تحلیل تنش در رولبرینگ‌های استوانه‌ای

تحلیل تنش در رولبرینگ‌های استوانه‌ای

یاتاقان‌ها اجزایی از خودرو هستند که برای ایجاد محل استقرار و هدایت قطعات متحرک نظیر شافت‌ها و اکسل‌ها استفاده می‌شوند. یاتاقان‌ها از لحاظ نوع حرکت به دو نوع تقسیم می‌شوند:

1. یاتاقان‌های لغزشی
2. یاتاقان‌های غلتشی
ياطاقانهاي لغزشي :
ساختمان وشكل ياطاقانهاي لغزشي بستگي به محل نصب ونوع كارودورمحورونيزنوع بارونيروئي كه بايد تحمل كنند دارند.

محاسن ياطاقانهاي لغزشي :
1-صداي كمي دارند.
2-ساختمان محكمي دارند.
3-جاي كمتري مي گيرند.
4-قيمت آنها ارزان است.
معايب ياطاقانهاي لغزشي :
1-اصطكاك زيادي دارند.
2-گرماي زيادي توليد مي كنند.
3-احتياج به روغنكاري مداوم دارند.
4-اتلاف انرژي دراين ياطاقانها زياد است.
انواع ياطاقانهاي لغزشي :

1-ياطاقانهاي ساده PLAIN BEARING
2-ياطاقانهاي بوشي ONE PIECE SLEEVE BEARING
3-ياطاقانهاي دوتكه SPLIT BEARING
4-ياطاقانهاي بالشتكي يا انحرافي THRUST BEARING

ساچمه یاتاقان‌ها به شکل‌های سوزنی، کروی، استوانه‌ای، مخروطی و بشکه‌ای هستند. به جز یاتاقان‌های ساچمه کروی که بلبرینگ نامیده می‌شوند، بقیه یاتاقان‌های غلتشی را رولبرینگ می‌نامند.
در این مقاله ویژگی‌هایی از یاتاقان‌های غلتشی بررسی می‌شوند که نیاز به گشتاور اندک ابتدایی برای حرکت و راه‌اندازی دارند. این یاتاقان‌ها به روغنکاری کمتری نیاز دارند و یاتاقان‌های غلتشی به علت استاندارد بودن اندازه‌ها به راحتی تعویض می‌شوند. همچنین فضای کمی را در امتداد محور، اشغال می‌کنند، در نتیجه می‌توان محور را کوتاه‌تـر کرد تا در فضای مورد نیاز صرفه‌جویی شود. این یاتاقان‌ها حرارت زیادی تولید نمی‌کنند و راندمان خوبی دارند. همچنین اگر خراب شوند با سر و صدایی غیرعادی، بروز اشکال را اعلام می‌کنند.
یاتاقان‌های غلتشی مخصوص حرکت‌های آرام و دورهای پایین هستند. نسبت به ضربه حساسند و ارتعاش و عمر آنها نسبت به تعداد دور، محدود است. شکل 1، اجزای یاتاقان‌های غلتشی را نشان می‌دهد. این اجزا عبارتند از:
1. رینگ داخلی
2. رینگ خارجی
3. ساچمه
4. قفسه

شکل 1: اجزای رولبرینگ

تماس خطی رولبرینگ‌های استوانه‌ای به دلیل فرم تماس ساچمه‌های استوانه‌ای و مسیر حرکت آنها نیروی شعاعی بیشتری را نسبت به بلبرینگ‌ها (تماس نقطه‌ای) تحمل می‌کنند. این نوع رولبرینگ‌ها، تحمل بار محوری را ندارند بنابراین در جهت محوری بسیار کم، بارگذاری می‌شوند. رولبرینگ مورد تحلیل ما از نوع NU1035 است. جداول 1 و 2 این مشخصات رولبرینگ را ارائه داده است.

جدول 1: جنس پیوسته و ساچمه‌های رولبرینگ NU1035
نکته: تعداد ساچمه‌ها 12 عدد است.

جدول 2: ابعاد و اندازه‌های رولبرینگ NU1035

◄  مدل‌سازی:
ابتدا ساچمه پایینی و رینگ محیط بر آن با کمک نرم‌افزار، مدل‌سازی می‌شوند.
شکل 2، مدل یاتاقان را در نرم‌افزار ANSYS و شکل شماره 3 مدل ترسیم شده در نرم افزار MDT را نمایش می‌دهد.

شکل 2: مدل یاتاقان در نرم‌افزار ANSYS

شکل 3: مدل استاندارد از نرم‌افزار مکانیکال (MDT)

در این رولبرینگ از المان‌های Plane 182 و در تعیین خواص ماده از Steel 1.3501 با E=210E9 برای ساچمه‌ها و E=206E9 برای رینگ‌ها استفاده شده است.

◄  تبدیل مدل ایجاد شده به FEM:
در ابتدا مدل ساخته شده در نرم‌افزار به مدل اجزاء محدود، تبدیل شده است. این مرحله از المان‌های مناسب در مدل، تشکیل شده است. انتخاب نوع و هندسه المان‌ها مهم است. زیرا تعداد المان‌ها به لحاظ هندسی باید در نقاط تماسی بیشتر باشد و در محل تماس تنش‌ها قطعاً بیشتر خواهد بود. تنش با دور شدن از محل تماس به سرعت کاهش می‌یابد. در اطراف محل تماس به المان‌های بیشتر نیاز داریم.
بنابراین مش‌بندی به صورت دستی انجام می‌شود. شکل 4، مدل المان محدود ساخته شده را نشان می‌دهد.
Mesh tool>Line>set

شکل 4: مدل مش خورده

◄  تعریف المان‌های تماسی:
المان‌های تماسی پس از مش زدن با Contact Pair، تعریف می‌شوند.

بارگذاری
وزن شفت سوار بر رولبرینگ هزار نیوتن و این نیرو به صورت شعاعی توزیع شده است. نیرویی به ساچمه‌های بالایی رولبرینگ، وارد نمی‌شود. نیرو صرفاً به ساچمه‌های پایینی وارد می‌شود و مقدار آن در مسائل کاربردی از فرمول زیر به دست می‌آید.
=Z تعداد ساچمه‌ها
=W وزن شفت N
ساچمه‌ها نیروی گریز از مرکزی نیز دریافت می‌کنند که حاصل از دوران رینگ خارجی است. این نیرو در سرعت‌های بالا قابل توجه و بررسی است و مقدار آن برای ساچمه پایینی از رابطه زیر به دست می‌آید.
نیرویی دیگر که بر ساچمه رولربرینگ وارد می‌شود، حاصل از جازنی رولربرینگ روی شفت است. در ابتدای طراحی رولربرینگ، بین ساچمه و پوسته، لقی در نظر گرفته می‌شود، نیروی جازنی روی ساچمه‌ها پس از جازنی، روی شفت اعمال نشود. بنابراین نیرویی مهم که به یاتاقان و در نتیجه به ساچمه پایینی وارد می‌شود همان نیروی حاصل از وزن شفت است. این نیرو، به صورت فشار بر رینگ محیط و بر ساچمه پایینی، توزیع شده است.

◄  قیود سینماتیکی:
رینگ داخلی ثابت و رینگ خارجی با سرعت هزار دور بر دقیقه دوران می‌کند. در بالا مقدار نیروی گریز ازمرکز وارد بر ساچمه پایینی، محاسبه و از آن در مقابل نیروی حاصل از وزن شفت، صرف نظر شد. رینگ خارجی را در تحلیل مسئله، ثابت فرض کردیم و رینگ داخلی را پس از تبدیل مختصات به استوانه‌ای در راستای Y(q) و رینگ خارجی را در تمام جهات مقید کردیم. مرحله بعد از اعمال بار و قیود، حل مسئله است.
روش STATIC برای حل مسئله، انتخاب شده است.

برچسب ها:

این مقاله بدون برچسب است.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *