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)چکیدهبلبرینگها 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                                                                                                                                                21- 1 پیشگفتار                                                                                                                                           31-2 بیان مسئله                                                                                                                                           51-2-1-معرفی انواع بلبرینگ                                                                                                                     51-3 یاتاقان ها                                                                                                                                            61-4 انواع حرکت                                                                                                                                      71-5 انواع بلبرینگ                                                                                                                                     71-6 انواع رولربیرینگ ها                                                                                                                           81-6-1 پارامتر های موثر در انتخاب رولربیرینگ ها                                                                                     91-6-2 علل تعویض رولربیرینگ                                                                                                                91-6-3 اندازه ها                                                                                                                                         91-6-4 اندازه اصلی یک رولربیرینگ                                                                                                        101-7 انتخاب نوع بلبرینگ                                                                                                                          101-8 نظریه جدید در مورد طول عمر بلبرینگ                                                                                             111-9 ظرفیت تحمل بار و طول عمر                                                                                                             111-10 مزیت های هدایت کننده غلتشی حرکت خطی                                                                                 211-11 مواد و فرآینهای تولید                                                                                                                     231-11-1 مواد بلبرینگ های ساده                                                                                                               241-11-2 فرآیند پرداخت کاری                                                                                                                 241-11-3 فرآیند عملیات حرارتی                                                                                                                251-11-4 محیط باز پخت                                                                                                                           251-11-5 مرحله پرداخت                                                                                                                           261-11-6 فرآیند های پرداخت کاری                                                                                                         261-12 فلوچارت فرآیند های ساخت                                                                                                          271-12-1 فرآیند فلاشینگ ساجمه ها                                                                                                         281-13 فلوچارت فرآیند های ساخت قفسه                                                                                                  281-14 مروری بر مطالعات پیشین                                                                                                                28فصل دوم                                                                                                                           422-1 بلبرینگ های ساده                                                                                                                            432-2  مدل بار- تغییر شکل بلبرینگ ساده                                                                                                   432-2-1  پارامترهای سطح تماس                                                                                                                432-2-2  ارتباط بین تغییر شکل و بار                                                                                                           452-2-3  تعیین جابجایی محوری و تماس زاویه ای بلبرینگ به خاطر بار محوری                                          452-3  محاسبه ماتریس سختی بلبرینگ های ساده برای سیستم دو درجه آزادی                                             502-3-1 محاسبه ماتریس سختی                                                                                                                  522-3-2 مطالعه مجموعه های مونتاژی با دو بلبرینگ ساده تماس زاویه ای                                                    532-4 محاسبه ماتریس سختی مدل پنج درجه آزادی                                                                                    562-5 بلبرینگ های بشکه ای                                                                                                                      59فصل سوم                                                                                                                           663-1 مقدمه                                                                                                                                              673-2 مقایسه ماتریس سختی بلبرینگ دو ردیفه با دو بلبرینگ تک ردیفه                                                     683-2-1 معادلات و فرضیات حاکم بر مسئله                                                                                               733-2-2 ماتریس سختی                                                                                                                             773-3 اثر پیش بار                                                                                                                                       813-3-1 فرضیات و معادلات حاکم                                                                                                            813-3-2 تحلیل مدل                                                                                                                                  82فصل چهارم                                                                                                                     864-1 مقدمه                                                                                                                                              874-2 صحت سنجی                                                                                                                                  894-3 بررسی اثر نیروی محوری بر المان های ماتریس سختی                                                                      904-4  بررسی اثر پیش بار بر المان های ماتریس سختی                                                                               914-5 بررسی اثر پیش بار بر خصوصیت ارتعاشی سیستم                                                                              95فصل پنجم                                                                                                                       975-1 مقدمه                                                                                                                                              985-2 نتایج                                                                                                                                                985-3 پیشنهاد ادامه کار                                                                                                                              99مراجع                                                                                                                            100پیوست ها                                                                                                                       102چکیده انگلیسی                                                                                                               113      فهرست شکل­ها
شماره شکل عنوان شکلصفحه
 شکل ‏1-1  سختی­های متوسط موثر یاتاقان برای تراز نشدگی زاویه­ای در راستای محور y و برای مقدار Brg≠2 29شکل1-2  تابع پاسخ فرکانسی بدست آمده از روش تجربی 30شکل1-3   مقایسه­ای میان نتایج تجربی و تحلیلی بدست آمده برای ضرایب خمشی یاتاقان در حضور پیش بار 31شکل ‏1-4  جابجایی­ها بر حسب پیش­بار محوری 32شکل1-5  نیروی محوری بر حسب پیش­بار محوری 33شکل 1-6  عمر خستگی یاتاقان بر حسب پیش بار محوری 33شکل ‏1-7  کمانش از نوع دو شاخگی برای سیستم روتور بالانس نشده 35شکل ‏1-8  گردش، فقشه پوینکر و پاسخ فرکانسی برای جابجایی شعاعی 37شکل 1-9 تغییرات سختی یاتاقان شعاعی بر حسب بار شعاعی برای چهار مدل مختلف 38شکل ‏1-10 تغییرات سختی محوری بر حسب بار محوری برای دو یاتاقان مختلف 38شکل ‏1-11 تغییرات عمق نقص، نیروهای تماسی در جهت x و y برحسب موقعیت توپی 40شکل ‏1-12  مقایسه میان تغییرات فرکانس با شتاب یاتاقان­های توپی حاصل از مدل سازی و اندازه­گیری ...40شکل ‏2-1 هندسه اجسام در حال تماس با یکدیگر 43شکل ‏2-2 هندسه بلبرینگ ساده 44شکل ‏2-3  بلبرینگ ساده تماس زاویه ای تحت نیروی محوری 47شکل ‏ 2-4 چیدمان محور – بلبرینگ پشت به پشت 54شکل ‏2-5  پارامترهای هندسی بلبرینگ ساده تماس زاویه ای 56شکل ‏2-6  سیستم مختصات برای مدل ۵ درجه آزادی 57شکل ‏2-7  هندسه تماس بیضوی 60شکل ‏2-8  ابعاد رولربرینگ بشکه ای 61شکل 2-9  شعاع انحناء بین رولر و حلقه­ی داخلی و حلقه­ی خارجی 62شکل ‏3-1  سه نوع چینش بلبرینگ دو ردیفه 67شکل 3-2  نمایش دو روش ذکر شده در مدلسازی بلبرینگ دو ردیفه 70شکل ‏3-3  تغییر شکل الاستیک المان چرخشی بلبرینگ دو ردیفه 74شکل ‏3-4  نمایش فاصله­­ی زاویه­ای المان چرخشی از محور x 75شکل ‏3-5  شمایی از مسئله­ی ارتعاشی 82شکل ‏3-6  مدل تحلیلی شفت صلب که با بلبرینگ دو ردیفه 83شکل ‏4‑1 فلوچارت مربوط به نحوه محاسبات ماتریس سختی 88شکل ‏4-2 نمودار تغییرات ماتریس سختی  بر حسب نیروی محوری 90شکل ‏4-3  نمودار تغییرات سختی  بر حسب نیروی محوری 90شکل ‏4-4 نمودار تغییرات سختی  بر حسب نیروی محوری 91شکل ‏4-5  نمودار تغییرات سختی  بر حسب نیروی محوری 91شکل ‏4-6  نمودار تغییرات سختی  بر حسب نیروی محوری 92شکل ‏4-7  نمودار تغییرات سختی  با تغییرات پیشبار 93شکل ‏4-8  نمودار تغییرات سختی  با تغییرات پیشبار 93شکل4-9  نمودار تغییرات سختی  با تغییرات پیشبار 94شکل ‏4-10 نمودار تغییرات سختی  با تغییرات پیشبار 94شکل ‏4-11 نمودار تغییرات سختی  با تغییرات پیشبار 95شکل ‏4-12 اثر نیروی پیشبار بر فرکانس طبیعی مد اول سیستم 96        فهرست جداول
شماره جدولعنوان جدولصفحه
 جدول ‏1‑1  مواد خام بکار رفته در حلقه­های بلبرینگ 24جدول ‏3-1  خصوصیات سینماتیکی: بلبرینگ تماس زاویه­ای دو ردیفه 71جدول ‏3-2  مقایسه­ی نتایج دو بلبرینگ تک ردیفه با یک بلبرینگ دو ردیفه 72جدول4-1  پارامترهای طراحی برای بلبرینگ 89جدول ‏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
aموقعیت مرکز انحنای شیار داخلی
aموقعیت مرکز انحنای شیار خارجی
cماتریس میتایی سیستم
cماتریس میرایی یاتاقان
cمیرایی
cضریبی وابسته به اندیس سطر (i)
cضریبی وابسته به ترکیب ‌بندی یاتاقان
cضریبی وابسته به اندیس سطر یاتاقان (i)  و ترکیب بندی یاتاقان
dفاصله محوری از مرکز یاتاقان
Dقطر توپی
Eمرکز بار موثر یک یاتاقان دو سطری
Eمدول الاستیسیته
eفاصله محوری میان مرکز یاتاقان و یاتاقان تک سطری
fبردار بار میانگین یاتاقان حول نقطه عملکرد
fپیش بار شعاعی در جهت محور x
fمولفه بار میانگین یاتاقان در جهت محور x
fمولفه بار میانگین یاتاقان در جهت محور y
fپیش بار محوری در جهت محور z
fمولفه با میانگین یاتاقان در جهت محور z
fبردار بار میانگین یاتاقان
fبردار بار جایگزین کلی
gبردار خطا
Gمرکز جم
المان‌های بردار خطا
Iممان اینرسی
J
Kثابت سختی تماسی هرتزین
Kماتریس سختی سیستم
Kماتریس سختی یاتاقان اعمالی 5 بعدی
Kماتریس سختی یاتاقان اعمالی 6 بعدی
Kسختی
Kسختی شعاعی یاتاقان غلتشی در جهت محور x
Kسختی شعاعی یاتاقان غلتشی در جهت محور y
Kسختی محوری یاتاقان غلتشی
Kسختی چرخشی المان غلتشی حول محور x
Kسختی چرخشی المان غلتشی حول محورy
Kضرایب سختی غیرقطری مربوط به یاتاقان غلتشی
lطول
mماتریس جرم سیستم
Mممان میانگین یاتاقان حول محور x
Mممان میانگین یاتاقان حول محور y
mجرم
Nداده‌های داده شده توسط کاربر که تعداد سلول‌های شبکه‌ای در جهت محوری را کنترل می‌کند
Nنمای توانی بارگذاری- خیز
Oبعد مدل تحلیلی
Qa(t)بارکل روی المان غلتشی j ام از سطر iام
qبردار جابجایی جایگزین کلی
qبردار جابجایی جایگزین یاتاقان
Rبردار جابجایی میانگین یاتاقان حول نقطه عملکرد
rشعاع گام
rاندیس مودال
sلقی شعاعی
tلقی جدایش
vزمان
xبردار ویژه
xبردار حالت
yمحور مختصات x
Zمحور مختصات y
aمحور مختصات z
aتعداد 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
yثابت 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 مقدمه1-1- پیشگفتاردر 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 بیرینگ یا آنچه که بنام بلبرینگ در صنعت شناخته شده است به هزاران سال قبل بر می­گردد. در آن زمان بشر دریافت که حرکت چرخشی به مراتب ساده تر از حرکت لغزشی صورت می پذیرد لذا اگر در وسائلی نظیر چرخ ارابه ها و گاری­ها یا سنگ­های آسیاب قدیمی از سنگ یا چوب بصورت گویچه ها   ( ساچمه ) در آورده و ما بین قطعاتی که نسبت به هم حرکت دارند، قرار دهد، به مراتب انرژی کمتری مصرف شده و بر نیروی اصطکاک موجود مابین قطعات مزبور غلبه خواهد کرد. بدین ترتیب در گذر زمان بتدریج،گویچه ها بصورت کامل در آمده و با گرفتن حلقه های داخلی و بیرونی و قطعاتی نظیر قفسه، شکل بیرینگ امروزی را به خود گرفتند.بیشتر پیشرفت­هائی که در زمینه صنایع و مهندسی صنایع در جهان صورت گرفته و یا می­گیرد که جزو لاینفک قرن حاضر می باشند بدون وجود بیرینگ ها که تا حد زیادی بر نیروی اصطکاک موجود در تمامی ماشین آلات و صنایع ماشین سازی و الکتریکی و خانگی و در صنایع خودروسازی غلبه می کند، امکان پذیر نبوده و با پیشرفت روز افزون در صنایع ماشین سازی و خودروسازی روز بروز بر اهمیت وجود بیرینگ ها افزوده می شود.ازنظرتاریخی زمان اختراع بیرینگ ها بطور دقیق مشخص نیست اما با وجود کشفیات و شواهد تاریخی   می توان گفت که ساخت بیرینگ به دوران روم باستان بر می گردد که پیشروان صنعت بیرینگ در آن زمان زندگی می کرده اند، زیرا هنگامی که در سال 1928 دریاچه نمی[1] خشک شد بر روی یکی از دو کشتی پاروئی که از زمان امپراطور بزرگ روم کالیگولا باقی مانده بود بلبرینگی یافت شد که تکیه گاههای آن از چوب ساخته شده بود و دارای ساچمه های برنزی بود، که از نظر شکل نیز شبیه بلبرینگ های امروزی بوده است. احتمالاً این بلبرینگ در زیر مجسمه بسیار بزرگی برای حمل و یا چرخش آن قرار داده شده بود.1500 سال بعد لئوناردو داوینچی فیلسوف و ریاضیدان ایتالیائی در دوران حیات خود محاسباتی بر روی یاتاقانهای غلطشی انجام داد که بر حسب آن محاسبات بلبرینگ بصورت ابتدائی ساخته شد و می توان گفت که تا حدود اواخر قرن نوزدهم و تا زمان اختراع دوچرخه و چرخ خیاطی، ماشین بخار، ماشین آلات نساجی و غیره اقدامات چندانی در تکمیل و ساخت بیرینگ ها صورت نگرفته بود.در اواخر قرن نوزدهم با گسترش صنعت دوچرخه سازی اولین تقاضا برای یاتاقانهای بدون اصطکاک بود لذا در همین عرصه کارخانه هائی درانگلستان و آلمان شروع به ساختن ساچمه های فولادی کردند که تقریباً در همین زمان نیز بلبرینگ به نسبت خیلی کم برای کارهای مهندسی در امریکا ساخته می شد. با اینکه دانش بشر در زمینه بیرینگ ها در سطح ابتدائی بود اما نیاز به وجود اجسامی که بتواند خصوصیات مربوطه را داشته باشند و به مقدار بسیار زیادی بر نیروی اصطکاک فائق آید بیشتر احساس می شد. بعدها دانشمندی بنام رابت استریبک[2] تحقیقات اساسی در مورد مهندسی بیرینگ انجام داد. در همین زمان بود که گسترش صنعت اتومبیل سازی بهترین زمینه تقاضا برای این محصول بود. بنابراین در عرض ده سال یعنی از سال 1902 الی 1912 بیش از هفت نوع بیرینگ که امروزه نیز مورد استفاده قرار میگیرد ساخته شد.با ایجاد تحول اساسی در تکنولوژی طی سده های نوزدهم و بیستم به جهت گسترش نیازهای بشری و پیشرفت سریع تکنولوژی در عرصه های صنایع ماشین های ابزار و افزار، صنایع خودروسازی، وسایل خانگی، سازه های فضائی و بسیاری از صنایع دیگر این محصول نیز روزبروز تکامل یافته تر شد. چرا که این محصول رابطه تنگاتنگی با کارآئی دستگاهها و خودروهای ساخته شده و ارتباط قریبی با ارتقاء سطح تکنولوژی بشری دارد.البته تولید بیرینگ ها بصورت انبوه، مدرن و استاندارد به سال 1907 بر می گردد. در این سال مهندسی در یک کارخانه نساجی به سبب بروز مشکلاتی که از شکستن بیرینگها در اثر خمش شفت متوجه خط تولید می شد به فکر ساخت برینگی افتاد که بتواند خود را با خمش شفت مطابقت  دهد که این شخص دکتر سوان وینکوئیست بنیانگذار شرکت –- بلبـرینـگ  SKF  سوئـد بوده  که به اخـتراع بلبرینـگ های خود تنـظیم  دســت یافـت. امروزه بیرینگها در انواع متنوع و مختلف در ابعاد بسیار وسیعی در سراسر دنیا توسط شرکتهای SKF تولید می شود.تضمین کیفیت و کارآئی مناسب بیرینگها تحت دورها و شرایط پیچیده بارهای اعمال شده و شرایط استثنائی نظیر کار در درجه حرارتهای بحرانی، خلاء و محیطهای خورنده و غیره از دلائل عمده ای است که تأکید بر گسترش دامنه مطالعات و تحقیقات و پیشرفت روز افزون در تکنولوژی ساخت بیرینگ ها در این عرصه از صنعت را دارد. 1-2- بیان مسئلهدر 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 stribeckتعداد صفحه : 133قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

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.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید