پایان نامه ارشد: بررسی تاثیر المانهای ماتریس سختی سیستم محور- بلبرینگ

متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته :مهندسی مکانیک

گرایش :طراحی کاربردی

عنوان : بررسی تاثیر المانهای ماتریس سختی سیستم محور- بلبرینگ

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد خمینی شهر

دانشکده مکانیک

 

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد M.Sc

مهندسی مکانیک- گرایش طراحی کاربردی

بررسی تاثیر المانهای ماتریس سختی سیستم محور- بلبرینگ

 

استاد راهنما:

دکتر سید علی افتخاری

 

تابستان 1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)

چکیده

بلبرینگها استفاده­ی زیادی در صنایع مختلف از جمله صنعت خودرو و هواپیماسازی دارند. از اینرو بررسی بلبرینگ­ها حائز اهمیت می­باشد لذا در این پژوهش به بررسی ماتریس سختی بلبرینگ تماس زاویه­ای دوردیفه پرداخته شده است. در این پژوهش معادلات حاکم بر ماتریس سختی دو ردیفه توسعه داده شده است و علاوه بر بررسی نیروی محوری به بررسی اثر پیشبار بر خصوصیات ارتعاشی بلبرینگ پرداخته شده است. در ابتدا مدل تحلیلی توسعه یافته و تحت بار محوری و پیشبار قرار گرفته است. معادلات حاکم منجر به معادلات غیر خطی می­شود که با استفاده از روش عددی حل شده است. نحوه محاسبات و فلوچارت بدست آوردن ماتریس­های سختی در ابتدای فصل چهارم ارائه شده است. نتایج حاصله بیانگر این امر هستند که با افزایش پیشبار اندازه­ی المانهای ماتریس سختی افزایش می­یابد. همچنین مشاهده گردید که با افزایش پیشبار فرکانس طبیعی سیستم بررسی شده افزایش می­یابد.

واژه های کلیدی: بلبرینگ دو ردیفه، پیش­بار، ماتریس سختی.

 

 

 

فهرست مطالب

عنوان                                                                صفحه

فصل اول                                                                                                                                                2

1- 1 پیشگفتار                                                                                                                                           3

1-2 بیان مسئله                                                                                                                                           5

1-2-1-معرفی انواع بلبرینگ                                                                                                                     5

1-3 یاتاقان ها                                                                                                                                            6

1-4 انواع حرکت                                                                                                                                      7

1-5 انواع بلبرینگ                                                                                                                                     7

1-6 انواع رولربیرینگ ها                                                                                                                           8

1-6-1 پارامتر های موثر در انتخاب رولربیرینگ ها                                                                                     9

1-6-2 علل تعویض رولربیرینگ                                                                                                                9

1-6-3 اندازه ها                                                                                                                                         9

1-6-4 اندازه اصلی یک رولربیرینگ                                                                                                        10

1-7 انتخاب نوع بلبرینگ                                                                                                                          10

1-8 نظریه جدید در مورد طول عمر بلبرینگ                                                                                             11

1-9 ظرفیت تحمل بار و طول عمر                                                                                                             11

1-10 مزیت های هدایت کننده غلتشی حرکت خطی                                                                                 21

1-11 مواد و فرآینهای تولید                                                                                                                     23

1-11-1 مواد بلبرینگ های ساده                                                                                                               24

1-11-2 فرآیند پرداخت کاری                                                                                                                 24

1-11-3 فرآیند عملیات حرارتی                                                                                                                25

1-11-4 محیط باز پخت                                                                                                                           25

1-11-5 مرحله پرداخت                                                                                                                           26

1-11-6 فرآیند های پرداخت کاری                                                                                                         26

1-12 فلوچارت فرآیند های ساخت                                                                                                          27

1-12-1 فرآیند فلاشینگ ساجمه ها                                                                                                         28

1-13 فلوچارت فرآیند های ساخت قفسه                                                                                                  28

1-14 مروری بر مطالعات پیشین                                                                                                                28

فصل دوم                                                                                                                           42

2-1 بلبرینگ های ساده                                                                                                                            43

2-2  مدل بار- تغییر شکل بلبرینگ ساده                                                                                                   43

2-2-1  پارامترهای سطح تماس                                                                                                                43

2-2-2  ارتباط بین تغییر شکل و بار                                                                                                           45

2-2-3  تعیین جابجایی محوری و تماس زاویه ای بلبرینگ به خاطر بار محوری                                          45

2-3  محاسبه ماتریس سختی بلبرینگ های ساده برای سیستم دو درجه آزادی                                             50

2-3-1 محاسبه ماتریس سختی                                                                                                                  52

2-3-2 مطالعه مجموعه های مونتاژی با دو بلبرینگ ساده تماس زاویه ای                                                    53

2-4 محاسبه ماتریس سختی مدل پنج درجه آزادی                                                                                    56

2-5 بلبرینگ های بشکه ای                                                                                                                      59

فصل سوم                                                                                                                           66

3-1 مقدمه                                                                                                                                              67

3-2 مقایسه ماتریس سختی بلبرینگ دو ردیفه با دو بلبرینگ تک ردیفه                                                     68

3-2-1 معادلات و فرضیات حاکم بر مسئله                                                                                               73

3-2-2 ماتریس سختی                                                                                                                             77

3-3 اثر پیش بار                                                                                                                                       81

3-3-1 فرضیات و معادلات حاکم                                                                                                            81

3-3-2 تحلیل مدل                                                                                                                                  82

فصل چهارم                                                                                                                     86

4-1 مقدمه                                                                                                                                              87

4-2 صحت سنجی                                                                                                                                  89

4-3 بررسی اثر نیروی محوری بر المان های ماتریس سختی                                                                      90

4-4  بررسی اثر پیش بار بر المان های ماتریس سختی                                                                               91

4-5 بررسی اثر پیش بار بر خصوصیت ارتعاشی سیستم                                                                              95

فصل پنجم                                                                                                                       97

5-1 مقدمه                                                                                                                                              98

5-2 نتایج                                                                                                                                                98

5-3 پیشنهاد ادامه کار                                                                                                                              99

مراجع                                                                                                                            100

پیوست ها                                                                                                                       102

چکیده انگلیسی                                                                                                               113

 

 

 

 

 

 

فهرست شکل­ها

شماره شکل عنوان شکل صفحه

 

شکل ‏1-1  سختی­های متوسط موثر یاتاقان برای تراز نشدگی زاویه­ای در راستای محور y و برای مقدار Brg≠2 29

شکل1-2  تابع پاسخ فرکانسی بدست آمده از روش تجربی 30

شکل1-3   مقایسه­ای میان نتایج تجربی و تحلیلی بدست آمده برای ضرایب خمشی یاتاقان در حضور پیش بار 31

شکل ‏1-4  جابجایی­ها بر حسب پیش­بار محوری 32

شکل1-5  نیروی محوری بر حسب پیش­بار محوری 33

شکل 1-6  عمر خستگی یاتاقان بر حسب پیش بار محوری 33

شکل ‏1-7  کمانش از نوع دو شاخگی برای سیستم روتور بالانس نشده 35

شکل ‏1-8  گردش، فقشه پوینکر و پاسخ فرکانسی برای جابجایی شعاعی 37

شکل 1-9 تغییرات سختی یاتاقان شعاعی بر حسب بار شعاعی برای چهار مدل مختلف 38

شکل ‏1-10 تغییرات سختی محوری بر حسب بار محوری برای دو یاتاقان مختلف 38

شکل ‏1-11 تغییرات عمق نقص، نیروهای تماسی در جهت x و y برحسب موقعیت توپی 40

شکل ‏1-12  مقایسه میان تغییرات فرکانس با شتاب یاتاقان­های توپی حاصل از مدل سازی و اندازه­گیری …40

شکل ‏2-1 هندسه اجسام در حال تماس با یکدیگر 43

شکل ‏2-2 هندسه بلبرینگ ساده 44

شکل ‏2-3  بلبرینگ ساده تماس زاویه ای تحت نیروی محوری 47

شکل ‏ 2-4 چیدمان محور – بلبرینگ پشت به پشت 54

شکل ‏2-5  پارامترهای هندسی بلبرینگ ساده تماس زاویه ای 56

شکل ‏2-6  سیستم مختصات برای مدل ۵ درجه آزادی 57

شکل ‏2-7  هندسه تماس بیضوی 60

شکل ‏2-8  ابعاد رولربرینگ بشکه ای 61

شکل 2-9  شعاع انحناء بین رولر و حلقه­ی داخلی و حلقه­ی خارجی 62

شکل ‏3-1  سه نوع چینش بلبرینگ دو ردیفه 67

شکل 3-2  نمایش دو روش ذکر شده در مدلسازی بلبرینگ دو ردیفه 70

شکل ‏3-3  تغییر شکل الاستیک المان چرخشی بلبرینگ دو ردیفه 74

شکل ‏3-4  نمایش فاصله­­ی زاویه­ای المان چرخشی از محور x 75

شکل ‏3-5  شمایی از مسئله­ی ارتعاشی 82

شکل ‏3-6  مدل تحلیلی شفت صلب که با بلبرینگ دو ردیفه 83

شکل ‏4‑1 فلوچارت مربوط به نحوه محاسبات ماتریس سختی 88

شکل ‏4-2 نمودار تغییرات ماتریس سختی  بر حسب نیروی محوری 90

شکل ‏4-3  نمودار تغییرات سختی  بر حسب نیروی محوری 90

شکل ‏4-4 نمودار تغییرات سختی  بر حسب نیروی محوری 91

شکل ‏4-5  نمودار تغییرات سختی  بر حسب نیروی محوری 91

شکل ‏4-6  نمودار تغییرات سختی  بر حسب نیروی محوری 92

شکل ‏4-7  نمودار تغییرات سختی  با تغییرات پیشبار 93

شکل ‏4-8  نمودار تغییرات سختی  با تغییرات پیشبار 93

شکل4-9  نمودار تغییرات سختی  با تغییرات پیشبار 94

شکل ‏4-10 نمودار تغییرات سختی  با تغییرات پیشبار 94

شکل ‏4-11 نمودار تغییرات سختی  با تغییرات پیشبار 95

شکل ‏4-12 اثر نیروی پیشبار بر فرکانس طبیعی مد اول سیستم 96

 

 

 

 

 

 

 

 

فهرست جداول

شماره جدول عنوان جدول صفحه

 

جدول ‏1‑1  مواد خام بکار رفته در حلقه­های بلبرینگ 24

جدول ‏3-1  خصوصیات سینماتیکی: بلبرینگ تماس زاویه­ای دو ردیفه 71

جدول ‏3-2  مقایسه­ی نتایج دو بلبرینگ تک ردیفه با یک بلبرینگ دو ردیفه 72

جدول4-1  پارامترهای طراحی برای بلبرینگ 89

جدول ‏4-2 بررسی تأثیر نیروی محوری در المان سختی ‌ 89

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  فهرست علائم
فاصله بارگذاری نشده میان انحنای شیار داخلی و خارجی
فاصله بارگذاری شده میان مراکز انحنای شیار داخلی و خارجی المان
A( ) ماتریس شتاب
a موقعیت مرکز انحنای شیار داخلی
a موقعیت مرکز انحنای شیار خارجی
c ماتریس میتایی سیستم
c ماتریس میرایی یاتاقان
c میرایی
c ضریبی وابسته به اندیس سطر (i)
c ضریبی وابسته به ترکیب ‌بندی یاتاقان
c ضریبی وابسته به اندیس سطر یاتاقان (i)  و ترکیب بندی یاتاقان
d فاصله محوری از مرکز یاتاقان
D قطر توپی
E مرکز بار موثر یک یاتاقان دو سطری
E مدول الاستیسیته
e فاصله محوری میان مرکز یاتاقان و یاتاقان تک سطری
f بردار بار میانگین یاتاقان حول نقطه عملکرد
f پیش بار شعاعی در جهت محور x
f مولفه بار میانگین یاتاقان در جهت محور x
f مولفه بار میانگین یاتاقان در جهت محور y
f پیش بار محوری در جهت محور z
f مولفه با میانگین یاتاقان در جهت محور z
f بردار بار میانگین یاتاقان
f بردار بار جایگزین کلی
g بردار خطا
G مرکز جم
المان‌های بردار خطا
I ممان اینرسی
J
K ثابت سختی تماسی هرتزین
K ماتریس سختی سیستم
K ماتریس سختی یاتاقان اعمالی 5 بعدی
K ماتریس سختی یاتاقان اعمالی 6 بعدی
K سختی
K سختی شعاعی یاتاقان غلتشی در جهت محور x
K سختی شعاعی یاتاقان غلتشی در جهت محور y
K سختی محوری یاتاقان غلتشی
K سختی چرخشی المان غلتشی حول محور x
K سختی چرخشی المان غلتشی حول محورy
K ضرایب سختی غیرقطری مربوط به یاتاقان غلتشی
l طول
m ماتریس جرم سیستم
M ممان میانگین یاتاقان حول محور x
M ممان میانگین یاتاقان حول محور y
m جرم
N داده‌های داده شده توسط کاربر که تعداد سلول‌های شبکه‌ای در جهت محوری را کنترل می‌کند
N نمای توانی بارگذاری- خیز
O بعد مدل تحلیلی
Qa(t) بارکل روی المان غلتشی j ام از سطر iام
q بردار جابجایی جایگزین کلی
q بردار جابجایی جایگزین یاتاقان
R بردار جابجایی میانگین یاتاقان حول نقطه عملکرد
r شعاع گام
r اندیس مودال
s لقی شعاعی
t لقی جدایش
v زمان
x بردار ویژه
x بردار حالت
y محور مختصات x
Z محور مختصات y
a محور مختصات z
a تعداد المان‌های غلتشی در یک سطر
زاویه تماس بارگذاری نشده
زاویه تماس بارگذاری شده‌ی المان غلتشی jام از سطر iام
جابجایی میانگین یاتاقان در جهت
جابجایی میانگین یاتاقان در جهت
جابجایی الاستیک شبکه‌‌های المان محدود حول ناحیه تماس
جابجایی الاستیک شبکه‌‌های المان محدود که دور از ناحیه‌‌های تماس هستند.
تغییر شکل الاستیک کل المان غلتشی jام از سطر iام
تغییر شکل الاستیک شعاعی خالص المان غلتشی jام از سطر iام
پیش بار جابجایی محوری روی سطر iام
جابجایی میانگین یاتاقان در جهت محور x
جابجایی میانگین یاتاقان در جهت محور y
جابجایی میانگین یاتاقان در جهت محور z
عدد خیلی کوچک تعریف شده توسط کاربر
y ثابت تجربی بدست آمده
مقدار ویژه
بعد دورانی حول x
بعد دورانی حول y
بعد دورانی حول z
ثابت تناسبی
موقعیت زاویه‌ای المان غلتشی jام از سطر iام
فرکانس
فرکانس طبیعی
نسبت میرایی

 

 

فصل اول

 

مقدمه

 

 

 

فصل اول

 مقدمه

1-1- پیشگفتار

در سال 2400 قبل از میلاد مصریها از سیال برای کاهش تعداد نیروی انسانی مورد نیاز برای کشیدن بلوکهای سنگی بزرگ استفاده کردند. بعد از آن حدود سال 1100 قبل از میلاد استرالیائی­ها از غلتکهای چوبی برای بلوکهای مشابه استفاده کردند اما آنها متوجه مفهوم غلتش به جای لغزش شدند و این موجب توسعه بلبرینگهای غلتشی شد.

بنابراین اختراع بیرينگ يا آنچه كه بنام بلبرينگ در صنعت شناخته شده است به هزاران سال قبل بر مي­گردد. در آن زمان بشر دريافت كه حركت چرخشي به مراتب ساده تر از حركت لغزشي صورت مي پذيرد لذا اگر در وسائلي نظير چرخ ارابه ها و گاري­ها يا سنگ­هاي آسياب قديمي از سنگ يا چوب بصورت گويچه ها   ( ساچمه ) در آورده و ما بين قطعاتي كه نسبت به هم حركت دارند، قرار دهد، به مراتب انرژي كمتري مصرف شده و بر نيروي اصطكاك موجود مابين قطعات مزبور غلبه خواهد كرد. بدين ترتيب در گذر زمان بتدريج،گويچه ها بصورت كامل در آمده و با گرفتن حلقه هاي داخلي و بيروني و قطعاتي نظير قفسه، شكل بیرينگ امروزي را به خود گرفتند.

بيشتر پيشرفت­هائي كه در زمينة صنايع و مهندسي صنايع در جهان صورت گرفته و يا مي­گيرد كه جزو لاينفك قرن حاضر مي باشند بدون وجود بیرينگ ها كه تا حد زيادي بر نيروي اصطكاك موجود در تمامي ماشين آلات و صنايع ماشين سازي و الكتريكي و خانگي و در صنايع خودروسازي غلبه مي كند، امكان پذير نبوده و با پيشرفت روز افزون در صنايع ماشين سازي و خودروسازي روز بروز بر اهميت وجود بیرينگ ها افزوده مي شود.

ازنظرتاريخي زمان اختراع بیرينگ ها بطور دقيق مشخص نيست اما با وجود كشفيات و شواهد تاريخي   مي توان گفت كه ساخت بیرينگ به دوران روم باستان بر مي گردد كه پيشروان صنعت بیرينگ در آن زمان زندگي مي كرده اند، زيرا هنگامي كه در سال 1928 درياچة نمي[1] خشك شد بر روي يكي از دو كشتي پاروئي كه از زمان امپراطور بزرگ روم كاليگولا باقي مانده بود بلبرينگي يافت شد كه تكيه گاههاي آن از چوب ساخته شده بود و داراي ساچمه هاي برنزي بود، كه از نظر شكل نيز شبيه بلبرينگ هاي امروزي بوده است. احتمالاً اين بلبرينگ در زير مجسمة بسيار بزرگي براي حمل و يا چرخش آن قرار داده شده بود.

1500 سال بعد لئوناردو داوينچي فيلسوف و رياضيدان ايتاليائي در دوران حيات خود محاسباتي بر روي ياتاقانهاي غلطشي انجام داد كه بر حسب آن محاسبات بلبرينگ بصورت ابتدائي ساخته شد و مي توان گفت كه تا حدود اواخر قرن نوزدهم و تا زمان اختراع دوچرخه و چرخ خياطي، ماشين بخار، ماشين آلات نساجي و غيره اقدامات چنداني در تكميل و ساخت بیرينگ ها صورت نگرفته بود.

در اواخر قرن نوزدهم با گسترش صنعت دوچرخه سازي اولين تقاضا براي ياتاقانهاي بدون اصطكاك بود لذا در همين عرصه كارخانه هائي درانگلستان و آلمان شروع به ساختن ساچمه هاي فولادي كردند كه تقريباً در همين زمان نيز بلبرينگ به نسبت خيلي كم براي كارهاي مهندسي در امريكا ساخته مي شد. با اينكه دانش بشر در زمينة بیرينگ ها در سطح ابتدائي بود اما نياز به وجود اجسامي كه بتواند خصوصيات مربوطه را داشته باشند و به مقدار بسيار زيادي بر نيروي اصطكاك فائق آيد بيشتر احساس مي شد. بعدها دانشمندي بنام رابت استریبک[2] تحقيقات اساسي در مورد مهندسي بیرينگ انجام داد. در همين زمان بود كه گسترش صنعت اتومبيل سازي بهترين زمينة تقاضا براي اين محصول بود. بنابراين در عرض ده سال يعني از سال 1902 الي 1912 بيش از هفت نوع بیرينگ كه امروزه نيز مورد استفاده قرار ميگيرد ساخته شد.

با ايجاد تحول اساسي در تكنولوژي طي سده هاي نوزدهم و بيستم به جهت گسترش نيازهاي بشري و پيشرفت سريع تكنولوژي در عرصه هاي صنايع ماشين هاي ابزار و افزار، صنايع خودروسازي، وسايل خانگي، سازه هاي فضائي و بسياري از صنايع ديگر اين محصول نيز روزبروز تكامل يافته تر شد. چرا كه اين محصول رابطة تنگاتنگي با كارآئي دستگاهها و خودروهاي ساخته شده و ارتباط قريبي با ارتقاء سطح تكنولوژي بشري دارد.

البته توليد بیرينگ ها بصورت انبوه، مدرن و استاندارد به سال 1907 بر مي گردد. در اين سال مهندسي در يك كارخانه نساجي به سبب بروز مشكلاتي كه از شكستن بیرينگها در اثر خمش شفت متوجه خط توليد مي شد به فكر ساخت برينگي افتاد كه بتواند خود را با خمش شفت مطابقت  دهد كه اين شخص دكتر سوان وينكوئيست بنيانگذار شركت –- بلبـرينـگ  SKF  سوئـد بوده  كه به اخـتراع بلبرينـگ هاي خود تنـظيم  دســت يافـت. امروزه بیرينگها در انواع متنوع و مختلف در ابعاد بسيار وسيعي در سراسر دنيا توسط شركتهاي SKF توليد مي شود.

تضمين كيفيت و كارآئي مناسب بیرينگها تحت دورها و شرايط پيچيدة بارهاي اعمال شده و شرايط استثنائي نظير كار در درجه حرارتهاي بحراني، خلاء و محيطهاي خورنده و غيره از دلائل عمده اي است كه تأكيد بر گسترش دامنة مطالعات و تحقيقات و پيشرفت روز افزون در تكنولوژي ساخت بیرينگ ها در اين عرصه از صنعت را دارد.

 

1-2- بیان مسئله

در این تحقیق فرض می­شود که محور می تواند آزادانه حول محور z دوران کند در تحلیلهای ارتعاشی فرض می شود که دامنه ارتعاشات منتقل شده به بلبرینگ خیلی کوچکتر از جابجایی بلبرینگ به خاطر پیش بار و بارهای خارجی باشد. با داشتن فرضیات فوق، مدل سیستم خطی متغیر با زمان به شکل زیر معرفی می گردد:

که M و C و K به ترتیب جرم و دمپینگ و سختی بلبرینگ و  به ترتیب بردارهای نیروی کلی و جابجایی کلی بلبرینگ می باشند. پس از استخراج مولفه های مختلف ماتریس سختی سیستم، تاثیر این مولفه ها بر مشخصه های ارتعاشی مانند فرکانس های طبیعی، شکل مودهای سیستم و … بررسی خواهد شد.

بنابراین اهداف این تحقیق به شرح زیر خواهد بود:

  • توسعه یک ماتریس سختی جدید برای بلبرینگ ساچمه ای تماس زاویه ای دو ردیفه
  • توسعه یک مدل تحلیلی ساده برای سیستم محور- بلبرینگ
  • محاسبه مولفه های ماتریس سختی و بررسی نقش آنها در مشخصات ارتعاشی سیستم محور- بلبرینگ
  • بررسی تاثیر پیش بار بر خصوصیات ارتعاشی سیستم

[1] Nemi

[2] Robert stribeck

تعداد صفحه : 133

قیمت : 14700 تومان

———–

——-

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --