تحقیق بررسی تحلیلی و آزمایشگاهی نیروی محوری تولید شده در پلوس اتومبیل 9 ص

دسته بندي : دانش آموزی و دانشجویی » دانلود تحقیق
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل :  word (..docx) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 9 صفحه

 قسمتی از متن word (..docx) : 
 

1
‏سمینار کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک
‏دانشگاه آزاد اسلامی واحد مشهد
‏بررسی تحلیلی و آزمایشگاهی نیروی محوری تولید شده در پلوس اتومبیل
‏چکیده ‏:
‏در این مقاله اندازه گیری و مدل سازی از نیروی محوری تولید شده به وسیله ی یک مفصل شناور پلوس اتومبیل‏ انجام می شود‏.‏ ‏ساختار یک پلوس بدین گونه است که دار ای یک مفصل شناور در سمت گیربکس و یک مفصل ثابت کروی در سمت چرخ میباشد. ‏هر دوی این مفاصل به وسیله‏ ‏ی یک شفت واسط به هم دیگر متصل میشوند. ‏مفصل کروی به عنوان یک مفصل سرعت ثابت و بدون اص‏ط‏کاک فرض شده است. ‏مفصل شناور به علت حرکت شناور خود یک ‏مفصل سرعت ثابت نیست ولی آن را به عنوان یک م‏فصل سرعت ثابت دارای اختلال‏ مدل میکنند.برای دوری از حل عددی‏،‏ تحلیل تقریبی برای معادلات سینماتیکی را بنا نهادیم.سپس نشان میدهیم که برای یک سرعت ورودی‏،‏ اثر دینامیکی به علت مفصل شناور در مقابل اثرات استاتیکی قابل صرف نظر کردن است.‏ ‏در واقع یک مدل سین‏ما‏تیکی معکوس با یک سرعت ثابت و یک گشتاور خروجی ثابت معرفی شده است.‏ این مدل نیز با نرم افزار ADAMS‏ بررسی شد.‏ ‏تمام نتایج با اندازه گیری‏ های آزمایشگاهی مطا‏بقت کامل داشت.اصطکاک کلومب بین غ‏لط‏ک ها و شیار های هوزینگ‏ و بین غلطک ها و قسمت گردش غ‏لطک ها روی سه شاخه پلوس مدل شده است.نیروی محوری در پلوس باعث ارتعاشات شدیدی در اتومبیل میشود و با مدل ایجاد شده میتوان این ارتعاشات را پی‏ش بینی کرد و اثرات شعاع هوزینگ‏ ‏،‏گشتاور ورودی‏،‏ سرعت چرخش شفت و اصطکاک کلومب را بررسی کرد.
‏کلمات کلیدی:ارتعاشات-مفصل ‏شناور-انتقال قدرت اتومبیل-اصطکاک کلومب
.1 ‏مقدمه:
‏یک سیستم انتقال قدرت در اتومبیل های دیفرانس‏یل جلو از سه بخش ساخته شده است : a ‏یک مفصل شناور Tripod joint
‏ داخلی نزدیک به گیربکس با خاصیت شناور ‏برای یک حرکت معلق b‏: ‏یک مفصل ثابت Ball joint
‏ شده خارجی نزدیک به چرخ که وظیفه ی اصلی آن فرمان پذیری است. c‏: ‏یک شفت واسط بین دو مفصل.
‏مفصل کروی به خاطر وجود ‏ 6‏یا8‏ غلطک به این اسم معروف است.‏ ‏این مفصل یک مفصل سرعت ثابت Constant velocity jont
(CVJ)‏،هر چند که زاویه مفصل ‏ به خاطر مفصل شناور ثابت نیست.مفصل سه شاخه ای ‏(‏شکل2‏)‏شامل یک هو‏زینگ Tulip hosing
‏ با سه شیار موازی با شفت ورودی و یک سه شاخه با سه ‏ترینیون Trunnion
‏ در فاصله ‏˚‏120 از هم دیگر ‏ ‏عمود بر شفت ورودی است.‏ ‏چنین سیستم انتقال قدرتی نسبتا جایگزین سیستم انتقال قدرت کاردان Cardan
‏ سنتی که در سی سال گذشته استفاده می‏ ‏شد‏ و دارای سرعت ثابت انتقال هم نبود،شده است.‏ ‏سیستم انتقال قدرت اتومبیل های با مفصلهای سه شاخه ای هم دارای سرعت ثابت نیست اما به خاطر انحراف کم آن ها ازسرعت ثابت روابط آن ها به صورت سرعت ثابت فرض میشود.‏ ‏بنا بر این رفتار دینامیکی آن ها میتواند از سیستم انتقال (cv)‏ ‏فرض شده،بنا نهاده شوند. ‏اخ‏تراع مفصل سه شاخه ای در سال 1910‏ بود و کم کم به خاطر قابلیت انتقال چرخش در سرعت تقریبا ثابت و همچنین دوام و مقاومت بالاتر و بازده در هزینه ها ، جایگزین مفصل کاردان شد.‏
‏ارزیابی های اخیر در طراحی مفصل سه شاخه ای باعث کاهش ارتعاشات اتومبیل از طرف سیستم انتقال قدرت شده است.دو مشکل اساسی پلوس که یکی از آن ها ارتعاش به دلیل نیروی محوری Axial force
‏ (R3)‏ ‏تولید شده به وسیله سه شاخه ‏ پلوس و دیگری گشتاور های انح‏رافی تولید شده ممکن است به نوسانات ناخواسته همراه با ‏ارتعاشات موتور منجر شود.‏ ‏برای کم شدن این ارتعاشات باید کیفیت روغن کاری
9
‏بین سه شاخه و هوزینگ را بهبود بخشیم.
‏مقالاتی که روی پلوس کار کرده اند زیاد نیست. ‏در اولین‏ کار از Durum‏ [1]‏دستگاه های مختصات برداری در صفحه ی سه ش‏اخه پلوس را توصیف کرده بود. Orain‏ [2]‏سیستم دینامیکی و سینماتیکی از سه شاخه پلوس را‏ ارائه داد.‏ ‏بعدا Akbil‏وLee‏ [3,4]‏ روی سوال مربوط به سرعت طبیعی‏ از سه شاخه پلوس بحث کردند‏.‏ Pandrea‏ [5]‏ ‏بر روی خاصیت ا‏صلی پلوس روی (CVJ‏ ‏)کار کرد و نشان داد که شفت را باید در یک جهت ثابت نگه داشت و این کار نیازمند این‏ است که طول شفت محدود باشد. Baron‏ [6]‏و Hayama‏ و دیگران[7]‏نشان دادند که ارتعاشات به علت نیروی ‏محوری تولید شده به وسیله ی سه شاخه پلوس است.‏ Mario‏ و دیگران [8]‏نشان دادند که ارتعاشات Shudder
‏ به دلیل اصطکاک کلومب بین هوزینگ و غلطک ها است.‏ ‏به دلیل محدودیت های صنعتی اندازه گیری های آزمایشگاهی کمی وجود دارد‏ ‏. Birman‏ [9]‏بعضی از نتایج آزمایشگاهی را نشان داد.‏ Serveto‏ و دیگران‏ [10]‏دو نقطه ی تماس بین غلطک و هوزینگ شبیه سازی کردند و با نرم افزار ADAMS‏آن را با مدل تحلیلی خود مقایسه کردند. ‏ Young‏ و دیگران‏ [11]‏علاوه بر روشهای عددی و آزمایشگاهی برای نیروی محوری در پلوس Drive shaft
‏ با استفاده از اجزای محدود،غلطک ها و هوزینگ و سه شاخه پلوس را تحلیل کرده و نقاط بحرانی آن ها را پیدا کرده و دوام آن ها در نقاط تماس تخمین ‏زدند.
‏هدف اصلی در این مقاله این است که نتایج و کارهای دیگران مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد و نقش اصطکاک را در سه ‏شاخه پلوس و مفصل کروی بررسی شود. این مقاله بدین صورت نوشته شده: در بخش 2‏.‏ یک باز نگری در روابط ‏سینماتیکی که این روابط حل تحلیلی‏ تقریب سازی شده سینماتیکی را نشان میدهد.که به طور مفیدی جانشین روابط عددی میشود.‏ ‏سپس نتیجه می گیریم که قسمت دینامیکی مساله برای یک سرعت ورودی ثابت قابل صرف نظر کردن است.‏ در بخش 3‏.‏ تعریفی از ارتعاشات‏ لرزشی‏ و گشتا‏ور انحرافی ارائه میدهیم. ‏در بخش .4‏ با یک روابط سینماتیکی ‏بدون اصطکاک ،که همین را در بخش 5‏.‏ ‏با اصطکاک دنبال میکنیم. ‏در بخش‏ 6‏.‏ نتایج آزمایشگاهی‏ بررسی شده. در بخش 7‏.‏ مدلسازی با استفاده از نرم افزار ADAMS‏ ‏و در بخش آخر نتیجه ی کار را مورد مطالعه قرار میدهیم.
‏شکل 1‏ .مفصل کروی نزدیک به چرخ [8]
‏شکل 2‏ .مفصل شناور نزدیک گیر بکس‏ [8]
‏شکل 3‏ .مدل سینماتیکی پلوس [8]
2‏ .‏ نتایج سینماتیکی اصلی
‏مدل سینماتیکی Kinematics
‏مسئله در مقاله [12]‏ ‏بررسی شده است.در شکل 3 از ورودی تا خروجی داریم:چرخش در ورودی،‏شیار های کروی برای حرکت غلطک ها،استوانه ای برای حرکت چرخشی غلطک ها،کره ای در مفصل ثابت وچرخش در خروجی.مختصات داده ها در شکل 4 است.O‏ مرکز مفصل کروی و I‏ مرکز سه شاخه پولوس و ‏Ω‏ مرکز هوزینگ.و
3
C1‏و‏ C2 ‏ وC3‏ مرکز غلطک ها است.‏ماتریس‏ اورینتیشن Orientation matrix
‏ 1A2‏ مربوط به هوزینگ است و‏ψ‏و‏δ‏و‏θ‏ زوایای اویلر هستند.معادلات سینماتیکی عبارتند از:
1A2=rotz, ψrotx,δ rotz,θ (1)
‏بخاطر اینکه شاخه های سه شاخه در‏˚‏120 از همدیگر قرار دارند و عمود بر شفت میانی هستند ‏ψ‏-‏=‏θ‏ [10]‏ و چون در عمل زاویه مفصل نزدیک 1. رادیان است داریم:
1A2=1-δ22sin2θ-δ24sin2θ-sinθ-δ24sin2θ1-δ22cos2θ-δcosθδsinθδcosθ1-δ22 ≃10-δsinθ01-δcosθδsinθδsinθ1 (2)
‏معادلات برداری بسته برای سه حلقه ΩC3I ‏و ΩC2I ‏و‏ ΩC1І‏ (شکل 4)که در مقالات[8,4] ‏ ‏منجر به رابطه بین زاویه‏ ورودی‏φ‏ و‏ زاویه‏ خروجی‏θ‏ می شود‏:
esin3θ=-dsin(φ-θ)
ecosδcos3θ=dcos(φ-θ)-Lsinδ (3)
‏که مقدار انحراف e‏ بستگی به زاویه مفصل دارد :
e=r21cosδ-1 4
‏برای مفصل سرعت ثابت(CVJ‏ ) ‏φ-θ=0‏ است.که این برای مقدار محدود Lr‏ ومقدار ثابت arcsin(d/L)‏ اتفاق می افتد.در عمل ما داریم L/r≈20‏و d=2r‏ .در ضمن مقدار انحراف ما از سرعت ثابت مربوط به نوسانات ‏δ‏ مشاهده می شود.به علت‏ جمله‏ 3θ‏ درمعادله (3) ،‏θ‏ داری پریود 2π/3‏ و در پی آن ‏δ‏و‏ ‏φ-θ‏ دارای همین پریود می شوند.البته پریود معنی هارمونیک نمی دهد.با وجود این ‏δ‏و‏ ‏φ-θ‏ ‏متوانند محدود به جماه اول بسط فوریه بشوند‏:
‏δ=δm+δ0cos3φ 5
‏φ-θ=θ0sin3φ 6
‏δ ‏ برای ‏φ=0‏ مینیمم و‏φ=π/3‏ ماکزیمم است .
ecosδmin=d-Lsinδmin 7
-ecosδmax=d-Lsinδmax 8
δm=δmin+δmax2 9
δ0=δmax-δmax2 10
‏می دانیم برای محاسبه زاویه θ0‏ زاویه مفصل ‏δ‏،نزدیک بهδm‏ است.
‏ θ0=ed=r1cosδm-12d
θ0=rδm24d=rd4L2 11
‏شکل 4 .مختصات هندسی‏ [8]
‏شکل 5‏ .‏زاویه مفصل مینی‏مم.برای زوایای ورودی [8] 240˚,120˚,0˚=φ
4
‏شکل 6‏ .زاویه مفصل م‏ا‏کزیمم.برای زوایای ورودی‏φ=‏˚,60‏˚180‏ ,‏˚300‏ [8]
‏معادلات بسته برای فاصله سه شاخه با غلطک عبارتند از:
r1=r+e1+2cos2θ
r2=r+e1+2cos2θ- 12
r3=r+e1+2cos2θ+
‏و فاصله بین غلطک و هوزینگ عبارتند از :
l1=z+r1δcosφ
l2=z+r2δcosφ- (13)
l3=z+r3δcosφ+
‏که z‏ برابر هست:
z=D-Lcosδ 14
‏اثرات دینامیکی بوسیله مولفه های مماسی از مرکز جرم شفت واسط تولید شده و به شتاب δ‏ و‏φ-θ ‏ ‏وابسطه است.که این مقادیر برای سه شاخه فولادی کمتر از 6N‏ ،و بطور مشابه مومنتوم دینامیکی برای سه شاخه کمتر از 2Nm‏ است.‏که قابل صرف نظر کردن در مقابل ترک ورودی است.پس به علت جرم کم غلطک ها اثرات دینامیکی آنها قابل صرف نظر کردن است.بنابراین در مواردی که سرعت ورودی ثابت است تمام اثرات دینامیکی می تواند نا دیده گرفته شود و مدل مکانیکی از ‏پولس به مدل سینماتیکی خلاصه می شود.‏
‏شکل 7 .ارزیابی از‏θ‏ برای زاویه مفصلδm‏ [8]
3‏.ارتعاشات لرزشی Shudder Vibration
‏ و گشتاور انحرافی Complementary Torque
‏تمام سیستم انتقال قدرت اتومبیلها در هنگام انتقال قدرت به چرخها ارتعاشات و صداهای نامطلوب تولید میکنند.این پدیده به صدای ارتعاشات ‏خشن Noise Vibration Harshness
‏ (NVH‏) مربوط میشود.‏ ‏در مفصل سه شاخه ای دو مشکل اساسی وجود دارد که یکی از آن ها ارتعاشات لرزشی و دیگری گشتاور انحرافی میباشد.ارتعاشات لرزشی به دلیل حرکات طولی شفت واسط تولید میشوند و با افزایش زاویه ی مفصل به شدت افزایش مییابند.گشتاور انحرافی به دلیل زاویه ی مفصل از مفصل سه شاخه ای ایجاد میشود.در یک مدل سینماتیکی با سرعت ورودی ثابت از هوزینگ گشتاور ورودی به سه شاخه از طریق غلطک ها در نقاط تماس,C3,C2,C1 ‏ انتقال مییابد.‏ ‏اما این نقاط در امتداد یک صفحه ی عمود بر محور هوزینگ نیستند.‏ ‏نیروها در مرکز غلطک ‏ها به دلیل گشتاور انحرافی ترک ورودی را متعادل میکنند.که این گشتاور را به علت نگه داشتن مفصل چرخشی ورودی در حالت پیچ خوردگی را گشتاور انحرافی مینامند.‏ ‏در اینجا هم زاویه ی مفصل بزرگتر باعث ایجاد گشتاور بزرگتر میشود که ممکن است باعث لرزشهای نامطلوبی بین موتور و سیستم انتقال قدرت شود.‏ ‏این ترک به صورت R6‏ رفتار میکند،در صورتی که ارتعاشات لرزشی به صورت
5