه به ترتيب ت وتنش خمشي ايجاد مي كنند.

ي از آن ھابار نوعي در محورھا وخميدگي ناش 5-3شكل

د. محورھا بايستي به نحوي طراحي شوند كه ي نباش ه سرعت بحران ا نزديك ب ر ، ي ا براب سرعت عملكرد آن ھ

رين سرعت بحراني بسيار اين ھدف معموال با پيش بيني مقاومت كافي جانبي محقق مي گردد بنحوي كه پائين تل بيشتر از دامنه عملكردسرعتي محور واقع گردد. اگر نوسان ھ ل لنگ ، مي اي پيچشي موجود باشند( مانند ، مي

انس ه فرك انس ھاي طبيعي پيچشي محور، بايستي نسبت ب بادامك در موتورھاي حرارتي وكمپرسورھا) فركائين ھاي پيچشي ورودي به نحو چشمگيري متفاوت باشد. اين ھدف با تامين مقاومت پيچشي كافي به نحوي كه پ

ر باالتر از بيشترين فركانس ورودي پيچشي باشد عملي مي گردد. ترين فركانس طبيعي محور بسياا ن عمل ب تكيه گاه محورھاي دوراني معموال توسط ياتاقان ھا تامين مي گردد. براي تسھيل در ساخت معموال ايا ضروری ان ھ ق ياتاق رازی دقي م ت د، ھ از باش ورد ني ان ھای بيشتری م ر ياتاق ردد. اگ ق مي گ ان محق دو ياتاق

ان محوری خ ا يک ياتاق وال فقط ب ار محوری وجابجائی طولی محور معم رای ظرفيت ب واھد بود. پيش بينی به تامين می گردد که نيروی محوری را در ھر جھت تحمل نمايد. مقاوم ومستحکم بودن عضو ھای ساختمانی ک

ياتاقان ھای محور را تحمل می کنند به قدر کفايت، امری با اھميت می باشد.ابتی داشته باشد بطور خالصه فھرست شده در ذاری ث ه محور بارگ التی ک رای ح زير روش طراحی محور ب

ای کل ھ ده در ش ه ش ان ارائ ودار جري رای 5-5و 5-4است. نم ور ب ھيل طراحی مح رای تس ا ب وان راھنم بعن حصول به محوری با مقاومت واستحکام و قابليت بارگذاری نوسانی کاربرد دارند.

رانی محور را تعئين نمائيد.سرعت دو .1 توان يا گشتاوری که بايستی توسط محور منتقل گردد را تعئين کنيد. .2ابعاد دستگاه ھای انتقال نيرو وساير اجزائی که روی محور نصب می شوند ومحل نصب ھر يک از .3

اين دستگاه ھا را تعئين نمائيد. ور عمل کنند را مشخص کنيد.محل ياتاقان ھايی که قرار است بعنوان تکيه گاه اين مح .4

Page 108: طراحی مکانیکی

108

رفتن ھر جزئی .5 رار گ ودن چگونکی ق ا لحاظ نم ن محور ب رای شکل ھندسی اي ا طرحی ب شکل کلی ي بصورت طولی وچگونگی تحقق انتقال نيرورا پيشنھاد کنيد.

مقدار گشتاورھا را در محور مشخص نمائيد. .6 نيروھای وارده بر محور را تعئين نمائيد. .7ع گشتاورھای خمشی روی نمودارھای نيروی برش .8 ه توزي ه نحوی ک ی وگشتاورخمشی را رسم کنيد ، ب

محور مشخص گردد. ماده مناسبی را برای محور انتخاب نموده وھرگونه عمليات حرارتی وغيره را مشخص کنيد. .9

رروش طراحی برای تامين استحکام ومقاومت محونمودار جريان 5-4شکل

تنش مناسب طراحی را با لحاظ نمودن نوع بارگذاری ( يکنواخت ، ناگھانی ، تکراری ، معکوس ) تعئين .10

کنيد.ھمه نقاط بحرانی روی محور را تحليل نموده وقطر کمينه قابل قبول را برای حصول اطمينان از طرحی .11

ايمن تعئين نمائيد. ده وفرکانس ھای بحرانی را برآورد نمائيد.خميدگی ھای محور را در نقطه ھای بحرانی تعئين نمو .12ابعاد نھائی محور را مشخص کنيد. اين روش به بھترين وجه با کاربرد نقشه کشی ساخت، وفق .13

) به BSI,1984استانداردی شناخته شده ( مثال نگاه کنيد به کتاب راھنمای طراحی مھندسی ونقشه کشی تمل بر ھمه اطالعات الزم جھت اطمينان از کيفيت قابل حصول می باشد، واين نقشه ھا بايستی مش

اين شامل مشخصات مواد ، ابعاد ورواداری ھا ( دوطرفه، بيرون زدگی،مبنا وغيره مطلوب باشد. نوعامراجعه شود) ،ميزان پرداخت سطح، عمليات برروی مواد و روش ھای بازرسی می 15به فصل –

باشد. تی رعايت گردد:اصول عمومی زير در طراحی محور بايس

محور ھا را حتی االمکان کوتاه وياتاقان ھا را نزديک به نيروی وارده در نظر بگيريد. اين خميدگی محور وگشتاورھای خمشی را کاھش داده وسرعت ھای بحرانی را افزايش می دھد.

Page 109: طراحی مکانیکی

109

دھيد. حتی االمکان افزايش دھندگان تنش را بدور از منطقه ھای با تنش زياد در محور ھا قراررده وگوشه را بزرگ وپرداخت سطوح را بصورت صاف وفرايندھای افزايش ۥشعاع ھای گ

مقاومت محلی سطح مانند ساچمه زنی و نورد سرد را در نظر گرفته وبکار بنديد. .اگر وزن پارامتر بحرانی باشد ، محورھا را تو خالی طراحی کنيد

، روش ھای اتصال محور به محور را در بخش 5- 2ش روش ھای اتصال محور ونافی بطور اجمالی در بخ

برای ASME، معادله 5- 5ارائه شده اند. در بخش 5-4وتعئين سرعت ھای بحرانی را در بخش 5- 3 طراحی محور ھای انتقال مورد بحث قرار می گيرد.

برای محوری با بارگذاری نوسانینمودار روش طراحی 5-5شکل

نافی –اتصال محور 2-5

اجزاء انتقال دھنده نيرو مانند چرخ دنده ھا، پولی ھا و چرخ زنجيرھا الزم است به نحو ايمنی بر روی محورھا نصب شده ودر موقعيتی طولی قرار گيرند که با اجزاء متناظر خود در تماس باشند. بعالوه

شتاور پيچشی بين محور واين اجزاء بايستی تامين گردد. بخشی از ھر جزء که با روشی برای انتقال گمحور درتماس است نافی ناميده می شود و اين اتصال به محور از طريق خار، پين، پيچ تنظيم، جازدن

مزيت ھريک از اين روش ھای 5-1فشاری وبوش ھای باريک شونده وھزارخار انجام گردد. جدول خص می نمايد. روش ديگراين که ، جزء بتواند با محور ادغام گردد مانند بادامک در ميل اتصال را مش

بادامک خودروھا. روش ھای عملی اتصال محور ھا با نافی را نشان می دھد. برای نمونه چرخ دنده ھا را می 5-6شکل

را ازطريق خار منتقل توان بصورت طولی بين شانه ای روی محورويک جداکننده گيردارنموده وگشتاور 5-7نمود. انواع شکل ھای خار موجودند که مشتمل بر خار مربعی ، خار تخت وخارھای گرد وفق شکل

می باشد. شيارھايی که روی محور ونافی که خار در آن ھا قرار می گيرد ، جای خاريا نشيمن خار می پين وانواع مختلف آن می باشد که در نامند. روش ساده تر وارزانتر برای انتقال بارھای سبک کاربرد

نشان داده شده است. روش ارزانی برای تثبيت موقعيت طولی نافی ھا وياتاقان ھا روی 5-8شکل

Page 110: طراحی مکانیکی

110

–می باشد. يکی از ساده ترين اتصال ھای نافی 5- 9و 5-2محورھا استفاده از خارگرد طبق شکل ھای کمی کوچکتر از قطر محورمی باشد. مونتاژ با محور کاربرد جازدن تداخلی است که در آن قطر نافی

جازدن فشاری يا انبساط حرارتی حلقه بيرونی توسط حرارت دادن وانقباض قطر داخلی با کاربرد ازت پوشش داده شده است. 15-2- 2مايع انجام می گردد. طراحی جازدن تداخلی با جزئيات بيشتری در بخش

ه شده که شامل دندانه ھايی است که ھم در نافی وھم محور نشان داد 5-10ھزارخارھای درگير در شکل بريده شده ويکی از مقاوم ترين روش ھای انتقال را تشکيل می دھد. ھم ھزار خار ھا وھم خارھا را می

توان برای ايجاد امکان لغزش در امتداد محور، طراحی نمود.

نافی - اتصال ھای محور مزيت ھای انواع مختلف 5-1جدول ميله پين

دنده دارجازدن گيره

فشاری جازدن انقباضی

بوش خار ھزارخار مخروطی

× × × × √ × √ √ ظرفيت باالی انتقال گشتاور × √ √ × √ × √ × بارھای محوری بزرگ

× × × × × √ √ √ طولی فشردگی × √ √ × × × × × دقت در موقعيت طولی

× × × √ √ × × √ افیتعويض آسان ن × √ √ × × × √ √ خستگی

× × × √ √ √ √ × موقعيت زاويه ای دقيق × √ √ √ √ × × √ تنظيم آسان موقعيت

نافی -روش ھای متنوع برای اتصال محور 5- 6شکل

Page 111: طراحی مکانیکی

111

خارھای با کاربرد انتقال گشتاور وتثبيت اجزاء ماشين 5-7شکل

پين ھای مورد استفاده برای انتقال گشتاور وتثبيت اجزاء ماشين 5- 8شکل

ی يا خار گردحلقه فنر 5- 9شکل

Page 112: طراحی مکانیکی

112

ھزار خارھا 5-10شکل

كوپلينگ ھاي اتصال دھنده محور به محور 3-5

نيرو از يك محور به محور ديگر مي توان از كوپلينگ يا كالچ استفاده نمود( براي مطالعه بمنظور انتقال مراجعه كنيد). دو نوع عمومي كوپلينگ موجود است، سخت وانعطاف پذير. 10فصل كالچ ھا با

كوپلينگ ھاي سخت براي اتصال دو محور كه نسبت به يكديگر حركت نسبي ندارند، طراحي مي شوند ( را مالحظه كنيد). كوپلينگ ھاي سخت ھنگامي كه ھم ترازي دقيق دو محورضروري باشد 5- 11شكل

. اگر ناھمترازي عمده اي درجھت ھاي شعاعي ومحوري رخ دھد ، ممكن است تنش مناسب مي باشندھاي زيادي حاصل شده كه مي تواند باعث شكست زودھنگام گردد. كوپلينگ ھاي انعطاف پذير ( نگاه

) براي انتقال گشتاورطراحي مي شوند، ضمن اين كه در آن ھا قدري ناھم ترازي 5-12كنيد به شكل وزاويه اي مجاز مي باشد. بسياري از شكل ھاي كوپلينگ انعطاف پذير موجود است ( به محوري،شعاعي

كاتالگ ھاي سازندگاني مانند تربوفلكس وفنر مراجعه شود). ھر كوپلينگ براي انتقال گشتاور معين و ناھمترازي 3ومحدودي كاربرد دارد. در حالت كلي كوپلينگ ھاي منعطف ناھمترازي زاويه اي تا

را حسب طراحي آن ھا تحمل مي نمايند. اگر ناھمترازي بيشتري مورد نياز باشد ، 0.75mmتا موازي) كاربرد دارد. كوپلينگ ھا، در كتاب ھاي كه نيل وديگران 5- 13اتصال مفصلي يا قفل كاردان (شكل

ده اند ،به صورت مشروح مورد بحث قرار گرفته اند. ) تاليف نمو1995) وپيوتروفسكي (1998(

كوپلينگ سخت 5-11شكل

Page 113: طراحی مکانیکی

113

كوپلينگ ھاي انعطاف پذير 5-12شكل

اتصال ھاي مفصلي يا قفل كاردان 5-13شكل

سرعت ھاي بحراني وخميدگي محور 4-5

كي كه در بلحاظ محدوديت ھايي در توليد وعملكرد، مركز جرم ھر سامانه دوراني ( بعنوان مثال، ديسوسط محوري نصب شده كه مجھزبه ياتاقان ھايي در دو انتھا يش است ) ھيچوقت بر مركز دوران آن

منطبق نمي باشد. با افزايش سرعت دوران محور، نيروي گريزاز مركز كه بر مركز جرم وارد مي گردد يشتر شده ونيروي ، گرايش به خم كردن محور دارد. با افزايش خميدگي محور ، ميزان برون مركزي ب

گريزاز مركز ھم بيشتر مي گردد. پائين تر از كمترين سرعت بحراني ،نيروھاي گريزاز مركز ونيروھاي ارتجائي به ازاي مقدار معين ومحدودي از خميدگي محور بحال تعادل قرار مي گيرند. در سرعت بحراني

ركز جرم مي باشد ،اگرچه در عمل بلحاظ ، از نظر تئوري ، براي ايجاد تعادل نياز به خميدگي بينھايت مميرائي در ياتاقان ھا ، پس ماندھاي داخلي واثرباد ، به ازاي جابجائي محدودي تعادل برقرار مي گردد. اين جابجائي مي تواند آنقدر بزرگ باشد كه منجر به شكست محور، صدمه به ياتاقان ھا وارتعاش ھاي

جائي ھا و خميدگي ھا بايستي در طول محور تعئين شده وعواقب مخرب در ماشين شود وبنابراين اين جاب آن ارزيابي وبرآورد گردد.

سرعت بحراني دوران ھمان فركانس ارتعاش جانبي است وھنگامي ايجاد مي گرددكه دوران محور متوقف ومركزآن در جھت جانبي جابجا شده وبطور ناگھاني آزاد گردد ( يعني ھمان فركانس ناشي از

Page 114: طراحی مکانیکی

114

چكش بر محوري ساكن وسپس پايش فركانس ارتعاش ھاي آن). براي ھمه محورھا ، به استثناي ضربه محوري با جرم واحد متمركز،سرعت ھاي بحراني در فركانس ھاي باالتري نيز وقوع مي يابند.

در اولين سرعت بحراني ،محوربه ساده ترين شكل ممكن خم مي گردد، ودر دومين سرعت بحراني به ين شكل بعدي خميده مي شود. براي مثال ، شكل ھايي كه محور در دو سرعت بحراني اوليه (يا مد ساده تر

ھا ي اوليه)درموردي كه محور متشكل از دو جرم بوده ودر دو انتھايش تكيه گاه داشته باشد، در شكل نشان داده شده است. 14-5

تر از سرعت محور باشد. اگر محور را در شرايط معيني فركانس اساسي سامانه محور نمي تواند بيشبتوان سريعا شتاب دار نموده و قبل از اين كه ارتعاش ھا فرصتي براي افزايش دامنه خود يابند ، از اولين فركانس بحراني تشديد گذرداده شود، اين سامانه مي تواند در سرعت ھايي باالتر ازفركانس طبيعي دوران

ربين ھاي بخار وگازپيش مي آيد كه ابعاد و اندازه ھاي توربو ماشين نمايد. اين حالتي است كه در تووژنراتور فركانس پائيني ايجاد مي نمايند ولي بدليل مالحظات مربوط به بھره، اين تربوماشين ھا بايستي

در سرعت ھاي باال دوران نمايند.

حالتي كه محور داراي تكيه گاه شكل ھاي محور در سرعت ھاي بحراني اول ودوم ، براي 5-14شكل

ساده ومتشكل از دو جرم باشد واين جرم ھا در مقايسه با جرم محور، بزرگ باشند

اني چرخشي بعنوان اصلي كلي در طراحي ، حفظ سرعت دوراني محورپائين تر از نصف فركانس بحر آن معموال مقبول است.

تحليل كامل فركانس ھاي طبيعي يك محور با كمك بسته ھاي نرم افزاري تحليلي عضو محدود، مانند ANSYS كه " تحليل گرھي " ناميده مي شود انجام پذير است. اين تحليل مي تواند تعداد زيادی فرکانس

ی وباال تر از آن خواھند بود. اين روش معقول ترين در سه بعد حاصل نمايد که مشتمل بر فرکانس اساسوساده ترين رويکرد برای سامانه ھای پيچيده می باشد، ولی برآورد سريعی برای سامانه ای ساده شده را

برای ھدف ھای طراحی در اين بخش بطور خالصه انجام می دھيم. يب می شود:سرعت بحرانی يک محور با يک جرم متصل به آن با رابطه زير تقر

)1-5 (/c g y

g)، وmخميدگی استاتيک در محل قرار گرفتن جرم rad/s ، (y )سرعت زاويه ای بحرانی ( cکه

m/2ب جاذبه (شتا s.می باشد ( ) 5-2ريتز (معادله –اولين سرعت بحرانی محوری که متشکل ازچندين جرم متمرکز است با معادله ريلی

تقريب می شود. خميدگی ديناميک محور در حالت عمومی نامعلوم می باشد. ريلی نشان داد که تقريبی از بيشينه و شرايط مرزی را نشان دھد مناسب است. منحنی خميدگی منحنی خميدگی، چنانچه خميدگی

Page 115: طراحی مکانیکی

115

استاتيک ناشی از وزن خود محور ووزن ھر جزء متصل به آن تقريب مناسبی را بدست می دھد. توجه کنيد که بارھای خارجی در اين تحليل لحاظ نشده وفقط آن ھا يی را که ناشی از وزن می باشند به حساب

ه مقداری در حدود چند درصد بيشتر از فرکانس طبيعی حاصل می نمايند. می آيند. نتيجه محاسب

)2-5 (2

1 1

/

n n

c i i i ii i

g W y W y

خميدگی استاتيک N ،(iyيا kg( iجرم يا وزن گره iW) ،rad/sسرعت زاويه ای بحرانی ( cکه

m/2شتاب جاذبه ( g)، وiW )mدر s.می باشد ( گزينه ديگر استفاده از معادله دانکرلی برای برآورد سرعت بحرانی می باشد.

)3-5 (2 2 2 21 2 3

1 1 1 1...

c

موجود باشد و... 1رعت بحرانی در صورتی که فقط جرم شماره 1که ريتز ودانکرلی تقريب ھايی برای تعئين اولين فرکانس طبيعی ارتعاش می باشند که –ھردو معادله ريلی

ريتز –بحرانی را کمتر ومعادله ريلی فرض شده برابر سرعت بحرانی است. معادله دانکرلی، فرکانس اين فرکانس را بيشتر برآورد می کند.

در غالب موارد به برآورد دومين سرعت بحرانی نياز داريم. برای سامانه مشتمل بر دو جرم ، طبق شکل حاصل می 5-4، مقدارھای تقريبی دو سرعت بحرانی اوليه با حل معادله فرکانس وفق معادله 14-5

گردد.

)4-5 (11 1 22 2 11 22 12 21 1 24 2

1 1( ) ( ) 0 a m a m a a a a m m

وغيره ضريب ھای تاثيرمی باشند. اين ضريب ھا متناظر با خميدگی محور در نقاط تاثير 11a ،12aکه ن رقم محل نيروی يک بارھا در نتيجه بارھای يک نيوتن است. اولين رقم زير نويس محل خميدگی ودومي

نيوتن را مشخص می نمايد. برای مثال ، ضريب ھای تاثير برای محور با تکيه گاه ساده وبا دو بار وفق د زير فھرست شده است. 5- 15شکل 11a می باشد. 1نيوتن در محل جرم شماره 1، ناشی از وزن 1خميدگی در محل جرم شماره

21a می باشد. 1نيوتن در محل جرم شماره 1، ناشی از وزن 2خميدگی در محل جرم شماره

22a می باشد. 2نيوتن در محل جرم شماره 1، ناشی از وزن 2خميدگی در محل جرم شماره

12a می باشد. 2نيوتن در محل جرم شماره 1شی از وزن ، نا 1خميدگی در محل جرم شماره

مثال در مورد تعريف ضريب تاثير برای محوری با تکيه گاه ساده که دوبار متمرکز بر آن وارد شده 5- 15شکل

Page 116: طراحی مکانیکی

116

طبق اصل تقابل، با يکديگر برابرند ( برای مثال : بر pnaو npaبايد در نظر داشت که مقدارھای

12 21a a. ، معادله فرکانس را می توان برای سامانه ھای با جرم ھای چندگانه با قراردادن دترمينان زير برابر صفر

حاصل نمود:

)5-5 (

11 1 12 2 13 32

21 1 22 2 23 32

31 1 32 2 33 3 2

1...

1...

01

...

... ... ... ...

a m a m a m

a m a m a m

a m a m a m

. برای مثال ، لرزش ھا ممکن نياز به منبع انرژی خارجی دارد ،بايستی توجه نمود که ارتعاش جانبی

صرف نظر ازدوران يا سکون، در يک يا است از بخش ديگری از ماشين به محور انتقال يابند و محور چند صفحه جانبی ارتعاش نمايد. چرخش محور، لرزشی خود تحريک است که در اثر دوران محوری

متشکل از جرمی برون مرکزايجاد می گردد. ، روش مکلی 5-4- 1فنون تحليلی برای محاسبه فرکانس بحرانی نياز به تعئين خميدگی محوردارند. بخش

-4- 2بحث قرار می دھد که برای محاسبه خميدگی محوری با قطر ثابت مناسب است و در بخش را موردروش انرژی کرنشی معرفی می شود که برای محورھای با پيچيدگی بيشتر با قطرھای پله ای مناسب 5،

می باشد.

روش مکلی برای محاسبه خميدگی تيرھا 1-4-5

حوری با برش عرضی ثابت می توان بکار برد. قاعده ھای عمومی روش مکلی را برای تعئين خميدگی مبرای اين روش در زير ذکر شده است. پس از محاسبه خميدگی محور ازاين اطالعات می توان برای

تعئين فرکانس ھای بحرانی استفاده نمود. مرکزی را در سمت چپ تير مشخص نمائيد. 5- 1 شتمل براثر ھمه بارھا باشد را تعئين نمائيد. از تير که م XXگشتاور خمشی در برش مناسب 5- 2بارھايی که بصورت يکنواخت توزيع شده اند بايستی تا انتھای سمت راست تير گسترش يابند. 5- 3

از بارھای منفی برای جبران اين گسترش استفاده شود.شه ، ھمه تابع ھای طول را در پرانتز ھای راست گو xبغير از تابع ھای مشتمل بر توان واحد 5- 4

قرار دھيد. ھر جمله درون پرانتز ھای راست گوشه را بصورت يک جا انتگرال گيری کنيد. 5- 5ھنگام ارزيابی گشتاور، شيب يا خميدگی ، از جمله ھای درون پرانتز ھای راست گوشه که 5- 6

منفی می شوند صرفنظر کنيد. 0در معادله گشتاور ، گشتاورھای متمرکز را به شکل 5- 7

1[ ]M x a ، بيان کنيد که در آن

1M گشتاور متمرکز وx a نقطه اثر نسبت به برشXX .است

Page 117: طراحی مکانیکی

117

روش مکلی برای محاسبه خميدگی تيرھا ومحورھا بلحاظ سادگی نسبی وآسانی برای برنامه 5- 8 نويسی ، روشی مفيد می باشد.

5-1مثال

ز طراحی مقدماتی محورماشينی ، ھدف بررسی به منظور تعئين اين نکته است که سرعت بعنوان بخشی ابيشتر باشد. اجزاء نصب شده روی اين محوررا می 7000rpmبحرانی به نحو عمده ای از سرعت طراحی

بوده وھمانند تکيه گاه نشان داد. فرض کنيد ياتاقان ھا سخت 5-16توان با سه جرم نقطه ای ومطابق شکل جنس محور از فوالد ی با ضريب يانگ 40mmھای ساده عمل نمايند. قطر محور برابر

9 2200 10 / N m .می باشد

ماشين مثال مربوط به محور 5- 16شکل

حل روش مکلی برای تعئين خميدگی محور در نقاط مختلف آن بکار می رود:

1 2 1 2 3 R R W W W

در جھت عقربه ھای ساعت: Oگشتاورھای حول نقطه

1 1 2 1 2 2 1 2 3 3 1 2 3 4( ) ( ) ( ) 0 W L W L L R L L L W L L L L

بنابراين :

1 1 2 1 2 3 1 2 3 42

1 2 3

( ) ( )

( )

W L W L L W L L L L

RL L L

:XXمحاسبه گشتاور در برش

Page 118: طراحی مکانیکی

118

1 1 1 2 1 2[ ] [ ( )] XXM R x W x L W x L L )6-5 (2 1 2 3[ ( )] R x L L L

5- 7قرار داشته باشد با معادله M) که تحت تاثير گشتاور خمشی yرابطه برای تعئين خميدگی يک محور ( بيان می گردد:

)7-5 (2

2 d y

EI Mdx

N/2نگ برحسب ضريب ارتجاعی يا Eکه در آن m ،I 4گشتاور دوم سطح برحسبm ،y خميدگی

mميدگی در آن تعئين می گردد برحسب فاصله از انتھای تير تا تا نقطه ای که خ m ،x محور برحسب می باشد. Nm گشتاور خمشی برحسب Mو

را می توان يک باربرای يافتن شيب، 5-7معادله dy

dx انتگرال گيری نمود. yو دوبار برای تعئين خميدگی ،

را برای يافتن شيب انتگرال گيری می کنيم: 5-6ابتدا معادله

221

1 1

221 2

221 2 3

[ ]2 2

[ ( )]2

[ ( )]2

dy x WEI R x L

dxW

x L L

Rx L L L A

با انتگرال گيری مجدد برای يافتن معادله خميدگی ، داريم:

311 1

321 2

321 2 3

3[ ]

6 6

[ ( )]6

[ ( )]6

x WEIy R x L

Wx L L

Rx L L L Ax B

بايد توجه شود که در روش مکلی الزم است ھنگامی که عالمت درون پرانتز راست گوشه منفی گردد از جمله درون آن

صرفنظر شود.

اگرمقدار خميدگی برای تعئين ثابت ھای انتگرال گيری، الزم است شرايط مرزی را جايگزين کنيم. حالمحور در محل ياتاقان ھا مشخص باشد در اين صورت اين مقدارھا را می توان بعنوان شرايط مرزی بکار

برد. ، در معادله باال 0xبا فرض اين که خميدگی در ياتاقان ھا در اين مثال برابر صفر می باشد در نقطه

حاصل می گردد. 0Bقرار می دھيکه در نتيجه 0yبرای تعئين خميدگی

Page 119: طراحی مکانیکی

119

1در نقطه 2 3 x L L L ،0y :است ،بنابراين

331 2 3 1

1 2 3

323 1 2 3

( )0 ( )

6 6

( ) ( )6

L L L WR L L

WL A L L L

را تعئين نمود : Aابطه باال پس می توان از ر

3

3 31 2 3 1 21 2 3 3

1 2 3

1 ( )( ) ( )

6 6 6

L L L W WA R L L L

L L L

گشتاور دوم سطح برای محوری جامدبا برش گرد وقطر معلوم برابر است با:

4

64

dI

بنابراين:

4

7 4(0.04)1.2566 10

64 I m

1با جايگزين نمودن ، 130W N ،2 140W N ،3 150W N ،0.04d m

9و 2200 10 / E N m ، اطالعات زير حاصل می شوند:در معادله ھای باال

1 79.19R N 2 340.8R N

21.151A Nm

0.15xدر نقطه m :65.097خميدگی محور برابر است با 10 y m

0.29xدر نقطه m :62.839خميدگی محور برابر است با 10 y m

0.44xدرنقطه m 61.199حور برابر است با: خميدگی م 10 y m

ريتز داريم : –با قراردادن مقدارھای مطلق اين خميدگی ھا در معادله ريلی

6 6 6

26 2 6 2 6

9.81 130 5.097 10 140 2.839 10 150 1.199 10

130 (5.097 10 ) 140 (2.839 10 ) 150 1.199 10

c

Page 120: طراحی مکانیکی

120

3

9

9.81 1.240 101605rad / s

4.722 10

سرعت بحرانی برابر است با: بنابراين

1605/(2 / 60) 15530rpm

5-2مثال

در اين مثال تاثير افزودن بارپيشامده به يک تير در فرکانس بحرانی آن مورد بررسی قرار می گيرد. ، يک 5- 17که بين دو ياتاقان دوران نموده و طبق شکل 0.4mفرکانس بحرانی محوری فوالدی به طول .1

بار نقطه ای بر آن وارد می شود را تعئين کنيد. صرف فرض کنيد که اين ياتاقان ھا سخت بوده وبعنوان تکيه گاه ھای ساده عمل نمايند. از وزن خود محور 9را برابر انگي یارتجاع بي. ضردينظر کن 2200 10 / N m ديريدرنظر بگ. از ياتاقان سمت 0.15mدر فاصله 150Nفرکانس بحرانی را درصورتی که يک بار پيشامده برابر .2

اضافه شود را محاسبه کنيد. 5- 18راست وفق شکل

محور ساده با يک بار متمرکز 5-17شکل

محور ساده با يک بار نقطه ای واقع بين ياتاقان ھا وبار پيشامده 5-18شکل

حل1تصوير بارھای وارده بر محور در امتداد عمودی : .1 2 1 R R W

داريم : Oبا گرفتن گشتاور در جھت عقربه ھای ساعت حول نقطه

Page 121: طراحی مکانیکی

121

2375 0.25 0.4 0 R

2بنابراين 234.375R N 1و 140.625R N

2

1 1 12 [ ] d y

EI R x W x Ldx

2

211 1[ ]

2 2

dy x WEI R x L A

dx

3

311 1[ ]

6 6

x WEIy R x L Ax B

شرايط مرزی :

در 0yو 0xھا برابر صفر است وبا جايگزينی با فرض اين که مقدار خميدگی محور در ياتاقان xحاصل می گردد. در نقطه 0Bمعادله باال، L 0نيزy :می باشد ، بنابراين

3

311 1

1( )

6 6

L WA R L L

L L

1

(1.5 0.2109) 3.222660.4

برای محورجامد وبا مقطع گرد داريم:

4 20.04

64 64

dI

7 41.2566 10 m

9 2200 10 / E N m

30.25

140.625 (3.22266 0.25)6

EIy

51 1.7485 10 y m

نشان داده شده وبا درنظر گرفتن خميدگی 5-17با کاربرد روش مکلی به شکل ھندسی محور که در شکل

5در تنھا نقطه وارد شدن بار يعنی 1 1.7485 10 y m 5-1، بنابراين از معادله :

Page 122: طراحی مکانیکی

122

1

749.03 / 7152 cg

rad s rpmy

بخش دوم اين مثال رابطه ھای زير را می نويسيم: برای حل .2

2

1 1 12 [ ] d y

EI R x W x Ldx

2 1 2[ ( )]R x L L

2

211 1[ ]

2 2

dy x WEI R x L

dx

221 2[ ( )]

2

Rx L L A

3

311 1[ ]

6 6

x WEIy R x L

321 2[ ( )]

6

Rx L L Ax B

ی:شرايط مرز

.0Bبنابراين 0yو 0xبا فرض خميدگی ناچيز در محل ياتاقان ھا .

1ھمچنين : 2x L L 0وy: بنابراين

3 31 11 2 2

1 2

1( )

6 6

R WA L L L

L L

1با تصوير نيروھا در امتداد عمودی : 2 1 2R R W W

عبارتست از : Oگشتاور حول نقطه

1 1 2 1 2 3 2 1 2( ) ( ) 0W L W L L L R L L

بنابراين :

Page 123: طراحی مکانیکی

123

1 1 2 1 2 32

1 2 1 2

( )

( ) ( )

W L W L L LR

L L L L

1 1 2 2R W W R

1 84.375R

2 440.625R

21.722656A ، آن را تعئين می کنيم : Aنمودن اعداد فوق در معادله جايگزينبا Nm

1xدر yبا ارزيابی L ،68.3929381 10y m .حاصل می شود

1در yبا ارزيابی 2 3x L L L ،61.8884145 10y m .تعئين می گردد

بنابراين :

3 4

8 10

9.81 3.147 10 2.8326 10

2.64155 10 5.34061 10c

3

8

9.81 3.4306 101117.5 /

2.695 10rad s

10671c rpm مثال فوق نشان می دھد که در اين مورد اضافه کردن يک وزنه پيشامده دارای 2و1مقايسه نتايج بخش ھای

ن اضافه کردن جرم داشته است. ف 10670rpmتا 7150rpmتاثير عمده ای در افزايش فرکانس بحرانی از ھای پيشامده برای افزايش سرعت بحرانی در مواردی برای ماشين ھای کارخانه ھا کاربرد دارد.

5-3مثال

فرض را محاسبه کنيد. 5-19شکل دو سرعت بحرانی اوليه محور فوالدی با بارگذاری نشان داده شده در .1کنيد جرم محور در اين محاسبه ھا ناچيز بوده وياتاقان ھا را بتوان تکيه گاه ھای ساده سخت لحاظ نمود.

می باشند. ضريب يانگ را برابر 0.05m و 0.03mقطرھای داخلی وخارجی محور به ترتيب برابر 2200GN / m .در نظر بگيريد 5- 2است، تاثير داده ھای مربوط به ياتاقان که در جدول 5000rpm. سرعت طراحی نامی اين محور برابر2

داده شده برعملکرد محورچگونه می باشد؟ با اين فرض که انعطاف پذيری ياتاقان ھا فقط در جھت عمود بر حورمجاز باشد.امتداد م

Page 124: طراحی مکانیکی

124

5-3محور ساده مربوط به مثال 5-19شکل

حلاثير، بدين ترتيب عمل می کنيم: ابتدا خميدگی ھا در طول با کاربرد روش مکلی برای يافتن ضريب ھای ت .1

1را با در نظر گرفتن 2Lو 1Lھای 1W N 2و 0W N 11برای تعئينa 21وa ، .محاسبه می کنيم1با در نظر گرفتن 2Lو 1Lسپس با محاسبه خميدگی ھا در طول ھای 0W N 2و 1W N ،12a 22وa

را تعئين می نمائيم.

3

311 1[ ]

6 6

x WEIy R x L

321 2[ ( )]

6

Wx L L Ax B

1با قراردادن 1W N ،2 0W N ،1 0.707317R N ،2 0.292683R N

،3 29.90244 10A Nm 0وB .در رابطه باال ، ضريب ھای تاثير تعيئن می شوند بنابراين:

811 1.84355 10a m

821 1.19688 10a m

Page 125: طراحی مکانیکی

125

1حال با قراردادن 0W N 2و 1W N ،1 0.2195122R N ،2 0.7804878R N

،3 25.853659 10A Nm 0وB نيز تعيئن می شوند. در رابطه باال ، ضريب ھای تاثيرديگر بنابراين :

822 1.26264 10a m

812 1.19688 10a m

گردد: بدين ترتيب ضريب ھای تاثير تعئين شده اند وبايستی معادله زير حل

11 1 22 2 11 22 12 21 1 24 2

1 1( ) ( ) 0

a m a m a a a a m m

وحل معادله درجه دوم خواھيم داشت: 4با ضرب نمودن طرفين اين معادله در

2

2 4

2

b b ac

a

11 که در آن: 22 12 21 1 2( )a a a a a m m

11 1 22 2( )b a m a m 1c

1بدين ترتيب ريشه ھا ی اين معادله حاصل می شوند: 812.5 / (7759 )c rad s rpm 2و 2503.4 / (23905 )c rad s rpm

بايستی بحساب آورده شوند. عکس العمل خميدگی در ياتاقان ھا نيز در محاسبه فرکانس بحرانی اين محور،. 2

1است( 500Nدر ھريک از ياتاقان ھا تقريبا 513.2R N 2و 516.8R N خميدگی در ھرياتاقان را .(0.0136bearingy، 5-2می توان مساوی در نظر گرفت ( بنابراين از جدول mm حاصل می گردد). اين

جمع نمود. اگر خميدگی خميدگی را می توان با خميدگی استاتيک محور ناشی از خمش با انطباق برھم بسادگی ميتوان مثلث ھای متشابه را بکار برد. ھا مساوی نبودند ، برای محاسبه خميدگی در محل جرم ھا ،

می توان ضريب ھای تاثير را برای تعئين خميدگی تحت بارھای واقعی بکاربرد.

1 60 9.81 588.6W N 2و 45 9.81 441.45W N :

51 1 11 2 12 1.613 10 Loady W a W a m

52 1 21 2 22 1.26 10 Loady W a W a m

5 5

1 1.61 10 1.36 10 Totaly

52.97 10 m 5 5

2 1.26 10 1.36 10 Totaly

52.62 10 m ريتز ) ، اولين فركانس بحراني را حاصل مي كنند: –اين مقدارھاي خميدگي (با كاربرد معادله ريلي

Page 126: طراحی مکانیکی

126

3

8

9.81 2.96 10

8.38 10

c

588.6 / 5620 rad s rpm

اين عدد به سرعت طراحي خيلي نزديك است. توصيه مي شود از ياتاقان ھاي متفاوتي ويا محوري با سختي

بيشتري استفاده شود.

ليانو براي محاسبه خميدگي محور تئوري كستيگ 2-4-5 قرار گرفته باشد برابر است با : M، در تير راستي كه تحت گشتاور خمشي Uانرژي كرنش ،

)8-5 ( 2

2

M dxU

EI

ليانو را مي توان براي محور ھاي با سطح مقطع غير ثابت براي محاسبه معادله انرژي كرنشي كستيگ

خميدگي وسرعت ھاي بحراني بكاربرد.

5-4مثال حت بارتكي متمركز محاسبه كنيد.نشان داده شده را ت 5-20خميدگي محوري پله اي كه در شكل

حل

انرژي كرنشي كل ناشي از خمش برابر است با:

2

1 22

M dxU U U

EI

1x، انرژي از 2U، و 1Lتا 0xانرژي از 1Uكه در آن L تاL .مي باشد

در حالت كلي ، براي ھر مقطع تير بايستي انرژي كرنشي را لحاظ نمود ، يعني بين بارھا وبين ھر تغئير مقطع

محور.

يم:با تصوير نمودن بارھا در امتداد عمودي دار

1 2 R R W با گرفتن گشتاور حول ياتاقان سمت چپي :

12

WLR

L

Page 127: طراحی مکانیکی

127

محور پله اي با بار يگانه 5-20شكل

بنابراين :

11 (1 )

LR W

L

1R، گشتاوررا مي توان بر حسب 1Lتا 0xبا جداكردن تير بين نقاط x.بيان نمود

1

1

2 23 321 1 11

1 01 1 1

0

(1 / ) (1 / )( )

2 6 6

L

L W L L x W L L LR xU dx

EI EI EI

1xبا جداكردن تير بين نقاط L تاL 2، گشتاوررا مي توان بر حسب ( )R L xن نمود.بيا

1

1

2 2 2 2 32 1

22 1

0

( ) / ( /3)

2 2

L

L

L

R L x WL L L x Lx xU dx

EI EI

2 2 3 3

3 3 2 21 11 12

1

( )3 32

W L L L

L L L L LLEI L

1 2 U U U

2 3

1 1

1

(1 / )

6

W L L L

EI

Page 128: طراحی مکانیکی

128

2 2 3 3

3 3 2 21 11 12

1

( )3 32

W L L L

L L L L LLEI L

حاصل مي گردد: W، خميدگي محور درمحل بار Wبا مشتق گيري از رابطه باال برحسب

3 21 1 1

21

4 22

6

dU L WL WLy W

dW EI L L

)9-5 (2 3 3

2 21 11 12

2

2

3 36

WL L LL L LL

EI L

4 4 4 20

1( ) (0.045 0.02 )

64 64

id d

I

7 41.9343 10 m

4 2

7 42

(0.04 0.02 )1.1781 10

64

I m

125با جايگزين نمودن 9.81 W N ،1 0.2L m ،0.5L m ،9 2200 10 / E N m ،

1I2وI طه بارگذاري حاصل مي گردد: خميدگي محور در نق 5- 9در معادله4/ 1.05372 10 y dU dW m وبنابراين اولين فركانس بحراني اين محور با كاربرد معادله تقريبي

تعئين مي شود: 5- 1

4

9.81305.121 / 2913

1.05372 10 c rad s rpm

براي طراحي محورھاي انتقال ASMEدستورالعمل 5-5

تيفنس ( ا 50) شكست ناشي از خستگي مسبب 1980طبق برآورد فوكس واس ه شكست ھاي 90ت درصد ھمابر د. بن ي باش انيكي م راي مك ي ب ي، چالش ه طراح تگي در مرحل ي از خس ان شكست ناش ودن امك اظ نم اين لح

نش نشان 5-21مھندسين است. شكل داد سيكل ھاي ت ا تع والد را ب راي ف ، تغئيرات مشخصه مقاومت خستگي بوار 710تا 610مي دھد. در فوالدھاي با مقاومت پائين بين سيكل ھاي ده، حالت " ھم ر خورن تحت شرايط غي

ه دچار ن ، قطع د از اي داد سيكل ھاي تنش بع د وصرف نظر از تع شدگي " در اين منحني تغئيرات رخ مي دھا " حد نش دوام " ي وار از منحني " ت ن بخش ھم ا اي اظر ب شكست ناشي از خستگي نخواھد شد. مقدار تنش متن

خستگي " ناميده مي شود.

Page 129: طراحی مکانیکی

129

نمودار نوعي سيكل تنش براي انواع فوالدھا 5-21شكل

يكلي ي س اي خمش ذاري ھ ي از بارگ ت تركيب ه تح الي ك ا توخ وپر ي ي ت اي دوران ي محورھ ور طراح ه منظ ب

ائي ASMEمحدودي قرار مي گيرند ،دستور العمل طراحي ويكنواخت پيچشي براي طول عمر ( انجمن امريكرد. روش ان ASMEمھندسين مكانيك ) براي محورھاي انتقال را مي توان بكار ب ل اطمين دازه مناسب و قاب ان

راي ي طراح بايستي از استحكام وسختي محور ب د ول محور را براي تامين طول عمر مكفي مشخص مي نمايا از محدود سا رازي ھ اھم ت ه نمودن ن ا وكمين ده ھ د چرخ دن رو مانن ال ني ختن خميدگي ھاي در محل اجزاء انتق

ه ا در دامن رزش ھ ه از ل طريق درزبندھا وياتاقان ھا اطمينان يابد. بعالوه سختي محور بايستي به نحوي باشد ك عملكرد دوراني آن، اجتناب گردد.

تست از:معادله براي تعئين قطر محور توپر عبار

)10-5 (

1/322

32 3

4

s

e y

n M Td

N/2، حد دوام Nm ، (e )گشتاور خمشي ( M، ضريب ايمني ، sn)،m، قطر(dكه m ، (T

N/2، تنش تسليم ( y) ، و Nm،گشتاور پيچشي ( m.مي باشد (

زان دقت روش معموال ترديدھايي در رابطه با چگونگي سطح عملي اده ومي زان مقاومت م بارگذاري قطعه ،ميار مي دھا بك ا وتردي ام ھ ن ابھ راي بحساب آوردن اي ي ب ھاي مدل سازي وجود دارد. معموال ضريب ھاي ايمنن ين اي ردد. ھمچن ين مي گ ول درگذشته تعئ ل قب رد قاب ه عملك ي معموال براساس تجرب روند. مقدار ضريب ايمن

ابعي از عواق طح ت ايي از س وان راھنم د. بعن ي باش ي م زايش ضريب ايمن امين اف ه ت ه وھزين ت قطع ب شكس ) اعداد زير را توصيه نموده است. 1957مقدارھاي نوعي ضريب ايمني براساس مقاومت، ويدوسك (

1.25 1.5 گيرند که : برای مواد قابل اطمينان در شرايط کنترل شده که تحت بارھا وتنش ھايی قرار

قطعا معلوم باشند. 1.5 2 برای موادی بخوبی شناخته شده در شرايط محيطی که به نحو معقولی ثابت باشند وتحت بارھا :

وتنش ھای معلوم قرار گرفته باشند. 2.5 3 مواد کمتر شناخته شده که تحت شرايط متوسط بارھا ، تنش ومحيطی قرار داشته باشند. : برای

3 4 .برای مواد آزمايش نشده که تحت شرايط متوسط بارھا ، تنش ومحيطی قرارگيرند :

Page 130: طراحی مکانیکی

130

3 4 نامطمئن بار گذاری ، تنش ومحيطی قرار گيرند. : برای مواد بخوبی شناخته شده که تحت شرايط

برآورد می گردد. در اين جا گروھی از ضريب ھای 5- 11برای يک عضو مکانيکی با معادله eحد دوام ،

تعديل کننده به حد دوام نمونه آزمايش شده ای برای لحاظ نمودن آثار اندازه ،بار ودما بکار رفته است. )11-5 (e a b c d e f g ek k k k k k k

، ekضريب دما ، dk، ضريب قابليت اعتماد ، ck، ضريب اندازه ، bk، ضريب سطح ، akکه ،

ضريب آثار متفرقه ، gkضريب تمرکز تنش ، fkضريب سيکل کاری ، حد دوام نمونه آزمايش ،

)2/N m.(

بيشتر باشد ، در اينصورت قطعه نھايتا بعلت خستگي دچار شكست مي eاگر تنش در محل مورد نظر از

گردد( يعني قطعه داراي طول عمرمحدودي خواھد بود).) رابطه ھاي تقريبي زير را بين حد دوام نمونه آزمايشي ومقاومت كششي نھائي(فقط براي 1987ميشكه (

فوالدھا) تعئين نموده است:1400uts) براي 12-5( MPa 0.504 e uts

1400uts) براي 13-5( MPa 700 e MPa

ضريب پرداخت سطح از رابطه زير تعئين مي گردد:

)14-5 ( ba utsk a

تعئين مي شوند: 5-3از جدول bو aمقدارھاي

ضريب ھاي پرداخت سطح 5- 3جدول

a )MPa (bميزان پرداخت سطح

0.085- 1.58صيقلي M/C 0.265- 4.51 يا سردكشيده

0.718- 57.7نورد گرم شده 0.995- 272.0 آھنگري شده

) محاسبه نمود:5-16) يا (5- 15را مي توان از معادله ( bkضريب اندازه

50d) ( براي 15-5( mm (0.1133( )7.62b

dk

Page 131: طراحی مکانیکی

131

50d) (براي 16-5( mm (0.191.85 bk d

بعنوان تابعي از قابليت اطمينان نامي مطلوب تعئين مي گردد. 5- 4از جدول ckضريب قابليت اطمينان

محورھاي انتقال ASMEن براي كاربرد در معادله ضريب ھاي قابليت اطمينا 5-4جدول

ckقابليت اطمينان نامي محور

0.5 1.0 0.9 0.897 0.99 0.814 0.999 0.753

57براي دماي بين C 204وC، ضريب دما ،dk را ميتوان برابر واحد در نظر گرفت . در مدارك

ضرايب دماي خارج از اين دامنه موجود است. ASMEاستاندارد براي بحساب آوردن بارگذاري سيكلي وارده بر محورمانند ، توقف ھا وشروع ekكاربرد ضريب سيكل كاري

به حركت ھا، اضافه بارھاي گذرا، بارگذاري ناگھاني وغيره مي باشد وبراي كمي كردن آن نياز به آزمايش براي مثال ھايي كه در اين فصل ارائه شده برابر واحد درنظر گرفته ekخستگي از نمونه اوليه قطعه است.

مي شود.براي بحساب آوردن منطقه ھاي تمركز تنش مانند ، شيارھا، سوراخ ھا ، fkضريب تمركز تنش خستگي

ين مي گردد:جاي خارھا وشانه ھا ، بكار مي رود. اين ضريب از رابطه زير تعئ

)17-5 (1

f

f

kK

fK :ضريب تمركز تنش خستگي قطعه است كه به شكل زير تعئين مي شود

)18-5 (1 ( 1) f tK q k

q حساسيت شيار ، وtk .ضريب تمركز تنش ھندسي مي باشد

5-5و جدول 5-25تا 5-22مقدارھاي حساسيت شيار وضريب ھاي نوعي تمركز تنش ھندسي در شكل ھاي داده شده است.

براي جاي خارھا در محورھاي فوالدي fkضريب ھاي تمركز تنش خستگي 5- 5جدول

نوع فوالد نوع جاي خار پروفيله معمولی

200BHN 0.63 0.77با سختی کمتر از ری شدهتابکا 200BHN 0.5 0.63آبداده وکشيده با سختی بيشتر از

Page 132: طراحی مکانیکی

132

شاخص حساسيت شيار در مقابل شعاع شيار براي دامنه اي از فوالدھايي كه تحت اثر خمش معكوس يا بارھاي 5-22شكل

محوري معكوس قرار گرفته اند.

محوري با يك گوشه تحت خمش يضريب ھاي تمركز تنش برا 5- 23شكل

ضريب ھای تمرکز تنش برای محوری شيار دار که تحت خمش قرار گيرد 5-24شکل

Page 133: طراحی مکانیکی

133

که تحت خمش قرار گيردضريب ھای تمرکز تنش برای محوری با سوراخ عرضی 5-25شکل

برای بحساب آوردن تنش ھای باقيمانده ، عمليات حرارتی، خوردگی ، پوشش gkضريب آثارمتفرقه

برابر واحد gkھای سطحی ،ارتعاشھا ، بارگذاری ھای محيطی وغيرعادی بکار می رود. در اين فصل

ی شود.در نظر گرفته م براي اجتناب از شكست ناشي از خستگي ، اصول زير عموما بايستي ھنگام طراحي رعايت گردد:

محاسبه ھا بايستي امكان كاربرد ضريب ايمني مناسب بويژه در مواردي كه تمركز تنش رخ دھد ( مانند، جاي خارھا ، شيارھا ، تغئير مقطع ھا ) را فراھم سازند.

عاع ھاي مناسب وحتي االمكان زياد وشيارھاي كاھش دھنده تنش وغيره در در تغئير مقطع ھا ، ش نظر گرفته شود.

موادي انتخاب گردد كه در صورت امكان داراي تنش ھاي خستگي محدود باشند مانند غالب فوالدھا.

از شكل ھاي مناسبي از عمليات سطحي مانند ، ساچمه زني ، سخت كاري سطحي، نيتروژن زني ه گردد. از عملياتي كه تنش ھاي كششي باقيمانده ايجاد نمايد مانند آبكاري ،اجتناب گردد.، استفاد

.پرداخت سطحي دقيق و مناسبي لحاظ گردد .از شرايط خورنده اجتناب گردد .در صورت امكام ازكاھش دھنده ھاي تنش، بويژه بعد از جوشكاري استفاده شود

5-5مثال

طراحي محورھاي انتقال نيرو، قطر كمينه مناسب محورگرداننده وفق شكل براي ASMEبا كاربرد معادله متشكل از چرخ دنده اي كه در ميانه اين محورنصب گرديده وچرخ پولي كه بصورت پيشامده نصب شده 26-5

1000utsبا 817M40را تعئين نمائيد. محوربايستي از فوالد آلياژي نورد گرم شده MPa ،

770y MPa 220وسختي برينلي تقريبي BHN ساخته شود. شعاع گوشه ھا در محل نصب چرخ دنده

است. قطر 900rpmدر 8kWمي باشد. تواني كه بايستي منتقل شود برابر3mmوشانه پولي ھا برابر

مي باشد. 250mmوقطر پولي برابر 192mmبرابر 20خ دنده صاف با زاويه فشاري دايره گام چردر نظر 2.5برابر است. نسبت كشش تسمه بايستي 10kgو 8جرم ھاي چرخ دنده وپولي به ترتيب برابر

Page 134: طراحی مکانیکی

134

گرفته شود. از خارھاي پروفيله براي انتقال گشتاور پيچشي درچرخ دنده وپولي استفاده شده است. قابليت مي باشد. قطر محور را در محاسبه ھا ثابت فرض نمائيد. %90اطمينان نامي مطلوب محور

5-5محور انتقال نيرو در مثال 5-26شكل

حل

برای محورھای انتقال ، ترکيب بيشينه گشتاور پيچشی وگشتاور ASMEبمنظور کاربرد معادله طراحی محور زيرا اين خمشی بايستی تعئين گردد. رويکرد مناسب عبارتست از تعئين نمودار گشتاورخمشی کلی برای

اطالعات ممکن است در ساير محاسبات طراحی مانند محاسبه خميدگی بکار رود. بارگذاری روی محوررا می توان در ھردو صفحه افقی وعمودی تصوير شده وبايستی در تعئين گشتاور ھای

ای چرخ ، بارگذاری ترکيبی روی محور ناشی از نيروھ 5-27روی محور لحاظ گردد. شکل برآيندخمشی دنده ، جرم چرخ دنده ، کشش ھای تسمه وجرم پولی را نشان می دھد. از جرم خود محور صرفنظر شده است. نيروی کششی روی تسمه پولی در طرف " سفت تسمه " از طرف " شل تسمه" بيشتراست ونسبت بين اين دو

2.5نيروی کششی معموال بصورت نسبت مشخص می گردد که در اين حالت می باشد. 1: است. 8000Wتوان انتقال يابنده توسط اين محور برابر

گشتاور از رابطه زير تعئين می گردد:

8000

(2 / 60) 900

/ توان = گشتاور پيچشی

84.9Nm

مورد بحث قرارخواھد گرفت ، در اين جا فقط كشش ھا بعنوان 8تسمه ھا با تفصيل بيشتري در فصل

ضرورتي براي حل مسئله لحاظ مي گردد.1نسبت نيروھاي كششي در تسمه عبارتست از : 2/ 2.5T T 1، بنابراين 22.5T T .

Page 135: طراحی مکانیکی

135

5-5بارگذاري محور در مثال نمودار 5-27شكل

گشتاور موثر بر پولي برحسب نيروھاي كششي تسمه با رابطه زير تعئين مي گردد:

1 2 p pT r T r گشتاور پيچشي

2 2 22.5 1.5 p p pT r T r T r

كشش ھاي وارد بر تسمه برابر است با:

2 84.9 /(1.5 0.125) 452.8 T N

1 22.5 1131.8 T T N

مالحظه خواھد شد. در اينجا رابطه ھاي مرتبط با 6تفصيل در فصل نيروھاي وارده بر چرخ دنده ھا با

اين مسئله، ضرورتا بيان شده ودر حل مسئله بكار خواھد رفت. يك چرخ دنده ھم تحت اثر بارگذاري قرار مي گيرد. بارگذاري شعاعي با رابطه زير بيان مي شود: 5- 24شعاعي وھم محيطي وفق شكل

tFشعاع دايره گام / گشتاور پيچشي

84.9

884.40.192 / 2

t

g

TorqueF N

r

tanrبارشعاعي با رابطه tF F تعئين مي گردد كه .زاويه فشاري مي باشد

tan 884.4 tan 20 321.9 r tF F N

Page 136: طراحی مکانیکی

136

توجه كنيد كه ھنگام تعئين نمودار ھاي افقي وعمودي گشتاور خمشي ھم بارھاي انتقالي وھم وزني بايستي لحاظ گردند.

نشان داده شده است. 5-28بارھاي عمودي بر محور در شكل

نمودار بارھاي عمودي 5-28شكل

: Aگشتاورھا حول نقطه

1 2 1 2 1 2 3( ) ( ) ( ) 0 r g V pF m g L R L L m g L L L

2 1 1 2 3

1 2

1[( ) ( )]

( )

V r g pR F m g L m g L L LL L

1[(321.9 8 9.81) 0.12 (10 9.81) 0.3]

(0.12 0.08)

387.4

N

وھاي عمودي داريم : نير برآيندبا تعئين

1 2 V V r g pR R F m g m g

بنابراين :

1 321.9 78.5 98.1 387.4 111.1 VR N

نمودار بارگذاري افقي 5-29شكل

Page 137: طراحی مکانیکی

137

برابر است با: Tنشان داده شده است. نيروی کشش کل 5- 29بارھای افقی وارده بر محور در شکل

1 2 1131.8 452.8 1585T T T N

: Aگشتاور حول نقطه

1 2 1 2 1 2 3( ) ( ) 0t HF L R L L T L L L

بنابراين :

1 1 2 32

1 2

( )

( )t

H

F L T L L LR

L L

(884.4 0.12) (1585 0.3)

29080.2

N

نوشتن شرط تعادل نيروئی در جھت افقی:

1 2H H tR R F T

در اين صورت:

1 884.4 1585 908 438.5HR N

حال می توان نمودارھای گشتاور خمشی را تعئين نمود. ممکن است بياد آوريد که گشتاور خمشی جمع

جبری گشتاور نيروھای خارجی وارده بر يک طرف مقطع ، حول محوری که از اين مقطع عبور کند می شد. با

) عبارتند از:5-30(شکل Cو Bگشتاورھای خمشی عمودی در نقاط

1 1 111.1 0.12 13.3BV VM R L Nm

1 1 2 2( ) ( )CV V r gM R L L F m g L

111.1 (0.12 0.08)

(321.9 8 9.81)0.08 9.810Nm ) عبارتند از:5-31(شکل Cو Bگشتاورھای خمشی افقی در نقاط

1 1 438.5 0.12 52.62BH HM R L Nm

Page 138: طراحی مکانیکی

138

1 1 2 2( ) ( )CH H tM R L L F L

438.5 0.2 884.4 0.08

158.5Nm

عمودینمودار گشتاور خمشی 5-30شکل

نمودار گشتاور خمشی افقی 5-31شکل

برآيندنمودار گشتاور خمشی 5-32شکل

در ھريک از اين نقاط تعئين می برآيندبا محاسبه گشتاور ھای خمشی برآينداور خمشی نمودار گشت گردد.

2 2(13.3) ( 52.62) 54.27BM Nm

2 2( 9.81) ( 158.5) 158.8CM Nm

Page 139: طراحی مکانیکی

139

می توان مشاھده نمود که گشتاور خمشی بيشينه در ياتاقان سمت راست رخ می دھد. 5-32از شکل

بکار رود. ASMEمقدار اين گشتاور خمشی بيشينه بايستی در معادله طراحی ھدف بعدی ، تعئين حد دوام محور وضريب ھای تعديلی مربوطه می باشد. ماده تشکيل دھنده محور فوالد

حد دوام نمونه آزمايشی در صورت نامشخص بودن از رابطه تقريبی نورد گرم شده است و0.504 e uts 817برآورد می گردد. تنش کششی نھائی برای فوالدM40 1000برابرMPa

770yو MPa 0.504می باشد. بنابراين 1000 504e MPa .

، 5-3وجدول 5- 14شده است ، بنابراين از معادله ماده نورد گرم 0.71857.7(1000) 0.405b

a utsk a .تعئين می گردد ،

باشد ، ضريب اندازه با کاربرد رابطه 30mmبا فرض اين که قطر درحدود 0.1133 0.1133( / 7.62) (30 / 7.62) 0.856bk d حاصل می شود. اگر اندازه اين محور

، تفاوت زيادی داشته باشد ، بايستی محاسبات تکرار گردد تا نھايتا مقدار فرض شده 30mmنسبت به ھمگرا گردند. ومقدار محاسبه شده نھائی برای قطر محور

0.897ckاست ، دراين صورت %90قابليت اطمينان مطلوب برابر .

1dkاين مسئله مشخص نشده است ، بنابراين مقدار ضريب دما دمای کار در .فرض می شود

1ekضريب سيکل کاری .فرض می گردد

است. نسبت شعاع ھا برابر است با : 3mmشعاع گوشه در شانه ھا برابر

/ (3 3 30) /30 36/30 1.2D d و/ 3/30 0.1r d 23. بنابراين از شکل-

1.65tkضريب تمرکز تنش ھندسی برابر است با 5 شاخص حساسيت شيار برای 5- 22. از شکل

0.9qبرابر 3mmبا شعاع شيار 1000MPaماده با مقاومت .می باشد

1 ( 1) 1 0.9(1.65 1) 1.59f tK q k

1/ 1/1.65 0.629f fk K

1gkضريب متفرقه برابر با .فرض می شود

حال می توان حد دوام را محاسبه نمود:

e a b c d e f g ek k k k k k k

0.405 0.856 0.897 1 1 0.629e

1 504 98.6MPa

اب ده ای انتخ ناخته ش وبی ش اده بخ ه م ائی ک رار دارد ، از آنج ومی ق ذاری معل اثير بارگ ه تحت ت ده ک ش2snضريب ايمنی را می توان برابر ه تفاده از معادل ا اس ASMEدر نظر گرفت. حال، قطرمحور ب

تعئين می گردد:

Page 140: طراحی مکانیکی

140

1/322

32 3

4

s

e y

n M Td

1/32 2

6 6

32 2 158.8 84.90.75

98.6 10 770 10

0.032m

تگی نش خس دازه وضريب ت ابی ان رای ارزي ه ب د ک داری می باش ه مق دار، نزديک ب ن مق ه اي ائی ک از آنج

به تکراری بيشتری ضروری نمی باشد. به منظور تسھيل در ساخت ، ممکن محورفرض شده است، محاسه بصورت ائی ک دازه ھ ا ان ول شده در شرکت ي تاندارد قب دازه اس رين ان است اصالح اين قطر به نزديک ت

ا سب م 35mmحاضر وآماده از تامين کنندگان خريداری می شود ضروری باشد ، دراين حالت اندازه ن) 1982-(شوبرت Machinery’s Handbookاست. اندازه ھای استاندارد را می توان در منابعی مانند

يافت. يکی از مزيت ھای کاربرد اندازه ھای استاندارد استفاده از ياتاقان ھای استانداردموجود می باشد.

نتايج 6-5

ا ه بايستی روی محور نصب طراحی محور شامل لحاظ نمودن مشخصه ھای جانم اتی ک ئی اجزاء وقطعگردند، ابعاد ويژه ورواداری ھای مجاز ، مواد، خميدگی ھا ، پاسخ فرکانسی ، طول عمر ومحدوديت ھای ائی رای جانم ا و وسايل مختلفی ب انه ھ ا وش ه ھ اربرد پل ن فصل ک در توليد وساخت محورمی باشد. در اي

ا و روش ھای ونصب قطعات واجزاء وروش ھای محاسبه ی آن ھ ا وسرعت ھای بحران دگی محورھ خميرای طول عمر معينی د ب تعئين قطر کمينه محورھا ئی که تحت گشتاورھای پيچشی وخمشی قرارمی گيرن

مورد بررسی ومطالعه قرار گرفت.

فھرست منابع وچشمه ھاي اطالعاتي

كتاب ھا ومقاله ھا:

Page 141: طراحی مکانیکی

141

استانداردھا:

Page 142: طراحی مکانیکی

142

کاروتمرين

مپرسور ھوا مشتمل بر چھار ديسک(پروانه) کمپرسور است که بر روی محوری فوالدی به يک ک 5- 1قرارگرفته اند. محور در دو انتھايش دارای تکيه گاه 5-33از يکديگر مطابق شکل 50mmفاصله ھای

. با کاربرد روش مکلی، خميدگی محور در می باشد 18kgساده است. جرم ھر ديسک کمپرسور برابر ريتز، فرکانس بحرانی اوليه اين –محل نصب ھر ديسک را محاسبه نموده وبا استفاده از معادله ريلی

می باشد. 0.03mوقطر درونی آن 0.05mمحور را محاسبه نمائيد. قطر بيرونی محور برابر

محور کمپرسور ھوا 5-33شکل

که با آن بصورت ھم 13.56kg، با توربينی به جرم 22.63kgچرخ پروانه کمپرسوری به جرم 5- 2

). اين محور از فوالد با ضريب يانگ 5- 34نگاه کنيد به شکل (محور نصب شده ، گردانده می شود2207 /E GN m 10000ساخته شده است. سرعت طراحی برابرrpm می باشد. قطر محور را به

را 2000rpmباشد، يعنی حاشيه ايمنی 12000rpmنحوی تعئين کنيد که سرعت بحرانی اول برابر تامين نمايد. معادله ريلی را بکار برده وياتاقان ھا را سخت ومحور را بدون جرم فرض نمائيد.

Page 143: طراحی مکانیکی

143

محور مشترک توربين وکمپرسور 5-34شکل

اتاقان ھايی به صورت تکيه گاه ساده نصب بر ي 5-35محور يک توربوشارژر پژوھشی وفق شکل 5- 3

شده است. با فرض اين که در اين ياتاقان ھا ھيچگونه خميدگی وجود نداشته وجرم محور ناچيز با شد، دو و قطر 2.5kg، جرم توربين 3kgفرکانس بحرانی اوليه محور را تعئين کنيد. جرم کمپرسور

2200می باشد. ضريب يانگ را برای فوالد برابر 0.02mحورفوالدی برابر م /GN m در نظر بگيريد.

توربوشارژر 5-35شکل

ارژر، دو فرکانس بحرانی اوليه محور آن طبق ترتيبات بعنوان بخشی از طراحی مقدماتی يک توربو ش 5- 4

را با بيان ھر فرض مورد نظر، تعئين کنيد. برای کمک به محاسبه ھا ، 5- 36نشان داده شده در شکل

22a 73.2594926را برابر 10 m 2200وضريب يانگ را برابر /GN m بگيريد. در نظر

محور توربوشارژر 5- 36شکل

- 37بعنوان اولين گام در طراحی توربوشارژرتجربی ، دوفرکانس اوليه بحرانی محوری که در شکل 5- 5بيان نمائيد ،ضريب يانگ را برابر نشان داده شده را محاسبه نموده وھر فرضی در اين مورد لحاظ شود 52200 /GN m .در نظر بگيريد

Page 144: طراحی مکانیکی

144

است) mmمحور توربوشارژر ( ابعاد برحسب 5- 37شکل

رای ھر فرض در را تعئين نمائيد وب 5- 38دوفرکانس اوليه بحرانی محور نشان داده شده در شکل 5- 6

نظر گرفته شده نتايج عملی بيان شده را مورد بحث قراردھيد. ضريب يانگ برای فوالد برابر 2200 /GN m .می باشد

نمودار بارگذاری محور 5- 38شکل

برای محاسبه خميدگی ھا ، فرکانس بحرانی محور فوالدی نشانداده شده انولي با کاربرد تئوری کستيگ 5- 7 را محاسبه نمائيد. از جرم محور صرفنظر شود. 5-39در شکل

) mmمحور پله ای ساده وبارگذاری (ابعاد برحسب 5-39شکل

Page 145: طراحی مکانیکی

145

نشان داده 5- 40ی را که پارامترھای بارگذاری آن در شکل قطرمحور گرداننده نقاله زنجير 5- 8در ميانه طول 90kgبه وزن 500mmشده را تعئين نمائيد. يک چرخ زنجير غلتشی با قطر گام

125kgو وزن 400mmبين دو ياتاقان نصب شده است. چرخ زنجير غلتشی ديگری به قطر ساخته شده و 070M20 روی بخش پيشامده محور نصب گرديده است. محور گرداننده از فوالد

65سرد کشيده شده است. دمای کارمحور از بصورت C تجاوز نمی کند ومحيط کارغيرخورنده

، %90سيکل با نرخ دوام 810ر محدود بزرگتر از می باشد. محور بايستی برای طول عمر غيرا دارا بوده وبا سرعت 1600Nmطراحی گردد. اين محور گشتاورپيچشی پايدار محرک

36rpm يشامده واز خار پروفيله برای نصب دوران می کند. از خار معمولی برای نصب پولی پ اقتباس شده است). ASME B106.1M,1985 پولی ميانی استفاده می شود ( اين مثال از استاندارد

) mmمحور گرداننده نقاله زنجيری ( ابعاد برحسب 5- 40شکل

5-41رگذاري محور گرداننده يك خودروي ويژه حركت روي برف در شكل شكل ھندسي وبا 5- 9نشان داده شده است. تصميم ھاي طراحي كه براي برنامه ريزي در مورد ترتيب ھاي كلي اين محور بايستي انجام شود را مورد بحث قرارداده وخالصه نويسي نموده ودر صورت لزوم شكل ھاي شمائي

ئيد. مربوطه را نيز ارائه نما

مي باشند) mmشكل شمائي ھندسه وبارگذاري محور يك خودروي برفي با تسمه غلتنده (ابعاد برحسب 5-41شكل

12kWي برابرباشد. توانمورد نياز مي 5-42محوري براي چرخ ھاي زنجير وفق شكل 10-5و 254.6mmمنتقل مي گردد. جرم چرخ زنجير ھا با قطرھاي 100rpmدر سرعت

Page 146: طراحی مکانیکی

146

460.8mm 5به ترتيب برابرkg16.3وkg .ماده انتخاب شده براي اين محور، فوالد مي باشد

817M40 850 سردشده وكشيده باuts MPa 700وy MPa است. گشتاورپيچشي بين

محور وچرخ ھاي زنجير با خارھائي كه در جاي خارھاي پروفيله قرار گرفته اند تامين مي گردد. براي طراحي محورھاي انتقال نيرو در صورتي كه ASMEقطر كمينه اين محور را برمبناي معادله

در 60mmموردنظر باشد ، تعئين كنيد. قطر تقريبي اوليه اين محور را برابر %90قابليت اعتماد نظر بگيريد.

ان زنجير گرد 5- 42شكل

جواب ھا

1 -5

6 61 2

6 63 4

1.929 10 , 3.100 10

3.100 10 , 1.929 10

1923.8 / 18371

w w

w w

y m y m

y m y m

rad s rpm

2 -5 67d mm 3 -5 1 21660 / , 3017 /rad s rad s

4 -5 1 2985.3 / , 2949 /rad s rad s

5 -5 1 21153 / , 1703 /rad s rad s

6 -5 1 21521.6 / , 432.8 /rad s rad s

7 -5 482.3 /c rad s 8 -5 74mm اين مسئله جواب يگانه ای ندارد 5- 9

10-5 58mm

Page 147: طراحی مکانیکی

147

ھدف ھای آموزشی حاصل شده

را روی محورھا روش ھای متفاوت جانمائی ونصب اجزاآيا می توانيد تشخيص دھيد؟

5- 2بخش

روش مناسبی برای نصب وجانمائی جزء معينی را آيا می توانيد 5-2بخش ؟ ائيدنمروی يک محور انتخاب

اجزاء استانداردبتوان طرحی برای طراحی محوری تھيه نمائيد که آيا می توانيد

5-1ماشين را روی آن جانمائی ونصب نمود؟ بخش

5-4-2و 5-4- 1 ھای بخش راتعئين نمائيد؟ ی خميدگی محور آيا می توانيد

5- 4اين توانائی را داريد که دوفرکانس اوليه بحرانی يک محور را محاسبه کنيد؟ بخش آيا

برای طراحی محورھای ASMEنيد قطر يک محور را با کاربرد معادله آيا می توا 5-5ش انتقال نيرو تعئين نمائيد؟ بخ

Page 148: طراحی مکانیکی

148

6 چرخ دنده ھا

چرخ دنده ھا، چرخ ھای استوانه ای دندانه داری می باشند که برای انتقال توان مکانيکی از يک محور باشند. در اين فصل انواع مختلف دورانی به ديگری کاربرد دارند. انواع متنوعی از چرخ دنده ھا رايج می

چرخ دنده وجزئيات طراحی آن ھا وبويژه مشخصات ونحوه انتخاب چرخ دنده ھای صاف مورد بحث قرار می گيرد.

ھدف ھای آموزشی

در انتھای اين فصل شما بايستی : .با واژه شناسی چرخ دنده ھا آشنا باشيد دھای مختلف انتخاب کنيد.بتوانيد نوع مناسب چرخ دنده ھا را برای کاربر .بتوانيد نسبت ھای رشته ھای چرخ دنده را تعئين نمائيد .توانائی تعئين تنش خمشی برای چرخ دنده ھای صاف را با کاربرد فرمول لوئيس داشته باشيد توانائی انتخاب چرخ دنده ھای مناسب برای جعبه دنده ھای مرکب را با کاربرد چرخ دنده ھای صاف

يد.داشته باش بتوانيد چرخ دنده ھای مناسب را برای يک جعبه دنده اپی سيکليک با استفاده از چرخ دنده ھای

صاف، انتخاب کنيد.

مقدمه 1-6

)، موتورھای ICبسياری از ماشين ھای توليد توان ، يا گرداننده ھای اصلی ، مانند موتورھای احتراقی داخلی(ی، توان را به شکل حرکت دورانی توليد می نمايند. مشخصه ھای توربين گازی صنعتی و موتورھای الکتريک

بحث شد 3- 4، بخش 3عملکردی گرداننده ھای اصلی بروفق نوع واندازه آن ھا ھمانطوری که در فصل سرعت يک گرداننده اصلی –،تغئير می کنند ودر غالب موارد تغئير در سرعت برای تبديل مشخصه گشتاور

ی ضروری می باشد. ھنگام انتقال توان از منبعی به نقطه کاربرد مورد نياز يک به مشخصه خروجی مفيدرشته ازدستگاه ھامانند چرخ دنده ھا ، تسمه ھا ، پولی ھا ، زنجير ھا ، سامانه ھای ھيدروليکی والکتريکی

وده وزنجيرھا موجود می باشند. در حالت کلی اگر فاصله ھای انتقال توان زياد باشد ، چرخ دنده ھا مناسب نبمعرفی شده اند ،بايستی لحاظ شوند. ولی در صورتی که گرداننده ای فشرده ،کارآمد 8وتسمه ھا که در فصل

يا با سرعت زياد مورد نياز باشد رشته ھای چرخ دنده جوابی مناسب ورقابتی عرضه می کنند. مزايای ديگر ل بندی تقريبا با ھر زاويه ای بين ورودی گرداننده ھای چرخ دنده ای عبارت از ،برگشت پذيری ، شک

وخروجی ومناسب بودن برای کار در شرايط سخت کاری می باشد. تغئير سرعت با گرداندن ديسک ھائی با قطر ھای مختلف در تماس با يکديگر بسادگی حاصل می شود. شکل

نمونه ھای ساده ای 6-2کل برای محورھای موازی ويا کاربرد مخروط برای تغئير زاويه انتقال طبق ش 6- 1

Page 149: طراحی مکانیکی

149

از اين نوع کاربرد می باشند. ليکن در اين حالت ھای ساده ، ظرفيت انتقال گشتاورپيچشی گرداننده ھای کاکی سطح ھای آن ھا محدود می گردد. افزودن دندانه به سطوح در اصطديسکی ومخروطی بواسطه خواص

ئن درھمزمانی نموده وظرفيت انتقال گشتاور پيچشی تماس ديسک ھا يا مخروط ھا ، گرداننده را مثبت ، مطم را عمدتا افزايش می دھد.

گرداننده مخروطی 6- 2شکل گرداننده ديسکی يا غلتکی 6- 1شکل

ده اند طبق رشته ھای چرخ دنده ھای ابتدائی که مشتمل بر دندانه يا ميخ ھائی که روی ديسک ھا نصب شمی باشند، دارای اين نقيصه ھستند که نسبت سرعت در آن ھا ثابت نبوده وھنگامی 6-4و 6-3شکل ھای

که دندانه ھا درچرخه درگيری قرار می گيرند سرعت تغئير کرده ومنجر به صداوارتعاش در سرعت ھای زيادتر می شوند.

چرخ دنده ھای ابتدائی 6- 4شکل چرخ دنده ھای ابتدائی 6- 3شکل

امكان پذير مي باشد كه نسبت سرعت ثابتي حل اين مسائل با كاربرد پروفيلي روي دندانه ھاي چرخ دنده

در طول چرخه درگيري دندانه ھا فراھم نمايد. شكل ھاي متعدد ومتنوعي را بدين منظور مي توان بكار اينولوت باعمق كامل اصوال در كارھاي جاري وتخصصي مھندسي كاربرد دارد. برد ، ولي شكل

Page 150: طراحی مکانیکی

150

چرخ دنده ھا به بخش ھاي كلي متعددي تقسيم مي شوند: چرخ دنده ھاي با محورھاي موازي: .1

)a را مالحظه كنيد). 6- 5) چرخ دنده ھاي صاف (شكل )b را مالحظه كنيد). 6-7و 6-6) چرخ دنده ھاي مارپيچي (شكل ھاي )c.چرخ دنده ھاي داخلي (

چرخ دنده ھاي غير موازي ، ھم صفحه (با محورھاي متقاطع): .2 )a مراجعه كنيد). 6-8) چرخ دنده ھاي مخروطي(به شكل )b.چرخ دنده ھاي سطحي( )c.چرخ دنده ھاي مخروطي اينولوت (

محورھاي نا متقاطع). چرخ دنده ھاي غير موازي ، غير ھم صفحه (با .3 )a را نگاه كنيد). 6-9) چرخ دنده ھای مارپيچي با محورھاي متقاطع (شكل )b.چرخ دنده ھاي استوانه اي حلزوني ( )c.چرخ دنده ھاي حلزوني پوشي تكي ( )dشي دوگانه.) چرخ دنده ھاي حلزوني پو )e.چرخ دنده ھاي ھيپوئيدي ( )f. چرخ دنده ھاي اسپيروئيد و ھليكون( )g.(خارج از مركز)چرخ دنده ھاي سطحي ( انواع چرخ دنده ھاي خاص. .4

)a.چرخ دنده ھاي مربع ومستطيل ( )b.چرخ دنده ھاي بيضوي ( )c. چرخ دنده ھاي طومار گون ( )d.چرخ دنده ھاي چند قطاعي (

) ارزان ترين نوع چرخ دنده ھا براي كاربردھاي با محور موازي مي باشند. 6-5چرخ دنده ھاي صاف (شكل

دندانه ھاي مستقيم آن ھا امكان چرخش درگير يا غير درگير را با كاربرد محورلغزشي ومكانيزم ھاي كالچ مي نمايد. كاربردھاي نوعي چرخ دنده ھاي صاف در جعبه دنده ھاي دستي وخودكارخودروھا ، فراھم

گرداننده ھاي ماشين ھاي افزار،سامانه ھاي نقاله اي ، جعبه دنده موتورھاي الكتريكي،مكانيزم ھاي زماني يا سختي سطحي شده ،وگرداننده ھاي ابزارتواني مي باشد. غالب چرخ دنده ھاي تواني ازفوالدھاي سخت شده

ساخته مي شوند. ساير مواد مورداستفاده عبارتند ازآھن ، برنج وبرنز وپلي مرھائي مانند پلي آميد( مانند مانند تافنل). -(الياف تقويت شده با رزين مصنوعي سازي شده SRBFنايلون) ، پلي استال ( مانند درلين) و

ست پي نيون ھا از مواد سخت تري نسبت به چرخ دنده فھرست شده اند. ممكن ا 6-1موارد نوعي در جدول ھاي درگير با آن ھا ساخته شوند ، زيرا دندانه ھاي پينيون ھا بيشتردرمعرض کاروفرسايش قرار می گيرند.

چرخ دنده ھاي فوالدي در غالب موارد بصورت سخت نشده عرضه مي شوند تا جاي خارھا،پيچ ھاي نگھدار كاري وپرداخت به آن ھا اضافه شود. يا ھزارخارھا قبل از سخت

مواد نوعي مورد استفاده در رشته ھاي درگير چرخ دنده ھا وپينيون ھا 6- 1جدول

يون مواد چرخ دنده مواد پين

Page 151: طراحی مکانیکی

151

چرخ دنده صاف 6-5شكل

می 6-6چرخ دنده مارپيچی چرخ دنده ای استوانه ايست که مسير دندانه ھای آن مارپيج ھائی وفق شکل ارپيچی برای انتقال می باشند. چرخ دنده ھای م 30و 15باشند. زاويه ھای رايج برای اين مارپيچ ھا

)، گرداننده توربين ھا ، جعبه دنده 3500rpmتوان برای حالت سخت کاری وسرعت زياد (لوکوموتيوھاوگرداننده ماشين ھای افزار، کاربرد دارند. چرخ دنده ھای مارپيچی عموما از چرخ دنده ھای

ی درگيردر چرخ دنده ھای مارپيچی بجای تماس خطی صاف گرانتر می باشند. نظر به اين که دندانه ھا تماس نقطه ای ايجاد می کنند سطح صدا در آن ھا کمتر از چرخ دنده ھای صاف می باشد. نيروھای ناشی

از درگير شدن چرخ دنده ھای مارپيچی دارای سه مولفه ، شعاعی ، محيطی و محوری می باشند ( طولی ناميده می شوند). ياتاقان ھايی که بعنوان تکيه گاه برای بارھای محوری معموال بارھای رانشی يا

نصب چرخ دنده ھای مارپيچی روی محورھا بکار می روند بايستی توانائی تحمل مولفه محوری يا طولی است. 6- 7را داشته باشند. راه حلی برای اين مسئله، کاربرد چرخ دنده ھای مارپيچی دوگانه طبق شکل

ده ھا نياز به ياتاقان طولی را بلحاظ حذف مولفه ھای نيروی محوری با يکديگر ، مرتفع اين نوع چرخ دن می سازند. اگرچه چرخ دنده صاف ارزان تر است ولی چرخ دنده مارپيچی کوچک تر می باشد.

چدن چدن چدن فوالد كربني فوالد كربني فوالد آلياژي

فوالد آلياژي فوالد آلياژي فوالد آلياژي فوالد سختي سطحي شده

Page 152: طراحی مکانیکی

152

ھای مارپيچیچرخ دنده 6-6شکل

چرخ دنده ھای مخروطی 6-8شکل چرخ دنده ھای مارپيچی دوگانه 6- 7شکل

در چرخ دنده ھای مخروطی دندانه ھا روی قطعات مخروطی کارنشده تراشکاری می شوند ويک جفت رجوع کنيد). چرخ 6- 8صل می نمايند (به شکل چرخ دنده ، دومحور غير موازی متقاطع را بيکديگر مت

دنده ھای مخروطی در گرداننده ھای ديفرانسيلی انتقال نيرو، کنترل شيرھا وابزارووسايل مکانيکی بکار می روند.

Page 153: طراحی مکانیکی

153

مارپيچي با محورھاي متقاطع چرخ دنده ھای 6- 9شکل

- 10چرخ دنده حلزونی ،چرخ دنده ای استوانه ای مار پيچی با يک يا چند شيار است (نگاه کنيد به شکل ) . چرخ حلزونی، چرخ دنده ای استوانه ای است که کناره ھای آن به نحوی تراشيده شده که تماس با 6

چرخ دنده ھای حلزونی برای چرخ دنده ھای جعبه کناره ھای چرخ دنده حلزونی را امکان پذير سازد.فرمان ، بلوک ھای وينچ ، جعبه دنده ھای کم سرعت ، ميزھای گردان وکنترل از راه دور شيرھا کاربرد

دارند. رشته ھای چرخ دنده ھای حلزونی در کاھنده ھای سرعت باال وبارھای زياد ھنگامی که محور بين محورھا رايج ترين شکل از اين 90باشند، کاربرد دارند. زاويه ھاغير موازی وبدون تاثير متقابل

نوع چرخ دنده ھا می باشد. ميزان گرمای ناشی از اصطکاک در چرخ دنده ھای حلزونی زياد می باشد د. بنابراين نياز به روانکاری مداوم وتامين امکان الزم برای دفع حرارت ايجاد شده می باش

چرخ دنده حلزونی 6-10شکل

Page 154: طراحی مکانیکی

154

اگر در رشته چرخ دنده ھا امکان دوران محور بعضی در اطراف محورديگران وجود داشته باشد، اين ). در رشته چرخ دنده ھای 6-11رشته خورشيدی يا اپی سيکليک ناميده می شود(نگاه کنيد به شکل

خورشيدی ھمواره يک چرخ خورشيدی، يک حامل سياره يا بازو ويک يا بيشتر چرخ سياره ای وجود دارد.

چرخ دنده ھای اپی سيکليک (خورشيدی) 6- 11شکل

ل از چرخ دنده ھا نياز به روانکاری مداوم دارند، ودر ھمه مکانيزم ھای چرخ دنده ای ورشته ھای متشک

صورتيکه چرخ دنده ھا دارای سرعت زياد باشند بمنظور مقابله با آثار گريزاز مرکز روی روغن ،روانکاری بايستی با فشار انجام گردد. چرخ دنده ھای پالستيکی که مثال از نايلون ساخته می شوند را

دھا بکار برد ،مزيت اين نوع چرخ دنده ھا عدم نياز آن ھا به روانکاری می می توان در بعضی از کار برباشد،ليکن آن ھا فقط برای کاربردھای با سرعت کم مناسب می باشند. چرخ دنده ھای پالستيکی سطح

صدا را به نحو زيادی کاھش می دھند.ای بيشترين تعداد دندانه ودارای در حالت کلی ، چرخ دنده راننده (پينيون) يک جفت چرخ دنده بايستی دار

مقاومت کافی در مقابل شکست ناشی از تنش خمشی دردندانه ھا باشد. برای قطر مشخصی ھرچه تعداد دندانه ھا بيشتر باشد گام کوچکتر ودرنتيجه دندانه ھا ضعيف تر وآمادگی بيشتری برای شکست خواھند

ای عملکردی قابل دسترس را فھرست نموده دامنه مفيد نسبت دنده ھا ومشخصه ھ 6- 2داشت. جدول است.

دامنه مفيد نسبت دندانه ھا 6- 2جدول

رای چرخ دنده برابر حاصل ضرب عدد صحيحی در تعداد دندانه تعداد دندانه ھای انتخابی ب ھنگامی که

ھای پينيون درگير با آن باشد ، در اين صورت ھر دندانه روی چرخ دنده ھمواره با دندانه مشابھی روی پينيون در ھر دور ازدوران چرخ دنده درگير می شود. اگر بين تعداد دندانه ھای پينيون وچرخ دنده عامل

ھر دندانه روی چرخ دنده با ھر دندانه روی پينيون را در فواصل متوالی منظمی در مشترکی نباشد،

) بھره m/sنوع چرخ دنده نسبت دندانه ھا سرعت خط گام(

6تا 1:1صاف :1 25 98 99% 10تا 1:1 مارپيچی :1 50 98 99%

98 150 15:1تا 1:1 مارپيچی دوگانه 99% 4تا 1:1مخروطی :1 20 5حلزونی 75تا 1: :1 30 20 98% 6تا 1:1مارپيچی متقاطع :1 30

Page 155: طراحی مکانیکی

155

تماس قرار می گيرد که فرکانس تماس بين ھر جفت دندانه برابر سرعت پينيون تقسيم بر تعداد دندانه ھای با افزودن چرخ دنده می باشد. اجتناب از نسبت عدد صحيح بين تعداد دندانه ھا روی چرخ دنده وپينيون

يک دندانه اضافی به چرخ دنده حاصل می گردد البته بشر ط اين که نيازی به نسبت دقيقی بين سرعت ھا بنا به مالحظات عملکردی نباشد. اين دندانه اضافی ، دندانه نوسانی ناميده می شود ومزيت آن يکنواخت

). ) مراجعه شود1962نمودن سايش است( برای بررسی بيشتر به تاپلين (نشان داده شده 6- 12ھندسه چرخ دنده ھا تعريف ھای مختلفی بکار می رود که در شکل برای توصيف

است ودر زير فھرست می گردد. در يک جفت چرخ دنده درگير، چرخ دنده کوچکتر " پينيون " وچرخ دنده بزرگتر " چرخ دنده " ناميده می شود.

را نشان می دھد آن واژه شناسی مبنايچرخ دنده صاف که سادهشکل 6-12شکل

اين دايره اي تئوري مي باشد كه ھمه محاسبه ھا بر مبناي آن انجام مي گردد. قطر آن دايره گام

قطر گام ناميده مي شود.

)1 -6 (d mN

مي باشد. در اينجا تعداد دندانه ھا mm ( ،N(مقياس m)، mmقطر گام ( dدر اين رابطه، بلحاظ تشابه ظاھري، بايستي دقت شود تا نماد مقياس با نماد متربا يكديگر اشتباه نشوند.

اين فاصله اي از يك نقطه روي يك دندانه تا نقطه اي متناظربا آن، روي دندانه گام دايره اي مجاورش مي باشد كه روي دايره گام اندازه گيري مي شود.

)2-6 (d

p mN

Page 156: طراحی مکانیکی

156

تعداد Nو )، mmقطر گام mm ( ،d )(مقياس m )، mm(اي گام دايره pدر اين جا ، ھا مي باشد. دندانه

نسبت قطر گام به تعداد دندانه ھا است. واحد مقياس بايستي ميليمتر باشد(مقياسmm .( مقياس با 2.25اد دندانه ھا تعريف مي شود. بطور نوعي ارتفاع دندانه در حدود نسبت قطر گام وتعد

انواع مقياس ھا نشان داده شده است. 6- 13برابر مقياس است. در شكل

)3-6 (d

mN

اندازه دندانه چرخ دنده بعنوان تابعي از مقياس 6-13شكل

سردنده)a. فاصله شعاعي از دايره گام تاخط باالي دندانه است ،( )پاي دندهb(، .فاصله شعاعي از دايره گام تا سطح پايه مي باشد مت دندانه درگيربيشتر است .اين فاصله روي ، ميزاني كه پھناي فاصله دندانه از ضخاخالصي

دايره گام اندازه گيري مي شود.

مقياس متريك ، واژه " گام قطري " بصورت رايجي استفاده مي گرديد. گام قطري قبل از كاربرد dP/نسبت تعداد دندانه ھاي چرخ دنده به قطرگام مي باشد: N d]احدھاي معموالفقط درو

) به مقياس tpi (dP. براي تبديل گام قطري ]) بيان مي گرددtpiامريكائي/انگليسي به شكل دندانه بر اينچ (

m برحسبmm 25.4، رابطه / dm P .بكار مي رود

نمايش ترسيمي خط فشارو زاويه فشار 6-14شكل

Page 157: طراحی مکانیکی

157

، ، كه خط واصل مركزھاي يك جفت چرخ دنده درگيراست را نشان مي دھد. زاويه OP خط 6- 14شكل ناميده مي شود ) با اين زاويه فشار تعريف زاويه فشارناميده ميشود. خط فشار( كه خط مولد يا خط كنش نيز

بين يك جفت چرخ دنده كه درحال درگيرمي باشند در امتداد اين خط وارد مي برآيندمي شود. بردار نيروي ، دو دندانه با زاويه ھاي 6- 15گردد. شكل واقعي چرخ دنده وابسته به زاويه فشار انتخابي مي باشد. شكل

دنده اي با تعداد دندانه ھا، گام وقطر گام يكسان نشان مي دھد. زاويه ھاي فشار فشاري متفاوت را از چرخ رايج تر مي باشد. 20است كه زاويه 25و 20استاندارد جاري برابر

شكل اينولوت با عمق كامل براي انواع زاويه ھاي فشار 6- 15شكل

ترسيم پروفيل دندانه چرخ دنده 2-6

نشان داده 6- 16رايج ترين شکل دندانه در چرخ دنده ھای صاف شکل اينولوت با عمق کامل است که در شکل ه منحنی ھايی است که " منحنی ھای مزدوج " ناميده می شوند. ھنگامی که شده است. اينولوت يکی از گرو

دودندانه با شکل اينولوت با ھم درگير می شوند، بين آن ھا نسبت سرعت ثابتی برقرار می شود. از لحظه ی تماس اوليه تا لحظه ی جداشدن ، سرعت چرخ دنده به نسبت ثابت سرعت پينيون می باشد. در نتيجه

رخ دنده ھا بسيار ھموار خواھد بود. اگر نسبت سرعت ھا ثابت نباشد،سرعت افزايش ويا کاھش عملکردچ خواھد يافت که منجر به صدای ارتعاشی واستعداد ايجاد لرزش ھای پيچشی مخرب در چرخ دنده ھا می گردد.

داده شده جانمائی وشکل ھندسی يک جفت چرخ دنده صاف در حالت درگيری با روشی که در زير توضيح ) در CADتعئين می شود. در توضيح اين روش فرض شده که بسته نرم افزارترسيمی طراحی بکمک رايانه (

دسترس باشد. بايستی توجه شود که چرخ دنده ھا بصورت دستگاه ھايی استاندارد از سازندگان وعرضه کنندگان تخصصی قابل دسترس بوده ولزوما نبايد از پايه طراحی گردند.

).6-17قطر گام را محاسبه نموده ودايره ھای گام را مماس برھم ترسيم کنيد (نگاه کنيد به شکل .1

d mN

P Pd mN

G Gd mN

2.5mدر مثال نشان داده شده ، مقياس برابر با و تعداد دندانه ھای چرخ 20، تعداد دندانه ھای پينيون ،

2.5ين انتخاب شده است. بنابرا 50دنده 20 50Pd mm 2.5و 50 125Gd mm .

Page 158: طراحی مکانیکی

158

ترسيم شکل اينولوت 6- 16شکل

ترسيم شکل ھندسی چرخ دنده 6-17شکل

ه گام (نقطه تماس دايره ھای گام) عبور نمايد، رسم کنيد. خط خط مرکزھا که از نقطخطی عمود بر .2فشار را که برابر زاويه فشارنسبت به اين خط عمود است ، رسم نمائيد. اين خط ، خط فشار نام دارد

دندانه در ھنگام درگيری ، در امتداد اين خط قرارمی گيرد. در اين مثال زاويه برآيندزيرا نيروی در نظر گرفته شده است. 20فشار

Page 159: طراحی مکانیکی

159

POعمودھای .3 A وGO B را از مرکزھای ھر چرخ دنده بر اين خط فشار رسم کنيد. فاصله ھایشعاعی ھريک اين خط ھا ، شعاع ھای دايره ھای مبنای پينيون وچرخ دنده می باشند. دايره ھای مبنا

ا ترسيم نمائيد.رمنحنی اينولوت را روی ھر دايره مبنا ترسيم کنيد. اين در مورد چرخ دنده نشان داده شده است. ابتدا .4

، تقسيم می کنيم. خط 0A ،1A،2A،3A،4A،5A ... ،nAدايره مبنا را به بخش ھای مساوی ، Gھای شعاعی 0O A ،G 1O A،G 2O A،G 3O A،G 4O A،G 5O A ... ،G nO A .را ترسيم کنيد

شروع می شود. 0Aخط ھای عمود بر اين خط ھای شعاعی را رسم نمائيد. منحنی اينولوت از نقطه0نقطه دوم با اندازه گيری فاصله 1A A 1روی خط عمودی که ازA 1می گذرد (مماس در نقطهA (

0تعئين می گردد. نقطه بعدی با اندازه گيری وجداکردن دوبرابر فاصله 1A A روی خط عمودی که) حاصل می شود وبھمين منوال عمل گردد. منحنی حاصل از 2Aمی گذرد (مماس در نقطه 2Aاز

اين نقطه ھا منحنی اينولوت چرخ دنده می باشد. منحنی اينولوت پينيون، بھمين روش روی دايره مبنای پينيون ترسيم می گردد.

گام دايره ای را محاسبه کنيد : .5 p m

پھنای دندانه ھا وپھنای فاصله ھا برابر نصف گام دايره ای می باشد. اين فاصله ھا را روی 2.5دايره گام عالمت گذاری کنيد( در اينجا p .(

جانمائی يک جفت چرخ دنده صاف در حالت درگيری 6-18شکل

را مالحظه 6-18ھای سردنده وپای دنده را برای پينيون وچرخ دنده ترسيم کنيد( شکل دايره .6- 4و بخش 6-3نمائيد). در اينجا سامانه ای برای دندانه با مشخصات زيرانتخاب شده است (به جدول

رجوع کنيد). 6 a m

Page 160: طراحی مکانیکی

160

1.25b m

20فرمول ھای ابعاد دندانه برای 6- 3جدول 25و

a سردنده m

1.25b پای دنده m

2kh عمق کاری m

2.25th ) کمينهعمق کلی ( m

/ ضخامت دندانه 2t m

0.3frشعاع گرده صفحه دنده مبنا m

0.25c لقی(کمينه) m 0.35cلقی برای دندانه تراشکاری يا پرداخت شده m

20تعداد کمينه دندانه پينيون 18PN

25تعداد کمينه دندانه پينيون 12PN

20تعداد کمينه دندانه ھا درجفت 36 P GN N

25تعداد کمينه دندانه ھا درجفت 24 P GN N

0(کمينه) پھنای سطح باالئی 0.25t m

نماد مقياس است. mتوضيح : در اين جدول

اينولوت را نسبت به خطی تعئين می کنيم که از مرکز چرخ دنده و نصف پھنای دنده پروفيلقرينه .7در امتداد دايره گام می گذرد. با کاربرد آرايه ای قطبی ،ھمه دندانه ھا را روی چرخ دنده ايجاد می

نحو مناسبی ترسيم می کنيم. سطح باال وسطح پايه را رسم می نمائيم. گرده ھای ريشه دندانه ھا را به نمائيم.

چرخ دنده ھا را می توان بعنوان اجزاء استانداردی از سازندگان تخصصی تامين نمود وشکل ھندسی دقيق دندانه ھا برای نقشه کشی مھندسی وھدف ھای عمومی طراحی ضروری نمی باشد (مگر اين که ھدف طراحی

راش يا شکل دادن چرخ دنده ھا باشد). ھر چند شکل ھندسی دندانه برای تحليل تفصيلی تنش / ابزاردنده ت قابليت اعتماد و تحليل ديناميکی ضروری باشد.

رشته ھای چرخ دنده 3-6

-19يك رشته چرخ دنده از يك يا چند چرخ دنده تشكيل مي شود كه براي انتقال نيرو با يكديگر كار كنند. شكل نه ھايي از رشته ساده چرخ دنده ، رشته چرخ دنده مركب معكوس و رشته چرخ دنده مركب غير نمو 6

معكوس را نشان مي دھد.

Page 161: طراحی مکانیکی

161

شعاع گام چرخ دنده 1rھنگامي كه دوچرخ دنده درگير باشند، دايره گام آن ھا بدون لغزش برھم مي غلتند. اگر

سرعت زاويه اي چرخ دنده 2و 1سرعت زاويه اي چرخ دنده 1، 2شعاع گام چرخ دنده شماره 2rو 1

رعت خطي گام با رابطه زير تعئين مي گردد:باشد بنابراين س 2شماره

)4-6 (1 1 2 2V r r

نسبت سرعت ھا برابر است با :

)5-6 (1 1

2 2

r

r

واين رابطه مي تواند به يكي از شكل ھاي زير بيان گردد:

)6-6 (G GP P

G G P P

N dn

n N d

) رشته چرخ دنده مركب معكوسb) رشته چرخ دنده ساده (aرشته ھاي چرخ دنده ( 6- 19شكل

)c (.رشته چرخ دنده مركب غير معكوس

rad/به ترتيب سرعت ھاي زاويه اي پينيون وچرخ دنده ( Gو Pكه s،(Pn وGn به ترتيب سرعت

Pd ، به ترتيب تعداد دندانه ھاي پينيون وچرخ دنده و GNو rpm،(PNھاي دوراني پينيون وچرخ دنده (

) مي باشند. mmپينيون وچرخ دنده ( به ترتيب قطر دايره گام Gd و

را بگرداند ، سرعت چرخ دنده برابر است با : 2، چرخ دنده 1اگرپينيون

)7-6 (1 12 1 1

2 2

N dn n n

N d

Page 162: طراحی مکانیکی

162

قطر گام مي باشد. dتعداد دندانه ھا ، و Nھا ، rpmتعداد nكه براي ھر رشته چرخ دنده اي ( اعم از صاف ، مارپيچي ، مخروطي وحلزوني ) بكار مي رود. 6-7معادله

براي چرخ دنده ھاي صاف وچرخ دنده ھاي موازي مارپيچي ، جھت مثبت دوران ، خالف عقربه ھاي ساعت مي باشد ، يعني :

)8-6 ( 12 1

2

Nn n

N

6-1مثال را محاسبه کنيد. 5را در نظر بگيريد. سرعت چرخ دنده شماره 6- 20رشته چرخ دنده ھا در شکل

حل

12 1

2

Nn n

N

23 2

3

Nn n

N

چون دو چرخ دنده بر روی يک محور قراردارند: 4 3n n

45 4

5

Nn n

N

4 2 15 1

5 3 2

N N Nn n

N N N

6-1دنده مربوط به مثال رشته چرخ 6-20شکل

Page 163: طراحی مکانیکی

163

6-2مثال در 1750rpm، اگر سرعت ورودی 6-21برای رشته چرخ دنده کاھنده دوگانه نشان داده شده در شکل جھت عقربه ھای ساعت باشد سرعت خروجی چقدر است؟

حل

12 1

2

Nn n

N

چون دو چرخ دنده بر روی يک محور قراردارند: 3 2n n

34 3

4

Nn n

N

3 14 1

4 2

18 20( 1750)

54 70

N Nn n

N N

166.7rpm

رشته چرخ دنده کاھنده دوگانه 6-21شکل

6-3مثال 1750rpm، اگر سرعت ورودی برابر 6-22برای رشته چرخ دنده کاھنده دوگانه نشان داده شده در شکل

ودر جھت عقربه ھای ساعت باشد سرعت خروجی چه مقدار است؟

حل

45 4

5

Nn n

N

34 3

4

N

n nN

3 2n n

Page 164: طراحی مکانیکی

164

12 1

2

Nn n

N

4 3 15 1

5 4 2

N N N

n nN N N

22 18 20

( 1750)54 22 70

166.7rpm

توجه شود که وجود چرخ دنده ھرزگرد باعث شده که خروجی رشته چرخ دنده درجھت معکوس ورودی

دوران کند، ولی نسبت چرخ دنده را در مقايسه با مثال قبل تغئير نداده است.

چرخ دنده ھای کاھنده دوگانه با ھرزگرد 6-22شکل

جعبه دنده ھای دستی خودرو 1-3-6

سرعت در موتورھای درون سوز بنزينی در ھنگام شروع حرکت ، بصورت گشتاور –مشخصه گشتاور ری که بايستی خودرو را از حالت سکون به حرکت درآورد کم وسرعت پائين می باشد. اين حالت با با

وگشتاور بزرگی را می طلبد، سازگاری ندارد. گشتاورپيچشی خروجی از موتور درون سوز را بکمک چرخ دنده ھا می توان افزايش داد. به نحو مشابه ای، در شرايط ديگرازنقطه نظر بار مانند شتاب زياد ،

سرعت با بار –ت ھای سريع خودرو ممکن است مشخصه ھای گشتاور باالرفتن از سراشيبی و حرک سازگار نباشد. جعبه دنده چند نسبتی راه حل سنتی مناسبی برای اين مشکل می باشد.

نشان داده شده است. اين چرخ دنده دارای پنج 6-23يک جعبه دنده دستی خودروی مسافری در شکل ساسی جعبه دنده دستی عبارتند از يک کالچ تکی يا چندگانه سرعت روبجلو ومعکوس می باشد. اجزای ا

برای درگيری وآزاد کردن گشتاور از بار، يک واحد انتقال با نسبت متغير با چرخ دنده ھای درگير دائمی با جزئيات بيشتری بحث خواھند شد و عملکرد 10وسازوکار محرک چرخ دنده واھرم. کالچ ھا در فصل

قطه نظرجريان نيرووتوان می باشد. تقاضا دربازار خودرو توسط اکثريت مشتری ھا ، آن ھا در اينجا از ن

Page 165: طراحی مکانیکی

165

ھرگونه مشکلی در تعويض دنده ھا را غيرموجه ساخته است. روشی برای غلبه بر شوک ھای ناشی از برخورد چرخ دنده ھا بيکديگر در ھنگام درگيری ، حفظ چرخ دنده ھا در حالت درگيری دائمی ولی

نشان داده شده که اگرچه وفق 4و 3، 2دون انتقال نيرو می باشد. اين موضوع در دنده ھای لزوما بدرگير می باشند ولی بلحاظ اين که يک چرخ دنده ازھرزوج چرخ دنده آزادانه نسبت به a23-6شکل

می کند گشتاوری منتقل نمی شود. برای انتقال گشتاور، ھزارخاری روی محور بحرکت محور، دوراندر می آيد که منجر به دوران چرخ دنده با ھمان سرعت محور می گردد و دراين صورت می تواند نيرو

نشان داده شده می باشد. بسته 6- 24منتقل نمايد. اين اساس درگيرسازھمزمان يا سنکرومش که در شکل ه رشته چرخ دنده مورد نظر ، سازوکار اھرم تغئير دنده، ھزارخار ھای درگيرساز ھمزمان را برای ب

درگير نمودن چرخ دنده ھای مناسب ، به حرکت در می آورد.

جعبه دنده تک مرحله ای پنج سرعته ودنده معکوس با درگيری ثابت 6- 23شکل

Page 166: طراحی مکانیکی

166

جعبه دنده سنكرومش با حلقه جداكننده مثبت 6- 24شكل

Page 167: طراحی مکانیکی

167

6- 24ادامه شکل

رشته چرخ دنده ھای اپی سيکليک 2-3-6

ده ھاي اپي نمونه اي از رشته چرخ دنده ھاي اپي سيكليك را نشان مي دھد. رشته چرخ دن 6- 11شكل سيكليك شامل يك چرخ دنده خورشيدي ، يك حامل سياره ويك يا چند چرخ دنده سياره اي مي باشد. چرخ

دنده ھاي سياره اي ھمچنين ممكن است با يك چرخ دنده حلقه اي داخلي درگير باشند. رشته چرخ دنده ھاي و پارامتر ورودي، مانند سرعت اپي سيكليك داراي دو درجه آزادي بوده و براي تعئين حركت آن ھا د

بايستی مشخص گردد. براي مثال نشان داده شده در شكل ھای چرخ دنده خورشيدي وچرخ دنده داخلي ، سرعت دوراني چرخ دنده خورشيدی برابر است با : 11-6

)9-6 (/sun arm sun armn n n

sunn سرعت چرخ دنده خورشيدی وarmn سرعت حامل سياره يا بازو می باشد . حال اگر Fn سرعت

سرعت آخرين چرخ دنده رشته باشد داريم :Ln اولين چرخ دنده رشته و

)10-6 ( / F arm F armn n n

)11-6( / L arm L armn n n

Page 168: طراحی مکانیکی

168

رابطه زير حاصل می گردد: 6- 10به 6-11با تقسيم معادله

/

/

L arm L arm

F arm F arm

n n ne

n n n

اد دندانه ھای گردنده) : ( حاصلضرب تعداد دندانه ھای گرداننده)( حاصلضرب تعد

)12-6 ( S P

P R

N N

N N

تعداد PNتعداد دندانه ھای چرخ دنده خورشيدی، SNمقدار يا نسبت رشته ، eکه در اين رابطه ،

تعداد دندانه ھای چرخ دنده داخلی می باشند. در چرخ دنده ھای RNدندانه ھای چرخ دنده سياره و

ين چرخ دنده دوران نمايد ، نسبت رشته مثبت صاف ومارپيچی ، اگر آخرين چرخ دنده درھمان جھت اول می باشد.

sun/را می توان برای تعئين نسبت کاھش باز آرائی نمود که با نسبت 6- 12معادله armn n تعريف می

شود، در اين حالت برای چرخ دنده اپی سيکليک ، که چرخ دنده داخلی، حلقه ای ساکن وثابت است با Fو 0Lnين که توجه به ا sunn n :نسبت کاھش برابر است با ،

)13-6 (1 sun R

arm S

n N

n N

ھای برای محاسبات تنش ، ممکن است تعئين سرعت چرخ دنده ھای سياره ای نيزضروری گردد. معادله

اختالف سرعت را در اين مورد می توان بکار برد. برای رشته چرخ دنده ھای نشان داده شده داريم: )14-6 (/ planet arm planet armn n n

)15-6 (/ sun arm sun armn n n

حل نمود. planetn، می توان اين معادله ھا را برای تعئين SNو armn ،PNبا دانستن

توجه شود اگر چرخ دنده ھای سياره ای با فاصله متساوی مورد نظر باشد ، نسبت داده شده در معادله ل) بايستی عدد صحيح باشد. تساوی فاصله ای در سياره ھا برای ايجاد نيروھای ( مذکور در ذي 16-6

متوازن روی پينيون وچرخ دنده حلقه ای داخلی امری مطلوب است. )RN +SNتعداد سياره ھا /( = ) عدد صحيح 16-6(

Page 169: طراحی مکانیکی

169

رشته چرخ دنده اپی سيکليک 6-25شکل

6-4مثال ، سرعت وجھت دوران آخرين گردنده ( بازو) 6-25برای جعبه دنده اپی سيکليک نشان داده شده در شکل

نيد. تعداد دندانه ھای خورشيد، سياره وھمچنين سرعت وجھت دوران چرخ دنده ھای سياره ای را تعئين کسرعت وجھت دوران چرخ دنده می باشد. 80و 30، 20ھا وچرخ دندانه حلقه ای به ترتيب برابر

رخ دنده حلقه ای ساکن نگاه داشته شده ودرجھت عقربه ھای ساعت وچ 1000rpmخورشيدی برابر است. حل

داريم: 6-13از معادله

sunarm

n 1000n 200rpm

(80/ 20) 1 5

نسبت کاھش در اين جعبه ودرجھت عقربه ھای ساعت می باشد. 200rpmنھائی برابر سرعت گردنده

/دنده برابر است با: 1000 / 200 5 sun armn n 6-14. برای تعئين سرعت سياره ھا از معادله

استفاده می کنيم. سياره ھا وخورشيد با يکديگر درگير می باشند، بنابراين : 6-15و

/

/

planet arm S

sun arm P

n N

n N

planet arm S

sun arm P

n n N

n n N

( 200) 20

1000 ( 200) 30

planetn

Page 170: طراحی مکانیکی

170

planet

20n ( 800) 200 333rpm

30

ودر جھت خالف عقربه ھای ساعت می باشد. 333rpmسرعت دوران چرخ دنده ھای سياره ای برابر

سامانه ھای دندانه 4-6سامانه ھاي دندانه استانداردھايي مي باشند كه نسبت ھاي ھندسي دندانه ھاي چرخ دنده را تعريف مي

25و 20ابعاد مبناي دندانه را براي دندانه ھاي با عمق كامل با زاويه ھاي فشاري 6-3كنند. جدول فھرست نموده است.

را كه براي كمينه نمودن الزامات ابزار دنده تراشي بكار mمقدارھاي ترجيحي مقياس، 6-4جدول ، تعداد ترجيحي استاندارد دندانه ھاي چرخ دنده را فھرست نموده اند. 6-5ميروند ، وجدول

mمقدارھاي ترجيحي مقياس 6- 4جدول

m 0.5 0.8 1 1.25 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50

تعداد ترجيحي استاندارد دندانه ھاي چرخ دنده ھا 6- 5جدول

12 13 14 15 16 18 20 22 24 25 28 30 32 34 38

40 45 50 54 60 64 70 72 75 80 84 90 96 100 120

140 150 180 200 220 250

صدمه ديدن چرخ دنده ھا را اساسا مي توان به شكست دندانه ھا ، خرابي سطح ، سايش وخراشيدگي سطح ھاي چرخ دنده ھا بصورت نيروھاي وارد ه بر دندانه 6-5دندانه ھا ي آن ھا استناد نمود. در بخش

روش ھاي مربوط به برآورد تنش ھاي وارده بر چرخ 6-6اجمالي مورد بحث قرار مي گيرد ودر بخش دنده ھا وانتخاب مقدماتي چرخ دنده ھاي استاندارد تعريف شده است.

تحليل نيروھا 5-6

را رده با زاويه فشاري نيروھاي وارده بردوچرخ دنده درگير را نشان مي دھد. نيروي وا 6- 26شكل

. مولفه شعاعي كار مفيدي انجام rFو مولفه شعاعي tFمي توان به دو مولفه تجزيه نمود: مولفه مماسي

بعنوان بار منتقل tWه به ديگري منتقل مي نمايد. اگر بار را از يك چرخ دند tFنمي دھد. مولفه مماسي

Page 171: طراحی مکانیکی

171

tشده تعريف شود، tW F بارمنتقل شده به توان منتقل شده از طريق چرخ دنده با معادله زير مربوط .

مي شود:

)17-6 (t

PW

V

m/سرعت خط گام ( V) وWتوان N،(P )بار منتقل شده ( tWكه در آن، s.مي باشد (

اسبه بار منتقل شده به شرح زير مي باشد:رابطه ديگر براي مح

)18-6 (360 10

t

HW

dn

tW ) بار منتقل شدهkN،(H ) توانkW،(d ) قطر دايره گامmm و (n سرعت برحسب

)rpm .مي باشد (

گيرنيروھاي در دو چرخ دنده در 6-26شكل

مقدمه اي بر تنش ھاي چرخ دنده ھا 1-5-6

خ مي دھد، تنش خمشي درپاي دندانه ناشي از بار منتقله وتنش ھاي دونوع اصلي تنش در چرخ دنده ھا ر تماسي روي سطح جانبي دندانه ناشي از ضربه ھاي مكرر يا تماس مداوم سطح يك دندانه در مقابل

براي محاسبه تنش ھاي خمشي ارائه شده است واين در روش روش ساده اي 6- 5-2ديگري. در بخش ارائه شده گنجانده شده است. ليكن اين روش شناسي اگرچه براي تعئين 6- 6انتخاب چرخ دنده كه در بخش

مشخصات ھندسي رشته چرخ دنده ھا در مرحله طراحي مفھومي مناسب است ولي بمنظور طراحي در تنش ھاي زياد يا ھنگامي كه طول عمر قطعات با اھميت باشد رشته چرخ دنده ھا براي كاربردھاي

كفايت نمي كند. براي تعئين قطعاتي كه طول عمر بحراني دارند ، استانداردھاي ملي وبين المللي براي

Page 172: طراحی مکانیکی

172

موجودند. در فصل ھفتم اين موارد لحاظ و معادله ھاي توصيه ISOو AGMA،BSچرخ دنده ھا ھمانند ھاي خمشي و تماسي در چرخ دنده ھاي صاف، معرفي شده اند. براي تنش AGMA شده

تنش ھاي خمشي 2-5-6

محاسبه تنش خمشي در چرخ دنده ھا بر اساس فرمول لوئيس انجام مي گردد.

)19-6 (tW

FmY

tW، منتقل شدهبار )N ، (F) پھناي پيشاني ،m ياmm ،(m) مقياس ،m ياmmو ،(Y تعئين مي شود. 6-6،ضريب شكل لوئيس مي باشد واز جدول

برای دو استاندارد دندانه متفاوت Yمقادير ضريب شکل لوئيس 6-6جدول

a سردنده– b پای دنده- m مقياس– φ زاويه فشار

ھنگام درگير شدن دندانه ھا ، نيروھا به دندانه ھا با درجه اي از ضربه وارد مي شوند. ضريب سرعت

براي لحاظ نمودن اين وضعيت بكار مي رود و در حالتي كه پروفيل چرخ دنده از برشكاري يا فرزكاري بيان مي گردد:ساخته شود با فرمول بارت

Page 173: طراحی مکانیکی

173

)20-6 (6.1

6.1vKV

، سرعت خط گام بوده واز رابطه زيرتعئين مي گردد: Vدر اين رابطه

)21-6 (3 210

2 60

dV n

مي باشد. rpmبرحسب nو mmبرحسب dكه

با واردكردن ضريب سرعت در معادله لوئيس ، داريم:

)22-6 (t

v

W

K FmY

ساده اي براي محاسبه تنش ھاي خمشي در چرخ دنده ھا مي باشد. مبناي رويكرد 6- 22معادله

6-5مثال در نظر گرفته شده است. 850rpmدر 1.25kWصاف با عمق كامل براي انتقال توان 20يك پينيون

باشد، 25mmوپھناي پيشاني برابر 2دندانه است. در صورتي كه مقياس برابر 18اين پينيون داراي تنش خمشي لوئيس را محاسبه نمائيد.

حل

ابتدا قطر گام پينيون را محاسبه مي كنيم.

2 18 36p pd mN mm

سپس سرعت خط گام را محاسبه مي نمائيم.

3 210

2 60pd

V n

0.036

850 0.1047 1.602 /2

m s

درمرحله بعدي ، ضريب سرعت را محاسبه مي كنيم.

6.1 6.1

0.79206.1 6.1 1.602vK

V

حال ، بار منتقله را محاسبه مي نمائيم.

Page 174: طراحی مکانیکی

174

1250

780.21.602t

PW N

V

18PN، براي 6-6از جدول 0.29327، ضريب شكل لوئيس برابر باY .حاصل مي گردد

ه لوئيس براي محاسبه تنش خمشي نتيجه را حاصل مي كند. كاربرد معادل

t

v

W

K FmY

780.2

0.792 0.025 0.002 0.29327

6 267.18 10 N / m 67.18MPa

روش آسان انتخاب چرخ دنده 6-6

)( 6-22فرمول لوئيس به شكل ارائه شده در معادله /( )) t vW K FmY را مي توان درروش سادهانتخاب چرخ دنده صاف براي توان انتقال وسرعت ھاي ورودي وخروجي معين بكاربرد. اين روش در

زير بطور اجمالي ذكر مي شود:د دندانه ھا را براي پينيون وچرخ دنده جھت حصول نسبت دندانه ھاي مورد نظر انتخاب كنيد( به تعدا .1

براي نسبت ھاي بيشينه دندانه ھا رجوع گردد). توجه كنيد كه 6-2رھنمود ھاي ارائه شده در جدول (جدول دندانه مي باشد 18برابر 20تعداد كمينه دندانه ھاي مجاز درصورت استفاده از زاويه فشار

فھرست شده ويا از فھرست كاتالگ چرخ دنده 6- 5). يا از تعداد استاندارد دندانه ھا كه در جدول 6- 3 ) ارائه شده، استفاده كنيد. 6-10تا 6-7ھاي آماده عرضه که در جدول ھای (

د. اين انتخاب به موادی که در فھرست کاتالگ چرخ دنده ماده مناسبی را برای چرخ دنده انتخاب کني .2 ) ارائه شده، محدود می گردد. 6-10تا 6-7ھای آماده عرضه که در جدول ھای (

) 6- 10تا 6- 7يا ازچرخ دنده ھای آماده عرضه که در جدول ھای ( 6-4) از جدول mمقياسی را ( .3 ارائه شده، انتخاب نمائيد.

dقطر گام .4 mN .را محاسبه نمائيد ، )سرعت خط گام ، .5 / 2) (2 / 60)V d n را محاسبه کنيد، يقين حاصل نمائيد که اين

تجاوز نکند. 6-2سرعت از رھنمود ارائه شده در جدول 6.1)/6.1ضريب ديناميک ، .6 )vK V .را محاسبه نمائيد tW/ه ، بار منتقل .7 P V .را محاسبه کنيد پھنای پيشانی مناسبی را با کاربرد فرمول لوئيس بشکل زير محاسبه نمائيد. .8

)23-6 (t

v P

WF

K mY

محاسبه نمود. 6- 6را می توان از جدول Yضريب شکل لوئيس ،

Page 175: طراحی مکانیکی

175

)15mm، پھنای پيشانی (817M40 ،655M13) ، فوالد سخت کار1.0(چرخ دنده ھای صاف : مقياس 6-7جدول

قطر دايره گام می باشد. PCDتوضيح :

uts/را می توان از رابطه Pتنش خمشی مجاز ، sf ، محاسبه نمود و ضريب ايمنیsf از

را مي توان Pتغئير می کند. در روش ديگر مقدارھای 5تا 2تجربه تعئين می گردد ولی در دامنه تعئين نمود. بعضی از پالستيک ھا 6-11مواد مورد استفاده درچرخ دنده ھا، وفق جدول ازفھرست

کاک پائين، مقاومت اصطبرای استفاده بعنوان چرخ دنده درکاربردھائی مناسب می باشند که وزن کم ، و زياد در مقابل خوردگی، سايش کم وعملکرد بی صدا سودمندباشد. مقاومت پالستيک ھا معموال بنح

عمده ای از فلزات کمتر است. پالستيک ھا غالبا با استفاده از پر کننده ھائی که برای بھبود مقاومت ، سايش، مقاومت در مقابل ضربه ، عملکرد دمائی وھمچنين ساير خاصيت ھا بکار ميروند شکل می گيرند

باشد و بھتر است اين بنابراين تنظيم يا استاندارد نمودن خاصيت ھا برای پالستيک ھا دشوار می کسب گردد. پالستيک ھائی که در چرخ دنده ھا کاربرد اطالعات از سازندگان يا آزمايشگاه ھای معتبر

)، استال ، نايلون ، پلی کربنات ، پلی استر، ABSاستايرين ( –بوتادين –دارند عبارتند از اکريلونيتريل اکريلونيتريل –پلی يورتان و استايرين

Page 176: طراحی مکانیکی

176

)20mm، پھنای پيشانی (817M40 ،655M13) ، فوالد سخت کار1.5(چرخ دنده ھای صاف : مقياس 6- 8جدول

)SAN 6- 11). مقدار مجاز تنش ھای خمشی برای چند ماده مورد استفاده در چرخ دنده ھا در جدول

فھرست شده است.اد تعداد دندانه ھا برای چرخ دنده وپينيون ، انتخاب ماده ای مناسب ، انتخاب شامل پيشنھروش طراحی

مقياس ، محاسبه پارامتر ھای مختلف وفق فھرست که منتج به مقدار پھنای پيشانی گردد. اگر پھنای پيشانی بزرگتر از آنچه در کاتالگ چرخ دنده ھای عرضه شده بوده يا سرعت خط گام خيلی بزرگ باشد،

روند بايستی برای مقياس ديگری تکرار گردد. چنانچه اين روش، جواب معقولی را حاصل ننمايد ماده اينديگری را آزمايش کنيد وروند بھمين ترتيب ادامه يابد. اين روند را می توان با در نظر گرفتن ھزينه

ز می باشد.وساير معيارھای عملکرد بھينه نمود ودر صورت لزوم قابل برنامه نويسی کردن ني

Page 177: طراحی مکانیکی

177

)25mm، پھنای پيشانی (817M40 ،655M13) ، فوالد سخت کار2.0(چرخ دنده ھای صاف : مقياس 6-9جدول

6-6مثال دوران مي كند در نظر گرفته 2650rpmاز محوري كه با سرعت 18kWجعبه دنده اي براي انتقال

است. بلحاظ محدوديت در فضا وداليل 12000rpmشده است. سرعت مطلوب محور خروجي تقريبا استاندارد كردن جعبه دنده اي دوگانه افزاينده با نسبت ھاي مساوي درخواست شده است. با كاربرد جدول

، چرخ دنده ھائي مناسب براي پينيون ھا وچرخ دنده ھاي گردنده 6- 10تا 6-7ھاي گزينشي محدود انتخاب نمائيد.

Page 178: طراحی مکانیکی

178

)35mm، پھنای پيشانی (817M40 ،655M13) ، فوالد سخت کار3.0(چرخ دنده ھای صاف : مقياس 6-10جدول

حل

نسبت(سرعت) كل برابر است با :

12000/ 2650 4.528 نسبت كل

4.528 2.128 نسبت مرحله اول

دندانه 18با دندانه وپينيوني 38اين نسبت مي تواند با كاربرد چرخ دنده اي با )38/18 2.11 .نسبت) محقق گردد

817M40فھرست شده اند عبارتند از فوالد ھاي 6-10الي 6-7مواد چرخ دنده كه در جدول ھاي فوالد مقاوم تري است وبراي اين مثال 655M13چنين بر مي آيد كه فوالد 6-11. ازجدول 655M13و ، تنش 655M13بل از اقدام به بررسي تفصيلي تري، انتخاب مي گردد. براي فوالد سختي سطحي شده ق

Page 179: طراحی مکانیکی

179

Pمجاز برابر است با 345MPa .

38: 1محاسبات براي چرخ دنده 0.37727Y ،2650n rpm

3

1.5 2.0

( ) 57 76

210 ( / ) 7.9 10.5

2 60

( ) 2276 1707

6.10.4357 0.3675

6.1

( ) 0.027 0.018

t

v

t

v P

m

d mN mm

dV n m s

PW N

V

KV

WF m

K mY

1.5m اگر 20انتخاب شود پھنای پيشانی بزرگتر از مقدار مندرج در کاتالگ يعنیmm ،می گردد

2.0mبنابراين .2.0را آزمايش می کنيمm ز مقدار کاتالگ يعنی ، پھنای پيشانی را کمتر ا25mm .می دھد، بنابراين اين طراحی درست است

18: 1محاسبات برای پينيون 0.29327Y ،5594n rpm نيازی به محاسبات مربوط) .

1.5mبه ذف گرديده است).زيرا در مرحله قبل ح نمی باشد

2.0

( ) 36

( / ) 10.5

( ) 1707

0.3676

( ) 0.023

t

v

m

d mm

V m s

W N

K

F m

2.0m ) 25، پھنای پيشانی را کمتر از مقدار کاتالگmm( می دھد، بنابراين اين طراحی درست است.

38: 2محاسبات براي چرخ دنده 0.37727Y ،5594n rpm

Page 180: طراحی مکانیکی

180

2.0

( ) 76

( / ) 22.26

( ) 808.6

0.215

( ) 0.0144

t

v

m

d mm

V m s

W N

K

F m

2.0m ) 25، پھنای پيشانی را کمتر از مقدار کاتالگmm( می دھد، بنابراين اين طراحی درست است.

18: 2پينيون محاسبات برای 0.29327Y ،11810n rpm

2.0

( ) 36

( / ) 22.26

( ) 808.6

0.215

( ) 0.086

t

v

m

d mm

V m s

W N

K

F m

2.0m ) 25، پھنای پيشانی را کمتر از مقدار کاتالگmm( اين طراحی درست می دھد، بنابراين است.

نشان داده شده است. 6-27شکل کلی اين جعبه دنده در شکل

6-6جعبه دنده افزاينده مثال 6- 27شکل

Page 181: طراحی مکانیکی

181

تنش ھای خمشی مجاز برای انواع مواد متداول در ساخت چرخ دنده ھا 6-11جدول

P

(MPa)

uts

(MPa)

عمليات حرارتی

مواد

27 31 131 117 221 183 117 276 345

65(20oC) 110 540 540 772 772 494 494 849

قائی سخت شدهاز طريق ال

از طريق القائی سخت شده

سطحی سخت شده سطحی سخت شده

نايلون تافنل

080M40 080M40 817M40 817M40 045M10 045M10 655M13

6-7مثال از موتور الكتريكي كه 5W، جھت انتقال 6- 28جعبه دنده اي براي يك ابزار دستي بي سيم ، طبق شكل

دوران مي 75rpmدوران مي كند به يك گرداننده خروجي كه با سرعت تقريبي 3000rpmبا سرعت نمايد، مورد نياز مي باشد. مشخصات درخواستي براي اين جعبه دنده، قابليت اطمينان، بھره وري، بدون

مي 50mmر، سبك وقابل جاگرفتن در بدنه اي به قطر نياز به نگھداري تعميردر طول عمر اين ابزااست. %10باشد. محدوديت طول داراي اھميت زيادي نمي باشد. رواداري سرعت خروجي درحدود شخص نمائيد.رشته چرخ دنده مناسبي شامل مقدارھاي مقياس ، تعداد دندانه ھا و ماده چرخ دنده ھا را م

ابزار دستي بيسيم شامل بدنه ، موتور وجعبه دنده 6-28شكل

حل

/3000نسبت كاھش يعني كامال بزرگ است و با رشته مركبي از چرخ دنده ھا ، رشته حلزوني و 75دنده اپي سيكليك كاھنده دو مرحله اي قابل حصول مي باشد. محدوديت برروي قطر چرخ دنده ويا جعبه

بيشينه كاربرد رشته مركبي ازچرخ دنده ھا را منتفي مي سازد بويژه درصورتي كه گرداننده ورودي

Page 182: طراحی مکانیکی

182

محوري باشد ھمانطوري كه با وجود كاربرد موتور الكتريكي چنين انتظارميرود. لزوم بھره وري باال در صات درخواستي كاربرد رشته حلزوني وچرخ دنده را نيز منتفي مي نمايد.مشخ

40نسبت كل برابر 3000/ 75 مورد نظر است. اين نسبت با كاربرد جعبه دنده اپي سيكليك دو مرحله دست يافتني است. براي مرحله ھاي مشابه ، نسبت چرخ دنده ھا برابر است با : 6- 29اي طبق شكل

40 6.3(6.3 6.3 39.7)

رشته چرخ دنده ھاي كاھنده دومرحله اي اپي سيكليك 6-29شكل

برابر را آزمايش مي كنيم. اين گزينه ، نسبت كاھشي درھر مرحله 72RNو 18SNابتدا / 1 72 /18 1 5 R SN N حاصل مي كند. نسبت كاھش كلي براي دومرحله از رشته ھاي چرخ

5دنده برابر است با : 5 25 .كه مناسب نمي باشد

7اھشي درھر مرحله برابر را آزمايش مي كنيم. اين گزينه ، نسبت ك 72RNو 12SNسپس 7حاصل مي كند. نسبت كاھش كلي براي دومرحله از رشته ھاي چرخ دنده برابر است با : 7 49 كه

اين نيزمناسب نمي باشد.

آزمايش مي كنيم. اين گزينه ، نسبت كاھشي درھر را 63RNو 12SNدر آزمون بعدي سپس حاصل مي نمايد. نسبت كاھش كلي براي دومرحله از رشته ھاي چرخ دنده برابر 6.25مرحله برابر

6.25است با : 6.25 39.1 .كه مناسب مي باشد

مورد نظرجا مي گيرد؟آيا اين رشته چرخ دنده ھاي دو مرحله اي در فضاي

0.5mابتدا مقياسي را پيشنھاد مي كنيم ، مثال 0.5 (خورشيد) ، 12SNبا درنظرگرفتن 12 6 sund mN mm

0.5(چرخ دنده حلقه اي) ، 63RNبا داشتن ، 63 31.5 ringd mN mm

/31.5فضاي موجود براي چرخ دنده سياره اي برابر است با : 2 6 / 2 12.75 mm 0.5، با مقياس ،چرخ دنده اي با اين قطر وجود ندارد. بنابراين امکان تحقق اين راه حل موجود نيست.

12SN ،66RNآزمون جديد : حاصل می نمايد. بنابراين 6.5اين حالت ، نسبت کاھشی برابر

6.5نسبت کاھش کل برابر است با: 6.5 42.3

Page 183: طراحی مکانیکی

183

حاصل می گردد. اين مقدار درحدود رواداری مجاز سرعت 71rpmدر اين حالت ، سرعت خروجی برابر بوده ومناسب است.خروجی

آيا اين درفضاي مورد نظر مي گنجد؟

0.5mابتدا مقياسي را پيشنھاد مي كنيم ، مثال

0.5 (خورشيد) ، 12SNبا درنظرگرفتن 12 6 sund mN mm 66RNبا داشتن ، 0.5) ، (چرخ دنده حلقه اي 66 33ringd mN mm

/33فضاي موجود براي چرخ دنده سياره اي برابر است با : 2 6 / 2 13.5mm /13.5، چرخ دنده سياره ای دارای 0.5با مقياس 0.5 27 27دندانه خواھد بود يعنیPN

12SN ،27PNنھادی عبارتست از: طراحی پيش 66وRN 0.5ومقياس.

نی ، يکی از سازندگان چرخ دنده، پھنای پيشا0.5پھنای پيشانی اين چرخ دنده ھا چه مقدار است؟ برای مقياس 045را از مواد تافنل ، دلرين ، برنج وفوالد 5mmبرابر 10M .عرضه می کند

فرمول لوئيس را ميتوان برای کنترل کافی بودن مقامت چرخ دنده ای مورد استفاده قرار داد که با پھنای پيشانی

5mm ساخته شود صیشخاز ماده م. ابتدا چرخ دنده خورشيدی ورودی را مورد تحليل قرار می دھيم:

36 10 2

3000 0.942( / )2 60SV m s

6.1 6.1

0.8666.1 6.1 0.942vK

V

0.5

5.30.942t

PW N

V

داريم : 6-6از جدول

12 0.2296Y

تافنل را آزمايش می کنيم

P 31MPa

t

v P

WF

K mY

6

5.3

0.866 0.0005 0.2296 31 10

Page 184: طراحی مکانیکی

184

31.72 10 m

کمتر است که گواه برمقاوم بودن بيشتر از کفايت اين چرخ 5mmاين مقدار پھنای پيشانی از مقدار موجود بيشتر بود ماده ديگری مانند فوالد يا برنج لحاظ می گرديد. 5mmين عدد از دنده می باشد. اگر ا

تحليل چرخ دنده سياره ای:

3000 / 6.5 461.5 armn rpm

استفاده می کنيم : 6-15و 6-14رای تعئين سرعت سياره ھا از معادله ھای ب

p arm S

s arm P

n n N

n n N

( 461.5) 12

3000 ( 461.5) 27

pn

12

( 2538) 461.5 666.727

pn rpm

313.5 10 2

666.7 0.47 /2 60

PV m s

6.1 6.1

0.9286.1 6.1 0.47

vKV

:توان بين سه سياره تقسيم شده است بنابراين

5 /3

3.550.47

tP

W NV

27PN، براي 6-6از جدول ،27 0.34385Y .تعئين مي شود. حال ماده تافنل را آزمايش مي كنيم

P 31MPa

t

v P

WF

K mY

Page 185: طراحی مکانیکی

185

6

3.55

0.928 0.0005 0.34385 31 10

30.72 10 m

في اين چرخ موجود كمتر است كه نشان دھنده مقاومت كا 5mmاز مقدار 0.72mm اين پھناي پيشاني

دنده مي باشد.

حال چرخ دنده حلقه اي را تحليل مي كنيم، تنش روي حلقه كمتر از تنش وارده بر سياره ھا خواھد بود بنابراين ضرورتي به تحليل آن دراين مرحله نمي باشد.

: 2تحليل چرخ دنده خورشيدي مرحله

مل سياره مرحله قبلي مي باشد يعني :سرعت اين چرخ دنده برابر با سرعت بازو يا حا

sun armn n

36 10 2

461.5 0.145 /2 60

SV m s

6.1 6.1

0.986.1 6.1 0.145

vKV

5

34.50.145

tP

W NV

12، 6-6از جدول 0.2296Y

تافنل را آزمايش مي كنيم:

P 31MPa

t

v P

WF

K mY

6

3.55

0.928 0.0005 0.34385 31 10

0.0099 m

مي كنيم: ) بيشتر است ، بنابراين ماده مقاوم تري را آزمايش5mmاين مقدار از اندازه استاندارد موجود (

Page 186: طراحی مکانیکی

186

P، خواھيم داشت ، 045M10با کاربرد فوالد 117MPa

t

v P

WF

K mY

6

34.5

0.98 0.0005 0.2296 117 10

32.62 10 m

موجود می باشد که نشان دھنده مقاومت کافی اين 5mm، کمتر از مقدار 2.62mmاين پھنای پيشانی ساخته شود. ممکن است 045M10فوالد چرخ دنده است. بنابراين چرخ دنده خورشيدی بايستی از

مصلحت در توليد ، ساختن سياره را ازھمين فوالد ديکته کند.

تحليل سياره ھا

( 71) 12

461.5 ( 71) 27

pn

12

( 390.5) 71 102.627

pn rpm

313.5 10 2

102.6 0.0725 /2 60

PV m s

6.1 6.1

0.996.1 6.1 0.0725

vKV

توان بين سه سياره تقسيم می گردد ، بنابراين

5 /3

23.00.0725

tP

W NV

27 0.34385Y

تافنل را آزمايش می کنيم P 31MPa

t

v P

WF

K mY

Page 187: طراحی مکانیکی

187

6

23.0

0.99 0.0005 0.3485 31 10

34.4 10 m

موجود کمتر است که حکايت از مقاومت کافی چرخ دنده دارد. 5mmاز 4.4mmاين پھنای پيشانی

خالصه طراحی :

5F، 0.5قياس برابر : م 1مرحله mm ،12SN ، 27از ماده تافنلPN سه سياره)

(تافنل). 66RNاز جنس تافنل) ،

5F، 0.5: : مقياس برابر 2مرحله mm ،12SN ، 27فوالدیPN سه سياره از)

(تافنل). 66RNجنس تافنل) ،

نتايج 7-6

چرخ دنده ھا در براي انتقال نيرو ھنگامي كه ابعاد فشرده ، بھره وري باال يا سرعت زياد الزم باشد ،مقايسه با ساير انواع منتقل كننده ھا مانند تسمه ھا وزنجيرھا راه حل بھتري را تامين مي نمايد. در اين

فصل انواع متعددي از چرخ دنده ھا ومحاسبات مربوط به آن ھا ارائه گرديد تا توانائي تحليل رشته چرخ مقدماتي چرخ دنده ھاي صاف برمبناي فرمول دنده ھاي ساده بكمك آن ھا فراھم گردد. روش انتخاب

لوئيس براي تنش ھاي خمشي توضيح داده شد. اين مطالب را مي توان بعنوان نقطه شروعي درطراحي تفصيلي براي رشته ھاي چرخ دنده درنظر گرفت ولي اگر جعبه دنده مقاوم ومستحكمي مورد نظر باشد

عئين تنش ھاي خمشي ومماسي وضريب ھاي ايمني تحليل جامع تري ضروري مي باشد. تحليل براي تمرتبط با آن ھا براساس استانداردھاي ملي براي چرخ دنده ھاي صاف در فصل ھفتم بصورت اجمالي

توصيف شده است.

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی

کتاب ھا و مقاله ھا:

Page 188: طراحی مکانیکی

188

استانداردھا :

كاروتمرين

نشان داده شده، سرعت خروجي وجھت دوران را درصورتي 6-30براي چرخ دنده اي كه در شكل 6. 1در جھت عقربه ھاي ساعت دوران نمايد تعئين كنيد. چرخ دنده 1490rpmكه محور ورودي با سرعت

مي باشند. 2داراي مقياس Hتا Eوچرخ دنده ھاي 1.5داراي مقياس Dتا Aھاي :براي كاربردھاي زير چه چرخ دنده ھائي را مي توان انتخاب نمود 6. 2

)a ( 90براي انتقال نيرو بين دو محور كه داراي امتدادھاي متقاطع .باشند

)b ( 90براي انتقال نيروبين دو محور با امتدادھاي نامتقاطع ولي.باشند )c ( 30براي انتقالkWرخ دنده ھا مي توان مشخص بين دو محور موازي . چه ماده اي براي اين چ

نمود.)d ( براي انتقال بار با توان كم درجعبه دنده اپي سيكليك. براي اين كاربرد چه ماده اي مي توان مشخص

نمود.

Page 189: طراحی مکانیکی

189

6- 1رشته چرخ دنده ھاي مربوط به مسئله 6-30شكل

و تعريف شده وسرعت وجھت دوران حامل نسبت سرعت خورشيد به سرعت بازنسبتي كه بنام 6. 3

تعئين كنيد. چرخ دنده ھاي 6-31سياره را درجعبه دنده اپي سيكليك نشان داده شده در شكل دنده خورشيد، ورودي دندانه مي باشند. چرخ 80و20، 40خورشيد،سياره ھا وحلقه به ترتيب داراي

دوران مي نمايد. حامل سياره، 3000rpmبوده ودرجھت خالف عقربه ھاي ساعت با سرعت خروجي اين جعبه دنده مي باشد. چرخ دنده حلقه اي ساكن نگھداشته شده است.

)6- 3چرخ دنده ھاي اپي سيكليك (مسئله 6-31كل ش

نسبت سرعت خورشيد به سرعت بازو تعريف شده وسرعت وجھت دوران حامل نسبتي كه بنام 6. 4راتعئين كنيد. چرخ دنده ھاي 6-32سياره درجعبه دنده اپي سيكليك نشان داده شده در شكل

دندانه مي باشند. چرخ دنده خورشيددرجھت 78و27، 24خورشيد،سياره ھا وحلقه به ترتيب داراي دوران مي نمايد. چرخ دنده خورشيد ، ورودي وحامل 5000rpmعقربه ھاي ساعت با سرعت

اكن نگھداشته شده است.سياره، خروجي اين جعبه دنده مي باشد. چرخ دنده حلقه اي س

Page 190: طراحی مکانیکی

190

) 6-4چرخ دنده اپي سيكليك (مسئله 6-32شكل

منتقل نمايد. 1200rpmرا در سرعت 1.75kWبايستي با عمق كامل 20يك پينيون صاف 6. 5باشد، مقدار مناسب پھناي پيشاني را بر اساس فرمول 2دندانه وبا مقياس 18ن پينيون داراي اگر اي

تجاوز نكند. 75MPaلوئيس تعئين كنيد، بشرط اين كه تنش خمشي از

منتقل نمايد. اگر 1100rpmرا در سرعت 1.8kWبايستي با عمق كامل 20يك پينيون صاف 6. 6ساخته شده باشد ، چرخ دنده مناسبي را از 817M40دندانه واز فوالد سخت كار 18اين پينيون داراي

انتخاب نمائيد،مقياس وپھناي پيشاني را بر 6-10تا 6- 7گزينه ھاي محدود ارئه شده درجدول ھاي اساس فرمول لوئيس تعئين كنيد.

مي كند مورد نياز دوران 2200rpmاز محوري كه با سرعت 6kWجعبه دنده اي براي انتقال 6. 7 است. با كاربرد فرمول لوئيس براي تعئين 300rpmمي باشد. سرعت مطلوب خروجي تقريبا

مقاومت چرخ دنده در مقابل تنش خمشي ، چرخ دنده مناسبي از گزينه ھاي محدود ارائه شده در جدول انتخاب كنيد. 6- 10تا 6-7ھاي

منتقل نمايد. اگر 1230rpmت را در سرع 1.5kWبايستي با عمق كامل 20يك پينيون صاف 6. 8ساخته شده باشد ، چرخ دنده مناسبي را از 817M40دندانه واز فوالد سخت كار 21اين پينيون داراي

انتخاب نمائيد،مقياس وپھناي پيشاني را بر 6-10تا 6- 7گزينه ھاي محدود ارئه شده درجدول ھاي مول لوئيس تعئين كنيد.اساس فر

مي كند مورد دوران 2000rpmاز محوري كه با سرعت 5.5kWجعبه دنده اي براي انتقال 6. 9 است. محور خروجي بايستي درھمان جھت 350rpmنياز مي باشد. سرعت مطلوب خروجي تقريبا

دوران كند. چرخ دنده ھاي مناسب اين جعبه دنده را انتخاب نمائيد. وامتداد محور وروديدوران 1500rpmازيك محور كه با سرعت15kWيك جعبه دنده كاھشي دوگانه براي انتقال 6. 10

است. با استفاده از فرمول لوئيس 200rpmمي كند مورد نياز مي باشد. سرعت خروجي مورد نظر -10تا 6- 7مقاومت چرخ دنده را براساس تنش خمشي از گزينه ھاي محدود ارائه شده در جدول ھاي

، تعئين كنيد.6

Page 191: طراحی مکانیکی

191

مي كند مورد نيازدوران 1470rpmاز محوري كه با سرعت 8kWجعبه دنده اي براي انتقال 6. 11 است. محور خروجي بايستي درھمان جھت 10000rpmمي باشد. سرعت مطلوب خروجي تقريبا

وامتداد محور ورودي دوران كند. چرخ دنده ھاي مناسب اين جعبه دنده را انتخاب نمائيد. مي دوران 3000rpmا سرعت از محوري كه ب12kWبراي انتقال اپي سيكليك جعبه دنده اي 6. 12

است. با استفاده ازچرخ دنده اي از 500rpmكند مورد نياز مي باشد. سرعت مطلوب خروجي تقريبا يك مرحله اي ، تعداد دندانه ھاي ھر چرخ دنده را دراين جعبه دنده كاھنده 3فوالد سخت شده با مقياس

تعئين كنيد.

جواب ھا 1 .6 121rpm .درجھت عقربه ھاي ساعت ، 2 .6 (a) ، مخروطي(b) ،چرخ دنده ھاي مارپيچي با محورھاي متقاطع(c) چرخ دنده ھاي

چرخ دنده ھاي صاف ، تافنل. (d)مارپيچي با فوالد سخت شده سطحي ، 3 .6 3 ،1000rpm .درجھت خالف عقربه ھاي ساعت ، 4 .6 4.25 ،1176rpm .درجھت عقربه ھاي ساعت ، 5 .6 25mm 6 .6 2m ،25F mm .قابل قبول مي باشد 2mارد، جواب يگانه اي ند 6. 7 ،25F mm ،1 18N ،2 48N ،

3 18N ،4 48N 655، فوالدM13 .سخت شده سطحي قابل قبول است ،

2mجواب يگانه اي ندارد ، 6. 8 ،21N ،25F mm .قابل قبول مي باشد جواب يگانه اي ندارد. 6. 9

جواب يگانه اي ندارد. 6. 10 جواب يگانه اي ندارد. 6. 1118SNجواب يگانه اي ندارد. 6. 12 ،36PN ،90RN ل قبول است.قاب

ھدف ھای آموزشی حاصل شده 6- 1بخش مشخصه ھاي مختلف يك چرخ دنده را نام ببريد؟ آيا می توانيد

6-1ش د نوع مناسب چرخ دنده را براي كاربردھاي متفاوت انتخاب نمائيد؟ بخآيا می تواني

6-3آيا مي توانيد نسبت جعبه دنده را تعئين كنيد؟ بخش

6- 5-2دنده صاف با فرمول لوئيس تعئين كنيد؟ بخش آيا مي توانيد تنش خمشي را براي يك چرخ

آيا مي توانيد چرخ دنده ھاي مناسبي براي يك جعبه دنده مركب با استفاده از چرخ

6- 6بخش دنده ھاي صاف انتخاب نمائيد؟

آيا آيا مي توانيد چرخ دنده ھاي مناسبي براي يك جعبه دنده اپي سيكليك با كاربرد 6-6، 6-3- 2چرخ دنده ھاي صاف انتخاب كنيد؟ بخش

Page 192: طراحی مکانیکی

192

7 تحليل تفصيلي تنش در چرخ دنده ھا

معادله لوئيس اگرچه براي انتخاب مقدماتي چرخ دنده ھا مناسب مي باشد ولي براي محاسبات طراحي خ دنده ھا تفصيلي كه درآن طول عمر ماشين عاملي بحراني است ويا ھنگامي كه بارگذاري روي چر

سنگين است ، كفايت نمي كند. براي انجام محاسبات تفصيلي تنش ھاي خمشي وتماسي براي چرخ دنده ھا ، استانداردھاي ملي يا بين المللي در دسترس مي باشند. دراين فصل خال صه اي از استانداردھاي

AGMA د.براي محاسبه تنش ھاي خمشي وتماسي درچرخ دنده ھاي صاف ارائه مي گرد

ھدف ھاي آموزشي

در آخر اين فصل شما بايستي اين توانائي را دارا باشيد كه: تنش خمشيAGMA .را براي چرخ دنده ھای صاف تعئين كنيد تنش تماسيAGMA .را براي چرخ دنده ھای صاف تعئين نمائيد .تنش ھاي مجاز خمشي وتماسي را براي چرخ دنده ھای صاف تعئين كنيد براي چرخ دنده ھای صاف تعئين نمائيد.ضريب ايمني .براي چرخ دنده ھای صاف طراحي راھبردي را مشخص كنيد

مقدمه 1-7

معرفي شد، نقطه شروع مفيدي براي طراحي مجموعه چرخ دنده ھا را فراھم مي 6معادله لوئيس كه در فصل اگرچه ، چرخ دنده ھا ممكن است به نمايد. درمعادله لوئيس تنش ھاي خمشي در چرخ دنده ھا لحاظ شده است.

سبب تنش ھاي خمشي اضافي ويا سايش دچار خرابي شوند. سا يش با حركت دندانه ھا درھنگام شروع وخاتمه خ مي دھد. تنش ھاي تماس با يكديگر كه ھمراه با تغئير شكل محلي دندانه چرخ دنده در ناحيه تماس است، ر

ھاي تماسي ناميده مي شوند. اگر تنش ھا زياد باشند ،سپس خرابي مواد ناشي از تغئير شكل ھاي سطحي ، تنش بشكل اتالف ماده از سطوح چرخ دنده خواھد بود كه متخلخل شدن نيزناميده مي شود. متخلخل شدن نوعي

خستگي سطحي بدليل تكراربسيار زياد تنش ھاي تماسي بزرگ مي باشد. سايش ممكن است ناشي از ابي روان ساز يا سايش بعلت وجود مواد خارجي مانند ذرات ماسه يا پودرباشد. خراشيدگی به سبب خر

مدل سازي تنش ھاي چرخ دنده ھا موضوع تحقيقات گسترده اي بوده است. بلحاظ طبيعت ديناميكي بارھا وتنش مانند ھاي بزرگي كه در بعضي از طراحي ھاي چرخ دنده ، دخيل مي باشند تحليل پيچيده ايست. اگرچه فنوني

تحليل عنصرھاي محدود، مدل سازي تفصيلي ھرشكل ھندسي مشخص چرخ دنده ھا را مقدور مي سازد، نتايج برحسب ايجاد مدل وعدم اطميناني كه درمورد اعتبار شرايط مرزي و خاصيت ھاي مواد پيش مي آيد، وظيفه

ردھاي روش دار مانند آن ھائي اي كاربر است. گزينه ديگري بغير از تحليل عنصرھاي محدود، كاربرد رويك) BSI) ، اداره استادارد بريتانيا ( AGMAاست كه در استانداردھاي انجمن آمريكائي سازندگان چرخ دنده (

) تدوين شده اند. ISOوسازمان بين المللي استانداردسازي (مركز مي يابد. در اين فصل بر تحليل امكان خرابي چرخ دنده ھا خواه از تنش ھاي خمشي و يا تماسي ، ت

براي تنش AGMAرابطه نسبتا ساده اي براي تنش ھاي تماسي پيش از شروع معادله ھاي جاري 7-2بخش

Page 193: طراحی مکانیکی

193

بر ارزيابي تعداد AGMA ، بطور اجمالي ارائه شده است. معادله ھاي 7- 3ھاي خمشي وتماسي در بخش ه شكل ھندسي وموارد مورد نظر است. در عمده اي از عامل ھا وپارامتر ھاي ھندسي تكيه دارد كه وابسته ب

ارائه شده 20اين فصل رويكرد اصلي فقط براي چرخ دنده ھاي صاف با عمق كامل دندانه و زاويه فشارنمودارھا ومعادله ھای جامعی که در استانداردھای اصلی ارائه شده است در اينجا حذف شده است. بسياري از

7-4واننده توصيه می شود که در صورت نيازبه اخير ترين استانداردھا مراجعه نمايد. در بخش اند وبه خ راھبرد عمومی برای طراحی چرخ دنده ھا بصورت خالصه ذکر می گردد.

خرابی در اثر سايش 2-7

ی چرخ در چرخ دنده ھا عالوه برخرابی ناشی از تنش ھای خمشی، خرابی ناشی از سايش سطح دندانه ھادنده ھا نيز بايستی لحاظ شود. از انواع ممکن خرابی سطحی، سوراخ سوراخ شدن سطحی می باشدکه خرابی

ناشی از خستگی سطحی ناشی از تکرار زياد تنش ھای تماسی زياد ، خراشيدگی بسبب خرابی روانساز وسائيدگی ناشی از وجود ذرات خارجی است.

طحی در چرخ دنده ھا با رابطه زير مدل سازی می شود:تنش تماسی يا ھرتزی بعلت فشردگی س

)1-7 (0.5

v tc p

1 2

K W 1 1C

Fcos r r

بار منتقله tWضريب سرعت، vK، شعاع ھای انحناء 2rو 1rضريب ارتجاعی، pCکه در اين معادله،

)N،(F ) پھنای پيشانیm( و ) زاويه فشاری .می باشد (

تنش 7- 1برحسب متر بيان شوند، معادله 2rو N ،1rبرحسب MPa ،tWبرحسب واحد pCگر ا

بدست می دھد. kPaرا برحسب cتماسی شعاع ھای انحناء با رابطه ھای زير تعئين می شوند:

)2-7 (P1

d sinr

2

)3-7 (G2

d sinr

2

به ترتيب قطر دايره گام پينيون و چرخ دنده می باشند. GdوPdکه

، برای چرخ دنده ھای با پروفيل ماشينکاری يا فرزکاری شده با رابطه زيربا معادله زير vKضريب سرعت بيان می گردد:

)4-7( 6.1

6.1

vV

K

m/سرعت خط گام برحسب ( Vکه s .می باشد (

تعريف شده ، معکوس AGMAتوجه کنيد که اين تعريف برای ضريب سرعت که در آخرين استانداردھای پيشين اين ضريب می باشد. بھمين دليل ، پيروی نماد پيشنھادی توسط ميشکه در کتاب شيگلی و ميشکه تعريف

Page 194: طراحی مکانیکی

194

) ، يک باالنويس (پرايم ) به آن اضافه شده تا از مقدار مشخص شده با ھمين عنوان در تعريف قبلی 2001( تفکيک گردد.

تعئين نمود. 7-1ويا جدول 7- 5 را می توان از معادله pCضريب ارتجاعی

)5-7 (

0.5

p 2 2P G

P G

1C

1 1E E

يب يانگ برای ضر PEنسبت پواسن ماده چرخ دنده ، Gنسبت پواسن ماده پينيون و Pدر رابطه فوق ، ضريب يانگ برای چرخ دنده می باشد. GEپينيون و

)AGMA 218.01(برگرفته از استاندارد MPaبرحسب pCمقدارھای ضريب ارتجاعی 7- 1جدول

7-1مثال دندانه 60دندانه می باشد که چرخ دنده ای چدنی با 22کاھنده ای دارای پينيون فوالدی صاف با جعبه دنده

وپھنای 4، مقياس آن1200rpmمی باشد. سرعت پينيون برابر 10kWرا می گرداند. توان منتقله است. تنش تماسی را تعئين نمائيد. 50mmپيشانيش

حل:

1200n، چرخ دنده چدنی ، 60GN، پينيون فوالدی ، 22PNمعلومات مسئله : rpm

،4m ،50F mm 10وP kW

4 22 88 P Pd mN mm

4 60 240 Gd mm

0.088 2

1200 5.529 /2 60

V m s

Page 195: طراحی مکانیکی

195

6.1 5.529

1.9066.1

vK

t10000

W 1809N5.529

pC برای پينيون فوالدی وچرخ دنده چدنی ، 7-1از جدول 174 MPa .تعئين می گردد

داريم : 7-3و 7- 2از معادله

3

1

88 10 sin 20r 0.01505m

2

3

2

240 10 sin 20r 0.04104m

2

:7- 1از معادله

0.5

c1.906 1809 1 1

1740.05cos20 0.01505 0.04104

0.53447.95174 90.81

0.05cos20

174 2581 449200kPa

449MPa

برای محاسبه تنش ھای خمشی وتماسی AGMAمعادله ھای 3-7

ای صاف ومارپيچی با کاربرد روش ھای استاندارد ارائه محاسبه تنش ھای خمشی وتماسی در چرخ دنده ھ)،انجمن استانداردآلمان( ISO)، سازمان بين المللی استاندارد سازی (BSIشده توسط انجمن استاندارد بريتانيا (

DIN) وانجمن سازندگان چرخ دنده آمريکا (AGMA انجام می شود. استانداردھای (AGMA اخيرا تجديد ،) بصورت گسترده ای مورد استفاده می باشد وبھمين ANSI/GMA 2001-C95استاندارد( نظر شده اند و

دليل انتخاب شده ودر اين جا ارا ئه می گردد. در اين روش ھا استفاده زيادی ازيک سری عامل ھای ھندسی وطراحی شده که از نمودارھا وجدول ھای طراحی تعئين می شوند.

) بصورت زير می باشد:SIاحد متريک (برای تنش خمشی در و AGMAفرمول

)6-7 (H Bt O V S

m J

1 K KW K K K

F Y

يا برحسب واحدھای رايج امريکائی :

Page 196: طراحی مکانیکی

196

)7-7 (d m Bt O V S

P K KW K K K

F J

) تنش خمشیPa،(tW) بار مماسی منتقلهN ، (OK ،ضريب اضافه بارVK ، ضريب ديناميکیSK

HKبا واحد متر)، مقياس in ،(m )يا mپھنای پيشانی in،(F )ام قطری عرضی (گ dPضريب اندازه، ضريب ھندسی مقاومت خمشی . Jيا JYضريب ضخامت لبه ، BK ، ع بارضريب توزي mKيا

) عبارتست از:SIبرای مقاومت تماسی در واحد ( AGMAمعادله

)8-7 (0.5

H Rc e t O v S

I

K ZZ W K K K

Fd Z

يا در واحدھای رايج آمريکائی بصورت زير می باشد:

)9-7 (0.5

m fc P t O v S

K CC W K K K

Fd I

بار مماسی منتقله MPa،(tWضريب ارتجاعی kPa ، (eZ )قدر مطلق تنش تماسی ( cکه در آن )N ، (OK ،ضريب اضافه بارVK ، ضريب ديناميکیSK ،ضريب اندازهHK ياmK ضريب توزيع بار ،

F ،پھنای پيشانیd ، قطر گام پينيونRZ ياfC ضريب شرايط سطحی از نظر مقاومت سايشی وIZ يا I ضريب ھندسی مقاومت تماسی.

بيان شوند MPaبرحسب m ،eZبرحسب m ،dبرحسب N ،Fبرحسب tW، اگر 7-8در معادله می باشد. kPa) برحسب c، واحد تنش تماسی (

انجمن امريکائی سازندگان چرخ دنده،براساس تجارب کاری ازنقطه نظر ايمنی معادله ھای تنش مجاز را برای برای AGMAی تعئين تنش خمشی مجازوتنش تماسی مجاز تعريف نموده است. معادله چرخ دنده ھا برا

با رابطه زير بيان می گردد: SIتعئين مقدار ايمن تنش خمشی در واحدھای

)10-7 (FP Nall

F Z

Y

S Y Y

است. مجاز تنش برای مشخص نمودن allزير نويس

يا برحسب واحدھای رايج امريکائی:

)11-7 (t Nall

F T R

S Y

S K K

2lbيا MPaتنش خمشی مجاز ( tSيا FPکه در معادله ھای اخير، / in ، (NY ضريب سيکلی تنش برای

اعتماد می ضريب قابليت RKيا ZYضريب دما ، و TKيا AGMA ،Yضريب ايمنی FSتنش خمشی ، باشند.

Page 197: طراحی مکانیکی

197

عبارتست از: SIبرای تعئين مقدار ايمن تنش تماسی در واحدھای AGMAمعادله

)12-7 (HP N Wc,all

H Z

Z Z

S Y Y

يا در واحدھای رايج امريکائی:

)13-7 (c N Hc,all

H T R

S Z C

S K K

2lbيا MPaتنش تماسی مجاز ( HPيا cSکه / in ،(NZ ،ضريب تنش سيکل طول عمرWZ ياHC

ضريب ايمنی HSضريب قابليت اعتماد و RKيا ZY، ضريب دما ، TKيا Yضريب نسبت سختی ، AGMA .می باشد

tWدرنظر گرفتن بارھای خارجی وارده ای می باشد که از بار نامی مماسی OKھدف از ضريب اضافه بار، بيشترھستند. مثال نوعی برای اين ، تغئير در گشتاور پيچشی حاصله از موتورھای درون سوزاست. مقدارھای

OK ھای متنوع استخراج شده است. مقدارھای ضريب اضافه باررا می توان از تجارب گسترده ای از کاربرد بطور تقريبی تعئين نمود. در اين کتاب عموما ضريب اضافه بار برابر واحد فرض شده است. 7-2از جدول

ر سرعت خط گام ، ، برای لحاظ نمودن اثر فاصله دندانه ھا وخطاھای پروفيل ، مقدا VKضريب ديناميکی ماند وسختی اجزاء چرخشی وبار منتقله به ازای واحد پھنای پيشانی ، بکار می رود. انجمن سازندگان چرخ

دنده آمريکا ، مجموعه ای از اعداد کنترل کيفيتی را که می توان بعنوان اعداد سطح دقت انتقال در نظر گرفت ) بکار می روند. AGMA 390.01موده و جھت تعئين کميت اين پارامتر ھا ( وفق تعريف ن VQ، با نماد V3رده ھای Q 7 شامل غالب چرخ دنده ھای با کيفيت تجاری ھستند که عموما مناسب برای کاربردھايی

V8ی مانند ماشين ھای کارخانه ای و کشاورزی ، پرس ھا ونقاله ھا می باشند ، رده ھا Q 12 دارایکيفيت دقيق بوده وعموما برای ابزارھای برقي ، ماشين ھای لباسشوئی وسامانه ھای انتقال خودروھا مناسب می باشند. در حالت کلی ھرچه سرعت محيطی بزرگتر وبار ويژه دندانه کوچک تر باشد دقت در توليد چرخ

را از فرمول VKنترل کيفيت بزرگتر بايستی بکار رود. ضريب ديناميکی دنده بيشتر وچرخ دنده ای با عدد ک زير بايستی تعئين نمود.

)14-7 (

B

VA 200V

KA

که در فرمول فوق:

)15-7 ( 2/3

V12 QB

4

و )16-7 (A 50 56(1 B)

Page 198: طراحی مکانیکی

198

ی معموال برابر واحد درنظر گرفته می شود. ولی درصورتی که نايکنواختی در خاصيت ھا SKضريب اندازه ماده ، ناشی ازاندازه ، موجود باشد مقدارھای بزرگتری می توان برای آن در نظر گرفت.

تقريبی برای ضريب اضافه بارمقدارھای 7-2جدول

ماشين گردنده

شوک سبک: يکنواخت : شوک سنگين: شوک متوسط: مانند :پرس ھای مانند: پمپ ھای مانند: فن ھا ، مانند: ژنراتورھای

پانچ وسنگ سانتريفوژبا سرعت باال، پمپ ھای با کار دائم فوژ با سرعتيسانتر شکن ھا پمپ ھا وکمپرسورھای

رفت وبرگشتی، نقاله ھای پائين، ژنراتورھای سخت کار،گرداننده ھای با کار متغير، نقاله ھای ماشين ھای افزار و با بار يکنواخت،

اره ھا پمپ ھای با جابجائی مثبت.

ماشين گرداننده1.75

2.25

2.75

1.5

1.75 2

1.25

1.4

1.7

1

1.2

1.3

: مانند يکنواختالکتروموتورھا يا توربين ھای گازی با سرعت ثابت

شوک سبک: مانند

گرداننده ھای با سرعت متغير

شوک متوسط : مانند موتورھای درون سوز

چند سيلندر

ود. در حالت برای درنظر گرفتن توزيع نايکنواخت باردر امتداد خط تماس بکار می ر HKضريب توزيع بار ايده آل چرخ دنده ھا بايستی در محلی نصب شوند که شيب محور تحت بار صفر باشد. معموال اين محل در

وسط محور می باشد. /Fبرای d 2 ، چرخ دنده ھا ی نصب شده بين ياتاقان ھا ،F 1.016m تماس در طول پھنای کامل ،

عضو رابطه زير برقرار می باشد: باريکترين )17-7 (H m mc pf pm ma eK K 1 C (C C C C )

mcCبرای دندانه ھای بدون تاج 1 وبرای دندانه ھای تاج دارmcC 0.8

Fاگر 0.0254m ، سپس

)18-7 ( pfF

C 0.02510d

Page 199: طراحی مکانیکی

199

0.0254اگر F 0.4318m بنابراين

)19-7 (pfF

C 0.0375 0.4921F10d

0.4318اگر F 1.016m : پس

)20-7 (2pf

FC 0.815F 0.3534F

10d

F/10dبرای مقدارھای 0.05 7-20تا 7-18، در معادله ھای F/10d 0.05 .قرار دھيد

1Sبرای پينيون ھايی که بين دوياتاقان نصب می شونددر حالتی که ، /S 0.175 ،pmC 1 .را بکار بريد

1Sبرای پينيون ھايی که بين دوياتاقان نصب می شوند در حالتی که ، /S 0.175 ،pmC 1.1 مناسب می

باشد. نشان داده شده است. 7-1در شکل Sو 1Sتعريف فاصله ھای

بکار می رودpmCکه در تعئين Sو 1Sتعريف فاصله ھای 7-1شکل

)21-7 (2

maC A BF CF

تعئين می شوند. 7- 3از جدول Cو A ،Bکه در آن ضريب ھای

برای چرخ دنده ھائی که درھنگام عمليات نصب تنظيم می گردند يا اگر تطبيق با پرداخت چرخ دنده يا ھردو eCعمل انجام شود ، 0.8 برای ساير شرايط ،eC 1 .در نظر گرفته شود

اگرضخامت لبه برای تامين تکيه گاھی کامل جھت تحمل چرخ دنده کفايت ننمايد در اين صورت اين Rبت بحساب آورده شود. اين ھنگامی که نس BKوضعيت بايستی با ضريب ضخامت لبه، tt / h 1.2

Rباشد ضروری می باشد. در مثال ھای ارائه شده فرض شده که tt / h 1.2 در اين صورت ،BK 1 می باشد.

Page 200: طراحی مکانیکی

200

بکار می روند 7-21معادله در maCتعئين ضريب ھايی که برای 7- 3جدول

A B Cشرايط چرخ دنده

0.119- 0.657 0.247چرخ دنده ھای بدون حفاظ

144 .0- 0.622 0.127چرخ دنده ھای تجاری

با حفاظ

0.144- 0.504 0.0675چرخ دنده ھای دقيق با حفاظ

0.127- 0.402 0.00360چرخ دنده ھای فوق العاده

دقيق با حفاظ

20برای چرخ دنده ھای صاف با عمق کامل دندانه و زاويه فشار JYضريب ھندسی مقاومت خمشی ، تعئين نمود. 7-2را می توان از شکل

20برای چرخ دنده صاف با عمق کامل دندانه وزاويه فشار Jيا JYضريب ھندسی مقاومت خمشی ، 7-2شکل

Page 201: طراحی مکانیکی

201

برای بحساب آوردن پرداخت سطح ، تنش باقيمانده وکار سختی. ھنگامی RZضريب شرايط سطحی ، بزرگتر از واحد پيشنھاد می شود. RZکه پرداخت سطح نا مطلوب باشد ، مقدار

7-23تا 7-22از معادله ھای Iبرای چرخ دنده ھای صاف ومارپيچی ضريب ھندسی مقاومت سطح ، تعئين می شوند.

برای چرخ دنده ھای خارجی

)22-7 (t t GI

N G

cos sin mZ I

2m m 1

برای چرخ دنده ھای داخلی

)23-7 (t t GI

N G

cos sin mZ I

2m m 1

Nmرای چرخ نده ھای صاف در فرمول ھای باال، ب 1 ) ،t ده رای چرخ دن ه فشاری عرضی ب زاوي

ده ھای صاف ارپيچی می باشد. در چرخ دن ا tھای م ده ھاي را ب راي چرخ دن د). ب جايگزين نمائيNمارپيچي Nm p / 0.95Z كه در آنNp گام مبنا وZ .طول خط كنش در صفحه عرضي مي باشد

عبارتست از: Gmنسبت سرعت

)24-7 (GG

P

Nm

N

تعئين نمود. 7-5يا معادله 7-1را مي توان از جدول PCيا eZضريب ارتجاعي

ديل مقاومت ھاي NZو NYضريب طول عمر ر از AGMAجھت تع راي طول عمر ھاي غي 710بسيكل بكار مي رود. تعئين طول عمر مورد نياز در ھر طراحي تصميمي بحراني مي باشد. مالحظاتي در ه شوند. ود بايستی در نظر گرفت د پيم اريش خواھ مورد تعداد بيشينه سيکل ھايی که ماشين در طول عمرک

داول لحاظ واضح است که کاربرآن متفاوت ، ماشين را به روش ھای متفاوتی بکار می د. رويکرد مت برند. 95نمودن درصد ماشين ھای درحال کار می باشد. اين روش، حالت ھای افراطی را مستثنی می نماي

اربرد بيشينه زان ک برای نمونه ماشين لباسشوئی را در نظر بگيريد. تحليل بازار الزم است انجام شود تا مين 95در نظر گرفتن اين ماشين مشخص گردد. درتا از اي درصد کاربران افراطی را که ممکن است فقط ن

اربرد 24ماشين استفاده نمايند وآنھائی را که از اين ماشين د. ک ساعته استفاده می نمايند ، مستثنی می نمايورد ضمانت ماشين اين ماشين درحالت اخير، بخودی خود در ھ ا در م ه ادع ر موردی کاربر را از ھرگون

ه ود ک وان تصور نم ام داد. می ت محروم می سازد. برآوردی از ميزان کاربرد اين ماشين نيز می توان انجا د. ب ار بيافت ال بک ه روزه در طی س ه دوباروھم انوارممکن است روزان وئی دريک خ ين لباسش يک ماش

و م د شستش ه فراين ن ک رض اي رعت ف ار باس کل ازک اعت و 30rpmتش رای يکس رای 800rpmب ب15min :باشد، بنابراين تعداد سيکل ھای کار اين ماشين در يکسال با محاسبه زير برآورد می گردد

6 7365 2 (30 60) (800 15) 10.074 10 10

در 710اگر ضمانت اين دستگاه يکساله لحاظ گردد پس تعداد سيکل ھای الزم برای محاسبات را بايستی

توجه تعئين نمود. 7-4را از شکل NZو 7- 3را می توان از شکل NYنظر گرفت. ضريب طول عمر

Page 202: طراحی مکانیکی

202

کنيد که اگر تعداد دندانه ھای پينيون وچرخ دنده متفاوت باشد، پس ھريک تحت اثر تعداد سيکل ھای متفاوتی قرار می گيرند.

: ANSI/AGMA 2001-C95برگرفته از NYضريب طول عمر تنش خمشی 7-3شکل

ANSI/AGMA 2001-C95برگرفته از : NZضريب طول عمر مقاومت سايشی 4-7

RKيا ZYضريب قابليت اعتماد 7-4جدول

ZY ياRK قابليت اعتماد

0.7 0.5 0.85 0.90 1.00 0.99 1.25 0.999 1.50 0.9999

Page 203: طراحی مکانیکی

203

120برای دماھای روغن يا چرخ دنده تا Yضريب دما ، C يتوان برابر با واحد در نظر گرفت. را مکار در دماھای باالتر از اين دما بلحاظ تنزل کيفی روانساز توصيه نشده وکاربرد مبدل حرارتی برای

120کاھش دمای روان ساز در چنين شرايطی توصيه می شود. اگر دما از C تجاوز نمايد ضريب دماY.بايستی از يک بيشتر شود

برای بحساب آوردن توزيع آماری گسيختگی مواد بعلت خستگی بکار RKيا ZYضريب قابليت اعتماد مشخص شده 7-4بايستی وفق آن چه در جدول ZYمی رود. بسته به سطح قابليت اعتماد مطلوب ضريب

ذکر نشده ، از درون يابی لگاريتمی استفاده 7-4است ، تنظيم گردد. برای ديگر مقدارھائی که در جدول شود.

از رابطه زير حاصل می گردد: 1ی برای فوالد درون سخت شده و برای اجزاء درجه تنش مجاز خمش )25-7 (FP B0.533H 88.3 MPa

: 2و برای درجه

)26-7 (FP B0.703H 113 MPa

گردد:با رابطه زير تعئين می 1تنش مجاز خمشی برای فوالدھای درون سخت شده با ازت از درجه

)27-7 (FP B0.568H 83.8 MPa

: 2وبرای درجه

)28-7 (FP B0.749H 110 MPa

برای فوالدھای درون سخت شده 7- 28تا 7- 25مقدار تنش خمشی مجاز را می توان از معادله ھای

تعئين نمود. 7-5دول وفوالدھای درون سخت شده با ازت و برای چرخ دنده ھای آھنی وبرنزی از ج می باشد. 7-29بکمک معادله FPگزينه ديگر تعئين برآوردی برای

)29-7 (4 2

FP B B20.55 1.176H 9.584 10 H

می باشد. MPaتنش مجاز خمشی برحسب FPکه در آن

درصد قابليت اعتماد برای 99سيکل و 710با فرض بارگذاری يک جھتی ، HPتنش تماسی مجاز ، از رابطه زير حاصل می شود: 1ون سخت شده درجه چرخ دنده ھای فوالدی در

)30-7 (HP B2.22H 200

از رابطه زير بدست می آيد: 2وبرای چرخ دنده ھای فوالدی درون سخت شده درجه

Page 204: طراحی مکانیکی

204

)31-7 (HP B2.41H 237

برای فوالدھای درون سخت شده درجه 7-31و 7-30ی مقدار تنش تماسی مجاز را می توان از معادله ھااز HPبرای چرخ دنده ھای آھنی وبرنزی تعئين گردد. گزينه ديگر برای برآورد 7-5واز جدول 2و1

تعئين شدنی است. 7- 32معادله

)32-7 (HP B182.7 2.38H

می باشد. MPaتنش تماسی مجاز برحسب HPکه در آن بت سختی فقط برای چرخ دنده ھا بکار می رود. ھدف از آن تنظيم مقاومت ھای سطحی برای ضريب نس

بحساب آوردن سختی ھای متفاوت چرخ دنده ھا وپينيون ھا می باشد. ضريب نسبت سختی برای چرخ دنده ھا از رابطه زير تعئين می گردد:

)33-7 (W H GZ C 1 A (m 1) :که در اين رابطه

)34-7 (3 3BP

BG

HA 8.98 10 ( ) 8.29 10

H

برای دامنه :

)35-7 (BP

BG

H1.2 1.7

H

به ترتيب سختی برينلی پينيون و چرخ دنده می باشد. BGHو BPHکه در آن

GG

P

Nm

N

نش تماسی مجازکه بصورت تکراری اثر نمايند، برای مواد آھنی وبرنزی منتخب تنش خمشی مجاز وت 7- 5جدول

درصد. 99وقابليت اعتماد عملياتی سيکل 710درتنش تماسی

)MPa(مجازتنش خمشی

)MPa(مجازسختی سطحی کمينه

نوعیعمليات حرارتی

ماده فلزی رتبه بندی

345-414 448-517 517-586

530-634 530-634

634-772

710-867

207 448

34 59 90

152-228 152-228

186-276

214-303

39

163

- 174 BH

201 BH

140 BH

179 BH

229 BH

269 BH

uts min 275MPa

uts min 620MPa

وفق ريختگیريختگیوفق

وفق ريختگی

تابانده تبريد وبازپخت

تبريد وبازپخت

تبريد وبازپخت

ريختگی در ماسهعمليات حرارتی

Class 20 Class 30 Class40

Grade 60-40-18 Grade 80-55-06

Grade 100-70-03

Grade 120-90-02

ASTM B-48

آلياژ954

چدن خاکستریASTM

A48

آھن شکل پذير(گرده ای)

برنز

Page 205: طراحی مکانیکی

205

7-2مثال

50دندانه وچرخ دنده ای با 18و 20يک گرداننده چرخ دنده ای شامل پينيونی صاف با زاويه فشاری است. پينيون با سرعت 30mmوپھنای پيشانی برابر 2.5مقياس اين چرخ دنده ھا دندانه می باشد.

1425rpm 3دوران می کند. اين مجموعه چرخ دنده بايستی توانkW را انتقال دھد وبارواردهوسختی برينلی 1وگرداننده را می توان يکنواخت درنظر گرفت. ماده پيشنھادی چرخ دنده از فوالد درجه

می باشد. اين چرخ دنده ھا بايستی با استاندارد کيفيتی شماره 200و 240ب پينيون وچرخ دنده به ترتي6AGMA توليد شده ودندانه ھا بدون تاج می باشند. چرخ دنده ھا در يک واحد محافظ ، بين دو ياتاقان

درصد فرض کنيد. تنش ھای 90سيکل و قابليت اعتماد را 810نصب می شود. طول عمر پينيون را ھای ايمنی متناظر را برای پينيون وچرخ دنده محاسبه نمائيد. وضريب AGMAخمشی وتماسی

حل

2.5قطر پينيون برابر است با: 18 45 P Pd mN mm

2.5قطر چرخ دنده : 50 125 G Gd mN mm

تعئين می شود: 7-24نسبت سرعت از معادله

GG

P

N 50m 2.778

N 18

OKفرض می کنيم ضريب اضافه بار برابر باشد با: 1

2 0.045

V r 1425 3.358m /s60 2

tP 3000

W 893.5NV 3.358

داريم: 7- 16و 7- 15از معادله ھای

2/3 2/3

V12 Q 12 6B 0.8255

4 4

A 50 56(1 B)

50 56(1 0.8255) 59.77

، برابر است با: 7-14ضريب ديناميکی وفق معادله

B

VA 200V

KA

Page 206: طراحی مکانیکی

206

0.825559.77 200 3.358

59.77

1.346

SK ضريب اندازه را برابر يک فرض می کنيم ، 1

mcCدندانه ھا بدون تاج می باشند ، بنابراين، 1

F 30mm 7- 19بنابراين ا ز معادله

pfF

C 0.0375 0.4921F10d

pf0.03

C 0.0375 0.4921 0.0310 0.045

0.04392

mpC 1

eC 1

داريم: 7-21برای واحدھای تجاری محفوظ ، از معادله

2

maC 0.127 0.622F 0.01442F

20.127 0.622 0.03 0.01442 0.03

0.1456 تعئين می گردد: 7-17از معادله HKضريب توزيع بار

H mc pf pm ma eK 1 C (C C C C )

1 1(0.04392 1 0.1456 1)

1.190

ر گرفتن با در نظ 7-3از شکل NPYضريب سيکلی تنش مقاومت خمشی وارده تکراری برای پينيون ،

سيکل عبارتست از: 810خط بدترين حالت برای

8 0.0323NPY 1.6831(1 10 ) 0.9284

Page 207: طراحی مکانیکی

207

چرخ دنده در مقايسه با پينيون سيکل ھای کمتری را طی می نمايد وضريب سيکلی تنش مقاومت خمشی با رابطه زير تعئين می گردد: NGYبرای اين چرخ دنده ،

0.03238

NGG

1 10Y 1.6831

m

0.032381 101.6831

2.778

0.9284

با در نظر گرفتن بدترين حالت 7-4از شکل NPZضريب سيکلی تنش مقاومت سايشی برای پينيون،

سيکل از رابطه زير حاصل می گردد: 810برای

0.056NP

8 0.056

Z 2.466N

2.466(1 10 ) 0.879

چرخ دنده در مقايسه با پينيون سيکل ھای کمتری را طی می نمايد وضريب سيکلی تنش مقاومت خمشی با رابطه زير تعئين می گردد: NGZبرای اين چرخ دنده ،

0.0568

NGG

1 10Z 2.466

m

0.05681 102.466 0.9308

2.778

ZYدرصد برابر است با: 90، ضريب قابليت اعتماد برای قابليت اعتماد 7-4ل از جدو 0.85

Yفرض می کنيم که ضريب دما 1 .باشد

RZضريب شرايط سطحی را برابر 1 .فرض می کنيم

برابر است با: 7- 1برای يک پينيون فوالدی درگير با چرخ دنده فوالدی ضريب ارتجاعی از جدول 0.5

EZ 191 (MPa)

با رابطه زير تعئين می 7-25از معادله 1ون فوالدی درون سخت شده درجه تنش خمشی مجاز برای پيني گردد.

FP B0.533H 88.3 MPa

0.533 240 88.3 216 MPa

و برای چرخ دنده :

Page 208: طراحی مکانیکی

208

FG 0.533 200 88.3 195 MPa

محاسبه می گردد: 7-30شده از معادله تنش تماسی مجاز برای پينيون فوالدی درون سخت

HP B2.22H 200 2.22 240 200

733 MPa

محاسبه اين تنش برای چرخ دنده بصورت زير است: HP 2.22 200 200 644 MPa

داريم : 7-34از معادله

3 3BP

BG

HA 8.98 10 ( ) 8.29 10

H

3 32408.98 10 ( ) 8.29 10

200

32.486 10

با رابطه زير حاصل می گردد: 7- 33از معادله WZضريب نسبت سختی ،

W GZ 1 A (m 1)

1 2.486(2.778 1)

1.004

JPYبرابر 7-2ھای ھندسی مقاومت خمشی از شکل ضريب 0.316 وJGY 0.396 تعئين می

شود: بصورت زير محاسبه می گردد: 7-22از معادله IZضريب ھندسی

t t GI

N G

cos sin mZ

2m m 1

cos20sin 20 2.778

0.11822 2.778 1

ير تعئين می شود:از رابطه ز 7-6، معادله AGMAتنش خمشی

H Bt O V S

m J

1 K KW K K K

F Y

جايگزين کردن ضريب ھا ومتغير ھای ھندسی در رابطه فوق برای پينيون عبارتست از:

Page 209: طراحی مکانیکی

209

P1 1.190 1

893.5 1 1.346 10.03 0.0025 0.316

660.39 10 Pa

و برای چرخ دنده :

G1 1.190 1

893.5 1 1.346 10.03 0.0025 0.396

648.18 10 Pa

با رابطه زير بيان می شود: 7-10تنش خمشی مجاز، وفق معادله

FP Nall

F Z

Y

S Y Y

FSبا قراردادن 1 ی پينيون بشکل زير است:، و تعئين تنش خمشی مجاز برا

all216 0.9284

236 MPa1 1 0.85

را می توان محاسبه کرد: FPSبنابراين ضريب ايمنی برای پينيون ،

FP236

S 3.9160.4

FSبا قراردادن 1 :و تعئين تنش خمشی مجاز برای چرخ دنده بشکل زير است ،

all195 0.9583

220 MPa1 1 0.85

را می توان محاسبه کرد: FGSبنابراين ضريب ايمنی برای چرخ دنده ،

FG220

S 4.5648.2

بزرگتر از يک می باشند که نشانگر قابل قبول بودن طراحی تا اين مرحله می FGSو FPSمقدارھای باشد.

تعين می گردد: 7-8تنش تماسی از معادله

0.5

H Rc e t O v S

I

K ZZ W K K K

Fd Z

عدد گذاری در فرمول فوق برای پينيون:

Page 210: طراحی مکانیکی

210

0.5

c1.190 1

191 893.5 1 1.346 1 kPa0.045 0.03 0.1182

191 2994 kPa 572 MPa

وبرای چرخ دنده :

0.5

c1.190 1

191 893.5 1 1.346 1 kPa0.125 0.03 0.1182

191 1796 kPa 342 MPa

محاسبه می شود: 7- 12تنش تماسی مجاز از معادله

HP N Wc,all

H Z

Z Z

S Y Y

HSردادن و قرا WZبرای پينيون با حذف 1 :داريم

HP Nc,all

H Z

Z 732.8 0.879

S Y Y 1 1 0.85

758 MPa

HP758

S 1.33572

برای چرخ دنده

c,all644 0.9308 1.004

1 1 0.85

708 MPa

HG708

S 2.06342

حت طراحی در اين مرحله می باشد.بزرگتر از يک می باشند که نشاندھنده ص HGSو HPSمقدارھای

ھنگام مقايسه ضريب ھای ايمنی برای تنش خمشی وتماسی بايستی دقت الزم معمول گردد. اگر دندانه ھا

2بايستی با FSاشند،بدون تاج بHS ، مقايسه شود ولی اگر دندانه ھا تاج داشته باشندFS 3بايستی با

HS مقايسه گردد. اين توان، ضريب ايمنی تنش تماسی را نسبت به بار منتقل شده خطی می نمايد.

FPS، 7- 2در مثال 3.91 وHPS 1.33 مقايسه ،FPS 3.91 2باHPS 1.77 نشان می دھد که

می باشد. بھمين روش برای چرخ دنده، مقايسه در پينيون احتمال خطر شکست بسبب سايش، بيشتر

FGS 4.56 2باHGS 4.24 نشان می دھد که خطر شکست در چرخ دنده ناشی ازخمش وسايش

متوازن ويکسان است. نتيجه اين که خراب وبال استفاده شدن اين مجموعه چرخ دنده ، ناشی از تنش سايشی در پينيون ، بيشترين احتمال را دارست.

Page 211: طراحی مکانیکی

211

بلی

خير

خير

خير

بلی

روش کلی انتخاب چرخ دنده ھا 7-5شکل

داده ھای ورودی مانند توان ، سرعت ،نسبت، اويه امتداد محورھا وغيره را مشخص کنيد.ز

تعداد دندانه ھا ی پينيون و چرخ دنده برای نسبت مورد نظر را تعئين کنيد. کاتالگ

کنيد نگاه را سازندگان

نوع چرخ دنده را انتخاب کنيد.مثالصاف،مارپيچی،مخروطی،حلزونی،ھيپوئيدی

.وغيره

، mچرخ دنده ھا رااز کاتالگ انتخاب کنيد، F مواد ، ھزينه ،.

برای چرخ دنده ھای صاف: ضريب شکل لوئيس را تعئين نمائيد.

سرعت خط گام وضريب سرعت را محاسبه کنيد.

آيا سرعت قابل قبول است؟

تنش ھای خمشی وتماسی وارده بر AGMA ،BSدندانه را محاسبه کنيد(

،ISO(

چرخ دنده را تغئير دھيد

نش ھای خمشی از کاتالگ سازندگان توتماسی را برای مواد ودرجه بندی آن

ھا مشخص نمائيد.

آيا چرخ دنده ھا دارای مقاومت کافی می باشند؟

آيا طراحی از نظر ھزينه، مقاومت ، اندازه وغيره رضايت بخش است؟

طراحی مورد قبول می باشد

Page 212: طراحی مکانیکی

212

روش انتخاب چرخ دنده ھا 4-7

را نشان می دھد. در حالت عادی، سرعت دورانی چرخ روش عمومی انتخاب چرخ دنده ھا 7-5شکل ھای طراحی معلوم می باشند. دنده و پينيون وھمچنين توانی که گرداننده می بايستی منتقل نمايد، ازالزام

طراح بايستی در مورد نوع چرخ دنده ھا يی که بايستی مورد استفاده قرار گيرند، چيدمان آن ھا روی حرارتی، ھندسه چرخ دنده ھا مشتمل بر: تعداد دندانه ھا ، مقياس، شکل دندانه ھا، محور، مواد ، عمليات

پھنای پيشانی و کيفيت آن ھا، تصميم گيری کند. تنھا يک جواب برای الزام ھای طراحی ھر چرخ دنده وجود ندارد. چندين طرح " خوب " يا بھينه امکان پذير می باشد. قضاوت طراح وخالقيت وی جنبه ھای

روش کلی انتخاب را نشان می دھد، گام ھايی که در زيرشرح داده 7-5با اھميتی می باشند. اگرچه شکل شده اند ، روش محاسبه اجمالی برای طراحی وپينيون ھا و چرخ دنده ھامی باشد.

تعداد دندانه ھا ی پينيون وچرخ دنده برای تامين نسبت دنده ھای مورد نظر انتخاب کنيد. ناسب را برای پينيون وچرخ دنده پيشنھاد کنيد.ماده ای مرا می توان بعنوان راھنمای ظاھری اندازه دندانه ھای چرخ 6-13را انتخاب کنيد ، شکل mمقياس ،

دنده برای مقياس معين بکار برد. قطرھای گام را محاسبه کنيد.

G Gd mN P Pd mN

سرعت خط گام را محاسبه نمائيد.

V r

بار انتقال يافته را محاسبه کنيد.

t

PW

V

از فرمول زير محاسبه نمائيد. 6- 6را مشخص نموده ويا با کاربرد روش اجمالی مندرج در بخش پھنای پيشانی

t

V P

WF

K mY

بعنوان قاعده ای عمومی ، چرخ دنده ھای صاف بايستی با پھنای پيشانی بين سه تا پنج برابر گام دايره ای

طراحی شوند.، OKبا نمادھای AGMAھای پيشنھادی را برای تنش خمشی وتماسی کنترل کنيد. ضريب ھای چرخ دنده

VK ،HK ،NY ،NZ ،WZ ،IZ ،JY .را تعئين کنيد ) را محاسبه کنيد.7-6(معادله AGMAتنش خمشی

H Bt O V S

m J

1 K KW K K K

F Y

) را محاسبه نمائيد. 7-8( معادله AGMAتنش تماسی

Page 213: طراحی مکانیکی

213

0.5

H Rc e t O v S

I

K ZZ W K K K

Fd Z

) را محاسبه کنيد. 7-10تنش مجاز خمشی (معادله

FP Nall

F Z

Y

S Y Y

) را محاسبه نمائيد.7-12تنش مجاز تماسی (معادله

HP N Wc,all

H Z

Z Z

S Y Y

رضايت بخش نباشند ، ھندسه اوليه ويا مواد را تغئير دھيد. HSو FSاگر مقدار ضريب ھای ايمنی ر اگر ماده خاصی بايستی بکار رود ،يا تنش به مقدار مشخصی محدود گردد ويا ضريب ايمنی معينی الزام آو

باشد ترتيب اين روش تغئر می نمايد.

نتايج 5-7

د بشکل ا سايش دچار خرابی شوند. سايش می توان ازاد خمشی ي نش ھای م چرخ دنده ھا ممکن است بلحاظ تا سوراخ ھای کوچکی در سطح چرخ دنده ناشی از تنش ھای مازاد تماسی، خراشيدگی بسبب خرابی روانساز ي

نش AGMAت خارجی ، ايجاد گردد. دراين فصل معادله ھای سائيدگی ناشی از وجود ذرا دل سازی ت رای م بنش ھای خمشی ابی ت رای ارزي ھای خمشی وتماسی در چرخ دنده ھای صاف معرفی شده اند. محاسبات الزم ب

ی د. در AGMAوتماس ی باش ی م ی متک ای ھندس ارامتر ھ ا وپ ادی از ضريب ھ داد زي وده وبرتع والنی ب طا سازی ی توانصورت لزوم ، م به سھولت اين فرمول ھا را در برنامه ھای رايانه ای وصفحه ھای گسترده ج

نموده ومحاسبه ھا را به سرعت انجام داد.

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی

کتاب ھا و مقاله ھا:

استانداردھا :

Page 214: طراحی مکانیکی

214

کاروتمرين 6-7

دندانه 18با 20برای گرداننده چرخ دنده ای، مشخصاتی مشتمل برپينيون صافی با زاويه فشاری 7- 1پيشنھاد شده است . مقياس اين چرخ دنده ھا برابر گرداند،دندانه را می 48ارائه شده که چرخ دنده ای با

Page 215: طراحی مکانیکی

215

دوران می کند. اين 350rpmمی باشد. پينيون با سرعت 50mmوپھنای پيشانی آن ھا برابر 4را انتقال داده وباروگرداننده را می توان يکنواخت لحاظ نمود. ماده پينيون 5kWمجموعه بايستی

می باشد. برای چرخ دنده ، چدن با سختی برينلی 240 پيشنھادی از فوالد درجه يک وسختی برينلی آنساخته شده ودندانه ھا 7AGMAپيشنھاد شده است. اين چرخ دنده ھا بايستی وفق استاندارد کيفيتی 175

بدون تاج باشند. چرخ دندانه ھا بين دو ياتاقان و درون واحد با حفاظ نصب می شوند. طول عمر پينيون را وضريب ھای AGMAدرصد فرض کنيد. تنش ھای خمشی وتماسی 90سيکل وقابليت اعتماد را 810

ايمنی مربوطه را برای پينيون وچرخ دنده محاسبه نمائيد.دندانه که 22با 20برای گرداننده چرخ دنده ای، مشخصاتی مشتمل برپينيون صافی با زاويه فشاری 7- 2

وپھنای 2.5رخ دنده ھا برابر دندانه را می گرداند، پيشنھاد شده است. مقياس اين چ 32چرخ دنده ای با دوران می کند. اين مجموعه بايستی 450rpmمی باشد. پينيون با سرعت 30mmپيشانی آن ھا برابر

1kW را انتقال داده وباروگرداننده را می توان يکنواخت لحاظ نمود. ماده پيشنھادی برای اين چرخ دندهمی باشد. اين چرخ 200و 240ابر از فوالد درجه يک وسختی برينلی پينيون وچرخ دنده به ترتيب بر

ساخته شده ودندانه ھا بدون تاج باشند. چرخ دندانه ھا بين 6AGMAدنده ھا بايستی وفق استاندارد کيفيتی سيکل وقابليت اعتماد را 810دو ياتاقان و درون واحد با حفاظ نصب می شوند. طول عمر پينيون را

ای ايمنی مربوطه را برای پينيون وضريب ھ AGMAدرصد فرض کنيد. تنش ھای خمشی وتماسی 90 وچرخ دنده محاسبه نمائيد.

دندانه که 20با 20برای گرداننده چرخ دنده ای، مشخصاتی مشتمل برپينيون صافی با زاويه فشاری 7- 3با پھنای پيشانی 1.5دندانه را می گرداند، پيشنھاد شده است. مقياس پيشنھادی ، برابر 36چرخ دنده ای با

20mm 25با پھنای پيشانی 2 ويا مقياس برابرmm 100می باشد. پينيون با سرعتrpm دوران میرا انتقال داده وباروگرداننده را می توان يکنواخت لحاظ نمود. ماده 0.15kWکند. اين مجموعه بايستی

240پيشنھادی برای اين چرخ دنده از فوالد درجه يک وسختی برينلی پينيون وچرخ دنده به ترتيب برابر ساخته شده ودندانه ھا بدون 6AGMAدنده ھا بايستی وفق استاندارد کيفيتی اين چرخ می باشد.200و

810طول عمر پينيون را چرخ دندانه ھا بين دو ياتاقان و درون واحد با حفاظ نصب می شوند. تاج باشند.وضريب ھای ايمنی AGMAدرصد فرض کنيد. تنش ھای خمشی وتماسی 90سيکل وقابليت اعتماد را

يون وچرخ دنده محاسبه نموده ومشخص کنيد که کدام اندازه چرخ دنده بايستی انتخاب مربوطه را برای پين گردد.

برای چرخ دنده گرداننده يک ماشين اره ، پيشنھادی ارائه شده که مشتمل بر پينيونی صاف با زاويه 7- 4رخ دنده دندانه را می گرداند. مقياس اين چ 84دندانه می باشد که چرخ دنده ای با 19وتعداد 20فشاری

دوران می کند. 750rpmمی باشد. پينيون با سرعت 40mmوپھنای پيشانی آن ھا برابر با 3ھا برابر بارا انتقال داده وبه منظور لحاظ نمودن تغئيرات در بار ، ضريب 3.75kWاين مجموعه چرخ دنده بايستی

ز فوالد درجه مناسب تشخيص داده شده است. ماده اين چرخ دنده ھا ی پيشنھادی ا 2اضافه باری برابردر نظر گرفته شده است. اين چرخ 200و 240يک با سختی برينلی پينيون وچرخ دنده به ترتيب برابر

چرخ دندانه ھا بين ساخته شده ودندانه ھا بدون تاج باشند. 6AGMAدنده ھا بايستی وفق استاندارد کيفيتی سيکل وقابليت اعتماد را 810طول عمر پينيون را دو ياتاقان و درون واحد با حفاظ نصب می شوند.

وضريب ھای ايمنی مربوطه را برای پينيون AGMAدرصد فرض کنيد. تنش ھای خمشی وتماسی 90 وچرخ دنده محاسبه نمائيد.

20برای چرخ دنده گرداننده ای ، پيشنھادی ارائه شده که مشتمل بر پينيونی صاف با زاويه فشاری 7- 5دندانه را می گرداند. مقياس اين چرخ دنده ھا برابر 38با دندانه می باشد که چرخ دنده ای 20وتعداد

دوران می کند. اين 1450rpmمی باشد. پينيون با سرعت 45mmوپھنای پيشانی آن ھا برابر با 5بارا انتقال داده داده وباروگرداننده را می توان يکنواخت لحاظ نمود. 12kWمجموعه چرخ دنده بايستی

فوالد درجه يک با سختی برينلی پينيون وچرخ دنده به ترتيب برابر ماده اين چرخ دنده ھا ی پيشنھادی از

Page 216: طراحی مکانیکی

216

ساخته 7AGMAدر نظر گرفته شده است. اين چرخ دنده ھا بايستی وفق استاندارد کيفيتی 200و 240طول چرخ دندانه ھا بين دو ياتاقان و درون واحد با حفاظ نصب می شوند. شده ودندانه ھا بدون تاج باشند.

AGMAدرصد فرض کنيد. تنش ھای خمشی وتماسی 99.9سيکل وقابليت اعتماد را 810عمر پينيون را وضريب ھای ايمنی مربوطه را برای پينيون وچرخ دنده محاسبه نمائيد.

20برای چرخ دنده گرداننده ای ، پيشنھادی ارائه شده که مشتمل بر پينيونی صاف با زاويه فشاری 7- 6 6دندانه را می گرداند. مقياس اين چرخ دنده ھا برابر با 77 دندانه می باشد که چرخ دنده ای با 19وتعداد

دوران می کند. اين مجموعه 375rpmمی باشد. پينيون با سرعت 75mmوپھنای پيشانی آن ھا برابر با را انتقال داده داده وباروگرداننده را می توان يکنواخت لحاظ نمود. ماده اين 14.5kWچرخ دنده بايستی

و 300والد درجه يک با سختی برينلی پينيون وچرخ دنده به ترتيب برابر چرخ دنده ھا ی پيشنھادی از فساخته شده 6AGMAدر نظر گرفته شده است. اين چرخ دنده ھا بايستی وفق استاندارد کيفيتی 200

طول چرخ دندانه ھا بين دو ياتاقان و درون واحد با حفاظ نصب می شوند. ودندانه ھا بدون تاج باشند. AGMAدرصد فرض کنيد. تنش ھای خمشی وتماسی 90کل وقابليت اعتماد را سي 810عمر پينيون را

وضريب ھای ايمنی مربوطه را برای پينيون وچرخ دنده محاسبه نمائيد. 20برای چرخ دنده گرداننده ای ، پيشنھادی ارائه شده که مشتمل بر پينيونی صاف با زاويه فشاری 7- 7

دندانه را می گرداند. مقياس اين چرخ دنده ھا برابر 52دندانه می باشد که چرخ دنده ای با 17وتعداد دوران می کند. اين 1800rpmمی باشد. پينيون با سرعت 40mmوپھنای پيشانی آن ھا برابر با 2.5با

را انتقال داده داده وباروگرداننده را می توان يکنواخت لحاظ نمود. ماده 3kWمجموعه چرخ دنده بايستی 240د درجه يک با سختی برينلی پينيون وچرخ دنده به ترتيب برابر اين چرخ دنده ھا ی پيشنھادی از فوال

ساخته شده 6AGMAدر نظر گرفته شده است. اين چرخ دنده ھا بايستی وفق استاندارد کيفيتی 200و طول چرخ دندانه ھا بين دو ياتاقان و درون واحد با حفاظ نصب می شوند. ودندانه ھا بدون تاج باشند.

AGMAدرصد فرض کنيد. تنش ھای خمشی وتماسی 90وقابليت اعتماد را سيکل 810عمر پينيون را وضريب ھای ايمنی مربوطه را برای پينيون وچرخ دنده محاسبه نمائيد.

برای چرخ دنده گرداننده يک الکتروپمپ ، پيشنھادی ارائه شده که مشتمل بر پينيونی صاف با زاويه 7- 8

دندانه را می گرداند. مقياس اين چرخ دنده 76ه ای با دندانه می باشد که چرخ دند 18وتعداد 20فشاری دوران می 2970rpmمی باشد. پينيون با سرعت 35mmوپھنای پيشانی آن ھا برابر با 3ھا برابر با

را انتقال داده وباروگرداننده را می توان يکنواخت لحاظ نمود. 5kWکند. اين مجموعه چرخ دنده بايستی فوالد درجه يک با سختی برينلی پينيون وچرخ دنده به ترتيب برابر ماده اين چرخ دنده ھا ی پيشنھادی از

ساخته 7AGMAدر نظر گرفته شده است. اين چرخ دنده ھا بايستی وفق استاندارد کيفيتی 200و 240طول چرخ دندانه ھا بين دو ياتاقان و درون واحد با حفاظ نصب می شوند. شده ودندانه ھا بدون تاج باشند.

AGMAدرصد فرض کنيد. تنش ھای خمشی وتماسی 90سيکل وقابليت اعتماد را 810عمر پينيون را وضريب ھای ايمنی مربوطه را برای پينيون وچرخ دنده محاسبه نمائيد.

جواب ھا

51.6MPaپينيون : 7- 1 ،c 484MPa ،FS 4.6 ،HS 1.6 41.1MPa چرخ دنده: ،c 296MPa ،FS 5 ،HS 1.7

43.9MPaپينيون : 7- 2 ،c 507MPa ،FS 5.4 ،HS 1.5 40.4MPa چرخ دنده: ،c 420MPa ،FS 5.3 ،HS 1.6

3 -7 m 1.5 : : 124پينيونMPa ،c 844MPa ،FS 1.9 ،HS 0.9

Page 217: طراحی مکانیکی

217

108MPa چرخ دنده: ،c 629MPa ،FS 1.9 ،HS 0.76 m 2 : : 56.2پينيونMPa ،c 570MPa ،FS 4.2 ،HS 1.33 49.1MPa چرخ دنده: ،c 425MPa ،FS 4.4 ،HS 1.6

131MPaپينيون : 7- 4 ،c 795MPa ،FS 1.8 ،HS 0.95 102MPa چرخ دنده: ،c 328MPa ،FS 2.2 ،HS 1.9

35.8MPaپينيون : 7- 5 ،c 451MPa ،FS 4.5 ،HS 1.1 30.9MPa چرخ دنده: ،c 327MPa ،FS 4.8 ،HS 1.4

70.5MPaپينيون : 7- 6 ،c 584MPa ،FS 3.8 ،HS 1.6 54.5MPa چرخ دنده: ،c 290MPa ،FS 4.1 ،HS 2.5

44.3MPaپينيون : 7- 7 ،c 485MPa ،FS 5.3 ،HS 1.6 33.2MPa چرخ دنده: ،c 278MPa ،FS 6.6 ،HS 2.6

29.8MPaپينيون : 7- 8 ،c 388MPa ،FS 6.7 ،HS 1.7 23.2MPa چرخ دنده: ،c 189MPa ،FS 8.2 ،HS 3.3

ھدف ھای آموزشی حاصله

7- 3را برای يک چرخ دنده صاف تعئين کنيد؟ بخش AGMAآيا می توانيد تنش خمشی

7- 3بخش را برای يک چرخ دنده صاف تعئين کنيد؟ AGMAآيا می توانيد تنش تماسی

Page 218: طراحی مکانیکی

218

8 گرداننده ھای تسمه ای وزنجيری

گرداننده ھای تسمه ای وزنجيری برای انتقال نيرواز يک گرداننده دواربه ديگری بکار می روند. تسمه لی ھا حرکت می کند. عضومنعطف منتقل کننده نيرو می باشد که بشکل محکمی بين مجموعه ای از پو

گرداننده زنجيری از يک سری عضوھايی که با پين بيکديگر متصل شده اند تشکيل شده که بر روی مجموعه ای از چرخ ھای زنجير حرکت می کنند. ھدف از اين فصل توصيف انواع گرداننده ھای تسمه

باشد. ای وزنجيری وروش ھای انتخاب تسمه ھای گوه ای وتخت وزنجيرھای غلتشی می

ھدف ھای آموزشی در انتھای اين فصل شما بايستی:

بتوانيد برای کاربرد معينی تفاوت بين نوع مناسب گرداننده زنجيری ، تسمه ای يا چرخ دنده ای را تشخيص دھيد.

معينی را داشته باشيدتوانائی انتخاب تسمه گوه ای برای سرعت وتوان توان معينی تعئين نمائيد. بتوانيد پھنای تسمه تخت را برای سرعت و .توانائی تعئين نسبت زنجيری مناسب را با کاربرد اجزاء استاندارد داشته باشيد .بتوانيد نوع زنجير وگام مناسب را برای کاربرد معينی انتخاب نمائيد .توانائی مشخص نمودن گرداننده مناسب زنجيری برای سرعت وتوان معينی را داشته باشيد

مقدمه 1-8

گرداننده ھای تسمه ای وزنجيری مشتمل بر عضوھايی منعطف می باشند که برروی پولی ھا يا چرخ ھای حرکت می کنند. ھدف از گرداننده تسمه ای يا زنجيری انتقال نيرو از يک محوردورانی 8-1زنجير وفق شکل

قطر ھای پولی يا چرخ به محور ديگر می باشد. نسبت سرعت بين محور گرداننده وگردنده بستگی به نسبت زنجير دارد وبا رابطه زير بيان می گردد:

)1-8 (1 1 2 2R R خط گام V

)2-8 (1 2

2 1

R

R

= نسبت سرعت زاويه ای

rad/s ، (2(سرعت زاويه ای پولی يا چرخ زنجير گرداننده 1) ، m/sسرعت خط گام ( V خط گامکه

m،( 2Rشعاع پولي يا چرخ زنجير گرداننده rad/s،( 1R )سرعت زاويه ای پولی يا چرخ زنجير گردنده(

)می باشد. mشعاع پولي يا چرخ زنجير گردنده (

Page 219: طراحی مکانیکی

219

زنجيریگرداننده تسمه ای وگرداننده 8-1شکل

نيرو را بين محورھا با استفاده از تسمه براي مرتبط نمودن پولي ھا ي روي محورھا به گرداننده تسمه اي

واسطه اصطكاك تماسي يا تداخل مكانيكي، انتقال مي دھد. زنجير شامل يك سري عضوھائي است كه توسط مربوطه برروي چرخ زنجيرھايي كه ھم پين به يكديگر متصل شده اند. زنجير براي درگير شدن با دندانه ھاي

روي محور گرداننده وھم روي محور گردنده ايجاد شده اند، طراحي شده است. انتقال نيروبين محورھا با انواع وسايل مانند تسمه ، زنجير وچرخ دنده انجام مي گردد و كاربرد آنھا با توجه به

. عالوه بر انتقال نيرو ، نسبت سرعت ثابت يا ھمزمان مناسب وبھينه بودن براي ھر كاربردي مقايسه مي گرددبودن موقعيت ھاي زاويه اي محور گرداننده وگردنده ممكن است براي كاربرد بحراني وتعئين كننده باشد. اين

امر مي تواند توسط چرخ دنده ، زنجير يا تسمه ھاي با دندانه ھاي ويژه اي حاصل گردد كه بنام تسمه ھاي نكرون ناميده مي شوند. ھمزماني يا س

ھم گرداننده ھاي تسمه اي وھم زنجيري مي توانند نيرو را بين محورھا يي كه فاصله زيادي از ھم دارند منتقل نموده وبراي طراح حيطه عمل بيشتري از نظر كنترل بر جانمائي ماشين فراھم نمايند. اين وسايل برخالف

ين مراكز محورھا ندارند. ھم گرداننده ھاي تسمه اي وھم زنجيري چرخ دنده ھا نيازي به وجود فاصله دقيقي بغالبا ارزانتر از گرداننده چرخ دنده اي مي باشند. تسمه ھا وزنجيرھا عموما مكمل ھم بوده ودامنه اي از الزام

ھاي عملياتي را پوشش مي دھند. تا 10عت ھاي دوراني از در حالت كلي، گرداننده ھاي تسمه اي در ھنگامي بكار مي روند كه سر

60m/s باشند. در سرعت ھاي كمتر، كشش براي مقاطع نوعي تسمه بسيار بزرگ مي گردد. در سرعتھاي بيشتر ، نيروھاي گريزاز مركز، تسمه را از پولي به بيرون پرتاب نموده وظرفيت گشتاور پيچشي را

ي را كاھش مي دھند. گرداننده ھاي زنجيري كاھش داده وپديده ھاي ديناميكي، تاثير وطول عمر گرداننده تسمھابصورت نوعي در سرعت ھاي كمتر ونتيجتا گشتاورھاي بزرگتر از تسمه ھا بكار مي روند. يادآوري مي

گردد كه گشتاور پيچشي در ماشين متناسب با " سرعت زاويه اي / توان " مي باشد. به ازايتوان معين ، با ر پيچشي افزايش مي يابد. كاھش سرعت زاويه اي ، گشتاو

Page 220: طراحی مکانیکی

220

گرداننده ھاي تسمه اي در مقايسه با گرداننده ھاي چرخ دنده اي وزنجيري داراي مزاياي متعددي از جمله سھولت در نصب، نگھداري وتعمير كمتر، قابليت اعتماد بيشتر، سازگاري با گرداننده ھاي غير موازي

صلي گرداننده ھاي تسمه اي ظرفيت محدود براي انتقال وسرعت ھاي انتقال زياد مي باشند. عدم مزيت ھاي انيرو وتوانائي محدود درنسبت سرعت ھا مي باشد. گرداننده ھاي تسمه اي در مقايسه با گرداننده ھاي زنجيري يا چرخ دنده اي فضاي بيشتري را اشغال نموده ودر مقابل تغئير درشرايط محيطي مانند آلودگي با روانسازھا

بيشتري دارا مي باشند. بعالوه، بارارتعاشي وضربه اي مي تواند به تسمه صدمه بزند. تاثير پذيريبه ازاي نسبت سرعت وظرفيت توان معيني، معموال زنجيرھا از گرداننده ھاي زنجيري فشرده تر مي باشند.

بل رقابت با گرداننده گرداننده ھاي زنجيري معموال اقتصادي تر از گرداننده ھاي معادل چرخ دنده اي بوده وقاھاي تسمه اي مي باشند. بلحاظ كاربرد فوالد در ساخت ، زنجير ھا از تسمه ھا مقاوم تر بوده وبنابراين كشش

بيشتري را تحمل نموده وتوان ھاي بزرگتري را انتقال مي دھند. نقص گرداننده ھاي زنجيري نسبت ھاي ايمني مي باشند. گرداننده ھاي زنجيري ممكن است پاره سرعت وظرفيت انتقال نيروي محدود وھمچنين موارد

شده وبا سرعت ھاي ونيروھاي زيادي از چرخ زنجير به بيرون پرتاب شوند. تامين محافظ مناسب براي گرداننده ھاي زنجيري وبعضي از گرداننده ھاي تسمه اي براي جلوگيري از بروز صدمه ناشي از پاره شدن

ممانعت از دسترسي سھل انگارانه به گرداننده ھاي زنجيري وتسمه اي، ضروي زنجير وتسمه وھمچنين براي است.

گرداننده ھاي تسمه اي 2-8

ھمانگونه که قبال ذکر شد ، گرداننده تسمه ای مشتمل بر تسمه يا تسمه ھايی منعطف می باشد که روی مجموعه د. گرداننده ھای تسمه ای را می توان برای ای از پولی ھا يی حرکت می کنند که روی محورھايی نصب شده ان

انتقال نيرو بين دو محور که سرعت محور گرداننده و گردنده مساوی باشد بسھولت بکار برد. در اين حالت قطر پولی ھا با يکديگر يکسان می باشد. ديگر اين که سرعت محور گردنده را با نصب پولی با قطر بزرگتری

طر پولی محور گرداننده، می توان کاھش داد. ھمچنين با استفاده از گرداننده روی محور گردنده نسبت به ق تسمه ای می توان سرعت محور گردنده را افزايش داد ولی اين کاربرد، کمتر رايج می باشد.

انواع متنوعی از گرداننده ھای تسمه ای موجود می باشند که عبارتند از: تسمه تخت ، تسمه گرد، تسمه وی تسمه گوه شکل وگرداننده تسمه ای ھمزمان. ھريک از اين انواع دارای مزايای خاص خود می باشند. شکل ،

نشان داده شده است. غالب تسمه ھا از الستيک يا مواد با پايه پليمری ساخته 8-2مقطع انواع تسمه ھا در شکل می شوند.

انواع مقطع ھای تسمه 8- 2شکل

کاک ودر مورد تسمه ھای ھمزمان توسط ترکيبی اصطدر تسمه ھای تخت ، وی ، گرد، گوه ای ، نيرو توسط

کاک اصطکاک وتداخل مکانيکی مثبت ، منتقل می گردد. ھنگامی که محور گرداننده دوران می کند، اصطاز سمه وپولی شده وکشش را در طرفی که نزديک به اولين تماس دورانی است بين پولی وتسمه سبب گرفتگی ت

افزايش می دھد. اين نيروی کششی ، نيروی مماسی وگشتاورمربوطه را به پولی گردنده وارد می نمايد. طرف مقابل در تسمه نيز به ميزان کمتری تحت کشش قرار می گيرد، اين بخش از تسمه طرف شل تسمه ناميده می

شود.

Page 221: طراحی مکانیکی

221

کاربرد زياد گرداننده ھای تسمه ای برای کاھش سرعت موتورھای الکتريکی می باشد که نوعا در سرعت ھای ويژه ای دوران می کنند که در مقايسه با سرعت گردنده برای کاربرد مورد نظر زياد است. تسمه ھا

فحات متفاوت قرار دارند بلحاظ قابليت پيچش يا تاب برداشتن برای کاربردھايی که محورھای دوران در صنشان داده شده اند. تسمه ھارا با نزديک 8-3مناسب می باشند. بعضی از جانمائی ھای استاندارد در شکل

کردن محورھا به يکديگر ولغزاندن وقراردادن تسمه بر روی پولی ھا وسپس دورکردن ودر جای اول قرار دادن اين محورھا نصب می کنند.

پولی ھا قرار گرفتن شکل ھای متنوع 8-3شکل

8تسمه ھای تخت دارای مقاومت زياد بوده ودر نسبت ھای سرعت بزرگ ( :1 قابل استفاده می باشند و (

ب ارتعاش ھای ھزينه پولی پائين بوده وسطح صدای ناشی از آن ھا پائين ودارای قابليت خوبی برای جذپيچشی می باشند. تسمه ھا نوعا از اليه ھای چندگانه ساخته می شوند که ھر اليه ھدف خاصی را تامين می

کاکی از الستيک مصنوعی ، پلی يورتان يا چرم کرومه ، اصطنمايد. تسمه ھای سه اليه نوعی، از اليه ای پوسته ای بيرونی از مواد پلی آميد، چرم کرومه يا اليه ای کششی از نوارھای پلی آميد يا نخ ھای پلی استر و

االستومر ساخته می شوند. پولی ھای مربوط به اين نوع تسمه ھا از چدن يا مواد پليمری ساخته شده وبرای کاک بين تسمه وپولی اصطمحدود نمودن سايش، نسبتا صاف وصيقلی ساخته می شوند. نيروی گرداننده بلحاظ

مله کاربردھای اين تسمه ھا درساخت ابزار، ماشين ھای اره ، ماشين ھای نساجی ، محدود می باشد. از ج ماشين ھای فراوری مواد غذائی ، گرداننده ھای چند محوری ،پمپ ھا وکمپرسورھا می باشد.

متداول ترين نوع تسمه در کاربردھای صنعتی و خودروسازی، تسمه وی يا تسمه گوه ای می باشد. اين تسمه بردھايی که در خودروھا دارد وميل لنگ را به گرداننده ھای کمکی مانند دينام ، پمپ آب وفن خنک از کار

کننده مرتبط می نمايد، وسيله ای شناخته شده است. اين نوع تسمه ھا در ھدف ھای عمومی مھندسی از وسايل ی باعث داخل شدن گوه وار خانگی گرفته تا ماشين ھای نورد سخت کار، نيزکاربرد دارد. مقطع وی يا گوه ا

کاک وظرفيت گشتاورپيچشی را افزايش می دھد. کاربرد تسمه ھای چندگانه اصطتسمه در شيار پولی شده ونيز متداول است زيرا بدين ترتيب تسمه ھايی با مقطع ھای کوچکتر را برای انتقال نيروی بيشتری می توان

تسمه ھای وی يا گوه ای توصيه نمی شود. حورھا کاربردبکار برد. توجه کنيد که درفاصله ھای زياد بين متسمه ھای ھمزمانی يا سنکرون برای درگيرکردن تسمه با دندانه ھای متناظر روی پولی بکار می روند. اين

تداخل مکانيکی يا تماس مثبت بين پولی ھا وتسمه ، ھمزمانی زاويه ای را بين محورھای گرداننده وگردنده نسبت سرعت ثابتی را فراھم می نمايد. تسمه ھای ھمزمانی ، مزيت ھای گرداننده ھای تسمه ای تامين نموده و

Page 222: طراحی مکانیکی

222

عادی رابا قابليت گرداننده ھای ھمزمانی ترکيب می نمايند. درگير شدن تسمه با پولی برای اطمينان از عملکرد صحيحی با شيارھای موثر آن ھا پارامتری بحرانی می باشد. دندانه طرف پيشروی تسمه بايستی بصورت

متناظر روی پولی درگير شده ودر سرتاسر قوس تماس، درگير باقی بماند. برای حصول به اين ، گام دندانه تسمه ھا وپولی بايستی دقيقا تطبيق يابند. نقص تسمه ھای ھمزمانی را می توان به صدای توليد شده در اثر

د نسبت داد. تراکم ھوا بين دندانه ھا بويژه در سرعت ھای زياراھنمائی برای 8-4مزايا ی انواع گرداننده ھای تسمه ای فھرست وار ذکر شده است. شکل 8-1درجدول

انتخاب انواع تسمه ھا می باشد.

مقايسه عملکرد انواع تسمه ھا 8-1شکل تسمه وی تسمه گوه ای تسمه ھمزمانی پارامتر تسمه تخت

98 86 80 98بھره بھينه (%)

m/s (70 30 40 50سرعت بيشينه(

mm (40 67 60 16قطر کمينه پولی(

9 8 7 20 نسبت سرعت بيشينه

- 5 5 2.5نسبت کشش بھينه

لی ب

خير

خير

بلی

بلی

خير

خير

بلی

بلی خير

روش انتخاب نوع تسمه 8-4شکل

آيا نسبت سرعت ثابت با انی استفاده کنيداز تسمه ھمزم اھميت است؟

m/s 30آيا سرعت تسمه از بزرگتر است؟

از تسمه وی استفاده کنيد

m/s 40آيا سرعت تسمه از از تسمه تخت استفاده کنيد بزرگتر است؟

بزرگتر 7:1آيا نسبت سرعت از است؟

بزرگتر 8:1آيا نسبت سرعت از است؟

از تسمه گوه ای استفاده کنيد

Page 223: طراحی مکانیکی

223

انتخاب تسمه 1-2-8

برای انتخاب گرداننده تسمه ای دو روش در اينجا ارائه می شود. استفاده از روش ھای طراحی غالب سازنده ھای گرداننده ھای تسمه ای فراھم می گردد. استفاده ار اين ونمودارھای مربوطه که توسط

نمودارھا با لحاظ نمودن انتخاب گرداننده تسمه ای گوه ای نشان داده می شود. در گزينه ديگر از رابطه ھای اساسی برای کشش ھای تسمه وانتقال گشتاور استفاده شده وتسمه انتخابی برمبنای تنش کششی بيشينه

جاز خواھد بود. اين معادله ھا با مثالی که در آن از گرداننده تسمه ای تخت استفاده شده نشان داده خواھد م شد.

سرعت که توسط شرکت -روش نوعی طراحی وانتخاب تسمه ھا در ارتباط با نمودارھای رتبه بندی توان ھای تجاری سازنده تسمه ھا تھيه شده به شرح زير می باشد.

ری را تعريف کنيد: اين شرايط شامل توان نامی که قرار است منتقل گردد، سرعت ھای شرايط کا - 1 دورانی محورھا، و ھرگونه فضا، جانمائی يا ساير محدوديت ھايی مانند شرايط محيطی می باشند.

ضريب شرايط کاری را تعئين نمائيد: ضريب ھای شرايط کاری برای پائين آوردن رتبه بندی - 2توان که توسط توليد کنندگان تسمه فھرست شده اند به منظور لحاظ نمودن تفاوت ھای قابليت انتقال

مقدارھای نوعی برای 8-2بين کاربردھای عملی وشرايط آزمايش بکار می روند. در جدول ضريب ھای شرايط کاری فھرست شده است.

می در ضريب شرايط توان طراحی را محاسبه کنيد: اين توان برابر است با حاصل ضرب توان نا - 3 کاری می باشد.

نوع تسمه را انتخاب نمائيد: برای کمک به انتخاب نوع گرداننده تسمه ای مناسب، روش ارائه شده - 4 را بعنوان راھنما می توان بکار برد. 8-4در شکل

تسمه ای را انتخاب کنيد: با استفاده از نمودار رتبه بندی سازندگان ، تسمه مشخصی را برای توان - 5 وسرعت طراحی، انتخاب نمائيد.

قطر پولی ھا را تعئين نمائيد: پولی ھا در ابعاد استاندارد بصورت عادی قابل دسترس می باشند. - 6 کوچکترين اندازه موجود را بنحوی انتخاب کنيد که نسبت سرعت ھا قابل قبول باشد.

بعنوان راھنمای عمومی فاصله بين مرکزھا را مشخص کنيد: اين فاصله بستگی به کاربرد دارد. - 7 فاصله مرکز ھا بايستی بزرگتر از قطر پولی بزرگتر باشد.

طول تسمه را تعئين کنيد: توجه کنيد که تسمه ھا در طول ھای استاندارد توليد می شوند.بنابراين - 8انجام تعدادی از عمليات تکراری حول پارامترھای طراحی برای تعئين اين طول بعنوان مصالحه

بخش ممکن است ضروری شود. ای رضايت ضريب ھای تصحيح توان را بکار بنديد: اين ھا برای جبران نسبت سرعت ھا وھندسه تسمه ھا - 9

بکار می روند ودر راھنماھای طراحی سازندگان تسمه ارائه می گردند.توان مجاز برای تسمه ( يا به ازای پھنای تسمه برای تسمه ھای تخت)را تعئين نمائيد: اين -10

ی از ابعاد تسمه بوده واز راھنماھای طراحی سازندگان تعئين می گردد.تابعتعداد تسمه ھا را تعئين کنيد: تعداد تسمه ھا با تقسيم توان طراحی بر توان مجاز برای ھر تسمه -11

وگردکردن به نزديکترين عدد صحيح تعئين می گردد.مقدارھای کمينه 8-6تا 8-3جدول ھای نمودار طراحی برای رتبه بندی توان در مقابل سرعت و 8-5شکل

قطر ھای پولی ، فاصله مرکز ھا ورتبه بندی توان را برای تسمه ھای گوه ای نشان داده يا فھرست شده است. استفاده از اين جدول ھا در ارتباط با روش ارائه شده در باال در مثال زير نشان داده شده است.

ھای شرايط کاریضريب 8- 2جدول نوع ماشين گرداننده:

Page 224: طراحی مکانیکی

224

ا راه ی ب ای الکتريک موتورھ اندازی قوی :

AC تاره دازی س -راه ان مثلثDC سيم پيچی شده شانت

موتورھای درون سوز با کمتر از چھار سيلندر

ا راه ه ب گرداننده ھای اصلی کرم مج دازھای ن ده ان ز نش ھ

باشند

ا راه موتورھای الکتريکی ب اندازی نرم:

AC تاره دازی س راه ان مثلثDC سيم پيچی شده شانت

ا وز ب ای درون س موتورھيلندر تر س ا بيش چھاريا ه ب لی ک ای اص ده ھ گرداننز ، ای گريزازمرک الچ ھ کايل ا وس ايع ي گ م کوپلينرم الکترونيکی راه اندازی ن

باشند مجھز شده

کارکرد( ساعت در روز):

<10 10-16 >16

نوع ماشين گردنده: 10> 10-16 16<

1.3 1.2 1.1

1.0 1.1 1.2

ا (چگالی م زن ھ د بھ کارکرد سبک ماننن ا وف واکش ھ ا، ھ ده ھ يکنواخت)، دمن

و ا ت ا (ت ورھاي Kw 7.5انھ )، كمپرسك، اي روتودينامي پ ھ انتريفوژ، پم سذاري ا بارگ مه اي ب اي تس ه ھ نقال

يكنواخت.

1.2 1.3 1.4

1.1 1.2 1.3

ا م زن ھ د بھ ط ، مانن اركرد متوس كا ن ھ ا وف ده ھ ر)، دمن الي متغي (چگ

تر از ورھا Kw 7.5(بيش ) ، كمپرسانتريفوژ)، وپمپ ھاي دو ار(به غير از س

ت، ر يكنواخ ذاري غي ا بارگ اي ب ه ھ نقالزار ، ماشين ژنراتورھا ، ماشين ھاي اف

ھاي چاپ، ماشين ھاي اره

1.4 1.5 1.6

1.2 1.3 1.4

اي ن ھ د ماش خت، مانن اركرد س كطلي ، ورھاي س ازي، آسانس آجرس

گشتي، كمپرسورھا وپمپ ھاي رفت وبراينده ا، س ار، باالبرھ اي سخت ك ه ھ نقالا ھا ، پانچ ھا ، پرس ھا ، سنگ شكن ھ

،ماشين ھاي نساجي

1.5 1.6 1.8

1.3 1.4 1.5

كاركرد بسيار سخت، سنگ شكن ھا

Page 225: طراحی مکانیکی

225

تخاب تسمه ھاي گوه اينمودار ان 8- 5شكل

قطر كمينه پولي ھا كه براي گرداننده ھاي تسمه اي گوه اي توصيه شده اند 8- 3جدول

Page 226: طراحی مکانیکی

226

SPBفاصله مركز ھا براي تسمه ھاي گوه اي منتخب 8- 4جدول

Page 227: طراحی مکانیکی

227

8- 4ادامه جدول

يادداشت: اين جدول ھا فقط نمونه ھايي از كاتالگ يك سازنده مي باشد وبمنظور حل مثال وتمرين ھا ارائه شده است.

Page 228: طراحی مکانیکی

228

SPBوان نامی برای تسمه ھای گوه ای ت 8- 5جدول

8-1مثال

28kWبرای يک کمپرسور رفت وبرگشتی که توسط موتورديزلی دوسيلندر با توانانتخاب نموده وقطر پولی ھا را تعئين نمائيد. سرعت گوه ای ای تسمه گردانده می شود ،

می باشد. فاصله 950rpmوسرعت کمپرسور برابر 1500rpmموتور برابر می باشد. اين 1.5mمرکزمحورھای موتور وکمپرسور تقريبا برابر پيشنھادشده بين

در روز مورد استفاده قرار گيرد. 10hسامانه قرار است کمتر از

حل

نسبت سرعت برابر است با:

1500

1.58950

Page 229: طراحی مکانیکی

229

SPBتوان برای تسمه افزايش 8-6جدول

کار در روز ، ضريب 10hبرای حالت " راه اندازی قوی " و کمتر از 8-2از جدول تعئين می گردد. 1.4شرايط کار برابر با

28 1.4 39.2kW توان طراحی =

1500rpmوسرعت 39.2kWنشان می دھد که ترکيب توان طراحی 8-5شکل

می باشد. SPBبرای تسمه ھای در دامنه مناسبو سرعت محور گرداننده برابر 39.2kWبرای توان طراحی 8-3از جدول

1500rpm ، 160قطر کمينه تقريبی پولیmm .مناسب می باشد قطر واقعی پولی ھا با قرار دادن نسبت سرعت ھا در ستون سمت چپ اين 8-4از جدول

در امتداد افقی تعئين می گردد. جدول وخواندن قطر ھای گام پولی ھای گرداننده وگردنده را می توان بعنوان راھنما در انتخاب بکار برد. 8- 3قطر کمينه مشخص شده از جدول

Page 230: طراحی مکانیکی

230

1Dقطرھای گام مناسب برابر 1.58برای نسبت سرعت 8-4از جدول 224mm

2Dو 355mm .نزديک ترين فاصله بين مرکز ھا که در اين جدول تعئين می گردد

د وادامه اين ستون بطرف باال می باش 1.544mمورد نظر، 1.5mفھرست شده با مشخص می نمايد و با ادامه ستون سايه دار بطرف باال 4000mmطول تسمه رابرابر

تعئين می گردد. 1.05ضريب تصحيح طول قوس برابر با 1nتوان نامی به ازای ھر تسمه برای 8-5از جدول 1500rpm و

1D 224mm 15.97برابرkW تعئين می گردد.برای ھر تسمه

ھر تسمه که نسبت سرعت در آن لحاظ شده است ، توان اضافی برای 8-6از جدول می باشد. 1.11kWبرابر

مقدار تصحيح شده توان برای ھر تسمه برابر است با : (15.97 1.11) 1.05 17.93kW

بنابراين تعداد کل تسمه ھا برابرند با :

39.2

2.1917.93

دد را به نزديک ترين عدد صحيح از آنجائی که اين عدد بايستی عدد صحيح باشد، اين ع

224mmکه روی پولی ھای به قطرگام SPB4000گرد می کنيم. بنابراين سه تسمه مناسب خواھد بود.حرکت کنند 1.544mبا فاصله مرکز ھای 355mmو

تعريف ھندسی گرداننده تسمه ای 8- 6شکل

، زاويه ھای تماس بين 8-6شکل ساده گرداننده تسمه ای نشان داده شده در شکل برای

تسمه وپولی ھا با رابطه زير بيان می شوند:

)3-8 (1d

D d2sin

2C

)4-8 (1D

D d2sin

2C

Page 231: طراحی مکانیکی

231

m ، (C( قطر پولی بزرگ D) ، mقطر پولی کوچک ( dکه در اين رابطه ، D) و radزاويه تماس بين تسمه وپولی کوچک m،(d )فاصله بين مرکز پولی ھا (

) می باشند. radزاويه تماس بين تسمه وپولی بزرگ (طول تسمه را می توان با جمع کردن طول قوس ھا ی تماس وطول ھای آزاد تسمه به

شرح زير تعئين نمود:

)5-8 (2 2D d

1L 4C (D d) (D d )

2

تسمه ای از رابطه زير تعئين می گردد:ل يافته توسط گرداننده توان انتقا )6-8 (1 2(F F )V توان =

V) و Nکشش تسمه در طرف شل N ، (2F )کشش تسمه در طرف سفت ( 1Fکه

) می باشد. 1msسرعت تسمه( گشتاور پيچشی از رابطه زير تعئين می گردد:

)7-8 ( 1 2(F F )r گشتاور =

با فرض اين كه اصطكاك بصورت يكنواختي درسرتاسر قوس تماس اثر نمايد واز آثار گريز از مركز صرفنظر گردد، نسبت نيروھاي كشش در تسمه را مي توان با فرمول

ايتلوين بيان نمود:

)8-8 (1

2

Fe

F

زاويه تماس (معموال زاويه تماس در پولي كوچكتر) ضريب اصطكاك و ه در آن ك مي باشد.

نيروھاي گريز از مركز كه در امتداد قوس تماس بر تسمه وارد مي شوند فشار سطحي را كاھش مي دھند. نيروي گريز از مركز با رابطه زير بيان مي گردد:

)9-8 ( 2 2cF V A mV

3kgچگالي ماده سازنده تسمه ( كھدر اين فرمول، / m ، (A مساحت مقطع تسمه

)2m و (m ) جرم واحد طول تسمهkg / m.مي باشد ( نيروي گريز از مركز ھم بر روي طرف سفت وھم شل تسمه اثر مي كند وفرمول ايتلوين

را مي توان براي لحاظ نمودن اين اثر تصحيح نمود:

)10-8 ( 1 c

2 c

F Fe

F F

Page 232: طراحی مکانیکی

232

در طرف سفت تسمه بستگي به تنش مجاز ماده سازنده تسمه maxF,1كشش مجاز بيشينه ،

،max داده شده است. 8-7دارد. مقداراين تنش براي بعضي از مواد منتخب در جدول

)11-8 (1,max maxF A

اي را مي توان از رابطه زير تعئين مساحت سطح مقطع الزم براي يك گرداننده تسمه

نمود:

)12-8 (1 2

1 2

F FA

مقدارھاي راھنما ي تنش بيشينه مجاز براي تسمه ھاي تخت با عملكرد باال 8-7جدول

ساختار چند اليه

تنش بيشينه مجاز

( 2MN / m )

پوشش سطح

ياصطكاك

مغزي

رويه باال

االستومر ستومراال

چرم كرومه

چرم كرومه

چرم كرومه

االستومر

چرم كرومه

چرم كرومه

ورق پلي آميد

ورق پلي آميد

ورق پلي آميد

ورق پلي آميد

ورق پلي آميد

نخ پلي استر

نخ پلي استر

نخ پلي استر

بافت پلي آميد

االستومر

ندارد

بافت پلي آميد

چرم كرومه

االستومر ي آميدبافت پل

چرم كرومه

8.3-19.3

6.6-13.7

6.3-11.4

5.7-14.7

4-8

<21.8

5.2-12

3.1-8

8-2مثال

قطر پولی گردانده می شود. 1500rpmفنی توسط تسمه با موتور الکتريکی به سرعت می باشد. تسمه تختی با پھنای 355mmو 500mmاين فن وموتور به ترتيب برابر

100mm 3.5، ضخامتmm 31100، چگالی 0.8کاک اصط، ضريبkg / m

211MNوتنش مجاز / m بدين منظور انتخاب شده است. فاصله مرکز ھا می باشد. توان منتقله توسط اين تسمه را تعئين کنيد. 1500mmبرابر

Page 233: طراحی مکانیکی

233

حل قوس ھای تماس برای پولی ھای گرداننده وگردنده برابرند با:

1d

D d2sin

2C

1 500 3552sin

2 1500

3.045rad

1D

D d2sin

2C

1 500 3552sin

2 1500

3.238rad

کشش بيشينه در طرف سفت تسمه برحسب تابعی از تنش بيشينه مجاز در تسمه تعئين می شود:

6 31,max max

3

F A 11 10 (3.5 10

100 10 ) 3850N

سرعت تسمه برابر است با:

2 0.355

V 1500 27.88m /s60 2

جرم در واحد طول تسمه برابر است با:

m A 1100 0.1 0.0035 0.385kg / m

مرکز از رابطه زير تعئين می گردد:بار گريزاز

2 2cF mV 0.385(27.88) 299.3N

داريم: 8-10با کاربرد معادله

0.8 3.0451 c

2 c 2

F F 3850 299.3e e

F F F 299.3

Page 234: طراحی مکانیکی

234

که از معادله فوق ، نيرو در طرف شل تسمه تعئين می گردد:

2F 610.0N

توان با رابطه زير تعئين می گردد:ظرفيت انتقال

1 2(F F )V (3850 610)27.88 90.3kW

گرداننده ھای زنجيری 3-8

وسيله ای برای انتقال نيرو است ومتشکل از رشته اتصال ھايی است که با پين وفق ,زنجير بيکديگر متصل شده اند. زنجير نيرو را بين دو محور در حال گردش با درگير شدن 8-7شکل

انتقال می دھد. 8-8دنده ھای چرخ زنجير طبق شکل با

انواع زنجيرھا ی غلتشی 8-7شکل

گرداننده زنجيری ساده 8-8شکل

گرداننده ھای زنجيری معموال با کاربرد فوالدھای با مقاومت زياد ساخته می شوند و بھمين دليل می توانند گشتاورھای زيادی را منتقل نمايند. گرداننده ھای زنجيری مکمل و

ای تسمه ای بوده وبرای انتقال دامنه وسيعی از توان ھا برای محورھای رقيب گرداننده ھ

Page 235: طراحی مکانیکی

235

عت ھای باالتر، برخورد تناوبی در سر. بکار می روند 6000rpmبا سرعت تا حدود بين حلقه زنجير ودندانه ھای چرخ زنجير باعث صدای زياد واشکال در روانکاری شده

مقايسه ای بين 8- 8دول وکاربرد گرداننده ھای زنجيری را محدود می سازد. در جانجام شده است. گرداننده ھای مشخصات فنی زنجيرھا ، تسمه ھا و چرخ دنده ھا

زنجيری اصوال برای اانتقال نيرو وتوان وبرای نگھداری يا باالبردن بارھا بکار می روند. دامنه کاربرد از سامانه انتقال در موتور سيکلت ھا ودوچرخه ھا ، گرداننده ميله

دامک در خودروھا ، ماشين ھای افزار و گرداننده ھای ھوافضائی مانند شيپوره ھای بارانشی در ھواپيمای ھاريرتا نقاله ھا وماشين ھای بسته بندی گسترده است. بھره ھای تا

9، نسبت ھای سرعت تا 98.9% وانتقال توان ھايی تا صدھا کيلو وات قابل حصول 1:رت نوعی تا نسبت ھای کاھندگی سه به يک ، بھره می باشد. گرداننده ھای زنجيری بصو

ھای زياد وتانسبت ھای پنج به يک ، بھره ھای قابل قبولی تامين می نمايند.

مقايسه بين عملکرد زنجير ، تسمه و چرخ دنده 8- 8جدول

مشخصه

گرداننده زنجيری

گرداننده تسمه

ای

ه چرخ گردانند

دنده ای

بھره عدم لغزش(ھمزمانی) فاصله بزرگ مرکزھا

مقاومت سايشی گرداننده ھای چند گانه

مقاومت حرارتی مقاومت شيميائی

مقاومت در برابر روغن دامنه توان

دامنه سرعت آسانی نگھداری

آثار شرايط محيطی

عالی عالی عالی عالی عالی عالی عالی عالی عالی ضعيف عالی عالی

عالی عالی* عالی خوب عالی ضعيف ضعيف ضعيف خوب عالی خوب ضعيف

عالی عالی ضعيف عالی ضعيف خوب خوب عالی عالی عالی ضعيف عالی

* با کاربرد گرداننده تسمه ای ھمزمانی

نشان داده شده وسيع 8-9دامنه تنوع گرداننده ھای زنجيری ھمانطوری که در شکل ه می باشد. از ھمه متداول تر زنجير غلتشی است که برای انتقال توان ھای زياد وگسترد

8-3- 1وکابردھای نقاله ای بکار می رود. انتخاب و مشخصات اين نوع زنجير در بخش ذکر گرديده است. زنجير غلتشی از رشته ای از اتصال ھا تشکيل شده است. ھر زنجير

می باشد. زنجير 8-10ش ھا ورولرھا وفق شکل شامل صفحه ھای جانبی ، پين ھا ، بوروی چرخ زنجير ھای دندانه دار حرکت نموده و ھمانطوری که دندانه ھا ی چرخ زنجيرھا با رولر ھا درگير می گردد ، حرکت غلتشی رخ داده و زنجير روی چرخ

بصورت منظم می غلتد. زنجيرھای غلتشی بحسب گام خود طبقه بندی می شوند. اين گام فاصله بين نقاط متناظر روی اتصال ھای مجاور می باشد. زنجيرھای غلتشی از جنس

فوالد ضد زنگ ونايلون (برای کاربردھای بھداشتی) وديگر مواد برای کاربردھای تخصصی ساخته می شوند.

Page 236: طراحی مکانیکی

236

انواع زنجيرھا 8-9شکل

اجزاء زنجير غلتکی 8- 10شکل

احی شده و دارای بويژه برای انتقال مواد وتجھيزات نقاله ای طر زنجير نقاله ای مشخصه گام بلند ، قطر رولر بزرگ ومقاومت کششی زياد می باشد. کاربردھای زنجير

نقاله ای برای مواردی است که ھدف کشيدن بارھای عمده در امتداد خطوط راست در سرعت ھای نسبتا پائين می باشد. صفحه ھای جانبی در زنجيرھای نقاله ای غالبا دارای

می باشند. 8-11اص به منظور اتصال به اجزای نقاله طبق شکل مشخصه ھايی خبا پين به 8- 12زنجير تيغه ای شامل يک رشته از صفحه ھای جانبی است که طبق شکل

يکديگر متصل شده اند. اين نوع زنجير عموما برای کاربردھای متعادل کننده بار مورد ير انتقال می باشند. استفاده قرار می گيرند و بويژه شکل خاصی از زنج

زنجير بی صدا ( دندانه معکوس نيز ناميده می شود) دارای دندانه ھايی است که در قرار می گيرند. اين زنجير شامل اتصال ھايی نصب 8-13صفحه ھای اتصال وفق شکل

شده متناوب می باشد بنحوی که زنجير بتواند روی دندانه ھای چرخ زنجير درگير شونده لی حرکت نمايد. زنجيرھای بی صدا در سرعت ھای باالتر از زنجيرھای بصورت مفص

زنجيرھا

غلتکی ای تيغه ای نقاله بی صدا

ANSIطبق طبق استاندارد بريتانيا

سری ھای استاندارد سری سنگين سری ھای استاندارد زنجير بوش گام دوگانه

Page 237: طراحی مکانیکی

237

غلتکی با اندازه مشابه بکار رفته و ھمانطور که از نامشان مشخص می شود بی صدا تر می باشند.

زنجير نقاله ای 8- 11شکل

زنجير تيغه ای 8- 12شکل

زنجير بی صدا 8-13شکل

ی برای عملکرد موثر گرداننده زنجيری ، جھت دوران نسبت به جانمائی زنجير داراجانمائی توصيه شده وقابل قبول را برای گرداننده ھای 8-14اھميت می باشد. شکل

Page 238: طراحی مکانیکی

238

زنجيری نشان می دھد. چرخ ھای زنجير ھرز گرد در گرداننده ھای زنجيری با فاصله ھای بزرگ مرکز ھا يا ھنگامی که جانمايی گرداننده عمودی باشد، برای درگيری با

ند.زنجير در منطقه شل آن بکار می روطراحی زنجير براساس اطمينان از اين که ظرفيت انتقال توان در محدوده سه حالت

شکست : خستگی ، ضربه و سايش باشند انجام می گردد. زنجيرھا بنحوی طراحی می شوند که تنش بيشينه کششی از حد دوام خستگی برای طول عمر معين ماده کمتر باشد. در

د ولی اين شکست ، به علت ساييدگی ونه خستگی ھر حال، شکست نھايتا رخ می دھخواھد بود. در طول عمر کاری زنجير ،شکست ناشی از سائيدگی را با فواصل بازرسی

وتعويض قطعات می توان حذف نمود. ھنگام درگير شد ن زنجيرھای غلتکی با دندانه ھمانند ھای چرخ زنجير، ضربه ای رخ می دھد و تنش تماسی ھرتزی وقوع می يابد که

آنچيزی است که درھنگام درگير شدن چرخ دنده ھا رخ می دھد. نمودار طبقه بندی توان گرداننده ھای زنجيری ، انتخاب گرداننده ھا را محدود می نمايد بنحوی که اين حالت ھای

شکست با فرض نصب، راه بری وروانکاری مناسب گرداننده وقوع نخواھد يافت.

جانمائی نوعی گرداننده زنجيری 8-14شکل

اجماال ذکر شده 8-3- 1جزئيات روش انتخاب زنجيرھای غلتکی استاندارد در بخش

است. برای مطالعه جزئيات ھندسه زنجير ھا خواننده می تواند به منابع فھرست شده در يشتر در مورد روش ھای انتخاب وطراحی برای ساير انتھای فصل وبرای جزئيات ب

انواع زنجير ھا به کاتالگ ھای سازندگان مراجعه نمايد.

غلتکیانتخاب زنجيرھای 1-3-8

نسبت به انوع ديگر گرداننده ھا ھنگامی که مشخص شود که کاربرد گرداننده زنجيری 8- 9ان داده شده در شکل رجحان دارد ، نوع زنجير را که می توان از ميان دامنه نش

انتخاب نمود. گام بعدی طراحی جانمائی گرداننده زنجيری و انتخاب اجزاء استاندارد موجود از سازندگان زنجير می باشد. روش اجمالی که در اينجا ذکرشده مربوط به

زنجيرھای غلتکی است. روش ھای انتخاب ديگر انواع زنجيرھا را می توان در کاتالگ گان يافت. ھای سازند

اين روش بر اساس استفاده از نمودارھای طبقه بندی توانی است که کارکرد اين تجھيزات ساعت بشرط نصب ، راھبری وروانکاری مناسب تضمين می 15000را در مدت

نمايد. گام ھايی که در اين روش بايستی برداشته شود بشرح زير می باشند: ن کنيد.منتقل گردد تعئي قرار استتوانی که .1 سرعت ھای محورھای گرداننده وگردنده را تعئين نمائيد. .2

Page 239: طراحی مکانیکی

239

مشخصه ھای محور گرداننده وگردنده را تعئين کنيد ، برای مثال تعئين نوع .3 حرکت يعنی آيا بارگذاری روان يا ناگھانی است وغيره؟

برابر گام 50تا 30فاصله تقريبی مرکز ھا را مشخص کنيد. اين فاصله معموال .4 ی باشد. زنجير م

نسبت سرعت را انتخاب نمائيد. اين وابسته به اندازه ھای استاندارد موجود .5می باشد. در حالت ايده الی چرخ ھای زنجير بايستی 8-9ومندرج در جدول

دندانه باشد. برای گرداننده ھای پر سرعت که تحت تاثير بارھای 19حداقل دارای افزايش می يابد. توجه شود که 25ه ھا به گذرا وناپايدار باشند تعداد کمينه دندان تجاوز نمايد. 114تعداد بيشينه اين دندانه ھا نبايستی از

مقدار ضريب 8-10ضريب کاربرد وضريب دندانه را مشخص نمائيد . جدول .62را بدست می دھد. ضريب دندانه از رابطه 1fکاربرد 119 /f N تعئين می

19خاب براساس چرخ زنجير گرددبا اين فرض که نمودارھای طبقه بندی انت دندانه ای تنظيم شده باشند.

توان انتخابی را بر مبنای رابطه زير محاسبه کنيد: .7 1 2f f توان = توان انتخابی

نسبت ھای کاھندگی زنجير بصورت تابعی از چرخ ھای 8- 9جدول

زنجير استاندارد

-گام گرداننده زنجيری را انتخاب کنيد. با استفاده از نمودارھای طبقه بندی توان .8). کوچکترين 8-15سرعت که توسط سازندگان ارائه می گردد( نگاه کنيد به شکل

ستفاده شود زيرا اين روش با صرفه ترين گرداننده را گام زنجير ساده بايستی امشخص می نمايد. اگر توان الزم در سرعت معينی خارج از ظرفيت يک رشته از زنجير باشد ، باکاربرد زنجير چند رشته ای مانند زنجير دوگانه ( دو رشته ای)

، امکان ANSI، سه گانه ( سه رشته ای) و تا ده گانه ( ده رشته ای) برای دامنه انتقال توان ھای بزرگترمی تواند لحاظ گردد.

طول زنجير را بعنوان تابعی از تعداد 8-13طول زنجير را محاسبه کنيد. معادله .9گام ھا بدست می دھد. توجه کنيد که مقدار اين طول بايستی به نزديکترين عدد

صحيح زوج گرد شود. 8-14می توان با کاربرد معادله فاصله دقيق مرکز ھا را محاسبه کنيد. اين را .10

محاسبه نمود. روش روانکاری را مشخص نمائيد. .11

طول زنجير برحسب تعداد گام ھا با رابطه زير تعئين می گردد:

Page 240: طراحی مکانیکی

240

)13 -8 (2

1 2 2 1N N 2C N N pL

2 p 2 C

تعداد دندانه ھا ی در چرخ زنجير گرداننده 1Nتعداد گام ھا ، Lکه در اين معادله ،

،2N ، تعداد دندانه ھا در چرخ زنجير گردندهC ) فاصله مرکز ھاm و (p گام ) می باشد.mزنجير (

فاصله دقيق مرکزھا برابر است با: )14-8 (

2 22 1 2 1 2 1

pC 2L N N (2L N N ) (N N )

8 3.88

گرداننده ھای زنجيری بايستی در مقابل خاک ومواد خارجی ورطوبت محافظت شوند(

سوارانی که در تپه وکوه اين موضوع بويژه به موتور سيکلت رانان ودوچرخه رانندگی می کنند خاطرنشان می گردد). روانکاری بايستی با کاربرد روغن با پايه

SAE20/50معدنی وبدون ماده شوينده (دترجنت)انجام گردد. برای اغلب کاربردھا چنددرجه (مالتی گريد) مناسب می باشد. پنج نوع روانکاری اصلی موجود است:

وانکاری تغذيه قطره ای ، روانکاری غرقابی ، روانکاری روانکاری دستی ، ر) و روان کاری خشک. روانکاری با گريس توصيه 8- 16جريانی ( نگاه کنيد به شکل

می تواند بکار رود. بمنظور 4m/sنمی شود، ولی برای سرعت ھای زنجير کمتر از م شود تا به اطمينان از نفوذ گريس به اجزاء درحال کار زنجير، گريس بايستی گر

حالت مايع تبديل شده وزنجير در زير قطرات گريس قرار گيرد تا بدين ترتيب ھوا خارج گردد. اين فرايند در فاصله ھای منظمی تکرار شود. در روانکاری خشک، روانساز جامد در مايع فرار ناقل قرار دارد. با کاربرد آن به حامل زنجير ، وارد

گردد وبدينوسيله زنجير روانکاری می شود ولی زنجير زنجير شده وسپس تبخير می از نظر تماسی بحالت خشک می باشد. کاربردھای روانکاری خشک در فراوری مواد

غذائی ، محيط ھای گردوخاکی و انتقال مواد نساجی می باشد.

ضريب کاربرد 8- 10جدول

ماشين مشخصه ھای گردنده

گردانندهمشخصه ھای

حرکت يکنواخت ، مانند ضربه خفيف ، مانند ضربه سنگين، مانند

موتورھای الکتريکی، موتورھای درونسوز موتورھای درونسوز

6 سيلندر با کمتر از 6موتورھای درونسوز با با بيشتر از سيلندر

کوپلينگ ھيدروليکی ، الکتروموتورھای با با راه اندازی مکرر

Page 241: طراحی مکانیکی

241

با حرکت يکنواخت مانند، فن

ھا ، پمپ ھا، کمپرسورھا، ماشين ھای چاپ، نقاله ھای

با بارگذاری يکنواخت

با ضربه ھای متوسط ، مانند ای اختالط بتن، نقاله ماشين ھ

ھای با بارگذاری نايکنواخت، مخلوط کننده ھا

با ضربه ھای سنگين، مانند ماشين ھای افزار لغزشی ، پرس ھا وماشين ھای مته

ستونی

1 1.1 1.3

1.4 1.5 1.7

1.8 1.9 2.1

قطر گام چرخ ھای زنجير گرداننده وگردنده برابرند با:

)15-8 (1 21 2

N p N pD D

ن) برابر است با :و زاويه تماس بين زنجير و چرخ زنجير (برحسب راديا

)a 16-8 (1 2 11

p(N N )2sin

2 C

Page 242: طراحی مکانیکی

242

1 kW = 1.34 hp

) BS/ISOنمودار طبقه بندی گرداننده ھای زنجيری وفق استاندارد بريتانيا ( 8-15شکل

.دندانه 19با گرداننده چرخ زنجيررد با فرض کارب

Page 243: طراحی مکانیکی

243

)b 16-8 (1 2 11

p(N N )2sin

2 C

می 120توجه شود که زاويه پوشش توصيه شده برای چرخ ھای زنجير کوچک برابر

باشد.

کشش زنجير از رابطه زير محاسبه می گردد: )17-8) (1 1N p / 2 = کشش زنجير ) / توان

چرخ ھای زنجير استاندارد را می توان از سازندگان وفروشندگان تامين نمود. انتخاب دارد. 8-11مواد چرخ ھای زنجير بستگی به تعداد دندانه ھا وشرايط کاری وفق جدول

روش ھای روانکاری زنجير 8- 16شکل

8-3مثال

Page 244: طراحی مکانیکی

244

کار نمايد وتوسط 400rpmگرداننده ای زنجيری برای پمپ دنده ای که با سرعت گردانده شود مورد نياز است. 1440rpmوبا سرعت 5.5kWالکتروموتوری به توان

می باشد. 470mmفاصله بين مرکزمحورھای موتور وپمپ تقريبا

حل نسبت کاھندگی مورد نظر عبارتست از:

1440

3.6400

) با کاربرد چرخ ھای زنجير با اندازه 8-9نزديکترين نسبت موجود ( نگاه کنيد به جدول 21می باشد که مستلزم کاربرد چرخ زنجير گرداننده با 3.62ھای استاندارد برابر

دندانه است. 76دندانه و چرخ زنجير گردنده با 1است با برابر 8-10ضريب کاربرد از جدول 1.0f

ضريب دندانه عبارتست از:

21

19 190.905

21f

N

توان انتخابی برابر است با:

5.5 1 0.905 4.98kw

، گرداننده 8- 15، شکل BS/ISOبا استفاده از نمودار انتخاب گرداننده ھای زنجيری ، مناسب می باشد. BSگام وفق استاندارد 12.7mmساده با زنجيری

طول زنجير از رابطه زير تعئين می گردد:

2

1 2 2 1N N 2C N N pL

2 p 2 C

2

21 76 2 470 76 21 12.7

2 12.7 2 470

124.6تعداد گام Lعدد به نزديک ترين عدد صحيح زوج ، با گرد کردن اين 126 تعدا د گام حاصل

می گردد.

حال می توان فاصله دقيق مرکزھا را محاسبه نمود:

2 22 1 2 1 2 1

pC 2L N N (2L N N ) (N N )

8 3.88

Page 245: طراحی مکانیکی

245

2 212.7C 2 126 76 21 (2 126 76 21) (76 21)

8 3.88

479.2mm

، نوع مناسب روانکاری غرقابی می باشد. کاربرد 8- 15شکل از نمودار طبقه بندی ، در شرايطی که اطالعات دقيق تری از شرايط کاری SAE20/50روانسازچند درجه

موجود نيست کفايت می کند.

انتخاب مواد برای چرخ زنجير 8-11جدول چرخ زنجير

حرکت يکنواخت

ضربه ھای ماليم

ضربه ھای سنگين

دندانه 29تا

30بيشتر از دندانه

يا 080M40070M55

چدن

080M يا 070M55سخت شده

وبازپخت شده يافوالد نرم سختی

سطحی شده

فوالد نرم

080M40 يا 070M55

سخت شده وبازپخت شده يا

فوالد نرم سختی سطحی شده

يا 080M40

070M55 سخت شده وبازپخت

شده يافوالد نرم سختی

سطحی شده

نتايج 4-8

گرداننده ھای تسمه ای وزنجيری را می توان برای انتقال توان مکانيکی بين محورھای دورانی به کار برد. گرداننده ھای تسمه ای غالبا ارزانتر از معادل چرخ دنده ای بوده

نتقال توان بين محورھای با فاصله زياد ويا غير موازی مفيد می باشند. گرداننده وبرای اھای زنجيری معموال از گرداننده ھای تسمه ای معادل ، فشرده تر بوده ومی توان در

محيط ھای روغنی که با کاربردتسمه ھای معادل امکان لغزش وجود دارد به کار روند. تسمه ای وزنجيری موجود می باشد ودراين فصل فن دامنه وسيعی از گرداننده ھای

آوری و انتخاب و مشخصه ھای گرداننده ھا ی تسمه ای گوه ای و تخت و گرداننده ھای زنجيری غلتکی تشريح شد.

Page 246: طراحی مکانیکی

246

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی

کتاب ھا و مقاله ھا:

استانداردھا :

Page 247: طراحی مکانیکی

247

کاروتمرين

وتسمه ھا را فھرست وار ذکر کنيد. پنج مزيت برای چرخ دنده ھا ، زنجيرھا 8.1 گرداننده مناسب برای کاربردھای زير را نام برده وبصورت اجمالی توجيه نمائيد: 8.2

(الف) گرداننده ای برای نقاله تسمه ای. (ب) گرداننده ای برای ماشين سنگ زنی.

(ج) گرداننده ای برای ماشين بسته بندی دمحيطی روغنی.

45kWدوران کرده وتوانی برابر 2000rpmی با سرعت موتور ديزلی چھار سيلندر 8.3 890rpmتوليد می کند که برای گرداندن ماشين کشاورزی با کارکرد متوسط وسرعت

است. کارکرد 80cmمورد استفاده قرار گرفته است. فاصله مرکز پولی ھا تقريبا برابر گوه در روز می باشد. با کاربرد گرداننده تسمه ای 10hقابل انتظار اين ماشين کمتر از

ای ، قطر پولی ھا ی مناسب را انتخاب نموده ونوع وتعداد تسمه ھا ی الزم را تعئين کنيد.

از موتوری الکتريکی که با 18.5kWگرداننده تسمه ای گوه ای برای انتقال توان 8.4دوران می کند به نقاله ای با بارگذاری يکنواخت با سرعت 1455rpmسرعت

400rpm .1.4ا برابر فاصله مورد نظرمرکز ھمورد نياز می باشدm است و انتظارباشد. تسمه يا تسمه ھای مناسب را انتخاب نموده و قطر پولی ھا 15hمی رود کارکرد

را تعئين کنيد.

Page 248: طراحی مکانیکی

248

1450rpmکه در سرعت 250mmاز پولی به قطر 22kWتسمه تختی برای انتقال 8.5کاک را می اصطمورد نياز می باشد. ضريب 355mmحرکت می کند به پولی به قطر

31100kgت ، چگالی ماده تسمه برابر در نظر گرف 0.7توان برابر / m وتنش مجازمی باشد. تسمه 1.8mاست. فاصله بين مرکز محورھا برابر 7MPaبيشينه برابر

است. پھنای مورد نياز را محاسبه نمائيد. 3.5mmپيشنھادی دارای ضخامت کاربری ماشين موجودی تغئير نموده است به نحوی که توان انتقالی مطلوب به 8.6

120kW حی موجود مشتمل بر پولی گرداننده ای که دارای افزايش يافته است. طرااست. 250mmوپولی گردنده به قطر 200mmوپولی به قطر 3000rpmسرعت

می 6.6MPaو تنش مجاز بيشينه 4.2mm، ضخامت 150mmتسمه دارای پھنای 31100kgکاک به ترتيب برابر اصطباشد. چگالی تسمه و ضريب / m است. 0.75و

می باشد. آيا تسمه موجود مناسب است؟ 1.4mفاصله مرکزھا برابردوران می کند وتوسط 470rpmداننده تسمه ای برای پمپ دنده ای که با سرعت گر 8.7

مورد نياز ،گردانده می شود 2820rpmبا سرعت 3kWموتور الکتريکی با توان است. 300mmفاصله مرکز محورھای موتور وپمپ تقريبا برابرمی باشد.

(الف) نسبت کاھندگی را محاسبه کنيد. زنجيرھای استاندارد را مشخص نمائيد. (ب) نزديک ترين نسبت موجود برای چرخ

(پ) ضريب کاربرد را تعئين کنيد. (ت) ضريب دندانه را محاسبه کنيد.

(ث) توان انتخابی را تعئين نمائيد. مشخص کنيد. ISO(ج)گرداننده مناسبی را از نمودار انتخابی (چ) طول تقريبی زنجير را محاسبه نمائيد.

ئين کنيد.(ح) تعداد گام ھای زنجير را تع (خ) فاصله دقيق مرکز ھا را محاسبه کنيد.

دوران کند 400rpmگرداننده زنجيری مناسبی را برای پمپ دنده ای که با سرعت 8.8گردانده شود را 725rpmوبا سرعت 18.5kWوتوسط موتورالکتريکی به توان

می باشد. 470mmمشخص کنيد. فاصله بين مرکز محورھای پمپ وموتورتقريبا برابر روی يک 8-17رای نصب چرخ زنجير نشان داده شده در شکل روش مناسبی را ب 8.9

محور، طرح ورسم کنيد.دوران 75rpmگرداننده زنجيری مناسبی را برای ماشين بسته بندی که با سرعت 8.10

گردانده می 710rpmوبا سرعت 2.2kWکرده و توسط موتور الکتريکی به توان شين بسته بندی شود را مشخص نمائيد. فاصله مجاز بيشينه بين مرکز محورھای ما

می باشد. 1.0mوموتور تقريبا برابردوران کند 400rpmگرداننده زنجيری مناسبی را برای پمپ دنده ای که با سرعت 8.11

گردانده شود را 728rpmوبا سرعت 30kWوتوسط موتورالکتريکی به توان می باشد. 1.0mمشخص کنيد. فاصله بين مرکز محورھای پمپ وموتورتقريبا برابر

Page 249: طراحی مکانیکی

249

8-9چرخ زنجير تمرين 8- 17شکل

جواب ھا

8.3 1 2D 280mm, D 630mm, C 662mm, SPB2800 3و

تسمه. 8.4 1 2D 224mm, D 800mm, C 1.416m, SPB4500 2و

تسمه.8.5 w 57mm

8.6 98.5kW ظرفيت انتقال توان تسمه موجود ، بنابراين : خير

,6م برابر زنجير ساده : گا 8.7 6, 1.0, 1, 3kW, 9.525mm

گام ، 138گام ، 136.7برابر ، طول تسمه 8mm: گام برابردوگانه زنجيريا 306.7mmفاصله مرکز ھا=

Cگام و 25.4mm ،68زنجير ساده : گام برابر 8.8 484.1mm

Page 250: طراحی مکانیکی

250

جواب يگانه ای ندارد. 8.9

Cگام و 25.4mm ،110زنجير ساده : گام برابر 8.11 1020mm

ه ھدف ھای آموزشی حاصل

آيا تفاوت ما بين گرداننده ھای زنجيری، تسمه ای يا چرخ دنده ای را

8-3، 8-2، 8- 1برای کاربرد معينی تشخيص می دھيد؟ بخش ھای

8- 2-1؟ بخش آيا می توانيد تسمه گوه ای مناسبی را برای کاربرد معينی انتخاب نمائيد

8-2- 1آيا می توانيد تسمه تخت مناسبی را برای کاربرد معينی انتخاب کنيد؟ بخش

آيا می توانيد نسبت زنجير مناسبی را با استفاده از اجزاء استاندارد 8-3بخش معين نمائيد؟

آيا توانائی انتخاب نوع مناسب زنجير و گام آن را برای کاربرد معينی

8- 3-1را داريد؟ بخش

آيا توانائی مشخص نمودن گرداننده مناسب زنجيری برای سرعت و توان 8- 3-1معينی را داريد؟ بخش

Page 251: طراحی مکانیکی

251

9 درزبندھا

رای جلوگيری يا محدود نمودن نشت سيال ھا يا ذرات بکار درزبندھا وسايلی ھستند که بمی روند. ھدف از اين فصل معرفی انواع وشکل ھای درزبندھا ،ارائه رھنمود برای

انتخاب درزبندھا ونشان دادن روش ھای محاسبه برای تعئين مقدارونرخ نشت از درزبندھا می باشد.

ھدف ھای آموزشی

تی :در انتھای اين فصل شما بايس

.توانائی تشخيص تعدادی از انواع مختلف وسايل درزبندی را داشته باشيد بتوانيد نوع درزبند را برای شرايط دورانی، رفت وبرگشتی يا استاتيک انتخاب

نمائيد. .توانائی تعئين ابعاد شيار برای اورينگ استاندارد را داشته باشيد رآورد کنيد.بتوانيد جريان نشتی از درزبند البيرنتی را ب .توانائی محاسبه جريان نشتی از درزبند بوشی را محاسبه کنيد

مقدمه 1-9

ھدف از درزبند ھا ، جلوگيری يا محدود کردن جريان سيال بين اجزای ماشين می باشد. درزبند ھا جنبه مھمی از طراحی ماشين ھايی می باشد که در آن ھا سيال تحت فشار بايستی

مانند سيلند ر ھيدروليکی نگھداری شود ، از ورود ذرات آالينده به بخش در بخشی از ماشين ھايی از ماشين جلوگيری گردد و يا روانساز به بيرون نشت نکند. درزبندھا به دو گروه

اصلی طبقه بندی می شوند:درزبندھای استاتيک ، که در آن ھا درزبندی بين دو سطحی انجام می گردد که .1

کتی ندارند.نسبت به يکديگر حردرزبندھای ديناميکی ، که درآن ھا درزبندی بين دو سطحی صورت می گيرد .2

که نسبت به يکديگر حرکت می کنند مانند حرکت دورانی يا رفت وبرگشتی.ھرگونه لقی بين دو جزء ماشين امکان عبور ملکول ھای سيال را در جھتی فراھم می نمايند

ھا يی بستگی دارد که به سيال وابسته می باشند. مسئله که اين جھت به فشارھا واندازه حرکتنشان داده شده که مرز مشخص شده در اين شکل يا ساکن است 9- 1اساسی درزبندی در شکل

ويا حرکت می کند. سيال می تواند بين ناحيه ھای مختلف فضا توسط پخش ، جابجائی آزاد يا 910ل نوعی گاز يا بخاردر حدود جابجائی اجباری حرکت نمايد. اندازه قطری ملکو m می

باشد. بنابراين می توانند از فاصله ھای بسيار کوچک مانند سوراخ ھای ريز در بدنه ماشين يا جزء درزبند و از طريق پخش عبور نمايند. جابجائی عبارت از مخلوط شدن بخشی از سيال با

Page 252: طراحی مکانیکی

252

مکن است ناشی از بخش ديگر توسط حرکت ھای جرمی کلی سيال می باشد. حرکت سيال مدستگاه ھای مکانيکی خارجی مانند فن يا پمپ باشد که در اين صورت جابجائی اجباری ناميده می شود. در حالت ديگر اگر حرکت سيال بسبب اختالف در چگالی ناشی از مثال اختالف دما

باشد به آن جابجائی طبيعی يا آزاد گفته می شود.

شکل ھندسی ساده درزبندی 9- 1شکل

نوع درزبند به شرح زير می باشد:بعضی از مالحظات در انتخاب

محدود شود ويا از ورود به فضائی ممنوع ونوع سيالی که قرار است تطبيع .1 گردد.

سطح فشارھا در طرفين درزبند. .2 تماس با آن.نوع حرکت نسبی بين درزبند واجزاء در .3 سطح درزبندی مورد نياز. .4 دما ھای کاری. .5 طول عمر قابل انتظار ، قابليت سرويس دھی. .6زمان کاروھزينه ھای تعويض –ھزينه کلی با لحاظ نمودن اجزاء و طول عمر .7

قطعات.

نمودار طبقه بندی عمومی برای 9-2درزبندھا وسامانه ھای درزبندی متنوع می باشد. شکل -3و 9-2ذکر انواع اصلی درزبند ھا می باشد. بسياری از اين انوع در بخش ھای درزبندھا با

مورد بحث قرارخواھند گرفت. ليکن بايستی توجه نمود که ھنگامی که نياز کلی درزبندی 9وحل معقول آن مشخص شود ، بھترين منبع اطالعات معموال سازندگان درزبند و برای ياتاقان

راھنمای عمومی برای انتخاب انواع 9-3ياتاقان می باشد. شکل ھای درزبند ، سازندگان درزبند را نشان می دھد.

Page 253: طراحی مکانیکی

253

نمودار طبقه بندی کلی درزبندھا 9- 2شکل

درزبندھای استاتيک 2-9

ار می روند. برای نيل بدين درزبندھای استاتيک بمنظورانسداد کامل فيزيکی جريان نشتی بکھدف ، ماده سازنده درزبند بايستی بقدر کافی منعطف باشد تا به درون خلل وفرج سطوح

جريان يافته وآن ھا را پرنمايد ودرعين حال بقدر کافی سخت باشد تادر مقابل رانش به درون آنچه به ترتيب در لقی ھا مقاومت نمايد. درزبندھای االستومری وگسکتھا اين معيارھا را طبق

ذکر شده تامين می نمايند. مشخصات فنی درزبندی مواد غذائی که 9-2-2و 9- 2-1بخش ھای مورد بحث قرار گرفته است. 9- 2-3موضوعی ويژه است در بخش

Page 254: طراحی مکانیکی

254

روش انتخاب درزبند 9-3شکل

حلقه ھای االستومری درزبند 1-2-9

، درزبندی ساده وچند کاره بوده وکاربردھايی با 9- 4شکل) وفق شکل Oاورينگ ( حلقه دامنه وسيع ھم بعنوان درزگير استاتيکی و ھم ديناميکی دارد. درزبند اورينگ حلقه ای قالب

رده ای پر می کند. گيری شده است که حفره ای را که درزبند درآن قرارمی گيرد را بشکل فشنشان 9-5اصول عملکرد درزبندی اورينگ ھا در مقابل سيال برای فشارھای متنوع در شکل

داده شده است. حلقه ھای االستومری درزبند نياز به اين دارند که ماده درزبند با يکی از قطعات در تماس

ا با قطرھای داخلی مجموعه، دارای درگيری تداخلی باشد. اورينگ ھا در انواع اندازه ھميلی 8.4و 5.7، 4.1، 3.0، 2.4، 1.6وقطرھای مقطع 249.1mmتا 3.1از

ابعاد تعداد 9-1تعريف شده است. جدول BS4518متر موجودندکه در استاندارد محدودی از درزبندھا ی موجود را نشان می دھد. جدول بسيار مفصل تر که بشکل

قابل دسترسی است. شکل BS4518کاتالگ درزبندھا است از سازندگان يا از استاندارد ابعاد شياری که برای جا گرفتن درزبند اورينگ واطمينان از اين که بمنظور 9- 6

درزبندی موثر، درزبند بقدر کافی شيار را پرکرده ويا درون آن فشرده شود را نشان می دھد.

Page 255: طراحی مکانیکی

255

شکل ھندسی عمومي اورينگ ھا 9- 4شکل

اصول عملکرد درزبندی اورينگي در مقابل فشارھای مختلف سيال 9-5شکل

ابعاد شيار اورينگ 9-6شكل

)* mmابعاد درزبند ھاي اورينگي ( 9- 1جدول

اين جدول دامنه محدودي است كه فقط بعنوان نمونه از استانداردBS4518 شده است.نقل

Page 256: طراحی مکانیکی

256

حلقه اي مستطيلي و درزبند X بشكل مقطع درزبند حلقه اي 9-7شكل

9-1مثال

به منظوردرزبندي در مقابل 30-0195ناسب شيار را براي اورينگ به شماره ابعاد م سيلندرصلبي، مشخص كنيد.

حل

، شعاع B = 3.7 mm ،R = 1 mmداريم : 9- 6وبا مراجعه به شكل 9-1از جدول mm 0.2گوشه (گرده) شيار برابر است با

در مقابل حركت ھاي كوچك سطح مسئله ويژه اورينگ ھا قابليت انعطاف ومقاومت آن ھا

ھاي درزبندي شده وپوسته ھا مي باشد. راه حل ھاي متعددي براي اين مشكل ايجاد شده كه عبارت از توليد درزبند ھاي مقاوم مثال در برابر دوران در شيار درزبند مي باشد.

ه در كه حلقه چھارگوش نيز ناميده مي شود وحلقه با مقطع مستطيلي ك Xحلقه به شكل نشان داده شده اند. 9-7شكل

درزبند بازشوھا يي مانند درب ھا وپنجره ھا و سقف ھاي كروكي دارخودروھا معموال از اكستروژن ھاي االستومري ساخته مي شوند زيرا ھزينه توليد آن ھا در مقايسه با ر انجام درزبندھاي مكانيكي توليد شده كمتر ومونتاژ آن ھا نيز مي تواند بصورت خودكا

گردد. در مورد خودروھا نياز به درزبندي در مقابل فشار تفاضلي وجلوگيري ازورود گردوخاك ، ھوا ، آب وصدا مي باشد. بعالوه اجزاء بايستي طول عمري سازگار با وسيله نقليه داشته ودر دامنه گسترده اي از دما ھاي محيطي كار كرده ، ھزينه توليد ونصب كم

زمان كاھش نيافته ودرزبند در مقابل نيروي پسار خودرو مقاوم باشد. و عملكرد آن با نشان داده شده است. 9-8نمونه اي از درزبند ھا كه در خودرو ھا كاربرد دارد در شكل

Page 257: طراحی مکانیکی

257

نجره خودرونمونه اي از درزبندي بازشوھا در پ 9-8شكل

گسکت ھا 2-2-9

گسکت از يك يا تركيبي از مواد تشكيل شده كه براي جلوگيري از جريان سيال، بين دو قطعه ثابت بصورت فشرده ومحكم قرارداده مي شوند. گسکتھا ي نوعي از حلقه ھاي جداكننده ،

سطحی ضد عنصر درزبند، تقويت كننده داخلي ، اليه سطحي سازگارو گونه اي از عمليات تشكيل مي شود. 9-9چسبيدن به سطح، طبق شكل

اجزاء تشكيل دھنده يك گسکت نوعي 9-9شكل

كاربرد نوعي گسکت درزبند را نشان مي دھد. ھنگامي كه گسکت درزبندي 9- 10شكل مي شود تحت تنش ھاي فشاري ايجاد شده توسط مجموعه قرار مي در ابتدای نصب، بسته

گيرد. ولي تحت شرايط كاري ممكن است بار فشاري دراثر فشار ايجاد شده درون مجموعه يا ماشين كاھش يابد. اين شرايط در طراحي تفصيلي مجموعه بايستي بحساب

رفته شود. طراحی آورده شود ويا اين که ضريبي براي کاھش فشار بر گسکتدر نظر گنشان داده شده اند. انتخاب مواد بستگی به دمای کاری، 9-2ھای نوعی گسکت در جدول

نوع سيال محبوس شونده و نرخ نشتی قابل قبول دارد. رتبه بزرگی نشتی برای تعدادی از ذکر شده است. انتخاب گسکت با جزئيات بيشتر توسط وينتر 9- 11مواد مختلف درشکل

شده است. ) بحث1998(

Page 258: طراحی مکانیکی

258

کاربرد نوعی گسکت 9-10شکل

محفظه ھای مواد غذائی 3-2-9

درزبندی مواد غذائی بخش مھمی از طراحی درزبندھا را شامل می شود. درزبندی ئی شامل لحاظ نمودن نشتی محتويات ، درزبندی محفظه ھا ومحل ھای نگھداری مواد غذا

در مقابل آالينده ھای بيولوژيکی مثال برضد نفوذ باکتری ھا و بوھای شيميائی می باشد. 1قطر نوعی باکتری ھا در حدود m بوده و طراحی محفظه ھا ی نگھداری مواد

آورده در غذائی، چالشی برای جلوگيری از نفوذ باکتری ھا در طول عمر نگھداری فرقفسه می باشد که ممکن است چند سال طول بکشد. در بسياری از طراحی ھا، درز

اتصال بايستی مجددا قابل استفاده باشد مانند بطری نوشابه ھای گاز دار وبطری ھای 9- 12س. انواعی از اتصال ھای محفظه ھای نگھداری مواد غذائی در شکل حاوی س

نشان داده شده است.

انواع متفاوت گسکت 9-2جدول

Page 259: طراحی مکانیکی

259

رتبه بزرگی نوعی نرخ نشت از گسکتھا ی ساخته شده از مواد مختلف به ازای قطر 9-11شکل

واحد

درزبند ی ظروف غذائی 9-12شکل

Page 260: طراحی مکانیکی

260

درزبند ھای ديناميکی 3-9

برای مشخص نمودن دستگاه ھايی بکار می رود که جريان واژه " درزبند ديناميکی " سيال بين سطوحی را که نسبت به يکديگر حرکت می کنند محدود می سازند. دامنه

گسترده بوده ودستگاه ھايی را با حرکت ھای دورانی و رفت درزبند ھای ديناميکی وبرگشتی در بر می گيرند. الزام ھای درزبندھای ديناميکی غالبا بايکديگر متعارض بوده

وبرای انتخاب بھينه آن ھا نياز به مصالحه بين اين نياز ھا می باشد. برای درزبندی ساکن واجزاء دورانی نيازمی باشد ولی موثر وکارآمد ، به فشارتماسی زياد بين اجزاء

ھمچنين سايش کمينه به منظور طول عمر طوالنی قطعه نيز مطلوب می باشد.

درزبند ھا ی ماشين ھای دورانی 1-3-9

عملکرد درزبند ھا در محورھای دورانی عبارتند از حفظ سيال ھای کارگر، حفظ دوخاک ومواد زائد. انتخاب نوع روانسازھا وجلوگيری از ورود آالينده ھا مانند گر

درزبند به سرعت محور، فشار کاری وکارائی مورد نظر درزبند، وابسته می باشد. درزبند ھای ماشين ھای دورانی شامل اورينگ ھا ، درزبندھای لبه ای ، درزبند ھای

سطحی ، حلقه ھای درزبندی، پکينگ ھای فشاری و درزبندھای غير تماسی مانند بوش و دھای پيچ درپيچ ( البيرنتی ) می باشند.درزبن

مورد بحث قرار گرفتند. کاربرد آن ھا به محورھای دورانی 9-2- 1اورينگ ھا در بخش محدود می bar 14وفشارھای درزبندی کمتر از 3.8m/sکه سرعتشان پائين تر از

گردد.. اين نشان داده شده است 9- 13در شکل شکل ھندسی نوعی درزبند لبه ای شعاعی

درزبند ھا برای نگھداری روانسازھا در محل خود، جلوگيری از ورود آالينده ھا بکار رفته و در کاربردھای با سرعت متوسط وفشار کم بخوبی سازگار می باشد. پوسته

بيرونی اين درزبند بايستی روی بدنه ، با درگيری تداخلی نصب وحفظ گردد. ھدف از يروی شعاعی يکنواخت روی محورواطمينان از ايجاد تماس کاربرد فنرنگھدارنده حفظ ن

بين حلقه درزبند االستومری ومحور دورانی می باشد. طراحی درزبند ھای لبه ای در مورد درزبندی سيال ھا ، با SAE) ودر کتاب مرجع1996رو(شعاعی توسط ھ

جزئيات بيشتر توصيف شده است.

درزبند لبه ای شعاعی 9- 13شکل

که نشت کم ، قابليت اطمينان زياد وسايش اندک اھميت داشته باشد ، برای کاربردھايی

درزبندھای سطحی مکانيکی می تواند انتخاب مناسبی باشد. درزبند سطحی مکانيکی و دورانی و ديگری به عضوساکن تماس شامل دو حلقه درزبند می باشد ، يکی با عض

دارند تا سطح ھای درزبند را تشکيل دھد، اين سطح معموال عمود بر امتداد محور وفق

Page 261: طراحی مکانیکی

261

می باشد. در ھنگام دوران ، حلقه درزبند اوليه با محوردوار تماس سايشی 9- 14شکل طح تماس داشته و سطح درزبند مقابل با سطح متناظر حلقه ساکن نيزدر تماس است. دو س

کاکی قرار می گيرند. ھر اصطمرزی مانند ياتاقان ھا عمل می کنند و در معرض سايش نوع جريان نشتی بايستی از اين مرزھای مشترک عبور نمايد.

اصول عملکرد درزبندھای سطحی مکانيکی 9- 14شکل

نشان داده 9-15ی يک درزبندسطحی مکانيکی نوعی درشکل مجموعه نصب شده کل کاکی بين سطح ھای درزبند با نيروھای محوری وارده ناشی از اصطشده است. تماس

حفظ می گردد. عمل 9- 15فشارھيدروليکی يا نيروی مکانيکی ناشی از فنر، طبق شکل اقل رساندن اين پديده سايشی بين سطح ھا ايجاد گرما وفرسايش می نمايد. به منظور به حد

از روانکاری استفاده می شود که ھم سايش وھم افزايش گرما را کاھش داده و ھمچنين اليه ای از مايع تشکيل شده که درزبند بسته وتنگی ايجاد گردد. دامنه طراحی ھای درزبند

ھای سطحی گسترده بوده ودر پمپ ھا ، کمپرسورھا ، جعبه دنده ھا وماشين ھای ی خانگی کاربرد زيادی دارند. طراحی درزبندھای سطحی مکانيکی توسط دالن لباسشوئ

) به تفصيل 1991) ولبک (1998) ، مولر و نو (1992اسميت ( –) ، سامرز 1992( بحث شده است.

Page 262: طراحی مکانیکی

262

درزبند سطحی مکانيکی نوعی 9-15شکل

براي درزبندھايي بكار مي رود كه امكان حركت نسبي بين شكافي " درزبند اصطالح "

اجزاي ثابت ومتحرك را فراھم مي سازند ( بدين معني كه درزبند با محور تماسي ندارد). انواع اين درزبندھا عبارتند از درزبندھاي پيچ درپيچ (البيرنتي) ، برسي وبوشي .

يي است كه براي جريان حلقوي درزبند البيرنتي درساده ترين شكل خود شامل تيغه ھامحدوديت ايجاد مي كنند. براي عبور سيال از اين فضاي حلقوي 9- 16سيال طبق شكل

تنگ شده ، بايستي سرعتش افزايش يابد. درست بعد از اين تنگ شدگي ، سيال انبساط يافته وسرعت آن كاھش مي يابد وگردابه ھاي جداشدگي در حفره ھاي جريان سوي اين

تشكيل مي شود. اين گردابه ھاي آشفته قدري از انرژي جريان را 9- 17ا وفق شكل تيغه ھاتالف نموده وفشار را كاھش مي دھند. اين فراينددر حفره ھاي بعدي نيز تكرار مي گردد

تا فشار به شرايط پائين دست جريان برسد. درزبندھاي البيرنتي اساسا درزبندي با لقي سي مي باشند. از آنجائي كه تماس سطح به سطح موجود نمي كنترل شده بدون سايش تما

باشد، سرعت ھاي نسبي بسيار زياد امكان پذير بوده وشكل ھندسي را مي توان بنحوي سامان داد كه مقدار نشتي به ميزان قابل قبولي محدود گردد. درھرحال با اين وصف ،

مي تواند تعئين گردد. در نشتي اجتناب ناپذير بوده وميزان آن با روش اجمالي زير طراحي درزبند ھاي البيرنتي دقت كافي بايستي مرعي گردد. اگر حفره بعد از تيغه

شعاعي خيلي كوچك باشد جريان بدون انبساط وافت فشار، بطور مستقيم از آن عبور مي نمايد. حتي با طراحي دقيق البيرنت ھمواره قدري از سيال بطور مستقيم از تيغه اي به

ه ديگر منتقل مي گردد. بمنظور كاھش اين اثرمي توان در طراحي درزبند البيرنتي از تيغشكل پله اي استفاده نمود و اين شكل ، طراحي انواع متنوعي از البيرنت ھا را امكان پذير

نشان داده شده است. 9-18مي سازد كه دو نمونه از آن درشكل

Page 263: طراحی مکانیکی

263

شكل ھندسي درزبند البيرنتي 9-16شكل

جريان سيال در درزبند البيرنتي 9-17شكل

جريان مستقيم محدود كردن بمنظور بشكل پله اي رنتيطراحي درزبند البي 9-18شكل

سيال

- (اگلی 9-1جريانی که ازيک البيرنت عبور می کندرا می توان با استفاده از معادله ) تخمين زد:1935

)1-9 (0 0m A p

m )گذر جرمی جريانkg /s ( ،2 2

0 iA (r r ) مساحت فاصله حلقه واربين نوک

، ، ضريب تصحيح انتقال سيال ، ضريب جريان ، 2m ( ،ه وپوسته (ھای تيغچگالي در شرايط باالدست 0) و Paفشار باالدست جريان ( 0pنسبت انبساط ،

3kgجريان ( / m.(

Page 264: طراحی مکانیکی

264

- 16تابعي از نسبت لقي به ضخامت نوك تيغه مي باشد (نگاه كنيد به شكل ضريب جريان ، را براي آن 0.71رج در زير، مي توان مقدار متوسط ) ، ولي براي دامنه نسبت ھاي مند9

بكار برد.)2-9 (1.3 c / t 2.3 c ) لقي شعاعي ،m ، (t ) ضخامت نوك تيغه ،m.مي باشد (

cبصورت تابعي از نسبت لقي به گام ، ضريب تصحيح انتقال سيال ، / p نگاه كنيد به)بطور خطي با بعنوان تقريب اوليه مي توان فرض نمود كه ) تغئير مي كند. 9- 16شكل c / p تغئير مي نمايد. 9-3طبق جدول 0.11تا 0در دامنه

از رابطه زير تعئين مي گردد: نسبت انبساط ،

)3-9 (n 0

0 n

1 (p / p )

n ln(p / p )

np پس از تيغه فشار پائين دست جريانn ) ام البيرنتPa و (n يغه ھاي تعداد ت البيرنت مي باشد.

اگرچه اين روش مدت ھا قبل توسعه يافته ولي منطقا قابل اعتماد مي باشد. البته بعضي از

شركت ھا معادله ھا و روش ھاي اختصاصي خود را براي تعئين نرخ نشت از البيرنت ت ( ديناميك سياالCFDھاي مستقيم وپله اي دارند وھمچنين بعنوان گزينه مي توان از

محاسباتي) براي مدل سازي جريان در درزبند استفاده نمود. در حالت عمومي تيغه ھا معموالروي روتورنصب يا تراش كاري مي شوند اگرچه در صورت لزوم مي توانند

عضوي از اجزاء ساكن باشند براي مثال درحالتي كه حركت ھاي محوري زيادي قابل ه كفايت مي كند وبا بيشتر از شش تا ھفت تيغه پيش بيني باشد. معموال تعداد شش تيغ

بھبوداندكي فراھم مي گردد. براي راھنمائي، مقدارھاي نوعي جھت انتخاب ضخامت فھرست شده اند. گذرجريان را مي توان بكمك 9- 4تيغه ، گام وارتفاع تيغه در جدول

بر اساس شعاع البيرنت ولقي معين، محاسبه نمود. 9-1معادله

رابطه ھاي ضريب تصحيح انتقال سيال بعنوان تابعي از تعداد تيغه 9- 3جدول تعداد تيغه ھا ضريب تصحيح انتقال سيال

2 1 3.27(c / p)

3 1 5(c / p)

4 1 6.73(c / p)

6 1 8.82(c / p)

8 1 10.2(c / p)

12 1 11.2(c / p)

مقدار ھاي راھنما براي انتخاب ضخامت ، گام وارتفاع تيغه 9-4جدول

Page 265: طراحی مکانیکی

265

h(mm) p(mm) t(mm)

0.3-0.4 6-8 4-5 0.28-0.32 4-5 3-3.25 0.18-0.22 1.8-2.2 1.8-2.2

9-2مثال

نصب شده را 100mmگذرجرمي جريان در درزبند البيرنتي كه روي محوري به قطر ، لقي شعاعي 4.5mm، گام 3.2mmتعئين كنيد. البيرنت از شش تيغه به ارتفاع

0.4mm 0.3وضخامت نوكmm 4شده است. فشارسيال از تشكيلbar ، مطلق353K ) 1.01به شرايط اتمسفريbar ، كاھش مي يابد. ثابت گازھا (R را برابر

287J /(kgK) .در نظر بگيريد حل

100) شعاع بيروني فاصله حلقه وار برابر است با : / 2) 3.2 0.4 53.6mm 100) شعاع داخلي فاصله حلقه وار برابر است با : / 2) 3.2 53.2mm

است با: مساحت برش فاصله حلقه واربرابر

2 2o i

3 2 3 2

4 2

A (r r )

[(53.6 10 ) (53.2 10 ) ]

1.342 10 m

0.71 ،1 8.82(c / p) برايn 6 ،p 4.5mm

1 8.82(0.4 / 4.5) 1.784

n 0

0 n

1 (p / p )

n ln(p / p )

1 (1.01/ 4)

6 ln(4 /1.01)

0.3183

p RT :بنابراين چگالي در باالدست جريان برابر است با ،

5 30 0 0p / RT 4 10 /(287 353) 3.948kg / m

Page 266: طراحی مکانیکی

266

4

5

m 1.342 10 0.71 1.784

0.3183 3.948 4 10

0.0680kg /s

نشان داده شده اند 9- 20و 9- 19شعاعي ساده در شكل ھاي بوشي محوري و درزبندھايو مي توانند براي درزبندي ھم مايعات وھم گازھا بكار روند. نشت از درزبند بوشي

تراكم ناپذير ( براي جريان ھاي 9-4محوري متحدالمركز را مي توان با كاربرد معادله براي 9-5جريان ھايي كه در آن ھا چگالي را مي توان ثابت درنظر گرفت) و معادله

جريان ھاي تراكم پذير برآورد نمود. جريان نشتي از درزبندھاي بوشي شعاعي را ميتوان براي جريان تراكم پذير برآورد 9-7براي جريان تراكم ناپذير ومعادله 9- 6از معادله

نمود.

)4-9 (3

0 aDc (p p )Q

12 L

)5-9 (0 a

3 2 2

a

Dc (p p )Q

24 Lp

3mگذرحجمي جريان ( Qكه درآن ھا / s ، (D ) قطر محورm ، (c لقي شعاعي

)m(،0p ) فشار باالدست جريانPa ، (ap ) فشار پائين دست جريانPa،( لزجت .)m(وري طول درزبندبوشي مح L) وPa.sمطلق (

)6-9 (3

0 ac (p p )Q

6 ln(a / b)

)7-9 (0 a

3 2 2

a

c (p p )Q

12 p

شعاعي داخلي bو )m(شعاع بيروني a، )m( محوريلقي cدر فرمول ھاي باال،

)m( .مي باشد

Page 267: طراحی مکانیکی

267

درزبند بوشي محوري 9-19شكل

درزبند بوشي شعاعي 9-20شكل

9-3مثال

50يک درزبند بوشی محوری دارای فاصله حلقه واری با قطرداخلی وبيرونی به ترتيب ن . گذرجريان روغن ازايمی باشد 40mmطول اين درزبند برابر است. 50.5mmو

5.5barو 7درزبند را چنانچه فشار روغن در باالدست وپائين دست درزبند به ترتيب ميتوان در نظر گرفت. 0.025Pa.sباشد تعئين نمائيد. لزجت روغن رابرابر

حل

0.0505لقی شعاعی برابر است با : 0.05 0.0005m ،D 0.1m ،L 0.04m

گذرجريان حجمی برابر است با :

3 3 5 50.1 (0.5 10 ) (7 10 5.5 10 )

Q12 0.025 0.04

4 34.909 10 m /s

Page 268: طراحی مکانیکی

268

درزبند ھا برای ماشين ھای رفت وبرگشتی 2-3-9

درزبندھايی که اساسا برای حرکت ھای رفت وبرگشتی بکار می روند عبارتند از پکينگ ھا وحلقه ھای پيستون.

ندھا شامل برش نشان داده شده اند. اين درزب 9- 21درزبندھای نوع پکينگ در شکل از جنس چرم ، الستيک جامد يا الستيک تقويت شده Xيا V ،Uھايی به شکل فنجان ،

با الياف می باشند. اصول درزبندی ازطريق تماس مستقيم با جزء رفت وبرگشتي محقق مي گردد. فشار تماس با فشار محوري برروي درزبند، قابل افزايش است اگرچه اين عمل

كاك را روي محور ونرخ سايش را افزايش مي دھد. اصول كاربرد به وضوح اصطپكينگ ھاي فنجاني بعنوان درزبند پيستون دركاربردھاي ھيدروليكي ونيوماتيكي مي باشد

براي درزبندي ميله ھاي Vشكل براي ميله ھاي پيستون وپكينگ ھاي U، پكينگ ھاي پيستون يا محورھاي رفت وبرگشتي كاربرد دارند.

درزبندھاي نوع پكينگ 9- 21شكل

حلقه ھاي پيستون براي درزبندي سيلندرھا يي كه دماي كاري آن ھا باالتر از دماي حدي وني در تحمل مواد االستومري ، اليافي يا پليمري است كاربرد دارند. حلقه ھاي پيست

سيلندرھاي خودروھا براي سه ھدف به شرح زير بكار مي روند: براي درزبندي اتاق احتراق/سر سيلندر. .1 براي انتقال حرارت از پيستون به ديواره ھاي سيلندر. .2 براي كنترل جريان روغن. .3

Page 269: طراحی مکانیکی

269

تعداد حلقه ھاي پيستون براي درزبندي فشارھاي معين 9-5جدول 0p (bar) تعداد حلقه ھا

0p 20 2 020 p 60 3 060 p 100 4

0100 p 200 5

0p 200 6+

حلقه ھاي پيستون معموال ازآلياژ چدن ريزدانه ماشينكاري مي شوند وبمنظور نصب روي پيستون بايستي شكاف داشته باشند. درروش متداول، از سه حلقه پيستون استفاده مي شود كه دو عدد بعنوان حلقه ھاي فشاري در مقابل فشار زياد عمل درزبندي را انجام مي دھند ويكي براي

- 23و 9- 22جريان روغن بكار مي رود. دامنه حلقه ھاي پيستون موجودوفق شكل ھاي كنترلگسترده مي باشد. براي كاربردھاي ديگر تعداد رينگ ھاي پيستون ھا را با فرض دما ھا 9

تعئين نمود. 9-5وسرعت ھاي عادي اين پيستون ھا ،مي توان از جدول

حلقه ھاي پيستون 9-22شكل

برش ھاي متنوع حلقه پيستون 9-23شكل

نتايج 4-9

Page 270: طراحی مکانیکی

270

در طراحي ماشين، غالبا نياز به تامين وسيله اي براي حبس سيال يا محدود نمودن جريان آن ت. بلحاظ طبيعت كوچك ملكول سياالت، از نظر طراحي از درون منطقه اي به منطقه ديگر اس

اين وظيفه اي چالش برانگيز است. در اين فصل دامنه اي از درزبندھاي استاتيكي وديناميكي مورد بحث قرار گرفته اند. درزبندھا بلحاظ دامنه گسترده كاربردھا،بصورت اقالم انباري

صي طراحي گردند.وقفسه اي دردسترس نبوده وبايستي براي ھر ھدف خا

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی

کتاب ھا و مقاله ھا:

Page 271: طراحی مکانیکی

271

استانداردھا :

کاروتمرين

برای کاربردھای زير نوع مناسب درزبند را تعئين کنيد: 9.1وبا سرعت زياد برای موتورتوربين گازی 100mm(الف) محوردورانی با قطر

برای محدود نمودن فرار ھوا بين اين محور وبدنه ساکن.فحه پشتی يک پمپ روتوديناميکی که با (ب) برای درزبندی کامل ص

دوران می کند. 2970rpmسرعت (پ) برای درزبندی سطح ھای متقابل دوفلنج درگير بايکديگر.

Page 272: طراحی مکانیکی

272

جھت درزبندی درمقابل که 16-0101ابعاد مناسب شيار را برای اورينگی به شماره 9.2 بکار رود را تعئين کنيد. سيلندر صلبی

نصب 150mmزدرون درزبندی البيرنتی که روی محوری به قطرگذرجريان ھوا ا 9.3

شده را تعئين کنيد.و 0.5mm، لقی شعاعی 7mm، گام 4.5mmتيغه ، ارتفاع 8اين البيرنت شامل

می باشد. فشار مطلق در باالدست وپائين دست درزبند به ترتيب 0.35mm ضخامت نوک است 1.01barو 2برابر

را برابر با Rمی باشد. ثابت گاز ، 323Kقريبا برابر دمای ھوا در باالدست درزبند ت 287J /(kgK) .در نظر بگيريد

باشد. فشار مطلق می 60mmمحورماشينی کوچک و دورانی دارای قطری برابر 9.4

51.2برابر درون اين ماشين 10 Pa 318ودمای کارتقريبی آن برابرK می باشد. درزبندکه ازاين ماشين به ھوای خارج البيرنتی مناسبی برای آن بمنظورمحدود نمودن جريان ھوا يی

0.01kgنشت می کند به مقدار /s.طراحی کنيد

است. فشار مطلق 150mmمحورماشينی دورانی با سرعت زياد دارای قطر برابر 9.552.5درون اين ماشين برابر 10 Pa 443ودمای کارتقريبی آن برابرK است. درزبند

اتاقکی با البيرنتی مناسبی برای محدود نمودن جريان ھوای نشتی ازاين ماشين به0.03kgبه مقدار 2.2barفشار /s .طراحی کنيد ،

يک درزبند بوشی محوری شامل فاصله حلقه واری با شعاع ھای داخلی وبيرونی به 9.6

است. 30mmمی باشد. طول اين درزبند برابر 0.0253mmو 0.025ترتيب برابرگذرجريان روغن از اين درزبند را چنانچه فشارھای باالدست وپائين دست اين درزبند به

در نظر 0.02Pa.sباشد را تعئين کنيد. لزجت روغن را برابر 5.5barو 6برابر ترتيب بگيريد.

گذرجريان ھوا را از يک درزبند بوشی محوری محاسبه کنيد. قطر بيرونی سيلندرداخلی 9.7

50mmمی باشد. طول اين درزبند برابر 0.1mmو لقی شعاعی برابر 100mmبرابر می باشد. 1.01barو 1.4ه ترتيب برابراست. فشارھا در باالدست وپائين دست درزبند ب

51.85لزجت ھوا را می توانيد 10 Pa.s .در نظر بگيريد

وشعاع بيرونی 20mmيک درزبند بوشی شعاعی شامل سيلندری با شعاع داخلی 9.840mm 0.2است. فاصله محوری برابرmm اين لقی می باشد. گذرجريان روغن را از

تعئين کنيد. لزجت باشد 5.2barوفشار خارج از سيلندر 6bar چنانچه فشار داخل سيلندر در نظر بگيريد. 0.022Pa.sروغن را برابر با

جواب ھا

(الف) درزبند البيرنتی ، (ب) درزبند سطحی مکانيکی ، (پ) گسکت 9.19.2 d 10.5mm ،D 12.8mm ،B 2.3mm ،R 0.5mm 9.3 0.048kg / s

Page 273: طراحی مکانیکی

273

بدون جواب يگانه 9.4 بدون جواب يگانه 9.59.6 5 32.945 10 m /s 9.7 3 31.317 10 m /s 9.8 5 32.2 10 m / s

ھدف ھای آموزشی حاصله

9- 1بخش آيا می توانيد انواع مختلف درزبندھا را مشخص کنيد؟

آيا می توانيد نوع مناسب درزبند را برای شرايط دورانی، رفت وبرگشتی 9- 1وساکن انتخاب کنيد ؟ بخش

9-2- 1يد ابعاد شيار را برای اورينگ استاندارد تعئين کنيد؟ بخش آيا می توان

9-3- 1آيا می توانيد جريان نشتی را از يک درزبند البيرنتی محاسبه کنيد؟ بخش

9-3- 1ند بوشی محاسبه کنيد؟ بخش آيا می توانيد جريان نشتی را از يک درزب

Page 274: طراحی مکانیکی

274

10 کالچ ھا وترمزھا

کالچ دستگاھی است که امکان اتصال دومحوربا سرعت ھای متفاوت را بصورت روان وتدريجی فراھم می نمايد. ترمز دستگاھی است که با اتالف انرژی کنترل شده، کند کردن ، توقف يا کنترل سرعت يک سامانه را محقق می سازد. در اين فصل اصول اوليه کالچ

کاکی وترمزھا توصيف شده وروش ھای طراحی وانتخاب کالچ ھای ديسکی طاصھای وترمزھای ديسکی واستوانه ای بصورت اجمالی توضيح داده خواھد شد.

ھدف ھای آموزشی

در انتھای اين فصل شما بايستی بتوانيد:

.ابعاد اصلی کالچ تک ديسکی را تعئين کنيد يسکی برای سرعت معين وتوان مورد ابعاد اصلی وتعداد ديسک ھای کالچ چند د

نياز را تعئين نمائيد. ظرفيت گشتاوری برای ترمزھای کوتاه يا بلند ، درونی يا بيرونی را مشخص

کنيد. .شکل بندی ترمزبرای تحريک خود بخود را مشخص نمائيد

مقدمه 1-10

از حالت ھنگامي كه يك ماشين دوراني راه اندازي مي شود بايستي با افزايش سرعت سكون به سرعت موردنظربرسد. كالچ دستگاھي است كه براي اتصال يا قطع اتصال جزء گردنده با عامل محرك مانند موتوردرون سوز يا موتورالكتريكي بكار مي رود. كاربردآشناي اين دستگاه در كاربرد آن بين ميل لنگ موتوردرون سوزوجعبه دنده در

زيادي براي خودروھا مي باشد. نياز به كالچ ھنگامي ايجاد مي گردد كه گشتاورنسبتاحركت وسيله نقليه موردنيازباشد وگشتاورخروجي كمي ازموتوردرون سوزدرسرعت ھاي دوراني كم در دسترس قرارگيرد. قطع ارتباط موتورازسامانه گردنده باعث مي شود

نه سرعت گرفته و بتواند براي گرداندن ساما 1000rpmموتوربدون بار تا سرعت انتقال، گشتاوركافي ايجاد نمايد. سپس كالچ مي تواند درگيرشود وامكان انتقال توان به جعبه دنده، محور ھاي انتقال وچرخ ھا فراھم گردد. ترمز دستگاھي است كه براي كاھش يا كنترل سرعت يك سامانه يا به حالت سكون آوردن آن بكار مي رود. كاربردھاي نوعي

نشان داده شده است. كالچ ھا وترمزھا دستگاه ھاي مشابه اي 10-1كالچ وترمز در شكل مي باشند كه اتصال اصطكاكي، مغناطيسي يا مكانيكي بين دوجزء ماشين برقرار مي نمايند. اگر يكي از اين اجزاء دوران نمايد وديگري به صفحه مرجع بدون دوراني متصل

Page 275: طراحی مکانیکی

275

چه ھردو دوران كنند، اين دستگاه وظيفه باشد ، اين دستگاه بعنوان ترمز عمل نموده وچنان كالچ را انجام مي دھد.

ھرزمان كه سرعت يا جھت دوران جسمي تغئير نمايد نيرويي برآن جسم وارد شده است. اگر جسم درحال دوران باشد ، براي افزايش سرعت يا كاھش سرعت آن بايستي

با افزايش ويا جذب تغئير گشتاوري برآن وارد نمود. اگرسرعت تغئير نمايد، انرژي نيز مي كند. ، يك ماشين دوراني با رابطه زير تعئين مي گردد: شتاب ،

)1-10 (T

I

) مي باشد.2kgmگشتاورماند جرمي( I) ، وNmگشتاورپيچشي ( Tدر رابطه باال،

ين كه مجموعه ماشين از تعدادي از استوانه ھا گشتاورماندجرمي را مي توان بافرض اوديسك ھا تشكيل شده وبا جمع مقدارانفرادي گشتاورھاي ماند جرمي اين اجزاء (استوانه ھا وديسك ھا) تعئين نمود. گشتاور ماند يك استوانه ويك ديسك به ترتيب با كاربرد معادله

تعئين مي گردند. 10- 3و 10-2ھاي

)2-10 ( 4 40 i

1L(r r )

2 استوانهI

)3-10 (40

1Lr

2 ديسكI

كاربردھاي نوعي كالچ ھا وترمز ھا 10-1شكل

گردد سطح مطلوب شتاب بستگی به نوع کاربرد دارد وزمانی که شتاب مشخص وتثبيت

نيز تعئين شود ، مقدار تقريبی گشتاورمورد نياز برای شتاب گرفتن يا ترمزگرفتن بار Iوقابل برآورد می شود. اين می تواند بعنوان نقطه شروع اصلی برای طراحی يا انتخاب

شکل ھندسی کالچ يا ترمزدر نظر گرفته شود.

Page 276: طراحی مکانیکی

276

يان ديگر ، گشتاور با سرعت گشتاور برابر نسبت توان به سرعت زاويه ای می باشد. به بزاويه ای تناسب معکوس دارد. بنابراين معموال توصيه می شود که کالچ يا ترمز روی محور با بيشترين سرعت در سامانه قرارگيرد تا گشتاورموردنياز کمينه گردد. اگر گشتاور کمتر باشد ، اندازه، ھزينه وزمان پاسخ کمتر خواھد بود. نقص اين روش اين

که اگر تفاوت سرعت بين اجزاء ماشين زياد باشد، لغزش بيشتر وگرم شدن است کاکی مرتبطه باعث بروز مسائل مربوط به گرم شدن مازاد می شود. اصط

کاکی از متداول ترين انواع می باشند. دو سطح يا بيشتر با اصطکالچ ھا وترمز ھای نوع کاکی ايجاد نمايند(شکل اصطاور نيرويی عمودی به طرف يکديگر رانده می شوند تا گشت

کاک اصطرا مالحظه کنيد). معموال حداقل يکی از سطح ھا فلزی وديگری ماده با 10- 2کاکی می تواند بصورت شعاعی مانند اصطزياد می باشد که لنت ناميده می شود. تماس

حالت سيلندری ويا محوری مانند حالت ديسکی رخ دھد. عملکردماده سطحی کالچ يا کاکی قابل توجھی ھنگام واردنمودن نيروی عمودی اصطکاکی ايجاد نيروی اصطز ترم

کاک زياد ، خاصيت ھای ثابت ، مقاومت اصطمی باشد. در حالت ايده آل ماده با ضريب سايشی خوب وسازگاری شيميائی الزامی است. کالچ ھا وترمزھا انرژی عمده ای را

ھا بايستی امکان جذب يا انتقال اين حرارت انتقال داده يا اتالف می کنند وطراحی آن بدون صدمه به قطعات اجزاء اطراف تامين نمايد.

مھندسين نياز به طراحی کالچ يا به استثنای تعداد زياد کالچ وترمز خودروھا ، ندرتاترمز ازمراحل ابتدايی دارند. مجموعه کالچ ھا وترمز ھای ساخته شده را می توان از

خصصی خريداری نمود و وظيفه مھندسين، مشخص کردن گشتاور تامين کنندگان توسرعت ومشخصه ھای بارگذاری وماندھای سامانه وانتخاب کالچ يا ترمزی با اندازه و

مواد سازنده لنت مناسب می باشد.

کالچ يا ترمز ديسکی ايده آل 10- 2شکل

چ ھاکال 2-10

عملکرد يک کالچ عبارتست از تامين اتصال و جداشدن دو محوردر ھنگامی که ھردومحور ساکن باشند يا درزمانی که دارای سرعت ھای دورانی نسبی متفاوتی باشند.

کاک مکانيکی اصطاتصال کالچ با تعدادی از روش ھا محقق می گردد که عبارتند از يله ھای ھيدروليکی يا بادی يا ترکيبی از آنھا. انواع مستقيم ، کوپلينگ مغناطيسی ، با وس

فھرست وار ذکر شده اند. در اينجا وسايلی که از 10- 3کالچ ھا موجودند که در شکل

Page 277: طراحی مکانیکی

277

کاکی می باشند مورد بحث قرار می گيرد. کالچ ھا بايستی بنحوی طراحی اصطنوع شوند که اساسا چھار نياز را جوابگو باشند:

تی زياده از حد باشد.نيروي محرک نبايس .1 کاک بايستی ثابت باشد.اصطضريب .2 انرژی تبديل شونده به گرما بايستی اتالف گردد. .3 سايش بايستی محدود شود تا کالچ طول عمر قابل قبولی داشته باشد. .4

کاکی قابل اصطبی بيان ديگر ھدف از طراحی کالچ را می توان بيشينه نمودن ضريب طراحی صحيح کالچ وانتخاب آن حياطی می باشند زيرا نگھداری وکمينه نمودن سايش.

کالچی که برای کاربرد معينی خيلی کوچک باشد لغزش نموده وزياده از حد گرم می شود وکالچی که خيلی بزرگ باشد ماند زيادی داشته وباعث اضافه بارگرداننده می گردد.

طبقه بندی کالچ ھا 10-3شکل

کالچ ھای با تماس مثبت دارای دندانه ويا تضاريس می باشندکه باعث تداخل مکانيکی

کالچ تماسی 10- 5کالچ فکی چھارلبه وشکل 10- 4بين اجزاء درگير می گردند. شکل کاکی اصطح ھای مثبت از نوع دندانه دار را نشان می دھد. اين مبانی را می توان با سط

ترکيب نمود، برای نمونه کالچ درگيرسازھمزمان (سنکرومش) در خودروھا می باشد. چرخ دنده ھای مارپيچی را نمی توان به آسانی درگير ويا از درگيری آزاد نمود رويکرد عملی ، حفظ چرخ دنده ھا در حالت درگيری وامکان دوران آزاد چرخ دند ه روی محور

يازی به انتقال نيرو نباشد، ولی درھنگام ضرورت تغئيروضعيت چرخ ھنگامی است که ن ).6-3- 1، بخش 6دنده روی محورتامين گردد( ھمچنين مراجعه کنيد به فصل

Page 278: طراحی مکانیکی

278

کالچ دندانه دار 10- 5شکل کالچ فکی چھارلبه 10-4شکل

و سطح ، يا دوگروه از سطح ھا می باشند که حالت تماس کاکی شامل داصطکالچ ھای

کاکی امکان درگيری تدريجی دو محور را فراھم اصطکاکی رانده می شوند. کالچ اصطکاکی را می توان با نيروی فنر، پيستون ھای ھيدروليکی يا اصطمی نمايد. سطح ھای

الچ ھای ديسکی ، مغناطيسی با يکديگردر گير نمود. انواع شکل ھای متنوع مانند کمخروطی وشعاعی در اين گروه موجودند. طراحی ھندسی مقدماتی اين نوع کالچ ھا در

ذکر شده است. 10- 2-1بخش کالچ ھای يک طرفه (پيشرو) براساس سرعت نسبی اجزاء درگيربصورت خودکار عمل

ششی می کنند. اين کالچ ھا حرکت نسبی را فقط در يک جھت فراھم می نمايند. اگر کوبرای معکوس شدن جھت دوران انجام گردد، اجزاء تشکيل دھنده اين کالچ با محور درگير شده وآن را قفل می کنند. کاربردھای اين کالچ عبارتند از مانع پس روی ، شاخص گذاری وھرزگردی ھمانند حالت دوچرخه ھنگامی که سرعت چرخ ازسرعت

چ ھای يک طرفه می توان ازکالچ چرخی چرخ زنجير گرداننده بيشتر باشد. ازانواع کال) کالچ غلتکی ، کالچ گوه ای وکالچ فنر پيچ می شود 10-6ضامن دارساده(شکل

نامبرد.

کالچ غلتکی 10-7شکل کالچ چرخی ضامن دار 10-6شکل

Page 279: طراحی مکانیکی

279

نه ای می باشند که در محفظه توپک ھايا غلتک ھای استوا متشکل ازکالچ ھای غلتکی

) قرار گرفته اند. دوران 10-7ھايی گوه شکل بين حلقه ھای ھادی درونی وبيرونی (شکل فقط در يک جھت ممکن می باشد ولی ھنگامی که جھت دوران معکوس گردد، غلتک ھا

اجزای 10-8خود را گوه وار بين حلقه ھا ی ھادی قرارداده ومسير را سد می کنند. شکل اصلی کالچ گوه ای را که شامل حلقه ھای ھادی درونی وبيرونی ھمانند بلبرينگ می

گ باشد ولی بجای ساچمه ھا در فضای بين اين حلقه ھا ، اعضايی به شکل خاص که اسپر ناميده می شوند قراردارند و دوران را فقط در يک جھت امکان پذير می نمايند. اگر جھت

مسير را مسدود نموده وکالچ را قفل می نمايند. پرگ ھا حرکت کالچ معکوس گردد، اسکاک بين حلقه ھای مرکزی اصطنشان داده شده است. 10- 9کالچ فنر پيچ در شکل

وفنرمارپيچ باعث سفت شدن فنرروی اين حلقه ھا شده وکالچ در يک جھت گردانده می روی حلقه ھا می شود. در جھت مقابل ، فنر از دور اين حلقه ھا باز شده و به سھولت

لغزد.

کالچ فنر پيچ 10- 9شکل کالچ گوه ای( اسپرگی ) 10- 8شکل

کالچ ھای مغناطيسی از ميدان مغناطيسی برای درگير نمودن اجزای دورانی با يکديگر عمر زياد می باشند استفاده می نمايند. کالچ ھای مغناطيسی روان، بی صدا ودارای طول

زيرا تماس مستقيم مکانيکی نداشته وبنابراين سايش بجز در ياتاقان ھا موجود نمی باشد. کوپلينگ ھای سياالتی، گشتاور را از طريق مايعی مانند روغن منتقل می نمايند. کوپلينگ ھای سياالتی بلحاظ طبيعت چرخشی سيالی که در آن ھا حبس شده ، ھمواره

اور انتقال می دھند. بھمين لحاظ درخودروھای با سامانه انتقال خودکارکه مقداری گشت درجعبه دنده ھای خودکار آن ھاکوپلينگ ھای سياالتی انتقال دھنده گشتاور بکار می رود،

الزم است قدری نيروی ترمز کننده حفظ شود. نمايد کالچ ھای خروج از مرکز ھنگامی که سرعت محور از مقداری بحرانی تجاوز

کاکی در جھت شعاعی بطرف خارج اصطبصورت خودکاردرگير می شوند. اعضای - 10رانده شده ودرمقابل شعاع درونی طبلک استوانه ای متقابل درگير می شوند(شکل

). کالچ ھای گريز از مرکز معموالدر اره ھای زنجيری ، آزاد کننده ھای اضافه بار 10 دارند. و خودروھای کوچک مسابقه ای کاربرد

Page 280: طراحی مکانیکی

280

كالچ گريز از مركز 10-10شكل

را بعنوان گام اوليه در 10- 1انتخاب نوع و شکل کالچ بستگی به کاربرد آن دارد. جدول

از م رحله آغازين تعئين نوع کالچ قابل کاربردمی توان استفاده نمود. کالچ ھا ندرتاطراحی می شوند. يا يک طراحی موجود است وقرار است برای کاربرد جديدی اصالح گردد ويا کالچ را می توان از يک سازنده تخصصی خريداری نمود. در حالت دوم نوع ، اندازه ومواد لنت کالچ بايستی مشخص گردد. اين مستلزم تعئين مشخصه ھای سامانه

شخصه بارگذاری (برای مثال بارھای ناگھانی )ودما ھای کار ھمانند سرعت ، گشتاور، ممی باشد. بسياری از اين عامل ھا دريک ضريب بنام ضريب شرايط کاری جمع می گردند. ماده لنت بصورت نوعی در شرايط پايدار با کاربرد موتورھای الکتريکی مورد

يش برحسب ضريب آزمايش قرار می گيرند. ظرفيت گشتاوری تعئين شده از اين آزماشرايط کاری وفق کاربرد خاص اصالح می گردد تا شرايط ارتعاشی وبارگذاری درنظر

مقدارھای نوعی برای ضريب شرايط کاری را بدست می دھد. 10- 2گرفته شود. جدول معيارھای انتخاب کالچ ھا 10- 1جدول

کاربردھا ی نوعی مشخصه ھا نوع کالچ

کالچ اسپرگ

شکل داده کالچ يک طرفه، اعضايی که بشکل ويژه ایشده اند درمقابل لبه بيرونی گير می کنند تا گردانند گی

را تامين نمايند.

کار يک طرفه مانند ، مانع پس روی در باالبرھا.

کالچ غلتکی

يب کالچ يک طرفه، غلتک ھا ازبه باالی سطح شداررفته وگردانندگی را با گوه شدن در محل تامين می

نمايند.

حرکت يک طرفه

کالچ مخروطی

تجسم اصل مکانيکی گوه که نيروی محوری الزم برای

انتقال گشتاور را کاھش می دھد.

گرداننده ھای تغذيه ماشين ھای ابزار

کالچ تک

ديسکیساده ھنگامی که محدوديت قطری موجود نباشد. شکل گرداننده ھای خودرو

کالچ چند ديسکی

توان منتقله با کاربرد صفحه ھای بيشتر برای کاھش قطر قابل افزايش است.

ماشين ھای افزار،موتورسيکلت

کالچ ھای گريز از مرکز

درگير شدن خودکار در سرعت ھای بحرانی

گرداننده ھای موتور الکتريکی، گرداننده ھای صنعتی ديزلی

جعبه دنده ماشين ھای فشرده ، سايش کم کالچ مغناطيسیافزار.ماشين ھای افزار با کنترل

عددی

ضريب ھاي شرايط كاري 10- 2جدول

Page 281: طراحی مکانیکی

281

موتورھاي الكتريكي كوچك

، توربين

موتورھاي تا 4سوز(درون

سيلندر)، 6موتورھاي

الكتريكي متوسط تا

بزرگ

ي موتورھاتا 2درونسوز(

سيلندر) 3

موتورھاي تك سيلندر

توصيف سامانه

عمومي

سامانه گردنده

نوعيمنبع تواني پايدار، بارپايدار،بدون تغئير ناگھاني يا اضافه بار.

منبع تواني پايدار با قدري نوسان بار تا

برابر توان نامي. 5/1

راه اندزي وتوقف ،راه مكرر،اضافه بار

اندازي با ماند زياد،توان باال، منبع

تواني ضرباني

تسمه اي، گرداننده ژنراتورھاي كوچك،

پمپ ھاي گريزاز مركز،ماشين ھاي

افزار

ماشين ھاي سبك نجاري ، فلزكاري

ونساجي، نقاله ھاي تسمه اي.

نقاله ھاي تسمه اي بزرگ،ماشين ھاي بزرگ تر،پمپ ھاي

رفت وبرگشتي.

،پانچ ھا پرس ھا

،پمپ ھاي پيستوني، جرثقيل

ھا ، باالبرھا.

سنگ شكن ھا، نوردھا ، مخلوط كننده ھاي سنگين، كمپرسورھاي تك

سيلندر.

1.5

1.8

2.0 2.5 3.0

1.7

2.0

2.2 2.7 3.2

1.9

2.4

2.4 2.9 3.4

2.2

2.7

2.7 3.2 3.7

طراحی کالچ ديسکی 1-2-10

- 11کالچ ھای ديسکی ممکن است متشکل ازيک ديسک و يا چند ديسک وفق شکل ھای ظرفيت گشتاوری بزرگتری 10-13و 12-10، 10 باشند. کالچ ھای چند ديسکی عموما

کاکی ممکن است خشک اصطدارند ولی خنک کردن آن ھا دشوار ترمی باشد. کالچ ھای کاک اصطا استفاده از روغن در محيطی مرطوب عمل نمايند. ضريب ھای کار کنند ويا ب

0.45وبرای کالچ ھای خشک برابر 0.07نوعی اين کالچ ھا برای کالچ مرطوب برابر کاک اصطمی باشد. اگرچه کارکرد کالچ مرطوب در محيطی آغشته به روغن ضريب

ا افزايش می دھد. مزيت را کاھش می دھد ، انتقال حرارت وامکان خنک شدن اجزاء رکاک ، کاربرد ديسک ھای بيشتر وبنابراين استفاده از کالچ اصطحاصل ازکاھش ضريب

ھای چند ديسکی می باشد.

Page 282: طراحی مکانیکی

282

کالچ ديسکی 10-11شکل

ر حالت خالصی. در اين حالت گشتاورکالچ ديسکی د 10-12شکل کوچکی منتقل شده ويا اصال گشتاوری به بار گردنده منتقل نمی گردد.

پايه که برای گسترش روش ھای طراحی کالچ ديسکی بکار می روند، عبارتند دو فرض ح از: نرخ يکنواخت سايش در سطوح درگير شونده وتوزيع يکنواخت فشاربين سطو

درگير شونده . معادله ھای ھردو روش در اين بخش، بشکل اجمالی مورد بحث قرار می گيرند.

Page 283: طراحی مکانیکی

283

کالچ چند ديسکی 10-13شکل

توزيع فشار يکنواخت در محل تماس بين سطوح در گير، در کالچ بدون سايش که ساخت وديسک ھای بيرونی آن سخت باشند، فرض معتبری است. آن دقيق باشد

برابر است با : 10-14مساحت عضوی حلقه وار روی ديسک کالچ وفق شکل A 2 r r

Fحال ازآنجائی که، pA ، می باشدp فشار يکنواخت در محل تماس فرض می Fبنابراين شود. 2 rp r است. نيروی عمودی وارده بر تمام سطح ديسک برابر

است با:

)4-10 (o

o

i

i

r2r

rr

rF 2 rpdr 2 p

2

)5-10( 2 2

o iF p r r

برای فشردن ديسک ھا برابر نيروی الزم مورد نياز ھمچنين Fست که قابل توجه ا

بيکديگر می باشد. که روی جزء حلقه ايجاد می گردد برابر است با حاصل ضرب Tکاکی اصطگشتاور

وطه :وشعاع مرب Fنيروی عمودی جزئی ، )6-10 (2T r F 2 r p r

Page 284: طراحی مکانیکی

284

کاک تماسی اصطکاک مدل سازی شده از اصطبرابر است با ضريب ، در رابطه فوق غير ايده الی است که بين دو سطح رخ می دھد.

orو irبين دو شعاع حدی سطح حلقه وار ، 10-6گشتاور کل با انتگرال گيری معادله حاصل می گردد:

)7-10 ( o

o

i

i

r3r 2 3 3

o irr

r 2T 2 r pdr 2 p p r r

3 3

کاکی اصطنشان دھنده ظرفيت گشتاوری کالچ ديسکی با يک سطح تماسی اين معادله

کاکی زوجی، ھمانند شکل ھای اصطسطح ھای تماسی می باشد. عمال در کالچ ھا از استفاده می شود. 10-13و 11-10

سطح حلقه جزئی روی ديسک کالچ 10-14شکل

ت گشتاوری برابر است با :، ظرفي سطح Nبرای کالچی با

)8-10 ( 3 3

o i

2T p N r r

3

، معادله ای برای pبرای جايگزين نمودن ، 10-8و 10- 5با کاربرد از معادله ھای

، حاصل می شود:ظرفيت گشتاوری بعنوان تابعی از نيروی محوری درگيرساز

)9-10 (

3 3

o i

2 2

o i

r r2T FN

3 r r

معادله ھای مربوط به فرض سايش يکنواخت در زير استخراج می شوند. در اين روش

فرض می شود نرخ سايش متناسب با حاصل ضرب فشار وسرعت می باشد. بنابراين :

Page 285: طراحی مکانیکی

285

prمقدار ثابت ) 10-10(

radسرعت زاويه ای ( فوق در رابطه / s.می باشد ( برای سرعت زاويه ای ثابت ، فشار بيشينه درکوچکترين شعاع رخ می دھد.

maxدار ثابت ) مق11-10( ip r

حذف سرعت زاويه ای ومقدارثابت در دو معادله فوق رابطه ای برای فشار بصورت تابعی ازشعاع بدست می دھد.

)12-10 (imax

rp p

r

لنت کالچ دارد و مقدارھای نوعی آن در مقدار فشارمجازبيشينه بستگی به ماده سازنده

فھرست شده است. 10-3جدول

کاک ديناميکی ، اصطمقدارھای نوعی ضريب ھای 10- 3جدول فشارھای تماسی مجاز ودماھای حدی

تعئين مي گردد: نيروي محوري جزئي وارده بر جزء حلقه وار از رابطه زير )13-10 (F 2 pr r

با انتگرال گيري از رابطه فوق مي توان نيروي محوري كل را تعئين نمود:

)14-10 ( o o

i i

r ri

max max i o ir r

rF 2 rpdr 2 p rdr 2 p r r r

r

گشتاور جزئي از معادله زير تعئين مي گردد:

)15-10 (T r F

بنابراين:

Page 286: طراحی مکانیکی

286

)16-10 ( o

i

r 2 2

max i max i o irT 2 p r rdr p r r r

خواھيم داشت : 10-14از معادله maxpبا استخراج

)17-10 ( max

i o i

Fp

2 r r r

، رابطه زير براي گشتاور حاصل مي 10-16در 10- 17با جايگزين كردن معادله

شود:

)18-10 (

2 2

o i

o i

o i

r rF FT r r

2 r r 2

سطح اصطكاكي داريم:Nبراي كالچ ھاي با

)19-10 ( o

i

r 2 2

max i max i o irT 2 Np r rdr p Nr r r

گشتاور برحسب نيرو عبارتست از: نھايتا، بيان

)20-10 ( o i

NFT r r

2

ومساوي قراردادن آن با صفر، گشتاور irبرحسب 10- 16با مشتق گيري از معادله

ھنگامي كه رابطه زير بين شعاع ھاي دروني وبيروني ديسک کالچ برقرار باشد ، بيشينه خ مي دھد. ر

)21-10 (i o

1r r

3

نچه شعاع بيرونی اين فرمول مفيد را می توان برای تعئين شعاع درونی ديسک کالچ چنا

در مقدار ويژه ای تثبيت شده باشد بکار برد. ظرفيت گشتاوری کمتری نسبت به فرض فشار 10-20شايان توجه است که معادله

يکنواخت بدست می دھد. دليل اين کاھش ، سايش اوليه بيشتر در قطر خارجی، مرکز فشار را بطرف شعاع درونی تغئير مکان می دھد.

وال براساس سايش يکنواخت طراحی می شوند. فرض سايش يکنواخت ، کالچ ھا معمکالچ با ظرفيت گشتاوری کمتری از فرض فشار يکنواخت ايجاد می نمايد. برای طراحی مقدماتی کالچ ديسکی به تعئين گشتاور وسرعت ، مشخصات مربوط به محدوديت فضا ،

orانتخاب شعاع ھای اصلی کاک وفشار مجاز بيشينه واصطانتخاب مواد يعنی ضريب

Page 287: طراحی مکانیکی

287

می باشد. روش o0.8rو o0.45rبين irنياز می باشد. روش متداول، تثبيت مقدار irو زير فھرست می گردد: تعئين مشخصات ھندسی مقدماتی کالچ بشرح

ضريب شرايط کاری را تعئين کنيد. .1Tظرفيت الزم گشتاور، .2 P / . را تعئين نمائيد را تعئين کنيد. کاک ، اصطضريب .3 را تعئين نمائيد. orشعاع بيرونی ، .4 را محاسبه کنيد. irشعاع درونی ، .5 نيروی محرک محوری مورد نياز را محاسبه نمائيد. .6

برای صفحه کالچ بکار می رود ،چدن خاکستری يا فوالد می ماده ای که نوعا

کاکی متشکل از ماده لنت است که از مواد ريختگی قالبی ، بافته ، سخت اصطباشد.سطح ريختگی قالبی متشکل از رزين ھای پليمری برای شده يا جامد می باشد. لنت ھای

مقدار 10-3نگھداشتن مواد اليافی پودرشده وبراده ھای برنج ووی می باشند. در جدول کاکی فھرست شده است.اصطنوعی برای عملکرد لنت ھای

10-1مثال

يک کالچ برای انتقال نيرو از يک موتوردرون سوز چھار سيلندر به ماشين کوچکی د نياز می باشد. ابعاد شعاعی يک کالچ ديسکی تک صفحه ای خشک با لنت قالب مور

10-15انتقال دھد تعئين کنيد.( به شکل 1800rpmرا درسرعت 5kWبندی که بتواند مراجعه کنيد). طراحی را براساس سايش يکنواخت فرض کنيد.

حل

انتخاب می شود. بنابراين طراحی با 2، ضريب شرايط کاری برابر با 10-2از جدول 2توان برابر 5kW 10kW .انجام می گردد

گشتاوراز رابطه زير تعئين می گردد:

P 10000

T 53Nm1800 (2 / 60)

کاک وفشار مجاز بيشينه را برای اصطاعداد ميانی دامنه مقادير ضريب 10- 3ول ازجد

لنت ھای قالبی بشرح زير انتخاب می کنيم: 2

maxp 1.55MN / m 0.35و

Page 288: طراحی مکانیکی

288

کالچ تک صفحه ای 10- 15شکل

iبا در نظر گرفتن or 1/3r و جايگزين کردنir رابطه زير را 10- 16در معادله بدست می دھد:

2 2

max o o oT p 1/3r r r /3

3

max o4 / 27p r

1/3

0

max

Tr

p 4 / 27

1/3

0 6

53r

0.35 1.55 10 4/ 27

0.04324m

i or 1/3r 0.02497m

max i o i

6

F 2 p r r r

2 0.02497 1.55 10

(0.04324 0.02497) 4443N

بنابراين اين کالچ متشکل از يک ديسک با شعاع ھای درونی وبيرونی به ترتيب برابر

25mm 43وmm وفشار 0.35است كه لنت قالب بندي آن داراي ضريب اصطكاك می باشد. 4.4kNو نيروی محرک 1.55MPaتماسی مجاز بيشينه

10-2مثال

يک کالچ ديسکی که درون روغن گردش کند برای خودروی با موتور چھار سيلندر در 90kWمورد نياز می باشد. توان طراحی برای برآورد اوليه مشخصات کالچ برابر

Page 289: طراحی مکانیکی

289

4500rpm می باشد. ابعاد شعاعی ونيروی محرک موردلزوم را تعئين نمائيد. طراحی را براساس فرض سايش يکنواخت انجام دھيد.

حل

بايستی انتخاب شود تا شرايط روشن 2.7برابر 10-2ضريب شرايط کاری از جدول براين طراحی با کاربرد توانی وخاموش کردن موتور چھار سيلندر بحساب آورده شود. بنا

Pبرابر 2.7 90 243kW .انجام می گردد گشتاور از رابطه زير تعئين می گردد:

P 243000

T 515.7Nm4500 (2 / 60)

ه لنت کاک وفشار مجاز بيشيناصطچنانچه عدد ميانی در دامنه ضريب 10- 3از جدول

قالب بندی انتخاب گردد خواھيم داشت:

2

maxp 1.55MN / m 0.35و

iبا درنظر گرفتن رابطه or 1/3r وجايگزينی آن بجایir 10-19معادله در داريم:

1/3

0

max

Tr

p 4 / 27

1/3

0 6

515.7r

0.35 1.55 10 4/ 27

0.07325m

i or 1/3r 0.04229m

max i o i

6

F 2 p r r r

2 0.04229 1.55 10

(0.07325 0.04229) 25500N

ھای درونی وبيرونی آن به ترتيب بنابراين اين کالچ متشکل از ديسکی است که شعاع

0.35و لنت قالب بندي آن داراي ضريب اصطكاك 73.3mmو 42.3mmبرابرند با می باشد. 25.5kNو نيروی محرک 1.55MPaوفشار تماسی مجاز بيشينه

10-3مثال

Page 290: طراحی مکانیکی

290

يک کالچ چند ديسکی که در داخل روغن گردش می کند برای موتورسيکلتی با موتور است. طراحی 8500rpmدر 75kWسه سيلندر مورد نياز می باشد. توان مورد نياز

تجاوز 100mmمقدماتی نشا ن می دھد که قطر بيشينه ديسک ھای اين کالچ بايستی از نکند. بعالوه ، طراحی ھای قبلی نشان داده اند که لنت ھای قالب بندی شده با ضريب

قابل اطمينان می باشند. در 1.2MPaدر روغن وفشار مجاز بيشينه 0.068کاک اصطچھار چوب اين مشخصات شعاع ھای اين ديسک ھا ، تعداد ديسک ھا ونيروی محرکه را

تعئين نمائيد.

حل

گشتاور با رابطه زير بيان می گردد:

SF P 3.4 75000

T 286.5Nm8500 (2 / 60)

SF 3.4در رابطه باال ضريب شرايط کاری می باشد که در اين شرايط از جدول برابر

انتخاب شده است.شعاع بيرونی ديسک را برابر بزرگترين مقدار ممکن انتخاب می کنيم يعنی

0r 50mm. با استفاده از رابطهi or 1/3r شعاع درونی ديسکirبرابر 28.87mm کاکی اصطتعداد سطح ھای 10-19حاصل می گردد. از معادله

)N.را می توان تعئين نمود (

2 2

max i o i

TN

p r r r

6 2 2

286.5

1.2 10 0.02887 0.068 0.05 0.02887

23.23

Nکاکی برابر با اصطاين عدد بايستی زوج باشد ، بنابراين تعداد سطح ھای 24 در

13ديسگ گرداننده و 13نظر گرفته می شود. برای محقق شدن اين شرايط الزم است ديسک گردنده بکار روند.

نيروی محرکه را می توان محاسبه نمود: 10- 20با استفاده از معادله

o i

2TF

N r r

2 286.5

0.068 24 0.05 0.02887

4452N

Page 291: طراحی مکانیکی

291

نشان داده 10-16درطراحی تفصيلی کالچ ديسکی برای خودروھا ھمانند آنچه در شکل

ک يا ديسک ھا ، نياز به مشخصات ومالحظاتی در شده عالوه بر تعئين مشخصات ديسمورد ھمه اجزای مربوطه مانند محور، نافی با ھزار خار، فنرھای ميراگردر ديسک ھا

، فنرھای محرکه، صفحه پوششی ، ھزارخار، ياتاقان ھا ، فالی ويل ، 10- 17وفق شکل ن گزينه که آيا ميل لنگ واتصال ھای با جعبه دنده وسازوکارخالص کننده می باشد. اي

) بکار رود بستگی به نيروی الزم 10-18فنرمارپيچی يا فنر ديافراگمی (شکل ومالحظات ھزينه ای دارد. فنرھای ديافراگمی از فنرھای بل ويل ناشی شده اند واز ديسک ھای فوالدی ساخته می شوند. بخش درونی ديسک دارای شيارھای شعاعی می

کيل می دھند. سوراخ ھای مخصوص آزاد کردن تنش باشدکه انگشتی ھای محرک را تشدرانتھای بيرونی اين انگشتی ھا برای جلوگيری از ترک ايجاد شده اند. واحدھای با چند فنر مارپيچی درخودروھای سنگين تجاری بکار می روند که تامين نيروی محرکه از يک

ديافراگم دشوارمی باشد.

ترمزھا 3-10

ذب انرژي جنبشي واتالف آن بشكل حرارت مي باشد. برآوردي وظيفه اساسي يك ترمز جدر مورد مقدار انرژي كه بايستي اتالف گردد را مي توان از مالحظه مثال آشناي يك

60mph(96kmخودرو بدست آورد كه با سرعت / h) راري بايستي در اصطدرشرايطباشد و با فرض اين كه ھنگام 1400kgجرم اين خودرو متوقف شود. اگر 7sمدت

از وزن اين خودرو بر محور %65ترمز گيري سريع ،

Page 292: طراحی مکانیکی

292

کالچ خودرو 10-16شکل

روارده بر محورجلوئي خودرو برابر است با:جلوئي خودرو واردشود، بنابراين با

1400 9.81 0.65 8927N

اين نيروبين دوترمزتقسيم مي شود بنابراين انرژي كه توسط يك ترمز بايستي جذب گردد برابراست با:

)22-10 (2 2

i f

1E m(V V )

2

mسرعت اوليه kg ، (iV )جرم برحسب ( mدر فرمول فوق /s و (fV سرعتmنھائي ( /s.مي باشد (

Page 293: طراحی مکانیکی

293

ديسك كالچ خودرو كه درآن فنرھاي ميراگر پيچشي نشان داده شده است 10-17شكل

2 2

i f

232

1 1 8927E m(V V ) 0.5

2 2 9.81

96 100 161.8kJ

3600

،بايستي ترمزگرفته ومتوقف شود 7sاگر خودروبصورت يكنواخت در مدت زمان 161.8/ 7 23.1kW گرما ازترمز اتالف گردد. با تجريه اي كه ازانتقال حرارت از

داريد مي توانيد تشخيص دھيد كه اين مقدار عمده اي حرارت 1kWيك بخاري برقي فع گردد.است كه از جزئي نسبتا كوچك كه مجموعه ترمز را تشكيل مي دھد بايستي د

انتقال حرارت از طريق جابجائي را مي توان با معادله فوريه به شرح زيرمدل سازي نمود:

Page 294: طراحی مکانیکی

294

)23-10 (s fQ hA T hA(T T )

2Wضريب انتقال حرارت W ، (h )نرخ انتقال حرارت ( Qدر معادله باال، / m K ، (

sT ) دمای سطحK ياC ،(fT ) دمای ھوای محيطK ياCو (A ) مساحت سطح2m.می باشد (

اين معادله نشان می دھد که قابليت يک ترمز برای اتالف حرارت ايجاد شده با سطح يا با ضريب انتقال حرارت آن افزايش می يابد. برای ھوا، ضريب انتقال حرارت به سرعت

برای ترمز ھای ديسکی م حلی جريان ھوا وشکل ھندسی بستگی دارد. روشی که غالبابکار می رود افزايش سطح وسرعت محلی جريان با ايجاد سوراخ ھای متعدد محوری

وشعاعی در ديسک می باشد ( اين روش باعث کاھش جرم وماند ترمز می گردد).ھا داراي انواع متعددي مي باشند. نشان داده شده ، ترمز 10- 19ھمانطوري كه در شكل

10-4انتخاب وشكل ھندسي يك ترمز بستگي به نيازھا والزام ھا دارد. درجدول رھنمودھايي در مورد عملكرد ترمزھا با ضوابط مختلف ذكر شده است. ضريب ترمز

عبارت از نسبت نيروي اصطكاكي ترمزي ايجاد شده به 10-4فھرست شده در جدول مال شده مي باشد. نيروي محرك اع

ترمز ھا را مي توان بنحوي طراحي نمود كه با درگيرشدن آن ھا نيروي محرك وارده با گشتاور ترمزكننده تقويت گردد. اين نوع ترمز ، ترمز خود كارناميده مي شوند وبراي ترمز كردن بارھاي بزرگ مفيد مي باشند. در طراحي ترمزھا بايستي دقت بسيار زيادي

. طراحي ترمزي كه پس از درگيري قطعه مقابل را گرفته وقفل شود ( و بنام صرف نمود ترمز خود قفل كن ناميده مي شود) مطلوب و ممكن است.

فنر ديافراگمي 10-18شكل

Page 295: طراحی مکانیکی

295

تماس اصطكاكي آن ھا يكي از جنبه ھاي با اھميت ھمه ترمزھا موادي است كه براي بكار مي رود. معموال يك جزء آن از ديسك يا استوانه فوالدي يا چدني ساخته مي شود و

10-3با جزء ديگري با شكل ھندسي مشابه كه با لنتي كه از مواد فھرست شده در جدول پوشش داده شده درتماس اصطكاكي قرار مي گيرد.

10-3- 2راحي ترمز ھاي ديسكي ودربخش جزئياتي در مورد روش ط 10-3- 1بخش در طراحي ترمز استوانه اي ارائه مي شود.

طبقه بندي ترمزھا 10-19شكل

جدول مقايسه اي عملكرد ترمزھا 10-4جدول

دماي نوع ترمز كاربيشينه

ضريب ترمزي

مقاومت در خشكي پايداريمقابل

گردوخاك وآلودگي

كاربرد نوعي

ترمز تسمه اي تفاضلي

ناپايدار ولي كم زياد كم موثر

وينچ ھا ،باالبرھا ، بيل خوبھاي مكانيكي

،تراكتورھا ترمز استوانه اي بيروني (لبه ھادي

خروجي)

دررطوبت متوسط متوسط كمناپايدار، در حالت خيس بودن ضعيف

نورد خوبوفرزكاري،آسانسورھا،

پيچنده ھا

ترمز استوانه اي دروني (لبه ھادي

خروجي)

بيشتر از ترمزھاي بيروني

دررطوبت متوسط متوسطناپايدار، در حالت خيس بودن بي تاثير

خوببشرط

درزبندي شدن

خودروھا (محور عقب در خودروھاي

مسافري)

ترمز استوانه اي دروني

كفشك (دو ھادي)

بيشتر از ترمزھاي بيروني

دررطوبت كم زيادناپايدار، در حالت خيس بودن بي تاثير

خوببشرط

درزبندي شدن

خودروھا (محور عقب در خودروھاي

مسافري)

ترمز استوانه اي دروني (دوفرمان يار)

دررطوبت كم زياد كمناپايدار، در حالت خيس بودن بي تاثير

خوببشرط

شدن درزبندي

خودروھا (محور عقب در خودروھاي

مسافري)

خودروھا وماشين ھاي ضعيف خوب زياد كم زيادترمز ديسكي

Page 296: طراحی مکانیکی

296

صنعتي كوليسيترمز ديسكي

كاملماشين ھاي افزار ضعيف خوب زياد كم زياد

وساير ماشين ھاي صنعتي

ترمزھای ديسکی 10- 1-3

واع شناخته شده ترمزھا مي باشند زيرا ترمزھاي ديسكي بلحاظ كاربرد در خودروھا از اناز اين نوع ترمزھا به نحو رايجي در چرخ خودروھا وموتورسيكلت ھا استفاده مي شود. شامل ديسكي چدني مي باشند كه به نافي چرخ با پيچ متصل مي شوند. اين اين ھا نوعا

نده مي شوند كه ديسك بين دو بالشتك (لنت) قرار گرفته و بالشتك ھا با پيستون ھايي رادرون قطعه اي بشكل كوليس قرارگرفته اند كه روي محوركوتاه عمودي نصب شده است

نگاه كنيد). با فشرده شدن پدال ترمز مايعي كه بصورت ھيدروليكي 10-20(به شكل فشرده شده به سيلندرھا وارد مي شود ، پيستون ھا را بطرف لنت ھا رانده وتماس

مي نمايد. مزيت اين نوع ترمز حالت يكنواختي وپايداري آن ، اصطكاكي با ديسك ايجادتھويه آسان ، بارھاي رانشي متوازن وسادگي در طراحي مي باشد. در اين جا عملي با تحريك خودبخود ي انجام نمي شود بنابراين عمل ترمز با نيروي وارده متناسب مي باشد.

ان وانتقال حرارت بين ديسك خنك كاربرد لنت منفصل باعث خنك شدن ديسك درحين دورتر ولنت داغ ترمز مي گردد. چون لنت ھا ي طرفين ديسك با نيروھاي مساوي به ديسك

رانده مي شوند بار خالص رانشي روي ديسك يكديگر را خنثي وحذف مي كنند.

سكي خودروترمز دي 10-20شكل

،ظرفيت گشتاور به ازاي ھر لنت برابر است با: 10- 21با عطف توجه به شكل )24-10 (eT Fr

شعاع موثرمی باشد. erکه در آن

ن می گردد:نيروی محرک با فرض فشار ثابت از رابطه زير تعئي

Page 297: طراحی مکانیکی

297

)25-10 (2 2

o iav

r rF p

2

يا اين نيرو با فرض سايش يکنواخت با رابطه زير بيان می گردد:

)26-10 ( max i o iF p r r r

شعاع درونی لنت و irزاويه دربرگيرنده لنت ، (برحسب راديان)که در اين رابطه ھا

or .شعاع بيرونی لنت می باشند رابطه بين فشار متوسط وفشار بيشينه در حالت فرض با سايش يکنواخت برابر است با:

)27-10 ( av i o

max i o

p 2r / r

p 1 r / r

وبا 10- 28برای ترمزديسکی حلقه وار با فرض فشار ثابت ، شعاع موثر از معادله

تعئين می گردد: 10- 29فرض سايش يکنواخت از معادله

)28-10 (3 3

o ie 2 2

o i

2(r r )r

3(r r )

)29-10 ( i oe

r rr

2

ترمز ديسکی کوليسی 10- 21شکل

erبرای لنت ھای گرد، شعاع موثر از رابطه r تعئين می گردد که مقادير در جدول

Rبصورت تابعی از نسبت شعاع لنت وشعاع موقعيت مرکزلنت 10- 5 / r ارائه شده است. نيروی محرک برای لنت ھای گردبا کاربرد رابطه زير محاسبه می شود.

)30-10 (2

avF R p

مقدارھای طراحی ترمزديسکی با لنت گرد 10- 5جدول

Page 298: طراحی مکانیکی

298

10-4مثال

ترمزی کوليسی برای چرخ ھای جلوی يک خودروی اسپورت با ظرفيت ترمزی 820Nm ھای طراحی مقدماتی، ھندسه ترمز برای ھرترمزمورد نياز می باشد. برآوردirرا بصورت 100mm ،or 160mm 45و پيش بينی نموده است. لنتی با

انتخاب شده است. نيروی محرک الزم وفشارھای تماسی 0.35کاکی اصطضريب را تعئين نمائيد. متوسط وبيشينه

حل

/820ظرفيت گشتاور به ازای ھر لنت برابر است با : 2 410Nm شعاع موثر برابر است با :

i oe

r r 0.1 0.16r 0.13m

2 2

نيروی محرک از رابطه زير تعئين می گردد:

e

T 410F 9.011kN

r 0.35 0.13

فشار تماسی بيشينه برابر است با:

max

i o i

3

2

Fp

r r r

9.011 10

45 (2 /360) 0.1 (0.16 0.1)

1.912MN / m

فشارمتوسط از رابطه زير تعئين می گردد:

2i oav max

i o

2r / rp p 1.471MN / m

1 r / r

برای ماشين ھای صنعتی ترمزھای ديسکی کامل ، مشتمل بر لنت حلقه ای کامل، اساسا

استخراج شدند برای اين 10- 2-1بکار می روند. معادله ھای کالچ ديسکی که دربخش نوع طراحی نيز قابل کاربرد می باشند. شکل بندی ديسک می تواند به نحوی طراحی

Page 299: طراحی مکانیکی

299

زبرای انتقال باريا کنترل سرعت عمل نمايد( ترکيب گردد که يا بعنوان کالچ ويا ترم ترمز). –کالچ

ترمزھای استوانه ای 2-3-10

درترمزھاي استوانه اي ،نيروي اصطكاك به محيط بيروني يا دروني يك استوانه وارد مي گردد. ترمز استوانه اي شامل كفشك ترمزي است كه روي كفشك واستوانه اين نوع

كي پوشش شده است. براي ترمز كردن ، كفشك درمقابل استوانه رانده ترمز باماده اصطكامي شود وگشتاور اصطكاكي ايجاد مي گردد. ترمزھاي استوانه اي ، بسته به اين كه آيا كفشك ترمز نسبت به استوانه بصورت بيروني يا دروني قرار گيرد به دو گروه تقسيم مي

ك مي توان انجام داد يعني : كوتاه ، بلند يا شوند. طبقه بندي بيشتري را برحسب طول كفش كامل.

ترمزھاي دروني با كفشك كوتاه در ترمزھاي گريزازمركز براي درگير شد ن در سرعت بحراني خاصي ، بكار مي روند. ترمزھاي دروني با كفشك بلند اساسا در خودروھا

حوي طراحي نمود كه كاربرد دارند. ترمزھا ( يا كالچ ھا)ي استوانه اي را مي توان بنبخودي خود تحريك شوند. يعني نيروي اصطكاك با درگير شدن ، نيروي عمودي را بصورت غير خطي افزايش داده و گشتاوراصطكاكي را دريك چرخه پس خورمثبت افزايش دھد. اين درمورد ترمز كردن بارھاي بزرگ داراي مزيت مي باشد ولي كنترل را

ئله اي كه براي بعضي از ترمزھاي استوانه اي مطرح مي بسياردشوارتر مي نمايد. مسگردد ، پايداري آن ھا است. اگر ترمز به صورتي طراحي شود كه گشتاورترمزي به تغئيرات كوچكي در ضريب اصطكاك ، كه ھنگام سائيده يا مرطوب بودن ترمز اتفاق مي

وچكي در ضريب افتد ، حساس نباشد ، ترمز پايدارناميده مي شود. اگر تغئيرات كاصطكاك باعث تغئيرات عمده اي در گشتاورترمزي شود ترمزناپايداربوده وچنانچه ضريب اصطكاك افزايش يابد ويا بلحاظ كاھش ضريب اصطكاك ، گشتاورترمزي بطور

قابل مالحظه اي افت نمايد ، ترمزگرايش به درگيرشدن خواھد داشت.

شك كوتاهترمزھاي استوانه اي بيروني با كف 3-3-10

نشان داده شده 10-22شكل شمائي يك ترمز استوانه اي بيروني با كفشك كوتاه در شكل باشد ، 45است. اگر زاويه دربرگيرنده تماس بين كفشك ترمزواستوانه ترمز كمتر از كه nFمانند نيروي بين كفشك واستوانه بالنسبه يكنواخت بوده وبا نيروي واحد متمركزي

بر مركز سطح تماس وارد مي شود قابل مدلسازي مي باشد. اگر فشارمجازبيشينه برابر

maxp باشد نيرويnF :از فرمول زير برآورد مي گردد )31-10 ( n maxF p r w

w) عرض كفشك ترمز برحسبm و ، ( زاويه تماس بين كفشك ترمزولنت برحسب)rad.مي باشد (

Page 300: طراحی مکانیکی

300

ترمز استوانه اي بيروني با كفشك كوتاه 10- 22شكل

برابر است با : fFنيروي اصطكاكي ، )32-10 (f nF F

، ضريب اصطكاك مي باشد. كه گشتاور وارده بر ترمز استوانه اي برابر است با :

)33-10 (f nT F r F r

با جمع گشتاورھاي وارده بر بازوي كفشك حول لوال داريم:

)34-10 (pivot a n f

n fa n

M aF bF cF 0

bF cF b cF F

a a

ه نيروھا ي وارده ، نيروھاي عكس العمل درلوال حاصل مي شوند:با جمع جبري مولف

)35-10 (x fR F )36-10 (y a nR F F

، گشتاور 10-22رشكل توجه شود كه براي شكل بندي وجھت دوران نشان داده شده د

nFاصطكاكي c با گشتاور محركaaF جمع يا تركيب مي شود. بدين معني كه با كاربردنيروي محرك ، اصطكاك ايجاد شده در كفشك در جھت افزايش گشتاورترمز كننده عمل

اری ناميده مي شود. اگر جھت دوران مي كند. اين نوع عمل ترمزگيري ، خود نيروگذnFاستوانه ترمزتغئير نمايد جمله گشتاور اصطكاكي c منفي مي شود وبراي ايجاد

بايستي حفظ گردد. اين تركيب بنام خود aFگشتاور ترمز كننده ، نيروي وارده

Page 301: طراحی مکانیکی

301

مشخص مي شودكه درصورتي كه چنانچه 10- 34له نيروبرداري ناميده مي شود. ازمعادcدرترمزاز نوع خودنيروبخشي b باشد در اينصورت نيروي الزم براي تحريك

ترمزصفر ويا منفي بوده واين ترمز خودقفل كننده ناميده مي شود. اگر كفشك با استوانه ي معموال نامطلوب است مگر در توقف تماس يابد ، آنرا گرفته وقفل مي كند. اين ويژگ

ھاي باالبرھا يا دركاربردھاي از نوع كالچ ھاي پيشرو.

ترمزھای استوانه ای بيرونی با کفشک بلند 4-3-10

باشد 45اگر زاويه دربرگيرنده تماسی بين کفشک ترمزواستوانه ، بزرگتر از ترمز را نمی توان يکنواخت درنظر گرفت وتقريب دراينصورت فشار بين کفشک ولنت

ھائی که برای تحليل ترمز با کفشک کوتاه انجام شد کفايت نمی کنند. غالب ترمزھای می باشند. کفشک ھای ترمز صلب 90استوانه ای دارای زاويه ھای تماسی بزرگتر ازاثير می گذارد. تحليل تفصيلی کفشک با نبوده وانحراف محلی کفشک برتوزيع فشار ت

کاربرد نرم افزار عناصر محدود امکان پذير می باشد. برای تعئين مشخصات ھندسی مقدماتی اين نوع ازترمزھا ، تحليل سادھتر کفايت می کند.

رجوع کنيد) نيروی وارده بر استوانه توسط 10-23برای ترمزتک بلوکی ( به شکل ط ياتاقان ھا تحمل گردد. برای تعادل اين بار وتامين طرح فشرده کفشک ترمز بايستی توس

10-24ای برای ترمز، معموالاز دوکفشک متقابل دريک طرح کوليسی، وفق شکل استفاده می شود.

بکاربردتا عملکرد ترمز با 10-23معادله ھای زير را می توان با درنظر گرفتن شکل کفشک بلند تعئين گردد.

ترمزاستوانه ای بيرونی با 10- 24شکل ترمزاستوانه ای بيرونی با کفشک بلند 10-23شکل

کفشک بلند دوبل

از رابطه زير تعئين می گردد: Tگشتاورترمزی

Page 302: طراحی مکانیکی

302

)37-10 (2 max1 2

max

pT wr (cos cos )

(sin )

شعاع استوانه m ، (r، پھنای کفشک ترمز(w، ضريب اصطكاك،که در آن،

)m،(maxp ) 2فشار مجاز بيشينه برای ماده لنتN / m ، ( ) موقعيت زاويه ایrad ( ،max(sin ) مقدار بيشينهsin ،1 زاويه مرکزی بين لوالی کفشک تا پشت لنت)rad و (2 ) زاويه مرکزی بين لوالی کفشک تا نوک لنتrad .می باشد (

با فشار در موقعيت زاويه ای pاين براساس فرضی است که وفق آن فشار محلی با رابطه زير بيان شود: maxpبيشينه

)38-10 (max

max

p sinp

(sin )

90ھنگامی که pفشار محلی .2اگر باشد بيشينه می گردد 90 فشار در نوک

فرض می کند که ھيچگونه 10-38بيشينه می گردد. رابطه داده شده در معادله 2،لنت خميدگی در کفشک يا استوانه وجود ندارد، روی استوانه سائيدگی نباشد وسايش کفشک

0کاکی وبنابراين فشار محلی باشد. توجه شود که به ازایاصطمتناسب با کار ،کاکی نزديک لوال يا پشت لنت اصطفشار برابر صفر می باشد. اين نشان می دھد که ماده

تاثير عمده ای در عمل ترمزگيری ندارد. بھمين دليل در رويه متداول از تاثير ماده کاکی درنزديکی پشت لنت صرفنظر شده وتاثير آن از زاويه ای نوعی اصط1بين 10 1و 30 .شروع می گردد

(يعنی درحالت خود نيروگذاری ترمز) ، 10- 23با جھت دوران نشان داده شده در شکل مقدارنيروی محرک از رابطه زير حاصل می گردد:

)39-10 (n fa

M MF

a

کاکی اصطگشتاور نيروھای Nm ، (fMگشتاور نيروھای عمودی ( nMن که درآ

)Nm و (a ) فاصله قائم بين لوالی ترمزوخط عمل نيروی محرکm.می باشد ( 10- 40کاکی را به ترتيب می توان با استفاده از معادله ھای اصطگشتاورھای عمودی و

nتعئين نمود. اگر شکل ھندسی ومواد به نحوی انتخاب گردد که 10-41و fM M در ،اميده می اينصورت نيروی محرک برابر صفر می شود. چنين ترمزی خود قفل کننده ن

شود. کوچکترين تماس بين کفشک واستوانه ، دوسطح را درحالت تماسی قرارداده وباعث ترمزگرفتن سريع می گردد. مقدارھای ديگری برای شکل ھندسی وموادترمزمی توان انتخاب نمود تا سطح ھای متفاوتی از خود نيرو گذاری حاصل گردد که اين بستگی به

دارد. fMو nMمقدارھای نسبی

Page 303: طراحی مکانیکی

303

)40-10 ( maxn 2 1 2 1

max

wrbp 1 1M sin 2 sin 2

(sin ) 2 4

)41-10 ( maxf 1 2 2 1

max

wrp bM r cos cos cos2 cos2

(sin ) 4

معکوس شود، ترمز، خود 10-22برای استوانه درشکل اگر جھت دوران نشان داده شده

با رابطه زير بيان می گردد: نيرو بردارمی شود و نيروی محرک

)42-10 (n fa

M MF

a

عکس العمل ھای لوال را می توان با تصويرمولفه نيرو ھا در دو محورمختصات عمود برھم وجمع جبری اين مولفه ھا تعئين نمود. برای ترمز خودنيروگذارعکس العمل ھا از

رابطه زير تعئين می گردد:

2 2max 2 1x 2 1 2 1 x

max

wrp 1R 0.5 sin sin sin 2 sin 2 F

(sin ) 2 2 4

)43-10 (

2 2max 2 1y 2 1 2 1 y

max

wrp 1R 0.5 sin sin sin 2 sin 2 F

(sin ) 2 2 4

)44-10 (

و برای ترمزھای خودنيرو بردار با رابطه زير بيان می گردد:

2 2max 2 1x 2 1 2 1 x

max

wrp 1R 0.5 sin sin sin 2 sin 2 F

(sin ) 2 2 4

)45-10(

2 2max 2 1y 2 1 2 1 y

max

wrp 1R 0.5 sin sin sin 2 sin 2 F

(sin ) 2 2 4

)46-10(

Page 304: طراحی مکانیکی

304

10-5مثال 75Nmکاکی برابر اصطگشتاوراستوانه ای با کفشک بلند را طراحی کنيد که ترمزيک

دوران می کند. محاسبه 140rpmرا برای توقف استوانه ای ايجاد نمايد که با سرعت 0.25کفشک با ھای طراحی مقدماتی نشان داده است که لنت و استفاده

6از 2

maxp 0.5 10 N / m .در طراحی ، طول عمر مناسبی را حاصل می کند

حلابتدا مقاديری آزمايشی را برای ابعاد ھندسی ترمزمورد آزمون قرار می دھيم ، برای

rمثال ، 0.1m،b 0.2m ،a 0.3m ،1 30 2و 150 با استفاده از . وحل اين معادله برای يافتن پھنای کفشک خواھيم داشت: 10- 37معادله

max

2

max 1 2

T(sin )w

r p (cos cos )

2 6

75sin90

0.25 0.1 0.5 10 (cos30 cos150)

0.0346m

ه بلحاظ استاندارد بودن اين اندازه انتخاب می نمائيم. فشار بيشين 35mmپھنا را برابر

واقعی که در اينحالت ايجاد می شود برابر است با:

6 2

max

0.0346p 0.5 10 494900N / m

0.035

، گشتاور نيروی عمودی نسبت به لوالی کفشک برابر است با: 10-40از معادله

6

n

0.035 0.1 0.2 0.4949 10M

sin901 2 1

120 (sin300 sin 60)2 360 4512.8Nm

کاکی نسبت به لوالی کفشک برابر است با: اصطور نيروھای ، گشتا 10-41از معادله

Page 305: طراحی مکانیکی

305

6

f

0.25 0.035 0.1 0.4949 10M

sin900.1 (cos30 cos150)

0.2(cos300 cos60)

475Nm

) ، نيروي محرك تعئين مي گردد:10- 39از معادله (

n fa

M M 512.8 75F 1459N

a 0.3

نشان داده شده 10- 25ك بلند دوتائي كه در شكل در ترمز استوانه اي بيروني با كفش

است، كفشك سمت چپ خودنيرو گذارمي باشد وگشتاوراصطكاكي نيروي محرك را كاھش مي دھد. ولي كفشك سمت راست خود نيرو بردار است وگشتاور اصطكاكي آن درجھت كاھش فشار بيشينه كه در كفشك سمت راست ترمز رخ مي دھد عمل مي كند.

اي عمودي واصطكاكي براي ترمزھاي خود نيروگذار وخودنيرو بردار داراي گشتاورھ رابطه ھاي زير مي باشند:

)47-10 (n maxn

max

M pM

p

)48-10 (f maxf

max

M pM

p

گشتاور نيروھاي عمودي براي nMھا ، در اين رابطهگشتاورنيروھاي اصطكاكي براي Nm،(fMترمزخودنيروبردار(

2Nزخودنيروبردار (فشاربيشينه روي ترم maxp) و Nmترمزخودنيروبردار( / m مي ( باشد.

10-6مثال

، نيروي محدود كننده 10- 25درترمزاستوانه اي بيروني با كفشك بلند دوتائي وفق شكل تجاوز 1.4MPaوارده براھرم را بنحوي تعئين كنيد كه فشار بيشينه روي لنت ترمز از

30mmاوري ترمز را تعئين نمائيد. پھناي سطح كفشك ھا برابرنكند وظرفيت گشت درنظربگيريد. 0.28وضريب اصطكاك بين كفشك واستوانه را برابر

حل

Page 306: طراحی مکانیکی

306

ن نمود زيرا اين زاويه ھا در شكل مشخص را تعئي2و 1ابتدا الزم است كه مقدارھاي نشده اند.

1

1

1

2

2020 tan 10.54

12020

20 130 tan 140.5120

sin90برابر است با : sinبنابراين مقداربيشينه 1

: فاصله بين لوال ومركز استوانه برابر است با

2 2b 0.02 0.12 0.217m

گشتاور نيروھاي عمودي برابر است با:

maxn 2 1 2 1

max

6

wrbp 1 1M sin 2 sin 2

(sin ) 2 4

0.03 0.1 0.1217 1.4 10

sin901 2

140.5 10.542 360

1sin 281 sin 21.08 751.1Nm

4

:و گشتاورنيروھاي اصطكاكي برابر است با

Page 307: طراحی مکانیکی

307

maxf 1 2 2 1

max

6

wrp bM r cos cos cos2 cos2

(sin ) 4

0.28 0.03 0.1 1.4 10

sin900.1217

0.1 cos10.54 cos140.5 cos281 cos21.084

179.8Nm

فاصله قائم بين نيروي محركه ولوال برابر است با : a 0.12 0.115 0.05 0.285m

نيروي محركه وارده بر كفشك سمت چپ برابر است با :

n fa

M M 751.1 179.8F 2004N

a 0.285

كفشك سمت چپ

ترمز استوانه اي بيروني با كفشك بلند دوتائي 10-25شكل

برای کفشک سمت چپ از رابطه زير تعئين می گردد: Tگشتاورترمزی

2 max1 2

max

pT wr (cos cos )

(sin )

گشتاور سمت

چپ

Page 308: طراحی مکانیکی

308

2

6

0.28 0.03 0.1 1.4

10 (cos10.54 cos140.5)

206.4Nm

نيروی محرکه وارده بر کفشک سمت راست را با لحاظ نمودن ھر عضو مکانيزم اھرم ) می توان تعئين نمود.10- 26بعنوان جسم آزاد (وفق شکل

V VF A B 0

H HA B H HB C H HA C

H H0.2F 0.05B F B / 4

HB برابر است با نيروي محرك بر كفشك سمت چپ بنابراينHB 2004N در نتيجه :HF B / 4 2004/ 4 501N

Fبنابراين نيروي اھرمي محدودكننده برابر است با 501N :و

VB 0 وVC 0

. زاويه اين نيروي HBو F برآيندنيروي محركه براي اھرم سمت راست برابر است با

1tanبرابر است با برآيند (0.05/ 0.2) 14.04 .

a بنابراين :

2004F 2065N

cos14.04 كفشك سمت راست

نمودارھاي جسم آزاد 10-26شكل

Page 309: طراحی مکانیکی

309

) با رابطه زير بيان مي گردد:10-27ه ولوال (شكل فاصله قائم بين بردارنيروي محرك

a (0.235 0.01969tan14.04) cos14.04 0.2232m

گشتاورھاي عمودي واصطكاكي براي كفشك سمت راست را مي توان با استفاده از تعئين نمود. 10-48و 10- 47معادله ھاي

n max maxn 6

max

M p 741.1pM

p 1.4 10

f max maxf 6

max

M p 179.8pM

p 1.4 10

براي كفشك سمت راست ، فشار بيشينه از رابطه زير تعئين مي گردد:

n fa

max max

6

6 2

max

M MF 2065

a741.1p 179.8p

1.4 10 0.2232p 1.130 10 N / m

كفشك سمت راست

ير گشتاوركفشك سمت راست برابر است با:تاث

2 max1 2

max

pT wr (cos cos )

(sin )

كفشك سمت

راست

2

6

0.28 0.03 0.1 1.13

10 (cos10.54 cos140.5)

166.6Nm

گشتاور پيچشي كل برابر است با: Tكل= Tكفشك سمت چپ+ T كفشك سمت راست

206.4 166.6 373Nm

Page 310: طراحی مکانیکی

310

فاصله قائم 10- 27 شكل

ترمزھاي استوانه اي دروني با كفشك بلند 5-3-10

غالب ترمزھاي استوانه اي از كفشك ھاي دروني استفاده مي كنند كه در مقابل شعاع داخلي استوانه گسترش يافته وباز مي شوند. ترمزھاي استوانه اي دروني با كفشك بلند در

استوانه اي خودرو بصورت نوعي مشتمل بر دو كفشك خودروھا كاربرد دارند. يك ترمزترمزولنت مي باشند كه روي صفحه پسين نصب وبه پوسته محوربا پيچ ومھره متصل شده است. كفشك ھا در يك انتھا بر محورھاي كوچك يا پايه ھائي كه روي صفحه پسين

يد). ترمز مي را مالحظه كن 10- 28ثابت شده اند، بصورت لوالئي مھار شده اند( شكل تواند با پيستون ھاي ھيدروليكي دوگانه ي توسعه يابنده اي عمل نمايد كه انتھاي آزاد كفشك ھا را از ھم دور مي نمايد تا كفشك ھاي ثابت و بدون دوران با استوانه درحال دوران ترمز در تماس اصطكاكي قرار گيرند. كفشك ھاي ھادي وپشتي عبارت از يك

در نقطه مھاري مشتركي داراي لوال مي 10- 28ند كه وفق شكل جفت كفشك مي باششوند. كفشك ھادي كفشكي است كه پيستون توسعه يابنده آن درجھت دوران استوانه حركت مي نمايد. پسار اصطكاكي بين كفشك واستوانه درجھت كمك به پيستون توسعه

وده واين بعنوان خودنيرو يابنده براي نيرووارد كردن به كفشك در مقابل استوانه عمل نمگذاري يا خود فرمان ياري كفشك اشاره دارد. كفشك پشتي كفشكي است كه پيستون توسعه يابنده آن در خالف جھت دوران استوانه حركت مي كند. نيروي اصطكاكي در مقابل عمل توسعه يابندگي پيستون تاثير نموده وبنابراين كفشك ترمز، گشتاور ترمزي كمتري در

يسه با كفشك ھادي معادل كه با نيروي يكساني تحريك مي شود، وارد مي نمايد. معادله مقاھاي استخراج شده براي ترمز ھاي استوانه اي بيروني با كفشك بلند براي ترمزھاي

استوانه اي دروني با كفشك بلند نيز صادق ومعتبر مي باشند.

Page 311: طراحی مکانیکی

311

ترمز استوانه اي دروني با كفشك بلند دوتائي 10- 28شكل

10-7مثال

نيروي محركه وظرفيت ترمزگيري براي ترمزاستوانه اي دروني با كفشك بلنددوتائي را تعئين كنيد. لنت ھا از فلزپودری متراکم شده با ضريب 10-29نشان داده شده در شكل

مي باشد. شعاع استوانه برابر با 1.2MPaو فشاربيشينه لنت برابر 0.32اصطكاك 68mm 25وپھناي كفشك برابر باmm .مي باشد

)10-7كفشك بلند دوتائي (مثال ترمز استوانه اي دروني با 10-29شكل

Page 312: طراحی مکانیکی

312

حل

2 2b 0.015 0.055 0.05701m

چون زاويه ھاي لنت ترمز نسبت به لوال، خط محور ترمز بصورت صريح در شكل نشان داده نشده اند اين زاويه ھا بايستي محاسبه شوند.

1 4.745 2و 124.7

2چون 90 بنابراين مقداربيشينه ،sin : برابر است باmax(sin ) sin90 1

، كفشك سمت راست خود نيروگذار براي اين ترمز با جھت دوران نشان داده شده درشكل مي باشد.

بنابراين براي كفشك سمت راست :

maxn 2 1 2 1

max

6

wrbp 1 1M sin 2 sin 2

(sin ) 2 4

0.025 0.068 0.05701 1.2 10

sin901 2

124.7 4.7452 360

1sin 249.4 sin9.49 153.8Nm

4

و گشتاورنيروھاي اصطكاكي برابر است با :

maxf 1 2 2 1

max

6

wrp bM r cos cos cos2 cos2

(sin ) 4

0.32 0.025 0.068 1.2 10

sin900.05701

0.068 cos4.745 cos124.7 cos249.4 cos9.494

57.1Nm

a 0.055 0.048 0.103m

n fa

M M 153.8 57.1F 938.9N

a 0.103

می باشد. 938.9Nنيروی محرکه برابر

Page 313: طراحی مکانیکی

313

گشتاور وارده توسط کفشک سمت راست با رابطه زير محاسبه می شود:

2 max1 2

max

pT wr (cos cos )

(sin )

كفشك سمت راست

20.32 0.025 0.068 1.2

610 (cos4.745 cos124.7)

69.54Nm برای کفشک maxpت چپ تا زمانی که فشار کار بيشينه گشتاور وارده بوسيله کفشک سم

سمت چپ محاسبه نشود قابل محاسبه نخواھد بود. کاکی اصطاز آنجائی که کفشک سمت چپ خود نيروبردار است ، گشتاورھای عمودی و

) تعئين نمود.10-48) و (10- 47را می توان با کاربرد معادله ھای (

n max maxn 6

max

M p 153.8pM

p 1.2 10

f max maxf 6

max

M p 57.1pM

p 1.2 10

کفشک سمت چپ خود نيرو بردار است بنابراين:

n fa

M MF

a

aFھمانطوری که پيش ترمحاسبه شد : 938.9N

max maxa 6

153.8p 57.1pF 938.9N

1.2 10 0.103

6 2

maxp 0.5502 10 N / m

گشتاوری که توسط کفشک سمت چپ وارد می گردد از رابطه زير تعئين می گردد:

2 max1 2

max

pT wr (cos cos )

(sin )

كفشك سمت چپ

20.32 0.025 0.068 0.5502

610 (cos4.745 cos124.7)

Page 314: طراحی مکانیکی

314

31.89Nm

عبارتند از: گشتاور کل وارده بر ھردوکفشک

Tکل = Tکفشک سمت راست + Tکفشک سمت چپ

69.54 31.89 101.4Nm

شکار می از اين مثال ، مزيت کاربرد ترمز ھای خود نيرو گذار در ظرفيت گشتاوری آ

گردد. با معکوس نمودن کفشک سمت چپ وقراردادن لوالی آن در باال می توان ھردو کفشک ھای سمت چپ وراست را خود نيرو گذار نمود. در صورتی که دوران فقط در يک جھت رخ دھد اين عملی سودمند است. ولی چنانچه دوران استوانه در ھردو جھت

يک کفشک برای حرکت به جلو وکفشک ديگر امکان پذير باشد ، مناسب تر است که برای حرکت به عقب ، خودنيرو گذار شوند.

ترمزھای نواری 6-3-10

انواع دستگاه ھای ترمز، ترمز نواری می باشد. اين دستگاه ھا شامل يکی از ساده ترين کاکی پوشيده شده و بر بخشی از اطراف اصطنوار فلزی منعطفی می باشند که با مواد

اين 10- 30ستوانه ترمزپيچيده می شوند. با کشيدن نوار در مقابل استوانه وفق شکل ا، 10- 30ترمزعمل می کند. برای جھت دوران موافق عقربه ھای ساعت طبق شکل

روھا در طرف افزايش می دھند. رابطه بين ني 2Fرا نسبت به 1Fکاکی اصطنيروھای ھای سفت وشل نوار با رابطه زير بيان می شود:

)49-10 (1

2

Fe

F

نيروی کشش در N ، (2Fنيروی کشش در طرف سفت نوار برحسب ( 1Fدر اين رابطه زاويه پيچيدن نوار دور کاک و اصطضريب N ، (شل نوار برحسب ( طرف

) می باشد.radاستوانه (کاکی در طرف سفت قرار داشته واز فرمول اصطنقطه فشار تماسی بيشينه برای مواد

زير حاصل می گردد:

)50-10 ( 1max

Fp

rw

) می باشد. mپھنای نوار برحسب ( wکه در آن ،

ظرفيت گشتاوری ترمز برابر است با: )51-10 (1 2T (F F )r

Page 315: طراحی مکانیکی

315

با تعئين گشتاور ھا حول نقطه لوال 2Fو نيروي aFرابطه بين نيروي اھرمي بكار رفته تعئين مي گردد:

)52-10 (a 2F c F a 0

a 2

aF F

c

ترمز نواری 10- 30شکل

ترمز نواری خود نيرو گذار 10- 31شکل

نشان مي دھد كه اين 10-30مشخصات ھندسي ترمز نواري نشان داده شده در شكل ترمز براي دوران در جھت عقربه ھاي ساعت از نوع خود نيرو گذار مي باشد. سطح

نشان داده شده است با 10-31گذاري اين ترمز را ھمانطوري كه در شكل خودنيرو

Page 316: طراحی مکانیکی

316

تغئيرھايي درشكل ھندسي ترمز مي توان افزايش داد. حال با جمع جبري گشتاورھا حول نقطه لوال داريم :

)53-10 (a 2 1F c F a Fb 0

وكشش ھاي ترمز نواري بشكل زير است: aFكار رفته بنابراين رابطه بين نيروي ب

)54-10 (2 1a

F a FbF

c

وي اھرمي سفت كمتر باشد تا تاثير نير aبايستي از bخاطر نشان مي شود كه مقدار در معادله 1Fگردد. با جايگزين كردن نيروي 1Fبيشتر ازتاثير نيروي شل كننده 2Fكننده

خواھيم داشت: 54-10

)55-10 (2a

F (a be )F

c

aچنانچه be باشد، ترمز خود قفل كن شده و كوچكترين تماسي با اھرم منجر به

ترمز گرفتن وقفل شدن ناگھاني مي شود. اين اصل را مي توان براي تامين دوران فقط در يك جھت بكاربرد، ھمانند آنچه در كاربردھاي باالبرھا ونقاله ھا انجام مي گردد.

10-8 مثال

وارد نمايد. فرض كنيد ضريب 85Nmيك ترمز نواري طراحي كنيد كه گشتاوري برابرو فشار مجاز بيشينه 0.25اصطكاك براي ماده پوششي روي نوار برابر

باشد. 0.345MPaبرابر

حل

rا پيشنھاد مي كنيم مثال ، ابتدا شكل ھندسي مفروضي ر 150mm ،225 وw 50mm .

6

1 maxF p rw 0.345 10 0.15 0.05 2587.5N

12 0.25(225 2 /360)

F 2587.5F 969N

e e

1 2T (F F )r (2587.5 969) 0.15 242.7Nm

مورد نظر مي باشد، بنابراين تركيب متفاوتي 85Nmاين گشتاور خيلي بزرگ تر از

سب حاصل گردد.را مورد آزمايش قرار مي دھيم تا طراحي منا wو و rاز

rمثال اين بار تركيب : 100mm ،225 وw 50mm .را آزمايش مي كنيم

Page 317: طراحی مکانیکی

317

6

1 maxF p rw 0.345 10 0.10 0.05 1725N

12 0.25(225 2 /360)

F 1725F 646.3N

e e

1 2T (F F )r (1725 646.3) 0.10 107.9Nm

rسپس تركيب جديدي را آزمايش مي نمائيم : 90mm ،225 وw 50mm

6

1 maxF p rw 0.345 10 0.09 0.05 1552.5N

12 0.25(225 2 /360)

F 1552.5F 581.7N

e e

1 2T (F F )r (1552.5 581.7) 0.09 87.4Nm

aاين تركيب ، نيروي محركه برابر است با با قبول 2F F a / c كه با درنظر گرفتن

a 0.08m وc 0.15m : داريم

a

0.08F 581.7 310.2N

0.15

Page 318: طراحی مکانیکی

318

) ABSچرخه كنترلي يك سامانه ترمز ضد قفل شدن ( 10-32ل شك

Page 319: طراحی مکانیکی

319

10-7مثال

نيروي محركه وظرفيت ترمزگيري براي ترمزاستوانه اي دروني با كفشك بلنددوتائي ضريب را تعئين كنيد. لنت ھا از فلزپودری متراکم شده با 10-29نشان داده شده در شكل

مي باشد. شعاع استوانه برابر با 1.2MPaو فشاربيشينه لنت برابر 0.32 اصطكاك68mm 25وپھناي كفشك برابر باmm .مي باشد

)10-7ترمز استوانه اي دروني با كفشك بلند دوتائي (مثال 10-29شكل

حل

2 2b 0.015 0.055 0.05701m

چون زاويه ھاي لنت ترمز نسبت به لوال، خط محور ترمز بصورت صريح در شكل نشان داده نشده اند اين زاويه ھا بايستي محاسبه شوند.

1 4.745 2و 124.7

2چون 90 بنابراين مقداربيشينه ،sin : برابر است باmax(sin ) sin90 1

ت دوران نشان داده شده درشكل ، كفشك سمت راست خود نيروگذار براي اين ترمز با جھ مي باشد.

بنابراين براي كفشك سمت راست :

Page 320: طراحی مکانیکی

320

maxn 2 1 2 1

max

6

wrbp 1 1M sin 2 sin 2

(sin ) 2 4

0.025 0.068 0.05701 1.2 10

sin901 2

124.7 4.7452 360

1sin 249.4 sin9.49 153.8Nm

4

ي برابر است با :اصطكاكو گشتاورنيروھاي

maxf 1 2 2 1

max

6

wrp bM r cos cos cos2 cos2

(sin ) 4

0.32 0.025 0.068 1.2 10

sin900.05701

0.068 cos4.745 cos124.7 cos249.4 cos9.494

57.1Nm

a 0.055 0.048 0.103m

n fa

M M 153.8 57.1F 938.9N

a 0.103

می باشد. 938.9Nنيروی محرکه برابر زير محاسبه می شود:گشتاور وارده توسط کفشک سمت راست با رابطه

2 max1 2

max

pT wr (cos cos )

(sin )

كفشك سمت راست

20.32 0.025 0.068 1.2

610 (cos4.745 cos124.7)

69.54Nm

برای کفشک maxpگشتاور وارده بوسيله کفشک سمت چپ تا زمانی که فشار کار بيشينه سمت چپ محاسبه نشود قابل محاسبه نخواھد بود.

کاکیاصطنيروبردار است ، گشتاورھای عمودی و خوداز آنجائی که کفشک سمت چپ ) تعئين نمود.10-48) و (10- 47را می توان با کاربرد معادله ھای (

Page 321: طراحی مکانیکی

321

n max maxn 6

max

M p 153.8pM

p 1.2 10

f max maxf 6

max

M p 57.1pM

p 1.2 10

کفشک سمت چپ خود نيرو بردار است بنابراين:

n fa

M MF

a

aFھمانطوری که پيش ترمحاسبه شد : 938.9N

max maxa 6

153.8p 57.1pF 938.9N

1.2 10 0.103

6 2

maxp 0.5502 10 N / m

ر تعئين می گردد:گشتاوری که توسط کفشک سمت چپ وارد می گردد از رابطه زي

2 max1 2

max

pT wr (cos cos )

(sin )

كفشك سمت چپ

20.32 0.025 0.068 0.5502

610 (cos4.745 cos124.7)

31.89Nm

گشتاور کل وارده بر ھردوکفشک عبارتند از:

Tکل = Tکفشک سمت راست + Tکفشک سمت چپ

69.54 31.89 101.4Nm

نيرو گذار در ظرفيت گشتاوری آشکار می از اين مثال ، مزيت کاربرد ترمز ھای خود

گردد. با معکوس نمودن کفشک سمت چپ وقراردادن لوالی آن در باال می توان ھردو ان فقط در کفشک ھای سمت چپ وراست را خود نيرو گذار نمود. در صورتی که دور

جھت دواست. ولی چنانچه دوران استوانه در ھريک جھت رخ دھد اين عملی سودمند پذير باشد ، مناسب تر است که يک کفشک برای حرکت به جلو وکفشک ديگر امکان

د. نخودنيرو گذار شو ، برای حرکت به عقب

Page 322: طراحی مکانیکی

322

ترمزھای نواری 6-3-10

انواع دستگاه ھای ترمز، ترمز نواری می باشد. اين دستگاه ھا شامل يکی از ساده ترين ه شده و بر بخشی از اطراف کاکی پوشيداصطنوار فلزی منعطفی می باشند که با مواد

اين 10- 30استوانه ترمزپيچيده می شوند. با کشيدن نوار در مقابل استوانه وفق شکل ، 10- 30ترمزعمل می کند. برای جھت دوران موافق عقربه ھای ساعت طبق شکل

زايش می دھند. رابطه بين نيروھا در طرف اف 2Fرا نسبت به 1Fکاکی اصطنيروھای ھای سفت وشل نوار با رابطه زير بيان می شود:

)49-10 (1

2

Fe

F

نيروی کشش در N ، (2Fنيروی کشش در طرف سفت نوار برحسب ( 1Fدر اين رابطه زاويه پيچيدن نوار دور کاک و اصطضريب N، ( طرف شل نوار برحسب (

) می باشد.radاستوانه (کاکی در طرف سفت قرار داشته واز فرمول اصطنقطه فشار تماسی بيشينه برای مواد

زير حاصل می گردد:

)50-10 (1max

Fp

rw

) می باشد. mپھنای نوار برحسب ( wکه در آن ،

ظرفيت گشتاوری ترمز برابر است با: )51-10 (1 2T (F F )r

با تعئين گشتاور ھا حول نقطه لوال 2Fو نيروي aF بكار رفتهن نيروي اھرمي رابطه بي تعئين مي گردد:

)52-10 (a 2F c F a 0

a 2

aF F

c

Page 323: طراحی مکانیکی

323

ترمز نواری 10- 30شکل

ترمز نواری خود نيرو گذار 10- 31شکل

نشان مي دھد كه اين 10-30مشخصات ھندسي ترمز نواري نشان داده شده در شكل گذار مي باشد. سطح ترمز براي دوران در جھت عقربه ھاي ساعت از نوع خود نيرو

نشان داده شده است با 10-31خودنيرو گذاري اين ترمز را ھمانطوري كه در شكل تغئيرھايي درشكل ھندسي ترمز مي توان افزايش داد. حال با جمع جبري گشتاورھا حول

نقطه لوال داريم : )53-10 (a 2 1F c F a Fb 0

وكشش ھاي ترمز نواري بشكل زير است: aFبنابراين رابطه بين نيروي بكار رفته

Page 324: طراحی مکانیکی

324

)54-10 (2 1a

F a FbF

c

كمتر باشد تا تاثير نيروي اھرمي سفت aبايستي از bخاطر نشان مي شود كه مقدار در معادله 1Fگردد. با جايگزين كردن نيروي 1Fبيشتر ازتاثير نيروي شل كننده 2Fكننده

خواھيم داشت: 54-10

)55-10 ( 2a

F (a be )F

c

aچنانچه be باشد، ترمز خود قفل كن شده و كوچكترين تماسي با اھرم منجر به

اين اصل را مي توان براي تامين دوران فقط در ترمز گرفتن وقفل شدن ناگھاني مي شود. .بکار می رودله ھا يك جھت بكاربرد، ھمانند آنچه در كاربردھاي باالبرھا ونقا

10-8مثال

. فرض كنيد ضريب نمايد وارد 85Nmترمز نواري طراحي كنيد كه گشتاوري برابريك و فشار مجاز بيشينه 0.25براي ماده پوششي روي نوار برابر اصطكاك

باشد. 0.345MPaبرابر

حل

rابتدا شكل ھندسي مفروضي را پيشنھاد مي كنيم مثال ، 150mm ،225 وw 50mm .

6

1 maxF p rw 0.345 10 0.15 0.05 2587.5N

12 0.25(225 2 /360)

F 2587.5F 969N

e e

1 2T (F F )r (2587.5 969) 0.15 242.7Nm

مورد نظر مي باشد، بنابراين تركيب متفاوتي 85Nmاين گشتاور خيلي بزرگ تر از

رار مي دھيم تا طراحي مناسب حاصل گردد.را مورد آزمايش ق wو و rاز

rمثال اين بار تركيب : 100mm ،225 وw 50mm .را آزمايش مي كنيم

6

1 maxF p rw 0.345 10 0.10 0.05 1725N

12 0.25(225 2 /360)

F 1725F 646.3N

e e

Page 325: طراحی مکانیکی

325

1 2T (F F )r (1725 646.3) 0.10 107.9Nm

rسپس تركيب جديدي را آزمايش مي نمائيم : 90mm ،225 وw 50mm

6

1 maxF p rw 0.345 10 0.09 0.05 1552.5N

12 0.25(225 2 /360)

F 1552.5F 581.7N

e e

1 2T (F F )r (1552.5 581.7) 0.09 87.4Nm

aاين تركيب ، نيروي محركه برابر است با با قبول 2F F a / c كه با درنظر گرفتن

a 0.08m وc 0.15m : داريم

a

0.08F 581.7 310.2N

0.15

ترمز شامل دستگاھی برای تامين انرژی ، دستگاه کنترلی ، دستگاه سامانه ھای عملی انتقال برای کنترل نيروی ترمز وخود ترمزھا می باشند. برای مثال در حالت سامانه تمز خودروھای مسافری ، اين سامانه می تواند پدال ترمز را ، بوستر خالء ، سيلندر

وغن ترمزف دستگاھی برای ھشداربه راننده در صورت ھيدروليکی اصلی ، مخزن راشکال در مدارترمز، يک سنسور برای ھشدار در مورد سطح پائين روغن ترمز در مخزن، شيرھا ، سيلندرھای ھيدروليکی، فنرھا ، لنت ھا وديسک ھا می باشد. در

بيشتر از خودروھای سنگين ، مثال دو تا سه تن وبيشتر، نيروی الزم برای ترمز گرفتنبه است که سامانه ایحدی است که يک فرد می تواند وارد نمايد. در چنين مواردی نياز

اين می تواند با کاربرد يک سرومکا نيزم محقق گردد . کمک کندترمز گرفتن برای رانندهکه به نيروی وارده توسط راننده نيرو می افزايد برای نمونه واحد ترمزسروو بکمک

با استفاده از بھره بردری از توان که در اين حالت نيروی وارده توسط راننده خالءريا، يا بسادگی صرف کنترل می گردد ومستقيما به ترمز وارد نمی شود.

عملکرد سامانه ھای ترمزگيری در کاربردھای خودروئی نسبت به موارد صرفا مکانيکی ا وسامانه ھای کنترل پيچيده ھ کاراندازتوصيف شده در اين فصل با کاربرد سنسورھا ،

) می ABSافزايش عمده ای نموده است. نمونه آن سامانه ھای ترمزگيری ضد قفل شدن ( باشد ، که دستگاه ھای کنترل با چرخه بسته درون سامانه ترمز گيری می باشند. ھدف از

ABS جلوگيری از قفل شدن چرخ در ھنگام ترمز گيری ودرنتيجه حفظ کنترل در ھدايتعبارتست از ، يک ABS، پايداری وتعادل خودرو می باشد. اجزاء اصلی يک سامانه

) ECUميزان گر ھيدروليکی، سنسورھای نصب شده در چرخ ھا وواحد کنترل موتور( ، سيگنال ھا وکنترل ھا را فراوری نموده وسامانه ھيدروليکی را بکار ECUمی باشند.

نشان 10-32در شکل مز گيری ضد قفل شدنمی اندازد. چرخه کنترل يک سامانه تر) 2000بوش ( يبا تفصيل بيشتری در ھندبوک خودرو ABSداده شده است. سامانه ھای

) مورد بحث قرار گرفته است. 2001رت وديگران (وگ

Page 326: طراحی مکانیکی

326

بايستی خاطر نشان گردد که طراحی سامانه ھای ترمزگيری در کاربردھای خودروئی ، StVZOمانند مداركيصلی است که بشکل تکميلی درتابع مقررات والزام ھای مف

موجود می باشد. 13به شماره ECEوبخشنامه 71320به شماره ECبخشنامه

) ABSشدن ( قفلضد گيریچرخه كنترلي يك سامانه ترمز 10-32شكل

Page 327: طراحی مکانیکی

327

نتايج 4-10

وارو تدريجی گرداننده ھای اصلی از بار کالچ ھا بمنظور تامين درگيری يا قطع درگيری ھمسامانه ھا طراحی می متوقف نمودنگردنده طراحی می شوند. ھمچنين ترمزھا بمنظور

کاکی ، مغناطيسی يا اصطگردند. کالچ ھا وترمزھا دستگاه ھای مشابھی می باشند که اتصال می تواند بصورت مستقيم مثبت بين دو جزء ماشين فراھم می نمايند. در اساس يک دستگاه

به سطحی غير دورانی کالچ يا ترمز ايفای نقش نمايد. اگر يک جزء دوران نموده وديگری مرجع ثابت شده باشد اين دستگاه بصورت ترمز وچنانچه ھردو دوران نمايند بعنوان کالچ

عمل می نمايد. بتنی بر در اين فصل بر کالچ ھا وترمزھای دورانی وبويژه روی طراحی دستگاه ھای م

کاک تاکيد شده است. در مورد ترمزھا ، سامانه ھای کنترلی مزيت ھای عمده ای نسبت اصط مکانيکی فراھم می نمايند واز قفل شدن چرخ را در ھنگام ترمز گيری به دستگاه ھای صرفاجلوگيری نموده ودرنتيجه قابليت رانندگی وکنترل خودرو افزايش می يابد. طراحی تفصيلی

دامنه گسترده ای از اجزاء مانند ياتاقان ھا ، تجمعنه کالچ يا ترمزشامل يک ساماکاکی، سامانه اصطھا ، سطح ھای محورھا،ھزارخارھا ، دندانه ھا ، چرخ ھای طيار ، پوسته

ھای ھيدروليکی ، سنسورھا والگوريتم ھای کنترلی می باشد. ھم ترمزھا وھم کالچ ھا قابل می باشند ھمچنين اجزای کليدی مانند لنت ھا يا ديسک ھای تامين از سازنده ھای تخصصی

کالچ را پس از تھيه مشخصات می توان از تامين کنندگان تخصصی خريداری نموده ودر طراحی ماشين مورد نظر ادغام نمود.

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی کتا ب ھا ومقاله ھا:

استانداردھا:

Page 328: طراحی مکانیکی

328

کاروتمرين

به 20.25kgmگشتاورماند كه يك كالچ بايستي انتقال دھد تا پولي با يچشيگشتاورپ 10 - 1 د را محاسبه كنيد.سرعت ھاي مذكور در ذيل برسان

.(ثانيه)2.5sدر 500rpm(الف) (ثانيه).2sدر 1000rpm(ب)

تني كه با سرعت 100يك ھواپيماي ايرباس در شروع به پرواز ناموفق 10 - 2250km / h 40در ،ومي كند حركتs متوقف مي شود، انرژي كه بايستي جذب شود را

محاسبه كنيد. 300mmبا قطر بيروني يك كالچ ديسكي داراي يك جفت صفحه درگير 10 - 3

ونيروي محركه برابر 0.3برابر اصطكاكمي باشد. اگر ضريب 200mmوقطردروني 4000N :باشد ظرفيت گشتاوري را با فرض ھاي زير تعئين كنيد

(الف) فرض سايش يكنواخت. (ب)فرض فشاريكنواخت.

حركت كند براي موتورسيكلت مخصوص درروغن كه چندديسكي يك كالچ 10 - 4مي باشد. محدوديت 9000rpmدر 75kWگردشگري موردنياز است. توان مورد نياز

محدود مي نمايد. ماده مناسبي براي 200mmدر فضا ، قطربيروني اين كالچ را به محرك مورد لزوم را تعئين نموده وشعاع ھا ، تعداد ديسك ھا ونيروي پوشش لنت انتخاب

كنيد.ممتاز مورد نيازمي باشد. نياز با عملكرد يموتورسيكلت ديسكي براي چند كالچيك 10 - 5

است. ماده پوششي مناسبي را انتخاب نموده 12000rpmدر 100kW برابر با به تواني وشعاع ھا وتعداد ديسك ھا ونيروي محركه را تعئين كنيد.

ي موتورسيكلت كوچكي مورد نياز مي باشد. توان مورد لزوم ديسكي برا چند كالچي 10 - 6است. . ماده پوششي مناسبي را انتخاب نموده وشعاع ھا 8500rpmدر 9kWبرابر

وتعداد ديسك ھا ونيروي محركه را تعئين كنيد.ي با ظرفيت ترمزي براي چرخ ھاي جلوي يك خودروي مسافركوليسي یترمز 10 - 7

320Nm ابعاد ،مورد نياز مي باشد. برآوردھاي طراحي مقدماتي ،براي ھر ترمزirھندسي ترمز را بصورت 100mm،or 140mm 40و مشخص نمودهانتخاب شده اند. ھر لنت توسط سيلندر 0.35کاک اصطاست. لنت ھای با ضريب

به حرکت در می آيد. نيروی محرک الزم ، فشارھای 25.4mmھيدروليکی با قطر نامی ترمزگرفتن تعئين کنيد. متوسط وتماسی بيشينه وفشار ھيدروليکی مورد نياز را برای

را تعئين 10-33با کفشک کوتاه تکی ، طبق شکل ظرفيت گشتاوررابرای ترمز 10 - 8 در نظر بگيريد. 0.35کاک را برابراصطکنيد. ضريب

Page 329: طراحی مکانیکی

329

ترمزبا کفشک کوتاه تکی 10- 33شکل

نيروی محرکه بيشينه وارد برترمز استوانه ای بيرونی با کفشک کوتاه نشان داده 10 - 9 0.3کاک لنت کفشک برابراصطاست. اگر ضريب 1kNبرابر 10-34شده در شکل

باشد، ظرفيت گشتاوری ترمز را برای دوران درجھت عقربه ھای ساعت را تعئين کنيد.

دوتائیبا کفشک کوتاه بيرونی استوانه ای ترمز 10- 34شکل

نيروی ده است.نشان داده ش10- 35يک ترمزبيرونی با کفشک کوتاه در شکل 10 -10

می باشد. 2.4kNبرابر 100rpmمحرکه الزم برای محدود کردن دوران استوانه به در نظر بگيريد. گشتاور ترمزونرخ توليد 0.35کاک لنت ترمز را برابراصطضريب

حرارت را تعئين کنيد.

ترمز استوانه ای بيرونی با کفشک کوتاه دوتائی 10-35شکل

Page 330: طراحی مکانیکی

330

نشان داده شده روي 10-36ترمز بيروني استوانه اي با كفشك بلندتكي كه در شكل 10 -11 0.3 برابر با لنت ترمز اصطكاك. ضريب عمل مي كند 300mmاستوانه اي به قطر

باشد ، 500Nمي باشد. اگر نيروي محركه برابر با 40mmوپھناي سطح كفشك برابر فشار بيشينه كفشك وگشتاورپيچشي ترمز را تعئين كنيد.

بلند تكي ترمز استوانه ای بيرونی با کفشک 10-36شکل

نشان داده شده 10- 37با كفشك بلند دوتائي در شكل بيروني استوانه اييك ترمز 10 -12

مي 1MPaوفشار بيشينه مجاز لنت ھا 50mmاست. پھناي سطح كفشك ھا برابر با باشد، نيروي محركه محدود كننده وظرفيت 0.32برابر با اصطكاكباشد. اگر ضريب

تعئين كنيد. آن راگشتاور

ترمز استوانه ای بيرونی با کفشک بلند دوتائي 10-37شکل

نشان داده شده 10-38درترمزاستوانه اي دروني با كفشك بلند دوتائي كه در شكل 10 -13 40mmو پھناي سطح كفشك ھا برابر با 280mmبرابر با است، قطر بيروني كفشك

0.25برابر با اصطكاكاگر ضريب حركت مي كند. 2kNمي باشد.ھر كفشك با نيروي ن كنيد.را تعئيترمزي و گشتاور مقدار فشار بيشينهباشد،

Page 331: طراحی مکانیکی

331

ترمز استوانه ای دروني با کفشک بلند دوتائي 10- 38شکل

نشان داده شده 10-39درترمزاستوانه اي دروني با كفشك بلند دوتائي كه در شكل 10 -14

30mmو پھناي سطح كفشك ھا برابر با 200mmاست، قطر دروني استوانه برابر با و مقدار تنش بيشينه 0.4پوشش لنت برابر با اصطكاكضريب مي باشد.مي باشد . ھر دوكفشك با نيروي محركه مساوي عمل مي كنند. 1.2MPaبامجازبرابر

ترمز را تعئين نمائيد. مقدار نيروي محركه وارد بر ھر كفشك وظرفيت گشتاوري اين

ترمز استوانه ای دروني با کفشک بلند دوتائي 10- 39شکل

نشان داده شده است. فشار مجاز بيشينه براي 10-40يك ترمز ساده نواري درشكل 10 -15

وضريب 100mmپھناي مي باشد. نوار ترمز داراي 0.6MPaلنت ترمز برابر با ، مي باشد. تعئين كنيد 270است. زاويه تماس بين نوار واستوانه برابر با 0.3 اصطكاك

0.36mنيروھاي كششي در نوار ترمزوظرفيت گشتاوري آن را چنانچه قطر استوانه باشد.

Page 332: طراحی مکانیکی

332

ترمز نواري 10-40شکل

جواب ھا :

1 - 10 5.2Nm 13.1وNm 2 - 10 241.1MJ 6.028وMW 3 - 10 300Nm 304وNm بدون جواب يگانه 10 - 4 بدون جواب يگانه 10 - 5 بدون جواب يگانه 10 - 67- 10 3810N ،6 21.137 10 N / m ،6 21.364 10 N / m 75وbar 8- 10 69.04Nm 9- 10 135.4Nm

10 - 10 393.4Nm 4.1وkW 11 - 10 20.179MN / m 59.2وNm 12 - 10 1.7kN 3.2وkNm 13 - 10 20.7244MN / m 334.9وNm 14 - 10 1289N 317وNm 15 - 10 1.47kNm

Page 333: طراحی مکانیکی

333

ھدف ھای آموزشی حاصله

10- 2-1آيا می توانيد ابعاد اوليه يك كالچ ديسكي تكي را مشخص کنيد؟ بخش

يك كالچ ديسكي چندتائيآيا می توانيد ابعاد اصلي وتعداد ديسك ھاي

10- 2-1عت وتوان مورد نياز تعئين كنيد؟ بخش رابراي سر

ظرفيت گشتاوري ترمزھاي بيروني ودروني با كفشك ھايآيا می توانيد 10-3- 2بخش ؟ ند وكوتاه را تعئين نمائيدبل

10-3- 2بخش ؟ شكل بندي ترمز خود نيروگذار را تعئين نمائيدآيا می توانيد

Page 334: طراحی مکانیکی

334

11 فنرھا

اعي رژي ارتج ره ان راي ذخي ا ب وع فنرھ د. تن ي رون ار م زوم بك ام ل ودن آن در ھنگ وآزاد نمي ل طراح ا قاب ازندگان تخصصي وي امين از س ل ت ه قاب د ك ا موجودن واع فنرھ يعي از ان وس

ا وتوصيف . ھدف از اين فصل معرفي فن آوري فنھدف مورد نظرمي باشند وفقوساخت رھفشاري ، كششي وپيچشي ، فنرھاي مارپيچي اجمالي گام ھاي اساسي براي طراحي فنرھاي

شمش وفنرھاي واشري بلويل مي باشد.

ھدف ھاي آموزشي

در خاتمه اين فصل شما بايستي : باشيد.شده آشنا است طراح در دسترسفنرھا كه موجود با دامنه فن آوري ھاي ترھاي اصلي براي فنرھاي مارپيچي فشاري را تعئين كنيد.بتوانيد پارام .قادرباشيد پارامترھاي اصلي براي فنرھاي مارپيچي كششي را مشخص نمائيد اي واشري ب اد اصلي فنرھ ه ابع د ك ته باش ائي را داش ن توان اربرد اي راي ك ل را ب لوي

مورد نظر تعئين كنيد.

مقدمه 1-11

رژی فنرھا اجزائی انعطاف پذير می باشن ره ان ا گشتاور وذخي رای واردکردن نيروي د که بد. نيروي ه بکار می رون ردد،توسط يک فنری ک اد می گ د فشار ايج ا کششی یمی توان ي

د حالت ره وخطی يا شعاعی ھمانن رگي ارپيچی یفن ه ای پيچشی م رای نگھداشتن لول ه ب کر وارد ديگر از فن رای ايجاد منعطف در انتھای يک لوله سخت بکار می رود. در م ا ب ھ

ايی د کاربردھ د شاملگشتاور استفاده می شود، ھمانن ا. فراين وسايل خودکاربستن درب ھه مستلزمتغئيرشکل فنر رژی ب ال ان ه انتق ر می باشد. ھنگامی ک ره شده در فن رژی ذخي ان

انرژی ذخيره شده اعاده خواھد شد. ،تغئير شکل فنر حذف گردد عاملنيروی دی می شوند. شانعت نيروی وارده ھنگام تغيئر شکل فنرھا برحسب جھت وطبي ه بن طبق

ا در جدول ددی از فنرھ ا گشتاور وارده فھر 11-1انواع متع ست شده وفق طبيعت نيروي اجماال ذکر شده است. 11-2متنوع فنرھا در جدول اند. مشخصه ھای اساسی طبقه ھای

ر ر بکار ب اده عمال ھر ماده ای را می توان برای ساختن فن ده آل م اده اي ه ، م ن ھم ا اي د. بينه ای ژای است که دارای تنش نھائی وتسليم باال وضريب ارجاعی پائين باشد تا انر ی بيش

د. ره نماي وده است ، يکی 1999شبی (ا را ذخي دوين نم ا ت رای فنرھ ) دو نمودارگزينشی با در شک ن نمودارھ ردو اي ه وزن. ھ دازه فيزيکی وديگری برپاي ای براساس ان 11-1ل ھ

ا 11-1پر رنگ شده در شکل نوارباز سازی شده اند. 11-2و رين انتخاب ھ نشانگر بھتاف شيشه اال، الي ا مقاومت ب ا ی ب ن شامل فوالدھ برای فنرھا ی با حجم کمينه می باشد. اي

تيک ( ا پالس ده ب ت ش اربرد GFRPای تقوي ا ک اميون ھ ر در بعضی از ک وان فن ه بعن ) ک

Page 335: طراحی مکانیکی

335

ه در بعضی دارند، آلياژھای تيتانيوم ، شيشه ، که در گالونومترھا بکار می رود ونايلون ک از اسباب بازی ھا کار برد دارد.

طبقه بندی فنرھا وفق طبيعت نيرو وگشتاور وارده 11-1جدول

نوع فنر محرک

فشاری

فنرھای فشاری مارپيچی فنرھای بلويل

فنرھای طره ای وشمشتخت، مانند ي فنرھا

فنرھا انبساطی مارپيچی کششی فنرھای تخت مانند فنرھای طره ای يا شمش

فنرھای با نيروی ثابت

فنرھای گارتر شعاعی نوارھای االستومری

گيره ھای فنری گشتاور

فنرھای پيچشی فنرھای توانی

مشخصه ھاي اصلي انواع فنرھا 11-2جدول

مشخصه ھاي اصلي نوع فنر

اری اي فش فنرھ مارپيچي

ه دوراستوانه مستقيمي مفتولاين فنرھا معموال از گردي ساخته شده ك و داراي گام ثابتي بين دومارپيچ متوالي مي باشند. اند پيچيده شده

ی اي کشش فنرھ مارپيچي

ه دوراست مفتولاين فنرھا معموال از وانه مستقيمي گردي ساخته شده كي ار پيچيده شده اند و ل ي ب والي بيكديگربسيار در حالت ب ارپيچ مت دوم

ند. ي باش ك م ود نزدي ي ش از م ر ب وري ،فن روي مح دن ني ا وارد ش ب ودرمقابل حركت مقاومت مي كند.

اي هفنرھ ای ميل كششي

ا فنري مارپيچي درمجموعه اي با دوحلقه از مفتول متصل شده است. بارفنرفشرده مي شودواين مجموعه در مقابل حركت مقاومت وارد شدن ب

مي نمايد. فنرھاي پيچشي

ه د ودر نتيج ي دھن كل م ر ش ان تغئي ول محورش ا دوران ح ا ب ن فنرھ ايگشتاور وارد مي نمايند. نمونه رايج كاربرد اين فنرھا در گيره لباس مي

باشد. فنرھاي شمش

دادي ن زي ساخته وبصورت فترھاي شمش يا تيغه اي از تع وارتخت فلا قابليت ذاري مي شوند.اين فنرھ ر )بارگ ك سر درگي ر ي تير طره دار(تي

ه ار رفت ذاري بك ت بارگ ه حال ا فشاري بسته ب روي كششي ي را توليد ني دارا مي باشند.

فنرھاي بلويل

اين فنرھا بشكل ديسك ھاي مخروطي كوتاه فشاري با سوراخي مركزي مي باشند.

گارتر فنرھاي

ه پيوسته ه بشكل حلق اين فنرھا متشكل از مفتولي مارپيچي مي باشند كي شعاعي وبسمت اي شكل داده شده بنابراين ھنگام كشيده شدن نيروئ

مركزوارد مي نمايند.اين فنرھا ازنوارھائي ساخته مي شوند كه بصورت حلزوني پيچيده شده فنرھاي حلزوني

ا تحتاند ،ودرحالت فشاري كار مي كن اثير ند. اين نوع فنرھ نيروھاي ت ي وپس ماند عمده اي قرار مي گيرند. اصطكاك

Page 336: طراحی مکانیکی

336

مواد مورد استفاده در فنرھا ي با حجم كمينه 11- 1شكل

اژی ، فوالدھای اژی ، فوالدھای آلي ه فوالدھای کربنی غيرآلي ا ب رای غالب کاربردھ انتخاب با ضدزنگ ، ا ب اربرد در فنرھ واد موردک ه. غالب م اد وآلياژھای مس پاي ا نيکل زي فوالدھای ب

ا ASTM ،BSمشخصات استانداردھای ج DINي واد راي وعی م می باشند. خاصيت ھای نمفتول ھای با مقطع گرد متداول ترين انتخاب فھرست شده اند. 11-3فنرھا در جدول ساختدر

د ، اگرچه 11-4قطرھای ترجيحی آن ھا در جدول برای مواد فنرھا می باشند و فھرست شده ان ھر قطری درصورت لزوم قابل توليد می باشد.

ان از ا اطمين اد آن می باشد ت ر وابع اده فن ين م ر تعئ ا مشتمل ب موارد با اھميت درطراحی فنرھاز ر موردني ول عم انی در ط ا نوس تاتيکی ي ای اس ار ھ بب ب ر بس ت فن دم شکس برای وع

اربرد رددک امين گ د ،مورد نظر ت تر از ح ا تغئيرشکلی بيش انش ي ار کم ر دچ ه فن ی ک دين معن بانس حرکت درکافی از فرک ای ارتعاش طبيعی آن بق انس ھ ده وفرک از نش رل مج ورد کنت ه م ی ک

است بيشتر بوده وھزينه وظاھر آن جوابگوی طراحی باشد.، پارامتری که بيانگر اين خاصيت ھر ماده ای با بارگذاری تغئير شکل می دھد. برای يک فنر

است ضريب فنری ناميده شده وبصورت شيب منحنی نيرو در مقابل تغئير شکل فنرتعريف می اين شيب ثابت باشد بنابراين:شود. اگر

Page 337: طراحی مکانیکی

337

)1-11 ( F

k

ری ( kکه درآن Nضريب فن / m، (F ) روی وارده ر( ) و Nني ر شکل فن ) می mتغئيده می شود. ضريب ف م نامي ری ھ ا باشد. ضريب فنری ، ثابت فنری يا مقياس فن ری خطی وي ن

غير خطی می باشد.

كمينه وزنمواد مورد استفاده در فنرھا ي با 11-2شكل

ار 11-4) ، سري (شكل 11-3ا مي توان بشكل موازي (شكل فنرھا ر ا بك ن ھ ا تركيبي از اي ) ي

: جمع مي شودضريب فنري اجزاء مستقيما با يكديگر ،برد. براي فنرھاي موازي

)2-11 ( n

i 1 2 3 ni 1

k k k k ... k

كلk

ضريب فنري اجزاء بصورت معكوس با ھم جمع مي شوند: ، براي فنرھاي سري

Page 338: طراحی مکانیکی

338

)3-11 (

1n

i 1 i 1 2 3 n

1 1 1 1 1...

k k k k k

كلk

دول ا 11-3ج اخت فنرھ ج در س واد راي وعي م اي ن يت ھ خاص

قطرھاي ترجيحي فنرھا 11-4جدول

Page 339: طراحی مکانیکی

339

فنرھاي سري 11-4شكل فنرھاي موازي 11-3شكل

فنرھاي فشاري مارپيچي 2-11

ول ھاي آشنا ترين نوع فنرھا ، فنرھاي فشاري مارپيچي مي باشند. رين شكل آن ،مفت داول ت متق شكل ارپيچ وف ام ثابت بشكل م ا گ مي باشند. شكل ھاي 11-5گردي با قطر ثابت است كه ب

ر ن يديگ اعت ش كل ، س كه اي ش ر، بش ام متغي ا گ د ب ز مانن ارپيچي ني اري م اي فش ي وفنرھواعي از 11-6طبق شكل مخروطي ند. ان ا موجود مي باش ن فنرھ اي اي روش ھاي آرايش انتھام نشان داده شده است. انتھاي ساده 11-7در شكل ناشي ازبرش فنرلول توليدي وتنظيم فنر با گ

د. ت مي باش راز ثاب ه ھمت اري است ك رس ك ا پ ينكاري ي وعي ماش ائي، ن ر را آرايش انتھ ي فنه بھمين منظور، 11-7، وفق شكل ) d) تا (bتسھيل نموده وگزينه ھاي ( ه البت ساخته شده اند. ك

د. رار مي دھن اثير ق رد آن را تحت ت زوده وعملك د فنراف ه تولي ه ھزين ھريك از اين آرايش ھا، با ال ب وان بطور مث ر، مي ت ا انتھاي فنرھا را براي بھبود وتسھيل اتصال با اجزاء درگي قالب ي

حلقه شكل داد.

با گام ثابت فنرفشاری مارپيچي 11-5شكل

Page 340: طراحی مکانیکی

340

) dساعت شني ( –) cبشكه اي ( –) bگام متغير (–) aبعضي از شكل ھاي فنرھاي مارپيچي. ( 11-6شكل

مخروطي.

كل داولر 11-7ش اي مت تن وش ھ اي ف آراس اي انتھ اري نرھ ارپيچي. (فش اده–) aم اي س –) b( انتھ

.انتھاي تخت گونيا شده ) d( انتھاي گونيا شده –) c( انتھاي تخت ساده

نشان داده شده است. براي تعريف شكل ھندسي 11-8فنرفشاري مارپيچي درشكل ابعاد اصلي fL، طول آزاد D، قطر متوسط dقطر مفتول ا ، مربوط به آن ھفنرھاي مارپيچي و تحليل

ه pيا گام Nتعداد حلقه ھا ، و راي طراحي اجزائي ك بكار مي رود. قطر دروني وبيروني بين قطر با ه قطري ب د مي باشد. لقي كمين ا مفي رفتن آن ھ رار گ ر مي شوند وروش ق فنر درگي

د طبق توصيه وقطر سوراخ يا بين بيروني ور نماي ر عب ه از داخل فن قطر دروني ومحوري كD) براي قطرھاي 1978اسپرينگ( 13mm 0.10برابرD وبراي قطرھايD 13mm

مي باشد. 0.05Dبرابر

پارامترھاي ابعادي فنرھاي فشاري مارپيچي 11-8شكل

Page 341: طراحی مکانیکی

341

ر پارامترھاي ھندسي مشخص شده در شكل ذاري 11-8عالوه ب ار گ دون ب ه ب ري ك راي فن ب

تعريف شده 11-9ي مفيد ديگري نيز براي فنرھا وفق شكل است ، تعدادي از پارامترھاي طولول ده است. ط ر نصب ش ا تغئي د از نصب ب ول بع ول، ط ه ط ه ، اولي ول δاولي د. ط ي باش م

د ا طول جام كاركوتاه ترين بعد ي است كه فنر بايستي در عمل فشرده شود. ارتفاع بسته شدن ياه بارگذاري است كه حلقه ھا عمال طول فنردر چنان، ن كوت د. اي رار گيرن با يكديگر در تماس ق

ترين طول ممكن فنر بدون شكست آن بيشتر از حد شناخته شده است.

بارگذاري بي بار وبا فنرھاي فشاري مارپيچي طول ھاي مختلف 11-9شكل

ا بسبب خستگي در حالت بعلت تنش خيلي زياد در حالت بارگذاري استاتي فنرھا ممكن است ك ي

اميكي دچار شكست ناشي از ذاري دين ين شكل ھندسي شرايطبارگ ه منظور تعئ ليم شوند. ب تسه جفنربراي ا ر، ضروري است ك وع شكست در فن ان وق تناب ازچنين روي دادي ويا تعئين زم

تنش ھايي كه در فنر در شرايط بارگذاري بوجود مي آيد مورد تحليل قرار گيرد. ذاری شده درشکل Fارجسم آزاد برای فنر مارپيچی که با نيروی نمود نشان داده 11-10بارگ

نش برشي شده است. نش موجود مي باشد، يك ت درھربرش عرضي از حلقه مارپيچ دومولفه تن ت ذاري. اي روي بارگ نش پيچشي ناشي ازگشتاورپيچشي وارده ويك تنش مستقيم برشي بعلت ني

برش عرضي مفتول رخمي دھد.دررشته دروني تنش بيشينه ھا به يكديگر افزوده شده و

)4-11 (max 4 2

3 2

Tr F F(D/ 2)(d / 2) F

J A d /32 d / 48FD F

d d

ه ن رابط ينه ( maxدر اي ي بيش نش برش 2Nت / m ، (T ي گشتا عاع Nm ، (r(ورپيچش ش

)m ، (J ) 4گشتاورقطبي دوم سطحm (] ر دبا مقطع گرد براب اين گشتاوربراي استوانه جاما ( ت ب 4dاس /32([ ،F ) روي وارده رش N ، (A )ني طح ب احت س ر 2m،(dمس قط

) مي باشد. mقطر متوسط مارپيچ m ، (D )مفتول ( نمايه فنري با رابطه زير تعريف مي شود:

)5-11 (D

Cd

Page 342: طراحی مکانیکی

342

نمودار جسم آزاد براي فنر فشاري مارپيچي 11-10شكل

بارگذاري شده است. Fكه با نيروي

داد 12 و 4نمايه فنراعداد بين براي ترجيحي مقدارھاي ا اع مي باشد. توليد وساخت فنرھاي بوده و كل ب ر از چھارمش ه فنركمت اي بنماي انش ا فنرھ ه كم ادگي ب ر از دوازده، آم داد بزرگت اع

ر دريك راردادن فن ا ق ا بيروني مثال ب دارند. جلوگيري از كمانش فنر با تامين تكيه گاه دروني يه ، تماس ن ھم ا اي ذير مي باشد. ب ان پ ين اصطكاكسوراخ يا عبور ميله اي ازدرون آن امك ي ب

د ب ه باي ي ك ن است نيروئ اه آن، ممك ه گ ر وتكي د. فن ل دھ ود را تقلي روارد ش اي فن ل ر انتھ تمايارپيچ فنرمارپيچي به كمانش با ضريب رعنائي آن يعني نسبت طول آزاد فنر به قطر متوسط م

fL / D ، ه طول آزاد آن ر طول فنرب /f، نسبت تغئي L ه متناسب ار رفت اه بك ه گ وع تكي و نن عامل 11-11. شكل مي باشد ا تركيب خاصي از اي ه آي راھنمايي براي تعئين اين مي باشد ك

ھا به فنرپايداري منجر مي شود ويا فنر حاصله مستعد به كمانش است. ) داريم:11-4با جايگزين نمودن نمايه فنر در معادله (

)6-11 (max s3 3

8FD 1 8FD1 K

d 2C d

ضريب برشي مستقيم بوده وبا رابطه زير بيان مي گردد: sK كه

)7-11 ( s

1K 1

2C

منحني ھاي كمانش بحراني براي دو نوع ازشرايط انتھايي 11-11شكل

Page 343: طراحی مکانیکی

343

د. ضريب وال ، تيرھای کز تنش در تمر متشکل wKخميده در سطح درونی خم بوجود می آيا رابطه از آثارتنش برشی مستقيم و ھمچنين ضريب تمرکز تنش ناشی از خميدگی می باشد و ب

زير بيان می گردد:

)8-11 (w

4C 1 0.615K

4C 4 C

)9-11 (max w w3 2

8FD 8FCK K

d d

ه ه معادل دل سازی 11-9معموال توصيه می شود ک رای م ه خستگیدر حالت ب 11-6ومعادل

برای مدل سازی فنرفقط در شرايط بارگذاری استاتيک بکارروند. ز سته ، برای فنرھای با انتھای آراضرورت دارد که فعال نبودن بعضی از حلقه ھای مارپيچ ني

ا به حساب آيد و می توان در محاسبه تعئين تنش وتغئير طول ه ھ ن حلق ه شو ، اي ده گرفت د. نناديال ، برای فنر با انتھای گونيا وتخت يا انتھای تخت ساده ر فع يک حلقه از ھر انتھای مارپيچ غي

ز رابطه زير تعئين می گردد:مارپيچ امی باشد وتعداد حلقه ھای فعال )10-11 (aN N 2

N .دراين رابطه تعداد کل حلقه ھای فنر می باشد برای حلقه ھای ساده با دوانتھای تخت :

)11-11 ( aN N 1

برابر است با: Fتغئير طول فنرھای مارپيچی تحت بار

)12-11( 3 3

a a

4

8FD N 8FC N

d G dG

aN .تعداد حلقه ھای فعال مارپيچ فنر می باشد

فنری برای فنر مارپيچی از رابطه زير تعئين می گردد: بنابراين ضريب

)13-11 ( 4

3 3

a a

F d G dGk

8D N 8C N

ع نمی داد محور ھندسی فنرواق ردر امت ر فن ار وارده ب ه معموال ب ردد ک بايستی خاطر نشان گ

ا د ر شدن تنش ھ ه بزرگت ر، ب ر از آنچه در گردد. بارگذاری برون مرکزی فن ر يک طرف فن مشخص شده است منجر می گردد. 11-9و 11-6معادله ھای

ھنگامی که فنرھا با فرکانس بارگذاری نزديک به فرکانس طبيعی شان تحريک شوند ، ممکن ا ھم بصورت عرضی وھم طولی دچار ارتعاش شونداست ه در يک انتھ ارپيچی ک ر م . اگر فن

ای دثابت شده باشد اثير ، در انتھ افی ینيروييگرش تحت ت ا سرعت ک ردفشاری ب رار گي ، ق

Page 344: طراحی مکانیکی

344

ايی پيش از اين که بقيه حلقه ھا زمان کافی برای پاسخ به اين تغئير مکان داشته باشند، حلقه انتھه ھای در به حلقه مجاور نيرو وارد می کند. اين تراکم در امتداد فنر منتشر می گردد وابتدا حلق

ه تماس اول ودوم سپس حلقه ه موج فشاری ب ن ک ھای در تماس دوم وسوم وبھمين ترتيب تا اين ردد. اي اب می گ دانتھای ديگر فنر برسد که دراين حالت اين اختالل به عقب بازت د رون ر آنق

نش ھای تکرار می گردد تا حرکت ميرا شود. اين پديده ، موج زدن فنر نام دارد وباعث ايجاد تا رسيدن بسيار بزرگی در فنرمی گردد ک ر ت ه تقريبا معادل آنھائی می باشند که ھنگام فشردن فن

ه شرايط مرزی nfبه طول جامدش حاصل می شوند. فرکانس طبيعی موج زدن فنر، بستگی ب دارد. برای حالتی که يک طرف فنر ثابت باشد :

)14-11 (n

1 kf

2 m

nf ) فرکانس طبيعیHz ، (k ضريب فنری )N/m و (m ) جرمkg.می باشد ( ارپيچی رای فنری م ابراين ب جرم فنرمارپيچی برابر است با حاصلضرب چگالی وحجم آن ، بن

حلقه جرم فنر برابر است با: Nبا )15-11 (2 2 2m V N( D)( d / 4) N d D/ 4

داريم: 11-14با جايگزين نمودن جرم وضريب فنری در معادله

)16-11 ( n 2

d Gf

2 D N 2

انس طبيعی 7800kg/m3و چگالی 79.3GPaدی با ضريب سختی برای فنرھای فوال ، فرک

به شکل زير ساده می شود:

)17-11 ( n 2

357df

D N

d ) قطر مفتولm ، (D )قطر حلقه مارپيچm و (N .تعداد حلقه ھای مارپيچ می باشد

ی آن انس طبيع ه فرک ی نزديک ب تی در فرکانس ر نبايس ر، فن وج زدن فن اب از م ور اجتن بمنظرين ھارمونيک راز بزرگت بارگذاری شود. فرکانس طبيعی موج زدن فنرمعموال بايستی بزرگت

ي ا درحدود س ه نوع ابراينعمده حرکت مورد نظر باشد، ک اب از زده می باشد. بن بمنظور اجتنا 13تشديد، فرکانس طبيعی بايستی حداقل ا ب ذاری فنرباشد. طراحی فنرھ انس بارگ برابر فرک

دين ترتيب را ب نش ممکن می باشد زي فرکانس طبيعی باال نوعا مستلزم کاردر باالترين سطح ت بيشينه می گردد. ،فرکانس طبيعی 0.5mبا nfبا توجه به متناسب بودن جرم فنر کمينه شده و

ديمی اھی در خودروھای ق ده گ ن پدي مشاھده می فنرھا تحت باردچارپديده خزش می شوند. اينيروی وزن خودرو طی سال ھا بر فنرھای تعليق وارد شده وباعث کاھش دائمی طول که شود

ر کلی فنر گشته وبن ن کاھش طول در اث ه است. اي ابراين فاصله بدنه خودروبا زمين کاھش يافتام ا ن تا خزش ب ا ا شناخته می شود. ف فانه داده ھ ليم مرتبط است. متاس نش تس ا ت تقيما ب فت مس

ائی در دسترس می باشد. برای تنش ھای تسليم کمتر از داده ھای مربوط به مقاومت کششی نھ

Page 345: طراحی مکانیکی

345

وده ودر شکل مقدارھای مقاومت کششی ن ر نم ا تغئي ا قطر آن ھ ا ب رای 11-12ھائی مفتول ھ بال و مارشک ( دارھای تقريبی فھرست 1991تعدادی از مواد نشان داده شده است. جووين ) مق

زان ا 11-5شده در جدول ارپيچی را برای تنش برشی توصيه می نمايند تا مي فت در فنرھای م در صد محدود گردد. 2فشاری به

نش گیيدپيش تن ل ت ر در مقاب ود قابليت مقاومت فن رای بھب ده می شود ب ز نامي که پيش تنظيم ني بکار می رود وقابليت تحمل بار ومقاومت به خستگی را در آن افزايش می دھد.

مقاومت ھای کششی کمينه موادی که در ساخت فنرھا کاربرد دارند 11-12شکل

رای ال ب ه از مث ری ک تانداردفن ق اس دگی وف يش تني دون پ يده ب ی سردکش والد کربن BS ENف

ذاری می درصد 49ساخته شده باشد تا 10270-1 ار گ ل ب مقاومت کششی نھائی اين فوالد قابا وان ت ر را می ت ن فن دگی اي يش تني ا پ د. ب ذاری 70باش ائی آن بارگ درصد مقاومت کششی نھ

ن نمود. پيش تنيدگی بعد از مارپيچ نمودن ، تنش گيری و صيقل کاری فنرانجام می گردد. در ايه وضعيت ا ب د ش فشرده وي ابتفرايند فنرتا طول جام ر ث ه از طول مجاز بيشينه آن بزرگت ی ک

ر نمی باشد. ار کمت ا از سه ب ه نوع ردد ک است باز می شود. اين فرايند چندين بار تکرار می گر يا اد فنرتغئي دگی ابع يش تني وب ، ممکن است در حين پ ائی مطل ه طول نھ رای حصول ب د. ب ب

تغئيرات ابعادی فنر توسط توليد کننده منظور گردد.بايستی

فت بلند مدتتنش برشی جامد به منظور محدود نمودن ا 11-5جدول %2در فنرھای مارپيچ فشاری به کمتر از

شرايط ماده τجامد

utsσ0.45 utsσ0.35 utsσ0.65 utsσ0.55

آھنی بدون پيش تنيدگی تی بدون پيش تنيدگی.يستنغيرآھنی وفوالد ضدزنگ ا

آھنی با پيش تنيدگی وفوالد ضد زنگ با پيش تنيدگی.غيرآھنی

Page 346: طراحی مکانیکی

346

ارپيچي، اري م اي فش ديدر طراحي فنرھ اي چن وان راھبردھ ي ت ات را م ود( م روي نم پيا دا1999 ا ). يك رويكرد چنين است كه ب وده وب ر را مشخص نم اده فن ر، م نستن نيرووطول فن

راي دارھاي حاصله ب ر حدس زده ومق راي فن در نظر گرفتن فضاي موجود ،قطري آزمايشي بدي محاسبه طريقضريب فنري وطول آزاد فنر را از زوم قطر جدي كنترل نموده ودرصورت ل

الي ور اجم ال زيربط رد درمث يم. اينرويك ي كن اب م ول انتخ راي مفت ت. روش ب ده اس ر ش ذكا را ول ھ واد وقطرھاي مفت راي خاصيت م ا ب ه جدول ھاي داده ھ ه دسترسي ب از ب طراحي ني

دارد. ) آنرا مشخص نمائيد.Gماده اي را انتخاب نموده وضريب ارتجاعي برشي ( 1اري، طول oFكارينيروي 2 روي نصب ش oL ك ده iFده ، ني را iLوطول نصب ش

مشخص مي كنيم.oضريب فنري 3 i i ok (F F ) /(L L ) .را تعئين مي كنيم fطول آزاد فنر را از رابطه 4 i iL L (F / k) .تعئين مي نمائيم شخص مي كنيم.تقريبي اوليه براي قطر متوسط فنر مبرآوردي 5وان 6 تنش طراحي ابتدائي را مشخص مي نمائيم. تقريب اوليه براي تنش طراحي رامي ت

انجام داد. 11-12وشكل 11-5با استفاده از جدول ا 11-6را با كاربرد معادله ھاي dقطرآزمايشي مفتول 7 دارھاي 11-9ي رار دادن مق وق

راي وال wKو sKفرضي ب يم. معم ي كن به م ي باشند،محاس وم نم ه معل ن مرحل ه در اي در كwKنظرگرفتن 1.2 .تقريب خوبي در اين مرحله بدست مي دھد

ام 8 ده در گ دارتعئين ش اس مق د 7براس گ تولي ول از كاتال راي مفت تانداردي ب ر اس ، قط بعنوان راھنما انتخاب مي نمائيم. 11-4ل كننده فنر ويا با كاربرد جدو

را محاسبه مي كنيم.wK، وضريب وال Cنمايه فنر 9اري را تنش قابل انتظار ناشي از نيروھاي 10 اربرد ك ا ك نش طراحي ب ا ت وده وب ين نم تعئ

مقايسه مي كنيم. 11-9يا 11-6معادله راي فنرحاصل كه مشخصهتعداد مارپيچ ھاي فعال الزم 11 وب را ب ر طول مطل ھاي تغئي3نمايد

aN Gd /(8kC ) .تعئين كنيد د 12 ردر طول جام دوتنش برشي در فن طول جامد فنر،نيروي وارد برفنر دراين طول جام

رل ودن آن را كنت ن ب وده وايم ه نم از مقايس نش برشي مج ا ت دار را ب ن مق د. اي به نمائي را محاساده نمائيد. اگر مقدار ا م ول ي اين تنش برشي زياد باشد ، پارامترھاي طراحي فوق مانند قطر مفت

تغئير داده ونتايج را مجددا تحليل كنيد.انتخابي را امكان كمانش فنر را كنترل نمائيد. 13 ابعاد فنر را مشخص كنيد. 14

1-1مثال

روي راي وارد نمودن ني ارپيچي ب ه طولي برا 35Nيك فنرفشاري م ه ب ر ھنگامي ك 60mmبول د. در ط ي باش از م ورد ني د م ده باش رده ش تي 48mmفش ر بايس روي فن د. 50Nني باش

اري آھسته 24mmفنربايستي در سوراخي به قطر اربرد مستلزم سيكل ك ن ك ردد. اي نصب گر 250000برابر نظرمورد اي مي باشد وطول عمر كل اري براب سيكل است. دماي بيشينه ك

80 C.مي باشد

حل

Page 347: طراحی مکانیکی

347

ولي ك والد مفت د ف تانداردي مانن اده اس اربرد ، م ن ك اد بعنوان نقطه شروع براي اي يم وفق رم وانASTM A232 .ر پيشنھاد مي گردد ا براب اده تقريب 120دماي مجاز بيشينه اين م C ه است ك

اربرد بيشتر مي ب ن ك راي اي اري بيشينه ب رات آھسته اشد.از دماي ك اربرد مستلزم تغئي ن ك ايورد 11-9سيكلي بارگذاري مي باشد بنابراين معادله وان م نش فنرمي ت ين سطح ت راي تعئ را ب

استفاده قرار داد. Gفوالد كرم واناديم : براي 11-3از جدول 79.3GPa .حاصل مي گردد

ينه ، اري بيش روي ك ا oFني ر ب اري ، 50Nبراب ول ك ا oLو ط ر ب د. 48mmبراب ي باش م مي باشد. 60mmبرابر iLبه ازاي طول نصب شده 35Nبرابر iFنيروي نصب شده ،

ضريب فنري برابر است با :

o i

i o

(F F ) 50 35k 1250N / m

(L L ) 0.06 0.048

طول آزاد فنر برابر است با:

if i

F 35L L 0.06 0.088m

k 1250

ر قطر ردد، 18mmمتوسطي براب نھاد مي گ ه قطر پيش ر بايستي در سوراخي ب ن فن را اي زي24mm ه در حال حاضر مشخص نمي باشد نيز ول ك بايستي در نصب گردد و قطر خود مفت

نظر گرفته شود. ر نش برشي طراحي براب ردد. uts0.45ت نھاد مي گ ق utsپيش اديم طب رم وان والد ك راي ف ب

تاندارد ر ASTM A232اس ول براب ر مفت ه قط ن ك رض اي ا ف ر 2mmب ا براب د ، تقريب باش1700MPa كل ه ش د( ب ي باش ر مراج 11-12م ي براب ي طراح نش برش ابراين ت د). بن ه كني ع

0.45×1700=765MPa .دطراحي محاسبه مي شود خواھد بود اگر قطر مفتولي كه در روننش برشي ن ت ، با مقدار تخمين زده شده براي تعئين تنش برشي تفاوت عمده اي داشته باشد ، اي

نياز به اصالح خواھد داشت. ا ي ني نش برش ين ت راي تعئ ه ب راي معادل داري ب راردادن مق ه ق ابعي از wKدارد. wKز ب ت

C D/ d ول ر مفت ي قط د ، ول ي باش داري dم د. مق ي باش خص نم ه مش ن مرحل در ايwKبرابر 1.2 راي ه اي ب ين اولي دا را مي توان بعنوان تخم رد ، اگرچه بع ار ب ن كميت بك اي

در روند طراحي، اين تخمين كنترل ودر صورت لزوم مورد اصالح قرار خواھد گرفت.

1/3 1/3

w

6

max

3

8FDK 8 50 0.018 1.2d

765 10

1.532 10 m

ر ول براب ابراين قطرمفت ود. 1.53mmبن ي ش رآورد م ه ب ا مالحظ دول ب گ 11-3ج ا كاتال يو ر مي ت ان فن ورد از جدول سازند گ ن م ود. در اي ول مناسبي را انتخاب نم ، 11-3ان قطرمفت

حاصل مي گردد. 1.6mmنزديك ترين قطر مفتول به عدد فوق ، حال مي توان نمايه فنر را محاسبه نمود:

D 0.018

C 11.25d 0.0016

ضريب وال برابر است با :

Page 348: طراحی مکانیکی

348

w

4C 1 0.615 4 11.25 1K

4C 4 C 4 11.25 40.615

1.12811.25

تنش برشي بيشينه برابر است با:

max w 3 3

6

8FD 8 50 0.018K 1.128

d (0.0016)

631 10 Pa

ن طراحي مي اين مقدار،از تنش برشي بيشينه مجاز بسيار كمتراست بنابراين در اين مرحله اي تواند قابل قبول تلقي گردد.

داد مارپيچ ھاي فعال را مي توان از رابطه زير تعئين نمود:تع

9

a 3 3

dG 0.0016 79.3 10N

8C k 8 (11.25) 1250

8.91

د ردو طول جام د. اگ دا نماين م تماس پي ا ھ ا ب ه ھ ه حلق ه ھم ردد ک اد می گ امی ايج يک فنرھنگ ه غير فعال خواھد داشت.دو حلق فنر انتھای فنر گونيا ، صيقلی و تخت شود در اينصورت

sL d(N 2) 0.0016(8.91 2)

0.0175m

نيرو در طول جامد برابر است با:

s f sF k(L L ) 1250(0.088 0.0175)

88.2N

ه ر ب ه فن التی ک نش برشی در ح ا نيرومی باشد، ت تقيما متناسب ب ر مس از آنجائی که تنش در فن می توان از رابطه زيرتعئين نمود: را جامد فشرده شود طول

6smax

o

F 88.2631 10

F 50 جامدτ

61113 10 Pa

می فنرننده احتمال شکست مشخص ک بزرگتربوده و 765MPa مجاز اين مقدار از تنش بيشينهه منظور یبيشترپارامتر ھای يا پارامتر باشد. ضروری است که يک هرا ب طراحی حصول ب

سعی به انتخاب قطرمتفاوتی برای مفتول می باشد.، تغئير دھيم. يک رويکرد مناسب تر مورد آزمايش قرار گيرد در اين صورت: d=0.0018mاگر

D 0.018

C 10d 0.0018

Page 349: طراحی مکانیکی

349

w

4 10 1 0.615K 1.145

4 10 4 10

6

max 3

8 50 0.0181.145 450 10 Pa

(0.0018)

ن ابراين بنظر می رسد طراحی در اي ر است بن اين مقدار تنش برشی بيشينه مجاز بسيار کمت

اره تعداد حلقه ھا را محاسبه می کنيم:مرحله قابل قبول باشد. حال دوب

9

a 3

0.0018 79.3 10N 14.27

8 (10) 1250

sL 0.0018(14.27 2) 0.0293m

و نيرو در طول جامد برابر است با:

sF 1250(0.088 0.0293) 73.4N

درحالت فشردگی فنر تا طول جامد تعئين می گردد:تنش برشی

6 673.4450 10 660 10 Pa

50 جامدτ

ولی می ل قب ده طراحی قاب ه مشخص کنن اين مقدار کمتر از تنش مجاز بيشينه مجاز می باشد ک باشد.

fLط حلقه برابر است با: نسبت طول آزاد به قطر متوس / D 0.088/ 0.018 4.89 ر طول 40mmتغئير طول فنر در اثر نيروی کاری وارده برابر ابرای نسبت تغئي می باشد. بن

/fبه طول آزاد برابر است با: L 0.04 / 0.088 0.455 ا ن دو نسبت در شکل ب راردادن اي ای گ 11-11ق ت دوانتھ رای حال ده و صيقلی تخت ب ا ش وني

نشان می دھد اين طراحی پايداری است و کمانش آن غير محتمل می باشد. قطر بيرونی فنر را می توان از رابطه زير تعئين نمود:

0D d D 0.0018 0.018 0.0198m قطردرونی فنر برابر خواھد بود با:

0D D d 0.018 0.0018 0.0162m نھايتا مشخصات نامی فنر عبارتست از:

ASTM A232فنر فشاری مارپيچی با مفتول از فوالد کرم واناديوم وفق

k 1250N / m fL 0.088m

sL 0.0293m

حلقه 16.27دوانتھای فنر گونيا شده وصيقلی تخت با d 1.8mm

Page 350: طراحی مکانیکی

350

iD 18mm,D 16.2mm oD 19.8mm

نچنانچه محدوديتی برای قطرفنرموجود نباشد وان ب اي ر ه صورتروش طراحی را می ت زي

خالصه نمود:اصالح واعي، .1 ي ارتج ريب برش وده وض اب نم ر را انتخ اده فن دا م وده G ابت خص نم را مش

وبرآوردي از تنش طراحي بدست آوريد.راي .2 اده فنروانجام فرضياتي ب محاسبه wKو Cقطر مفتول را براساس خاصيت ھاي م

مناسب مي باشند. 1.2و 7تخمين ھايي نوعي به ترتيب برابر wKو Cمعموال براي نمائيد.

)18-11 (w 0

max

8K F Cd

قطر استانداردي براي مفتول فنر انتخاب كنيد. .3ه طول .4 تعداد بيشينه حلقه ھاي فعال فنر را تعئين نمائيد. در اينجا منطق اقتضاء مي كند ك

ه داد حلق د وتع ين طول جام ر باشد. رابطه ب ابعي ازروش جامد از طول مجاز كمت ا ت ھر صادق آراستن انتھائي فنرمي باشد. ا شده وتخت صيقلي رابطه زي راي انتھاي گوني ب

مي باشد: )9-11 ( s aL d(N 2)

sبا جايگزيني 0L L

)20-11 (0max

LN 2

d

حال طراح مي تواند ھر تعدادي از حلقه ھاي فعال را كمتر از مقداربيشينه محاسبه شده .5ه ھاي مجاور انتخاب نمايد. انتخاب عدد كوچكي منجر به فاصله ھاي بزرگتري بين حلقه ازاي ري را ب اي بزرگت نش ھ ي ت ود ول ي ش تفاده م راي فنراس ري ب ول كمت ده ومفت ش

ه ھاي ،اصل مي كند. يك رويكردبارگذاري مشخصي ح ودن حلق دريج آزم ه ت ا ب ر ت كمت مي باشد. تنش مجاز بيشينه رسيدن به

نمايه فنر را با استفاده از رابطه زير محاسبه كنيد. .6

)21-11 (

1/3

a

dGC

8N k

Dفنر، حال مي توان قطر متوسط فنر را از تعريف نمايه .7 Cd .محاسبه نمود را محاسبه كنيد. wKضريب وال .8ردد، م نيروي كاري وارده ي را كه ازتنش .9 نش طراحي حاصل مي گ ا ت وده وب حاسبه نم

مقايسه كنيد.ر .10 نش برشي در فن د وت ا طول جام روي وارده در حالت فشردگي ت ر ، ني د فن طول جام

وده وچگونگي رطول جامدرا محاد سبه كنيد. اين مقدار را با تنش برشي مجازمقايسه نم ايمني آن را بررسي كنيد.

Page 351: طراحی مکانیکی

351

احتمال كمانش فنر را بررسي وكنترل كنيد. .11 ابعاد فنر را مشخص نمائيد. .12 11-2مثال

روي ال ني راي اعم ارپيچي ب ري م ول 160Nفن روي 170mmدر ط ول 200Nوني در ط150mm اربرد ياز مي باشد. مورد ن ن ك اري را مشخصات فنرمناسب اي د. دماي ك ين نمائي تعئ

50بيشينه C ر گي آھست بهوبارگذاري راي فن زوم ب ورد ل وده وطول عمرم ر نم ان تغئي با زم سيكل كاري مي باشد. 000 200

حل

اديم طبق رم وان والدي ك ول ف د مفت تانداردي مانن اده اس وان نقطه شروع ASTM A232م بعن120اوليه براي اين كاربرد پيشنھاد مي شود. دماي كار بيشينه اين ماده تقريبا C ،ه مي باشد ك

يكلي ته وس رات آھس امل تغئي اربرد ش ن ك د. اي ي باش اربرد بزرگترم ن ك راي اي ار ب اي ك از دم راي تعئين سطح تنش در فنر بكار رود.بايستي ب 11-9بارمي باشد، بنابراين معادله

Gبراي فوالد كرم واناديم ، 11-3جدول از 79.3GPa .حاصل مي گردد ينه ، ا oFنيروي كاري بيش ر ب اري ، 200Nبراب ا oLو طول ك ر ب مي باشد. 150mmبراب

مي باشد. 170mmبرابر iLبه ازاي طول نصب شده 160Nبرابر iF، نيروي نصب شده ضريب فنري برابر است با :

o i

i o

(F F ) 200 160k 2000N / m

(L L ) 0.17 0.15

طول آزاد فنر برابر است با:

if i

F 160L L 0.17 0.25m

k 2000

ر نش برشي طراحي براب ردد. uts0.45ت نھاد مي گ ق utsپيش اديم طب رم وان والد ك راي ف بتاندارد ر ASTM A232اس ول براب ر مفت ه قط ن ك رض اي ا ف ر 3mmب ا براب د ، تقريب باش

1600MPa كل ه ش د( ب ي باش ه كني 11-12م ر مراجع ي براب ي طراح نش برش ابراين ت د). بن0.45×1600=720MPa .خواھد بود

w 0

8

max

8K F C 8 1.2 200 7d

7.2 10

32.438 10 m

d=3mm ھاي بيشينه را تعئين مي نمائيم: را انتخاب مي كنيم ، حال تعداد حلقه

0max

L 0.15N 2 2 48

d 0.003

را آزمايش مي كنيم : N=35ابتدا

Page 352: طراحی مکانیکی

352

1/3 1/39

a

dG 0.003 79.3 10C

8N k 8 35 2000

=7.517

D=C d=0.02255

wK 1.197

max w 3 3

6

8FD 8 200 0.02255K 1.197

d (0.003)

509 10 Pa

ول اين عدد خيلي از تنش برشي بيشينه مجاز كمتر است بنابراين ل قب ه طراحي قاب ن مرحل ا اي ت مي باشد.

s aL d(N 2) 0.003(35 2) 0.111m نيرودر طول جامد برابر است با:

s f sF k(L L ) 2000(0.25 0.111)

278N

اي طول جامد را مي توان تعئين نمود :حال ، تنش برشي بر

6smax

o

F 278509 10

F 200 جامدτ

6708 10 Pa

ينه ، از بيش نش مج ر از ت دار كمت ن مق د 720MPaاي ي باش ودن م ل ب ده نامحتم ومشخص كنن

شكست فنر است.fL نسبت طول آزاد به قطر متوسط حلقه برابر است با : / D 0.25/ 0.02255 11.09

ر روی وارده براب ر تحت ني ر طول فن ه 100mmتغئي ر طول ب ابراين نسبت تغئي د. بن می باش/f طول آزاد برابر L 0.1/ 0.25 0.4 رار دا ا ق ا در شکل می باشد. ب ن نسبت ھ دن اي

وده 11-11 دار ب برای حالت دو انتھای گونيا شده وتخت مشخص می گردد که اين طراحی ناپاي واحتمال کمانش اين فنر وجود دارد.

ر حاصل انش فن دم کم ان از ع ا اطمين د ت ر يابن ای طراحی ، الزم است تغئي ابراين پارامترھ بنزايش ا عث اف نش می گرددگردد. کاھش تعداد حلقه ھا ب رای طول ت ز ب ين حالت ني ه در ھم ک

جامد، به مقدارحدی نزديک شده است. بنابراين قطر مفتول متفاوتی پيشنھاد می گردد. پيشنھاد گردد، داريم d = 4mmاگر

Page 353: طراحی مکانیکی

353

0max

L 0.15N 2 2 35.5

d 0.004

aNر پائينی مانند برای تعداد حلقه ھای فعال ، مقدا 16 :را آزمايش می کنيم بنابراين

1/3 1/39

a

dG 0.004 79.3 10C

8N k 8 16 2000

= 10.74

D=C d=0.04296 m

wK 1.134

uts تاندارد ق اس اديم طب رم وان والد ك راي ف ول ASTM A232ب ه قطر مفت ن ك ا فرض اي بر ر 4mmبراب ا براب د ، تقريب كل 1550MPaباش ه ش د( ب ي باش د). 11-12م ه كني مراجع

خواھد بود. 698MPa=1550×0.45بنابراين تنش برشي طراحي برابر

max w 3 3

6

8FD 8 200 0.04296K 1.134

d (0.004)

388 10 Pa

نش ر از ت ول اين عدد بسيار کمت ل قب ه قاب ن مرحل ابراين در اي برشی بيشينه مجاز می باشد بن است.

s aL d(N 2) 0.004(16 2) 0.072m نيرودر طول جامد برابر است با:

s f sF k(L L ) 2000(0.25 0.072)

356N

تعئين نمود :حال ، تنش برشي براي طول جامد را مي توان

6smax

o

F 356388 10

F 200 جامدτ

6691 10 Pa

ينه از بيش نش مج ر از ت دار کمت ن مق ی اي ال 720MPaيعن دم احتم ده ع ه مشخص کنن است ک

ست فنر می باشد.شکfLنسبت طول آزاد به قطر متوسط حلقه برابر است با : / D 0.25/ 0.04296 5.819

ر روی وارده براب ر تحت ني ر طول فن ه 100mmتغئي ر طول ب ابراين نسبت تغئي د. بن می باش/fطول آزاد برابر L 0.1/ 0.25 0.4 ا در شکل ن نسبت ھ رار دادن اي ا ق می باشد. ب

Page 354: طراحی مکانیکی

354

وده 11-11 دار ب ن طراحی پاي ه اي ردد ک برای حالت دو انتھای گونيا شده وتخت مشخص می گ واحتمال کمانش اين فنر وجود ندارد.

قطر بيرونی فنر را می توان از رابطه زير تعئين نمود: OD d D 0.004 0.04296 0.04696m

قطردرونی فنر برابر خواھد بود با: OD D d 0.04296 0.004 0.03896m

نھايتا مشخصات نامی فنر عبارتست از:

ASTM A232فنر فشاری مارپيچی با مفتول از فوالد کرم واناديوم وفق k 2000N / m

fL 0.25m sL 0.072m

حلقه 18دوانتھای فنر گونيا شده وصيقلی تخت با

d 4mm iD 42.96mm,D 38.96mm

oD 46.96mm

فنرھای کششی مارپيچی 3-11

وده روی کششی وارد نم ودر عين فنرھای کششی مارپيچی بصورت کششی بارگذاری شده ونيابه فنرھای فشاری می باشند ا از نظر ظاھری مش وع فنرھ ن ن حال انرژی ذخيره می کنند. ايديگر اس بايک اور در تم ای مج ه ھ ان، حلق ول آزاد ش ه در ط وند ک ی ش اخته م وی س ی بنح ولا آن بکار می رود. رای سھولت اتصال ب ر ب وان بخشی از فن ه بعن قرارمی گيرند. قالب يا حلق

نشان داده شده است. 11-13ی يک فنر کششی در شکل ابعاد اصل

ابعاد اصلی فنر کششی مارپيچی با دو انتھای شکل داده شده بشکل حلقه وقالب 11-13شکل

Page 355: طراحی مکانیکی

355

اب داده حلقه ھای فنرھای کششی دن ت ام پيچي ول ھنگ بيکديگر محکم فشرده وپيچيده شده و مفتديگر می شودتا بارگذاری اولي ا از بک ه ھ رای جدانمودن حلق ه ب ردد ک ا ايجاد گ ه ھ ه ای در حلق

ا ، ه ھ ه حلق دا شدن اولي د از ج ر کششی بع رای فن بايستی بر ايننيرو غلبه شود. ضريب فنری ب خطی بوده وبا رابطه زير مدل سازی می شود:

)22-11 ( 4

o i

3

a

F F Gdk

8N D

Cکه با رابطه نمايه فنری D/ d نگھداشته شود. 12تا 4بيان می گردد بايستی در محدوده

ه الح معادل ا اص وان ب ی ت ی را م ر کشش ول فن ر ط اب آوردن 11-10تغئي ور بحس ه منظ ب بارگذاری اوليه تعئين نمود.

)23-11 (3

o i a

4

8(F F )N D

Gd

ه می شوند ر در نظر گرفت ه ھای فن ا در حلق نش ھ ه ت ه ک ه ھمانگون ھمچنين ضروری است ک تنش ھای قالب وحلقه انتھايی که در فنرھای کششی بکار می روند نيز بحساب آيد.

ع بر Aنقطه در ائی واق ه انتھ ه در شکل حلق تاندارد ک نش خمشی 11-14اس ده ، ت نشان داده ش ايجاد می گردد. اين حلقه ،تنش پيچشی بزرگی Bرگی ودر نقطه بز

را می توان از رابطه زير تعئين نمود: Aتنش خمشی در نقطه

)24-11 (A b 3 2

16DF 4FK

d d

که در آن :

)25-11 ( 2

1 1b

1 1

4C C 1K

4C (C 1)

)26-11 ( 11

2RC

d

):1963را نيز از رابطه زير می توان تعئين نمود (وال Bتنش پيچشی در نقطه

)27-11 (B w 2 3

8DFK

d

که در آن :

)28-11 (2w 2

2

4C 1K

4C 4

)29-11 (22

2RC

d

Page 356: طراحی مکانیکی

356

بيشتر باشد. 4بايستی از 2Cبرای اجتناب از ايجاد تنش ھای بزرگ

فنر کششی انتھايی تنش ھای بيشينه در حلقهمحل 11-14شکل

ه می شوند وبعالوه رای محاسبه در يک فنرکششی مارپيچی ھمه حلقه ھا فعال در نظر گرفت ب

حلقه ای فرضی به تعداد حلقه ھا افزوده می گردد. فنر، بدنهطول رای فنرھای فشاری ذکر روش ھای طراحی برای فنرھای کششی بھما والی می باشدکه ب ن منه می شود بر ا ارائ ن ج هشد. روشی که در اي نش پاي ه ت وط ب ه داده ھای مرب دسترسی طراح ب

ول ل قب ه حاصل می شوند قاب دارھائی ک امی مق برشی پيچشی مجاز بيشينه است. اگر در ھر گ مورد تجديد نظر قرار گيرند. ،داننباشد، سپس نياز است که پارامترھايی که از پيش تعئين شده

را تعئين نمائيد. τو Gماده مناسبی برای فنر انتخاب نموده و پارامترھای ماده يعنی ، )1 قطرمتوسط آزمايشی برای فنر فرض کنيد. )2ا 11-6قطرمفتول فنر را با استفاده از معادله ھای )3 ا فرض 11-9ي ر Kب محاسبه 1.2براب

کنيد. را تعئين نمائيد. 11-4رازقطر محاسبه شده مفتول ، طبق جدول نزديک ترين قطر بزرگت )4 برای قطر انتخابی مفتول فنر ، تنش طراحی را تعئين کنيد. )5 قطر بيرونی، متوسط و درونی فنر را تعئين کنيد. )6 نمايه فنر وضريب وال را تعئين نمائيد. )7 محاسبه کنيد.طراحی تنش برشی بيشينه در فنر را تحت بارگذاری )8 حلقه ھای الزم برای ايجاد مشخصه ھای تغئير طول مطلوب را تعئين نمائيد. تعداد )9

ين )10 طول فنر را محاسبه نموده ، شکل دو انتھای فنر را پيشنھاد نموده وطول آزاد آن را تعئ کنيد.

تغئير طول فنر را از طول آزاد آن محاسبه نمائيد. )11ن می کنند را محاسبه کنيد. کشش نيروی اوليه ای که به ازای آن حلقه ھا شروع به باز شد )12

درصد نيروی طراحی بيشينه می باشد. 25تا 10اوليه در فنر کششی نوعا د. )13 دارھای توصيه شده مقايسه کني تنش را در فنر تحت کشش اوليه تعئين نموده وآنرا با مق

ه ه در دامن uts0.8مقدارھای توصيه شده برای تنش برشی اولي / C هاوليτuts0.4 / C قراردارد.

Page 357: طراحی مکانیکی

357

11-3مثال

،بين وضعيت ھای اتصال طول ھنگامی که 30Nکششی مارپيچي براي اعمال نيروي فنري70mm 20ونيروي می باشدN 60در طولmm ، .ه مورد نياز مي باشد ر روزان ن فن 100اي

و ر از ن ول فن رد. مفت ی گي رار م ذاری ق يکل بارگ ار تحت س تاندارد ب ق اس يقی وف يم موس ع سASTM A228 ر نبايستی از دار مناسب 20mmپيشنھاد شده است. قطر فن د. مق تجاوز نماي

برای قطر مفتول فنر، تعداد حلقه ھا وقطر متوسط را تعئين کنيد.

حل

30 20

k 1000N / m70 60

ر ر براب ول فن امی مفت ه قطر ن ن ک ا فرض اي ی 1.8mmب ائی تقريب د، مقاومت کششی نھ باش

utsبرابر است با: ASTM A228برای مفتول فنر از نوع سيم موسيقی 1900MPa

max 0.45 1900 855MPa

فرض می شود. 15mmقطر متوسط حلقه برابر با

0.33

6

8 30 0.015 1.2d

855 10

31.172 10 m

را آزمايش می کنيم d=1.4mmحال

max تنش طراحی برابر است با 0.45 2100 945MPa

iD 0.015 0.0014 0.0136m oD 0.015 0.0014 0.0164m

10.71 =C = D/d = 0.015/0.0014

wK 1.135

w 0max 3 3

6

8K F D 8 1.134 30 0.015

d (0.0014)

474 10 Pa

9

a 3 3

dG 0.0014 79.3 10N

8C k 8 (10.71) 1000

11.3

Page 358: طراحی مکانیکی

358

ad(N 1) 0.0172m طول بدنه فنر =

در اينجا برای تعئين طول بدنه فنر يک حلقه فرضی به آن اضافه شده است.ی ا قطر داخل املی ب ائی ک ه انتھ ر حلق يم 0.0136mاگ ای فنراضافه کن ر يک از دو انتھ ه ھ ب

بنابراين : fL 0.0172 2 0.0136 0.04442m

O fL L 0.07 0.04442 0.02558m

OF k 30 1000 0.02558 4.42N اوليهF

قرار داشته وبنابراين قابل قبول می باشد. OFدر صد 25و 10اين مقدار بين

OF ) 474(14.42 /30) 69.8MPa /اوليهF (τ =اوليهτ

uts0.8اين از / C .کوچکتراست وبنابراين قابل قبول می باشد

فنرھای پيچشی مارپيچی 4-11

ارپيچي را در بسياري از كاربرد ھا نياز به فنري مي باشد كه گشتاور پيچشي وارد نمايد. فنر مود ذاري نم واع مختلف فنرھاي مي توان براي حالت پيچش بارگ د. ان امين نماي از را ت ن ني ا اي ت

د به نحوي ھا نشان داده شده است. انتھاي حلقه 11-15پيچشي مارپيچي در شكل ادامه مي يابن كه بتوانند اھرم ھايي براي اعمال گشتاور فراھم نمايند.

تست از:معادله اساسي كه بر تغئير مكان زاويه اي فنرھاي پيچشي حاكم مي باشد عبار

)30-11 (ML

EI

M ) تاور وارده ر Nm ، (L )، گش ول فن ول مفت گ m ، (E )ط ريب يان N/m2 ، (Iض

) مي باشد. rad( تغئير مكان زاويه اي ) و m4گشتاور دوم سطح (ه ان زاوي ر مك ديل تغئي ول وتب با جايگزين نمودن رابطه مربوط به گشتاور دوم سطح وطول مفت

رابطه مناسب تري حاصل مي گردد:دورفنراي به

)31-11 (a

4

10.2MDN

d E

سب تعداد دورھاي فنر مي باشد.تغئير مكان برح

ا ضريب فنري ه اي تعريف شده وب ان زاوي ر مك براي فنرپيچشي بصورت گشتاوردرواحد تغئي رابطه زير بيان مي گردد:

Page 359: طراحی مکانیکی

359

)32-11 (4

a

M d Ek

10.2DN

ه ، طول آن حلقه اي بارگذاري مي شود، قطر حلقه كاھش يافته وبا ھنگامي كه پيچيده شدن حلق

افزايش مي يابد. قطر دروني كمينه حلقه درتغئير مكان كامل برابر است با:

)33-11 (bimin

b

DND d

N

iminD ) قطر دروني كمينهm و (bN فنر مي باشد.بدنه تعداد حلقه ھاي طول بيشينه بدنه فنر در ھنگامي كه كامال پيچيده شده باشد با رابطه زير بيان مي گردد:

)34-11 (max bL d(N 1 )

) مي باشد.mطول بيشينه بدنه حلقه ( maxLكه ه است بعالوه مقداري bNي برابر با تعداد حلقه ھاي بدنه، تعداد حلقه ھاي فعال در فنر پيچش ك

ا ه از دو انتھ ه بدن وداضافه ب ي ش ده م ده وخمي ند .ش ا راست باش ه دو انتھ التي ك راي ح ن ب اي بيان مي گردد: eNافزايش برحسب تعداد حلقه ھاي معادل ،

)35-11 ( 1 2e

L LN

3 D

طول ھاي دو انتھا مي باشند. تعداد حلقه ھاي فعال برابر است با: 2Lو 1Lكه در آن ، )36-11 (a b eN N N

انواع مختلف فنرھاي پيچشي 11-15شكل

Page 360: طراحی مکانیکی

360

فنرھاي شمش 5-11

ر (طفنرھاي ر يك سر درگي ره دار) شمش شامل يك يا چند تيغه تخت مي باشند كه بصورت تيام ،11-16يا تير ساده وفق شكل راي ت وان ب ا را مي ت روي بارگذاري مي شوند. اين فنرھ ين ني

ام خم ه شفشاري يا كششي ھنگ ود. ،آزادشان وضعيتنسبت ب اربرد طراحي نم ا ك فنرھاي ب در فضاھاي نسبتا كوچكي وارد نمود.نيروھاي بزرگي شمش مي توان،

ضي كامل ي) بc) نيمه بيضي (b( ساده يك سر درگير) aانواع اصلي فنرھاي شمش. ( 11-16شكل رای فنر -خصه ھای نيرو مش اتغئير مکان ويژه ای را می توان ب ه ھ اد تيغ ا انتخاب دقيق ابع بن اجزاءروي ھم چيدن ھا و رای تيرھای يک ،تعدادی ازاي ود. شکل ھای مختلفی ب حاصل نم

ده دارای مشخصه ي كهنمايش داده شده است. ھر نوع 11-17سر درگير درشکل نشان داده شورد تيرتعميم يافته اي را نشان مي دھد. 17a-11. شکل مخصوص بخود می باشد اگر ھدف م

اي ھر ن صورت بايستي پھن د در اي ر باش اي خمشي يكنواخت در طول تي نش ھ ظ ت نظر، حفد ن حالت در شكل مقطع تيرنسبت به موقعيت آن مقطع ، بشكل خطي تغئير نماي ه اي 17b-11ك

ر يك سر درگير، پايه اصلي ساختار فنرھاي شمش نشان داده شده است. اين شكل مثلثي براي تير نش يكنواخت در تي ظ ت زام ديگرممكن است حف د. ال اربرد دارن مي باشدكه بصورت رايجي ك

ر بايستي وفق شكل يك سر درگير با پھناي ثابت باشد. سھمي 17c-11در اين حالت نيمرخ تي رخ دنده ھاي صاف مي باشد.باشد. اين مبنايي براي تحليل قدرت خمشي در دندانه ھاي چ

ار مي رود ، نش خمشي يكنواخت بك ا ت مفھومي كه براي ساخت فنرھاي طره داريك پارچه بم 17b-11شكل مثلثي نشان داده شده در شكل خرد كردن به تعدادي تيغه وجمع كردن وروي ھ

ق شكل ا طب دن آن ھ د 18-11چي ده ومي باش ه نشان داده ش د الي ر چن ي تكي. فن ھردو تيرمثلثه د الي ر چن ه فن داراي مشخصه ھاي يكساني از نظرتنش و تغئير شكل مي باشند با اين استثناء ك

ه بلحاظ اصطكاكبلحاظ د الي ر چن ي فن ه ول رار گرفت اثيرميرائي اضافي ق ا تحت ت ه ھ ين الي ب

Page 361: طراحی مکانیکی

361

د. اامكان جداشدن اليه ھا فقط بار را دريك جھت تحمل مي نماي وان ب ا را مي ت ه ھ جداشدن الي نصب بست به دورآن ھا تا اندازه اي ممانعت نمود.

ر (c)تنش خمشي يكنواخت (b)شكل عمومي (a)تيرھاي يك سر درگير 11-17شكل ك سر درگي ر ي تي با تنش يكنواخت وبا پھناي ثابت

ر در گير مثلثي وفنر چند اليه معادل آنپالن تير يك س 11-18شكل

تغير مكان خمشي فنر اليه اي مثلثي برابر است با:

)37-11 ( 3FL

2EI

Page 362: طراحی مکانیکی

362

F : وق رو، ( در رابطه ف 2Nضريب يانگ m ، (E ،)طول N ، (L )ني / m و (I ،شتاور گ ) مي باشد. 4mسطح (دوم

براي مقطع مربع مستطيل :

)38-11 ( 3bh

I12

b ) پھنا ،m و (h ) ضخامت ،m.مي باشد (

ضريب فنري از رابطه زير تعئين مي گردد:

)39-11 ( 3

3

F Ebhk

6L

تنش خمشي متناظر برابر است با :

)40-11 (2

6FL

bh

براي تير نيمه بيضي ، تغئير مكان خمشي بيشينه در مركز آن از رابطه زير محاسبه مي گردد:

)41-11 ( 3

3

6FL

Ebh

) تعئين مي گردد.11-40نيمه بيضي ازمعادله (تنش خمشي متناظر براي تير

براي تير بيضي كامل ، تغئير مكان خمشي بيشينه در مركز تير برابر است با:

)42-11 (3

3

12FL

Ebh

) تعئين مي گردد.11-40تنش خمشي متناظر براي تير بيضي كامل ازمعادله (

فنرھاي بلويل 6-11

ل ري بلوي رھاي فن كل واش ق ش كي ، 11-19طب كل از ديس ندمتش ی باش ورت م ه ص ه ب كا داراي مشخصه ناقص شكل داده شده ودر مركز آن سوراخي یمخروط ر ھ ن فن قرار دارد. اي

راي كاربردھاي معيني مناسب تغئير –نيرو ا را ب ين ويژگي، آن ھ وده وھم مكان غير خطي بال نيروھای فشاری بزرگی را نموده است. فنرھای بلويل دارای حجم اندکی بوده وتوانائی اعم

نج ا ، فل ه در تفنگھ ا عبارتست از ، سازوکارھای دافع اربردآن ھ ايی از مواردک دارند. نمونه ھين ا ، ماش ه ھ ای لول د ھ اط تفاضلی بتوان ا انبس ه در آن ھ ايی ک زار کوچک وکاربردھ ای اف ھ

گردد.باعث کاھش سفتی پيچ ھا

Page 363: طراحی مکانیکی

363

رو اد –مشخصه ھای ني ا وابع اده سازنده آن ھ ه خاصيت م ل ب ر مکان در واشرھای بلوي تغئيرو 11-20نشان داده شده در شکل وده –وابسته می باشند. رابطه ني ر خطی ب ر مکان غي تغئي

ريب فنری بيان نمی شود وبشکل زير می باشد:وبرحسب ض

)43-11 (3

2 2

1 0

4EF (h )(h )t t

K D (1 ) 2

که در اين رابطه :

)44-11 (2

d1 2

d d

6 (R 1)K

ln R R

)45-11 ( Od

i

DR

D

نيرو در وضعيت تخت فنر از رابطه زير تعئين می گردد:

)46-11 (3

2 2

1 0

4Eht

K D (1 )

Fتخت

ی بلويلفنر واشر 11-19شکل

ابعاد اصلی واشر بلويل 11-20شکل

Page 364: طراحی مکانیکی

364

ايج در شکل 11-43معادله ه ونت ر مکان بکار رفت -21برای نشان دادن تغئيرات نيرو با تغئياوت 11 ای متف رای نسبت ھ ده است. h/tب يم ش ا برحسب شرايط وضعيت ترس ی ھ ن منحن اي

فوالدی بلويل ھنجار شده است. تخت فنر

اوت – مشخصه نيرو 11-21شکل ای متف رای نسبت ھ ل ب . h/cتغئير مکان ھنجار شده برای فنر بلوي

انجام شده است. 0.3μ=و E=207GPaمحاسبات با در نظر گرفتن

زايش نيرو تغئير مکان نزديک به مشخصه ، 0.4برابر h/tبرای نسبت ا اف خطی می باشد. بh/t رای نسبت ردد. ب ر خطی می گ ده ای غي ن مشخصه بصورت افزاين ر h/tاي 1.414براب

دارھای رای مق ردد. ب ر از h/tناحيه ای با نيروی تقريبا ثابت ايجاد می گ منحنی 1.414بزرگتر مک يش از يک تغئي ه ب د منجر ب روی معينی می توان ان ممکن ھا دونمائی می شوند يعنی ني

رار گردد. ا جھت ديگرق اين فنر پس از نصب در حالت تخت ، با نيروی اندکی در يک جھت يا ل ب می گيرد. انحراف نيرونسبت به نيروی در وضعيت تخت با تغئير مکان برای يک فنر بلوي

dR 2 وh/t=1.414 ن شکل ، 11-22در شکل روی ايجاد نشان داده شده است. وفق اي نيه وضعيت h/t=1.414شده در حالت ا نسبت ب ر مکان ھ ه تغئي ل ھنگامی ک ر بلوي در يک فن

ردد. %10باشد ، در محدوده %145تا %55تخت بين ع می گ روی وضعيت تخت واق نير مکان باشد ه تغئي ن دامن ابتی در اي ن مشخصه در صورتی که ھدف، تامين نيروی تقريبا ث ،اي

مفيدی می باشد.

dRدر فنر بلويل در حول وضعيت تخت آن. خطای نسبی در نيروی ثابت 1-22شکل 2، h/t=1.414

Page 365: طراحی مکانیکی

365

نش نش ت رين ت ردد. بزرگت ی آن متمرکز می گ ی و بيرون ه قطرھای درون ل در لب ر بلوي در فنوده ودر اری ب وژر فش ی طرف ک عاع درون نش ش اودارای ت ا روی طرف ک ه ھ د. لب ی دھ خ م

ورتن( 11-49و 11-48کششی بوده وبا معادله ھای ا از ن ه ھ ن معادل ) 1996بيان می شوند. اي نقل شده اند.

)47-11 (c 2 32 2

1 0

4EK h K t

K D (1 ) 2

)48-11 (ti 2 32 2

1 0

4EK h K t

K D (1 ) 2

)49-11 (to 4 52 2

1 0

4EK h K t

K D (1 ) 2

که در اين معادله ھا :

)50-11 (d1

d d

6 R 1K 1

ln R ln R

)51-11 (d3

d

6 R 1K

ln R 2

)52-11 ( d d d d4 2

d d

R ln R (R 1) RK

ln R (R 1)

)53-11 (d5

d

RK

2(R 1)

رار دادن آن تغئير مکان بيشينه يک فنر بلويل تکی م ق ا رويھ وان ب کوچک می باشد. ليکن می ت

ق شکل ی، وف ا بصورت ترکيب ان ھ 11-23ھ ر مک ن تغئي ر اي ود. اگ ری حاصل نم ای بزرگتی فنرھا بصورت سری روی ھم قرار گيرند نيروی کل ل تکی وارد می شود ول ھمانند فنربلوي

ده شوند، م چي وازی روی ھ ا بصورت م ن فنرھ تغئير مکان ھا با ھم جمع می شوند. چنانچه ايم جمع می شوند ا ھ ا ب رو ھ . ترکيب سری و تغئير مکان کل برابر تغئير مکان فنرتکی ولی ني

از ل ني ر بلوي موازی نيز امکان پذير می باشد. بايستی توجه نمود که پشته ھای ساخته شده از فنه ای از سوراخ به نوعی تکيه گاه دارند که اين با چيدن آن ھا درون يک سوراخ ويا باعبور ميل

کاھش می کاکاصطھای متوالی آن ھا محقق می گردد. ليکن اين روش بار موجود را بلحاظ دھد.

اده h/tطراحی يا انتخاب فنر بلويل برای ھر کاربرد معينی به قطر ونسبت وع م ه ن ين ب وھمچند –ای بستگی دارد که مشخصه نيرو ن فراين د. در اي ورد نظر را حاصل می کن تغئير مکان م

Page 366: طراحی مکانیکی

366

ردد و نس اده ای انتخاب می گ دا ، م د. در ابت ذير می باش اب ناپ بت اجرای روش تکراری اجتندارھای نسبت ر h/tھای قطری بر اساس محدوديت ھای موجودپيشنھاد می شود و مق رای فن ب

تکی يا ترکيبی از فنر ھا پيشنھاد می گردد.

موازی –) سری c) سری (b) موازی (aترکيب ھای پشته سازی شده از فنرھای بلويل ( 11-23شکل

ای بل ر ھ ی فن لدر طراح ی در ،وي روی خاص امين ني رای ت از ب ورد ني خامت م رآورد ض ب

راردادن ا ق ت فنرب عيت تخ 1Kو E=207GPa ،μ=0.3وض 0.69 ه 11-46در معادل بصورت زير مفيد می باشد.

)54-11 (0.252

0 flat1 D F t

1072 h / t

وق ، ه ف ا وضعيت تختm ، (h )(ضخامت tدر رابط ان ت ر مک ی m ، (0Dتغئي قطر بيرون

)m و (flatF ) باردر وضعيت تخت فنر برحسبN .می باشد ( ارائه شده است. 11-6در جدول DIN 6796ابعاد برای انتخاب فنرھای بلويل وفق استاندارد

اد الزم 11-6جدول ه وفق استاندارد ابع ل ک ر ھای واشری بلوي رای انتخاب فن والد DIN 6796ب از ف

.شوندساخته DIN 17222فنری

hنيروی وارده در وضعيت تخت فشرده ومتناظر با دوبرابر مقدار محاسبه شده در تغئير مکان * t .می باشد

.DIN 6796ری آزمايشی طبق ** نيروی آزمايشی وارده برای بارگذا

Page 367: طراحی مکانیکی

367

11-4مثال

ر يک 200فنر بلويل برای تامين نيروی ثابتی براب 10N ر مکان ورد 0.3mmدر تغئي مر ، 62mmنياز می باشد. اين فنربايستی در سوراخی به قطر ن فن رای ساخت اي نصب گردد. ب

uts فوالد فنری کربنی با 1700MPa .پيشنھاد شده است

حل :

وراخ، واره س ر ودي ين فن وچکی ب ای آزاد ک امين فض ان ت رای امک ر ب ی را براب ر بيرون قط60mm .فرض می کنيم

در نظر گرفته می شود. 1.414برابر h/tبرای تامين نيرويی ثابت ، نسبت زان تغئيرات نيرو ه مي ر مکان ھای %5 ب ه ای مناسب از تغئي ا انتخاب دامن وان ب را می ت

ين 11-22مجاز وفق شکل ا ب ر مکان ھ ود. اگر تغئي ر مکان 135و 65تامين نم درصد تغئيی ل م رو حاص ورد ني وب در م ورت رواداری مطل د ، در اينص دود گردن ت مح عيت تخ وض

ز، دروضعيت تخت رخ می دھ 200Nگردد. نيروی نامی ار کردن در طرفين مرک د و فنربا ک تامين می نمايد. N 190و N210نيروی مشابه ای را بين

داريم: 11-54از معادله

0.25 0.252 2

0 flat

4

1 D F 1 0.06 200t

1072 h / t 1072 1.414

7.88 10 m

=1.114 mm 0.788 × t = 1.414 ،h= 1.414

ابرند با :تغئير مکان ھای بيشينه وکمينه بر

min

max

0.65h 0.65 1.114 0.724mm

1.35h 1.35 1.114 1.504mm

maxاختالف تغئير مکان ھا در اين دو حالت min از ورد ني ر مکان م ه تغئي بزرگتر از دامن

می باشد بنابراين رواداری نيرويی می تواند تامين گردد. ای ه ھ ی 11-50و 11-44از معادل 1K، 11-53ال 0.689 ،2K 1.220 ،

3K 1.378 ،4K 1.115 5وK 1. c، 11-47از معادله 840MPa ti، 11-48از معادله 355MPa to، 11-49از معادله 658MPa

حاصل می گردد.ائی ( ا مقاومت کششی نھ اده ای ب ای م دوده مقاومت ھ ا بخوبی در مح نش ھ ن ت ر utsاي ) براب

1700MPa .می باشند

Page 368: طراحی مکانیکی

368

نتايج 7-11

ا ي دراين فصل عملكردومشخصه ه شد. روش دامنه اي از فن آوري ھاي مربوط به فنرھ ارائاي طراحي بصورت اجم اي ھ اري ، كششي وپيچشي ، فنرھ ارپيچي فش اي م راي فنرھ الي ب

ه راي ھم ه ب رار گرفت. روش طراحي واحدي ك ورد بحث ق ل م شمش وفنرھاي واشري بلويم نبودهانواع فنرھا مناسب باشد موجود ه پارامترھاي مھ ن فصل ھم ذكور در اي وروش ھاي م

ت محيط ات زيس اھري ومالحظ كل ظ ه ، ش د ھزين ي را مانن ت. طراح داده اس ش ن ي را پوشرين راه بھينه سازي روندي درجھت به طراحي فنرھا بدون استثناء ه بھت ل ب راي ني ده وب بدل ش

نياز به مصالحه اي بين پارامترھاي متفاوت مي باشد. ،حل

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی

کتاب ھا ومقاله ھا

استانداردھا:

Page 369: طراحی مکانیکی

369

Page 370: طراحی مکانیکی

370

كاروتمرين

ارپيچي 1-11 اري م ر فش ك فن روي ي ال ني راي اعم ه طول 400Nب ه ب امي ك 140mmھنگا باشد. 160Nبايستي واردهنيرو 170mm. در طول استنياز ، موردفشرده شده باشد فنري ب

وده وطول عمر 33mmقطر متوسط نامي ا سيكلي آھسته ب اربردي ب ن ك پيشنھاد شده است. اياري 000 150 ينه ك اي بيش د. دم ي باش از م ورد ني يكل م 60س C تي ه بايس ت. چنانچ اس

تعئين كنيد. رامناسب براي اين كاربردبكار رود ، قطرمفتول ASTM A232استاندارد روي 2-11 ال ني ه طول 3800Nيك فنر فشاري مارپيچي براي اعم ه ب 230mmھنگامي ك

ري 2600Nنيرووارده بايستي 270mmفشرده شده باشد، مورد نياز است. در طول باشد. فنامي ا قطر متوسط ن ته 65mmب يكلي آھس ا س اربردي ب ن ك ده است. اي نھاد ش وده وطول پيش ب

50سيكل مورد نياز مي باشد. دماي بيشينه كاري 000 450عمركلي C است. چنانچه بايستي بكار رود ، قطرمفتول مناسب براي اين كاربرد را تعئين كنيد. ASTM A232استاندارد

روي 3-11 ال ني راي اعم ارپيچي ب ر م ك فن ول 360Nي ال 210mmدر ط روي واعم ني

240N 230در طولmm اربرد را مشخص ن ك راي اي ر مناسبي ب د. فن از مي باش ورد ني م نمائيد.

Page 371: طراحی مکانیکی

371

روي 4-11 ال ني راي اعم ارپيچي ب ر م ك فن ول 2000Nي روي 200mmدر ط ال ني واعم1500N 250در طولmm اربرد را مشخص ن ك راي اي ر مناسبي ب از مي باشد. فن ورد ني م

نمائيد. ر يک فنر 5-11 ابتی براب روی ث 50بلويل برای تامين ني 5N ر مکان 0.2mmدر تغئي

ن 40mmمورد نياز می باشد. اين فنربايستی در سوراخی به قطر رای ساخت اي ردد. ب نصب گutsفنر ، فوالد فنری کربنی با 1700MPa .پيشنھاد شده است

ر 6-11 ابتی براب روی ث 10يک فنر بلويل برای تامين ني 1N ر مکان 0.15mmدر تغئي

ن 16mmمورد نياز می باشد. اين فنربايستی در سوراخی به قطر رای ساخت اي ردد. ب نصب گutsفنر ، فوالد فنری کربنی با 1700MPa ھاد شده است.پيشن

روي يك فنر مارپيچي براي 7-11 ا ني از است ت ورد ني را در 975Nوسيله بازي پرش پوگو م

روي 140mmطول ر 220mmرا 300Nوني اده فن ه م د. در صورتي ك امين كن ASTMتA232 مشخص نمائيد. انتخاب گردد ، فنرمناسبي براي اين كاربرد

ھدف ھای آموزشی حاصله

11- 2توانيد ابعاد اصلي يك فنر فشاري مارپيچي رامشخص کنيد؟ بخش آيا می

11- 3آيا می توانيد ابعاد اصلي يك فنر كششي مارپيچي رامشخص کنيد؟ بخش

معيني براي كاربرد را واشري بلويل آيا می توانيد ابعاد اصلي يك فنر

11- 6بخش مشخص کنيد؟

Page 372: طراحی مکانیکی

372

12 متصل كننده ھا وپيچ ھا

واع سنتي متصل كننده ار مي رود. ان د جزء بك وسيله ايست كه براي اتصال يا پيوند دو يا چن

وان . بعالوه چ ھا رپ ومھره ھا پيچ ھا ،متصل كننده ھا عبارتند از ا مي ت ا وچسب ھ جوش ھھدف از اين فصل معرفي انواع منتخب فن آوري ھاي را براي اتصال دائم بين اجزاء بكاربرد.

ديل حركت راي تب ه ب يچ ومھره اي ك ا مي باشد. در ضمن اتصال ھاي پ ه اتصال ھ وط ب مرب خطي كاربرد دارند نيز لحاظ خواھد شد.دوراني به حركت

اھداف آموزشي

درانتھاي اين فصل شما بايستي توانائي تعئين موارد زير را داشته باشيد : تاور پيچشي يچ و گش اي پ راي اتصال ھ ده ب م كنن ذاري ومحك يش از بارگ پ

مھره اي. حرکتیگشتاور ھاي پيچشي باال بر نده و پائين آورنده براي پيچ ھاي. ارگذاري ايمن براي انواع اتصال ھاي پرچي.ب ساده. روی ھمضخامت يا ميزان ھم پوشاني براي جوش

مقدمه اي بر روش ھاي اتصال دائم وموقت 1-12

ه ، در در طراحي محصوالت صنعتي ضرورت اتصال اجزاء راي نمون د. ب يش مي آي مكررا پرفته است. فن آوري ھاي متصل ميليون متصل كننده بكار 2.5بيش از 747ھواپيماي بوئينگ

ود. شيوه ھاي جاريكننده ھا را ھمچنين مي توان بعنوان مشخصه اصلي در طراحي تلقي نمدان ه در شرايط بازرسي ظاھري وسريع، فق ه نحوي است ك اتصال اجزاء دربدنه خودروھا ب

ا بسي ده ھ وع اتصال بين اجزاء بدنه خودرو به چشم مي خورد. فن آوري ھاي متصل كنن ار متنوده و ر متشكل ازب اي پيچي وغي ا ، اتصال ھ يم ھ ا ، لح ا ، زردجوش ھ ا ، جوش ھ چسب ھ

ن ي مي باشند. اصطكاكومتصل كننده ھاي ويژهبا ھدف ھاي پيچي ، متصل كننده بعضي از ايا در واعي از اتصال ھ روش ھا دائمي ودر برخي ديگر امكان جدا كردن اجزاء وجود دارد. ان

شان داده شده است.ن 12-1شكل عبارتند از:اتصال ھا بايستي رعايت شوند طراحي مالحظه ھائي در

.آيا اتصال بايستي دائمي باشد ويا موقتي .ھزينه .بارگذاري در اتصال ھا يا پيچ ھا واجزاء مربوطه .طول عمر .ابزار .مونتاژ ونصب .رواداري ھا .زيبائي ظاھري

Page 373: طراحی مکانیکی

373

.اندازه .خوردگي

ا در بخش 12-3تي در بخش حرک ، پيچ ھاي 12-2پيچي در بخش متصل كننده ھاي رچ ھ ، پو جوش ھا ومطالب مربوط به زرد جوش ولحيم ھا در بخش 12-5،چسب ھا در بخش 4-12 معرفي و مورد بحث قرار مي گيرند. 6-12

ھا بعضی از انواع اتصال 12-1شکل

متصل کننده ھای پيچی 2-12

ه ين اجزاء وقطع وده واتصال ب انواع متعددی از متصل کننده ھا موجودند که از پيچ استفاده نما ه ب ارپيچی است ک ه م ی ، دندان ای پيچ ده ھ زء اصلی متصل کنن د. ج ی نماين امين م ا را ت ھ

ه ردد. دندان ره می گ ه جھت چرخاندن پيچ سبب پيشرفت پيچ بداخل جزء يا مھ يچ بسته ب ھای پق شکل ا طب ه ھ رای پيشرفت دندان وب ب رد می 12-2دوران مطل ا راست گ رد وي ا چپ گ ، ي

ند. رای باش رد ب ه ھای چپ گ ی دندان د ول اربرد بيشتری دارن رد ک ه ھای راست گ معموالدندانيچ وواژه ھای تخصصی مربوطه کاربردھای تخصصی بکار می روند. جزئيات دندانه ھای پ

ذکر شده است. 12-1نشان داده شده ودرجدول 12-3شکل در

) پيچ چپ گردb) پيچ راست گرد (a( 12-2شکل

Page 374: طراحی مکانیکی

374

پيچ ھا بکار ميرود صيفواژه شناسی تخصصی که برای تو 12-3شکل

واژه شناسی پيچ 12-1جدول واژه

توضيح

گام

قطر بيرونی

قله

پايه

پھلو

قطر پايه

قطر موثر

ھادی

گام پيچ عبارتست از فاصله بين دو نقطه روی دندانه ھای مجاور. اندازه ھا بايستی در امتداد موازی محور پيچ گرفته شوند.

ری است که روی قله ھا ی دندانه ھا قطر بيرونی يا قطر بزرگ قط

در جھت عمود بر محور پيچ اندازه گيری می شوند.

قله بلند ترين نقطه دندانه بيرونی ويا درونی می باشد.

پايه در ته شيار بين دو دندانه مجاورقرار دارد.

پھلوی يک دندانه دامنه راست پيچ بين پايه وقله می باشد.

يا قطر ھسته مرکزی دندانه که درجھت قطر پايه يا قطر کوچک عمود بر محور پيچ اندازه گيری می شود.

روی آن پھنای فاصله ھا مساوی پھنای قطر موثر قطری است که

دندانه ھا وبرابر نصف گام می باشد. اين قطر در جھت عمود بر محور پيچ اندازه گيری می شود.

. می باشدھادی پيچ حرکت محوری پيچ درطی يک دوران پيچ

د. ر می کنن تانداردھای مشخصی تغئي شکل ھای خاص دندانه ، زاويه مارپيچ وغيره برطبق اس

د از : ج عبارتن تانداردھای راي تاندارد UNSاس ری(اس ای ملی س يچ ھ ه پ کل) و دندان متحدالشل 60. در ھردو استاندارد مذکور، زاويه پيچ ISOھای پيچ ی قاب ه می شود ول در نظر گرفت

ده است. در 12-4در شکل ISO متريک تبديل نمی باشند. شکل وابعاد دندانه پيچ نشان داده شيچ ھای اده پ ر وم ابع ISOعمل ، پايه مھره وقله پيچ درگير با آن گرد می شوند. دندانه ھای ن ت

ات آن ذکر ش BS 3643رواداری ھای توليدی می باشند که در يچ ھای سری جزئي ده است. پ

Page 375: طراحی مکانیکی

375

تاندارد ز ISOدرشت و پيچ ھای سری ريز در اس ی سری ري د ول وده تعريف شده ان ر ب گرانتل دسترسی نباشند. جدول دگان قاب ع کنن ه توزي دازه ھای 12-2وممکن است به آسانی از ھم ان

ا ی سری درش ره ھ ره ومھ ا استاندارد برای انتخاب پيچ ھا ی مھره دار، پيچ ھای بدون مھ ت بمشخص می شوند Mبا حرف ISOرا ذکر نموده است. پيچ ھای سری متريک گوشسرشش

M6که قطر نامی وگام بدنبال آن ذکر می گردد، مانند 1.5 .

ISOپيچ متريک 12-4شکل

دول ب 12-2ج اد منتخ ک ابع ق متري ای دقي يچ ھ اب پ رای انتخ ق ISOب ی وف ر شش وجھ ا س ب

BS 3692 : 1967استاندارد

ه منظور ا ب ادا وامريک ا ، کان يچ اصال از کشورھای بريتاني ای پ ه ھ د الشکل دندان امانه متح سه واع دندان فراھم نمودن استاندارد مشترکی که در اين سه کشور بکار رود، ناشی شده است. ان

Page 376: طراحی مکانیکی

376

ای د از سری متحدالشکل ھ د عبارتن ی باش تفاده م ورد اس ه بصورت رايجی م د الشکل ک متحام UNCدندانه ھای گام درشت ( ه ھای گ ا ) و سری متحدالشکل دندان ز( ظريف ي ). UNFري

ای ه ھ ه دندان وط ب اد مرب ای UNFو UNCابع دول ھ ت. 12-4و 12-3در ج ده اس ه ش ارائاد خاصی ا نم کل ب ای متحدالش ه ھ يچ دندان رای پ ثال ب ود م ی ش ه صورت " 1/2مشخص م ب

1/2in,13UNC " 1/2" يا in, 20UNF ا ه مشخص ظريف " بسته به درشت ي ودن دندان ب می گردد.

ابعاد پيچ ھای استاندارد امريکائی 12-4جدول ابعاد پيچ ھای استاندارد امريکائی 12-3جدول UNFبرای پيچ ھای UNCبرای پيچ ھای

يچ ا ، پ ره ھ يچ ومھ وده وشامل پ تعداد و تنوع متصل کننده ھای پيچی موجود بسيار گسترده بيچ ھای ماشينی در واع پ ھای ماشينی ، پيچ ھای تنظيم وپيچ ھای ورق ھای فلزی می باشند. ان

نشان داده شده اند. 12-5شکل ی می نوعی در انواع با چنين ت متصل کننده ھای پيچی ، انتخاب نوع مناسبی برای کاربرد معين

تواند زمان بر باشد. ه وسيع روی فشاری در ناحي ع ني ه منظور توزي واشرھا يا در زير سر پيچ ويا مھره يا ھردو ب

وع واش رين ن د. ساده ت ھارتری وتامين سطح تکيه گاه مناسبی برای دوران مھره بکار می رونواع ه ، ان ديسک ساده ای با سوراخی در مرکز آن است که پيچ از آن عبور می نمايد. با اين ھم

ه دارای موجود می باشند بسيار زيادی از واشرھا با ويژگی ھای متعدد مانند واشرھای قفلی کام فشرده شدن ه ھنگ ازادبرامدگی ھايی است ک ايی م وده وامکان ، نيروھ ر مجموعه وارد نم ب

واع مختلف واشرھا در شکل شل نشان 12-6شدن مجموعه در حين کا را منتفی می نمايند. ان داده شده است.

انتخاب ھر متصل کننده خاصی بستگی به بسياری از معيارھای متفاوت مانند موارد زير دارد:

Page 377: طراحی مکانیکی

377

.مقاومت در دمای کار کرد مورد نظر وزن ھزينه مقاومت در برابر خوردگی خواص مغناطيسی ول عمر قابل انتظارط مالحظات مربوط به مونتاژ و مجموعه سازی

ه (a( :انواع پيچ ھای ماشينی 12-5شکل يچ سر خزان يچ سر نيمگرد تخت () b) پ ) cپ

ی ( ه عدس ر خزان يچ س ی (dپ توانه عدس يچ سراس ی (e) پ ر عدس يچ س ر f) پ يچ س ) پيچ iپولک دار( ) پيچ سر شش گوشh) پيچ سر شش گوش (gنيمگرد( سر شش گوش ) پ

شکاف دار

انواع واشرھا 12-6شکل

Page 378: طراحی مکانیکی

378

ذاري مي شوند واره در حالت كششي بارگ يچ نشان متصل كننده ھاي پيچي ھم ه پ راي نمون . بم شدن كه براي محكم نمودن يك اتصا 12-7داده شده در شكل ا محك ل فلنجي بكار رفته است. ب

ده ه مقاومت متصل كنن متصل كننده ، كشش در پيچ افزايش مي يابد. ممكن است تصور شود كه د ك ھاي پيچي با سطح داراي قطر كوچكتر آن ھا محدود گردد. ليكن آزمايش ھا نشان مي دھن

ااستفاده ازمقاومت كششي با وچكتر وقطر گ ر تعريف م باشد سطحي كه متوسط قطرھاي ك بھت مي شود.

اتصال فلنجي 12-7شكل

)1-12 (2

t p rA (d d )16

: UNS براي پيچ ھاي

)2-12 (r

1.299038d d

N وp

0.649519d d

N

ISOبراي پيچ ھاي

)3-12 ( pd d 0.649519p

و)4-12 (rd d 1.299038p

در يك پيچ برابر است با:تنش ناشي از بارگذاري كششي

)5-12 ( t

t

F

A

Page 379: طراحی مکانیکی

379

ا يھنگامي كه مھره اي با پيچبنظر مي رسد از نظر تئوري ه ھ ه دندان درگير مي شود ھم

ا در ي ھ ي دقت يكن بلحاظ ب د . ل ذاري شركت مي كنن ند در بارگ اس مي باش ه در تم ي ك ي ھاي اوليه تحمل مي گردد.توسط يك جفت دندانه واردهفواصل دندانه ھا عمال ھمه بار

ن باعث پيچ ھا معموال ه اي با اعمال گشتاور پيچشي به سر پيچ يا مھره ، محكم مي شوند كه كشش پيچ مي گردد. نتيجه اين كشش ايجاد تنشي در پيچ مي باشد كه به آن بارگذاري اولي

ر دازه گي دارد. ان ي گشتاور گفته مي شود ونيروئي است كه اجزاء را بيكديگرمتصل نگھميتاور سنج ا گش ر)(ت پيچشي ب اژ رك مت بتا آسان در حين مونت ا ، نس يله غالب ن وس وده واي ب

ه ذاري اولي نش بارگ رد. ت رار مي گي ورد استفاده ق يچ م اد بعنوان شاخصي براي تنش پ زيمحكم نگاه داشتن پيچ ھا مقاومت اتصال ھا افزايش داده ، براي ايجاد مقاومت برشي براي

ر خستگي اتصال ھاي پيچي را بين قطع د و مقاومت در براب ات اصطكاك ايجاد مي نماياربرافزايش مي دھد. ا قابليت ك راي اتصال ھاي ب مجدد يبارگذاري اوليه توصيه شده ب

از رابطه زير تعئين مي گردد: )6-12 (i t pF 0.75A

ز رابطه زيرمحاسبه مي گردد:اگذاري با ر اين ال ھاي دائميو براي اتص

) 7-12 (i t pF 0.9A

ا ، ه ھ ن رابط ه در اي يچ ( tAك ي پ نش كشش طح ت يچ مقا 2m ، (pس ي پ ت قطع وم

)2N / m( مي باشد . و توسط سازندگان ,SAE J1199خاصيت ھاي مواد براي پيچ ھاي فوالدي در استاندارد

پيچ مھره تدوين شده است. وان از اده اي در دسترس نباشدآن را مي ت راي مقاومت قطعي م اگر اطالعات تفصيلي ب

رابطه زير برآورد نمود. )8-12 (p y0.85

راي ه ، گشتاور الزم ب ذاري اولي ين بارگ رآورد مي بستنپس از تعئ ر ب يچ از رابطه زي پ

گردد: )9-12 (iT KFd

داري ثابت ، Nm ،(Kگشتاور وارده توسط آچار ( Tدر اين رابطه ، ذاري iFمق بارگ ) مي باشد. mقطر نامي پيچ( d) و Nاوليه (ل تفصيلي Kمقدار ا تحلي بستگي به ماده واندازه پيچ دارد. در غياب داده ھاي سازندگان ي ھا تعئين نمود.براي انواع مواد واندازه ھاي پيچ 12-5را از جدول Kن مقدار مي توا

Page 380: طراحی مکانیکی

380

جھت تعئين بارالزم براي محكم كردن پيچ ھا Kمقدار ثابت 12-5جدول

12-1مثال اربري مجدد يچ ، براي كاربردي با قابليت ك اده انتخاب شده است. M10پ نش قطعي م ت

ر ود براب اخته ش ربن س م ك والد ك ه از ف يچ ك ن پ ه 310MPaاي ذاري اولي د. بارگ ي باش م توصيه شده روي اين پيچ وگشتاور پيچشي الزم را تعئين كنيد.

حل

مي باشد. 1.5از سري درشت برابر M10گام الزم براي پيچ 12-2از جدول

pd 10 0.649519 1.5 9.026mm

rd 10 1.226869 1.5 8.160mm

2 2

tA (9.026 8.16) 57.99mm16

، بارگذاري اوليه توصيه شده برابر است با:براي اتصال با كاربري مجدد

i t pF 0.75A 13.48kN

ن K=0.2، 12-5از جدول راي بستن اي يچ عبارتست حاصل مي گردد. گشتاور الزم ب پ از:

3

iT KFd 0.2 13.48 10 0.01

26.96Nm

ه ا ب ه ھ ا اتصال اجزا و قطع ره ھ ا ومھ يچ ھ کاربرد اصلی متصل کننده ھای پيچی مانند پ

چنانچه تنش .يکديگرمی باشد. در چنين شرايطی پيچ ھمواره در حالت کششی کار می کندده توسط آنشودھا از تنش ھای حدی ماده بيشتر ن ه ھای متصل ش د ،ھم پيچ وھم قطع مانن

ار کشسان رفتار می کنند. اگر باریاعضای ر از ب ه بزرگت ردد ک بر اتصال پيچی وارد گار يچ ب ا کشش پ ردد. ب ل گ متصل کننده باشد در اين صورت رفتار اين اتصال بايستی تحلي

يچ ر پ ار وارده ب د. اگر از فشاری روی اتصال کاھش می يابد وبخشی از ب تخفيف می يابيچ بسيار د تیفسپ ی مانن تن عضو منعطف م بس رای بھ کتب ود بخش کس تفاده ش ی اس نرم

ه بزرگ نيروی مازاد که بيشتر از بار اتصال می باشد توسط پيچ تحمل شده وپيچ بايستی بين اتصالی د. چن ازادی را تحمل نماي نحوی طراحی گردد که نيروی اتصال وھر نيروی م

بتا منعطف را می ت ا اتصال نس رپيچ در مقايسه ب يکن اگ وان اتصال نرم طبقه بندی نمود. ل

K شرايط

اينچ ساخته شده از فوالد نرم 1تا 1/4پيچ ھاي از پيچ ھاي فوالدي سياه آبكاري نشده

ري روي شدهپيچ ھاي فوالدي آبكا پيچ ھاي فوالدي روانكاري شده

پيچ ھاي فوالدي آبكاري كادميوم شده

0.2 0.3 0.2 0.18 0.16

Page 381: طراحی مکانیکی

381

باشد در اين صورت نقريبا ھمه بار خارجی وارده بدوا برای کاھش نيروی اتصال صرف می گردد تا اين که اجزا از يکديگر جدا شوند. در اين حالت پيچ ھمه بار خارجی را تحمل

اتصال سخت ناميده می شود.با عنوان می نمايد. اين نوع اتصال رم ين دو حالت حدی اتصال ھای سخت ون د. اتصال ھا معموال در عمل ب رار می گيرن ق

وعی سخت دارای س ده در يک اتصال ن يچ می فاجزای متصل ش ر پ ی سه براب تی تقريبا تقسيم می توسط پيچ واجزای متصل شده وفق سف باشند. بار خارجی وارده تی نسبی آن ھ

را مدل سازی نمود. ھا ود که با رابطه زيرمی توان آنش

)10-12 ( bb i e

b c

kF F F

k k

)11-12 (cc i e

b c

kF F F

k k

يچ برحس bFدر رابطه ھای فوق ، ائی در پ روی نھ روی N ، (iFب (ني ه اتصال ني اولي

)N، ( eF روی ارجی وارده (ني له N، ( cF )خ زای متص ائی وارده براج روی نھ ) Nني،bk )سفتی پيچN/m و ( ck سفتی ا) جزای متصلهN/m( .می باشند

12-2مثال ائی ه شش ت ای يک مجموع يچ ھ ده M8از پ روی متصل کنن امين ني رای ت ين 20kNب ب

ار اضافی ر ب راين اتصال تحت اث ه است. اگ د از 18kNدوقطعه در ماشينی بکار رفت بعين 8.5kNبار گذاری اوليه ا تعئ يچ ھ ا را در پ نش ھ رد، ت رار گي يچ ق د. به ازای ھر پ کني

اده سفتی قطعه ھای متصله را می توان سه برابر سفتی ماده پيچ فرض نمود. تنش قطعی م می باشد. 310MPaپيچ که ازفوالد کم کربن ساخته شده برابر

حل

cبا در نظر گرفتن bk 3k

b bb i e i e

b c b b

i e

k kF F F F F

k k k 3k

1 18000/ 6F F 8500

4 49250N

c bc i e i e

b c b b

i e

k 3kF F F F F

k k k 3k

3 3(18000/ 6)F F 8500

4 46250N

Page 382: طراحی مکانیکی

382

د. سطح cFاز انجائی که اقی می مان بزرگتر از صفر می باشد اين اتصال بسته و محکم ب را می توان بشکل زير تعئين نمود: M8تنش کششی برای پيچ

pd 8 0.649519 1.25 7.188mm

rd 8 1.226869 1.25 6.466mm

2 2

tA (7.188 6.466) 36.61mm16

تنش در ھر پيچ برابر است با:

b

6

t

F 9250252.7MPa

A 36.61 10

بوده و بنابراين اين پيچ ھا ايمن می باشند. درصد تنش قطعی 82اين تنش

حرکتیپيچ ھای 3-12

ديل حركت حرکتیپيچ ھای راي تب ز شناخته مي شوند ب ادي ني يچ ھاي ھ وان پ ه عن ه ب كمناسب دوراني به حركت خطي بكار مي روند. اين پيچ ھا با داشتن اندازه ھاي دندانه ھاي

ن بوده ومي توانند بارھاي بزرگي را باالببرند. زياديداراي مزيت مكانيكي كاربردھاي اياي پيچي و د از جك ھ ا عبارتن يچ ھ وع پ دي ن اي تولي ين ھ ازوكارھاي پيمايشي در ماش س

ا ده ھ يچ ھاي متصل كنن ه ھاي پ ابه دندان ا داراي شكل ھاي مش يچ ھ وافزار. اگرچه اين پتاندارد د اس ك مانن اي ISOمتري ري ھ ي س ند ول ي باش ث UNFو UNCم ق مبح طب

مقاوم نمي باشند. در عوض شكل ي بقدر كافي حرکتبراي كاربرددر پيچ ھاي 12-2بخشه شكل ھاي اره ای وھاي دندانه ھاي مربعي ، ذوذنقه اي -8توسعه و استاندارد شده اند ب

یتاندارد پيچ ھاي مراجعه كنيد. بعضي از ابعاد اصلي براي اس 12-10تا 12 ه حرکت دندان ذكر شده است. 12-6) در جدول Acmeذوذنقه اي (

دندانه مربعي 12-8شكل

Page 383: طراحی مکانیکی

383

Acmeدندانه ذوذنقه اي يا 12-9شكل

يا باترسدندانه اره ای 12-10شكل )Acmeابعاد اصلي دندانه ھاي ذوذنقه اي ( 12-6جدول

Page 384: طراحی مکانیکی

384

دگي ل كنن ود قف ال خ ا اعم يچ ب ه در آن پ رايطي است ك ر ش ان گ ي بي اي حركت يچ ھ در پيچ نيروي محوري بر مھره نمي توا را پ د مي باشد زي التي بسيار مفي ن ح د. اي د دوران كن ن

ه نوبار خود باقي مي مان وضعيتھاي حركتي با قابليت خود قفل كنندگي در ن ك د مگر ايا از وارد گردد. ھا گشتاورپيچشي برآن راي خودروھ بعنوان مثال غالب جك ھاي پيچي ب

د. نوع خود قفل كننده مي باشند وھنگامي كه دسته آزاد با ائين حركت نمي كنن شد بطرف پد بطرف عقب ه مي توانن ايي است ك يچ ھ راي پ دگي ب ل كنن راي خود قف شرايط مخالف بيچ مي ر مھره باعث دوران پ رانده شوند. اين بدين معني است كه نيروي محوري وارده ب

ادگردد. كاربردي براي اين نوع پيچ ھا در پيچ گوشتي ھاي ي يانكي است كه دندانه ھاي ھره عمل مي رندروي بدنه اي دا وان مھ كه به نوك پيچ گوشتي متصل شده است. دسته بعن

يچ گوشتي را بحالت دوراني ب وك پ وده ون ه گردش نم ه فشرده شود بدن ه كند وھنگامي كديل گردش دي از تب ه عقب شكل مفي ده شدن ب در مي آورد. پيچ ھاي حركتي با قابليت ران

باشند. حركت خطي به حركت چرخشي مي ه در اطراف استوانه اي ود ك وان سطحي شيبدارتصور نم وان بعن يچ را مي ت يك دندانه په راي حالتي ك يچ حركتي ب ه پ ك دندان پيچيده شود و بشكل پيچ در آيد. نيروھاي وارده بر ي

نشان داده شده است. 12-11بار را باال مي برد ويا بار را پائين مي آورد در شكل

ار (aپيچ ھادي ومھره آن (تحليل نيروئي در محل تماس 12-11شكل ائين آوردن b) باال بردن ب ) پ بار

ناميده مي شود: ، راھنمازاويه تمايل سطح شيبدار ، زاويه

)12-12 (p

Ltan

d

ا ی مختصات طبق شکل در داد محورھ ا در امت -11حالت باالبردن بار ، مجموع نيروھ برابر است با: 12

)13-12 (xF 0 F f cos Nsin

F Ncos Nsin

بنابراين: )14-12 ( F N( cos sin )

ھمچنين:

)15-12 ( yF 0 Ncos f sin P

Ncos Nsin P

Page 385: طراحی مکانیکی

385

بنابراين:

)16-12 ( P

Ncos sin

ره می باشد. ضريب اصطکاک که در اين رابطه ھا، ضريب اصطکاک بين پيچ و مھ

در نظر گرفت. 0.15را می توان نوعا برابر حاصل نمود. Fمی توان عبارت الزم را برای 12-16و 12-14با حل توام معادله ھای

)17-12 (P( cos sin )

Fcos sin

برابر است باکگشتاورالزم برای باالبردن بار در امتداد دندانه پيچ

)18-12 (p p

s

d Pd ( cos sin )T F

2 2(cos sin )

ردن Lنوشتن اين معادله برحسب راھنما ی ا جايگزين ک ابراين ب مناسب تر می باشد بن

داريم: 12-18در معادله 12-12از معادله

)19-12 (p p

s

p

Pd ( d L)T

2( d L)

ه گشتاور ه ب د. گشتاور طوقه فشاری نيز ک د ،بايستی بحساب آي اصطکاکی کمک می کن پيچشی برای گرداندن اين طوقه فشاری با رابطه زير بيان می گردد:

)20-12 (cc c

dT P

2

ضريب اصطكاك در ياتاقان فشاري مي باشد. cقطر طوقه فشاري ، cdدر رابطه باال ،

بنابراين گشتاوركل براي باالبردن بار براي يك پيچ حركتي دندانه مربعي برابر است با:

)21-12 (p p cu c

p

Pd ( d L) dT P

2( d L) 2

ه در نتيجه گشتاو ار انجام داد ك ائين آوردن ب راي پ رپيچشي تحليل مشابه اي را مي توان ب

كل را دراين حالت به شرح زير حاصل مي نمايد:

)22-12 (p p cd c

p

Pd ( d L) dT P

2( d L) 2

Page 386: طراحی مکانیکی

386

ار Acmeبراي پيچ ھاي با دندانه ذوذنقه اي ( االبردن ب ) گشتاور پيچشي معادل در حالت ب عبارتست از:

)23-12 (p p cu c

p

Pd ( d Lcos ) dT P

2( d cos L) 2

و براي پائين آوردن بار :

)24-12 ( p p cd c

p

Pd ( d Lcos ) dT P

2( d cos L) 2

ان ر مك ا حاصلضرب گشتاور پيچشي وتغئي كار انجام شده روي پيچ حركتي برابر است ب

زاويه اي . براي يك دوران پيچ داريم : )25-12 (inW 2 T

كار حاصله براي يك دوران برابر است با: )26-12 ( outW PL

امانه تعريف مي ن س ه اي ار ورودي ب ه ك ار خروجي ب بھره اين سامانه بصورت نسبت ك شود :

)27-12 (PL

2 T

ه فشاري 12-23با جايگزيني گشتاور پيچشي از فرمول در وصرفنظر از اصطكاك طوق

داريم : Acmeفرمول بھره براي پيچ دندانه ذوذنقه اي،

)28-12 (p

p p

L( d cos L)

Pd ( d Lcos )

داريم: 12-12با ساده كردن رابطه فوق بكمك معادله

)29-12 (cos tan

cos cot

0براي پيچ دندانه مربعي ، بنابراين cos 1 :بنابراين

Page 387: طراحی مکانیکی

387

)30-12 (1 tan

1 cot

ا 2ي زاويه ھاي راھنماي بين دارا Acmeپيچ ھاي استاندارد ا فرض 5ت مي باشند. بين 0.15ضريب اصطكاك ره ب دم 36و 18، بھ ره ع ن بھ ردد. اي ي گ د حاصل م درص

ا وان ب ره ھاي بيشتررا مي ت ه ، بھ ن ھم ا اي د. ب يچ ھاي حركتي را نشان مي دھ مزيت پيچ ھاي كاھش اصطكاك و اربرد پ ن كارك ه يكي از راه ھاي اي حاصل نمود ومعلوم شده ك

مي باشد اگرچه اين نوع پيچ ھا ھزينه توليد را افزايش مي دھند.توپي اگر پيچي خود قفل كننده باشد:

)31-12 ( p

Lcos

d

يا )32-12 ( tan cos

cosبراي پيچ ھاي دندانه مربعي كه در آن ھا 1

)33-12 (p

L

d

يا )34-12 (tan

ود ه نم تي توج اي بايس ه ھ ه معادل ا 12-31ك ه 12-34ت ند ك ي باش ايي م يچ ھ راي پ بد ي توان اش م د ارتع اميكي مانن ذاري دين د. بارگ ده ان ذاري ش تاتيكي بارگ ورت اس بص

پيچ گردد. پس روياصطكاك موثر را كاھش داده ومنجر به راي اده مناسب ب يچ و انتخاب م ھمچنين در طراحي پيچ ھاي حركتي ، بايستي به كمانش پ

.مبذول گردد پيچ ومھره نيز توجه كافي

12-3مثال د. پيشنھاد از مي باش ورد ني يك پيچ حركتي خود قفل كننده براي نصب دريك جك پيچي م

ار محوري 5-1.25با شروع تكي Acmeاوليه كاربرد پيچ حركتي 4000Nمي باشد. بن است. گشتاورھاي پيچشي باالبرنده وپائين 1.75inوقطر متوسط طوقه ره اي آورنده وبھ

وامكان خود قفل كنندگي اين طراحي پيشنھادي راتعئين كنيد.پيچ حركتي حل

مي باشد.Pبرابر گام ، Lدنده با شروع تكي است، بنابراين راھنما ،

=Nدندانه در اينچ 5

Page 388: طراحی مکانیکی

388

1 1

P 0.2N 5

L 0.2 5.08mm

pd 1.15 29.21mm

cd 1.75 44.45mm

0.15با فرض ضريب اصطكاك لغزشي ريم:دا

حاصل مي گردد: 12-23گشتاور براي باالبردن بار با معادله

u

4000 0.02921T

2(0.15 0.02921 0.00508cos14.5)

( 0.02921cos14.5 0.15 0.00508)

0.044450.15 4000

2

3

4

0.01376 4.9182 1058.42 13.34

0.08884 7.62 1012.39 13.34 25.73Nm

قابل محاسبه می باشد. 12-24گشتاور برای پائين آوردن بار از معادله

3

d 4

0.01376 4.9182 10T 58.42 13.34

0.08884 7.62 105.765 13.34 19.11Nm

PL

2 T

4000 0.00508

0.2612 12.39

ηپيچ

4000 0.00508

0.1262 25.73

ηپيچ وطوقه

اين طراحی در صورتی خود قفل کننده است که :

Page 389: طراحی مکانیکی

389

p

L 0.00508cos cos14.5

d 0.02921

=0.05359

0.15از آنجائی که ،.بنابراين اين طرح خود قفل کننده می باشد

پرچ ھا 4-12

وم ساخته می ا آلومني پرچ ھا متصل کننده ھای بدون دندانه می باشند که معموال از فوالد ياده ای داخل م وده و ب اقه ب ا س ه ي شوند. آن ھا متشکل از سری از پيش شکل داده شده وبدنرچ را بصورت متصل که بايستی متصل گردد وارد گرديده وسر دوم که قابليت عملکرد پ

تنظيم ناميده می شود ھا که بنام وسيلهراھم می نمايد در انتھای آزادش با انواعی از کننده فد از تنظيم در شکل يش و بع داولی پ رچ مت وند. پ ده 12-12شکل داده می ش نشان داده ش

است.

پرچ متداول پيش وبعد از تنظيم 12-12شکل

رچ ا بپ ا ھ تی ھ ا ، کش ا ، ديگ ھ ا ھ زاء در ھواپيم ردن اج رای متصل ک کل رايجی ب ش

پرچ ھا بسيار ارزان تر از پيچ ومھره می باشند وديگر بدنه ھا بکار می روند. پوسته ھاورچ در ا قابليت نصب ھزاران پ اری ب رچ ک اربرد ماشين ھای پ ا ک ا ب وروند نصب آن ھ

ساعت بسھولت خودکار می شود. ل پرچ ھا از رنج قاب وم وب ی ، آلومني والد کربن د ف ذير مانن رم وشکل پ ھر نوع ماده فلزی ن

ساخت می باشند. انواعی از پوشش ھا برای بھبود مقاومت در برابر خوردگی موجود می وردگی روز خ اب از ب ت اجتن ب جھ ش مناس اده وپوش اب م افی در انتخ ت ک د. دق باش

يچ گالوانيک بايستی مبذول گردد. در حالت عموم ا پ ی در مقايسه ب دازه معين ا ان رچ ب ی ، پ معادلش دارای مقاومت کمتری می باشد.

وعی واع متن ه در ان ن دو طبق وع از اي دو نوع اصلی پرچ عبارتند از لوله ای وکور وھر نه يک طرف اتصال می از ب ه فقط ني ن است ک موجود می باشند. مزيت پرچ ھای کور اي

دی باشد . نوع ديگری از پرچ که دا وارد از نظر تولي رای قابليت کاربرد در بسياری از مرچ را دارد ن پ دارد. اي ده ن ، پيچ خود رانده است که نيازی به سوراخ از پيش مته کاری ش

وده االئی را سوراخ نم زی ب به ماده مورد ھدف با نيروی زيادی شليک می گرددوورق فلده ای گسترش و از آن خارج شده وبه درون ورق پائينی تحت تاثيرحد يده تغئير شکل دھن

می يابد تا اتصال را شکل دھد. رچ ، اده پ وع وم دازه، ن د از ان ا عبارتن رچ ھ ای الزم در طراحی ومشخصات پ پارامترھه رچ موجود می باشد ک ا پ وع اتصال اصلی ب ا. دو ن رچ ھ ين پ نوع اتصال ف و فاصله ب

م 12-13عبارتست از : اتصال رويھم و اتصال لب به لب(شکل ). در اتصال ھای روی ھ

Page 390: طراحی مکانیکی

390

دو قطعه با ھم پوشانی به يکديگر متصل می شوند، در حالی که در اتصال ھای لب به لب د رار می گيرن ه لب ق ه لب ب ه ای ک قطعه اضافی از ماده بعنوان پلی برای اتصال دو قطعده می شوند، ه برش تکی نامي بکار می رود. پرچ ھا در اثر برش از يک سطح مقطع کبرش از دو سطح مقطع که برش دوگانه ناميده می شوند وله شدگی دچار شکست وخرابی

می شوند.وده و ی ب ی بحران ر ايمن ا از نظ رچ ھ حيح پ اربرد ص ا ، ک ياری از کاربردھ رای بس بوط برکاربرد آن ھا استانداردھای ساختمانی حاکم می باشد. برای اطالعات وداده ھای مرب

اب رای من ا ب ه اتصال ھ تاندارد ب د اس تانداردھای مناسب مانن ه اس تی ب ا يس ار ب ع تحت فشASME .برای ديگ ھا مراجعه نمود

بعضی از انواع اتصال ھای پرچی 12-13شکل

ه فرض ھای آن ود ک اده ای طراحی نم اتصال ھای پرچی را می توان با کاربرد روش س ز:عبارتند ا

.بار توسط پرچ ھا بصورت مساوی حمل گردد شکست وارد نگردد. در جھتتنش ھای ترکيبی بر پرچ .تنش برشی در پرچ در سطح مقطع پرچ يکنواخت باشد رش ت ب رای شکست در حال ردد ب رش تکی باعث شکست می گ ه در ب اری ک ب

دوگانه بايستی دوبرابر گردد. ع تنش قابل تحمل در پرچ وورق در سطح ت صوير شده پرچ بصورت مساوی توزي

شود. يکنواخت باشد.ھا تنش کششی در مقطع فلز بين پرچ

ھا تنش مجاز برای پرچ ال ، عموما رای مث در استانداردھا ی مربوطه تعريف شده است. ب

تاندارد ر ASMEاس ا را براب رچ ھ ائی پ نش کششی نھ ا ت ورد ديگ ھ ، 379MPaدر مر و 303MPaتنش برشی نھائی 655MPaتنش فشاری نھائی يا تنش حدی تحمل را براب

ان ديگر 20 فھرست می نمايد. تنش طراحی معموال ه بي دارھا می باشد ، ب ن مق درصد اي می باشند. 131MPaو 60، 75تنش ھای کششی ، برشی وفشاری به ترتيب اعداد حدی

ر بيان می گردد:برای اتصال رويھم تکی ، بار کششی ايمن برپايه برش با رابطه زي

Page 391: طراحی مکانیکی

391

)35-12( r dL nA

ان می رويھم تکی برای اتصال ر بي ا رابطه زي نش فشاری ب ه ت ر پاي ار کششی ايمن ب ، ب

شود: )36-12 (b cL nA )37-12 ( bA td

برای اتصال رويھم تکی ، تنش کششی ايمن بر پايه تنش کششی طبق رابطه زير بيان می گردد:

)38-12 (p tL A

رچ N ، (rA )برابر بار ( Lدر رابطه ھای فوق، سطح تصوير 2m،(bAسطح مقطع پ

ا ( سطح مقطع pA) ، 2mجانبی پرچ ( رچ ھ ضخامت 2m ، (tورق ورق بين سوراخ پ

رچ m ،(d )(ورق ر پ ی m ، (d )قط از برش نش مج 2Nت / m ، (c از نش مج ت

2Nفشاری ( / mو (t تنش مجاز کششی )2N / m .می باشد ( ه اتصال پرچی از رابطه زير تعئين می گردد:بھر

η= حداقل بار ايمن ) 39-12(

مقاومت کششی نھائی مقطع بدون سوراخ

ای تاندارد ھ ا در اس رچ ھ – ANSI B18.1.2و BS 4620;1970روش انتخاب پا 12-7نوان نمونه در جدول ھای ذکر شده و بع 1972 يکن ، 12-10ت ه شده است. ل ارائ

ری وع وسيع ت دگان تخصصی درتن اده از سازندگان و عرضه کنن پرچ ھا بعنوان اقالم آما 12-7نسبت به مجموعه کوچکی که در جدول ھای ردد. 12-10ت ه می گ ده ارائ ذکر ش

تاندارد مربوطه م ه اس ی بايستی ب اربرد معين رای ھر ک ه محصوالت ب ه شود و دامن راجع سازنده مرتبط لحاظ گردد.

12-4مثال

را 300mmقطعه اي به طول اتصال پرچی بارھاي كششي ، برشي وفشاري ايمن وبھره/1تعئين كنيدكه از دو ورق به ضخامت 4 ا م تكي ب تشكيل شده و بصورت اتصال رويھ

د به يکديگر 16mmكاربرد شش پرچ به قطر د. فرض كني رچ شده ان سوراخ ھاي قطرپا ا مي باشند. مقدارحدي طراحي 1.5mmمته كاري شده براي پرچ ھ رچ ھ ر از پ بزرگت

ه وان ب ي ت اري را م ي وفش ي ، برش اي كشش نش ھ راي ت ب ب ر ترتي و 60، 75براب131MPa .در نظر گرفت

حل

برپايه برش برابر است با: Lبار كششي ايمن ،

Page 392: طراحی مکانیکی

392

2

6

r d

0.016L nA 6 60 10 72.34kN

4

بار ايمن كششي برپايه تنش فشاري از رابطه زير تعئين مي گردد:

استاندارد بريتانيائی پرچ ھای فورج گرم شده برای کاربردھای عمومی مھندسی 12- 7جدول

3 6

b cL nA 6 0.016 (1/ 4) 25.4 10 131 10

79.86kN

p بار ايمن برپايه تنش كششي با رابطه tL A .بيان مي گردد

برابر است با : ، pAسطح ورق بين سوراخ ھاي مته كاري شده

3 3

p

3 2

A 0.00635(0.3 6(16 10 1.5 10 ))

1.238 10 m

3 6

p tL A 1.238 10 75 10 92.85kN

L بار كششي ايمن حداقل اين سه مقدار مي باشد يعني : 72.34kN

Page 393: طراحی مکانیکی

393

3

6

72.34 100.51

0.00635 0.3 75 10

در صد است. 51بنابراين بھره برابر ورج سر 12-8جدول رچ ھای ف ائی پ تاندارد بريتاني رای کاربردھای عمومی مھندسیاس د شده ب

12-5مثال ل ل تحم ينه قاب ن بيش ه ای بارکششی ايم ری 1توسط قطع د مت ين کني ه بصورت را تعئ ک

ر لی براب ای اص ت و ضخامت ورق ھ ده اس رچ ش ه پ ب دوگان ه ل ب ب ال ل 15mmاتصر ھريک ودوورق پوششی ند. 8mm براب ر ردباش ر در ھ رچ ودر ھ ی شش پ ف بيرون ي

ر رديف درونی ھفت پرچ نصب می باشد. فرض 20mmشده اند. قطر ھمه پرچ ھا برابدار حدی 1.5mmکنيد قطر سوراخ ھای مته کاری شده ر باشد. مق از قطر پرچ ھا بزرگت

ر ب براب ه ترتي اری را ب ی وفش ی ، برش ای کشش نش ھ رای ت ی ب 60، 75طراح ھمچنين بھره اين اتصال را محاسبه کنيد. در نظر بگيريد. 131MPaو حل

ل يک طرف اتصال ضروری می ،در تحليل اتصال پرچی دوگانه بلحاظ تقارن فقط تحلي باشد.

Page 394: طراحی مکانیکی

394

دکمه ایسردکمه ای پھن ، سرابعاد پرچ ھای منتخب از استاندارد ملی امريکا : 12-9جدول لند ، سر مخروطی و سر تشتکیب

داد ايمن برپايبار کششی ا ضرب در تع رچ ھ داد پ ا تع ر است ب ه برش دوگانه پرچ ھا براب

نش برشی ھر سطح ھای برشی به ازای رچ ضرب در ت پرچ ضرب در سطح مقطع ھر پ مجاز.

r dL n 2 A

n = 6+7 =13

2

60.02L 13 2 60 10 490.1kN

4

b بار کششی ايمن برپايه تنش فشاری با رابطه cL nA .بيان می گردد

6L 13 0.02 0.015 131 10

510.9kN

Page 395: طراحی مکانیکی

395

منتخب از استاندارد ملی امريکا خزينه دارتخت وبيضی ابعاد پرچ ھای 12- 10دول ج

ابراين مجموع ضخامت ھای ورق ھای پوششی بزرگتر از ورق ھای اصلی می باشند، بن نمی باشد.نيازی به تحليل تفصيلی در اين جا

p برابر است با: تنش کششی پايهبار ايمن کششی بر tL A

p

2

A 0.015(1 6(0.02 0.0015))

0.01307m

6L 0.01307 75 10 980.3kN

ا برای تکميل اين تحليل رچ ھ ين پ ارگی ب ه سبب پ ايی ک در مقطع الزم است مجموع بارھ

ن ردد. اي رآورد گ ود ب ی ش ل م ا حم رچ ھ ی توسط پ ه در بخش بيرون ار ی ک ی و ب درونن خرابی مجموع بارھا بلحاظ اين محاسبه می شود که چنانچه اتصال دچار خرابی شود اي

بايستی در ھردو بخش بطور ھمزمان رخ دھد.

Page 396: طراحی مکانیکی

396

6

b cL nA 6 0.02 0.015 131 10

235.8kN

ر بار ک ين سوراخ ھای مقطع درونی براب ششی ايمن برپايه مقاومت کششی ورق اصلی ب است با:

p tL A

60.015(1 7(0.02 0.0015)) 75 10

955.7kN

1.191MNبرابر است با بار کل کششی ايمن برپايه مجموع دو بار اخير

ی 490.1kNبارکششی ايمن برای اين اتصال پرچی کمينه اين مقدارھای محاسبه شده يعن می باشد.

بھره اين اتصال پرچی برابر است با :

3

6

490.1 100.436 43.6%

0.015 1 75 10

ھا چسب 5-12

ا واد طبيعي ي اربرد م ا ك ابه ب ر مش ا غي اتصال قطعات با چسبھا شامل اتصال مواد مشابه ياربرد ه ك از ب دون ني ه جامدي ب ا نيم د ي ه واسطه جام ه در نتيجه الي مصنوعي مي باشد ك

ه متصل كننده ھاي مكانيكي ا ب وادايجاد مي گردد. چسب ھا براي اتصال فلزھ زي م غير فلا تيك ھ د پالس ا مانن راميك ھ ا وديگر س ه ھ ا ، شيش تيك ھ ار مي ، الس ايي بك ودركاربردھ

ردد. مزيت ز مي گ امطلوب روي خاصيت ھاي فل روند كه جوشكاري با عث ايجاد آثار نع يكنواخت ا سازوكار ھاي شامل اتصال ھاي مجزا، توزي كاربرد چسب ھا در مقايسه ب

ر، مقاومت تنش ه خستروي سطح اتصال ، ساختارمحكم ت ا ب گي بيشتر، ساخت اتصال بد از ا عبارتن دماي پائين، اتصال مواد نايكسان ودرزبندي مي باشد. محدوديت ھاي چسب ھ

ا ، اكسيد زايش دم ا اف ال ھاي مقاومت ، كاھش مقاومت ب واع فعل وانفع ا ديگر ان ه شدن يان مي شود ، ضرورت عمل آوري شيميائي كه باعث كاھش مقاومت چسب در مرور زم

د از اتصال مي و/يا در قيد گذاشتن قطعات درحين مونتاژ وآسان نبودن جدا ئي قطعات بع باشد.

د ي باش اد م يار زي ا بس ب ھ وع چس ا ، تن يانواكريالت ھ ا ، س ك ھ د از اكريلي ه عبارتن كاپوكسي ھا ، ان ايروبيك ھا ، سيليكون ھا ، فنوليك ھا ، ذوب ھاي داغ پليستر،استات ھاي

ا در جدول پلي وينيل وپلي يورت واع چسب ھ فھرست شده است. 12-11ان ھا. مزاياي انن چسب ھا را مي توان از سازندگان ي بايستي اي ود ول وعرضه كنندگان تخصصي تھيه نم

دارد. ا وجود ن ن چسب ھ واع اي ه ان راي ھم نكته را در نظر داشت كه سازنده منحصري به وادي ك وع م ه ن ين ب اربرد مع راي ھر ك وع چسب ب ديگر متصل انتخاب ن ه بك بايستي ب

واد ا و م د دم شوند، نوع اتصالي كه بايستي ايجاد گردد، عوامل محيطي براي كاربرد مانن شيميائي ، روش توليد وھزينه بستگي دارد.

نش ھاي ، در اثر تنش ھاي كششي ، فشاري ياتصال ھا ي چسب ا ت ردارپوستبرشي ي ه باتصال ھای چسبی تحت ). 12-14وند (شكل ويا تركيبي از اين ھا ممكن است كسيخته شا شکاف رداری ي ا تنی،شرايط بار گذاری پوسته ب د وعموم روز می دھن عملکرد ضعيفی ب

Page 397: طراحی مکانیکی

397

اوم ا مق داد خط ھای ب ذاری در امت ه بارگ ه نحوی طراحی شوند ک اين اتصال ھا بايستی به ھای طراحی اتصال ھای چسبی و ردد. نمون بنده انجام گ اده چس عملکرد ترين اتصال م

ز در شکل 12-15نسبی آن ھا در شکل ی ني نشان داده شده 12-16ومجموعه ھای عملا واد مختلف ي ه ورق ھای ساخته شده از م ويتی ب زودن عامل تق رای اف ا ب است. چسب ھ

کاربرد مفيدی دارند. 12-18و 12-17افزودن مقاومت باز شو طبق شکل ھای اع چسب ھا و مشخصه ھای اصلی آن ھاانو 12-11جدول

کاربردھای نوعی مشخصه ھای اصلی چسب ھا ان ايروبيک ھا

سيانواکريالت ھا

اکريليک ھا

سراميک ھا

اپوکسی ھا

ذوب ھای داغ

فنوليک ھا

پالستيسل ھا

پلی يورتان ھا

استات پلی )PVAوينيل(

چسب ھای الستيکی

با چسب ھايی کهUV عمل آوری

می شوند

سيليکون ھا

عمل آوری در غياب اکسيژن

با فعل وانفعال با رطوبت روی سطوحی که بايستی متصل شوند عمل آوری می

شود.بين قطعات کامال به ھم جفت شده به آسانی جريان می يابند. معموال طی چند

ثانيه جامد می شوند. عمل آوری سريع، مقاومت زياد ، سخت

دو جزئی بوده وشامل چسب و محکم. وکاتاليست می باشند

کار در دمای زياد قابليت

شامل چسب اپوکسی ويک سخت کننده.اتصال ھای محکم وبا دوامی ايجاد

می کند.برپايه چسب ھای ترموپالستيک وچسب

ھای اپوکسی و پلی يورتان

برای عمل آوری اتصال نياز به گرما وفشار دارند

اصالح شده پی وی سی که برای انتشار

سخت شدن نياز به حرارت دارد. محکم وچقر

دوجزئی وبا عمل آوری سريع. اتصال

ھای محکم ومقاوم ومنعطف که در مقابل ضربه مقاوم می باشند تشکيل می دھد.

برپايه محلول ھا يا التکس ھا، اين مواد از طريق ازدست دادن حالل يا محيط آب

شوند دار جامد می

با قرارگرفتن در تابش ماورای بنفش عمل آورده می شوند.

چسب منعطف با عملکرد خوب در دمای درجه 200باال(تا دمای تقريبی

سانتيگراد)

قطعات کامال قفل کردن ودرزبندیاتصال ھای به ھم جفت شده مانند

پيچیقطعات پالستيکی کوچک ، فلزھا

سراميک ھا،الستيک وچوب

ا وپالستيک ھافلزھ

فلزھا وسراميک ھا

فلزھا ، شيشه ، پالستيک ھا وسراميک ھا

اتصال سريع در قطعاتی که بارگذاری

سبکی دارند

فلز به فلز، فلز به چوب وفلز به لنت ترمزھا

پالستيک تقويت شده با الياف شيشه. بعضی از ترموپالستيک ھا

ته مواد متخلخل مانند کاغذ يا شيشه وبس بندی ھای عمومی

فلزھا، شيشه ھا ، پالستيک ھا، الستيک ھا ، چوب وسراميک ھا

Page 398: طراحی مکانیکی

398

کل بی ( 12-14ش ای چس ال ھ ذاری روی اتص ی aبارگ اری () فb() کشش ی (cش ) d) برش

) پوسته برداریeشکافتنی(

عملکرد نسبی انواع اتصال ھا ی چسبی 12-15شکل

اتصال ھای چسبی عملی برای مواد بشکل ورق 12-16شکل ا و اتصال رويھم چسبی بستگی مقاومت وع چسب ، ضخامت ورق ھ به طبيعت مواد ، ن

ق ا طب ن متغيرھ ا ی اي ب ھ واع ترکي رای ان ای آزمايشی ب انی دارد. داده ھ م پوش سطح ھد 12-19شکل ه موجود می باشد. تنش کششی برای موادی که بشکل ورق ساخته شده ان ب

:شکل زير بيان می شود

Page 399: طراحی مکانیکی

399

)40-12 ( P

tw

تنش برشی در اتصال از رابطه زير تعئين می گردد:

)41-12 (P

Lw

با جايگزينی تنش بجای نيروداريم:

)42-12 ( t

L

ت اي ذاری ومقاوم ه ازای ضخامت ورق ، بارگ انی الزم ب م پوش ين ھ رای تعئ ه ب ن معادل اتصال معين قابل استفاده می باشد.

تم از ع ھف ا در مرج اربرد چسب ھ رای ک ی ب ای طراح ائی ھ ا وراھنم ده داده ھ ع عم منب فھرست منابع اين فصل موجود می باشد.

تقويت ورق ھا 12-17شکل

مقاوم سازی بازشوھا 12-18شکل

Page 400: طراحی مکانیکی

400

رويھم سادهبرای اتصال ھای چسبی t/Lمقاومت برشی در مقابل 12-19شکل اتصال چسبی رويھم با ماده چسبی آرالدايت می باشد. اين داده ھا مربوط به

12-6مثال

ه ضخامت زی ب رای ورق فل م ساده را ب 1/16ھم پوشانی بھينه برای اتصال چسبی رويھر ينه براب ار بيش ه ب د ک ين کني التی تعئ نچ در ح ای ورق 250N/mmاي د. پھن اده باش از م

موجود می باشد استفاده کنيد. 12-19چسبی آرالدايت که داده ھای مربوط به آن در شکل حل

ی با انتخاب ض ذاری ، 2ريب ايمن ورد شرايط بارگ رای لحاظ نمودن عدم قطعيت در م ب می گردد. تنش کششی در فلز برابر است با: 500N/mmبار طراحی برابر

3

3

P 500 10

t (1/16) 25.4 10

315.0MPa

t

315(t / L)L

کل ط روی ش ن خ م اي ا رس ی 12-19ب نش برش ی ، ت ط و منحن ن خ ورد اي ل برخ مح28MPa وt/L=0.09 .را حاصل می کند

L=17.6mmبنابراين t=1.59mmاز آنجائی که می باشد. 17.6mmدر اينصورت ، ھم پوشانی بھينه برابر

12-7مثال

رای 12-19ن در شکل قرار است ازماده چسبی آرالدايت که داده ھای آ د ب موجود می باشا ای ورق را 180N/mmاتصال دو ورق فلزی استفاده شود. اتصال بايستی بار ھای ت پھن

د. ل کن ر تحم انی براب ر ھمپوش ين 10mmاگ ه ورق را تعئ خامت بھين ردد ض اب گ انتخ نمائيد.

حل

ار برای لحاظ نمودن عدم اطمينان در مورد شرا 2با انتخاب ضريب ايمنی ذاری ب يط بارگ حاصل می گردد. 360N/mmطراحی برابر

تنش گسيختگی در اتصال چسبی برابر است با:

Page 401: طراحی مکانیکی

401

3F / w 360 10

36MPaL 0.01

ه ازای 12-19با برسی شکل ه ب 36MPaمالحظه می شود ک نسبت ،t/L=0.16 3tباشد بنابراين L=0.01mحاصل می گردد. اگر 1.6 10 m 1.6mm ين می تعئ

شود.

جوشکاری 6-12

واد بيکديگر جوشکاری را می توان بعنوان فرايندی تعريف نمود که برای متصل نمودن مه ه نحوی ک ديگر متصل می شوند ب ه يک با افزايش دما ی سطح ھايی بکار می رود که ب

يا ذوب در آيند.به حالت پالستيک اين سطح ھا ا از ي عله گ ی ، ش وس الکتريک ط ق رارت توس اربرد ح ا ک وال ب ا معم کاری فلزھ در جوشد.انواع ی گيرن رار م زاء ق الورژيکی اج ال مت ار،مورد اتص ت فش اومتی تح رارت مق ح

تن ( ای تنگس از خنث کاری گ امل جوش کاری ش ددی از جوش از TIGمتع کاری گ ) جوشزی( ای فل ی MIGخنث کاری قوس تی ()، جوش زی دس ی MMAفل کاری قوس )، جوش

وکرSAWمستغرق ( اب سويفت و ب ه کت ازی ( ب اومتی وجوشکاری گ -) ، جوشکاری مقد). 1997 ه کني ی مراجع ذير م ان پ کاری امک ا جوش ا ب واع اتصال ھ وعی از ان داد متن تع

ا توسط 12-20باشند که تعدادی از آن ھا درشکل نشان داده شده است. طراحی اتصال ھ ) بصورت گسترده ای پوشش شده است. 1997سمپات (

از ود. حرارت توسط گ ه يکديگر متصل نم ترموپالستيک ھا را می توان با چوشکاری با رای پالستيک ھ واع جوشکاری ب داغ که معموال خنثی می باشد فراھم می گردد. ديگر ان

ه او د ب اه کني ند( نگ ی باش ی م وتی وارتعاش د ، فراص ای مان کاری ھ امل ، جوش رگ ش ب ).1996-وديگران

ه در آن کاری لحيملحيم کاری و سخت، شامل اتصال فلزھای حرارت داده شده می باشند ک قطعه ھا در حالت جامد با کاربرد فلز پرکننده مذاب( لحيم) به يکديگر متصل می شوند.

اتصال ھای فشاری فوری 7-12

ده ای می وری دارای اعضای برآم ر اتصال ھای فشاری ف اژ تغئي ه در حين مونت باشند که ومحکم می شوند. رار گرفت ل ق ده متقاب ل اعضای برآم شکل داده وبشکل مثبتی در مقاب

ا در شکل ن اتصال ھ ه از اي د نمون نشان داده شده است. اتصال ھای فشاری 12-21چنا قالب گفوری بسيار متداول می باشند زيرا ه ھ ری می توان آن ھا را مستقيما درون قطع ي

نموده وتعداد قطعه ھا ونياز به خريد قطعات اتصالی جداگانه را کاھش داده وباعث آسانی در نصب وصرفه جوئی در ھزينه ھای مربوطه گرديد.

ا در ه نوع تحليل اتصال ھای فشاری فوری بلحاظ رفتار ارتجاعی غير خطی پليمرھا ئی کرا د ب ی باش ده م د پيچي ی رون ار م ه بک ای مربوط ب ھ راک قال ه ھم تر ب ات بيش ی اطالع

ار گوش از طرهمراجعه کنيد. تغئير مکان مجاز برای يک 1999-وديگران ا مقطع چھ ب نشان داده شده است. 12-22يک اتصال فشاری فوری در شکل

Page 402: طراحی مکانیکی

402

طراحی انواع اتصال ھای جوشی 12-20شکل

Page 403: طراحی مکانیکی

403

نمونه ھائی از اتصال فشاری فوری که با قالب ادغام شده اند 12-21ل شک

تغئير مکان مجاز برای طره اتصال فشاری فوری 12-22شکل

نتايج 8-12

ا ا اھميت می باشد. در غالب کاربرد متصل کننده ھ طراحی ھای اجزاء ماشين بسيار بد طراحی موکول انتخاب آ ام درفراين ر ھنگ ن ھا در طراحی غالبا به مرحله ھايی بسيار دي

ای ا محل ھ دد ي ای متع ده ھ اربرد متصل کنن ه ک ر ب وال منج اھی معم ن کوت ردد. اي ی گ مد. می گردد نامناسبی زايش می دھ اری را اف ه اجزاء وماشين ک ه ھزين العکس، وسايل ک ب

ا ديگر اجزا اتصال اجزاء در چھار چوب فعاليت کل مشخص ی ی طراحی و دررابطه بد. شده وروش ھای مناسب اتصال در مراحل اوليه تعئين فرايند طراحی بايستی لحاظ گردن

وع می ھادامنه فنون اتصال که در طراحی ھا قابل کاربرد می باشند بسيار گسترده ومتند. ل عرضه فروشگ باش الم قاب وان اق ايل را بعن ن وس وارد اي ا در غالب م ا شرايط ب اھی ب

ون موجود ر بعضی از فن الی ب ن فصل مروری اجم صرفه ای می توان تامين نمود. درايوان ا انجام شده است. ليکن اين مطالب را می توان صرفا بعن ن موضوع ب ر اي ه ای ب مقدم

تلقی نمود. اھميت

Page 404: طراحی مکانیکی

404

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی

کتاب ھا ومقاله ھا:

استانداردھا:

Page 405: طراحی مکانیکی

405

ھدف ھای آموزشی حاصله

آيا می توانيد بار اوليه وگشتاور محکم کننده برای يک

12-2بخش متصل کننده پيچی راتعئين کنيد؟

آيا می توانيد گشتاورھای باالبر وپائين بر برای يک پيچ حرکتی 12-3راتعئين نمائيد؟ بخش

12-4نيد؟ بخش آيا می توانيد بار ايمن را برای انواع اتصال ھای پرچی تعئين ک

آيا می توانيد ضخامت يا ھمپوشانی را برای اتصال چسبی روی ھم تعئين 12-5نمائيد؟ بخش

Page 406: طراحی مکانیکی

406

13 پوسته ھاقاب ھا ، بدنه ھا و

ه و ابرد بدن از ، ک را پوستهاجزای ماشين بايستی دارای تکيه گاه وپوشش باشند واين ني

ا وضروری می نمايد. ھدف از اين فصل شناساندن اصول طراحی پوسته قاب ھا ، بدنه ھ می باشد. ھا

مقدمه 1-13

ا ه ي ا بدن ه آن ھ ه ب د ک ده پوستهھمه اجزای ماشين درون سازه کلی يا قابی کار می کنن می ناميان شود. ا توسط ياتاق ده ھ اه محورچرخ دن نمونه ای از اين ھا پوسته ھايی می باشند که تکيه گ

ه ھا بوده واين مجموعه درون محفظه يا جعبه ه ب د ، وترمزھای کوليسی ک دنده قرار می گيرند ايی مانن اب ھ ه شده درکت يک صفحه ساکن نصب می شوند. اصول طراحی وروش ھای ارائ

ه طراحی يا انتخاب اجزای منفرد ماشين رایکتاب موجود ب راھنمای مفيدی می باشند. ليکن ھمرا بايستی درون پوسته ی ماشين ، قھ ر اين اجزا در چھر چوب کل ده شوند. عالوه ب ای گنجان

ر وارد زي ائی ظاھری ، نيازھای عملکردی ممکن است شامل م ه وزيب مالحظاتی شامل ھزين نيز باشد: استحکام دسترسی برای نگھداری وتعميرات ايمنی وحفاظت مالحظات مربوط به نصب ومونتاژ لقی و فاصله مجاز بين اجزای بحرانی طول عمر ودوام خوردگی و مالحظات محيطی مقاومت در مقابل صدا اندازه ووزن

ق ھدف از مدل طراحی ات طراحی محق جامع تامين چھارچوب جامعی است که درون آن عمليه رای ھم ه ای را ب ی بھين ه طراح ژه ای را ک ی وي وان روش طراح ی ت تمال نم ردد. مح ی گ م

ا کاربرد ھا تامين نمايد برای بدنه ھا وپوسته ھا فراھم نمود. ھر کار بردی مجموعه محدوديت ھرای طراحی را ابراين توسعه رويکردی عمومی ب د بن ه خود را می طلب وويژه گی ھای يگانه اجزای ماشين منتفی می سازد. ليکن تعدادی از اصول مفيد در طراحی قاب ھا وبدنه ھا يی ک

را محافظت وتحمل می نمايند موجود می باشد.اين مالحظات عبارتند از: ا ارده توسط نيروھای و ا ، لوالھ ان ھ د ياتاق اجزای ماشين از طريق نقاط نصب مانن

ودستک ھا. .تکيه گاه خود بدنه .تغئير مکان ھای مجاز اجزا

Page 407: طراحی مکانیکی

407

.محيطی که ماشين در آن نصب می گردد .مقدارکاالھا و مواد توليدی وتسھيالت موجود برای توليد .مھارت در طراحی وابزار قابل دسترسی

اب عبارتند از صفحه بدنهکيه گاه وانواع متداول ت ا ، ق ائی، پوسته ھ اب ھای خرپ ه، ق ھای پاينشان داده شده اند. صفحه 13-6الی 13-1ھا که در شکل ھای ومحفظه O، قاب ھای Cھای

ا شيارھای ژه نصب ي ی متشکل از سوراخ ھای وي معکوس Tھای پايه نوعا صفحه ھای تختزايش استحکام آن ھای توان را ممی باشند. شيارھای تقويتی رد. در زير آن ھا برای اف بکار ب

رای حفاظت و ،قاب ھای خرپائی باز اه اجزای ماشين بکار می بصورت گسترده ای ب ه گ تکيم را رود زيرا مقاومت واستحکام مناسبی رای بارھای مالي ا از ب اب ھ ن ق د. اي راھم می نماين ف

ا پروفيل ھا ، لوله ھا يا ميل گردھا ساخته والشده ومی توان آن ھا را ب ا جوشکاری ل ، چسب يوگيری از به يکديگر متصل نمود. رای جل ايی ب ده ھ سازه ھای پوسته ای متشکل از تقويت کنن

ه درون پوسته نصب می شوندمفيد رای محفاظت اجزايی ک کمانش پوسته بوده ودر مواردی براھم تکيه گاه ھای ساده وموثری بر Oو Cمی باشند.قاب ھای ا ف ای بعضی از انواع ماشين ھ

وع گران قيمت نموده و بصورت متداولی برای ماشين ھای افزار بکار می روند. ا ن محفظه ھ تر بدنه ھا می باشند و می توانآن ھا را از طريق ريخته گری وقالب گيری ساخت.

قاب ھای خرپائی 13-2شکل صفحه ھای پايه 13-1شکل

Cقاب 13-4شکل پوسته 13-3شکل

Page 408: طراحی مکانیکی

408

محفظه 13-4شکل O قاب 13-5شکل

طراحی برای مقاومت در برابر خمش 2-13

ان ناشی از ر مک زان تغئي ودن مي دود نم ينی مح ای ماش ازه ھ رای س وعی ب ای ن يکی از نيازھورد اربرد م خمش به مقداربيشينه ای قابل قبول می باشد. اين ميزان توسط مشخصه ھای فنی ک

ھا عبارتند از تيرھا يی مانند آنچه در نظر معين می گردد. عضوھای متداول در قاب ھا وسازه ه 13-7شکل ه در ميان اده ک نشان داده شده است. تغئير مکان بيشينه برای تيرھای با تکيه گاه س

تيربارگذاری شده اندبا رابطه زير بيان می شوند:

)1-13 (3FL

48EI

ذاری شده است از تغئي ار گ ا ي ه در انتھ ر يک سر درگير(طره دار) ک رای تي ر مکان بيشينه ب

رابطه زير تعئين می گردد:

)2-13 (3FL

24EI

ا ، رو ( Fدر اين رابطه ھ 2Nيب يانگ (ضر E) ، mطول N ، (L )ني / m ، (I تاور گش

تغئير مکان برحسب متر می باشد. ) و 4mدوم سطح ( تغئير مکان بيشينه برای تير يک سر درگير که در ميانه تير بارگذاری شده است عبارتست از:

)3-13 ( 3FL

107EI

Page 409: طراحی مکانیکی

409

وعی ( 13-7شکل اه ساده (aتيرھای ن ه گ ر يک سر c) يک سر درگير(طره دار) (b) تکي ) تي ) دو سر درگيرdدرگير با تکيه گاه ساده انتھائی (

رای تيردوس ينه ب ر مکان بيش ين می تغئي ر تعئ ا رابطه زي ر ب ه تي ذاری در ميان ا بارگ ردرگير ب

گردد:

)4-13 (3FL

192EI

اده را مشخص می 13-4تا 13-1با مالحظه معادله ھای اه س که تغئير مکان تيرھای با تکيه گ

کان ھا بصورت نوعی از رابطه زير تعئين می شوند:نمايند نشان می دھد که اين تغئير م

)5-13 ( 3FL

KEI

ه Kکه در اين رابطه ا بررسی معادل اه می باشد. ب ه گ ه شکل واقعی تکي می 13-1وابسته ب

رای کمين ود. ب دوين نم ومی را ت وان بعضی از اصول عم ا و ت ا ، بارھ ان ھ ر مک ردن تغئي ه کر و گشتاور دوم سطح طول ھا بايستی کوچک نگھداشته شوند و ضريب يانگ برای مصالح تي

وان بايستی بيشينه گردند. با ا ت ر مکان ب اھميت ترين اين پارامترھا طول تير می باشد زيرا تغئيا نصف کردن ار معينی ب رای ب ه سوم طول متناسب است. بعنوان مثال ب ر مکان ب طول ، تغئي

اده حتی االمکان نسبت يک ھشتم کاھش می يابد. برای بيشينه نمودن گشتاور دوم سطح تير ، مار ن ويژگی ، مقطع ھای چھ بايستی دورتر از محور خنثای خمش واقع گردد. مثال ھايی از اي

ه گشتاور دوم وط ب رای گوش توخالی وتيرآھن ھای با ل پھن می باشد. معادله ھای مرب سطح ب ارائه شده است. 13-1انواع مقطع ھا در جدول

طراحی برای مقاومت در برابر پيچش 3-13

ا در ه در بعضی از کاربردھ قاب ھا وسازه ھا عالوه بر مقاومت در برابر خمش، الزم است ک برابر پيچش نيز مقاومت نمايند.

Page 410: طراحی مکانیکی

410

رای انواع مقاطع معادله ھای گشتاور دوم سطح ب 13-1جدول

) I )4mگشتاور دوم سطح ، نوع مقطع

4Dگرد / 64 4 استوانه ای توخالی 4(D d ) / 64

4bمربع /12 3bdمستطيل /12 3bhمثلث / 36

40.007Dنيمه گرد 40.06D شش ضلعی منظم

در حالت عمومی تغئير مکان پيچشی يک تير با رابطه زير مدل سازی می گردد:

)6-13 (TL

GR

اال ، ول ب تاور وارده ( Tدر فرم ول Nm ، (L )گش رش m ، (Gط ائی ب ريب ارتج ض

)2N / m ، (R .ثابت استحکام پيچشی می باشند قابل تشخيص می باشند عبارتند از: 13-6اصول کلی که با مالحظه فرمول

ه ، ھرجا که ممکن است از مقطع ھای بسته زرگ و لول ا مقطع ب مانند ميله ھای توپر ب ھای توخالی استفاده شود.

ربرد مقطع ھای باز که از مواد نازک ساخته شوند احتراز گردد.ازکا ديمھار برای قاب ھا و پايه ھا از ه بن اب دارای زاوي ه ق ه نسبت ب 45ھای قطری ک

باشند استفاده شود. ، ه يکديگر جوش صلباتصال ھای تا حد ممکن ا ب بکار رود برای نمونه ، صفحه ھ

د. نشو

ابعي از 13-8شكل وان ت ان پيچشي بعن ر مك ول مقايسه تغئي راي ضخامت وط ع ب شكل مقطك (aمحيط يكسان. ( اوداني (b) تسمه باري از (c) ن الي ب الي (d) استوانه توخ وطي e) استوانه توخ ) ق

مربع.اي در مگير 13-9و 13-8شكل ھ ر چش ااث ان پيچشي نش ر مك ده شكل مقطع در تغئي ن داده ش

اده 13-8است. درشكل انگر ضخامت وطول محيط يكساني از م در مي باشدھر مقطع نش

Page 411: طراحی مکانیکی

411

اوداني 0.1حالي كه تغئير مكان پيچشي لوله توخالي فقط برابر راي ن ارامتر ب ين پ Cاست ھم مي باشد. 24برابر با

كل 13-9كل ش ابعي از ش وان ت ي بعن ان پيچش ر مك ه تغئي اي مقايس دي ھ ا مھاربن ه اي ب اب جعب راي ق ب

) مھاربندي قطري دوگانهc) مھاربندي قطري تكي (b) مھاربندي عرضي (aمتفاوت (

طراحي براي تامين تھويه كافي 4-13

ا بايستي اتالف ه قطعات بسياري از ماشين ھا گرما توليد مي كنند و اين گرم ه نحوي ك گرددبا ه ھ به دماھايي نرسند كه مقاومت مواد به پائين تر از مقداري بحراني كاھش يابد يا فاصله قطع

ايي از خيلي كم نشود كه با يكديگر تماس يافته وباعث خرابي ماشين شوند ال ھ ي. مث ه اجزاي كا گرما توليد مي كنند عبارتند از اثر گرما زائي جريان برق در سيم پ يچي ھاي برقي ، ديسك ھ

طكاك ھواي محيط اطراف مي شوند ، صگرماي ناشي از ا باعث ايجادكه و محورھاي دوراني راكم سيال دنادنه ھاي درگير در جعبه دنده ھا ، گرداننده ھاي تسمه اي ، ا وت كالچ ھا وترمز ھ

ھا. اخير، ضرو ردن دارد ي ك ك ه خن از ب يني ني ا ماش ه آي ن ك ابي اي راي ارزي ه ب ه دامن ري است ك

ده است ه اي عم ن وظيف دماھايي كه اين ماشين در طول عمرش تجربه مي كند برآورد گردد. ايم سيال اطراف باشد وحتي در د وھ راي اجزاي جام م ب زيرا ممكن است نياز به مدل سازي ھ

ابش حرارتي بايستی لحاظ گردد،مواردي محيط دورتر ا توسط ت ال گرم مثالدر ھنگامي كه انتق .انجام شود

ازوكار ق س رارت وف ال ح ه انتق ر است ك د. بھت ا رخ مي دھ ت اختالف دم رارت بعل ال ح انتقد فيزيكي ا سيال ساكني رخ دھ د ي ا درجسم جام غالب، مورد تحليل قرار گيرد. اگر گراديان دم

ه در اينصورت حالت انتقال حرارت " ھدايت " مي باشد. ھدايت حرارتي با كاربرد قانون فوريارت است ق دار عب ابل تعئين مي باشد اين قانون براي انتقال حرارت يك بعدي تحت شرايط پاي

از :

)7-13 (dT

q kdx

q ) ي ار حرارت 2Wش / m ، (k ) ي دايت حرارت Wھ / mK ، (T ) ا ولي K( ،xدم د ط بع)m( .مي باشد

Page 412: طراحی مکانیکی

412

ال مي شارحرارتي نرخ انتقال حرارت در جھت معيني بخش بر واحد سطح عمود بر جھت انتقا انجام براي 13-7باشد. عالمت منفي در معادله تاكيد بر اين است كه انتقال درجھت كاھش دم

ه شده در مي گردد. ھدايت حرارتي خاصيتي انتقالي از ماده مورد نظر مي باشد. در شكل ارائه واد 13-7معادل ب م راي غال ن ب د. اي ي باش ا م تقل از دم ي مس دايت حرارت ه ھ ده ك فرض ش

د زرگ نباش ي ب ورد نظرخيل اي م رات دم ه تغئي ه دامن ن ك ر اي ري است مشروط ب فرض معتبردد. و زينش گ اربرد، گ ه ك ط دامن اي متوس ي دردم دايت حرارت دار ھ ه مق وط ب اي مرب داده ھ

رارتي را مي توان بصورت اجمالي از كتاب ھاي درسي انتقال حرارت تامين نمود.ھدايت حولي م بعلت حركت ملك ال حرارت ھ يالي موجود باشد ممكن است انتق ا در س ان دم اگر گراديال حرارت " جابجائي " ن حالت انتق ردد ، اي تصادفي وھم حركت ماكروسكوپيك سيال انجام گ

:يك سطح در حالت پايدار با قانون خنك كردن نيوتن بيان مي شودناميده مي شود. جابجائي از )8-13 ( s fq h(T T )

ول، ن فرم طح ( q در اي ر س ود ب ي عم ار حرارت 2Wش / m ، (h رارت ال ح ريب انتق ض)2W / m K، ( sT ) دماي سطحK ياC ،(fT ) دماي حجمي سيالK ياC .مي باشد(

اساسا بستگي به شرايط در اليه مرزي دارد كه به نوبه خود تحت مقدار ضريب انتقال حرارت سي سطح، شرايط و ترموديناميك جريان و خاصيت ھاي انتقالي سيال مي باشد.تاثير شكل ھند

ال حرارت ناشي از د. انتق ابش مي نماين ھمه مواد بسبب دماي خود تشعشع الكترو مغناطيسي ت تشعشع بين جسمي كوچك ومحيط اطرافش از رابطه زيرمدل سازي مي گردد:

)9-13 ( 4 4

sq (T T )

2Wشار حرارتي عمود بر سطح ( qدر رابطه باال ، / m ، (ε ،تابش کل سطحσ ثابت استفنولتزمن ( - 8ب 2 45.67 10 W /(m K ) ، (sT ) طح اي س ا Kدم يط C ،(Tي اي مح دم

)مي باشد. Kاطراف (ده د بسيار پيچي ری از آنچه در مدل سازی انتقال حرارت می توان ده ت ل پيچي وده وشامل تحلي ب

ه ھای ا 13-7معادل ا در 13-9ت ان ھ ا ممکن است شامل گرادي ع دم ده باشد. توزي مشخص شا سه بعدی بيشتر از يک بعد باشد، در اينصورت معادله ھای ا دو ي ود، ي د ب زوم خواھن ورد ل م

ردد. دما در يک نقطه معين ممکن است با زمان ثابت نبوده ونياز باشد که جمله گذرائی لحاظ گتر در انتقال حرارت ، خواننده می تواند به کتاب ھای مندرج در فھرست مشروحبرای مطالعه

ه ، معادل ن ھم ا اي د. ب ه نماي ای فصل مراجع ابع انتھ ای من ا 13-7ه ھ رای 13-9ت د ب می توانندار ال مق رای مث ند وب د باش يار مفي رارت بس ال ح اربرد انتق ای ک ه ھ ودن مشخص مشخص نم

اختالل ايجاد شده ناشی از مشخصه خاصی را تعئين نمايند. ه ی ب ی برق ا زائ ه گرم ين از معادل ده در ماش د ش رارت تولي رآورد ح ی ، ب ای برق در کاربردھ

ان پذير می باشد.صورت زير، امک )10-13 (2I R توان =

) می باشد. Ωمقاومت ( R) و Aجريان ( Iدر فرمول باال ، وا د حرارت ، اصطکاک ھ رين سازوکارھای تولي ده ت می در ماشين ھای دورانی يکی از عم

ابع عم ر من د. ديگ ا باش راکم گازھ ا ، ت ی ھ يم پيچ ده در س د ش ای تولي الف گرم رارت ات ده ح

Page 413: طراحی مکانیکی

413

ده د ش ای تولي ای گرم ه ھ اب ، معادل ن کت ده در اي رای اجزای بررسی ش د. ب راق می باش واحت توسط ديسک ھا و استوانه ھا مفيد می باشد.

از رابطه زير تعئين می گردد:برای يک ديسک دورانی گشتاور دريک طرف ديسک

)11-13 (2 5

m

1M r C

2

اال ، ول ب يال N.m ، (ρ )اور ( تگش Mدر فرم الی س 3kgچگ / m، (ω ه ای رعت زاوي س

)rad/s،( r ) شعاعm ، (mC می باشد.ضريب گشتاور طرف ديسک دورانی ، از رابطه زير تعئين می گردد:ضريب گشتاور برای يک

)12-13 ( 2.58

m 10C 0.491(log Re)

عدد رينولدز می باشد وبا فرمول زيرتعريف می شود: Reدر فرمول باال ،

)13-13 ( 2r

Re

) می باشد.Pa sلزجت ديناميک ( μ) و rad/sسرعت زاويه ای ( ω در رابطه باال ،

وا از برای يک استوانه در حال دوران ، ضريب پسار سطح خارجی ناشی از اصطکاک ھ رابطه زير قابل برآورد می باشد:

)14-13 (10 f

f

14.07log Re C 0.6

C

ضريب اصطکاک می باشد وبا رابطه زير تعريف می گردد: fCاال ،در رابطه ب

)15-13 (f 2 2C

0.5 r

ضريب اصطکاک می باشد:ضريب گشتاور دارای رابطه زير با

)16-13 ( fm

2 LCC

r

، طول استوانه می باشد. L در رابطه باال ،

وان ، الف ت ی از ات امانه ناش ای يک س زايش دم ک Qاف انون اول ترمودينامي تفاده از ق ا اس ب تعئين می گردد.

)17-13 ( pQ mC T

Page 414: طراحی مکانیکی

414

وق، ول ف وان ( Qدر فرم امانه J/s، (m )ت اری در س ی ج ان جرم ای kg/s ، (pCجري گرم

) می باشد.Kافزايش دما J/(kg K) ، (T )ويژه سيال (

ايمنی 5-13

د. اصوال ط راح وسازنده از نظر اخالقی وقانونی متعھد می باشند که کاال را با ايمنی توليد نماينه شامل ن مقول ود. اي ايمنی را می توان بعنوان حالتی فارغ از خطر ، آسيب يا صدمه تعريف نمرآورد شده می ذيرش خطر ب اب پ ا قضاوت در ب روز خطر ي ری امکان ب دازه گي برآورد يا ان

باشد. ھا بايستی : حفاظت جلوگيری نمايند. با قطعات واجزای خطرناک کاربر از تماس ، .حذف يا اجتناب از حفاظت ھا را دشوار سازند .از سقوط يا واژگونی اجسام جلوگيری کنند .مخاطرات و آسيب ھای جديدی ايجاد ننمايند .امکان نگھداری وتعمير ايمن را فراھم نمايند

يه ھای بشرح ذيل عمل نمايد:ھر طراح بايستی وفق توص

سعی وکوشش نمايد ھمه خطرات وآسيب ھا را از محصول مبرا سازد. - 1

ا در -2 اطره ھ ا و مخ يب ھ ه آس راز از کلي ذف واحت دون ح ی را ب د طراح ر نتوان اگ محصول انجام دھد، بايستی وسايل وتجھيزاتی برای حذف اين خطرھا تامين نمايد.

اربرد ايمن -3 رای ک اگر امکان تامين حفاظت کامل مقدور نباشد ، دستورھای مناسبی ب فراھم نموده وعاليم وھشدارھای روشن را در معرض ديد کاربر قرار دھد.

ل تنظيم ل تنظيم وقاب ده ، قاب ر ش د از ، وسايل ثابت ، درون درگي اظتی عبارتن انواع وسايل حف

اين حفاظت ھا را تامين می کنند شامل موارد زير می باشند:ونی که خودکار. وسايل وفن آشکار سازی فتوالکتريکی خاذنی الکترومکانيکی پس زنی مانع ھا نوارھای ايمنی ميله ھای حساس در برابر فشار موثرکنترل دروازه ھای کنترل کننده خوراک دھی خودکار اخراج وبيرون اندازی خودکار

Page 415: طراحی مکانیکی

415

نتايج 6-13

ورد اجزای ا پوسته م ه ي اب ، بدن افی از طريق ق در ک ماشين بمنظورعملکرد مناسب بايستی بقه د از ، استحکام ، تھوي دين منظور عبارتن ل ب رای ني وعی ب زام ھای ن د. ال محافظت قرار گيرنرار کافی و ايمنی که مالحظات اصولی برای دستيابی به اين ھدف در اين فصل مورد مطالعه ق

ده در ماشين گرفته است. بدنه يا پوسته ماشين نه تنھا تکيه گاھی برای وزن ونيروھای ايجاد شد. طراحان اجزای ماشين در غالب اال را مشخص می نماي ا ک می باشد، بلکه شکل محصول يد ا از تولي ه ، ھدف م ن ھم ا اي د. ب اال نمی نماين موارد، توجه کافی به زيبائی ظاھری در خورک

د وزم ی باش روش آن م اال ف ين ک ائی در ب ه احساس بين د ک ی دھن ان م اری نش ای ج ابی ھ ه ي ينوده وبايستی طراحی ا اھميت ب سايرحس ھا ، حس غالبی می باشد. بنابراين شکل کاالھای ما ب

ھماھنگ با آن انجام پذيرد.

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی:

Page 416: طراحی مکانیکی

416

14 ھا راندازکاحسگر ھا و

ا ه ای از پارامترھ رل دقيق دامن ه کنت می بسياری از کاالھا برای عملکرد کارا وموثر وابسته ب

ری ، دازه گي وعی توسط ان ا بصورت ن ن ھدف ھ دام باشند. اي ردازش اطالعات حاصله واق پوعی از اربرد ن ا ک دازمتعاقب ب ورد نظر محقق می کاران د م راردادن فراين اثير ق رای تحت ت ب

ه حسگرھا ودد. گر رل ودامن ر کنت دازھدف از اين فصل معرفی اصول حاکم ب ايی است کاران ھ که بصورت رايجی در کاربردھای مکانيکی مورد استفاده قرار می گيرند.

ھدف ھای آموزشی

در انتھای اين فصل شما بايستی با مطالب زير آشنا تر باشيد: چرخه کنترلی نوعی ی موجوددامنه فن آوری درحس گرھا ھای موجود کاراندازدامنه محدوده حس گرھا وکنترل در طراحی ماشين

مقدمه 1-14

ه اگر يک دستگاه نيروزا مانند موتور درون سوز مورد مطالعه قرار گيرد، مالحظه می شود کد ا وابسته می باشد. اجزای ماشين مانن ری از پارامترھ داد کثي عملکرد آن به پايش و کنترل تع

ه ياتاقان ھا ن وظيف ی اي وچرخ دنده ھا عناصر اصلی در عملکرد مناسب موتور می باشند ، ولور ه لحظه موت ا در عملکرد لحظه ب ا حتی فقط با اندازه گيری و تنظيم پارامترھ ل رقابت ي قاب

موتور قانونی از نقطه نظر گازھای خروجی ، محقق می گردد.ر خروجی نشان داده 14-1ساختاريک چرخه کنترلی نوعی در شکل ن مشتمل ب ده است. اي ش

ری ، دازه گي زات ان ازند، تجھي ی س ل م امانه را مخت ه س ايی ک ل ھ ر ، عام ورد نظ ای م ھامانه می ی س سازوکارھا ی الزم برای تنظيم عملکرد سامانه و توانائی انجام تنظيم ھای کنترل

ورد نظر ه باشد، خروجی م ورد مطالع ور باشد. در حالتی که موتور درون سوزی م وان موت تا ، رطوبت و ارموتور، دم ر ب ل می سازند مشتمل ب امانه را مخت خواھد بود. عامل ھايی که سوه المسه ، د ق کيفيت سوخت می باشند. اندازه گيری ھا ی سامانه شامل احساس ھای راننده مانن

از شنوائی محقق می و تنظيم ھای کنترلی که توسط مغز راننده تعئين شده وبا استفاده از پدال گ نشان داده شده است. 14-2گردد. سامانه ابتدائی کنترل موتور در شکل

ا ، 14-2و 14-1ھمانطوری که در شکل ھای ری ھ دازه گي ه قابليت ان رل ب ديده می شود، کنتوان پردازش اين اطالعات و سپس تاثير گذاری بر فرايند بستگی دارد. اندازه گيری ھا را می ت

ه ا ک ا کمک حس گرھ ری ، 14-2در بخش ب دازه گي ام ان ا انج ام داد. ب وند انج ی ش ی م معرفزوم تحريک الزم ده ودر صورت ل ردازش ش ده بايستی پ ول هاطالعات بدست آم بايستی معم

ه انجام داد گردد. اين پردازش را می توان با کمک مکانيزم ھا ، مدار ھای الکترونيکی يا رايانده و مشخص می بدين معنی که در اين تجھيزات سيگن ا سيگنال مرجع مقايسه ش ال خروجی ب

Page 417: طراحی مکانیکی

417

ردد د. گ اھش ياب ا ک زايش ي د اف ارامتری باي ا پ ه آي ل ک ام عم ه انج از ب اذ تصميم سپس ني ا اتخ بج در بخش کاراندازمحقق می گردد. دامنه ای از کاراندازمناسب می باشد که بکمک ھای راي

ودن معرفی فن ، معرفی شده است. در اين فصل ھدف 3-14 نا نم رای آش آوری ھا ی موجود بخواننده به محدوده دستگاه ھا و سازو کارھای الزم می باشد. اگر اطالعات بيشتری الزم باشد

نقطه شروعی برای تحصيل اطالعات ، منابع فھرست شده در انتھای فصل رامی توان بعنوان عميق تر بکار برد.

ساختار يک چرخه کنترلی نوعی 14-1شکل

کنترل ابتدائی موتور درونسوز 2-14

حسگرھا 2-14

ق ه ابزاردقي وط ب ای مرب ث ھ داولی در بح کل مت ردان " بش گر " و " تراگ واژه " حسيله ا وس ن جاعنوان حسگربرای توصيف دستگاه ي واندازه گيری مطرح می گردند. در اي

ری در ح دازه گي رای ان ردان ب من، اصطالح تراگ ی رود ، در ض ار م ومی بک ت عم الل تعريف بخشی از حسگر بکار می رود که تغئيرات در پارامتری فيزيکی را به کميتی قاب

اندازه گيری تبديل می کند. حسگر ھا برای دامنه گسترده ای از پارامترھای فيزيکی موجودند مانند

Page 418: طراحی مکانیکی

418

شتاب آلودگی جريان سرگردان يالجريان س نيرو گراديان اثر ھال ترکيب شيميائی موقعيت طولی و زاويه ای فشار سرعت کرنش گشتاور پيچشی ارتعاش

ا ، رو ، گشتاور پيچشی ، دم در اين فصل، بررسی به پارامترھای موقعيت ، سرعت ، ني

محدود می گردد. 14-2-7تا 14-2-1فشار ، و جريان سيال به ترتيب از بخش ھای

موقعيت 1-2-14

ين ال، لقی شعاعی ب وان مث ين موقعيت اجزا می باشد. بعن ه تعئ در موارد متعددی نياز بن لقی ممکن وربين می باشد. اي ا آن روی پوسته ت ل ب نوک پره ھای روتور و نقطه متقابه ماشين سرد و ساکن دار آن ھنگامی ک ا مق است با شرايط عملکرد تغئير نمايد ومحتمال ب

ين موقعيت واقعی يک است به نحو عمده ای ه ديگر، تعئ دازمتفاوت می باشد. نمون کارانون ر فن مانند يک شيراست. موقعيت با فنون مختلفی قابل اندازه گيری می باشد که عالوه بر فورمرھای تفاضلی متغي يومترھا، ترانس ری، پتانس امل انترفرومت وژی ، ش نتی مترول س

خطی ، خاصيت خاذنی ، رادارھا و ليزرھا.کل پت يومترھا (ش د. 14-3انس ی دھن ت م ت بدس ين موقعي رای تعئ اده ای ب ک ) روش س ي

ا حرکت ردان بکار می رود. ب وان تراگ اومتی بعن عامل تماسی لغزنده روی يک جزء مقد مشتمل لغزنده مسير الکتريکی ودر نتيجه مقاومت تغئير می نمايد. پتانسيومترھا می توانن

اشند.بر پتانسيومترھای خطی ودورانی ب

پتانسيومتر 14-3شکل

Page 419: طراحی مکانیکی

419

) TPSعملی اندازه گيری موقعيت ، حسگر موقعيت شير کنترل سوخت ( مثالی از کاربردا يک عنصر 14-4در خودرو (شکل ن حسگر از پتانسيومتر دورانی ب ) می باشد. در اي

اال ل مقاومتی با مقاومت سايشی ب اری قاب ا ی ک داد کل سيکل ھ ا تع ه ب تفاده می شود ک اسودگی و در نتيجه وگيری از ورود آل رای جل انتظار در طول عمر خودرو سازگار باشد. ب

ا سازی –تغئير مشخصه مقاومت ه پالستيکی ج ن واحد درون بدن ه ای ،اي موقعيت زاوي می شود.

حسگر موقعيت شير کنترل سوخت خودرو 14-4شکل

ل ھای سيم پيچی شده در اطراف LVDTتفاضلی متغير خطی ( ترانسفورمرھای ) شامل کويل ھای 14-5ھسته متحرک (شکل ا را درکوي اژ ھ از ولت دار وف ) می باشند. حرکت ھسته ، مق

ه بيرونی تغئير داده و اين ولتاژھا به جريان ھای مستقيم خروجی با آشکار کننده حساس نسبت بفاز تبديل می گردند. اين حسگرھا دستگاه ھای مقاومی ھستند و وسيعا از سازندگان تخصصی

و عرضه کنندگان قابل تھيه می باشند.

)LVDTساختمان ترانسفورمر تفاضلی متغير خطی( 14-5شکل

Page 420: طراحی مکانیکی

420

تسرع 2-2-14

ی رعت خط ی ازس ين ، جزئ ود. ماش ين نم ان تعئ ا زم ت آن ب ايش موقعي ا پ وان ب ی ت در را ما ، ائی ھ ودن جابج ن کميت راصورت کوچک ب وان اي لفی می ت اومتی وس تگاه ھای مق ا دس ب

ای م ر فاصله ھ ه، اگ ن ھم ا اي ود. ب ری نم دازه گي ودان ی وج ائی خيل رای نصب حسگر جابج بواج الکترومغناطيسی مبزرگ باشند در اينصورت م ا ام وری، صوتی ي کن است روش ھای ن

مناسب تر باشند. ون ا فن وری ي ه ن ا از جمل دادی از روش ھ ا تع ه نحو مناسبی ب وان ب سرعت زاويه ای را می ت

وری ، امانه ن اربرد س ت ک ود. در حال ری نم دازه گي ی ان ک ازالکترومغناطيس دادی ی ديس ا تع بورد شکاف ه روی جزء دورانی م ردد( شکل ک ا 14-6نظر نصب می گ تفاده می شود ت ) اس

وری در يک طرف ع ن ردد. يک منب د گ سيگنال نوری که متناسب با سرعت دوران است توليرار می د فوتوسل در طرف ديگر ق اين ديسک وتراگردانی که ازنظر نوری حساس است مانن

دا رعت دوران وتع ا س ل ب ده توسط فوتوس ت ش ور درياف انس ن رد. فرک ای روی گي کاف ھ د شديسک متناسب می باشد. اين سيگنال مستقيما روی اسيلوسکوپ قابل خواندن بوده ويا بصورت

رل امانه کنت اژ مناسبی برای يک س ه ولت انس ب دل فرک ه سيگنالی توسط مب ديل می آب الوگ تب ن گردد.

اندازه گيری سرعت زاويه ای سامانه نوری برای 6-14

ه اي ، ري سرعت زاوي دازه گي راي ان ا ب اذنيحسگر مغناطيسی ي ي رود خ ار م ه بك اورک مجی ه داردوران رد چرخی دندان رار مي گي ا ق ا سرعت يکسانی ب ه ب ورد نظر محورسرعت ک م

د هحركت مي كن ين دندان اذني ب رات خ تفاده شود تغئي اذني اس امانه خ ه از س التي ك ھاي . در حور وي حسگر هدندان ھرمجاور براي ايجاد سيگنالي بكار مي رود كه متناسب با زمان عب از جل

نشان داده 14-7يك چرخ دندانه دار فرو مغناطيسي ويك پيكاپ مغناطيسي در شكل مي باشد. د. ثابت دي الكتريك در ل مي باش شده است. در اين جا پيكاپ متشكل از يك مغناطيس ويك كوي

اوت مي باشد. دندانه ا متف ه ھ ين دندان ه با مقدار آن در ھوا يا ساير سيال ھا در فاصله ب درگزيناوتي مي ديگر ، ك متف ا ضريب دي الكتري د اپوكسي ب اده ديگري مانن ا م فاصله بين دندانه ھا ب

ل ه داردر كوي رخ دندان ا دوران چ ود. ب د پرش دان ،توان ي گرددومي ا م ف الق روي الكتروموتي نيه مغناطيس ل از معادل اژ در كوي ين مي باشد. سرعت 14-1ي آن را تغئير مي دھد. ولت ل تعئ قاب

زاويه اي از فركانس يا دامنه سيگنال خروجي قابل تعئين مي باشد. )1-14 (V CN sin(N t)

وق ، اژ ( Vدر رابطه ف د Nضريب تناسب ، V ، (Cولت ه دار ، تع ا ي چرخ دندان ه ھ اد دندان زمان مي باشد. t) و rad/sسرعت زاويه اي ( ωدوراني ،

Page 421: طراحی مکانیکی

421

چرخ دندانه دار فرو مغناطيسي و پيكاپ مغناطيسي 14-7شكل

نيرو 3-2-14

وال توسط رو معم رنش سنج ، پيزوالکتريک ني د ک ای بارسنج مانن لول ھ واعی از س لول ان وسه ای اتی ھای بارسنج حلق امل عضوی اثب ا ش لول ھای بارسنج نوع ری می شود. س دازه گي ان

ارتجاعی می باشند که تحت تاثير نيرو خميده شده وحسگری که اين خمش را آشکار می سازد. اومتی اذنی ، مق د از خاصيت خ د عبارتن ار می رون رای آشکار سازی خمش بک ه ب اصولی ک

ا سلول ھای بار سنج از نوع کرنش سنج وپيزوالکتريکی . ه ب شامل ستون يا تيری می باشند که ناشی از ا ستون ک ر ي ا، خمش تي قرار گرفتن يک يا چند کرنش سنج بصورت متصل به آن ھه نيروباشد تعئين می گردد. يک سلول بار حلقه ای اثباتی شامل مقطعی استوانه ای می باشد ک

ه است. کرنش سنج ھا به سطح ھای استوانه ای متصل می شوند در مرکز آن تيری قرار گرفتاتی از سلول ھای ه ھای اثب ردد. حلق ر مرکزی متصل می گ ه تي و ضمنا تراگردان جابجائی ب

نجی ابارس ه ب وارد در مقايس ه م ا ب اربرد آن ھ ته وک ری داش ت کمت نج دق رنش س وع ک ناآزمايشگاھی محدود می شود. زو الکتريک درھنگ واد پي ار الکتريکی م افتن ب ر شکل ي م تغئي

ا ا ت االی آن ھ انس ب زو الکتريک ،پاسخ فرک ايجاد می نمايند. مشخصه سلول ھای بار سنجی پي15kHz 10تا 0.05وحساسيت ازmV/N .می باشد

گشتاور پيچشی 4-2-14

ال ی وانتق ای دوران ا روی محورھ نج ھ رنش س رار دادن ک ا ق وان ب ی ت ی را م گشتاورپيچشوان از سيگنال از طر يق تله متری يا حلقه ھای لغزشی اندازه گيری نمود. در حالت ديگر می ت

ايش می سامانه نوری استفاده نمود که زاويه چرخش بين دو موقعيت روی محور دورانی را پ نمايد.

اندازه گيری دما 5-4-14

تلزم ری آن مس دازه گي ه ان د. بلک ی باش ری نم دازه گي ل ان تقيم قاب ور مس ا بط تفاده دم از اسائی از حسگرھای ه ھ د. نمون ديل نماي ا تب ه دم ری را ب دازه گي ل ان تراگردانی دارد که کميتی قاب

ری شده درجدول فھرست شده 14-1دما وخاصيت تراگردان مرتبط با آن ھا وکميت اندازه گيد ودر گرھا موجودن ددی ازحس واع متع ود ان اھده می ش دول مش ن ج ه از اي ه ک است. ھمانگون

ع فھرست شده ای گزينه ھای بيشتری قابل دسترس می باشند.گستره ھر نوه از ب د وني ده باش اليتی پيچي د فع ی توان ا م ری دم دازه گي رای ان اص ب گر خ ر حس اب ھ انتخ

مالحظاتی در مورد جنبه ھای مختلفی شامل موارد زير دارد: عدم قطعيت دامنه دما

Page 422: طراحی مکانیکی

422

اختالل حرارتی سطح تماس اندازه حسگر پاسخ گذرا از حسگر حفاظت قابليت دسترسی ھزينه

ی در انتخاب می باشد، دامنه کاربرد ا اھميت ارامتر ب وان محدودهکه پ ای ای متشکل بعن از دمزار مشخصی روش اندازه گيری خاصبيشينه برای کمينه کار تا دمای ا اب تعزيف می شود. ي

ا مناسب می بعضی از انواع فنون اندازه گيری مانند ترموکوپل ھا برای دامنه وسي عی از دما ھا ت از تقريب ن حال ند ، در اي ی C-273باش ک C 3000ال ا ي ط ب ری فق دازه گي ی ان ، ول

تفاده ل اس ترموکوپل واحد برای تمام دامنه محقق نمی گردد بلکه بايستی از چندين نوع ترموکوپ تقريبی اندازه گيری دما را برای روش ھای متنوع نشان می دھد.دامنه 14-8شود. شکل

دول ه 14-1ج ايی از نمون رای بعضی از ھ ده ب ری ش دازه گي ی ان ا وخاصيت فيزيک ردان ھ خاصيت تراگ

حسگرھای دما زه گيری شدهخاصيت تراگردان کميت فيزيکی اندا حسگر طول انبساط حرارتی دما سنج شيشه ای مايع انبساط حرارتی فشار دماسنج گازی با حجم ثابت

حجم انبساط حرارتی دماسنج گازی با فشار ثابت طول انبساط حرارتی نوار بيمتالی

ولتاژ اثر سيبک ترموکوپل مقاومت مقاومت الکتريکی دماسنج مقاومتی پالتينی

ولتاژ مقاومت الکتريکی ترميستور خاذنی دی الکتريکی اذنی دماسنج ھای خ

توان نويز جانسون دماسنج ھای نويزی رنگ انعکاس کريستال ھای مايع ترموکرومی شدت فلوروسنس فسفرھای ترموگرافی

کريون ھا ورنگ ھای مقاوم در رنگ شيميائی مقابل حرارت

شکل پيرومتری شيميائی ھای مخروط شدت تابش تابش حرارتی دماسنج مادون قرمز

تی تابش حرارتی شدت تابشتصوير ساز حرار اسپکتروسکوپی جذبی جذب طول موج

طول موج ی تابشپرتو ی تابشاسپکتروسکوپی پرتو پراکندگی ريلی پراکندگی ارتجاعی طول موج

طول موجپراکندگی رامان پراکندگی غير اتجاعی پراکندگی ھمدوس ضد استوکس رامان پراکندگی طول موج اختالط چھار موجی زوال يابنده پراکندگی طول موج

پرتوی تابش زمان فلورسنس با ليزر القا شده ترموگرافی صوتی سرعت صوت زمان

Page 423: طراحی مکانیکی

423

دازه گيری دمادامنه ھای تقريبی دما برای انواع روش ھای ان 14-8شکل

پيش از انتخاب سامانه اندازه گيری دما ، بايستی جنبه ھای متعددی را لحاظ نمود.

بعضی از مواردی که بھتر است مورد مالحظه قرار گيرند در زير ذکر شده اند:

واع - 1 زام خاصی موجود نباشد، غالب ان اندازه وشکل حسگر مورد نياز چيست؟ اگر الن مجھز به پوشش محافظ يله ھای استوانه ایبشکل م نفوذیحسگر ھای می باشند. اي

می باشند. 15.0mmتا 0.25حسگر ھا دارای دامنه قطرھای از می نفوذیروش مناسبی است؟ در غالب شرايط حسگر غير نفوذیيا نفوذیآيا روش - 2

يکن، در شرايط دشوار تواند ه باشد. ل رين گزين ه واقتصادی ت مورد استفاده قرار گرفتدگی غير نفوذیندازه گيری ، روش ھای ا مناسبتر بوده وھرگونه عدم مزيتی مانند پيچي

، ھزينه وافزايش عدم قطعيت بايستی پذيرفته شود.ا يک - 3 ا را ب ا ھ ه وسيعی از دم دامنه دما ی مورد نظر چيست؟ بعضی از روش ھا دامن

ايی تق ه بخش ھ ه ب د ، در بعضی ديگر دامن امين می نماين سيم می شود حسگر واحد ت ودر ھر بخش حسگرمحدوده آن بخش بکار می رود.

دم - 4 ا ع تی ب از بايس ورد ني ای م ا دم د؟ آي ی باش ذيرفتنی م ی پ دم قطعيت زان ع ه مي ا چ تورد قطعيت کمی بطور مطلق ا م ا واقع رات دم ا تغئي ا ي سنجيده شود ويا تفاوت ھای دم

ی ان خروج ه گرادي گرھا مشخص ياری از حس د؟ در بس ی باش ر م ا نظ ل دم در مقابورد نظر باشد، ای ظاھری. چنانچه عدم قطعيت کمی م ا مبن د ت پايدارتر باقی می مان

ن حسگر قبل از کاربرد بايستی در مقابل استاندارد شناخته شده ای کاليبره گردد. اگر ايد ودن حسگرھای جدي ميزان عدم قطعيت بايستی حفظ گردد در اينصورت جايگزين نم

ضروری خواھد بود.ری شود؟ - 5 دازه گي ذرائی بايستی ان ده گ ا پدي دار است ي ری حالت پاي دازه گي ا ھدف ان آي

وذی بعضی ا وع حسگر ھای نف از باشد مناسب ز ان ه پاسخ سريع ني رای شرايطی ک ب ترند برای مثال ترموکوپل ھای دقيق يا سيم ھای مقاومتی می توان نام برد.

ا ممکن - 6 از دارد ؟ حسگر ھ ل آيا حسگر به محافظ ني ز در مقاب وده وني است شکستنی با ا ي ا ، غالف ھ آلودگی حساس باشند. بسياری از حسگرھا را می توان در داخل لوله ھای ت ومشخصه ھ دم قطعي زان ع ه مي دامی ب ين اق ا چن ی ب ود ول ا نصب نم ه ھ محفظ

پاسخی آن ھا ممکن است لطمه وارد گردد. د؟آيا حسگر دمای مورد نياز را اندازه گيری می کن - 7ن - 8 د؟ اگر محتمال اي ده ای می نماي رات عم ی را دچار تغئي آيا حضور حسگر دمای محل

که روشی غير نفوذی لحاظ گردد. بھتر است مورد مسئله ساز باشد

Page 424: طراحی مکانیکی

424

ت؟ اگرچه حسگرھا وسامانه - 9 دوين شده بکار گرف تاندارد وت آيا می توان سامانه ای اس گرانتر می باشند.ھای خاص را می توان طراحی وتوليد نمود ولی محتمال

ا آيا اين اندازه گيری، چند کاناله است؟ -10 وپلی ي ا سنج ھای ترموک اگر چنين است، دم مقاومتی عموما مناسب ترند.

فشار 6-2-14

مانند فشار سنج ھای مک ،اندازه گيری شوداز دستگاه ھا تعداد متنوعیفشار می تواند با ه ب ا ک ا ، مانومترھ ود ، بارومترھ ند ، لئ ی باش ب م ا مناس گاه ھ اربرد در آزمايش رای ک

نج وردو فشارس ای ب ی ن وھ ای صنعتی مناسب م رای بعضی از کاربردھ ه ب کی ک فانوسرل م کنت ی وھ ای علم ری ھ دازه گي رای ان م ب ه ھ ای پيزوالکتريک ک ردان ھ ند و تراگ باش

وپايش صنعتی مناسب می باشند.تاتيک يالفشار اس وازات سطح یس ه م ه ب د ک ا ن دارد جام وچکی ،جري اد سوراخ ک ا ايج ب

ر ) قابل اندازه گيری می باشد. 14-9عمود بر ديوارجامد (شکل ود ب اين سوراخ بايستی عمت ودجھ ان ب داريا دارای هجري ورت پخ دگی و بص اھمواری وبرآم ه ن اری از ھرگون وع

شعاع گلوئی نباشد.

اندازه گيری فشار استاتيک 9-14

د. تراگردا ديل می کنن ه سيگنال الکتريکی تب ن ھای فشار پيزو الکتريک فشار وارده را ب

د. ی باش ا خطی م وارد تقريب ياری از م وده ودر بس ار وارده ب ا فش يگنال متناسب ب ن س ايا ری ي دازه گي ايش روی صفحه ان رل ، نم رای کنت د ب سيگنال الکتريکی خروجی می توان

ت ا ول ار ي ط داده نگ دن توس ل خوان تاندارد قاب ی اس ای خروج يگنال ھ ار رود. س ر بک متا سيگنال 20mA-4دسترس از عرضه کنندگان تراگردان ھا ، چرخه جريان دو سيمی ي

ا جريان مستقيم می باشند. V 10 – 0مانند یولتاژ اژ ورودی ي ه ولت ا ب ردان ھ ه تراگ ھمه ول ا در دامن ا نوع دار درونی آن ھ ه م ا ب د ت از دارن اژتحريک ني رق ± V DC 30ت ب

ردان واقع دررسانی شود، اگرچه ھر ولتاژی رای ھر تراگ دامنه ذکر شده توسط سازنده ب قابل قبول می باشد. ،خاصی

Page 425: طراحی مکانیکی

425

ه ن دامن وند. اي ی ش ی م ار طراح ابتی از فش ه ث رای دامن اری ب ای فش ردان ھ ب تراگ غالاربرد خامجاز قابل انت بزرگترين فشار کاریبايستی مساوی يا بزرگتر از ص ظار برای ک

مورد نظر باشد. چھار مرجع پايه برای فشاربه شرح زيرموجود می باشد: تراگردان ھای فشار خالء با اتمسفر تھويه شده وھنگامی که فشارخالئی به سامانه

ردد، خروجی ار خالء 20mA وارد نگ زان فش زايش مي ا اف د. ب ی نماين اد م ايج می يابد.وارده به تراگردان ، خروجی کاھش

د. فشار را تراگردان ھای فشار نسبی نسبت به فشار اتمسفری اندازه گيری می کنن می باشد. V DC 0يا 4mAبدون فشار وارده ، خروجی برابر

وفشار خالء يا فشار نسبی شدهاتمسفرتھويه اتراگردان ھای با دامنه ھای مرکب ب را نسبت به فشار اتمسفری اندازه گيری می نمايند.

ه ، فشارتراگردان ھای فشار مطلق دی شده ک را نسبت به يک محفظه خالء درزبنرات است درون حسگر قرار گرفته ا تغئي ردان ھ ن تراگ د. اي ری می کنن دازه گي ان

حس می نمايند زيرا فشار وارده نسبت به ميزان خالء معينی فشار بارومتريک راامانه مقايسه می شود. ھنگامی که تغئيرات بارومتريک ب وردرعملکرد س دازه م ان

گيری تاثير بگذارد از واحدھای مطلق استفاده می شود.

دون آسيب ،فشار بيشينه د ب ردان می توان ه تراگ حاشيه ايمنی فشاری را تعريف می کندکد. فشار انی تحمل نماي اه زم رديدن در دوره ھای کوت ، فشار بيشينه ای را مشخص کشت

دائمی يا صدمه بر تراگردان می گردد. می نمايد که منجر به آسيبه صنعتی بصورت واحدھای بسته ای عرضه ا رتب اربرد عمومی و ب تراگردان ھای با ک

ن ھمراه با فيش می باشد که اتصالمی شود که مشتمل بر مدار تقويت وبھسازی کننده و اييچ متمعموال ی فرايندی اتصال ھا ه پ ورد نظر ب اربرد م ا ک ه کشور ي ده بسته ب ريک ، دن

ا ، ه بريتاني تاندارد لول گ NPTاس د زن والد ض رای ف ی) ب تاندارد مل ه اس ده لول 316(دنام می باشد. چسبندهمجھز می باشند. اين تراگردان ھا فقط برای کاربرد در محيط غير ھنگ

ده ،ساز يا محتوی ذرات باشدبلوراندازه گيری فشار در محيطی که بسيار لزج ، اتصال دنين ای مناس ردد. در چن دود گ ت مس ن اس ال ممک ای اتص ه ھ را روزن د زي ی باش ب نم

ه بصورت کاربردھائی از تراگردان ھای تفاده می شود. در گزين ده اس م سطح نصب ش ھ ديگر می توان از درزبند ديافراگمی شيميائی برای محافظت از تراگردان بھره جست.

جريان سيال ھا 7-2-14

ا اندازه گيری ھای جريان س ه يال ھ ه دامن از می باشد ک ورد ني ددی م در کاربردھای متعزان ا تنظيم مي ور ت ديريت موت امانه ھای م ان سوخت در س ری جري دازه گي وع آن از ان تن

ال اکسيژن طبی دارورسانی در ری گسترده است. ھواکش ھای مخصوص انتق دازه گي ان ريان می باشد.ھای جريان سيال شامل تعئين سرعت ، گذرجرمی يا گذر حجمی ج

معادله پيوستگی يک بعدی برای گذرجرمی ھرسيال از رابطه زير حاصل می شود: )2-14 ( m uA

وق ، ه ف ی ( mدر رابط ذرجريان جرم الی kg/s ، ( )گ 3kgچگ / m، (u رعت س

) می باشد.2mسطح مقطع کانال عبورجريان ( A) و m/sمتوسط جريان ( تقسيم دو طرف بر چگالی گذر حجمی جريان را حاصل می نمايد.

Page 426: طراحی مکانیکی

426

)3-14 (Q uA

3mگذرحجمی جريان ( Qدر اين رابطه، / s.می باشد ( ودن چگالی وسطح مقطع از وم ب ان در صورت معل با اندازه گيری سرعت متوسط جري

می توان جريان جرمی يا حجمی را تعئين نمود. 14-3و 14-2معادله ھای و سرعت بادسنج ھای نازک فيلمبا روش ھای متعددی از جمله لوله پيتو، سرعت جريان

ه ر لول و مشتمل ب ه پيت ه Lسنجی ليزر داپلر قابل اندازه گيری می باشد. لول شکلی است کی کون م ت س ه حال ان را ب ای آن جري ه انتھ وی ک ه نح رد ب ی گي رار م ان ق درون جري

). 14-10رساند(شکل زير تعئين می گردد:سرعت جريان از رابطه

)4-14 (02(p p)u

u ) رعت کون m/s ، (0p )، س ار س 2Nفش / m ، (p ) تاتيک ار اس 2Nفش / m و ( 3kgالی (چگ / m.می باشد (

اندازه گيری سرعت با لوله پيتو 14-10شکل

ور از يک تنگ شدگی در مسير برخی ه افت فشار درعب ذر جرمی را برپاي از دستگاه ھا ، گوری جريان اندازه گيری می کنند. اين دستگاه ھا رمشتمل بر صفحه ھای اوريفيس و ونت ا مت ھ

تاندارد يس در اس اربرد صفحه ھای اوريف ند. نصب وک ISO 5167-1 : 1991(E)می باشن BS1042: S1.1:1992وھمچنين استاندارد مستند سازی شده است. اطالعات نقل شده در اي

ايی است ه دستگاه ھ وط ب ده ومرب ه کتاب براساس اين استانداردھا تھيه ش ا، ک سوراخ در آن ھان يم قطر در جري اد صفحه ون ھای اندازه گيری فشار استاتيک در فاصله يک قطر درجريان پ

ذر D/2و Dبا عنوان سوراخ ھای اين سوراخ ھا( قراردارند سوی آن شناخته می شوند). گ جرمی سيالی که از يک صفحه اوريفيس عبور می کند از رابطه زير تعئين می گردد:

Page 427: طراحی مکانیکی

427

)5-14 (2

m 1 14

Cq d 2 p

41

mq) ی ان جرم ه ، kg/s ، (C، جري ری ( ضريب تخلي بت قط يس d/D ،(dنس ر اوريف قط)m ، (D ) اد ان پ ه جري ی لول ر داخل ريب ا m ،(1، قط ذيری ، ض اط پ تالف pنبس اخ

3kgچگالی Pa ، (1 )فشار( / m.می باشد ( رآورد اد ب ان پ ع در جري ار واق ری فش دازه گي وراخ ان رايط در س وان از ش ی ت الی را م چگ

ود( 1نم 1P / RT ا را بايس ين ). دم له ب يس در فاص فحه اوريف وی ص ان س 5Dتی در جريان سوی صفحه 15Dو اد وجري ان پ اندازه گيری نمود. فرض می شود که دمای سيال در جري

يس در اد صفحه اوريف ان پ و وجري ان س ه در جري ه لول ای کمين ول ھ د. ط ت باش يس ثاب اوريفده ا ISO5167-1:1991(E)استاندارد ل ش ه درزيرنق ه وسيعی ذکر شده است ک ست. در دامن

وا ر Cو 1از شرايط برای ھ ی براب وان بصورت تقريب 1را می ت 0.99 وC=0.61 در نظر گرفت.

1L D 0.1D

d / D 0.6 2L 0.5D 0.02D d / D 0.6 2L 0.5D 0.01D

اال ، ای ب ه ھ وی 2Lو 1L در رابط ان س اد وجري ان پ ه در جري ه لول ول کمين ب ط ه ترتي ب

حه اوريفيس می باشند.صفه -يکی از دستگاه ھای رايج برای اندازه گيری جريان،نازل يا شيپوره ھمگرا واگرا می باشد ک

وری متر(شکل يال 14-11ونت دگی س ر بخش تنگ ش تمل ب تگاه مش ن دس ود. اي ده می ش ) ناميد صفحه وبخش بازشدگی متعاقب آن می باشد. در مقايسه با ديگر دستگاه ھای اندازه گيری مانن

ده ای ،اوريفيس ، ھمگرائی وواگرائی يکنواخت لوله ردد باعث افت فشار عم ان نمی گ در جري زيرا خطوط جريان خود را با شکل ھندسی لوله تطبيق می دھند.

واگرا -شيپوره ھمگرا 14-11شکل

ر سطح مقطع ρبا فرض جريان تراکم ناپذير ( رات فشار بسبب تغئي ودن تغئي ثابت) و غالب ب

بر آثار اصطکاکی داريم:

)6-14 (1 t1 1 1 2

1 t

2(p p )Q u A A

(A / A ) 1

Page 428: طراحی مکانیکی

428

ور خود داغ يا فيلم بادسنجی با تيغه ان جرمی در موت ری جري دازه گي رو بعنوان مبنائی برای انی رار م يال ق ان س ده ودرجري ظ ش ت حف ای ثاب ل در دم ازکی از نيک يلم ن ی رود. ف ار م بک

ان 14-12گيرد(شکل ه جري دين معنی ک ردد ب ). دمای ثابت با مداری الکترونيکی محقق می گک رای ي ائی ب ه روش جابج رارت ب ال ح ه انتق د. مشخص ی دھ ر م ريعا تغئي ورودی را س

رای شکل عمود برجريانسيلندردر جريان اليبره نمودن ب ا ک ا ب اصلی، بخوبی شناخته شده ويين رابطهھندسی مورد نظر، جريان الکتريکی با گذرجرمی جريان محلی برقرار می گردد. چن

ال دقت ا اعم وده وب د نم ورد نظر تولي هحسگرھائی را می توان برای ھدف خاص م را ، ھزين نيازھا را تامين نمود. ، گيری کمينه نمود بدين معنی که فقط با يکبار اندازه

ھاکارانداز 3-14

ه حالت کارانداز اري راب ا حركت كنشدستگاھي است كه معي فيزيكي را موجب يدرآورده و ي ھاي اجزاي ماشين مشتمل بر موارد زير مي باشند:کارانداز گردد.

نيوماتيكي ھيدروليكي مغناطيسي موتورھاي الكتريكي دستگاه ھاي پيزوالكتريك

حسگرفيلم داغ برای اندازه گيری جريان جرمی ھوا 14-12شکل

نيوماتيك وھيدروليك 1-3-14

اي ه خروجي محرك ھ وده وآن را ب يال جذب نم رژي را از س ا ، ان يال ھ روي س ر ني ي ب مبتنه سيال مكانيكي به منظور انجام كار مفيدي تبديل مي ن ن ك ه اي مايد. محرك ھاي سياالتي بسته ب

اي وند. محرك ھ يم مي ش اتيكي تقس ا نيوم دروليكي ي ه ھي د ب از باش ا گ ايع ي ا م ارگر در آن ھ كه مي باشند سياالتي شامل دستگاه ھايي براي توليد حركت خطي مانند سيلندرھاي ھيدروليكي ك

حركت دوراني دارند. دروليكي،ويا مانند موتورھاي ھي يا جمع مي شوند يافته گسترشدروليكي ا ھي يلندرنيوماتيكي ي ي، س رك خط رين مح اده ت ارهس ک ک كل ي ق ش ي 14-13وف م

ده مي ه استوانه نامي يلندري ك ه درپوسته اي س باشد.اين محرك مشتمل بريك پيستون مي باشد ك

Page 429: طراحی مکانیکی

429

يلندر ب ه از سوراخ س ور شود حركت مي كند. ميله اي به يك طرف پيستون متصل است ك ا عبد. درزبنداز داد مي ياب راي ورود وخروج به خارج از امت در انتھاي ديگر استوانه سوراخي ب

يلندرھاي ده است. س ه ش ارهسيال ھيدروليكي مانند روغن تعبي د در جھت يک ک ط مي توانن فقروي ه از طريق ني د. جمع شدن ميل وده وبصورت محرك عمل كنن گسترش ميله نيرو وارد نم

فنرفشاري در انتھاي ميله محقق مي گردد. وزن يا وجود

ونشانه نمادين مربوط به آنيک کاره سيلندر ھيدروليكي 14-13شكل

دروليكي 14-14سيلندر ھيدروليكي با كنش دوگانه كه در شكل نشان داده شده ، تحت نيروي ھييلندرھاي نيو ود. س ي ش ع م ه وجم ترش يافت اي گس كل ھ ا وش دازه ھ دروليكي در ان اتيكي وھي م

ا ه معموال بصورت پيچي ساخته مي شود ت انتھايي متنوعي در دسترس مي باشندوانتھاي ميل موجود باشد.امكان اتصال مستقيم آن به بار، قالب ، يوغ يا وسايل متصل كننده ديگر

ونشانه نمادين مربوط به آن رهدوکاسيلندر ھيدروليكي 14-14شكل

ان مي ر بي نيروي وارده توسط پيستون درسيلندربا كنش دوگانه در كورس گسترش با رابطه زي

شود: )7-14( F=pA

2Nفشار N ، (p )نيرو ( Fكه در آن ، / m ، (A ) 2سطح پيستونm .مي باشد ( ير تعئين مي گردد:سرعت از رابطه ز

)8-14 (Q

VA

Q، 3( جريان حجمي وروديm / s.است (

در كورس جمع شدن، نيرو وسرعت در اثر سطح مقطع ميله تغئير مي يابند: )9-14( rodF p(A A )

rodA )2سطح مقطع ميلهm .می باشد (

Page 430: طراحی مکانیکی

430

)10-14 (rod

QV

A A

توان منتقله توسط سيلندر ھيدروليکی از رابطه زير تعئين می گردد:

)11-14 (FV =pQ توان =

ارهبعضی يلندرھای دوک ه از س ز ب رمجھ ودن ضربه گي ته نم ه باعث آھس ند ک ی باش ائی م ھا شامل نحرکت پيستون در انتھای کورس می شو ا نوع ن ھ ايید. اي ال ھ می باشندکه وفق کان

.دندر آن ھا نصب می گردشکن ،شيرھای فشار 14-15شکل

سيلندر در حالت ھای گسترش وجمع شدن ضربه گيرعملکرد 14-15شکل

اجزای ساختمانی مدارھای ھيدروليکی ونيوماتيکی عبارتند از پمپ ھا يا کمپرسورھا ، شيرھا

ان ، کارانداز، رل جھت جري ھای ھيدروليکی ، حسگرھا و مدارھای کنترل. شيرھا ،برای کنتادين آن 14-16وند. شکل فشار و گذر جريان بکار می ر انه نم ا نش راه ب شير دوراھه ای را ھم

رفتن مسير جريان با موقعيت ، نشان می دھد. در شيرھای دو راھه رل پيستونیقرارگ ل کنت قابان دار جري ه ھريک از دو بخش م ان ب دايت جري ه ،می باشد. شيرھای دو راھه برای ھ بسته ب

گزينه ھای مسير جريان را نشان 14-16ھای شکل ھا بکار می روند. نمودار پيستونموقعيت ان از Aبه Pمی دھد. در موقعيت اول ، جريان از د. در موقعيت دوم ، جري ه Pگذر می نماي ب

B دازی شيرپيستونی رای کاران اربرد ،عبور می نمايد. روش بسيار رايج ب ا ک يچ برقی ي سيم پ سولونوئيد می باشد.

د رای مح ار ب رل فش وال کنت ا معم ينه مشخصی ب دار بيش ه مق امانه ب ار در يک س ودن فش ود نمردد. عملکرد ق می گ انحراف مسير جريان خروجی از پمپ وبرگشت آن به مخزن اصلی محق

نشان داده شده است. 14-17يک شير ساده فشارشکن در شکل

Page 431: طراحی مکانیکی

431

موقعيت پيستون ھا در يک شير دوراھه 14-16شکل

فشار شکنکنترل فشار يا شير 14-17شکل

موتورھای الکتريکی 2-3-14

ا انتخاب مناسبی رای بسياری از ماشين ھ ده اصلی ب موتورھای الکتريکی بعنوان گرداننا بسياری از موتورھای درون می باشند، زيرا عملکرد آن ھا آسا ن ومناسب ، در مقايسه ب

ر وان زي ا ت رای ماشين ھای ب اربرد و ب 1kWسوز بدون ايجاد گازھای مضر در محل کدی اصلی در ه بن کوچکی اندازه در مقايسه با ساير گرداننده ھای اصلی می باشد. دو طبق

ان ACموتورھای الکتريکی عبارتند از موتورھای با جريان متناوب ( ) و موتورھای جري ). DCمستقيم (

پارامترھای با اھميت در گزينش موتورھای الکتريکی مشتمل بر موارد زير می باشند: :منبع تغذيه موتورDC ،AC ، تکفازAC سه فاز وغيره ولتاژ و فرکانس کاری محدوديت ھای جريانی درجه بندی توانی سرعت دورانی گشتاور پيچشی راه اندازی

Page 432: طراحی مکانیکی

432

ات قابل انتظار بارتغئير بار محوری کوپلينگ محوری اندازه بدنه جزئيات نصب سيکل کاری : تناوب راه اندازی وتوقف ماشين مالحظات محيطی ھزينه ھای بھره برداری ھزينه ھای اوليه ونگھداری وتعميرات

دموتورھای الکتريکی بر مبنای توان ی آن ھا طبقه بندی می شوند يعنی بر مبنای درجه بن

وان برحسب ا hp ،Wت ر kWي ورد بشرح زي ن م د در اي ديل واح ه تب د. معادل می باش است:

)12-14 (kW 0.746 = 1hp = 746

تکفاز ACبرق 14-18شکل

سه فاز ACبرق 14-19شکل

ط اوبی توس ان تن ا جري رق ب اهب رق ، نيروگ دب ی تولي ع م وعی توزي ای متن ه روش ھ و برق ا ، ب ردد. در اروپ انس ACگ ا فرک انس 50Hzب ا فرک مالی ب ای ش 60Hzودر امريک

ردد (شکل ھای ACتوليد وتوزيع می گردد. برق ع می گ از توزي بصورت تکفاز يا سه فرق ). 14-19و 18-14 ته در ACدر ب ی پيوس وج سينوس ورت م اژ بص از ، ولت ک ف ت

از رق سه ف ردد. ب فرکانس منبع تغذيه توزيع شده وبا دو ھادی ويک سيم زمين منتقل می گوج ا م ی ھريک ب ا يکسان ول ه آن ھ انس ودامن ه فرک ده ک ه تشکيل ش وج جداگان از سه م

Page 433: طراحی مکانیکی

433

دی ای 120بع ل ھ ه کاب از ب رق، ني وع ب ن ن ال اي رای انتق ه ب از دارد. اگرچ تالف ف اخرقاست ، با اضافی رد موتورھای کوچکتری امکانسه فاز ب ار ب دک ودر تاسيسات دارن

بزرگ تر دارای مزيت اقتصادی می باشند. ACھای عدد می باشند. موتور 12زوج و نوعا از دو تا ACموتورھای تعداد قطب ھای

ابعی در ن سرعت ت حالت بی باری، در سرعت سنکرون يا درنزديکی آن کار می کنند، ايين می ر تعئ د واز رابطه زي ه می باش ع تذي ا منب رق شھر ي انس ب ا وفرک داد قطب ھ از تع

گردد:

)13-14 (s

120fn rpm

p

انس برحسب rpm ،fسرعت سنکرون برحسب snدر فرمول باال ، داد pو Hzفرک تعار می ر از سرعت سنکرون ک ائی در سرعتی کمت قطب ھا می باشد. ليکن موتورھای القه ن است ک رای لغزش اي ی ب ی تقريب ود. تعميم ده می ش ن اختالف لغزش نامي ه اي د ک کنن

وعی درصد سرعت سنک 95فرض شود موتورالقائی در د. سرعت ھای ن ارمی کن رون که 14-2کاری برای موتورھای القائی در جدول فھرست شده است. موتورھای سنکرون ب

نحوی طراحی می شوند که حتی با بار، بدون لغزش در سرعت سنکرون خود کار کنند.

موتورھای القائی و با بار کامل سرعت ھای سنکرون 14-2جدول ھا سرعت سنکرون سرعت با بارکامل سرعت سنکرون سرعت با بارکامل تعداد قطب

)50 Hz ) (rpm) (60Hz) (rpm(

2 3000 2850 3600 3450 4 1500 1425 1800 1725 6 1000 950 1200 1140 8 750 713 900 850

10 600 570 720 690 12 500 570 600 575

تاور پيچشی در ودار گش وان بصورت نم ی ت ای الکتريکی را م رد موتورھ ی عملک منحن

ل سرعت (شکل دازی 14-20مقاب تاور راه ان ودار گش ائين نم تاوردر پ ود. گش يم نم ) ترسل دسترسی می ب ری ماشين قاب رای شتاب گي دا ب اشد. است واين گشتاوری است که در ابترد. د ک ه دوران نخواھ ممکن اگر گشتاور بار بزرگتر از اين گشتاور باشد موتورشروع ب

ده استفاده از در چنين نوع کاربردھا ئیاست ه دن ا جعب واع يک کالچ ي د. ان ضروری باشوع ACموتورھای برقی ا طراحی ن توسط Dو B ،Cشامل موتورھايی می باشند که ب

د ، NEMA(امريکای شمالی-زات الکتريکیانجمن ملی سازندگان تجھي ) مشخص شده انا موتورھای با روتور مدور، موتورھای سنکرون وموتورھای يونيورسال که توانائی کار ب

از DCمنبع تغذيه د از : ACرا نيزدارا می باشند. انواع متداول موتورھای تکف ا عبارتن باخه از دو ش ا، ف دازی ب اذن راه ان ا، خ اذن ب د خ ب ازراه ان کاف داردائمی وقط ده. ش ش

تاور ه گش ا دارای مشخص ن موتورھ ک از اي ند -ھري ی باش ه ای م رعت يگان ار س ومعينشان داده شده 14-21که در شکل انتخاب آن ھا بستگی به کاربرد خاص مورد نظردارد

دازیبرای مثال ، موتورھای با است. دازی خاذن راه ان دارای بيشترين گشتاور در راه انزرگ می افی ب در ک ی بزرگی ،باشند، ولی انضمام خاذنی با ظرفيت بق اد کل ه ابع منجر ب

برای موتور در مقايسه با ديگر انواع موتورھای تکفاز می شود.

Page 434: طراحی مکانیکی

434

سه فاز ACسرعت نوعی برای موتور ھای –مشخصه گشتاور 14-20شکل

تکفاز ACمشخصه عملکردی برای سه نوع از موتورھای 14-21شکل

بشرح زير قابل دسترس می باشند: با انواع اندازه ھا وشکل پايه نصب، موتورھای الکتريکی ه يکپار ه دارای پاي ا بدن ن موتورھ ه نصب ، در اي ا پاي ه روی آن ب د ک ی باش ه ای م چ

ور رای نصب موت ا الگوی مشخص ب تانداردی ب ده سوراخ ھای اس ه ش ه ماشين تعبي ب است.

با پايه ضربه گير، پايه اين موتورھا برای کاھش لرزش وصدا، مجھز به مواد منعطف می باشند.

با پايهC شکل، سطحی ماشين کاری شده به شکلC با الگويی از سوراخ ھای ماشين کاری شده استاندارد.

با پايه فلنجیD ده ا الگويی از سوراخ ھای شکل ، پايه با سطح اتصال ماشينکاری ش ب تعبيه شده ی استاندارد برای نصب موتور به ماشين گردنده.

رای ا ، با نصب عمودی ، ب ان ھ ه ياتاق ا محورموتورکاھش بارھای وارده ب ودیب عم نصب می شود.

رای ه آن را ب دار پاي بدون پايه نصب ، موتور بدون پايه نصب عرضه می گردد و خري ين می نمايد.کاربرد مورد نظرش تام

ا کاربردھای مختلف ق ب ه منظور تطبي ه موتورھای الکتريکی ب رای بدن ا ب تعدادی از گزينه ھ

موجود می باشند که در زيرذکر می شود: ه ای از تاتور بدن از، در اطراف اس ايی ب ا دو صفحه انتھ زی ب ده فل ورق شکل داده ش

بعنوان تکيه گاه ياتاقان ھا و محور فراھم شده است.

Page 435: طراحی مکانیکی

435

ور م درون موت حافظت شده، بدنه به نحوی طراحی شده تا از ورود پاشش عمودی آب ب جلوگيری شود. سوراخ ھای مخصوص تھويه روی نيمه تحتانی بدنه تامين شده است.

رايط ل ورود ذرات وش ور در مقاب ت موت ور محافظ ه ، بمنظ دون تھوي ته ب امال بس که سوراخی تعبيه نشده اسبازشو يا محيطی زيانبخش ا تعبي ور ب ره ت. خنک کردن موت پ

ھای ريخته گری شده روی بدنه موتور محقق می گردد. ه دون تھوي امال بسته ب ابه موتورھای ک ا مش کامال بسته با فن خنک کننده ، اين موتورھ

وا ه حرکت در آوردن ھ رای ب می باشند مگر اين که يک فن روی يک انتھای محور ب ب می شود.در اطراف پره ھای بدنه فن نص

ده می باشد ن خنک کنن ا ف امال بسته ب ا موتورھای ک ابه ب ضد انفجار، اين طراحی مشای الکتريکی رای اتصال ھ ی خاصی ب يش بين ه پ ن ک ر اي ه منظورمگ وگيری از ب جل

آتش گيرانجام شده است. بروز آتش سوزی يا انفجار در محيط ھای

امين وضعيت مدرج دارای آرميچری با سيم پيچی خموتورھای ه امکان ت اصی می باشند ، کا رای موتورھ ددی ب درج متع ه ھای م د. زاوي ق می نماين زاويه ای دقيقی را برای روتور محق

د 45مانن ,15 ,7.5 ,3.6 ,1.8 90و ن وان اي ی ت ه م د. اگرچ ارتی موجودن ورت تج بصابعی از شکل موتورھا را با جعبه دنده نصب نمود در ل دسترسی، ت ه ھای قاب اينصورت زاوي

ی وان بصورت پالس امين ت رای ت ند. ب ی باش ده م ه دن بت جعب ين نس ور وھمچن دی قطب موت بنور ا ، موت الس ھ موتورھای مدرج نياز به مدارھای خاصی برای تغذيه وکنترل دارند.با توقف پ

ا ه ای را ب ت زاوي ردد و موقعي ی گ تاورنگھدارندمتوقف م رای گش د. ب ظ می نماي ه خاصی حفرد رار گي ورد نظر ق اربرد م رای ک ه ای خاصی ب ور در موقعيت زاوي ه موت اطمينان از اين ک

بايستی گشتاور نگھدارنده کافی توسط موتور تامين گردد.

سيم پيچ ھای برقیالکترو مغناطيس ھا و 3-3-14

ه يک سيم ، ميدانی الکترومغناطيسی برق از با عبور جريان ن سيم ب ردد. اگر اي رار می گ برقدان ه مي ردد. اگرچ ی گ ر م ر بزرگت دين براب دان مغناطيسی چن د مي ل باش ا کوي کل پيچک ي شر د. ب ان می ياب انتر جري مغناطيسی را می توان در ھوا ايجاد نمود ولی در آھن وفوالد بسيارآس

ا،مبنای اين اصل فيزيکی است که در اطراف سيم پيچ ا مقطع یآھن استوانه ای ھ ه شکل ب C بزات قرار می گيرد ردد و در نتيجه تجھي االئی گ وان ب دان و ايجاد چگالی ت ا باعث تمرکز مي ت

اد ری ايج د ت ام شناورشودفشرده وتوانمن ه بن ی ک ز T. اگر مسيری آھن هشناخته می شود ني بد. دان مغناطيسی تمرکز بيشتری می ياب ردد مي زوده گ ه آھن در از آنجائی مرکز سيم پيچ اف ک

داخل سيم Tمقايسه با ھوا مسيربھتری برای ميدان مغناطيسی می باشد،شناور متحرک بيشتر ب پيچ کشيده می شود تا شار مغناطيسی بيشينه ممکن بتواند ازشناورعبور کند. ا مقطع بمنظور محدود نمودن جريان ھای گردابی سرگردان در الکترومغناطيس ھا ، استوانه ب

ان از Tناور وش Cبه شکل ه بصورت يک درمي را می توان از صفحه ھايی اليه ای ساخت کی د ول ان ياب ن مسير جري د از اي دان مغناطيسی می توان اده عايق تشکيل شده باشند. مي فلز وما جريان ھای گردابی فقط به صفحه ای دو بعدی محدود می شوند. اگرچه در الکترومغناطيس ھ

يچ افزايش جريان، توان ميدان م يم پ ده درس د ش يکن گرمای تولي غناطيسی را افزايش می دھد، لانيعنی تقريبا با توان دوم جريان افزايش می يابد. ر نمودن جري د شده را ،دو براب گرمای تولي

زايش رد دمای آن اف رار گي چھار برابر می کند. ھر بار که الکترومغناطيسی در چرخه کاری قد اطيس يافته ونيروی آن کاھش می ياب ی سريع باشد الکترومغن اری خيل ن چرخه ک . چنانچه اي

داغ شده ومی سوزد.

Page 436: طراحی مکانیکی

436

ا پيچک ،سيم پيچ برقی يچ ي ه از يک سيم پ ژه ای است ک نوعی الکترومغناطيس با طراحی ويا بصورت ن دستگاه ھ ويک شناور که به کاربرد مورد نظر متصل است تشکيل شده است. اي

وع گسترده ای در صنعت با کاربردھای همتن داز از جمل تفاده کاران ورد اس ا م ل ھ ی شيرھا وقف می باشند.

کاراندازھای پيزوالکتريک 4-3-14

ک تالين فروالکتري ی کريس ای پل راميک ھ د س واد مانن ه بعضی از م امی ک ) 3BaTiO(ھنگوده ) ، تحت تاثير ولتاژی قرار گيرند شکل اين مPZTوتيتانات زيرکونات سرب ( ر نم واد تغئي

ای داد محورھ ه در امت ائی ک زايش وآنھ د اف رار دارن دان مغناطيسی ق داد مي ه در امت ادی ک وابعد. تفاده در عمود بر ميدان مغناطيسی واقع می شوند کاھش می ياب ورد اس ن اصل فيزيکی م اي

د ی باش ای پيزوالکتريک م داز ھ اژ تغئيراه ان ال ولت ا اعم ا ب تگاه ھ ن دس ی در اي ان ، يعن ر مککاربردھای زيادی برای کاراندازھای پيزوالکتريک قابل تصور است کوچکی ايجاد می گردد.

مانند موقعيت يابی دقيق وتوليد وکنترل نيروھا يا فشارھای بزرگ.ورد نظر دارد. اربرد م ه ک ن شکل بندی کاراندازھای پيزوالکتريک بستگی ب دازھا اي درکاران

دازھای شکل ھای متنوعی ازجمله ديسک د. کاران ا موجودن ھا، صفحه ھا ، حلقه ھا و مکعب ھداد ک در امت ای پيزوالکتري فحه ھ ا ص ا ي دادی از ديسک ھ راردادن تع م ق ا روی ھ ه ای ب الي

ه ای در شکل داز ديسکی الي ه ای از کاران وند. نمون د می ش ا تولي 14-22محورمرکزی آن ھ نشان داده شده است.

ی در مشخ ای اساس ارامتر ھ دازپ د ازھای صات کاران ک عبارتن رو :پيزوالکتري ائی، ني جابجتن ر داش ين در نظ ار. ھمچن تحکاموولتاژک د اس ايی مانن ت پارامترھ ديد وظرفي انس تش ، فرک

د. ی باش روری م اذنی) ض راميکی (خ واد س ه م ا PZTاگرچ ای ت نش ھ ل ت ت تحم قابلي250MPa د يختگی را دارن يش از گس دارن پ ن مق ه اي تی ب ارھايی ،نبايس را در فش د زي زديک ش

ه ای 20حدودا دازھای الي د. کاران وع می ياب انيکی ، دی پوالريزاسيون وق در صد اين حد مکPZT ه جابجائی وتن در دامن دين ھزارني ايی در حدود چن د نيروھ تاندارد می توانن 100μmاس

ائين د نماي ،در ثابت ھای زمانی در حدود ميکروثانيه وبا مصرف توان پ ه در نتيجه آن تولي د ک نامال ھا را ا ک اد واستعداد آن ھ وز ابع ه ھن وده ک ه نم د گان بشکل استثنائی دارای کاربردھايی چن

ای داز ھ ده است.کار ان راميکی PZTدرک نش واد س را م وند زي ل ش ل ونق ا دقت حم بايستی ب شکستنی می باشند.

امل ابزار ا ش تگاه ھ ن دس ا ی اي ای کاربردھ د ھ ی مانن ق علم ويری، دقي ده تص ت کنن تثبيزری ، يم لي وری، تنظ ازی فيبرن ار، ھمترازس ازی خودک ز س ی، متمرک کپی پيمايش ميکروس

وزنی ، دازھای شيرس کی، کاران ای ديس ده ھ ش گردانن ای پخ تگاه ھ رد ودس ازی خ گراورس کاالمی باشد.

ز ديسکی اليه ایکاراندا 22-14

Page 437: طراحی مکانیکی

437

نتايج 4-14

وثر وکار رد م ا در عملک دادی از پارامترھ رل تع ايش وکنت وارد پ ب م ا آدر غال ين ھ د ماش ما آنچه دی است ت ايی کلي ايش پارامترھ ه پ از ب ا ني رل ھ ن کنت ضروری می باشد. برای تحقق اي

د ون ان ا وفن ه ای از روش ھ ن فصل دامن ردد. در اي ه اصالح دارد مشخص گ ری نيازب ازه گيمعرفی شدند. وحسگرھايی که بصورت رايجی در ماشينھا ھمراه با کاراندازھا يافت می شوند

ده ه خوانن وده وتوصيه می شود ک دماتی ب ن فصل دارای طبيعت مق ه شده در اي اطالعات ارائ منابع ذکرشده برای بخش ھای جداگانه را برای اطالعات بيشتر بازنگری نمايد.

مه ھای اطالعاتی:فھرست منابع وچش

ھدف ھای آموزشی حاصله

14- 1بخش توضيح دھيد؟آيا می توانيد بطور اجمالی يک چرخه کنترلی نوعی را

14-2از دامنه فنون وروش ھای اندازه گيری آگاھی داريد؟ بخش آيا

14- 3بخش ترس برای کاراندازھا آگاھی داريد؟از گستره فن آوری ھای قابل دس آيا

Page 438: طراحی مکانیکی

438

15 رواداری ھای مھندسی

اھيمھدف از اين ذيری فصل معرفی مف ر پ ين رواداريھای اجزا می تغئي دھا وتعئ زا و فراين اجا درک تی ب ا بايس ه ھ اژاجزا وقطع ب ومونت رای نص ا ب اب رواداری ھ ائی انتخ د. توان باش

ين کم ائی تعئ ی وتوان ای ھندس عه رواداری ھ ا توس ه ھ ا مجموع دھا ي ذيری فراين ر پ ی تغئي وتکامل يابد.

اھداف آموزشی

در انتھای اين فصل شما بايستی : عملی متفاوت را داشته باشيد. انتخاب دامنه رواداری برای کاربردھایتوانائی تداخلی ظرفيت گشتاوری را دارا باشيد. شتوانائی تعئين براز رواداری ھندسی را داشته باشيد. توانائی تشخيص نماد مطمئن يک فرايند را داراباشيد. ایتوانائی تعئين تغئير پذيری براز .توانائی تعئين تغئير پذيری آماری يک فرايند را داشته باشيد

مقدمه 1-15

ه را بنحوی يک جسم جامد با سطح مرزھايش تعريف می شود. امی قطع اد ن ا ابع طراحان نوعد. رآورده نماي ای آن را ب زام ھ ه ال ی نمايندک خص م ل ، مش ودن در عم نظم ب ا م اظ ن بلح

طحی ، ی س ای ذات اھمواری ھ ا راون ه ھ راری قطع وان بصورت تک ی ت امی آن نم اد ن ا ابع بن ذيری. تغئير پساخت ا اي راھم شود. ب چندی در ابعاد بايستی مجاز گردد تا امکان توليد قطعه ف

اژمی ه مونت ايی ک ه ھ ه عملکرد قطع زرگ باشد ک دری ب ه ق ذيری نبايستی ب ر پ ن تغئي ھمه ، ايده می ی " رواداری " نامي ه مجزائ اد ھر قطع ذيری مجازدر ابع ر پ ازد. تغئي ل س شوند را مخت

شود.تنھا برای بيان دامنه قابل قبول ابعاد قطعه توليد شده توسط روش ھای ساخت واژه رواداری نه

ال، رای مث اربرد دارد. ب بکار می رود، بلکه برای محصول خروجی ماشين ھا يا فرايندھا نيزکر می ور ديگر تغئي ه موت وری ب توان توليد شده توسط نوع معينی از موتور درون سوز از موت

ال تغئير پذيری عمل ،در معموال کند. رای مث ردد، ب با منحنی توزيع فرکانس مدل سازی می گوع از خروجی ن ن ل اي دل سازی و تحلي ده می شود. م ز نامي توزيع نرمال که توزيع گاوسی ني

ذير در بخش الی ذکر شده است. يکی از وظايف طراح مشخص 15-3تغئير پ بصورت اجمن مق ذيری مجاز اي ر پ ه وتغئي ل نمودن ھر بعد قطع رای عملکرد آن قاب ه ب ه نحوی است ک دارب

ه شده 15-2قطعات در بخش ای ھای ھروادار مشخصات مقدمه ای عمومی بر قبول باشد. ارائ است.

Page 439: طراحی مکانیکی

439

رواداری قطعه ھا 2-15

ا ه ھ ذيری قطع اژ و تعويض پ اد امری ضروری ،به منظور اطمينان از قابليت مونت رل ابع کنترازرواداری ھا برروی ابعمی باشد. داخلی شاد با اھميتی مشخص می شود که بر لقی ھا و ب ت

رات مجاز ا تغئي راه ب امی ھم اد ن ان ابع موثرند. يک روش برای مشخص نمودن رواداری ھا بيد بصورت د می توان ابراين يک بع د. بن دين 0.003mm±40.000می باش ن ب ردد. اي ان گ بي

اری ش ين ک وی ماش ه نح تی ب د بايس ن بع ه اي ت ک ی اس ين معن دازه آن ب ه ان ا 39.997ود ک ت40.003mm ن ه اي امی انجام شود ، ب اد ن باشد. در مواردی که اين تغئير بتواند در طرفين ابع

رواداری ، رواداری دوجانبه ناميده می شود. در رواداری يک جانبه ، يک رواداری صفر می 0.006باشد ، برای مثال

0.00040.000 mm ا ايی عمومی غالب سازمان ھ درواداری ھ وده ان ه ھنگامی تعريف نم اد بکار می ک رای ابع ب

اد ماشين رواداری عمومیکه مقادير صريحی روی نقشه ھا مشخص نشده باشد. برند برای ابعا ر ب ابراين 0.5mm±کاری شده ممکن است براب ه شود. بن ا طولیدر نظر گرفت ر ب ه براب ک

15.0mm د ت باش ن اس ه ممک ا 14.5در دامن د. 15.5mmت ر نماي ای تغئي اير رواداری ھ ساری و اری عمومی را می توان برای مشخصه ھايی مانند زاويه ھا ، سوراخ ھای مته ک سمبه ک

ھا بکار برد. وشجوگرده ھا ، درزجوش شده آھنگریقطعات ، ھا ، ريخته گری شدهه نقشه ھای وان ب ه ای ، می ت رای قطع ا روش ھای ھنگام مشخص نمودن رواداری ب پيشين ي

درج در ، عمومی مھندسی رجوع نمود. رواداری ھا ه وفق تعريف ھای من نوعا بصورت دامنا ا ي تانداردھای بريتاني دول ISOاس وند. ج ی ش ای 15-1مشخص م رای کاربردھ ايی ب راھنم

د ين مانن رای يک رواداری مع ادير H7/s6عمومی رواداری ھا می باشد. ب مجموعه ای از مقال عددی از نموداری متناظر برای اندازه قطعه مورد نظر موجود می باشد. در بخش بعدی مث

راز رای سوراخی ب ه ب ايی ک ه ھ ا لول ا ي رای محورھ ا ب ن رواداری ھ می اھای مشخصی از اي شوند ارائه می شود.

ھای استاندارد برای سوراخ ھا ومحورھا شبراز 1-2-15

تاندارد مھندسی ت د يکی از وظايف اس توانه ای می باش ه ھای اس رای قطع ا ب ين رواداری ھ عئد. ابرای مثال، محوری که در داخل استوانه يا سورخ متناظری براز يا بطور روان گردش نماي

رازميزان ه روی وا ،شسفتی ب ده ای ک رای چرخ دن ال، ب رای مث اربرد می باشد. ب ه ک بسته بداخلی " سفت " م شمحوری نصب شده نياز به براز ه قطر محور عمال ت ه نحوی ک ی باشد ب

ورد نظر را وکمی بزرگتر از قطر داخلی نافی چرخ دنده بوده توانائی انتقال گشتاور پيچشی مال ديگر، قطر د. مث کدارا باش ان ي ا ياتاق د ت اظرش باش ر از قطر محورمتن رد بايستی بزرگت گ

ق بلحاظ با توجه به اين که ت. در ياتاقان موجود باشدامکان گردش محور اد دقي وليد قطعات با ابعوراخ ور وس ادی مح ای ابع دازه ھ ذيری دران ر پ دری تغئي د ، ق ذيرنمی باش ان پ اقتصادی امک

ذيری ر پ ه تغئي يکن دامن ردد. ل تی مشخص گ رد بايس ه عملک د ک زرگ باش ه نحوی ب تی ب نبايسرات بينھاي تن تغئي ای داش ردد. بج تالل گ ار اخ ه دچ وعمجموع اد روا ت متن داری ، در ابع

ه در جدول 15-1استاندارد ھای ملی وبين المللی برای تعريف دامنه رواداری ھا تدوين شده کاد واقعی H11/c11فھرست گرديده اند، برای مثال، ه ابع جدول ،. برای تبديل اين اطالعات ب

رای دازه ھای متناظری موجودند که سطح ھای رواداری را ب ورد نظر تعريف می وان اد م ابعر 15-3و 15-2د(به جدول کنن ن اطالعات فھرست زي تفاده از اي ه منظور اس د). ب ه کني مراجع

ه در رواداری 15-1وشکل جتعاريف بکار رفت د. ھای راي وارد را بدست می دھن در غالب مد معموال سامانه ھای سوراخ پايه بکار می رود زيرا منجر به کاھش تنوع ه ، ابزارھايی مانن مت

. )15-2، جدول BS4500A(صفحه داده ھای ازه گير در کارگاه می گرددواند فرز،برقو

Page 440: طراحی مکانیکی

440

نمونه ھايی ازدامنه ھای رواداری وکاربردھای نوعی آن ھا 15-1جدول کاربرد مونتاژ ISOکد مشخصه تعريف گروه بندی

لقی

خيلی شبراز روان

برای رواداری بزرگ ھای تجارتی

H11/c11

ھادی داخل تخليهسوپاپ محسوسلقی وجود

)موتورھای درون سوز(

روان شبراز

مناسب برای تغئيرات عمده دما،سرعت ھای

زياد يا گردشفشارھای سنگين

ياتاقان گرد

H9/d9

وجودلقی محسوس

محورھای با چند ياتاقان ، پيستون ھيدروليکی جدا درسيلندر، اھرم ھای

غلتک ھا، ياتاقان شدنی

برازش کمی روان

برای گردش ماشين ھای دقيق وموقعيت

ھای دقيق در سرعت ھا وفشارھای متوسط

سر محور

H8/f7

لقیوجود

ياتاقان ھای اصلی ماشين ھای افزار، ياتاقان ھای

ميل لنگ وشا تون ، غالف محور ھا ، غالف

کالچ ھا ، بلوک ھای غالفی

برازش لغزشی

که قطعات ھنگامی

روانبرای گردش لحاظ نشده باشند، ولی

بايستی حرکت وگردش نموده ودقيقا

در موقعيت قرار گيرند

H7/g6

برازش با فشار بدون لقی محسوس

چرخ دنده ھا و کالچ ھای جازدنی دستی، ياتاقان ھای شاتون ، پيستون ھای انديکاتور

برازش لغزشی سفت درموقعيت

ورد نظرم

ازش سفتی در برموقعيتی خاص برای

قطعه ھای ساکن فراھم می نمايد، ولی

می توان به آسانی مونتاژ نمود

H7/h6

با فشار دست وروانکاری

چرخ دنده ھا ، غالف ھای دستگاه مرغک (ماشين تراش)، حلقه

ھای تنظيم ، بوش ھای با بازی درپيچ ھای پيستون وخطوط لوله

عبوری

برازش عبوری

ر موقعيت د مورد نظر

برای قراردادن در موقعيت دقيق ( حالت

اسطه بين برازش لغزشی سفت وبرازش

تداخلی)

H7/k6

با چکش به راحتی

جا زده می شود

پولی ھا، کالچ ھا ، چرخ دنده ھا ، فالی ويل ھا ،

چرخ خای دستی ثابت واھرم ھای دائمی

برازش عبوری در موقعيت مورد نظر

قراردادن در برای موقعيت دقيق تر

H7/n6

نياز به اعمال فشار دارد

آرميچر موتورھا ، طوقه ھای دندانه دار روی

چرخ ھا

تداخلی

برازش تداخلی در موقعيت مورد نظر

برای قطعه ھايی که استحکام و ھمترازی

با دقت در قرار گرفتن در موقعيت مورد نظر

الزامی است

H7/p6

به اعمال فشار نياز دارد

ياتاق ھای گرد شکاف دار

برازش راندنی متوسط

برای قطعه ھای فوالدی معمولی يا برازش ھای انقباضی روی مقطع ھای

سبک

H7/s6 نياز به اعمال فشار و اختالف دما دارد

نافی کالچ ھا ، بوش ھای ياتاقان بلوک ھا، چرخ ھا، شاتون ھا، طوقه ھای برنزی روی

افی ھای از چدن ن خاکستری

Page 441: طراحی مکانیکی

441

اندازه : عددی که برحسب واحد خاصی بيان می شد ومقدار عددی يک بعد را مشخص می نمايد.

.اندازه واقعی : اندازه قطعه ای که با اندازه گيری تعئين شده است محدوده ھای اندازه : اندازه ھای بيشينه وکمينه مجاز برای يک کميت قدار بزرگتر در محدوده ھای اندازهمحدوده بيشينه اندازه : م محدوده کمينه اندازه : مقدار کوچکتر در محدوده ھای اندازه اندازه ای که بعنوان مرجع مقايسه محدوده ھای اندازه را تثبيت می : ای اندازه پايه

نمايد متناظر با آن ای انحراف : اختالف جبری بين اندازه واندازه پايه متناظر با آن ای جبری بين اندازه واقعی واندازه پايه انحراف واقعی : اختالف متناظر با آن ای انحراف باالتر: اختالف جبری بين محدوده بيشينه اندازه واندازه پايه متناظر با آنای انحراف پائين تر: اختالف جبری بين محدوده کمينه اندازه واندازه پايه و محدوده کمينه اندازه رواداری : اختالف بين محدوده بيشينه اندازه محور : واژه ای که طبق توافق برای مشخص نمودن ويژگی ھای بيرونی يک قطعه

(شامل قطعه ھای غير استوانه ای)بکار می رود سوراخ : واژه ای که طبق توافق برای مشخص نمودن ويژگی ھای درونی يک قطعه

بکار می رود

فھرست منتخبی از برازش لقی، 4500Bو 4500Aمشتمل بر BS4500صفحه داده ھای را برای اجزای درونی وبيرونی مشخص می نمايند. ھنگام کاربرد ISOعبوری وتداخلی

استاندارد ، حروف بزرگ به سوراخ ھا وحروف کوچک به محورھا اشاره دارند.

15-1مثال

برابرباقطر ای ابعاد محور وسوراخ را برای برازش خيلی روانی تعئين کنيد که اندازه پايه35mm .باشد

حل

مشخص کننده رواداری 35( عدد 35H11/c11عبارتست از : 15- 1از جدول ISOنماد ) رواداری سوراخ 15-2(جدول BS4500Aمی باشد). از صفحه داده ھای 35mmنامی

0.16برابر است با : 35mmبرای سوراخ به قطرنامی

0.00 mm محور برای محوری و رواداری

0.12برابر است با : 35mmبه قطر نامی

0.28 mm

0.16بنابراين سوراخ بايستی ابعاد

0.0035.00 mm 0.12و محورابعاد

0.2835.00 mm .را دارا باشد

Page 442: طراحی مکانیکی

442

(سوراخ پايه) ISOبرازش ھای منتخب 15-2جدول

Page 443: طراحی مکانیکی

443

( محور پايه) ISOبرازش ھای منتخب 15- 3جدول

BS4500Bصفحه داده ھای

Page 444: طراحی مکانیکی

444

15-2مثال

60mmآن ای سوراخی تعئين کنيد که اندازه پايه جھتابعاد محور وسوراخ را برای برازش راندنی متوسط باشد.

حل

(جدول BS4500Aاز صفحه داده ھای مشخص می گردد. 60H7/s6 صورت ب ISOنماد ، 15- 1از جدول 0.030) رواداری سوراخ برابربا15- 2

0.000 mm 0.072و رواداری محور برابر با

0.053 mm .حاصل می گردد

0.030بنابراين سوراخ بايستی ابعاد

0.00060.00 mm 0.072و محور ابعاد

0.05360.00 mm ارا باشند.را د

BS4500تعاريف واژه ھای بکار رفته در رواداری ھای رايج وفق استاندارد 15- 1شکل

برازش ھای تداخلی 2-2-15

برازش ھای تداخلی برازش ھايی می باشند که پيش از مونتاژ ،قطر قطعه درونی بزرگتر ازقطر قطعه باشد. بنابراين تغيئر شکل ھايی بعد از مونتاژدر قطعه ھا پديدار گشته ودر سطح ھای تماس آن ھا بيرونی می

وچنانچه اين دو 15- 1فشار ايجاد می شود. اگر ھردو قطعه از يک ماده ساخته شده باشند اين فشار با معادله

Page 445: طراحی مکانیکی

445

15-2برای تعريف شعاع ھا به شکل تعئين می گردد( 15- 2قطعه از مواد متفاوتی ساخته شده باشند با معادله رجوع شود).

)1-15 (2 2 2 2

2 2 2

E (c b )(b a )p

2b 2b (c a )

)2-15 (2 2 2 2

o i2 2 2 2

o i

p1 c b 1 b a

2bE c b E b a

2Nفشار در سطح تماس ( pدر رابطه ھای باال ، / m ، (δ ) تداخل قطری کلیm ، (a قطر درونی استوانه

ضريب m، ( Eقطر بيرونی استوانه بيرونی m ، (c )قطر بيرونی استوانه درونی m ، (b )درونی (2Nيانگ( / m و (μ .زيرنويس ھای ضريب پواسن می باشدi وo به ترتيب به قطعه ھای درونی وبيرونی

د.اشاراه دارن

قطرھای مربوط به برازش تداخلی استوانه ھا 15- 2شکل

عادله را از م iوتنش فشاری در قطعه درونی ، 15-3را از معادله 0تنش کششی در قطعه بيرونی ، می توان محاسبه نمود. 15- 4

)3-15 (2 2

o 2 2

c bp

c b

)4-15 (2 2

i 2 2

b ap

b a

وکاھش قطر قطعه درونی 15-5کششی را از معادله ناشی از تنش 0افزايش قطر بيرونی قطعه ،

می توان محاسبه نمود. 15-6ناشی از تنش فشاری را از معادله

Page 446: طراحی مکانیکی

446

)5-15 (2 2

o o2 2

o

2bp c b

E c b

)6-15 (2 2

i i2 2

i

2bp b a

E b a

تاور پيچشی منتقله بين قطعه ھای استوانه ای که با برازش تداخلی بيکديگرمتصل شده اند را می توان گش

از رابطه زير برآورد نمود: )7-15 (2T 2fp b L

2Nضريب اصطکاک Nm ،(f )، گشتاور پيچشی ( Tکه در آن / m ، (b ) شعاع تداخلیm و (L طول ) می باشد.mبرازش تداخلی (

15-3مثال

ونافی چدنی به قطر 150mmبين يک محور فوالدی به قطر 18kN mبه منظور انتقال گشتاور پيچشی طول دارد ، چه برازش تداخلی مورد نياز است؟ ضريب يانگ برای 250mmکه 300mmبيرونی

در نظر بگيريد وفرض کنيد ضريب اصطکاک برابر 100GPaو 200الد وچدن را به ترتيب برابر فو باشد. 0.3ونسبت پواسون برای ھر دو ماده برابر 0.12

حل

2Tگشتاور با رابطه 2fp b L بيان می شود و از اين رابطه می توان فشار الزم برای انتقال گشتاور د نمود:را برآور

3

2 2

6 2

T 18 10p

2f b L 2 0.12 (0.075) 0.25

16.97 10 N / m

تداخل مورد نياز برای توليد چنين فشاری برابر است با:

2 2 2 2

o i2 2 2 2

o i

2 26

9 2 2 9

5

1 c b 1 b a2bp

E c b E b a

1 0.15 0.075 12 0.075 16.97 10 0.3 1 0.3

100 10 0.15 0.075 200 10

5.89 10 m

می باشد. 0.059mmبنابراين برازش تداخلی مورد نياز برابر

Page 447: طراحی مکانیکی

447

مشخص می گردد ، يعنی در اين حالت قطرسوراخ برابر H7/s6منه رواداری با استفاده از دا برازش اين0.04با

0150.000 mm 0.125و قطر محوربرابر

0.100150.000 mm .می باشد

قابليت ماشين 3-2-15

ی مشخص شده ھر شيوه توليدی فقط می تواند قطعه را در دامنه دقتی توليد نمايد که در اطراف ابعاد نامقراردارد. برای مثال، ماشين تراش معمولی (مرغک دار) دارای قابليت ماشين کاری قطعه ھايی را با

دارا می باشد. بعالوه ، شيوه ھای متفاوت توليدی 15-3وفق شکل 0.01mmتا رواداری 10mmقطر ستن اين که مته کاری معموال توليد می نمايند. با دان 15-4 جدولسطح ھای متفاوتی از ناھمواری را طبق

حاصل نمايد ، برای قطعه ھای مته کاری نبايستی 0.8μmنمی تواند ناھمواری سطحی را بھتر از مشخص نمود. طراح ھنگام تعريف رواداری بايستی " طراحی 0.0008mmرواداری ھايی کوچکتر از

محصول ، توانائی کارخانه برای مدی عملکرد، کارآکلی " محصول را در نظر داشته باشد. اين مقوله) را در بر وغيره بھره برداریتعمير و ،توليد قطعه و ھزينه کل ( مشتمل بر طراحی، توليد، نگھداری

تحميلنشان داده شده ھزينه ھای متفاوتی را 15- 4می گيرد. شيوه ھای متفاوت توليد طبق آنچه در شکل می نمايند که بايستی لحاظ گردند.

دقت قابل انتظار از اپراتورھای ماشينکاری با ماشين ھای مختلف 15-3شکل

Page 448: طراحی مکانیکی

448

توليدی تنوعمقدارھای ناھمواری سطحی برای فرايندھای م 15-4جدول

رواداری ھندسی 4-2-15

ابعاد ورواداری ھای دوجانبه مربوطه مشخص توسط 15-5کاری شده در شکل موقعيت يک سوراخ مته (a)15.6ابعاد داده شده مستلزم ناحيه رواداری چھارگوش مربع شکلی می باشد که در شکل شده است.

مشخص شده و ھر نقطه ای درون آن برای قرارگرفتن مرکزسوراخ مجاز می باشد. بررسی ناحيه در امتداد قطرھا طبق شکل که در واقع انحراف بيشينه در موقعيت مرکز سوراخ رواداری نشان می دھد

15.6(b) 0.1±رخ می دھد. بنابراين اگرچه در شکل ظاھرا انحراف رواداری بيشينه را بصورتmm يا0.2mm 0.28مشخص شده ، انحراف بيشينه واقعی در اين شکلmm 0.28می باشد. اگر انحرافmm

ای اين دستگاه بر روی قطرھا فراھم نمايد ، محتمال در ھمه امتدادھا نيز قابل قبول عملکرد صحيحی برمی توان 15-7وفق شکل 0.28mmصادق باشد رواداری دايره ای را با قطر می باشد. اگر اين برداشت

ی درصد بزرگتر از ناحيه رواداری مربعی است وآثار عمده ا 57مشخص نمود. سطح اين ناحيه دايره ای بر کاھش ھزينه در فرايند توليد دارد.

Page 449: طراحی مکانیکی

449

ھزينه نسبی برای انواع فرايندھای دستی وماشينی جھت حصول به رواداری ھای مورد نظر 15-4شکل

ناحيه رواداری نتيجه شده 15-6شکل موقعيت سوراخ برای مته کاری 15- 5شکل

نمايش استاندارد ناحيه رواداری دايره ای 15- 8شکل ناحيه رواداری دايره ای 15- 7شکل

Page 450: طراحی مکانیکی

450

برای نمايش مشخصات ناحيه رواداری دايره ای می توان مرکزسوراخ را در محل مورد نظر دقيقا که مرکز آن در محل دقيق مرکز مشخص نموده وناحيه رواداری دايره ای مجاز را بصورت دايره ای

محل دقيق سوراخ دربا نماد مربوطه نشان داد. در اين مشخصه ھر بعد 15-8قرار گرفته طبق شکل وناحيه رواداری با نماد دايره ای که با خطوط عمودی قطع شده در يک چھارگوشه ای ثبت می شود

است داخل اين چھارگوشه ثبت می چھارگوشه ديگر مشخص می گردد . قطرناحيه رواداری در سمت ر شود.

نماد بکار رفته برای رواداری موقعيتی يکی از مجموعه نمادھايی است که در نقشه کشی مھندسی وفق . رواداری رجوع می شود عنوان " رواداری ھندسی " با اين نمادھا بهو بکارمی رود 15-5جدول

، مانند مسطح ھا در شکل مجاز انحرافموقعيت وتغئيرات مجاز درھندسی امکان مشخص نمودن ھم مرکزبودن را فراھم می نمايد. نمادھای مختلفی که در اين مقوله بکار می رود و توضيح ھای موازی و

کاربرد اين نمادھا برای تعريف شعاع 15-9ارائه شده است. شکل 15-5اجمالی مربوطه در جدول بروز نيروھای عمده نشان می دھد. بمنظور اجتناب از ريفوژ راتموقعيت وشانه در پروانه کمپرسور سان

غير متوازن وتصحيح لقی بين نوک پره ھای کمپرسور وطوقه ثابت ، قرار گرفتن ھم مرکز پروانه با نمادومحور وعمود بودن صفحه پشتی بر محور امری با اھميت می باشد. تغئيرات ابعاد شعاعی محور

نسبت به گونيا بودن شانه انحراف ای سطح استوانه ای ونمادپيکان مورب که حدود تغئير پذيری بر مشخص می گردد.

کتاب مرجع استاندارد ھای بريتانيا برای رسم فنی وطراحی کاربرد روش ھای استاندارد رسم فنی و ) اطالعات بسيار مفيدی 1999) ودريک (1983نمادھا را توضيح می دھد، ھمچنين درکتاب ھای اسپات (

اداری اجزا ی ماشين ارائه شده است.در مورد رو

نمونه ای از کاربرد رواداری ھندسی برای مشخص نمودن تغئيرات مجاز در ابعاد محور وپروانه يک 15-9شکل

کمپرسور سانتريفوژ

رواداری آماری 3-15

ابعاد ومقدار آن ھا ازتوزيعی کهد می کنند توليخروجی ھايی مانند قطعه يا توان ،بسياری از فرايندھا ند. مقدار متوسط اين خروجینمايتبعيت می 15-10فرکانسی مانند توزيع " نرمال " يا گاوسی وفق شکل

ھا بطور مثال، ابعاد يک قطعه مينگين ناميده می شود. توزيع مقدارھای خروجی در اطراف ميانگين بنام انحراف معيارمشخص می گردد. توزيع نرمال اين طور تغئير پذيری فرايند را نشان داده وبا کميتی

درصد از ھمه خروجی ھا در دامنه يک انحراف معيار از ميانگين ، 68.26تعريف می گردد که مثال

Page 451: طراحی مکانیکی

451

درصد از ھمه 99.73ز ھمه خروجی ھا در دامنه دوانحراف معيار از ميانگين ودر صد ا 95.44 از ميانگين قرار دارند. خروجی ھا در دامنه سه انحراف معيار

نمادھای رواداری ھندسی 15-5جدول

توزيع نرمال با معادله زير تعريف می شود:

)8-15 (2

1 1 xf (x) exp x

22

اف معيار انحر σميانگين و x ،μتابع چگالی احتمال برای متغير تصادفی پيوسته f(x)در رابطه فوق،

می باشد.) 15- 6را می توان بصورت عددی حل نمود ويا از جدول جواب ھای آن ( مطابق جدول 15-8معادله

حاصل می F(z)=0.998650مقدار z=3استفاده نمود. برای مثال، با کاربرد اين جدول به ازای کاالھای ز ھمه ا %0.27=0.0027=(0.998650-1)×2گردد.بنابراين می توان انتظار داشت که

Page 452: طراحی مکانیکی

452

ھمه کاالھای توليد شده در درصد 99.73خارج از حدود رواداری قرار گيرند. به بيان ديگر توليدی محدوده مجاز رواداری قرار می گيرند.

توزيع نرمال 15-10شکل

توزيع نرمال 15- 6جدول

Page 453: طراحی مکانیکی

453

درصد ھمه فرايندھا از جمله بسياری از ابعاد ماشينکاری شده وتوان توليدی موتورھا با توزيه 80عمال ه ای از داده ھا در دست باشد با انجام آزمايشی آماری، نرمال قابل مدل سازی می باشند. اگر مجموع

،نرمال بودن توزيع آن ھا را می توان تعئين نمود. اگربا اندازه گيری ھا ی ابعادی قطعه ای خاصمی باشد بنابراين حدود رواداری در σوانحراف معيار μمشخص گردد که توزيع آن نرمال با ميانگين

سه برابر انحراف معيار نسبت به ±اشد. اين حدود رواداری که بصورت می ب σ 3± μ غالب موارد ميانگين تعريف می شود " حدود رواداری طبيعی " ناميده می شود. بنابراين مثال اگر ميانگين وانحراف

0.03رواداری دوجانبه آن بصورت باشد ، ابعاد و 0.01و 8.0معيار قطعه ای به ترتيب برابر

0.038.00

بنابراين σ 6 =6×0.06=0.01رواداری طبيعی آن برابر است با : تعريف می شود ( يعنی ، می باشد). 0.03 = 0.06/2رواداری دوجانبه آن برابر

نھائیيا تغئيرپذيری قطعیبرازش 1-3-15

مبسته را می توان با جايگزين نا ھبرازش قطعی يا تغئير پذيری نھائی تابعی از چندين متغير تصادفی کردن مقدارھايی برای متغيرھا برای يافتن مقدار بيشينه وکمينه تابع تعئين نمود برای مثال برای تابع :

1 2

3

3

x 2xy

x

برابر است با : maxyمقدار بيشينه اين تابع

1,max 2,max

max 3

3,min

x 2xy

x

و به روش مشابھی مقدار کمينه اين تابع برابر است با:

1,min 2,min

min 3

3,max

x 2xy

x

زش قطعی يا تغئير پذيری نھائی را تعئين نمود:حال می توان برا

max miny y y

1xاگر 12 0.1 ،2x 15 0.2 3وx 2 0.15 ، 1باشد سپس,maxx 12.1 ،1,minx 11.9

،2,maxx 15.2 ،2,minx 14.8 ،3,maxx 2.15 ، 3,minx 1.85 و ھمچنينy 5.25 .می باشد

1,max 2,max

max 3

3,min

3

x 2xy

x

12.1 (2 15.2)6.712

1.85

Page 454: طراحی مکانیکی

454

1,min 2,min

min 3

3,max

3

x 2xy

x

11.9 (2 14.8)4.176

2.15

max miny y y 6.712 4.176 2.536

در حالت برازش قطعی برابر است با : yبنابراين رواداری متغير

y y ( y / 2) 5.25 1.268

استفاده می شود.تقريبی برای محاسبه تغئير پذيری نھائی 15-13از معادله ،روش ديگردر

1 2 3

1 2 3

y y yy x x x

x x x

:در رابطه باال

1 1,max 1,minx x x

2 2,max 2,minx x x

3 3,max 3,minx x x

برای مثال عددی حاضر داريم:

3 3

1 3y / x 1/ x 1/ 2 0.125

3 3

2 3y / x 2 / x 2 / 2 0.25

4

3 1 2 3y / x 3(x 2x ) / x 7.875 1x 0.2 ، 1x 0.4 3وx 0.3

1 2 3

1 2 3

y y yy x x x

x x x

0.125 0.2 0.25 0.4 7.875 0.3

2.4875

برای برازش قطعی برابر است با : yمقدار تقريبی رواداری متغير بنابراين

y y ( y / 2) 5.25 1.244

اين مقدار فقط چند درصد با مقدار محاسبه شده با روش دقيق متفاوت می باشد.

Page 455: طراحی مکانیکی

455

تابع ھای خطی يا زنجيره ھای رواداری 2-3-15

می باشد واطالعات ابعادی ھريک ضروری زنجيره ابعادی يکدرغالب موارد دانستن رواداری کلی دردر عملکرد سست نمود ويا الزم می شود رواداری ھا را برای از اجزا را می توان بدون تاثير زيان آوری

بھبود رواداری کلی کمتر نمود. باشد: zزنجيره خطی ساده ای از اجزا را در نظر می گيريم که دارای بعد کلی

)9-15 (1 2 3 nz x x x ... x

است با : برابر zمقدارمنتظره( ميانگين ) )10-15 (1 2 3 nE(z) ...

و واريانس برابر است با: )11-15 (2 2 2 2 2

1 2 3 n z(z) ... واريانس

متغيرھا بصورت اگر متغير پاسخ ، تابعی خطی از چندين متغير اندازه گيری شده باشد و ھريک از اين نرمال توزيع شده باشند ، متغير پاسخ نيز بصورت نرمال توزيع می شود.

15-4مثال

3چھار جزء به طول ھای با اتصال پشت سرھم قطعه ای 2 1x ,x ,x 4وx 15-11(نگاه کنيد به شکل (ردد. حدود رواداری طول ھا معلوم وبه تر تيب برابر مشخص می گ zطول کلی با ساخته می شود.

می باشند. اگر طول ھای اين 0.03mm±7.000و 15±0.050، 10.000±0.040، 8.000±0.030مجموعه را برآورد کلی د ، حدود رواداری برای طولنچھار جزء بصورت مستقل ونرمال توزيع شده باش

نمائيد.

زنجيره ابعادی 15-11شکل

حل

3با فرض اين که حدود رواداری طبيعی برابر : باشد داريم

1 0.03/3 0.01mm

2 0.04 /3 0.0133333mm

3 0.05/3 0.0166667mm

Page 456: طراحی مکانیکی

456

4 0.03/3 0.01mm

2 2 2 2 2

z 1 2 3 4

2 2 2

2 4

0.01 0.013333 0.0166667

0.01 6.555 10

z 0.0256

z6تغئير پذيری کلی =

z z(6 / 2) 3 0.077 حدود رواداری =

طول متوسط مجموعه کلی برابر است با :

1 2 3 4z x x x x

=8 +10 +15 +7 =40 mm z=40.000±0.077mm

واداری می باشند. در مقايسه ، درصد از کل قطعه ھا دارای طولی دراين محدوده ر 99.73بنابراين

100می باشد، يعنی z=40.000±0.150mm حدود رواداری برازش قطعی يا تغئير پذيری نھائی برابر درصد ھمه قطعه ھا دراين حدود رواداری قرار می گيرند.

ابی) را دامنه رواداری بھتر يا جالب توجه تری، مدل نرمال اصلی ا از نقطه نظر بازاري ه می ( يقين ارائر ا 0.077mm±نمايد. اگر مدل برازش قطعی بکار رود ورواداری مجموعه براب ورد نظر باشد، الزام م

ر ر براب ه براب ور جداگان ه بط ر قطع و 0.019±15، 0.019±10.000، 0.019±8.000رواداری ھ7.000±0.019mm ه آن ظريفخواھد بود . اين رواداری خيلی دقيق يا ه براست. می باشد و نيل ب ھزين

اری دل آم ه م رازش 99.73از آنجائی ک تفاده ازرويکرد ب ا را بحساب می آورد ، اس در صد مجموعه ھرای حصول آن، بايستی 0.27قطعی فقط ه ب د ک ری بدست می دھ ا کيفيت بھت ا را ب درصد از مجموعه ھ

کوشش وھزينه قابل مالحظه ای صرف گردد.

15-5مثال

)، براي 0.077mm±آماري براي طول كلي قطعه در مثال قبل( رواداريپھناي باند فرض كنيد كهمورد نياز مي باشد. 0.065mm± رواداري آماري كلي در اين حالت كاربردي خاص خيلي بزرگ باشد.

چگونه مي توان به اين رواداري دست يافت؟

حل

ش ھا در نظر گرفتن رواداري ( وبنابراين اين رواداري به چندين روش قابل حصول است. يكي از رو يكسان براي ھمه اجزا مي باشد: انحراف معيار)

1 2 3 4

Page 457: طراحی مکانیکی

457

بنابراين 2 2 2

z (0.065/3) 4 :سپس

0.0108mm

3σ =±0.033mm± بنابراين حدود رواداري بر ھريك از اجزاي جداگانه برابر است با : گرفت وحدود رواداري قطعهدر نظرمي توان يكسان 4و1در روش ديگر حدود رواداري را در قطعه ھاي

مي توان محدود تر نمود.را 3و2ھاي 2برابر باشند ( 3و 2فرض كنيد تصميم بگيريم كه حدود رواداري در قطعه ھاي 3 (

2 2 2 2

z 1 2 42

2 4

22 2.69444 10

2 0.0116mm

قطعه حدود رواداري ضروري است كه ، 0.065mm±بنابراين براي حفظ رواداري كلي مجموعه به مقدار باشد. 0.035mm±برابر 3و2ھاي

15-6مثال

بھترين رواداري كلي را حاصل مي نمايد: 150mmساخت محصولي به طول ايزيربر از دو روشكداميك 0.050mm±با حدود رواداري 15.000mmجزء ، ھريك به طول 10مجموعه اي از - 1 0.050mm±با حدود رواداري 150mmاي به طول قطعه تك - 2

حل

1 - 1 0.05/3

2 2

z 110 z 0.0527

3σ =±0.158mm±حدود رواداري براي طول كلي برابر است با :

z 110 150.000mm

z = 150.000±0.158mm 2 - z = 150.000±0.050mm از آنجائي كه اين روش حدود رواداري كوچكتري را حاصل مي كند مناسب

صول به رواداري كمتر است.ترين روش براي ح

Page 458: طراحی مکانیکی

458

چندين متغير تصادفي غير ھمبسته ومستقل 3-3-15

تحليل آماري رواداري ھا را مي توان براي محاسبه تغئيرات فيزيكي پديده ھا مانند تنش، گذر جريان سيال، كند كه مدل بيان مي BS 5760استاندارد بكار برد. ءنسبت تراكم وغيره وھمچنين زنجيره ھاي ابعادي اجزا

حالت ھاي تحليل توزيعي در درصد 80توزيع نرمال را مي توان بعنوان توزيع مناسبي براي مدل سازي شرايط غير مرتبط به مقوله ھاي ايمني حياتي بكاربرد. بنابراين اين تحليل داراي توانائي گسترده اي مي باشد.

غير ھمبسته را امکا ن پذير نمايد در سطرھای زير مقدمات تئوری که تحليل تابع ھای با چندين متغيرتصادفی .)1981- (فرمن ارائه شده است

تابعی از چندين متغير تصادفی غيرھمبسته مستقل باشد. yفرض کنيد )12-15 (1 2 j ny f (x ,x ,..., x ,..., x )

رابطه زير بيان می گردد:با yبرازش قطعی يا تغئيرپذيری نھائی متغير

)13-15 (n

jj 1 j

fy x

x

ميانگين آماری وانحراف معيارتابعی از چندين متغير تصادفی غير ھمبسته از رابطه ھای زيرتعئين می گردد:

)14-15 (j

2n2

y 1 2 n x2j 1 j

1 ff ( , ,..., )

2 x

)15-15 ( j j j

2n n n2 2 2 2 4 2 2

y x x x2j 1 j 1 j 1j j j

f 1 f f( ) ( ) ( )

x 2 x x

مثال ھای متنوع زير ،می باشد دار روشاين معادله ھا ممکن است بنظر پيچيده بيايند ليکن کاربرد آن ھا

می دھند. کاربرد آن ھا را نشان

15-7مثال

) ازرابطه زيرقابل محاسبه می باشد:15- 12ضريب فنری فنرھای فشاری مارپيچی (نگاه کنيد به شکل

4

3

d Gk

8D n

ضريب kتعداد مارپيچ ھا ، nقطر سيم پيچ فنر ، Dارتجاعی برشی ، ضريب Gقطرمفتول، dکه در آن فنری می باشد.

ھر يک از اين متغيرھا بشرح زير معلوم می باشد: ميانگين وانحراف معيار برای

d D2.34mm, 16.71mm

3 2

G 79.29 10 N / mm

Page 459: طراحی مکانیکی

459

n مارپيچ 14

d D0.010mm, 0.097mm

3 2

G 1.585 10 N / mm

n مارپيچ 0.0833

آماری برای ضريب فنری را برپايه توزيع نرمالحدود رواداری نھائی برازش قطعی وحدود رواداری 3±درصد اندازه گيری ھا در دامنه 99.73باشد، يعنی 3σ±محاسبه کنيد . فرض کنيد حدود رواداری طبيعی

برابر انحراف معيار قرار داشته باشد.

پيچیرفنرفشاری ما 15- 12شکل

حل

، مقدار ميانگين ثابت فنری محاسبه می شود: kبا جايگزينی مقدارمتغيرھا در معادله

4 4 3

3 3

d G 2.34 79.29 10k

8D n 8 16.71 14

N/mm 4.549 =

d 0.010mm

dd 6 0.06mm

Page 460: طراحی مکانیکی

460

3

G 1.585 10

2

GG 6 9510N / mm

D 0.097

DD 6 0.582mm

n 0.0833

nn 6 0.5

3 3 3

3 3

k 4d G 2.34 79.29 10

d 8D n 2 16.71 147.776

4

5

3

k d5.7374 10

G 8D n

4

1

4

k 3d G8.1673 10

D 8D n

4

1

3 2

k d G3.2494 10

n 8D n

k k k k

d G D nd G D n

∆k برازش قطعي

57.776 0.06 5.7374 10

9510 0.81673 0.582

0.32494 0.5

0.46656 0.5456

0.4753 0.16247

1.65N / mm

Page 461: طراحی مکانیکی

461

لی ضريب فنری(يعنی رواداری کلی) را مربوط به برازش قطعی، بدترين حالت تغئير ک kاين مقدار ).0.825=1.65/2حاصل می گردد( يعنی : kمشخص می کند. رواداری دو جانبه با نصف کردن

k = 4.549±0.825N/mmبنابراين ضريب فنری را می توان بصورت : نرمالبر پايه توزيع محاسبه تغئير پذيری

2 2 2 2

2 2 2 2 2k k k kk d G D n

d G D n

نرمال پايه

= 0.21768+0.297708+0.22594+0.026397

=0.7677

0.8762N بنابراين: / mm پايه نرمال k∆

محاسبه شده 0.8762N/mmتغئير پذيری کلی در ضريب فنری با کاربرد روش بر پايه توزيع نرمال برابر

k = 4.549±0.4381N/mmاست. رواداری دو جانبه را می توان با نصف کردن اين عدد تعئين نمود، يعنی :در مقابل k = 4.549±0.4381N/mmمدل برپايه توزيع نرمال پھنای باند باريک تری را حاصل می کند(

k = 4.549±0.825N/mm درصد ھمه 99.73). اين از نقطه نظر چشم انداز فروش جالب توجه تر بوده و محصول (يعنی تقريبا تمام محصول) را دربر می گيرد.

15-8مثال

رفت وبرگشتي تك سيلندر ، كار انجام شده دركورس انبساط با رابطه مدل موتوريك ارھاي طراحي براي در ك زير بيان مي شود:

2 n 1P D C(1 Q )

W4(n 1)

كه در آن :

C

Q(C 2R)

و

C = M – R – L – H

فشار Pكار انجام شده درطول كورس انبساط ، Wكميت ھا ي نشان داده شده در رابطه ھاي باال عبارتند از: توان پلي تروپيك كورس انبساط nفضاي سر سيلندر ، طول Cطر پيستون ، ق Dسيلندر در ابتداي كورس،

،R ، شعاع ميل لنگM ،فاصله از مركز ميل لنگ تا زير سر سيلندرL ، طول شاتونH فاصله از مركز مجموع طول سرسيلندر بعالوه طول كورس پيستون .نسبت طول سرسيلندر به Qپين پيستون تا تاج پيستون ،

ھي است كه كميت ھاي مستقل قابل تغئير مي باشند در اين جاھدف تعئين تغئير پذيري نھائي وتغئير پذيري بدي احتمالي( با توزيع نرمال) در كارانجام شده مي باشد.

Page 462: طراحی مکانیکی

462

اگراطالعات زير موجود باشد :

5 5 2

2 6 2 6

2 6 2 6

2 6

P 20 10 0.5 10 N / m , n 1.3 0.05

D 4 10 25 10 m, R 2 10 50 10 m

M 10.5 10 50 10 m, H 2 10 25 10 m

L 6 10 50 10 m

حدود نھائي واحتمالي (مدل نرمال) كار انجام شده را تعئين كنيد.

براي كمك به حل مساله، بعضي از مشتق ھاي نسبي محاسبه شده ونتايج در زير ذكر شده است:

W W W2599.46, 2888.39, 2888.39

R M HW

2888.39L

xyمفيد است كه اگر ياداشت: يادآوري اين نكته a :سپس مشتق آن برابر است با edy / dx x log (a)

حل

برازش قطعي يا "حد نھائي " كار انجام شده از رابطه زير تعئين مي گردد:

W W W W

P D M RP D M R

∆W برازش قطعي

W W W

L H nL H n

برابر است با: wو C ،Qمقدارھاي ميانگين

C 0.005, Q 0.1111, W 20.22

2 n 1W D C(1 Q )

P 4(n 1)

2 0.3(0.04 ) (0.005) (1 0.1111 )

4 (0.3)

51.011035 10

Page 463: طراحی مکانیکی

463

5 5P 2 0.5 10 1 10

W

P 1.011035P

n 1W 2P DC(1 Q )

D 4(n 1)

5 0.32 20 10 0.04 0.005 (1 0.1111 )

4 0.31011.035

6D 50 10

W

D 0.0505517D

6W2888.39, M 100 10

M

6W2599.46, R 100 10

R

W

R 0.259946R

6W2888.39, L 100 10

L

W

L 0.288839L

6W2888.39, H 50 10

H

W

H 0.1444195H

بصورت زير عمل می کنيم: nنسبت به Wبی حال برای تعئين مشتق نس

Page 464: طراحی مکانیکی

464

2 n 1 n 1

3

2

3

P D C (1 Q ) (1 Q )W K

4 (n 1) (n 1)

P D CK

4

n 1 n 1

3 2

n 1 n 1

3 2

(n 1) Q (1 Q )W nKn (n 1)

(n 1)Q ln Q (1 Q )K

(n 1)

با جايگزينی n 1

W(n 1)

(1 Q )

در رابطه باال داريم : 3K بجای

n 1 n 1

n 1 2

n 1

n 1

0.3

0.3

W W(n 1) (n 1)Q ln Q (1 Q )

n 1 Q (n 1)

W (n 1)Q ln Q1

n 1 1 Q

20.22 0.3 0.1111 ln 0.11111

0.3 1 0.1111

19.7909

n 2 0.05 0.1

W

n 1.979n

∆W برازش قطعي 1.011035+0.0505517+0.288839=

+0.259946+0.288839+0.1444195 +1.979 = 4.022

W W ( W / 2) 20.22 2.011 J

حال حدود رواداری آماری را محاسبه می کنيم :

Page 465: طراحی مکانیکی

465

2 2 2 2

2 2 2 2W W W WP D M R

P D M R

نرمال

2 W∆

2 2 2

2 2 2W W WL H n 5.196

L H n

=2.2796 W∆

بنابراين:

W W ( W / 2) 20.22 1.1398 J

در صورت لزوم انحراف معيار نيز محاسبه می شود:

W 1.1398/3 0.38

روش ھای طراحی آماری واطمينان از کيفيت 4-3-15

سازگاری وتطبيق با آن معنای استواراست که کيفيت، بر پايه تعريفی از کيفيت ئلهسنتی به مسرويکرد تعريف شود، اين که 0.1mm±40.0رواداری قطعه ای بصورت عد و . برای مثال ، اگر ب می باشدمشخصات ابعاد نبوده بلکه تطبيق در خور توجه یميلی مترباشند، موضوع 39.9يا 40.0 ، 40.1،40.05ابعاد آن،

رويکرد جديدی را برای حل مسئله ھای وچی گژاپنی بنام جنيچی تا ی. مھندسکفايت داردبا مشخصات مذکوردر مثال باال، . بنا نھاده شده است مقدارھدف پيراموندرکه برپايه يکنواختی محصول کيفيتی تعريف نمودهمی باشد ورويکرد پيشنھادی تاگوچی عبارتست از کوشش برای اطمينان از اين که 40.0مقدار ھدف برابر

ذاتعداد ھرچه بيشتری از قطعه ھا دارای ابعادی نزديک به اين مقدار باشند. روش ھای تاگوچی برپايه اين تامحصول می تواند وتحويل زيان مالی به جامعه بعد از حمل،به اجتناب ازحدوث ده که کيفيت فرض بنا نھاده ش

خسارت مالی قابل در چھارچوب اين تعريف، کيفيت نه به يک واکنش احساسی درونی بلکه بهتعبير شود. رويکردی سه گامه برای نياز به فيت خوبتاگوچی برای اطمينان از کي روشبرآوردی مرتبط می گردد.

متشکل از طراحی سامانه، پارامتر ورواداری می باشد. اين گام ھا در زير دارد که طراحی کاال يا فرايند تعريف شده اند:

ابتدا بايستی ھمه سامانه ھای ممکنی که بتواند وظايف وعملکرد مورد نياز را –طراحی سامانه د که شامل موارد جديد ی که تابحال توسعه وتکوين نيافته اند نيز باشند. برآورده سازند لحاظ گرد

در اين مرحله بايستی پارامتر ھای مناسب سامانه برای بھبود کيفيت وکاھش – پارامترطراحی ھزينه مشخص گردد.

برای ھمه قطعه ھا ورده بندی رواداری تمرتبط با مشخصا ھایگيری تصميم –طراحی رواداریب مواد بايستی انجام گردد. ھدف ازطراحی رواداری تصميم برای مصالحه بين سطحھای مناس

کيفيت وھزينه در طراحی سامانه ھای جديد می باشد.

برای نشان دادن کيفی اين روش ، مطالعه ای موردی اجماال ذکر می شود که در آن بايستی طراحی ی در دو شھر متفاوت توليد گردد که يکی در ژاپن يکسانی از جعبه دنده خودرو توسط شرکتی چند مليت

جعبه دنده را درمحدوده رواداری مشخص شده وديگری در امريکای شمالی واقع شده اند. ھردو کارخانه

Page 466: طراحی مکانیکی

466

خودرو توزيع رواداری در جعبه دنده 15-13شکل

توسط طراح توليد نمودند ولی در ارزيابی بازار معلوم شده که مشتريان امريکايی جعبه دنده ھايی که توسط کارخانه ژاپنی توليد شده را ترجيح می دھند. عوامل زيادی مورد مطالعه وپژوھش قرار گرفتند که

. استنشان داده شده 15-13ل که در شک بود شامل زنجيره رواداری ابعادی برای توليدات دو کارخانهلقی و پھنمنجر به سايش زياد يا گير کردن جعبه دنده ورواداری خيلی باريکزنجيره رواداری خيلی ھای منجر به صدای زياد وباال رفتن سطح ضربه در قطعه ھا می گردد. جعبه دنده زياد بين چرخ دنده ھا،

بصورت نرمال در اطراف مقدار ھدف توزيع شده و نی توزيعمنح توليد شده توسط سازنده ژاپنی تقريباد. محصول کارخانه واقع در بودن رواداری قرار گرفته حدوددرصد قطعه ھا در خارج از پھنای 0.27

بنابراين دارای توزيعی چھار گوشه بود و ھمه قطعه ھا در محدوده رواداری قرار گرفته بودند.امريکا برخالف آن ، مواره در محدوده مشخصات رواداری قرار داشت کاالی ساخت کارخانه امريکايی ھ

محصول کارخانه ژاپنی گاھی خارج از مشخصات رواداری توليد شده بود. ليکن مطالعات بازارنشان می کاالی ساخت کارخانه ژاپنی را ترجيح می دادند. اين نتيجه ظاھرا شگفت آور، با توجه ،داد که مشتريان

ساختکه اگر کاال بودخانه ژاپنی ھدف مدار بود قابل تفسير است وناشی ازاين به اين که محصول کار کيفيت باالتری ، کاال را دريافت می نمايند. يا نزديک تر به ھدفوکارخانه ژاپنی باشد مشتريان متناسبا

باق باانطادراک مشتريان در مورد کيفيت، بازتاب اين واقعيت بود که کارخانه ژاپنی توجه بيشتری به .تمرکز داشترواداری ھا تامينرويکرد فقط به ،در حالی که در کارخانه امريکائیداشت ھدف

روش ھای تاگوچی نياز به درک اطالعات آماری ھمراه با اطالعات بودجه ای برای ھر مرحله کاربرد نوشته ھای از طراحی ، توليد و بازاريابی دارد. اطالعات بيشتری از اين روش ھا را می توان در

) يافت.1989) وپھادکه (1993) ، تاگوچی وديگران (1989تاگوچی (باشند. به دليل طبيعت رقابتی مینياز وانتظاراتشان صه ھايی جوابگو بهمشخ بامشتريان در پی کاالھائی

پيوسته درجھت بھبود کاالھا ، سازمان ھااشتياق به بھبود خدمات فعاليت ھای تجاری ھمچنين گروه استانداردھايی می باشند که اصول مديريت ، 9001و ISO9000 ندھايشان فعاليت می نمايند. وفراي

ئی توليد کاالھایبرای نشان دادن توانا که سازمان ھامی کنند تعريفکيفيت سامانه ھا والزام ھايی را يدی از شرکت ھای سھم رو به تزادر مرور زمان نياز دارند. جوابگو ی مشتريان والزام ھای مقرارتی

ی را پذيرا می شوند وخواننده عالقمند برای تفصيل بيشتر بايستی به خود اين ھاي تجاری چنين رويکرد ) مراجعه نمايد.1998ھويل ( نوشتهاستانداردھا يا

نتايج 4-15

ما بمنظور تعريف حدود قابل قبول برای اھداف ساخت وتوليد ، رواداری ھا بايستی اعمال شوند. عموتطبيق قطعه ھا با آن ھا مسجل تر می شود. با اين ھرچه رواداری ھا بيشتر باشند ، اطمينان از

ھمه،موضوع رواداری ھا تنھا به قطعه ھا و مجموعه ھا ی مونتاژ شده از قطعه ھا محدود نمی شود ودر فی شده وروش ھايی فرايندھا نيزکاربرد دارند. موضوع رواداری ھا در اين فصل برای خوانندگان معر

برای مدل سازی رواداری ھای کلی برای مجموعه ھای مونتاژ شده وفرايندھا بر پايه روش ھای آماری تعريف شده اند. بعالوه موضوع حصول اطمينان از کيفيت بطور اجمالی مورد بحث قرار گرفته است.

Page 467: طراحی مکانیکی

467

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی:

کتاب ھا ومقاله ھا:

استانداردھا:

Page 468: طراحی مکانیکی

468

کاروتمرين

محوری فوالدی نصب گردد. اين بوش دارای قطر درونی رونيک بوش برنزی بايستی د 15 - 150mm 62.5وقطر نامی بيرونیmm 62.5می باشد. غالف فوالدی دارای قطر درونی نامیmm

می باشد. 87.5mmوقطر بيرونی )aنی بوش وقطر درونی غالف را به منظور تامين برازش راندنی متوسط ) حدود اندازه قطر بيرو

تعئين کنيد.)b.حدود برازش تداخلی حاصله را تعئين نمائيد ( )cبرای برازش تداخلی بيشينه حاصله، فشار ايجاد شده بين بوش وغالف ، تنش ھا در ھردو قطعه (

کنيد.و تغئير شکل ھا را محاسبه در نظر بگيريد. μ 0.27=و برای ھردو فلز E=113GPaو برای برنز E=200GPaبرای فوالد

فوالدی به قطر یبين محور 30rpmدر 6kW برازش تداخلی مورد لزوم برای انتقال توان 15 - 240mm100بيرونی و نافی چدنی به قطرmm 80وبه طولmm را تعئين کنيد. برای فوالد

E=207GPa و برای چدنE=100GPa 0.3ونسبت پواسون را 0.12، ضريب اصطکاک را در نظر بگيريد.

تفاوت ھای بين برازش ھای لقی، عبوری وتداخلی را توضيح داده ومثال ھايی اجمالی از 15 - 3 کاربرد آن ھا را ذکر کنيد.

ه طول ھای آن ھا به ک مونتاژ شده سه قطعه بصورت پشت سرھم از یدستگاھی با ترکيب 15 - 4اين سه قطعه بصورت اگر طول ھای .می باشد 0.03±35و 0.05±20، 0.05±40ترتيب برابر

مستقل ونرمال توزيع شده باشد، حدود رواداری برازش قطعی وبرازش آماری را محاسبه نمائيد. م غير و حد رواداری برای طول سوبنظر برسد حد رواداری برای طول کلی بسيار عريض گرا

قابل تغئير باشد حدود رواداری آماری کاھش يافته را برای طول اولی (وطول دومی در صورت شود. 0.07mm±لزوم) به نحوی تعئين کنيد که حدود رواداری کلی برابر

2سه متغير اندازه گيری شده 15 - 5 1x ,x 3وx ميزان دقت مستقلی می باشند. دارای خطاھای کوچک اين اندازه گيری ھا که بصورت انحراف معيار بيان شده عبارت است از:

1x 0.02 ،

2x 0.03 و3x 0.04 .با رابطه زير بيان می شود: ،متغير تابع

1 2

3

x xz

4x

باشد، 2.05و 3.05، 2.49مقدار اندازه گيری شده اين متغيرھا به ترتيب برابر : در صورتی که را برآورد کنيد. zدقت

ديسکی را می توان با استفاده از رابطه زير چند در يک کالچ Tظرفيت حمل گشتاور، 15 - 6 به نمود:محاس

Page 469: طراحی مکانیکی

469

3 3

o i

a 2 2

o i

r r2T F N

3 r r

تعداد سطح ھای تماسی Nمحرکه محوری ، نيروی aFضريب اصطکاک ، μ،در اين رابطه شعاع درونی حلقه کالچ می باشد. irونی حلقه کالچ و شعاع بير orديسک ھا ،

200N ،N=12، or±4000برابر aF، 0.03±0.3برابر μ چنانچه، 60 0.5mm irو 30 0.5mm ،ای ظرفيت گشتاور تعئين کنيدحدود برازش قطعی واحتمالی نرمال پايه را بر.

کدام پارامتر طراحی بايستی کاھش يابد تا کاھش بيشينه ای در تغئير پذيری ظرفيت گشتاور ايجاد گردد.

تفاوت ھای بين برازش قطعی (تغئير پذيری نھائی) و مدل نرمال پايه برای محاسبه تغئير 15 - 7 د.پذيری در مجموعه اجزاء يا فرايند ھا را توضيح دھي

" بلويل ضريب فنری را می توان ازمعادله زير تعئين نمود. Aبرای فنر استاندارد سری " 15 - 8

3

2 2

1 e

4E tk

(1 ) K D

ثابت بدون 1Kنسبت پواسون ، μ، ضخامت واشر tضريب يانگ ماده واشر، Eدر اين معادله،

قطر بيرونی می باشد. eDبعد و د ين کني ه فرضياتی در صورتی تعئ ان ھرگون حدود برازش قطعی و احتمالی را برای ضريب فنری با بي

ه t=2.22±0.03 ،eDک 40.00 0.08mm ،=0.3±0.003μ ،9 9 2E 207 10 2 10 N / m 1وK 0.69 .باشد

رين صورت کاھش ه بھت ی را ب ذيری کل ر پ ا تغئي ر داد ت در مورد اين که کدام رواداری را می توان تغئي داد اظھار نظر کنيد.

جواب ھا :وراخ 15 .1 اد و روادری H7/s6س ا ابع 0.03ب

062.50 mm اد وروادری ا ابع وش ب ، ب

0.072

0.05362.50 mm ،=0.072mmδ ،p=21.06MPa ،

0 64.9MPa ،i 94.94MPa ،0 0.022mm ،i 0.05mm 2. 15 64μm 0.045±20، 0.045±40، 0.077±95، نرمال پايه 0.13±95برازش قطعی 15 .45. 15 z 0.0139 6. 15 672±108N m ،672±75N m 8. 15 9017000±506700N/m=برازش قطعي k 378100±9017000وN/m=نرمال پايه k

Page 470: طراحی مکانیکی

470

ھدف ھای آموزشی حاصله

آيا می توانيد پھنای رواداری را برای کاربردھای متفاوت عملی انتخاب

15- 2بخش کنيد؟

2-2-15بخش آيا می توانيد برازش تداخلی را برای ظرفيت گشتاوری تعئين نمائيد؟

4-2-15بخش آيا می توانيد نمادھای رواداری ھندسی را تشخيص دھيد ؟

1-3-15بخش ھای ند تعئين نمائيد؟تغئير پذيری برازش قطعی را برای يک فراي آيا می توانيد

2-3-15و 3-3-15آيا می توانيدتغئير پذيری آماری را برای يک فرايند تعئين کنيد؟

Page 471: طراحی مکانیکی

471

16 مطالعه موردیيك مديريت طراحی و

طراحی وروش شناسی از اين فصل مطالعه طراحی بصورت مقوله ای فراگير می باشد. مديريت ھدف مورد بحث قرار می گيرد. جنبه ھايی از اجزای ماشين چندين گزينه بيناز بھترين طراحی برای ارزيابی

که درفصل ھای جداگانه اين کتاب معرفی شده اند دريک مطالعه موردی در مورد يک جعبه دنده به ی طراحی ، تعامل بين اجزای ماشين و يکديگر پيوند داده شده اند تا کاربرد دامنه وسيعی از مھارت ھا

فرايند تصميم سازی توضيح داده شود.

ھدف ھای آموزشی در انتھای اين فصل شما بايستی

فعاليت طراحی کلی را داشته باشيدتوانائی توصيف متفاوت وانجام گزينش بين اين مفھوم ھا را دارا باشيد.توانائی ارزيابی مفھوم ھای بع اطالعاتی در دسترس طراح را کسب کرده باشيد.آگاھی از دامنه منا .تجربه بيشتری در مورد کاربرد رابطه ھای درونی بين اجزای ماشين بدست ورده باشيد

مقدمه 1-16

واژه " طراحی " برای افراد مختلف معانی متفاوتی را تداعی می کند. برای بعضی، کاربرد ابزار نقشه يا دستگاھی معنی می دھد. برای اي ه و رايانه برای ترسيم جزئيات قطعهکشی ، مداد وکاغذ يا موشوار

مانند خودرو يا جامعفرايند پيچيده ای است که منجر به طراحی تفصيلی سامانه ای ،ديگران، طراحیکلمه طراحی را ھم می توان بعنوان فعل ويا اسم بکار برد ودراين فصل از ھردو شکل آن رايانه گردد.

شده است.استفاده دستگاه يا محصول جديد. اين نقش مستلزم کاربرد بسياری از ايجاد وابداعنقش طراح عبارتست از

مھارت ھا و فرايندھا ازجمله تشخيص نياز بازار ، تدوين مشخصات کاال ، ايجاد راه حل ھای مفھومی ، وان ھسته يا مرکز فعاليت طراحی تفصيلی ، توليد وبازاريابی می باشد. اين فرايندھا را می توان بعن

" طراحی جامع " مورد بحث قرار گرفت، 1ھمانطوري كه در فصل طراحی لحاظ نمود ومجموعه آن ھا پذيرفته شده است زيرا اين ناميده مي شود. اين مدل وروش شناسي طراحي توسط بسياري از سازمان ھا

صورتي حرفه اي وشايسته فراھم مي روش چھار چوبي براي اجرا و بھره برداري از فرايند طراحي بهروزبروز نمايد. رويكردھاي سنتي به طراحي در غالب موارد بقدر كافي موثر نمي باشند زيرا كاالھا

پيچيده تر، مشتري مدارترشده وتحت تاثير قوانين ومقررات قرار گرفته وبا افزايش تعداد مفاھيمي كه مي شوند، كاربرد اقتصادي آن ھا محدود و مستثني توسط حقوق مربوط به ابداع واختراع حمايت مي

كاغذ سفيد " داراي احتمال كمتري اوراق منعكس شده روي. محصول ھاي بر مبناي ايده ھاي " گرددمگر اين كه ابداع كنندگان آن ھا داراي صالحيت جامعي دارا مي باشندبراي رقابت با صنايع جھاني

از مرحله مالحظات كلي مربوط به سامانه تا طراحي تفصيلي ، درسطحي باشند كه بتوانند طراحي را

Page 472: طراحی مکانیکی

472

) 1997توسط جيمزدايسون (بازاريابي و برآورد ھزينه اجرا نمايند. نمونه خوبي براي اين نوع طراحي در ارتباط با جاروبرقي ھاي دايسون نگاشته شده است. موفقيت دائمي الزام به احاطه كامل وتوجه دقيق به

ا تا انتھاي فرايند طراحي دارد. جزئيات از ابتدكه در طراحي نوين وآموزش اشاره شود اھميت وارتباط بسياري از مطالبيارزش دارد كه به ادر اين جكيفيت ھايي كه از طراحان مورد انتظار است مشتمل بر دانش جامع مورد بحث قرار مي گيرند. مھندسي

ھاي ابداعي ومھارت ھاي ارتباطي مي باشد. دوره ھاي علمي ، فراگرد تفكرمنطقي ، خالقيت ، توانائي سنتي علوم مھندسي مانند ترموديناميك ، انتقال حرارت و مكانيك سياالت ، استاتيك وديناميك جوابگوي

وتوسعه فراگرد تفكر منطقي مي باشند. بعالوه، گروھي از تقاضاي مربوط به دانش جامع علمي وفني فني جوابگوي الزام ھاي سازماني و ارتباطي مي باشند. بقيه تقاضاھا دوره ھاي مديريتي وارتباطات

بايستي از طريق مطالعه در طراحي وتوسعه وتكامل حرفه اي فردي برآورده شوند. اين نياز به درجه اي بايستي بكمك ورشد مھارت ھا ي خالق ،ابداعي و مفھومي دارد. از خود پروري وتمھيدات محيطي براي

از آنچه تا بحال انجام شده، آنچه انجامش امكان پذير است وآنچه از نظر علمي شدني است دانش عمومي انجام گردد. براي مثال ، ھر محصولي از يك خودرو تا يك موتورجت نياز به ورودي ھاي ھماھنگ از

به تنھائي وجداگانه را مي توان طراحي دارد. ھر يك از ورودي ھا 16.1aچندين تخصص وفق شكل ). اگر اين فعاليت به تنھايي انجام گردد محصولي حاصل نمي گردد. 16.1bئي تلقي نمود(شكل جز

ھمانطوري كه از كاالھاي قابل بازاريابي مشھود است، صنعت به طراحي جامع يا مجموعه اين طراحي صادق اجزاي ماشين مانند ياتاقان ھا وچرخ دنده ھا نيز رايھاي جزئي عالقمند مي باشد. اين اصل ب

ماشين ھاي مفيدي ساخته مي شود. آن ھا،تركيب از. اين اجزاء به تنھايي كاربرد اندكي دارند ولي است

) ورودي ھاي طراحي جزئيb) ورودي ھاي طراحي جامع (a( 1-16شكل

روع شده وتا فروش محصول يا فرايند طراحي جامع، فعاليتي سامانه داراست كه از تشخيص نياز بازار شدر نظر مركزي اي ھسته متشكل ازبراي جوابگوئي به اين نياز ادامه مي يابد. طراحي جامع را مي توان

مشتمل بر فعاليت ھايي شامل تعئين نياز بازار ، تھيه مشخصات فني طرح ، طراحي مفھومي ، گرفت كه مي باشد. 2-16طراحي تفصيلي ، توليد وبازاريابي وفق شكل

Page 473: طراحی مکانیکی

473

فرايند طراحي جامع ، متشكل از ھسته مركزي ، گام ھا وورودي ھاي مربوطه 2-16شكل

عرضه كاال يا فرايند را به ،معموال طراحي با نياز يا الزامي شروع مي شود كه درصورت جوابگوئيبازار ممكن است ناشي از رقابت يا پاسخي به بازار موجوديا بازار جديد امكان پذير مي سازد. نياز

تغئيرات اجتماعي ، فرصت ھا يي براي كاھش خطرھا وآسيب ھا ، نا مناسب بودن محصول ھاو ھزينه ھا طراحياصلي جبھه " پيشاني يا ي موجود ، بھره برداري ازفرصت ھاي بازار جديد وغيره باشد. اين "

نيني مانند پژوھش گران بازارو دانشمندان اطالعاتي اصل وپايه اين چافرادي با مھارت ھاي مي باشد. فرايند طراحي مي باشند.

بايستي ايجاد شرايط نياز بازار باشد. روش متداول تھيه سندي در اين نقطه شروع براي ھر طراحي د ساده در مور ، ممكن است عبارتيمي باشد. خالصه توجيھي مرحله تحت عنوان " خالصه توجيھي "

ويا سندي جامع باشد كه نياز واقعي كاربران را منعكس نمايد. نيازھا مشخص كننده حدود ،مشخصات فني براي طراحي موثر اھميتي حياتي دارد. مشخصات فني جامع

مورد بحث قرار گرفت ،روشي كه در اين 1ھمانطوري كه در فصل . مي باشد صفات طراحي معرفوبا تكميل مشخصات ، ميتوان به ) است.PDSصات طراحي كاال (كتاب توصيه مي شود ، تھيه مشخ

راه حل ھاي زيرامرحله طراحي مفھومي گام نھاد. اين مرحله خالق ترين بخش فرايند طراحي مي باشد با ايجاد راه حل ھاي مفھومي ، گام بعدي بيان اين مشخصات ذكر شده در مشخصات فني را شكل مي دھد.

كه قابليت ارتباط با ھمه افرادي را دارا باشد كه در فرايند طراحي جامع دخيل راه حل ھا به نحوي است

Page 474: طراحی مکانیکی

474

ھستند. در عمل ، ممكن است بصورت طرحي ترسيمي يا مدلي سه بعدي باشد كه يا فيزيكي ويا رايانه اي وانجام محاسبات براي تعئين سازگاري راه حل با مشخصات طراحي كاال ، تھيه شود. با تكميل طرح كلي

پايه الزم براي شروع مرحله طراحي تفصيلي آماده مي شود. . اين طور برآورد شده كه با تكميل مرحله طراحي تاکيد گردد به اھميت مرحله طراحي مفھومي بايستی) . بعالوه 1984-موسسه مھندسين توليد تعھد می باشد ( قابلدرصد ھزينه کلی طراحی 70تقريبا مفھومی

ته در مرحله طراحی مفھومی می تواند باعث اجتناب از اشتباھات جدی گردد. زمان وکوشش بکار رفمی باشد، ولی 1980درحال حاضرنمادی از طراحی سال ھای C5اگرچه خودروی سه چرخه سينکلر

حجم بزرگی از طرح را شکست بحساب می آيد. طراحی تفصيلی يک عمال از نظر تجاریاين طرح آقای کاليو سينکلر بعدا قبول کرد که موقعيت راننده فھومی دارای نقص بود. ولی طراحی م تشکيل می داد

در اين خودرو بسيار نزديک به زمين قرارداشت و بيشتر ازحد متعارف در معرض اجزاء قرار داشت . برآورده نمی نمودودر مجموع اين محصول تمايالت ونيازھای مشتريان را درزمان خود

می پردازد. با ھمگرائی به سمت PDSن راه حل ھای الزم برای جوابگويی به طراحی مفھومی به يافتشود تا درک بھتری ايجاد نموده تبئين انتخاب يک مفھوم ، اين مفھوم انتخابی بايستی با جزئيات بيشتری

مراحل ھسته مرکزی طراحی بسيار تکراری و تعاملی می عمال واطمينان ازسازگاری حاصل گردد. مجزا نبوده وبا يکديگر ھمپوشانی دارند. طراحی تفصيلی با طراحی فنی زير مرح د.نباش له ھا لزوما

سامانه ھا واجزائی مرتبط است که مفھوم يا سامانه را ساخته وشامل تعريف جانمائی، شکل ، ابعاد ، ائی رواداری ھا وپرداخت سطح ھا ، مواد وفرايند ماشين کاری اجزای محصول می باشد. کاال از اجز

درجه ای در مرحله طراحی مفھومی تعريف شده اند ولی ساختمان نھائی اين اجزاء بهتشکيل می شود که د. مرحله طراحی تفصيلی ياببصورت قابل مالحظه ای ممکن است در مرحله طراحی تفصيلی تغئير

آزمايش وئيات بعنوان مرحله نھائی درتبديل يک پيشنھاد به مجموعه ای ازتوضيحات کامال مفصل با جزطراحی تفصيلی مشتمل بر تقسيم محصول يا فرايند به زير . تعبيرمی گردد محصولی که قابل ساخت باشد

سامانه ھا ، واحدھای مونتاژ شده ، قطعه ھا واجزاء ، تحليل و معتبرسازی وموشکافی در مورد مفھوم زيابی آزمايشی و آماده سازی وعناصر تشکيل دھنده آن ، طراحی و انتخاب اجزاء ، نمونه سازی وار

اطالعات توليدی مانند نقشه ھا ، مدل ھای رايانه ای و مختصات ماشين کاری می باشد. عقل سليم حکم می کند که طراحی تفصيلی ضعيف می تواند مفھوم خوبی را نابود نمايد حال آن که، طراحی تفصيلی

که از نظر بازار موفق باشد. عالی می تواند مفھومی حاشيه ای را به طرحی بدل نمايد طراحی تفصيلی مستلزم دانش مواد، فنون تحليلی ، پيش بينی حجم توليد ، پيش بينی عمر ودوام ، زيبائی ظاھری وغيره می باشد. تاکيد اصلی در طراحی اجزاء ، عملکرد محلی ، محيط محلی ومحدوديت ھای

متن طرح در طراحی آن دارای اھميت در طول طراحی يک جزء وابستگی اين جزء بهمحلی است. تعريف و سنجش نمود. CDSحياتی است. وابستگی به متن را می توان با مشخصات طراحی اجزاء يا

اگرمواردی در اين مقوله مورد غفلت قرار گيرد اين موارد منجر به کوتاه شدن دوام ، نزول کيفيت عبارتند از:ت نوعی طراحی اجزاء مشخصاعناصر تشکيل دھنده ونارضايتی مشتری خواھد شد.

عملکرد محصول محدوديت ھای شرکت سازنده محيط محلی نيازھای مشتری آزمايش کيفيت نگھداری وزن توليد استانداردھا

Page 475: طراحی مکانیکی

475

ھزينه اجزاء ارگونومی ايمنی والتزام محصول زيبائی ظاھری کميت مواد

به مرحله توليد وابسته می باش د زيرا تصميم ھای متخذه دارای نتايج مرحله طراحی تفصيلی مستقيما

وايجاب ھايی برای فرايند توليد است. مالحظات توليدی در ھمه مرحله ھای برنامه طراحی از مرحله مدپژوھش ھای بازار گرفته تا مرحله تھيه مشخصات ، طراحی مفھومی و طراحی تفصيلی بايستی در

وآثارويژه ای برای توليد در جنبه ھايی مانند کيفيت و مرحله تھيه مشخصات دارای نتايج. قرار گيرد نظرقابليت اعتماد ، وزن ، پرداخت ، کميت ، ھزينه و اندازه می باشد. بايستی مواد الزم برای طراحی

نوين به انتخاب رويکرد درقابل تحقق باشد. وساخت قابل دسترس بوده ومجموعه از نظر فنی واقتصادی مختلف مواد مانند فلزھا ، پليمرھا، سراميک ھا يا کامپوزيت ھا لحاظ می گردد.مواد برای اجزاء ، انواع

درتھيه و آماده سازی نقشه ھای تفصيلی ساخت موارد زير بايستی مرعی گردد: آيا می توان ماده ارزانتری را انتخاب نمود؟ آيا کميت موادی که در توليد بکار می رود را می توان کاھش داد؟ نياز به ماشين کاری از موادی آماده يا موادی که ازفروشنده ای در دسترس است و آيا می توان

ندارد استفاده شود؟ آيا ھمه سطوح بايستی ماشين کاری شوند؟ چه رواداری ھايی ضروری می باشند؟ آيا اجزاء قابليت توليد شدن دارند؟ آيا مونتاژ امکان پذير است؟

) DFMدن توليد در طول فرايند طراحی مانند، طراحی برای توليد (راھبردھای مختلفی برای بھينه نمو

کمينه ، DFM) و مھندسی ھمزمان موجود می باشد. ھدف ھای اصلی از DFA،طراحی برای مونتاژ (کمينه نمودن چرخه ھای توسعه ومقدور ساختن توليد محصول نمودن ھزينه ھای اجزاء ومجموعه ھا ،

دارای دو عنصرتشکيل دھنده کليدی می باشد: طراحی برای DFMھای با کيفيت تر می باشد. انتخاب فرايند مونتاژ می باشد ، DFA). اساس DFPقابليت توليد قطعه () و طراحی برای DFAمونتاژ(

با روبات وطراحی متعاقب محصول برای فرايند مونتاژ سريع يامونتاژبرای مثال ، مونتاژ دستی ، توليد اجزاي جداگانه تشكيل دھنده يك مجموعه مرتبط مي باشد. بسياري ،با DFP. مونتاژ انتخابی

DFMھدف كليدي ازكاالھا در مرحله ھاي بعدي عمر تجاري خود متاثر از كاھش ھزينه مي باشند. ،بعضي از شركت ھا در عبارت از پايه گذاري صحيح ھزينه وكيفيت توليد ازآغازفرايند توليد مي باشد.

مليات توليدي از يكديگر متمايز مي باشند. در ديگر ان گروه ھاي طراحي وتوليدي از وعطراحي كاال مھندسي ھمزمان رويكردي سامانه دار براي طراحي ابتداي پروژه با يكديگر ادغام ويك پارچه شده اند.

اشد. بشكلي يك پارچه وھمزمان مي ب ،وتوسعه اجزاء وفرايندھاي مرتبط با آن ھا مانند توليد وآزمايشارسال مي شود. فنون بازاريابي كاال به بازار ،در حين مرحله بازاريابي يا فروشدر مدل طراحي جامع

اين دارند كه كاال منحصر به فرد ، بصورت مجموعه يا توليد انبوه فروخته شود. بازاريابي بستگي به با فرايند طراحي از طريق بازخور ارتباط مستقيم فروش شامل تبليغ ، توزيع ، نگھداري وتعمير مي باشد.

اطالعات به گروه طراحي مرتبط به واكنش مشتري نسبت به كاال ، ويژگي مورد عالقه يا عدم عالقه ، ھر گونه خرابي در اجزاء والزام ھاي طراحي مجدد و موارد مربوط به نگھداري وتعميرات برقرار مي

شود.

Page 476: طراحی مکانیکی

476

جامع مستلزم مالحظاتي در مورد سامانه كلي وجزئيات ، فرايندطراحيھمانطوري كه اجماال ذكر شد اجزاء متشكله با ورودي تخصصي مھارت ھا از بازاريابي گرفته تا تحليل سامانه واجزاء مي باشد. فرايند

عالوه بر ھسته مركزي طراحي ، جزئيات مالحظات ،نشان داده شده 2-16در شكل كه طراحي جامعاولويت بندي داشته باشند ھمراه با مھارت ھاي تخصصي الزم را نشان مربوط به ھر سطح كه ممكن است

مي دھد.

مديريت طراحي 2-16

بويژه ھنگامي كه مقياس ھاي زماني تعريف شده و ھزينه تثبيت شده باشد، فعاليتي مديريت طراحي،ارتباطات امكان پذير مي نمايد.وھمزمان كنترل كار را شتهپيچيده است زيرا نياز به تشويق خالقيت دا

خوب با ھمه بخش ھاي دخيل در پروژه براي مثال ،بخش ھاي توليد و بازرگاني امري اساسي مي باشد تا بدينوسيله اطمينان از رعايت مشخصات فني از ھمه جنبه ھا شامل ھزينه ھا ي طراحي و توليد حاصل

ت بر تصميم ھا را تضمين مي نمايد. عالقه يا نياز مالكيگردد. ارتباطات خوب در مرحله تھيه مشخصات، به تغئيرطراحي نسبت به مشخصات ،بخصوص توسط بخش بازاريابي بايستي مورد موافقت قرار گيرد

برماندگاري محصول در بازار تاثير دارد. نمي توان فرض نمود كه گروه طراحي كامال توافق، زيرا ايناطالعات را طبق آنچه در نيت طراحان مي باشد درك ،يا كه كارخانه استد واقف به توانائي واحد تولي

نمايد. بايستي توازني بين عملكرد، قابليت دسترسي و ھزينه برقرار گردد. اين تصميم در مراحل اوليه مشتريان بالقوه بستگي دارد،بايستي اتخاذ گردد زيرا اين انتخاب ھا كه به نياز ھاي مشتريان واقعي يا

كلي طراحي را تحت تاثيرقرار مي دھد.فلسفه بازبينی طراحی می تواند روش با اھميتی در کنترل طراحی باشد. بازبينی طراحی نماينده ھای ھمه بخش ھايی که به محصول جديدی ذيعالقه می باشند گردھم می آورد. اين بازبينی بايستی بررسی نقادانه ای از

طرح را افزايش می دھد ولی در عوض ی مان براست ، ھزينهاين روند ز که طراحی باشد. از آنجائیچنانچه اين توصيه ھا عملی گردد منجر به صرفه جوئی می شود. بنابراين شرکت کنندگان عالوه بر گروه

والبته بازاريابی باشند. تعداد بازبينی توليد، کيفيت، ايمنی، خريد ھای شامل نمايندگان واحد بايستی طراحیپيچيدگی محصول دارد ولی بازبينی ابتدايی در مرحله پيشنھاد وبازبينی ديگری با نزديک ھا بستگی به

شدن طراحی به مرحله نھائی حداقل دفعات مورد نياز می باشد.يکی از منابع پژوھشی که در اين مورد صاحب نظر است، عناوين زير را برای بازبينی جامعی در يک

پروژه بزرگ پيشنھاد می نمايد. فسير الزام ھا وتحقق آن ھا از نقطه نظر ايمنی ، عملکرد و قابليت اطمينانت خط مشی نگھداری از نقطه نظر نيروی انسانی، تعميرات، ابزار وتجھيزات آزمايش شرايط محيطی و روش ھای بھره برداری در اين شرايط نصب، مونتاژ و محدوديت ھای بھره برداری با يکديگراستاندارد کردن وقابليت تعويض فلسفه طراحی ، مفھوم طراحی، راه حل ھای پيشنھادی و گزينه ھا تقسيم کار بين بخش ھا وپيمانکاران جزء نيازھای پژوھشی طرح ھای آزمايشی ، جمع بندی وتحليل داده ھای آزمايشی کيفيت، قابليت اطمينان ، قابليت نگھداری، آزمايش غير مخرب وطرح ھای ايمنی وتحليل آثارآن ھاحالت ھای شکست تحليل تنش ووزن فرايند توليدی مورد لزوم روش ھای توليد، بازرسی وآزمايش ، تجھيزات آزمايش

Page 477: طراحی مکانیکی

477

صدور نقشه ھا ، نرم افزارھا و کنترل شکل بندی ھا مھندسی ارزش وھزينه يابی چرخه دوام بسته بندی کتاب ھای مرجع خدمات بعد از طراحی

طراحی اخذ تائيديه مبنی بر مناسب بودن طراحی برای کاربرد مورد نظر با اھميت ترين مسئوليت گروه

واجد صحت می ،می باشد. اين نياز به تائيد اطالعات طراحی وبيان اين مورد دارد که طراحی برای توليد بايستی ارائه گرددباشد. اين تائيديه ممکن است با نھائی شدن اطالعات در مرحله ھای مختلفی ولی يقينا

ی درشرف تائيد شدن قراردارد. ر مقطعی صادرشود که توليد کم د

مديريت پروژه 16-2-1

تحت نظر وتوسط مدير پروژه تاثير گذاريمی گردد. موقعيت، مسئوليت ھا و اعمالمديريت پروژه نوعاران تا پايش عملکرد ديگ شاملاين وظيفه مديرپروژه از سازمانی به سازمان ديگر متفاوت می باشد.

مسئوليتيکامل يا پروژه ای يا ي، دارا بودن مسئوليت کلی فنی واجرائی برای فعاليت شانکنترل عملکرد بر گروه ھای موجود باشد ، يا به عضوی از مازادمی تواند تغئير نمايد. مديران پروژه ممکن است مالي

گزارش دھی به مامورروژه اين مجموعه اين وظيفه اضافی تفويض گردد. در حالت عمومی، مدير پدارد يحداقل مسئوليت ،صرف يپروژه منصوب شده است ولی گزارشگر اجرايکه برای است فردی

زيرا اين موقعيت ھيچ گونه اقتداری برای اطالعاتی که تسليم می شود نخواھد داشت. برای تبديل مديريت نتيجه برنامه ريزی كنترل اينحتی اگر باشد دخيل پروژه به موقعيتی ارزشمند بايستی عنصری از کنترل

. صرف برنامه ريزی اعمال گردد) CPAفعاليت ھای مختلف بعنوان بخشی از يک تحليل مسير بحرانی ( کار نبايستی با کنترل آن اشتباه شود.

ايفاي ، ، فروشنده و پيمانكار جزء تقاضياصلي با م ارتباطي مي تواند بعنوان واسطهيك مدير پروژه و داراي توانائي تعھد بارمالي عمده اي از مدير پروژه در موقعيتي با مسئوليت ھاي عمده بودهنمايد. نقش

طرف شركت مي باشد. درك عميق مشخصات فني توسط وي جزء اساس كار مي باشد. ھرگونه شبھه يا مستقيم افراد ترديدي بايستي در مراحل اوليه پروژه حل وفصل گردد. حتي اگر مدير پروژه داراي كنترل

از وي وقت شناسي در مورد تعھدات شركت مي باشد. مدير پروژه ، انتظارسھيم در پروژه را نداشته باشد در پيشبرد آن تشريك انتظار مي رود كه با مديريت شركتبوده وبمنظور بھينه سازي پروژه مدافع پروژه

ياتي مي باشند نشان داده شده است. رابطه ھايي كه براي ھر مدير پروژه ح 3-16مساعي نمايد. شكل يك مدير پروژه ممكن است با سناريوھاي بشرح زير مواجه شود:در دنياي واقعي

مشخصات فني ناقص و مبھم باشد منابع مورد لزوم در دسترس نباشد طراحي در مرحله اول صحيح نباشد واحد توليد، كاالھايي ساخته كه قابليت عرضه در بازاررا ندارند اركات دير ھنگام مي باشندتد مشتري نظرش را تغئير داده است تغئيرات بلحاظ فقدان درك الزم ، بصورت صحيحي مورد مذاكره و توفق قرار نگرفته اند

در مورد با اھميت و و نمودهمدير پروژه ناچار است درطول اين شرايط شھرت واعتبار خود را حفظ

فين را متقاعد نمايد.معتبر بودن درخواست ھاي خود ھمه اطرا

Page 478: طراحی مکانیکی

478

حلقه ھاي ارتباطي اساسي براي يك مدير پروژه 16-3شكل

گام در فرايند برنامه ريزي مي توان مديريت پروژه را به شرح زيرمساعدت نمود( ليچ 12به كمك 1999:(

يان آن ھاكنترل جر: ضبط الزام ھا و 1گام : تعريف آنچه قابل تحويل مي باشد 2گام : ايجاد ساختارتفكيكي كار 3گام عملكرد ھايمعيار: تعريف 4گام : شناسائي وارزيابي مخاطره ھا5گام : تعريف فعاليت ھا6گام : شناسائي وابستگي ھاي كليدي7گام : تعريف وقايع زماني8گام تھيه برنامه زماني: 9گام برآورد منابع والزام ھاي ھزينه اي :10گام : تجميع طرح11گام : تامين تائيديه براي انجام تعھدات 12گام

ارزيابي 16-2-2

وانتخاب بھترين مفھوم اين مفاھيمارزيابی عبارت از پس از اعالم وبيان نظرات ومفاھيم، گام بعدی الزممی باشد. اين جدول 16-1ای جدولی طبق جدول کاربرد ماتريس ھ ،يابیزمی باشد. يکی از روش ھای ارآنھا امتياز داده شود. هشده و ب يسهبا آنھا مقا مفاھيم بايستی اين می باشند که ھا متشکل ازيک رشته معيار

که مفھومی آن ،نمود وچنانچه مناسب باشند بصورت وزنی برآوردھا را می توان معياراھميت اين یساختار روندی. اين روش ، گردديد بعنوان مناسب ترين مفھوم انتخاب بيشترين امتيازکلی را کسب نما

در گروه طراحی بداليل غير منطقی جلوگيری فردی نموده و ازتحميل نظرات حاصلرا برای ارزيابی می نمايد.

ارائه شده است. در اينجا چھار مفھوم متفاوت برای 16- 2نمونه ای از کاربرد ماتريس ارزيابی در جدول ھای ارزيابی لحاظ شده که معياراست. لحاظ شده ،توضيح داده شد 1- 2-1دستگاه انتقال پالت که در بخش

عبارتند از ايمنی، دقت در موقعيت، سھولت کنترل ، سھولت ،در اينجا با اھميت تشخيص داده شده اندپارامتر در نظر گرفته شده مھم ترين وقعيت دستگاه انتقال پالت که مھا با دقت درمعيارساخت و دوام. اين

می باشند. امتيازھادر ستون ھای امتيازھای وزنی 10سنجيده شده اند. امتيازھا ی داده شده دارای بيشينه

Page 479: طراحی مکانیکی

479

در انتھای جدول ذکر شده است. باالترين امتيازوزنی برای آن ھا با يکديگر جمع شده اند ومجموع واين مفھوم برای توسعه بيشتر انتخاب شده است.حاصل شده حاضر ارتباطی درمثالاھرم بندی سازوکار

ماتريس ارزيابی نوعی 16-1جدول

وزن گزينشھای معيار

مفھوم ھا Nمفھوم Bمفھوم Aمفھوم

امتياز وزنی امتياز امتياز وزنی امتياز امتياز وزنی امتياز

1گی ويژ

2ويژگی

...

nويژگی

امتياز وزنی کل

رتبه بندی

درصد اھميت 1ويژگی

درصد اھميت 2ويژگی

درصد اھميت nويژگی

10امتياز از برای ويژگی

از مفھوم 1A

10امتياز از برای ويژگی

از مفھوم 2A

10امتياز از برای ويژگی

n از مفھومA

وزن ×امتياز 1ی ويژگی برا

Aاز مفھوم

وزن ×امتياز 2برای ويژگی

Aاز مفھوم

وزن ×امتياز nبرای ويژگی

Aاز مفھوم

مجموع

امتيازھای وزنی

10امتياز از برای ويژگی

از مفھوم 1B

10امتياز از برای ويژگی

از مفھوم 2B

10امتياز از برای ويژگی

n از مفھومB

وزن ×امتياز 1ژگی برای وي

Bاز مفھوم

وزن ×امتيازبرای ويژگی

Bاز مفھوم 2

وزن ×امتياز nبرای ويژگی

Bاز مفھوم

مجموع

امتيازھای وزنی

10امتياز از برای ويژگی

از مفھوم 1N

10امتياز از برای ويژگی

از مفھوم 2N

10امتياز از برای ويژگی

n از مفھومN

وزن ×امتياز 1برای ويژگی

Nز مفھوم ا

وزن ×امتياز 2برای ويژگی

Nاز مفھوم

وزن ×امتياز nبرای ويژگی

Nاز مفھوم

مجموع

امتيازھای وزنی

برای دستگاه انتقال پالت ماتريس ارزيابی 16-2جدول

گزينش وزن ھای معيار

مفھوم ھاچرخ وصفحه دنده سازوکار اھرم بندی باالبر کابلی ازوکارھيدروليکیس

امتياز امتياز وزنی

امتياز امتياز وزنی

امتياز امتياز وزنی

امتياز امتياز وزنی

ايمنی دقت موقعيتی سھولت کنترل سھولت ساخت

دوام

امتياز وزنی کل رتبه بندی

ادامه؟

20% 35% 10% 20% 15%

2 6 6 7 7

0.4 2.1 0.6 1.4 1.05

5.55 2 خير

3 5 5 8 6

0.6 1.75 0.5 1.6 0.9

5.35

3 خير

4 7 7 5 5

0.8 2.45 0.7 1.0 0.75 5.7 1 بله

2 6 6 6 6

0.4 2.1 0.6 1.2 0.9 5.2 4 خير

ھزينه يابی 3-16

تی بسيار ضروری می باشد. ليکن فعالي. است برآورد ھزينه يک محصول در حين طراحی امری دشوار وی جنبه ھزينه ای پاسخ گبدون برآوردی از ھزينه راه حل مفھومی ، ارزيابی اين که آيا اين راه حل

در غلب دشوار می باشد. موضوعی مشخصات يا دارای مزيت ھزينه ای نسبت به ديگر طراحی ھا استقرار دارد. شناسائی جنبه ھای پر ھزينه موارد ھزينه يک قطعه ، يا سامانه تحت تاثير چند مشخصه ويژه

امری مفيد برای تاثير در فرايند طراحی می باشد. امکان پاسخ گويی به الزام ھای عملکردی مشخصات

Page 480: طراحی مکانیکی

480

با ھزينه باال موجود می باشد. مشخصه ھای با ھايی برای مشخصه ھای جايگزين محصول با انتخابھزينه ھای مجاز. اين پارامترھا به ترتيب در بخش ھای اھميت در ھزينه يابی عبارتند از قيمت فروش و

توضيح داده خواھد شد. 2-3-16و 16-3-1

قيمت فروش 16-3-1

ی ساخت قيمت فروش قيمتی است که برای خريدارتعئين می گردد. اين قيمت برابر مجموع ھزينه ھا بعالوه مقداری برنامه ريزی شده تقسيم بر تعداد محصول ،محصول ، بعالوه ھزينه ھای اداره کسب وکار

سود می باشد.

(ھزينه ھای باالسری +ھزينه ھای مستقيم ) ) قيمت فروش = سود + 1-16(

تعداد(کميت)

طراحی، بھره از طريقتنھا پارامتر اختياری در اين مجموعه سود می باشد ساير اجزاء اين تساوی وکارايی سازمان وتعداد کاالھايی که ساخته می شوند تعئين می شوند.

ھزينه ھای مجاز 16-3-2

سھم ھزينه ھای باالسری در مت فروش، ھزينه مجاز ساخت محصول شاملتعريف يا توافق بر سر قيبا تعئين می گردد. اين روند، محدوديت يا کنترلی بر زمان موجود برای اجرای طراحی وساخت آن قطعا

وبر ھزينه ھای مواد وفرايندھا اعمال می نمايد. ھزينه ھا به دو گروه تقسيم می شوند:

مستقيم - 1 (يا باالسری)غير مستقيم - 2

می باشند که مستقيما بر محصول تحميل می شوند يا مستقيما قابل استناد به ھزينه ھای مستقيم ھزينه ھايی بعضی از جنبه ھای طراحی، بازاريابی يا فروش محصول می باشند. ھزينه ھای مستقيم يا با زمان مرتبط

سھيم در توليد وھزينه مواد بکار رفته می بوده ومتناظربا ھزينه زمان صرف شده توسط انواع عوامل باشند و يا ھزينه صرف شده برای نيروی کار ومواد در اجرای طراحی وتمھيدات ساخت می باشند. ھزينه

يم را می توان به ھزينه ھای مستقيم ثابت و ھزينه ھای مستقيم متغير تقسيم نمود:ھای مستق

به حجم يا تعداد اقالم توليدی ارتباطی ندارند.ھزينه ھای مستقيم ثابت آنھايی می باشند که .ھزينه ھای مستقيم متغير آنھايی ھستند که بسته به کميت ساخت تغئير می نمايند

ھزينه ھای مستقيم ثابت مشتمل بر زمانی می باشند که صرف انجام فعاليت ھای زير می شود:

تھيه وتدارک مشخصات انجام طراحی ھای آزمايشی زينه ھامحاسبه ھ اجرای طراحی تفصيلی ايجاد اطالعات ساخت مھندسی توليد طراحی ابزار آموزش کارکنان در توليد محصول مورد نظر

Page 481: طراحی مکانیکی

481

ھزينه ھای نيروی کار بغير ازنيروی کارتوليد مذاکرات با فروشندگان وپيمانکاران جزء ھزينه ھای فروش که مستقيما قابل اسناد باشند ای طراحی مورد نياز می باشدھزينه مواد ی که برای اجر ھزينه ابزاری که فقط برای اين پروژه بکار می روند ( ممکن است بعضی از آن ھا تکرار

شونده باشند)

ھزينه ھای مستقيم متغير

ھزينه نيروی کار صرف شده برای توليد ھزينه بازرسی وآزمايش ھزينه مواد بکار رفته در توليد انکاران جزءھزينه کارھای ارجاعی به پيم ھزينه اجزاء خريداری شده ھزينه بسته بندی مواد

ھزينه ھای غير مستقيم يا ھزينه ھای باالسری ھرگونه ھزينه ای است که نتوان مستقيما به محصول خاصی تخصيص داد مگر اين که تصميمی برای تسری ھزينه ھای پروژه به کليت کار تجاری اتخاذ

يا باالسری را می توان به دو گروه تقسيم نمود: گردد. ھزينه ھای غير مستقيم

.آنھائی که به طراحی و توليد مرتبط می باشند گاھی با عنوان باالسری ھای تجاری شناخته می شود شركت توليديھزينه اداره ،

ھزينه ھای باالسری مرتبط با طراحی وتوليد عبارتند از :

ھزينه اداره سازمان طراحی زمان توليدیھزينه اداره سا برنامه ريزی توليد بخش ھارای اين بھزينه خدمات وتسھيالت

ھزينه ھای باالسری ممکن است شامل ابزارھا يا ماشين ھای جديدی باشد که اگرچه برای اين پروژه کاربرد دارد قابليت کاربرد عمومی را نيز دارا باشد. در اين صورت ھزينه بين ھمه پروژه ھا توزيع می

گردد. در دستور کار قرار يورو 000 30برای مثال، فرض کنيد توجيه برای خريد ماشين جديدی به قيمت

گيرد. توجيھی که برای خريد اين ماشين ارائه شده افزايش بھره کاری در يک فرايند می باشد. سامانه ايد . ماشين جديد توليد می نم يورو 5حاضر با استفاده از ماشين ھای موجود محصول را با ھزينه سرانه

گزارش توجيھی بايستی نشان دھد که چگونه اين . خواھد کردتوليد يورو 3ھمين وظيفه را با ھزينه سرانه ماشين منجر به کاھش ھزينه خواھد گرديد که با فنون موجود محقق نمی گردد واين که چگونه ھزينه

ماشين وھر توليد کننده ای که از آن ماشين در يک زمان تعريف شده بازيابی می گردد که به طول عمرمقداری تنظيم گردد که ماشين در انتھای بهاستفاده می کند مرتبط است. اين بازيابی ھمچنين می تواند

عمرش جايگزين گردد. اين محاسبات نياز به درنظر گرفتن شکلی ازمبلغ تنزيل شده پرداخت ھا دوره برای خريد آن ومحاسبه استھالک ارزش آن در طول عمرش وھزينه ھای آتی ، بھره وام بانکی اخذ شده

قلم کاال، پس انداز حاصله برابر 000 500، پس از توليد دارد. اگر حالت ساده ای را در نظر بگيريم است با:

× Eu = 1.0 500 000 (Eu5 - Eu3) يوروميليون

Page 482: طراحی مکانیکی

482

حاصل از فروش ماشين که به آن درآمد اشين جديد ارزش خريدن دارداين عدد نشان می دھد که اين مو ھزينه نصب وآموزش بھره برداری از ماشين جديد کسر می گردد. در اين موارد تھيه موجود اضافه

شرکت بخش بازاريابی وھمچنين توليد بمنظور برآورد صحيح بسيار با اھميت است بنابراين در اين حالت توجيھی که منعکس کننده نظرات ھمه بخش ھا باشد ضروری می باشد. برای تھيه تھيه گزارش کامل

اطمينان کافی ،گزارش توجيھی از اين نوع ، بايستی از واقعی بودن تخمين ھای مربوط به تيراژ فروش قلم کاال رقمی واقعی وصحيح است؟ 000 500برای نمونه در اين مثال ، آيا عدد کسب گردد.

ھاي تجاري شناخته مي شود عبارتند از:ركت توليدي كه گاھي بعنوان باالسري ھزينه اداره ش اجاره عوارض ھزينه ھاي آب ، برق ، تلفن وگاز كارھاي بانكي نظافت لوازم التحرير بيمه سامانه ھاي رايانه اي حقوق كاركنان حقوق كاركنان اداري حقوق كاركنان بازاريابي وميفعاليت ھاي بازاريابي وفروش عم پذيرائي از مشتريان آتي وظايف تجاري كاركنان بخش حسابداريحقوق حقوق كاركنان بخش خريد حقوق ھاي مديريتي مديريت كيفيت حقوق مھندسين كارخانه فعاليت ھاي نگھداري عمومي امنيت حمل ونقل نمايندگي ھا رستوران وغذاخوري نوشابه ماشين ھاي گي به نوع سازمان دارند مانند ضايعات ، دوباره كاري وھزينه وبسياري از اقالم بيشتر كه بست

ھاي اتفاقي

با ھزينه ھايي كه مربوط به بعضي از اقالمي كه بعنوان باالسري ھاي تجاري فھرست شده اند ممكن است نھا جدا شوند. باالسري ھا بايستي به روشي از مشتري ھا دريافتآطراحي و توليد مي باشند ادغام ويا از

بكار مي رود كه از اضافه كردن درصدي از ھزينه ھاي مستقيم كه توجيه آن گردد. بسياري از روش ھا ) مي WCP( قيمت تمام شدهكاال بر اساس آسان نمي باشد گرفته تا سامانه ھاي پيچيده تري بانام قيمت

باشد.د كه در طراحي وتوليد سھيم در يكي از اين روش ھا از يك باالسري محلي براي ھر بخشي استفاده مي شو

كه بدين ترتيب حاصل مي گردد عدد پايه اي براي ھزينه ھاي واقعي مي باشند كه در WCPمي باشند.

Page 483: طراحی مکانیکی

483

براي پوشش باالسري ھا امكان اضافه نمودن درصدي به آن WCPساخت محصول پديد مي آيند. با تھيه اي طراحي ونيروي كار معموال بزرگ مي براي اداره شركت توليدي بوجود مي آيد. درصد باالسري بر

درصد غير عادي نمي باشند. باالسري ھاي مربوط به مواد معموال خيلي 200باشد و اعدادي مازاد بر درصد مي باشند. 130مي باشند كه در حدود ھا بخشورودي به ھزينه كاالھاي منعكس كنندهكمتر بوده و

اري واندازه فعاليت ھاي متنوع در دامنه وسيعي تغئير مي باالسري ھاي تجاري بسته به نوع شركت تج درصد براي كارھاي بزرگ عددي غير عادي تلقي نمي گردد. 125نمايند. عدد

نوعي ھزينه كارھا ممكن است بصورت زيرتعئين گردد: قيمت ھزينه ھاي تكرارشونده:

ھزينه نيروي كار× + %L ساخت ھزينه مواد × %M = قيمت ھزينه كارھا) 2-16(

L% باالسري نيروي كار وM% .ھزينه باالسري مواد مي باشد

ھزينه طراحي كه برابر است با ھزينه ھاي غير تكرار شونده: )3-16 (DM% × + مواد طراحيD% × نيروي كار طراحي

بنابراين قيمت فروش برابر است با: ھزينه طراحي

+ سود)] تمام شدهقيمت ( + [ × % باالسري ھاي تجاري )4-16( كميت (تعداد)

باشد حتی اگر کاال با درآمد وھزينه متوازن ، ده اند که حداقلدرصدھا براساس اين نيازشرکت ايجاد شسود صفر فروخته شود. تفکيک ھزينه ھا به مقادير مرتبط با بخش ھای مختلف امکان اين که ھر رشته ای از باالسری استفاده نمايد را داده که باعث توازن در ھزينه آن می شود بدون اين که بار غير عادی از

ه آن وارد گردد. ھمچنين به ھر مدير بخش مسئوليت جامعی برای ھزينه ھای محلی بخش ديگری ب تفويض می نمايد وبنابراين مالکيت نتايج را تشويق می نمايد.

امکان اين که ھر بخش از سازان دارای باالسری ھای متفاوت باشند امکان پذير می باشد. حسابداران اين می تواند از روند از عملکرد ھر بخش بدست می دھد. ليکن اين روش را می پسندند زيرا تحليل کاملی

اين تجارت کنترل خارج گردد. اين روش در جھت افزايش ھزينه ھای حسابداری بوده و بھبود کنترل را نامحتمل می سازد. برای مثال ، درصد باالسری روی نيروی کار برای متناسب با کوشش مازاد

کارکنان بخش اداری ، ھزينه توليد وچنين فعاليت ھای مشترک ، مانند بازيابی ھزينه مديريت توليد،اطمينان از کيفيت ونگھداری ماشين آالت محاسبه می شود. در بعضی از حاالت برخالف تعريف ثابت ،

باالسری ھای ثابت ممکن است با تغئيرات عمده حجم فروش تغئير نمايند.

برآورد ھزينه 16-3-3

عملی دشوار می باشد. در بسياری از موارد برآوردی مورد ھزينه در ھر مقطع زماني،برآورد صحيح در حالتی که محصول شرکت جديد باشد، مناقصه را بدھد. راينياز است که امکان پاسخ به دعوت ب

تفكيك اطالعات دقيق وجود دارد. دسترسي بهمسائل مشابه ای ايجاد می گردد، زيراکمبود در ناقص نوعا، ناتواني در تامين اطالعات در مورد اقالم ھزينه اي اصلي يا حوزه ھاي با خطر پذيري باال زئيات كارجطبق تعريف ، در مرحله شروع به توليد يك محصول احتمال حذف ھايي وجود خواھد داشت. ھمچنينو

ژه احتمال دارد جديد، ھنوز طراحي انجام نشده است. در اين شرايط ، تجربه حرف اول را ميزند ، بوييكي از مھم ترين پارامتر ھا، زماني باشد كه صرف طراحي وتوليد مي شود. اين به خودي خود يكي از

دشوارترين جنبه ھا براي برآورد وارزيابي مي باشد.

Page 484: طراحی مکانیکی

484

(سفارش خاص) ساخته تكيمثالي از برآورد ھزينه طراحي وساخت متصل كننده ويژه اي كه بصورت است. در اين جدول فعاليت ھا ، زمان تقريبي ھر فعاليت ، نرخ گرديدهارائه 3-16مي شود در جدول

وباالسري براي ھر فعاليت وھزينه بصورت تفكيكي ذكر شده است.

تكي متصل كننده ويژه ي يك طراحي و ساخت برآورد ھزينه 16- 3جدول ھزينه نرخ وباالسري )h(زمان فعاليت

صاتشناخت مشخ انتخاب مواد

طراحي آزمايشي ارزيابي

ساخت نمونه اوليه شامل ابزارخاص طراحي روش آزمايش

تھيه ونصب تجھيزات آزمايش آزمايش نمونه اوليه

تحليل نتايج ساخت مجدد درصورت لزوم

ھزينه تھيه مواد ھزينه استفاده از تجھيزات آزمايش

پيش بيني نشده

1.0 10.0 20.0 15.0 50.0 10.0 5.0 10.0 5.0 ??? 5.0 30.0

20/h + 100% 20/h + 100% 20/h + 100% 20/h + 100% 15/h + 150% 20/h + 100% 20/h + 100% 15/h + 150% 20/h + 100% 10/h + 100%

3000پرداخت ثابت

جمع2010

جمع كل

40 400 800 600 1875 400 200 375 200 ??? 100 3000 7990 2010 10 000

اگرچه ضرايب باالسري پائيني به اين دليل كه ھشداردھنده مي باشند 16- 3مقادير ذكر شده در جدول

بكار رفته اند ولي اين ضرايب نسبتا واقع گرايانه مي باشند ونشان مي دھند كه اطمينان از توليد در تيراژ گران معقوليسيار با اھميت مي باشد زيرا در غير اينصورت طراحي يك كاالي تكي بصورت غير زياد ب

تمام مي شود.(سودصفر) براي يك كاالي نوعي، ھزينه ھا ودرآمدھا را يا سربسریھزينه -درآمد توازن نمودارمشخصه

يدي در ھمان زماني ارائه مي نمايد. فرض شده كه درآمد يا عا 16-4بصورت تابعي از فروش طبق شكل شروع شود كه ھزينه ھا ي ثابت شروع مي گردد. اين درعمل نامحتمل مي باشد زيرا بخشي از ھزينه ھا

وقوع مي يابند. خيلي زودتر از شروع ھرگونه درآمدي تکراری (متغير) از ھزينه ھای غير تکراری (ثابت) و حصول اطمينان ازکاربرد تفکيک ھزينه ھای با یموارد نمايند،که بايستی ساخته شودمرتبط تعداد کااليیبه اين ھزينه ھا را ی کهروش ھای مناسب

اگر بعضی از جنبه ھای طراحی به اقالم يا ابزارخاصی با ھزينه ھای زياد نياز داشته می باشند. اھميتعرضه باشند اين بايستی بررسی ولحاظ گردد. به ھمين سياق، ھر قلمی که از نقطه نظر عملکرد يا

متضمن خطر پذيری باشد بايستی به دقت لحاظ گردد وتمھيداتی برای امکان وقوع خرابی آن پيش بينی گردد.

، يا با تکميل طراحی و بھنگام با ايجاد اطالعات توليد بايستی فعاليت برآورد با تغيير مشخصات محصول ھنوز قابليت توليد گردد. برآورد ھای بعدی بايستی برای تائيد اين موضوع بکار روند کهتکرار

شدن را دارا می باشد.

Page 485: طراحی مکانیکی

485

نمودار توازن درآمد وھزينه (نمودار سر بسری) 4-16شکل

حساب ھا 16-3-4

ای دوره کوتاه ضروری است که درآمد وھزينه بر ،بمنظور ارزيابی امکان سنجی مالی پروژه پيشنھادیسال برآورد ھزينه ھاي توليدي در برای ھا نمونه ای از حسابطراحی برآورد گردد. مدتودوره بلند در محصول توسعه ،نشان داده شده است. در اين مثال 4-16جديد در جدول يمحصولتوليد دوم وسوم

د ولی به ھزينه ھای احتمالی اختياری می باشن ذكرشده نوعي و انتھای سال دوم تکميل شده است. اعدادحاشيه ناخالص، تفاوت بين ھزينه د. نمی باش بوطپيچ گوشتی باطری دارمر دستگاهطراحی وساخت

ساخت ( ھزينه فروش ) ودرآمد ناشي از فروش ھا مي باشد. سودخالص تفاوت بين درآمد از فروش ھا و قيم ) است. اعداد ذكر شده حاكي مجموع ھزينه فروش ھا وھزينه باالسري كل (ھزينه ھاي غير مست

ازاھميت فروش به تعداد كافي براي اطمينان از حصول بھنگام سود مي باشد. اگر فروش ھا فقط به تعداد باشد آنوقت زيان ھا به سال سوم تسري مي يابند كه محتمال اين روند در سال براي اين سناريو 000 120

قابل قبول نخواھد بود.

نمونه اي از حساب ھا براي توسعه وتوليد دستگاه پيچ گوشتي باطري دار 4-16ول جد فروخته يورو 8ھر دستگاه به قيمت

شود 000 15تعداد Eu 000 120مبلغ

000 50تعداد Eu 000 400مبلغ

000 250تعداد Eu 000 000 2مبلغ

حساب ھاي سود وزيان در سال دوم: ھزينه فروش ھا

3€مواد واجزا ء ھر دستگاه 1€ھزينه نيروي كار ھر دستگاه

ھزينه ھاي مستقيم كل حاشيه ناخالص

باالسري ھا(با ھزينه ھاي طراحي وابزار) سودخالص/زيان قبل از ماليات

:سومحساب ھاي سود وزيان در سال ھزينه فروش ھا

3€مواد واجزا ء ھر دستگاه 1€ي كار ھر دستگاه ھزينه نيرو

ھزينه ھاي مستقيم كل حاشيه ناخالص

وابزار) نه ھاي طراحيدون ھزيباالسريھا(ب سودخالص/زيان قبل از ماليات

45 000 15 000 60 000 60 000

195 000 -135 000

45 000 15 000 60 000 60 000 70 000 -10 000

150 000 50 000 200 000 200 000 205 000 -5 000

150 000 50 000

200 000 200 000 80 000

120 000

750 000 250 000

1 000 000 1 000 000 225 000 775 000

750 000 250 000

1 000 000 1 000 000 100 000 900 000

Page 486: طراحی مکانیکی

486

كه ارائه مي نمايد قالب نوعي ساده شده ا ي براي محاسبه بعضي از باالسري ھا يي 5-16جدول رقم باالسري تقريبا مستقل ، استفاده شوند.يوروميليون 10 مالي شركتي با گردشاموريستي براي اداره با

ل تامين ھزينه گروه از سرمايه گذاري مورد نياز براي طراحي وفروش كاال مي باشد. ليكن در اين مثاون عقب ماندگي ا ز عرضه كاالي جديد به بازار بد اقدام، طراحي درنظر گرفته شده است زيرا اين

شرايط تجاري بازيافت ھزينه طراحي را امكان پذير مي سازد. در يك شركت توليدي چند محصولي ، صرف شدهمقدار ھاي ، توسعه جديدي را پشتيباني مالي نمايد. سود حاصله طريقاز دموجود مي توان

زينه وسود مي باشد. براي ھمه اقالم فقط بمنظور نمونه بوده وبراي نشان دادن تركيبي از ھانجام شده است. در اين مثال فرض شده که ارزيابی 6-16در جدول قيمت تمام شدهنمونه ای از محاسبه

دقيقی از حجم فروش وزمان الزم برای انجام طراحی موجود باشد. حجم فروش برآورد شده در اين مثال نزديک يورو 6 وبرابر گرنازلکار واحد می باشد. دستمزد 000 100برابر با در ساعت است که تقريبا

در زمان نوشتن اين مطالب بوده وبا دستمزد کارگر نسبتا غير ماھر تطبيق دارد. حداقلبه دستمزد قانونی در ابتدا سود برابر فرض شده که قيمت تمام شدهاحتمال کاھش بيشتر اين رقم وجود ندارد. در محاسبه

را برای قيمت فروش بدست می دھد. صفرباشد. اين عمل، مقدارسربسری فروش برابر است با:قيمت 6-16از رقم ھای ارائه شده در جدول

ھزينه طراحی = قيمت فروش ]) WCP(قيمت تمام شده+ [ ×سود + باالسری تجاری

کميت (تعداد)

€40250

9.2 125% 12100000

يوروميليون 10ی محاسبه نمونه باالسری ھا برای شرکتی با گردش مال 5-16جدول

کل % € ساختار باالسری :ھزينه ھای مستقيم ثابت

نيروی کار طراحی مواد طراحی

ھزينه ھای مستقيم متغير: نيروی کار مواد شامل اقالم خريداری شده

ھزينه ھای مستقيم کل باالسری ھا:

وغيرهاجاره، عوارض، تلفن، امور بانکی حقوق مديريت حقوق کارکنان اداری حقوق ساير کارکنان غير مستقيم پاداش ھا وغيره ھزينه واحد صنعتی نگھداری وتعميرات ھزينه ھای تجاری

استھالک باالسری ھای کل

گردش سود

ھزينه ھا وباالسری ھا

150 000 5 000

500 000

3 000 000

10 000 000 2 500 000 7 500 000

225 130

225 130

337 500 6 500

1 125 000 3 900 000 5 369 000

1 000 000 100 000 50 000 30 000 25 000 500 000 100 000 100 000 226 000

2 131 000

7 500 000

Page 487: طراحی مکانیکی

487

قيمت تمام شدهمحاسبات نمونه برای 6-16جدول نرخ ھزينه ھا

Eu/h زمان

h ھزينهEu

نرخ باالسری%

کل$

نيروی کار رفتهکاربمواد

WCP ھزينه طراحی مواد طراحی

ھزينه کل طراحی

6.00

60.00

0.20

250.00

1.20 5.00

15 000.00 5000.00

225 130

225 130

2.7 6.5 9.2

33 750.00 6 500.00 40 250.00

است 12Euبرابر اگر تحليل بازار نشان دھد که قيمت فروش بيشينه ای که بازار می تواند عھده دار شودد. مطالعه اين جدول در اين صورت امکان تحصيل سودی با توجه به ھزينه ھای ذکر شده ميسر نمی باش

را تشکيل می دھد. اين ھدف روشنی WCPنشان می دھد که ھزينه مواد بکاررفته، بخش غالب در برای کاھش در ھزينه می باشد. اگرچه نرخ ساعتی دستمزد کارگران نازل است ، می توان با استفاده از

، نصب اين ماشين ھا منوط به با اين ھمهزمان صرف شده در کار را کاھش داد. ،خودکارماشين ھای ارزيابی دقيقی در مورد جبران ھزينه تھيه ونصب آنھا در مقابل کاھش نيروی کاردارد.

راھنمايی در مورد منابع طراحی وچشمه ھای اطالعاتی 16-4

د مجله ھا ، منابع اطالعاتی برای طراحی متنوع ومتعدد بوده وشامل کتاب ھا ، رسانه ھای عمومی مانن ، بروشورھا و وب سايت ھا ، اختراع ھای ثبت شده ، استانداردھا و ماھنامه ھا می باشند.آگھي ھا

کتب درسی مرتبط با طراحی مھندسی مکانيک به دو گروه تقسيم می شوند گروه اول طراحی عمومی و ند:معرفی می شوگروه دوم طراحی ماشين را پوشش می دھند. کتب زير به خواننده

The Material of Invention نوشتهEnzio Mazini )1989(، که مقدمه ای بر فرايند خالقيت وطراحی جامع می باشد.

Total Design نوشتهS. Pugh )1990 و (Product Design and Develoment نوشتهUlrich & Eppinger )1995(، نمايد. که فرايند طراحی جامع را در زمينه فنی معرفی می

Engineering Design نوشتهPaul & Beitz )1996(، که مدل طراحی جايگزينی برای طراحی جامع ارائه می نمايد.

Conceptual Design for Engineers نوشتهFrench )1985 كه رويكردھايي براي ،( توسعه طراحي ھاي مفھومي را معرفي وشناسائي مي كند.

Engineering Design ه نوشتDhillion )1996 كه مروري اجمالي بر روش ھاي طراحي ، ( را ارائه مي نمايد.

كتاب ھاي زيادي در مورد طراحي ماشين وطراحي اجزاي ماشين نوشته شده كه از كتاب ھاي مرجع

Theمھندسي وفرھنگ ھا تا كتب درسي مقدماتي تنوع دارند. يكي از كتب جامع در اين مبحث : Standard Hadbook of Machine Design با ويرايشShigley وMischke )2004 .مي باشد (

نوشته شده اند كه از ميان آنھا كتاب ھاي براي طراحي ماشين و اجزاي ماشينمتعددي كتاب ھاي مقدماتيNorton)1996 ، (Juvinall وMarshek )2000 ، (Hurst )1994 ، (Shigley & Mischke

بسيار خوب مي باشند. )1998(Mott) و 2001(بھترين منبع براي اطالعات خاص در مورد اجزاي ماشين بروشورھا و رھنمودھاي طراحي سازندگان مي باشد. تھيه اين گونه مدارك براي دانشجويان امري ناخوشايند بنظر مي رسد ليكن شركت ھا معموال

موضوع متقاضي ارسال مي نمايند. براي ،اين مدارك را از طريق تلفن يا با درخواست از طريق وب

Page 488: طراحی مکانیکی

488

اصلي يافتن نام ، آدرس و شماره تماس اين شركت ھا مي باشد. يك نقطه شروع خوب استفاده از راھنماھاي تجاري مي باشد.

مجالت آموزشي و صنعتي متنوعي براي طراحي مكانيكي موجودند كه مي توان از طريق دانشگاه ھا رسي يافت. وكتابخانه ھاي ملي به آن ھا دست

طراحان حرفه اي بايستي وفق استانداردھاي قانوني فعاليت نمايند. اين استانداردھا از سازمان ھاي . مي باشندقابل تھيه BSI ،DIN ،ISO ،AGMA ،SAEاستاندارد ملي مانند

ھاي پايگاه ھاي داده اي الكترونيكي وارتباطات مربوطه ھنوز در مرحله بسط وتوسعه بوده ولي منبعاطالعاتي خوبي مي باشند. اطالعات الكترونيكي در مورد طراحي از پايگاه ھاي داده اي توصيفي تا

تنوع دارند. پايگاه ھاي داده اي اختصاصي

مطالعه موردي 16-5

به منظور روشن نمودن پيچيدگي ھاي فرايند طراحي ، در اين بخش مطالعه اي موردي براي سامانه كمپرسور لحاظ شده است. اين مطالعه تعدادي از مبحث ھاي مطرح شده در اين كتاب را به انتقال يك

كه شامل دامنه گسترده اي از مھارت معرفي مي نمايديكديگر پيوند زده و نمونه اي از فرايند طراحي را ھا و تصميم گيري ھا مي باشد.

خالصه طرح 16-5-1

استعداد بازار براي ورود كمپرسورھواي كوچكي كه با ،)SMEتا متوسط (تجاري كوچك شركتيك به كمپرسوري با ظرفيت بازارنيازموتور الكتريكي گردانده شود رامورد مطالعه قرار داده است. تحليل

380m تھيه ھواي / h 7و فشار bar 5با موتور الكتريكي به توان كه kW تائيد كرده گردانده شود را ، پيستون rpm 2850به انتخاب موتوري الكتريكي با سرعت سنكرون جمنت ،است. طراحي مقدماتي

1500وسيلندر واجزاي مرتبط با كمپرسور رفت وبرگشتي شده است. سرعت طراحي كمپرسوربرابر rpm ه نشان داده شده است. انتخاب سامان 5-16كلي از جنبه مفھومي كمپرسور در شكل مي باشد. شمای

انتقال وطراحي تفصيلي آن ھنوز بايستي انجام گردد. در اين جا وظيفه ما بررسي مشخصات فني ، طراحي مفھومي و طراحي تفصيلي سامانه انتقال براي اين كمپرسور مي باشد.

فني مشخصات 16-5-2

لي بيان شده ، الزام عمومي براي سامانه انتقال يك كمپرسور رفت وبرگشتي بطوراجما خالصه طرحدر ذكر نشده وبايستي از طريق خالصه طرحطراحي در اين انجامھمه اطالعات مورد نياز براي است.

وكاربرد مھارت ھاي طراحي وتجربه توسعه وتكميل گردند. مذكور ارتباط با شركت

مشخصات فني به شرح زير براي اين سامانه انتقال تدوين شده است:

را منتقل نمايد. 5kWحداقل توان سامانه انتقال بايستي - 1مي باشد. جزئيات موتور rpm 2850ورودي از يك موتور الكتريكي با سرعت سنكرون تقريبي - 2

در تماس با اين شركت ، ابعاد بحراني رابط بين ذكر نشده است. خالصه طرحالكتريكي در مشخص شده است. 6-16طبق شكل ،موتور واين سامانه

مرتبط مي 1500rpmمانه انتقال به كمپرسوري رفت وبرگشتي با سرعت خروجي از اين سا - 3 گردد. بار رفت وبرگشتي ومستلزم شوك سبك تا متوسط مي باشد.

مشخص 7-16پس از تماس با گروه طراحي مقدماتي ، ابعاد محور كمپرسور دريافت ودر شكل - 4 شده است.

Page 489: طراحی مکانیکی

489

عت موتور الكتريكي براي راه سر –گروه طراحي مقدماتي تائيد كرده كه مشخصه گشتاور - 5 مناسب تامين كند،اندازي كمپرسورمشروط به اين كه سامانه انتقال نسبت مورد نياز را با بھره

مي نمايد. كفايت

380mشکل شمائی کلی برای کمپرسور رفت وبرگشتی به ظرفيت 5-16شکل / h 7وفشار bar

5kWابعاد اصلی رابط گرداننده برای موتور الکتريکی به توان 6-16شکل

Page 490: طراحی مکانیکی

490

ابعاد اصلی محور رابط کمپرسور 7-16شکل

بھره مکانيکی بايستی سامانه انتقال مشخص نشده است. با وجود اين ، يکی برای اين بھره مکان - 6

درصد قابل حصول باشد وبرای اين مشخصات نيز اين مقدار پيشنھاد می گردد. 95حداقل ذکر نشده است. خالصه طرحجزئيات وسايل مرتبط کننده موتور و کمپرسور به دستگاه انتقال در - 7

اط دستگاه انتقال نيرو به کمپرسور و موتور الکتريکی بخشی تائيد نموده که ارتب SMEتماس با نا ھم محوری را تحمل نموده را تشکيل می دھد. کوپلينگ منعطف چند درجه خالصه طرحاز

وجلوی انتقال ارتعاشات را می گيرد و بنابراين برای ارتباط محورھای ورودی وخروجی دستگاه . انتقال به موتور و کمپرسور مشخص می گردد

پيرو مذاکره با شرکت متقاضی وبررسی تحليل بازار ، ابعاد فشرده ای برای کمپرسور ودستگاه - 8 انتقال نيرو مورد نظر می باشد. محدوده اين ابعاد در تحليل بازار مشخص نشده است.

تعريف نشده است. پيرو بحث ومذاکره باگروه بازرگانی خالصه طرحطول عمر کمپرسوردر - 9SME ساعت 2به اين شرح مشخص شده است : انتظارمی رود کمپرسور حداکثر ، اطالعاتی

ماھه برای عملکرد بدون اشکال 18روز در سال کار کند. صدورضمانت نامه 200در روز و مطلوب می باشد.

برای جلوگيری از تماس با اجزای داغ ومتحرک کمپرسور اين دستگاه در محفظه ای نصب می -10حفاظت از اجزای عملکرديش بوده نتقال نيرو بايستی شامل وسايلی برای دستگاه ام چنين شود. ھ

وروانساز را در آن نگھدارد. 10دستگاه انتقال نيرو بايستی در محيطی با دامنه تغئيرات دمای از -11 C 50 تا C کار کند. اين

و رطوبت باال مقاوم باشد.طراحی بايستی در مقابل گردوغبار واحد در سال توليد خواھد شد. 1000تا -12تعئين شده يورو 600ھزينه دستگاه انتقال نيرو بايستی کمينه گردد. حداکثرقيمت تمام شده برابر -13

است. وزن پارامتری بحرانی نمی باشد، ولی وزن خيلی زياد نامطلوب می باشد. جرم دستگاه انتقال -14

تعئين شده است. 30kg برابر SMEتوسط در حالت ايده آل در دستگاه انتقال بايستی از اجزای قابل دسترس استفاده شود. -15تي -16 ال بايس تگاه انتق ژه ي دس زاي وي ات ، اج امين قطع ه ت اد ب ت اعتم مين از قابلي ور تض ه منظ ب

ساخته شود. SMEبصورت محلي براي . خاتمه يابد ماھه 2و در يك دوره ماه انجام -نفر 6طراحي بايستي حداكثر در مدت -17ي -18 ائي كل ده اي نمي باشد ، طراحي بايستي زيب ين كنن اگرچه زيبائي ظاھري اين دستگاه عامل تعئ

محصول را لحاظ نمايد.

Page 491: طراحی مکانیکی

491

دستگاه انتقال نيرو بايستي با ھمه معيارھاي ايمني ومقرارت مربوطه تطبيق داشته باشد. -19ه ، ا -20 ره مالكان دم پرداخت بھ ور ع ود بمنظ ده موج ت ش ات ثب ا حق اختراع تي ب ن طراحي نبايس ي

تعارض داشته باشد.درطراحي بايستي توصيه ھايي براي بازيافت آتي قطعات بمنظوراجابت با مقرارت قابل انتظار -21

در مورد ماندگاري گنجانده شود.استاندارد اين دستگاه انتقال نيرو بايستي استحكام كافي براي حمل ونقل جاده اي روي پالت ھاي -22

را اشته باشد.

راي اجراي ار چوبي ب ه چھ ن مرحل در كفايت در اي د بق ده ان ه فھرست ش ي ك ايي از مشخصات فن ه ھ جنبورد دوين محدوديت ھاي معين در م د. بمنظور توسعه وت امين نمي نماين ا تفصيلي را ت طراحي مفھومي ي

ه پارامتر ھاي طراحي وبراي اطمينان از اين كه كوشش ھا بصورت محسوسي در جھت توليد محصولي كار چوب ھاي ر است چھ ه شوند، بھت ار گرفت درخالصه طراحي از آن بعنوان تحليل بازارنام برده شده بك

ار رود. مشخصات طراحي محصول در جدول 4-1شكلي ھمانند آنچه در بخش 7-16نشان داده شده بك تدوين شده است.

ابي داراي اھميت بعنوان بخشي از مشخصات فني ، پيش از د طراحي شناسائي معيارھاي ارزي ه رون ادامد طراحي مي باشد.چنانچه بعضي از جنبه ھاي معيارھاي ارزيابي نامناسب تشخيص داده شود با ادامه رونرار ورد شناسائي ق ل رقابت م دادي از طراحي ھاي قاب ه ممكن است تع بايستي تغئير نمايند. از آنجائي ك

ابي ضروري مي باشد. گيرند كه ضمنا ھم گي پاسخ گوي مشخصات فني باشند ، تنظيم معيارھاي ارزين رد. در اي ار ب وده وبك ين نم ابي را بايستي تعئ براي گزينش يكي از راه حل ھاي طراحي معيارھاي ارزي

مرحله معيارھاي ارزيابي را كه مناسب بنظر مي رسند عبارتند از: ھزينه ايمني اندازهابعاد و طمينانقابليت ا نگھداري وتعمير صداوارتعاش

راه حل ھاي مفھومي 16-5-3

تعدادي از روش ھايي كه جوابگوي اين مشخصات مي باشند عبارتند از: گرداننده تسمه اي گرداننده زنجيري گرداننده چرخ دنده اي تسمه وزنجير تسمه وچرخ دنده چرخ دنده وزنجير

ه ی وخالص ای در گزين ورد چالش قراره طرح ديگر، مشخصات فن د م ا نگيرمی توانن ال ، آي رای مث د. ب

د 1500rpmموتوری که با سرعت امين نماي زوم را ت ورد ل تاور م د گش د می توان ده ؟دوران می کن گردانناوت ده متف ه سه گردانن ھای ترکيبی فھرست شده در باال، بلحاظ پيچيدگی قابل صرفنظرمی باشند. ھرچند ک

ده مس ا گردانن راه ب ای ھم وم ھ د. مفھ ن را دارن ل ممک وان راه ح زينش بعن يل گ ی دارای پتانس تقيم، ھمگ نشان داده شده است. 8-16متفاوت مذکور برای اين دستگاه انتقال درحالت ھای کلی درشکل

Page 492: طراحی مکانیکی

492

مشخصات طراحي محصول براي دستگاه انتقال نيروي كمپرسور 7-16جدول يششرايط آزما معيارھا ھدف جنبه

عملكرد ابعاد

ھزينه

دوامعمر و

وزن توليد

ان زم طراحی

ق حراع اخت

ثبت شده حمل ونقل

انتقال گشتاور

نسبت سرعت

بھره گرداننده

دما

رطوبت

کمينه

ھزينه کمينه

بيشينه

کمينهان از اطمينان امين آس ت وسريع اجزاء

کمينه

اجتناب ازنقض

تحکام اس دستگاه

را در 5kWدستگاه انتقال بايستي 2850rpm .انتقال دھد

ده اي گردانن ين محورھ ال ب بت انتق نسر تي براب ده بايس وگردن

باشد. 1.9=2850/1500

%95حداقل مشخص "1.5بايستي به محور گرداننده

ده ده و محورگردن تفاده از "1.5ش ا اس ب كوپلينگ ھاي منعطف مرتبط گردد.

ين رايط محيطي ب رداري در ش ره ب -بھ

10ºC 50وºC .انجام شود ت ا رطوب ی ب رداري در محيط ره ب بھ

20ºCدر دمای 100%

تگاه بايستی کوچکتر يا مشابه با ابعاد دسال تگاه انتق رين دس د. بھت ای رقيب باش ھاد ه ابع ائی ب ل فض ب در داخ رقي

120×250×250mm .می گنجد ه تی ھزين رو بايس ال ني تگاه انتق ر دس ھ

ر از د 600کمت رض تولي ا ف ورو ب ي دستگاه در سال باشد. 1000

دارزير ين از مق ن ماش مين دوام اي تض بيشتر باشد:

2850×60×2×200×1.5=1.02×108 سيکل.

باشد. 30kgبايستی کمتر از ل اده قاب رو آم ين حاض زای ماش از اج

عرضه (قفسه ای) استفاده گردد.ه رد ک ام گي دی انج ون تولي ا فن طراحی به دادی از کارخان ی از تع ل دسترس قاب

ھای محلی باشد.ال تگاه انتق ن دس يلی اي ی تفص طراح

ا صرف داکثر ب ر 6ح ام-نف اه انج ودر م ماه خاتمه يابد. 2طی

از نقض حق اختراعات ثبت شده موجود

احتراز گردد.

دستگاه انتقال نيرو بايستی استحکام کافی برای حمل ونقل جاده ای روی پالت ھای

استاندارد را داشته باشد.

امومتر ال روي دين تگاه انتق دس آزماش شود.

ان) اگرگرداننده بي لغزش (ھمزمده خص ش بت مش ار رود، نس بكي ده ب ر گردانن ا اگ ود ي رض ش فرعت رود، س ار ن زش بك لغي رايط طراح ي در ش خروج

اندازه گيري شود. آزمايش با دينامومتر

تاندارد گ اس اي كوپلين ازروش ھتاور راي گش ه ب تفاده گرددك اسي ا ضريب ايمن ينه ب وسرعت بيشدي ه بن اربرد، رتب ن ك ب اي مناس

شده باشد.اش ن ه آزم ه در كارخان ه اولي مون

شود.اش ه آزم ه در كارخان ه اولي نمون

شود. اندازه گيری

قيمت تمام شده محاسبه گردد.

نش رايط ت ت ش ه تح ه اولي نمون سريع آزمايش شود.

وزن دستگاه اندازه گيری شود.ه اده عرض ر وآم زای حاض اج

شناسائی گردد.ر دگان معتب ات عرضه کنن ازقطع

ده شود.استفا

رل تاندارد کنت ای اس از روش ھرفت ری پيش رای ردگي روژه ب پات از ردد وانحراف تفاده گ اس

برنامه تصحيح شود.ت ات ثب تجوی در اختراع ا جس ب

شده.

آزمايش ارتعاش

Page 493: طراحی مکانیکی

493

ائی زيب ظاھری

ايمنی

بازيافت

داری نگھ وتعمير

طراحی جذاب

زياد

صدا سازگار

سھل وآسان

ول در اھری محص ی ظ ائی کل زيب طراحی لحاظ گردد.

با مقرارت ايمنی موجود وقابل پيش بينی

آتی تطبيق يابد.

وده قانونی کمتر باشداز محدی رای بازيافت آت بايستی توصيه ھايی ب

وانين و ا ق ازگاری ب ور س زاء بمنظ اج در طرح لحاظ گردد.مقررات ماندگاری

ن ه ممک ی ک ويض اجزائ ی وتع دسترسامين ی شوند ت است دچار شکست وخراب

گردد

رای ی ب راح گرافيک روه ط از گی دل گرافيک ومی م ی مفھ طراح

استفاده گردد.ين ی وب ی مل تانداردھای ايمن اس

انونی مربوطه المللی و ضوابط ق کنترل گردد. اندازه گيری

ی ين الملل ی وب تانداردھای مل اس ومقررات مربوطه کنترل گردد.

رای ی ب ی طراح دل گرافيک از مت ی جھ ان دسترس ی امک وارس

نگھداری وتعميراستفاده گزدد.

گزينه ھای مفھومی برای دستگاه انتقال 8-16 شکل

بنظر انجام شدنی بوده وجوابگوی مشخصات فنی می باشند. 8-16ھمه راه حل ھای ارائه شده در شکل در اين جا يک ماتريس ارزيابی برای تعئين وتوسعه گزينه اصلح بکار می رود. اين ماتريس در جدول

نعکس شده است. 16-8نی می باشند. آن ھا بازتاب نظرات امتياز بوده و شبه ذھ 10از 8-16امتيازھای داده شده در جدول

ومھارت ھای داوريا داوران مربوطه ھستند. افراديا گرو ه ھای متفاوت ممکن است نتايج ديگری را حاصل نمايند. ليکن در اين جا ھدف نشان دادن فرايند طراحی وچگونگی انتخاب طرحی که از ھمه طرح

نشان می دھد مفھوم چرخ دنده مناسب ترين 8-16 ھای ممکن مناسب تر باشد. ماتريس ارزيابی در جدول گزينه مبنای حل مفھومی برای طراحی تفصيلی خواھد بود. گزينه است. بنابراين اين

طراحی تفصيلی 16-5-4

انتخاب يک جفت چرخ دنده امکان پذير می باشد. ھمگی چرخ دنده ھای صاف، ، 1.9 کاھشی برای نسبتچرخ دنده مارپيچی عموما بی صدا تر و فشرده تر ی قابل گزينش می باشند.مارپيچی، مخروطی و حلزون

ازچرخ دنده ھای صاف می باشد، ولی بار محوری که توليد می کنند بايستی لحاظ گردد، چرخ دنده ھای

Page 494: طراحی مکانیکی

494

مخروطی ، گردانندگی را در زاويه ھای قائمه تامين می نمايند که در اين جا جزئی از الزام ھا نمی باشد و چرخ دنده ھای حلزونی بسيار ناکارآمد می باشند. بنابراين بنظر می رسد که چرخ دنده ھای صاف مناسب

ترين انتخاب برای اين طراحی باشند.

ماتريس ارزيابی 8-16جدول

معيار ھای گزينش وزن %

مفھوم ھا گرداننده مستقيم چرخ دنده تسمه چرخ زنجير

امتياز امتياز وزنی

امتياز امتياز وزنی

امتياز امتياز وزنی

امتياز امتياز وزنی

ايمنی ابعاد و اندازه قابليت اطمينان

نگھداری وتعمير شصدا وارتعا

ھزينه امتياز وزنی کل

رتبه بندی

15 10 20 10 15 30

3 3 5 3 4 7

0.45 0.3 1.0 0.3 0.6 2.1 4.75

4

5 2 3 6 5 8

0.75 0.2 0.6 0.6

0.75 2.4 5.3 3

6 8 7 3 6 6

0.9 0.8 1.4 0.3 0.9 1.8 6.1 1

7 6 8 7 8 2

1.05 0.6 1.6 0.7 1.2 0.6 5.75

2

روز در سال 200ساعت در روز و 2دستگاه انتقال نيرو بايستی قابليت کار برای با توجه به اين که اين

ماھه داشته باشد ، محاسبات تفصيلی برای اين چرخ دنده ھا را براساس استاندارد 18را با دوام تضمينی AGMA رای انجام خواھد شد. در اين مرحله اندازه اين چرخ دنده ھا معلوم نمی باشد. نتايج محاسبات ب

ذکر شده است. اين محاسبات براساس روش ھای 9-16دامنه ای از مقياس ھا وپھناھای پيشانی در جدول فرض شده تا تاثيرباررفت وبرگشتی 1.25انجام شده اند. ضريب اضافه بار، برابر 7ارائه شده در فصل

فرض شده 200و 240يب فوالد درجه يک با سختی برينلی به ترت برای پينيون وچرخ دنده، لحاظ گردد. است.

نشان می دھد که ھمگی اين پيشنھادھا ضريب ھای ايمنی بااليی برای خمش دارا می 9-16بررسی جدول می باشد. پيشنھاد باشند. بزرگترين تھديد برای خرابی وشکست در ھمه پيشنھادھا بلحاظ سايش پينيون

ومقدارھای قابل قبول برای پارامترھای دارای بزرگترين ضريب ايمنی برای تنش تماسی روی پينيون می باشد. بنابراين اين پيشنھاد طراحی برای اين دستگاه انتقال نيرو برگزيده می m = 3ديگر، گزينه

شود. AGMAضريب ھای خمش وتنش تماسی 9-16جدول

واع مقياس ھا وپھناھای پيشانیبرای ان

Page 495: طراحی مکانیکی

495

تعئين اندازه محور می باشد. محوری که بايستی طراحی گردد تحت گشتاورھای گام بعدی در طراحی برای محوردستگاه ASMEخمشی وپيچشی قرارخواھد داشت، بنابراين کاربرد دستور العمل طراحی

جانمائی تقريبی محور ھا را با نشان 9-16شکل مناسب می باشد. ،ارائه شد 5انتقال نيرو که در فصل دادن ابعاد پيشنھادی ، شانه ھا ، پله ھا وجا خارھا مشخص می نمايد. بمنظور تعئين قطر محور با کاربرد

برای ماده مشخص گردد. دوام، ضروری است که گشتاور خمشی وپيچشی وحد 10-5معادله

جانمائی کلی پيشنھادی برای محورھای پينيون وچرخ دنده 9-16شکل

برای چرخ دنده صاف بار شعاعی از رابطه زير تعئين می باشد. N 558بار منتقله از چرخ دنده ھا برابر

می گردد: r tW W tan 558tan 20 203N

بار ،ھااين نيرومی باشد. ترکيب 0.57kgجرم محورتقريبا برابر است. 0.46kgجرم پينيون تقريبا برابر

، حاصل می کند. N 10.1عمودی تقريبی ناشی از ثقل را برابر برابر براب 1.66kgجرم چرخ دنده تقريبا است. با ترکيب اين 0.57kgر می باشد. جرم محور تقريبا

حاصل می شود. 21.9Nنيروھا ، بار تقريبی ناشی از ثقل برابر را می توان برای تعئين نمودار ھای نيروی برشی 9-16اين بارھای مختلف و ھندسه پيشنھادی در شکل

ينه گشتاورھای خمشی برآيند بيش نشان داده شده است. 10-16وگشتاورخمشی بکار برد که در شکل حاصل می شوند. 15.4Mmو 15.1Nmبرای محورھای پينيون وچرخ دنده به ترتيب برابر

گشتاورپيچشی منتقل شونده توسط محور پينيون برابر است با:

P 5000

T 16.8Nm2

285060

توان می باشد. Pدر رابطه باال

قل شونده توسط محور چرخ دنده برابر است با:گشتاور منت

P 5000

T 31.8Nm2

150060

Page 496: طراحی مکانیکی

496

الزم است در اين مرحله به منظور ارزيابی حد دوام ، قطر محورتخمين زده شود. در اين جا فرض می محور پيشنھاد می شود. مقاومت برای 817M40می باشد. فوالدآلياژی نورد گرم شده d=30mmشود

، با در نظر 770MPaو 1000به ترتيب برابرند با برای اين فوالد ھای تسليم وکششی نھائیakگرفتن 0.405 ،bk 0.856 ،ck 0.814 ،dk 1 ،ek 1 ،tk 2 ،q 0.72 ،

fk 0.538 ،gk 1 وe 504MPa ،e 66.1MPa .می باشد

29.3دنده به ترتيب برابر برای محورھای انتقال نيرو، قطر محورھای پينيون و چرخ ASMEاز معادله حاصل می گردد. بايستی خاطر نشان شود که قطر تعئين شده بصورت ويژه ای نسبت به 29.8mmو

ميزان پرداخت سطح وضريب ھای تمرکزتنش خستگی ، حساس می باشد.

ر پيشنھادینمودار ھای نيروی برشی وگشتاور خمشی برای محو 10-16شکل

يدگیومشخصه شيب محور،اقدامی ضروری می باشد. خم يدگیکنترل وبررسی فرکانس بحرانی ، خمميزان اين با تکيه گاه ساده است برآورد نمود. یتير مورد نظر،که محوراين حاظ ل محور را می توان به

ور برابر است با:خميدگی دروسط دھانه تيربا تکيه گاه ساده با بارمتمرکزوارده برميانه مح

3WL

y48EI

با فرض اين که وزن چرخ دنده ومحور آن در ميانه طول محور متمرکز شده ، خميدگی بيشينه محور برابر است با:

3

9 4

29.1 0.1y

48 200 10 0.03 / 64

87.624 10 m

Page 497: طراحی مکانیکی

497

اين خميدگی بسيارکوچکی است که نشان می دھد شيب محور در محل ياتاقان ھا وخميدگی در اين طراحی مسئله ای ايجاد نخواھد کرد.

ريتز ، اولين فرکانس بحرانی تعئين می گردد. –قاديرالزم در معادله ريلی با جايگزينی م

8/ 9.81/ 7.624 10

11340 /c g y

rad s

است که يک رتبه بزرگی ، بيشتر از سرعت دوران 108000rpmاين مشخص کننده سرعت دورانی ياتاقان ھا ، سرعت بحرانی ھنوز تا حدود زيادی محورمی باشد. حتی با درنظر گرفتن خميدگی در

بزرگتر از سرعت طراحی اين جعبه دنده خواھد بود. اين موضوع با توجه به کوتاھی طول وقطربالنسبه زياد اين محور، شگفت آور نمی باشد.

خوبی برای بلبرينگ ھای با شيار عميق برای اين جعبه دنده پيشنھاد می شوند زيرا اين ياتاقان ھا تکيه گاه81.02بارھای شعاعی وھمترازی محوری فراھم می نمايند. عمر طراحی ياتاقان ھا برابر 10 می دوران

مورد لزوم عبارتست از: ديناميکی پايه نامیاست. بار 310Nباشد. بار بيشينه روی بلبرينگ تقريبا برابر

8

1/ 36

1.02 10310( ) 1448

1 10C N

با بارنامی ديناميکی پايه بزرگتر از مقدار فوق وقابليت سرعت بيشتر mm 30بلبرينگی با قطردرونی

بلبرينگ توليدی سازندگان تخصصی بايستی که با گريس پر شده باشد مناسب خواھد بود. rpm 2850از با حاشيه ايمنی قابل مالحظه ای مناسب می 6006به شماره ISO، کد 7-4گردد. از جدول انتخاب

باشد. بھتر است بدترين حالت کاربرد در نظر گرفته شود. اگر ماشين بصورت مداوم در طی دوره کار کند وديگر اجزای آن خراب نشود ، عمر طراحی برابر خواھد بود با:تضمين

92850دوران 60 24 365 1.5 2.25 10

حاصل می گردد. 3798Nبا استفاده از اين عدد، بار نامی ديناميکی پايه مورد لزوم برابر

وبا فرض خار با مقطع 350MPa، با تنش تسليم برای خار ی شدهبا انتخاب فوالد کم کربن، سرد کشسبه می برای اين کاربرد ، طول خاراز رابطه زير محا N=4و در نظر گرفتن 4mm×4مربع به ابعاد

شود:

6

y

4TN 4 31.8 4L

DW 0.03 0.004 350 10

= 0.0121 m

خار با اين طول به آسانی در محور واجزای درگير با آن قابل تراشکاری است. از آنجائی که طول آن ا کوتاه می باشد امکان استفاده از آن برای چرخ دنده ھا وکوپلينگ ھا نيز وجود دارد. اين انتخاب نسبت

دارای مزيت انبارکردن قطعات يدکی کمتر و ساده نمودن ابزار واقتصاد مقياس است. شه اين نقنشان داده شده است. 11-16در شکل ترسيم شده نھائیدر حالت تقريبا که محور پينيون

مشتمل بر نتايج تعداد قابل مالحظه ای از تصميم ھا می باشد. محاسبات خالصه شده تا اين جا در اين مطالعه موردی منجر به مشخص شدن بعضی از ابعاد اصلی شده است. ليکن نياز است که رواداری ھای

خ، جھت و ھندسی روی بعضی ازقسمت ھا بمنظور کنترل مشخصه ھايی مانند موقعيت ، شکل ، نيمرخارج از محوری تعئين گردد و اطمينان ازقابليت مونتاژ ومجموعه سازی و عملکرد مناسب ماشين تامين

Page 498: طراحی مکانیکی

498

می کنند تجربهبعالوه ، روی ناحيه ھای بحرانی مانند سطوح تماسی و نواحی که خمش معکوس را گردد. شده سنگ زدهسطح پرداخت سطحی نوعی برای ميزان بايستی پرداخت سطحی ويژه ای مشخص گردد.

0.4برابر m 1.6گرد تراشی و فرز کاری برابرو برای m بايستی بدقت 11-16می باشد. شکل توسط خواننده مطالعه و ھر بعدی ومشخصه ای بخوبی بررسی گردد.

محور پينيون 11-16شکل

محورھای پينيون وچرخ دنده فرصتی برای انجام طراحی يکسانی برای ھردو محور فراھم تشابه در قطر می نمايد. اين دارای مزيت کاھش در انبارداری ، ھزينه ھا واقتصاد مقياسی می باشد.

ه وپوسته اين جعبه دنده بشکل واقع بينانه ای مشتمل بر ساخت ، قالب گزينه ھای موجود برای تکيه گاريزی يا ريخته گری با کاربرد فلز يا پالستيک می باشد. دمای کار نشان می دھد که ماده پالستيکی می تواند يک انتخاب ممکن باشد بشرط اين که دارای مقاومت واستحکام وبرآوردن الزام ھای ھزينه ای باشد.

بمنظور تامين تکيه گاه مستحکم کاربرد مجموعه ريخته گری دو فلزھا گزينه ای واضح می باشند. ليکن قابل بررسی می باشد. قطعه ھای گردتراشی شده که جا زده می شوند برای 12-16جزئی وفق شکل

ه بلبرينگ ھای ساکن پيشنھاد می شوند. اگرچه اين راه حل کافی بنظر می رسد، ساخت وکاربرد پوست

Page 499: طراحی مکانیکی

499

پالستيکی بايستی بررسی گردد تا مشخص شود که آيا مشخصات فنی را برآورده نموده ومزيت ھزينه ای دارا می باشند يا خير.

برای ھمه اجزا ی اين دستگاه انتقال نيرو تھيه گردد. 11-16بايستی نقشه ھای رسم فنی مشابه با شکل ارائه شده است. 13-16دنده در شکل يک جانمائی عمومی برای اين جعبهليکن در اينجا فقط

پوسته جعبه دنده 12-16شکل

جانمائی کلی برای جعبه دنده کمپرسور 13-16شکل

باال از يک طراحی بھينه ھنوز فاصله دارد، با اين ھمه ، بمنظور ی طراحی مشروحهمحتمال ، اگرچه شناسائی اين که پيشنھاد حاضر، احتمال جوابگوئی به مشخصات فنی از نقطه نظر قيمت را دارد و اين

می شود. که چه جنبه ھايی برای تعئين اکثريت ھزينه ھا تاثير گذارترند، برآوردی از قيمت تمام شده انجام اين موارد مورد ارزيابی قرار گرفته و کاربرد مشخصه ھای گران قيمت توجيه شده ودر صورت امکان

برآورد ھزينه يک محصول در مرحله طراحی دشوار روشن است که بکلی از طراحی حذف خواھند شد. قابل عرضه (قفسه ای) می باشد. در پيشنھاد طراحی ارائه شده در اين فصل ، برآورد ھزينه اقالم آماده و

مانند چرخ دنده ھا ، ياتاقان ھا ، خارھا ومتصل کننده ھا با بررسی فھرست قيمت ھا ی منتشر شده يا انجام اقالم آماده ودريافت پيش فاکتور ) يا عرضه کنندگانOEMسازندگا ن تجھيزات اصلی (تماس با

برای مقادير نقل شده ی راه،تخفيف مناسبپذير می باشد. بايستی اطمينان يافت که پيش فاکتورارائه شدھای مجزا مجموعهواحد در سال ، محتمل است که اين جعبه دنده در 1000تامين می نمايد. برای توليد

به مناسب بنظر می رسد ،توليد گردد. در اين حالت تھيه پيش فاکتور برای تعداددستگاه ھای ھر گروهر ضروری سرمايه شرکت را قفل نکند. برآوردھا از ھزينه ھای تغئيرات در تقاضا به نحوی غينحوی که

نياز است ريخته گری لزوما نيازی به تھيه پيش فاکتور از شرکت ھای ريخته گری ندارند. در اين طراحی

Page 500: طراحی مکانیکی

500

، يا درداخل شرکت ويا با ن کاری محورھا وماشين کاری برای پرداخت قطعات ريخته گری ي، ماش کهه خارج از شرکت ارجاع گردد. روشن است که تھيه پيش فاکتوراز کارگاه ھای پرداخت ھزينه آن ھا ب

ماشين کاری برای ارزيابی امکان خريد مستقيم محور بصورت ساخته وآماده امکان پذيرمی باشد. برای حالتی که ماشين کاری درداخل شرکت انجام شود ، بايستی به تجربه يا کاربرد برآوردھای استاندارد برای

ان ھای ماشين کاری اتکاء شود. برآوردھای استاندارد برای دامنه وسيعی از فرايندھای ماشين کاری زم ) موجود می باشد. 1997در کتاب سويفت و بوکر (

درصد برای باالسری 225درصد برای ضريب باالسری مواد و 130با در نظر گرفتن 10-16از جدول ير تعئين می گردد:نيروی کار، ھزينه تمام شده از رابطه ز

= قيمت تمام شده Eu (261 × 1.3) + (156 × 2.25) 690.3 =(يورو)

يورو است. با کنترل دقيق ھزينه 600 مورد نظرفيمت تمام شده برای اين سامانه انتقال، نزديک به قيمت يوروی مورد 600ردن ھزينه کل به زير ھای تھيه مواد وھزينه ھای ساخت در شرکت ، امکان پائين آو

، بخوبی وجود دارد. در اين صورت اين طراحی از نقطه نظر ھزينه جوابگوی مشخصات می باشد. نظردر اينجا پيشنھادی برای دستگاه انتقال کمپرسورتدوين گرديده است. بنظر می رسد که اين طراحی

گرچه قيمت تمام شده از قيمت مورد نظربيشتر برحسب عملکرد وھمخوانی با مشخصات کفايت نمايد ، اشده است. ليکن امکان تصحيح وتجديد نظر در طراحی محور،پوسته وتکيه گاه ياتاقان ھا برای کاھش

ھمچنين اين ھزينه ھا و دريافت پيش فاکتور ھای ارزانتربرای اقالم ساخته شده وآماده موجود می باشد. ر از مفھوم ھا مانند گرداننده تسمه ای بطور عمده ای ارزانترتمام امکان وجود دارد که توليد يکی ديگ

شود. دستگاه جعبه دنده 100برآوردھای ھزينه اجزاء براساس توليد مجموعه ای از 10-16جدول ھزينه زمان تعداد قلم

واحد(يورو)ھزينه کل

(يورو) مبنای برآورد

پينيون چرخ دنده خارھا محور مواد

ياتاقان ھا حلقه جداکننده

ريخته گری اصلی ريخته گری درپوش

قطعه ريخته گری درزبند مواد تکيه گاه ياتاقان درزبندھای محور

کوپلينگ ھا متصل کننده ھا

سخت کردن چرخ دنده ھا ھزينه مواد

ماشين کاری راه خار گرد تراشی سنگ زنی

ماشين کاری قطعه ريختگی ه ياتاقانماشين کاری تکيه گا

مونتاژ بسته بندی

ھزينه نيروی کار

1 1 6 2 4 2 1 1 1 4 2 2 20

200*

6 2 2 1 4 1 1

2 min# 15 min 10 min 30 min 10 min 30 min 4 min

12 18 0.5 10 10 2

60 20 2 5 8

20 0.25 100

60/h 60/h 60/h 60/h 60/h 40/h

4

12 18 3 20 40 4 60 20 2 20 16 40 5 1§ 261 12 30 20 30 40 20 4

156

سازنده چرخ دنده سازنده چرخ دنده فروشنده قطعه

فروشنده مواد فوالدی فروشنده قطعه فروشنده قطعه

پيش فاکتور از ريخته گری پيش فاکتور از ريخته گری

او رينگ نوارفروشنده فروشنده قطعه سازنده درزبند سازنده کوپلينگ

ومھره فروشنده پيچ خدمات تخصصی

کارگاه تراشکاری

در شرکتبرآورد برآورد در شرکت برآورد در شرکت برآورد در شرکت برآورد در شرکت برآورد در شرکت

برای ھر دستگاه جعبه دنده §يا جزء زمان برحسب دقيقه به ازای ھر قطعه دستگاه جعبه دنده # 200مجموعه متشکل از *

Page 501: طراحی مکانیکی

501

نتايج 16-6

فرايند طراحی را می توان با مدل طراحی جامع متشکل از بازاريابی، مشخصات ، طراحی مفھومی ، مدل سازی نمود. طراحی، فرايندی تکراری شامل ،طراحی تفصيلی ، ساخت وفعاليت ھای فروش

طراحی جامع دراين کتاب فرايند می باشد. مرحله ھا سايرتکراری از فعاليت ھا و مالحظات ھمزمان بصورت اجمالی با تشريح موارد با اھميت ھر حوزه مطالعه شده است. مھارت ھای طراحی در حوزه ھای تھيه مشخصات، ايجاد مفھوم، ارزيابی طراحی و طراحی تفصيلی شناسائی وتعريف گرديده است.

مشخصات برای مشخصا از نقطه نظر فعاليت طراحی تفصيلی ، مھارت ھا در طراحی، انتخاب و تھيهياتاقان ھا، محورھا، چرخ دنده ھا ، تسمه ھا، زنجيرھا، کالچ ھا و ترمزھا ، فنرھا و متصل کننده ھا

مورد بحث وبررسی قرار گرفته است. اقناع کننده است که ايجاد وخلق کاالھای بھتر و جديد را امکان پذير می نمايد. اميد حرفه ای ،طراحی

ده در اين کتاب خواننده را در کاربرد ، توسعه وتکامل مھارتھای طراحی، است که اطالعات ارائه ش ياری رساند.

فھرست منابع وچشمه ھای اطالعاتی

کتاب ھا و مقاله ھا:

Page 502: طراحی مکانیکی

502

استانداردھا :

Page 503: طراحی مکانیکی

503

کاروتمرين

کلمه فعاليت طراحی جامع را تشريح نمائيد. 150در 16- 1 ات طراحی کاال منعکس گردد.چه اطالعاتی بايستی در مشخص 16- 2 سه مفھوم برای دستگاه باالبری بمنظور باالبردن يا پائين آوردن صفحه ای 14-16در شکل 16- 3

با کاربرد ماتريس ارزيابی نشان دھيد که نشان داده شده است.جھت دفع بعضی قطعات ازروی نقاله ه شود.کداميک از راه حل ھای مفھومی برای مالحظات بيشتر برگزيد

يک کارگاه ساختمانی پيشنھاد در نتيجه کار طراحی مقدماتی ، سه راه حل برای حفر ترانشه در 16- 4 شده است:

)a سطلک حفارتکی استاندارد که روی مکانيزم کارانداز ھيدروليکی نصب شده است. ) يک )b.يک سطلک حفار دو فکی که روی مکانيزم کارانداز ھيدروليکی نصب شده است ( )c.تعدادی از سطلک ھا که روی بازوی متحرک نردبانی نصب شده است (

با کاربرد ماتريس ارزيابی تعئين کنيد که کداميک از اين راه حل ھا برای مالحظات بيشتر انتخاب شود.

كمپرسورھوايي كه با پذيرش)، استعداد بازار براي SMEيك شركت تجاري كوچك تا متوسط ( 16- 5ده شود رامورد مطالعه قرار داده است. تحليل بازارنياز به كمپرسوري با موتور الكتريكي گردان

3360m ظرفيت تھيه ھواي / h 7و فشار bar 45كه با موتور الكتريكي به توان kW گردانده شود 1460تائيد كرده است. طراحي مقدماتي، منتھی به انتخاب موتوري الكتريكي با سرعت سنكرون را

rpm پيستون وسيلندر واجزاي مرتبط با كمپرسور رفت وبرگشتي شده است. سرعت طراحي ،مي باشد. انتخاب سامانه انتقال وطراحي تفصيلي آن ھنوز بايستي انجام rpm 700كمپرسوربرابر

بررسي مشخصات فني ، طراحي مفھومي و طراحي تفصيلي سامانه انتقال شماگردد. در اين جا وظيفه اين كمپرسور مي باشد. براي

)، استعداد بازار براي پذيرش دستگاه اره مکانيکی كه SMEيك شركت تجاري كوچك تا متوسط ( 16- 6با موتوردرون سوزکوچکی گردانده شود رامورد مطالعه قرار داده است. طراحي مقدماتي، منجر به

460ي اره برابر شده است. سرعت طراح rpm 3000انتخاب موتوردرونسوزی با سرعت طراحی rpm مي باشد. انتخاب سامانه انتقال وطراحي تفصيلي آن ھنوز بايستي انجام گردد. در اين جا وظيفه

شما بررسي مشخصات فني ، طراحي مفھومي و طراحي تفصيلي سامانه انتقال براي اين ماشين مي باشد.

ھدف ھای آموزشی حاصله

1-16بخش را توضيح دھيد؟ آيا می توانيد فعاليت طراحی جامع

2-2-16نموده و مفھوم مناسب بخش ارزيابیمتنوعی را آيا می توانيد مفھوم ھای

را انتخاب نمائيد؟

2-3-16بخش ؟ قيمت تمام شده کاالئی را تعئين کنيدآيا می توانيد

4-16بخش از دامنه منابع اطالعاتی موجود برای طراح آگاھی داريد؟آيا

Page 504: طراحی مکانیکی

504

معادل فارسی واژه ھای تخصصی ت توضيحا واژه فارسی واژه انگليسی شماره

1 Set sccrew پيچ تنظيم 2 key خار 3 circlip خار گرد 4 pin پين 5 dowel زبانه 6 Lock nut مھره قفلی 7 Sled runner key

seat جا خارمعمولی

8 Profiled key seat جا خار پروفيله 9 Plain taper key خار گوه ای تخت

10 Gib head taper key

خار گوه ای سر پھن

11 Pin key خار پينی 12 Grub screw پيچ شکاف دار 13 Press fit جازدن فشاری 14 Shrink fit انقباضی برازش 15 spline ھزارخار 16 Taper bush وش گوه ایب 17 clamp گيره 18 coupling جفت ساز 19 alignment ھمترازي 20 overhung پيشامده 21 Scroll gear چرخ دنده طومارگون 22 Hunting toothدندانه نوسانی 23 Synthetic resin

bonded fiber الياف تقويت شده با رزين مصنوعي

24 module مقياس 25 Brain stormingذھن آشوبی 26 Ductile

(nodular)iron آھن شکل پذير (گرده

ای)

27 Annealedتابانده 28 Quenched and

tempered سرد وبازپخت شده

29 Service factor ضريب شرايط کاری 30 Interference fit درگيري تداخلي

31 Annular حلقه وار

32 Fin تيغه

33 Seal ددرزبن

34 Sealant درزگير

Page 505: طراحی مکانیکی

505

35 Race حلقه ھادی

36 Stub محور كوتاه عمودي

37 Caliper كوليس

38 Self-energizing خودنيروگذاری

39 Self de-energizing خودنيروبرداري

40 Power screw پيچ حرکتی

41 Buttress thread اره ایدندانه

42 Sensor حسگر

43 Transducer راگردانت

44 Data logger داده نگار

45 Actuator کارانداز

46 Tolerance رواداری

47 Fit برازش