آموزش نرم‌افزار آدامز

Tag: چرخ دنده

تحلیل سرعت چرخ‌دنده در Adams
نرم‌افزار MSC Adams قابلیت‌های مختلفی برای ایجاد و تحلیل مجموعه‌های چرخدنده دارد. در مطالب گذشته در مورد روابط بین چرخدنده‌های ساده در یک زجیره و همچنین نحوه مدلسازی چرخ‌دنده‌های ساده در نرم‌افزار آدامز بحث شد. در این مطلب در رابطه با چگونگی تعریف سرعت چرخ‌دنده در Adams بحث خواهد شد. همچنین نحوه تحلیل سرعت خروجی سایر چرخدنده‌های درگیر در مجموعه نیز توضیحاتی ارائه می‌شود.
زنجیره چرخدنده ساده
برای تحلیل سرعت در این مطلب، از مدل مطلب” مدلسازی چرخدنده در Adams” استفاده خواهد شد. پیشنهاد میکنم اگر هنوز آموزش مربوطه را مشاهده نکردید یا در رابطه با تئوری نحوه مدلسازی چرخدنده ساده سوالی دارید، ابتدا ” تئوری چرخدنده در نرم‌افزار Adams” را مطالعه فرمایید.
بعد از اینکه مدلسازی چرخدنده در محیط کاری نرم‌افزار آدامز انجام گرفت باید سرعت دورانی مشخصی برای چرخدنده ورودی ( Gear_1 ) تنظیم شود تا مجموعه به حرکت درآید.
در ادامه آموزش مربوطه ارائه شده است:
شکل ۱- زنجیره چرخدنده ساده طراحی شده در آموزش‌های قبلی
تعریف سرعت چرخ‌دنده ورودی در Adams
به کمک امکانات بخش Motions نرم افزار Adams/view، سرعت ورودی برای چرخدنده اول (Gear_1) تعریف می‌شود. با رفتن به زبانه Motions از بخش Joint Motions بر روی آیکون مربوط به حرکت دورانی (Rotational Joint Motion) کلیک کنید. مقدار سرعت دورانی (Rot. Speed) را برابر ۳۵ قرار دهید سپس نشانگر موس را بر روی Shaft_1 برده و بعد از نمایش نام Joint_1 در کنار نشانگر بر روی آن کلیک کنید تا Joint_1 دارای سرعت دورانی $۳۵ deg/s$ تعیین شود.
شبیه‌سازی حرکت چرخدنده در Adams
رابطه کلی نسبت سرعت (VR) در یک زنجیره چرخ دنده که در “تئوری چرخدنده‌ها” معرفی شد در این بخش مورد بررسی قرار خواهد گرفت. این بررسی بر اساس نسبت $\frac{_DN}{_FN} = \frac{_DD}{_FD} = \frac{_F\omega}{_D\omega}$ که از رابطه مذکور بدست آمده است خواهد بود. طبق این رابطه با مشخص بودن نسبت قطر گام چرخدنده متحرک به چرخدنده محرک یا نسبت تعداد داندانه چرخ دنده متحرک به چرخ دنده محرک و دانستن سرعت ورودی در چرخدنده اول، سرعت خروجی زنجیره را بدست آورد.
بررسی این نسبت‌ها نیاز به داشتن سرعت خروجی در نتیجه شبیه‌سازی است تا آن را با نسبت بین تعداد دندانه ها یا قطر گام چرخدنده ها مقایسه کرد.
برای شروع شبیه‌سازی پنجره Simulation Control را باز کنید و مقادیر End Time و Steps را به ترتیب برابر ۱۰ و ۵۰۰ قرار دهید. سپس بر روی دکمه Run کلیک کنید تا شبیه سازی به طور کامل انجام شود، بعد از اتمام شبیه‌سازی، بر روی Reset کلیک کنید تا به حالت اولیه بازگردید. پنجره شبیه سازی را باز نگه داشته و در قسمت پایین آن بر روی دکمه Plotting کلیک کنید تا به طور مستقیم وارد محیط Adams/PostProcessor شوید.
نمودارگیری در Adams PostProcessor
به بخش پایینی تنظیمات Data در محیط PostProcessor رفته و مطابق شکل ۲ منوی Source را بر روی Objects قرار بدهید (۱). سپس گزینه Body را در بخش Filter فعال کنید (۲). به قسمت Object بروید و در زیرمجموعه Gear_1_1 گزینه gear_part را انتخاب کنید (۳). سپس در بخش Characteristic گزینه CM_Angular_Velocity را انتخاب (۴) کنید. درنهایت برای نمایش نمودار سرعت دورانی چرخ دنده اول (Gear_1)، محور Z را به عنوان محور دورانی مورد نظر مشخص (۵) کنید.
شکل ۲- نحوه ایجاد نمودار سرعت چرخدنده در Adams
با انجام تنظیمات بالا، نمودار به صورت یک خط راست با مقدار ثابت ۳۵ درجه بر ثانیه و بر اساس مقداری که قبلا برای سرعت دورانی تعریف کردیم، ایجاد شده است. اینک باید نمایش سرعت دورانی خروجی نیز بر روی نمودار انجام شود، تمامی مراحل شکل ۱۷-۵ را برای چرخ دنده سوم (Gear_3) انجام دهید و در نهایت نیز می توانید سرعت دورانی چرخدنده میانی (Gear_2) را نیز نمایان کنید تا نمودار نهایی مانند شکل ۳ شود.
شکل ۳- نمودار سرعت دورانی چرخدنده اول، دوم و سوم
نمودار نشان می دهد که سرعت دورانی چرخ دنده اول برابر $35deg/s$ و سرعت دورانی چرخدنده سوم نیز برابر $20deg/s$ است.
تئوری
حالا به صورت تئوری نیز مقدار سرعت دورانی سوم را با کمک روابط مطلب تئوری چرخدنده در نرم‌افزار Adams بدست می آوریم:
```
\begin{aligned}
\frac{_F\omega}{_D\omega} = VR
\end{aligned}
```
```
\begin{aligned}
\frac{7}{4} = \frac{140}{80} = {\frac{_2N}{_1N}.\frac{_3N}{_2N}} = \frac{35deg/s}{_3\omega} = VR \longrightarrow \frac{_DN}{_fN}(\pm) = \frac{_DD}{_FD} = \frac{_F\omega}{_D\omega} 
\end{aligned}
```
```
\begin{aligned}
\omega_3 =\frac{35\times4}{7}=20 deg/s \longrightarrow 
\end{aligned}
```
همانطور که مشاهده شد سرعت خروجی در محاسبات فوق برابر سرعت خروجی در شبیه سازی است که صحت شبیه‌سازی و روابط را تایید می کند.
به همین ترتیب می‌توان برای هر چرخدنده دیگری که در یک سیستم وجود دارد سرعت‌های دورانی را مشاهده و نمودارهای تغییرات هر کدام را به راحتی استخراج کرد.
در این آموزش درباره نحوه بررسی سرعت چرخ‌دنده در Adams بحث شد. در آموزش‌های آینده در رابطه با انواع دیگر زنجیره‌های چرخدنده مثل زنجیره مرکب و خورشیدی نیز بحث خواهد شد.
چنانچه سوالی در رابطه با این آموزش دارید، میتوانید در بخش نظرات مطرح کنید.
مجموعه ما برای بهتر شده آموزش‌ها پذیرای نظرات و انتقادات ارزشمند شما است.
باتشکر از همراهی شما
آموزش نصب و فعالسازی نرم‌افزار MSC Adams 2020
تیر ۲, ۱۴۰۱
تئوری چرخدنده در نرم‌افزار Adams
چرخ‌دنده‌ها یکی از اصلی‌ترین اجزاء ماشین‌های مکانیکی هستند که در انواع و شکل‌های مختلفی مورداستفاده قرار می‌گیرند. در نرم افزار Adams نیز قابلیت مدلسازی انواع مختلف زنجیره و سیستم‌های مختلف چرخدنده ها با کمک بخش Adams Machinery وجود دارد. برای مدلسازی صحیح چرخدنده‌ها آشنایی با اصول تئوری لازم جهت مدلسازی آن‌ها در نرم‌افزار آدامز، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. بنابراین در این مطلب در رابطه با مباحث اولیه تئوری چرخدنده‌ها پرداخته خواهد شد تا در آموزش‌های بعدی نرم‌افزار آدامز مورد استفاده قرار بگیرند.
انواع چرخدنده‌ها
انواع مختلفی از چرخدنده‌ها وجود دارد که پرکاربردترین آن‌ها عبارت‌اند از:
- چرخ‌دنده‌های ساده یا Spur Gears: این چرخ‌دنده‌ها ساده‌ترین نوع چرخ‌دنده می‌باشند. از آن‌ها برای انتقال حرکت بین محورهای موازی استفاده می‌شود. در این چرخ‌دنده‌ها امتداد دندانه‌ها به‌موازات محورهاست. در شکل ۱ دو مدل استفاده از این چرخدنده ارائه شده است.
شکل ۱ – چرخ‌دنده‌های ساده: (الف) Pinion and Wheel، (ب) Rack and Pinion
- چرخدنده مارپیچ یا Helical Gear: این چرخ‌دنده مشابه چرخ‌دنده ساده می‌باشد با این تفاوت که دندانه‌ها به‌جای این‌که مستقیم باشند مورب یا منحنی الشکل می‌باشند این نوع چرخ‌دنده‌ها حرکت را یکنواخت‌تر می‌کند چراکه هر دندانه بار مربوط به خود را به‌طور تدریجی تحمل می‌کند.
شکل ۲ – چرخ‌دنده مارپیچ
- چرخ‌دنده مخروطی یا Bevel Gear: شکل این نوع چرخ‌دنده‌ها مارپیچ است. از چرخ‌دنده‌های مخروطی برای انتقال توان و حرکت بین شفت‌های متقاطع (یا محورهایی که به صورت موازی با یکدیگر نباشند) استفاده می‌شود.
شکل ۳ – چرخ‌دنده مخروطی
- چرخدنده حلزونی یا Worm Gear: این نوع چرخ‌دنده‌های برای انتقال حرکت بین محورهایی که نسبت به یکدیگر به‌صورت عمود و متنافر هستند مورداستفاده قرار می‌گیرند. این نوع چرخ‌دنده‌ها امکان ایجاد نسبت تبدیل‌های زیاد را ایجاد می‌کنند. در این نوع چرخ‌دنده‌ها پینیون، پیچ حلزون و چرخ حلزون، چرخ‌دنده درگیر با پینیون می‌باشد.
شکل ۴- چرخ‌دنده حلزونی
زنجیره‌های چرخدنده و روابط آن
مجموعه‌ای از چرخ‌دنده‌ها که برای انتقال حرکت استفاده می‌شوند یک زنجیره چرخدنده را تشکیل می دهند. معمولا زنجیره چرخ‌دنده برای کاهش یا افزایش سرعت به کار می‌رود. زنجیره‌های چرخدنده به سه دسته کلی تقسیم می شوند:
۱- زنجیره چرخدنده ساده ( Simple Train): در این زنجیره ها بر روی هر محور فقط یک چرخ دنده قرار دارد.
۲- زنجیره چرخ دنده‌ها مرکب ( Compound Train): در این زنجیره ها هر محور، به جز اولین و آخرین محور، محور دو چرخدنده است که با یکدیگر روی آن نصب شده‌اند.
۳- زنجیره خورشیدی یا منظومه ای ( Epicycle or Planetary Gear Train): در این زنجیره ها بر خلاف زنجیره های ساده و مرکب که حول محورهای ثابت دوران می کنند محورهای بعضی از چرخدنده‌های زنجیره جابه‌جا می شود و از طرف دیگر یک یا دو چرخدنده در این زنجیره ها ثابت هستند.
سرعت در چرخدنده‌ها
یکی از دلایل بسیار مهم که از چرخدنده ها در ماشین ها استفاده می شود، ایجاد نسبت سرعت‌های دورانی متفاوت از یک محور به محور دیگر است، نسبت سرعت (Velocity Ratio, VR) در یک زنجیره چرخدنده ساده، به صورت نسبت سرعت دورانی اولین چرخ دنده (ورودی) در زنجیره به سرعت دورانی آخرین چرخ دنده تعریف می شود. هنگامیکه دو چرخ دنده با یکدیگر درگیر می باشند نسبت سرعت خروجی به سرعت ورودی را نسبت سرعت آن دو گویند که بر اساس فرض غلتش خالص به صورت زیر محاسبه می‌شود:
```
\begin{aligned}
   \frac{_DD}{_F D} (\pm)= \frac{_DN}{_FN} = \frac{_F\omega}{_D\omega} = VR
\end{aligned}
```
که در رابطه بالا، $_F\omega$ ، سرعت چرخدنده خروجی
$_D\omega$ ، سرعت چرخدنده ورودی
و $_D D$ و $_F D$ ، نیز به ترتیب قطر گام چرخدنده‌های ورودی (محرک) و خروجی (متحرک) هستند.
فاصله مراکز دو چرخدنده ساده از یکدیگر
هنگام طراحی یک زنجیره چرخ دنده علاوه بر بررسی‌های مربوط به نوع چرخدنده، جنس، فرآیند ساخت و به طور کلی طراحی جزئی چرخ دنده ها، قطر گام، مدول و تعداد دندانه‌های هر چرخدنده به همراه فاصله بین محورهای چرخدنده‌ها در پیاده سازی مکانیزم زنجیره چرخ دنده، از موارد مورد توجه هستند. رابطه بین پارامترهای ذکر شده عبارتند از:
```
\frac{D}{N} = m
```
```
\begin{aligned}
    \frac{_FD_D+D}{2} = C
\end{aligned}
```
در روابط فوق:
$D$ ؛ قطر گام چرخدنده
$C$ ؛ فاصله مرکز تا مرکز دو چرخدنده درگیر
$N$ ؛ تعداد دندانه‌های چرخدنده و $m$ ، مدول دو چرخدنده است.
نکته: مطابق توضیحات، تمامی روابط فوق به طور مستقیم برای زنجیره ساده و با اندکی تغییر برای زنجیره مرکب نیز مورد استفاده قرار خواهند گرفت.
نسبت سرعت در زنجیره
نسبت سرعت ورودی به سرعت خروجی را در زنجیره چرخ دنده ها (ساده و مرکب) مقدار زنجیره (Train Value, TV) نیز می گویند که از نسبت سرعت‌های دورانی چرخ دنده های متحرک به سرعت های دورانی چرخ دنده های محرک بدست می آید. اگر در یک زنجیره مرکب، همه چرخ دنده های آن خارجی باشند می توان از فرمول زیر برای محاسبه TV استفاده کرد:
```
\begin{aligned}
     \frac{_{Driven}\Pi N}{_{Driver}\Pi N} ^{k-1}(1-)= \frac{_F\omega}{_D\omega} = TV
\end{aligned}
```
که در معادله بالا $k$ تعداد محورها است.
در زنجیره‌های چرخدنده خورشیدی محورهای بعضی از چرخدنده‌ها ثابت نیست و معمولا با یک یاتاقان به بازو متصل می‌شوند و با حرکت بازو حرکت می‌کنند.
برای تحقیق و درک روابط بین پارامترهای مختلف فرمول‌های فوق، طراحی و شبیه سازی مکانیزم زنجیره چرخ دنده‌های ساده، مرکب و خورشیدی در مطالب بعدی آموزش داده خواهد شد و روابط نسبت سرعت ارائه شده برای هر زنجیره به طور کامل و همزمان در نرم‌افزار Adams مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
جمع‌بندی
در این آموزش روابط اولیه بین چرخدنده‌های درگیر ارائه شد تا آشنایی اولیه با آن‌ها پیدا کنیم. از این فرمول‌ها و مباحث مربوط به تئوری چرخدنده‌ها در Adams، می‌توان برای تنظیمات ایجاد چرخدنده در ماژول Adams Machinery استفاده کرد.
اگر هرگونه سوالی در رابطه با مباحث ارائه شده در این مطلب دارید می‌توانید در بخش دیدگاه‌ها مطرح فرمایید.
دانلود و فعال‌سازی نرم‌افزار MSC Adams 2020
باتشکر از همراهی شما
خرداد ۲۵, ۱۴۰۱