این فایل در قالب ورد و قابل ویرایش در 171 صفحه می باشد.
فهرست
فصل ۱ ۳
مقدمه
فصل ۲٫٫۱۰
مراحل طراحی گیربکس
فصل ۳٫ ۳۱
شمای گیربکس های در نظر گرفته شده
فصل ۴٫٫ ۴۶
طراحی سینماتیکی و تحلیل نیروها و گشتاورها
فصل ۵ ۷۲
طراحی اجزای گیربکس
فصل ۶٫٫ ۸۸
نحوۀ اجرای برنامه و فایلهای جانبی
فصل ۷٫٫ ۹۶
ذکر چند مثال
فصل ۸٫٫ ۱۱۴
نقشه های کلی از گیربکس های طراحی شده
فصل۹٫٫ ۵۱۳
متن برنامه
فصل ۱۰٫٫ ۱۶۹
مراجع
مقدمه
در شروع بهتر است توضیح دهیم که گیربکس چیست و چرا ما به گیربکس نیاز داریم:
تعریف گیربکس:گیربکس ماشینی است که برای انتقال توان مکانیکی از یک منبع تولید توان به یک مصرف کننده وهچنین برآورده ساختن گشتاور و سرعت دورانی مورد نیاز مصرف کننده به کار می رود.
گیربکس در واقع یک واسطه بین منبع توان و مصرف کننده توان می باشد که بین منبع توان و مصرف کننده توان یک انعطاف پذیری بر قرار میکند.
به دلیل عدم هماهنگ بودن گشتاور و سرعت دورانی منبع تولید توان با مصرف کننده نیاز به ماشینی که بتواند این هماهنگی را به صورت یک واسطه برقرار کند امری ضروری به نظر می رسد دستگاهی که این خواسته ها را میتواند تامین کند گیربکس نام دارد.
منبع تولید توان مهم نیست که با چه نوع سوخت یا منابع انرژی توان را تولید میکند بلکه این مهم است که در شفت ورودی به گیربکس توان تولید شده را به صورت گشتاور به گیربکس منتقل کند دستگاههایی که میتوانند توان مورد نیاز گیربکس را تامین کنند شامل:
موتورهای الکتریکی ، موتورهای دیزل ، موتور های بنزینی ، موتورهای گاز سوز، توربین های بخار ، توربین های گاز،توربین های آبی، توربین های بادی ، موتورهای جت ، و منابع تولید توانی که انرژی خود را از خورشید تامین میکنند می باشند.
مصرف کننده میتواند هر نوع ماشینی باشد فقط کافی است که مصرف کننده بتواند توان خروجی از گیربکس را بصورت گشتاور دریافت کند. به عنوان مثال میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
خودروها، پمپها، هلیکوپترها، هواپیماها، کشتی ها ، ماشین های تراش و…
در دستگاههایی که برای آنها تنوع سرعت اهمیت ندارد بلکه افزایش سرعت وکاهش گشتاور یا کاهش سرعت و افزایش گشتاور اهمیت دارد از گیربکسی که بتواند این کاهش یا افزایش گشتاور را در یک مرحله یا چند مرحله انجام دهد استفاده می کنیم این نوع از گیربکس ها گیربکس یک سرعته نام دارند مثل گیربکسی که در بعضی از انواع آسانسورها بکار میرود.
در بعضی از ماشین آلات و دستگاهها ما در عین حال که نیازبه افزایش یا کاهش سرعت دورانی داریم نیاز به یک تنوع سرعت نیز داریم مثلا خودروها وقتی از سر بالایی میخواهند بالا روند بیشتربه گشتاور بالاتر نیاز دارند تا سرعت بیشتر تا بتوانند از سر بالایی ، بالا روند و وقتی که در اتوبان ها حرکت میکنند بیشتر نیاز به سرعت بیشتر دارند تا گشتاور بالا،لذا برای تامین این تنوع سرعت ها و گشتاورها از گیربکسی که بتواند این تنوع سرعت ها را برآورده سازد استفاده می شود به این نوع از گیربکس ها که می تواند این تنوع سرعتها وگشتاورهای مورد نیاز را برآورده سازد گیربکس چند سرعته گفته میشود پس حالا ما متوجه شدیم که چرا به گیربکس چند سرعته نیاز داریم با توجه به کاربردهای فراوانی که گیربکس دارد نیاز به برنامه ای کامپیوتری که بتواند محاسبات پیچیده مربوط به ساخت یک گیربکس را انجام بدهد و بتواند بهینه ترین گیربکس را طراحی کند امری ضروری به نظر میرسد از آنجا که انجام این محاسبات در زمان و توانایی انسان نمیگنجد همین امر ما را بر آن داشت تا جهت نوشتن برنامه ای که بتواند این محاسبات را انجام دهد اقدام کنیم واسلوب و چارچوبی را بنا کنیم که با توجه به این چارچوبها بتوان برنامه را در آینده بسط وگسترش داد و بتوان با توجه به این چارچوبها و تجربیات برنامه را برای گیربکس هایی با تنوع سرعت بیشتر وتوان های بیشتر نوشت. به طوری که با این اسلوبی که ساخته شده در آینده میتوان با توجه به همین الگوریتم ها برنامه را میتوان برای انواع متنوعی از چرخدنده ها مثل چرخدنده های مارپیچ و حلزونی و حتی ترکیبی از انواع متفاوتی از چرخدنده نوشت.
البته لازم به ذکر است که تنها یک مهندس مکانیک یا کسی که به طراحی اجزا ماشین تسلط لازم را داشته باشد و به یکی از زبان های برنامه نویسی مسلط باشد قادر به ادامه کار یا تا حدودی قادر به درک برنامه های نوشته شده میباشد و درک کامل برنامه با مشاهده برنامه و چند بار خواندن برنامه میسر نخواهد گشت به دلیل اینکه حجم برنامه و پیچیدگی برنامه بشدت بالاست پیشنهاد میشود شخص علاقه مند با توجه به چارچوبهای گفته شده و با کمک گرفتن از برنامه ها سعی در نوشتن یکی از این برنامه ها که گیربکس سه سرعته ساده ترین آنهاست برآید تا با روند کار و خطاها و مشکلاتی که در نوشتن برنامه پیش می آید آشنا شود و مواردی که در درس و دانشگاه و کتابها به آن ذکر نشده با گرفتن این خطاها ومشکلات و با بررسی آنها سعی دریافتن علت بروز خطاها و حل این خطاها سعی در افزودن تجربه خود و بالا بردن کیفیت و کمیت برنامه برآید.
برنامه نوشته شده با گرفتن اطلاعات ورودی زیر و با استفاده از روابط طراحی که به تفصیل توضیح داده خواهد شد مشخصات گیربکس را به صورت خروجی ها ی زیر ارائه میدهد.
چارچوبهای پروژه:
_ ورودی ها که عبارتند از:
توان و تعداد سرعت ها ومحدوده سرعت ها،
_ خروجی ها که عبارتند از:
ابعاد و تعداد چرخدنده ها ( چرخدنده ها از نوع ساده Spur )
طراحی شفت ها
محاسبات و انتخاب یاتاقان های غلتشی (یاتاقان ها از نوع Deep groove ball bearings )
طراحی پوسته گیربکس ( شامل آببندی و پله های مربوط به کاسه نمد)
ارائه نقشه ساخت قطعات ومحورهاوپوسته گیربکس با ذکر تلرانس ها
بهینه سازی گیربکس از نظر سایز و اندازه
اهداف پروژه:
بالا بردن سطح دانش فرد در خصوص اطلاعات عمومی مربوط به گیربکس و کلیه قطعات وابسته به آن
نوشتن برنامه ای که بتواند بهترین گیربکس را از نظر اندازه وتوزیع سرعت طراحی کند
تامین خواست و نظر مشتری به گونه ای که برنامه بتواند چندین نوع از بهترین گیربکس ها را در اختیار مشتری قرار دهد تا مشتری فقط انتخاب کند
برنامه بتواند بهترین گیربکس را از تمام لحاظ انتخاب کند
بالا بردن سطح دانش فرد در خصوص توانهای متفاوت و سرعتهای متفاوت و رابطه آن با سایز گیربکس
بالا بردن سطح دانش فرد در خصوص فرمولها و روابط تئوریک و بررسی صحت آنها
آشنایی با یکی از زبان های برنامه نویسی و ارتقا سطح اطلاعات در مورد برنامه هدف
آشنایی با نرم افزارهای نقشه کشی و ارتقا سطح اطلاعات در خصوص این نوع از نرم افزارها
آشنایی با نحوه لینک کردن و ارتباط بین نرم افزارهای متفاوت وانتقال اطلاعات از یک نرم افزار به یک نرم افزار متفاوت
مهمترین هدف پروژه که در بالا نیز ذکر شد نوشتن برنامه ایست که بتواند از پس این محاسبات سنگین که از حد و حدود توان انسان خارج است بر آید.
توضیحات :
انتخاب زبان برنامه نویسی کاملا دلخواه است و می توان از زبانهای C وC++ وvisual basic وvisual C وvisual C++ ونرم افزارهای دیگر برنامه نویسی مثل matcad وmatlab نیز استفاده کرد.
زبان های C,C++ زبان های پیچیدهای میباشند و پیشنهاد میشود از این زبان ها در نوشتن برنامه استفاده نشود.
نرم افزارmatcad نیز بنظر نمی رسد قدرت خوبی در برنامه نویسی داشته باشد و پیشنهاد می شود از این نرم افزار در نوشتن برنامه استفاده نشود
نرم افزار دیگر نرم افزار matlab است که یک نرم افزار کاملا توسعه یافته و قدرتمند وسطح بالا از تمام لحاظ مثل گرافیکی و برنامه نویسی است و از آنجا که زبان مطلب همان زبان ماتریس هاست و در نوشتن برنامه های طراحی گیربکس به شدت نیاز به ماتریسها و توابعی که بتوانند عملیات های متنوعی را بر روی ماتریسها انجام احساس می شود پیشنهاد می شود در نوشتن این نوع از برنامه ها از این نرم افزاراستفاده شود.
لازم به ذکراست که نوشتن برنامه با هر نرم افزاری که باشد به تجربه هیچ تاثیری در افزایش سرعت اجرای برنامه ندارد.
و برنامه طراحی گیربکس با الگوریتمی که برنامه بر اساس آن نوشته شده است باعث شده است که برنامه های نوشته شده برنامه هایی به شدت کند باشند به طوری که ممکن است شما مجبور باشید بعد از اجرای برنامه روزها منتظر به اتمام رسیدن برنامه باشید و ممکن است به جواب برسید وحتی ممکن است به جواب نرسید واین یک ضعف در این برنامه میباشد و پیشنهاد میشود کسی که متقاضی ادامه این کار میباشد خود به فکر الگوریتم های سریعتر باشد چرا که با این الگوریتم های سریعتر و اجرای آنها می توان به اطمینان خاطر و آرامش خاطردست یافت که برنامه های نوشته شده درست میباشند.
مراحل طراحی کلی گیربکس :
در ابتدا اجزای اصلی گیربکس را نام میبریم. گیربکس شامل اجزای مهم زیر میبا شد :
- بدنه اصلی یا پوسته
- شفتها یا محورها
- چرخدنده ها
- سیلها
- بلبیرینگ ها
- درپوش
- واشر
حال به شرح آنها می پردازیم
بدنه اصلی یا پوسته:
هم به عنوان فندانسیونی است که سایر اجزا مثل شفت ، بلبیرینگ ها را نگه میدارد و نیروی حاصل از انها را تحمل میکند وهم از اجزای داخلی محافظت میکند. و به دلیل اینکه تحت تاثیر تنش و نیرو و کرنشهای حرارتی میباشد باید ضخامت پوسته و تلرانسهای ان مورد بررسی قرار بگیرد.
جنس پوسته معمولا از چدن ریختگری می باشد چون هم ارزانتر از سایر جنسها مثل فولاد است و هم خاصیت میرا کنندگی ارتعاشات را دارد. در بعضی مواقع که تنشهای وارده به پوسته زیاد باشد جنس پوسته را از فولاد ریختگری میسازند. در کاربردهای خاصی مانند خودرو سازی که به وزن سبک احتیاج داریم جنس پوسته را از آلیاژهای سبک تر می سازند.
معمولا سعی میشود پوسته را حداکثر دو تکه بسازند مگر در مواقعی که اندازه آن آنقدر بزرگ است که ریخته گری یک تکه مشکل سازمی باشد. بنابراین در این مواقع چند تکه را به هم جوش می دهند. عیب این طرح این است که به خوبی گیربکس دوتکه نمیتواند سروصدا را میرا کند. البته بعد از جوشکاری تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد تا تنشهای حرارتی ناشی از جوشکاری کم شود.
در گیربکس های دوتکه سطوحی که روی هم قرار می گیرند باید با دقت زیاد ماشین کاری شوند و بین این دو تکه هم واشر مناسب قرار میگیرد تا از نشت روغن جلوگیری کند.
ترتیب بستن پیچ ها باید به گونه ای انجام شود که باعث تاب برداشتن پوسته نشود. محور شفت ها در صفحه ای که دو پوسته بر روی هم قرار میگیرند مستقر می شود. اگرگیربکس در شرایطی کار میکند که تحت تاثیر عوامل خارجی مثل محیط اسیدی یا مه نمک یا شرایطی که کیربکس در معرض خوردگی قرار گیرد لازم میشود که سطح پوسته گیر بکس را آبکاری یا رنگ کنند.
شکل پوسته در محلی که نیروی شفت را تحمل می کند دارای زائده ای است که به منظور تقویت پوسته در تحمل تنش ها میباشد.
شکل پوسته با توجه به فضایی که اشغال میکند و با ملاحظاتی از قبیل راحتی مونتاژ و تعمیرات و با توجه به تجربه کاری سازنده در ساخت گیربکس انتخاب می شود به طوری که حتی میتوان با تغییر شکل مناسب پوسته وزن ان را به شدت کاهش داد و فضای کمتری را اشغال کرد. شکل پوسته در محلی که بلبیرینگ ها قرار میگیرد حتما باید دارای پله باشد تا بلبیرینگ بتواند در آن تکیه کند با این کار بلبیرینگ به خوبی در پوسته مهار شده و در صورتی که بخواهیم بلبیرینگ ها را به علت تعمیرات عوض کنیم این کار راحتتر انجام شود.
پوسته های دو تکه دارای زائده هایی مثل راهنما میباشند که باعث میشود دوقسمت پوسته بهتر باهم جفت شوند وسپس دو تکه پوسته را با پیچ به هم میبندند.
تمام مطالب ذکر شده در بالا را می توان در شکل زیر مشاهده کرد که در واقع این شکل از پوسته گیربکس ساده ترین طرح آن از نظر شکل هندسی است. و در عین حال تمام ویژگیهایی را که یک پوسته گیربکس باید از آن برخوردار باشد را دارا می باشد.
در صورتی که طراح مایل باشد می تواند از شکلهای متنوعی برای پوسته گیربکس استفاده کند. این شکل ها بسته به خلاقیت طراح و مسائل مربوط به طراحی اجزا پوسته گیربکس و بررسی تنشهای موجود در پوسته و مسائل مربوط به اشغال فضا و وزن پوسته وآسانی تعمیرات و مونتاژ وملاحظات اقتصادی میتواند متنوع باشد و بسته به درجه اولویت این پارامترها برای طراح ، طراح میتواند شکل مورد نظرپوسته گیربکس مورد نظر را انتخاب کند.
پوسته گیربکس زیرتقریبا شکل پیچیده ای از پوسته یک گیربکس است که بوضوح در آن دیده میشود که یکی از علل انتخاب این شکل از پوسته کمتر اشغال کردن فضای محیط و کاهش وزن پوسته می باشد دو تکه بودن آن بدلیل تعمیرات راحترو مونتاژ آسانتر آن میباشد ملاحظه میشود که میتوان طرح های متنوعی را برای پوسته گیربکس در نظر گرفت.
درپوش بلبرینگ:
درپوش بلبیرینگ باید به دو تکه پوسته پیچ شود. وظیفه آن پوشاندن سوراخ هایی است که بلبیرینگ ها را در آن نصب میکنند و از طرفی کمک می کنند که بلبیرینگ در محل مناسب خود بماند و همچنین درپوش ها برای سوار کردن سیل ها استفاده میشوند. سیلها در محل شیار درپوشها فیت میشوند بنابراین در هنگام ماشینکاری باید به تلرانس درپوش توجه کرد و باید به قطر خارجی سیل توجه شود.
در سطح بین درپوش و پوسته واشری برای پیشگیری از نشت روغن میگذارند.
شکل زیر یک درپوش بلبرینگ را نشان میدهد که بلبرینگ به همراه نشت بند درون آن قرار میگیرد این درپوش در روی محورخود دارای یک سوراخ است تا شفت خروجی یا ورودی به گیربکس از آن خارج یا به آن وارد شود. همانطوری که در این شکل ملاحظه میشود این درپوش توسط پیچ به پوسته گیربکس متصل میشود.
نشت بند ها:
به طور کلی برای حفاظت یاتاقان از گردو خاک و مواد خارجی و نگهداری روغن از حفاظ های همراه یا همان نشتبند استفاده میشود. نشتبندی به سه روش انجام می شود که شامل نشت بند نمدی ، نشتبندهای تجاری ، و نشتبندهای شیار دار می باشد.
نشت بندهای نمدی :
برای سرعتهای کم که نشتبندی که روغنکاری با گریس باشد به کار میرود. سطوح تماس آنها باید بسیار خوب پرداخت شده باشد. برای جلوگیری از گردو خاک کاسه نمد را باید در شیاری ماشینکاری شده جای داد و یا با ورقهای محافظ که با پرس ساخته میشوند پوشاند.
یاتاقانهای غلتشی :
یاتاقانها را برای تحمل بارهای شعاعی خالص، بارهای محوری خالص و یا ترکیبی ازاین دو میسازند. یاتاقان ها از چهار قسمت اصلی درست شده اند ، این چهار قسمت عبارتند از : حلقه بیرونی ، حلقه درونی ، ساچمه ها و قفس یا جدا کننده ها می باشند.
یاتاقانهای ارزانتر گاهی قفس ندارند هر چند که قفسها در جدا کردن اجزا اهمیت شایانی دارند به طوری که باعث می شوند تماس سایشی بین ساچمه ها رخ ندهد.
ما از این یاتاقان ها در انجام پروژه استفاده کردیم برای آنکه این یاتاقان ها از پییش طراحی و ساخته شده اند. و دلیل دیگر اینکه این یاتاقان ها در اندازه های استاندارد در بازار یافت میشوند لذا قابل تعویض اند و ابعاد این یاتاقان ها را میتوان به صورت یک جدول در آورد و از آنها در قالب یک برنامه کامپیوتری استفاده کرد در صورتی که اگر میخواستیم از یاتاقان های لغزشی استفاده کنیم کار برنامه نویسی با مشکلات بیشتری روبرو می شد و ما نیاز به یک برنامه مفصلی داشتیم تا این نوع از یاتاقان ها رابه همراه مدار روغن کاری طراحی کند به همین دلایل ترجیح دادیم که در انجام این پروژه از یاتاقان های غلتشی استفاده کنیم.
یاتاقان ژورنال:
در یک یاتاقان لغزشی ، یک محور یا سر میل محور درون یک غلاف یا آستین یا تکیه گاه دوران میکند و حرکت نسبی آنها لغزش است. برای کاهش مالش ، سایش وپدید آمدن گرما ، به روانساز نیاز داریم. هدف از روانسازی، کاهش مقدار مالش ، سایش و گرمای ناشی از حرکت قطعات ماشین نسبت به یکدیگر است.
دامنه کاربرد یاتاقان های لغزشی بسیار گسترده تر است. یاتاقان های میل لنگ و دسته پیستونها در یک موتور خودرو باید هزاران کیلومتر در دمای بالا و بارهای متغیر کار کنند. یاتاقان های لغزشی در توربین های بخار نیروگاهها ، به گفته ای ، قابلیت اعتمادهای نزدیک صد در صد دارند این یاتاقان ساده هستند ونصب آنها ساده می باشد.
انواع یاتاقانها :
یاتاقانهای ساچمه ای : این یاتاقانها میتوانند بارهای شعاعی و نیز مقداری بار محوری را تحمل کنند برای جازدن ساچمه ها در درون شیارها حلقه درونی را دور از مرکز می کنند پس از آن گلوله ها را از یکدیگر جدا و قفس را سوار می کنند با افزایش تعداد ساچمه ها می توان ظرفیت اعمال بار را بالا برد و در انواع یک ردیفه و دو ردیفه ساخته میشوند این نوع یاتاقانها را میتوان با نشت بند یا بدون نشت بند به کار برد خود این نوع یاتاقان های ساچمه ای به انواع متنوعی دسته بندی می شوند که شامل یاتاقان های با شیار عمیق ، با شکاف ساچمه زنی ، تماس مایل ، پوشش دار ، نشتبند دار ، خود تنظیم کن خارجی ، دو ردیفه ، راستا پذیر، کف گرد ، کف گرد راستا پذیر می باشد که در شکل زیر شمایی از این یاتاقانها نشان داده شده است.
می توان همه این یاتاقانهای ساچمه ای را با حفاظ ، از یک سو یا از دو سو ، به دست آورد هر چند که این پوششها محافظ کاملی برای ساچمه نیست با این وجود تا اندازه ای از ورود گرد و غبار جلوگیری می کند. برخی از این یاتاقانها را با یک طرف یا دو طرف نشت بند می سازند. یاتاقانهایی که از هر دو طرف نشت بند دارند در کارخانه روانسازی می شوند. هر چند که یک یاتاقان نشت بندی شده برای تمام عمر روانسازی می شود ، گاهی روشی برای روانسازی آنها در نظر گرفته می شود.
میل محور یاتاقانهای یک ردیفه ، نا همراستایی یا تغییر شکل اندکی را میتوانند تحمل کنند ، ولی آنجا که ناهمراستایی زیاد باشد می توان از یاتاقانهای راستا پذیر استفاده کرد.
یاتاقانهای دو ردیفه را برای تحمل بارهای شعاعی و محوری سنگین تر می سازند. گاهی اوقات برای همان منظور دو یاتاقان تک ردیفه استفاده میشود. از یاتاقانهای کفگرد در جایی که فقط نیروی محوری داشته باشیم استفاده میشود. این نوع از یاتاقانها به هیچ وجه قابلیت تحمل بارهای شعاعی را ندارند.
پایان نامه طراحی گیربکس های سه سرعته و نوشتن برنامه ای جامع جهت انجام مراحل متنوع طراحی
