بخشی از مقاله
چکیده
یکی از اجزا سیستم تعلیق میله تعادل - موج گیر - است که براي بالابردن تعادل خودرو به کار می رود. فرآیند تولید خاص میله تعادل باعث ایجاد تغییرات پارامترهاي هندسی و ایجاد اثرات قالب حین تولید شده، که منجر به تغییر در استحکام و عملکرد این قطعه حین کار بر روي خودرو میگردد. در این مقاله، به بررسی و تحلیل تنش میله تعادل جلوي خودروي پراید به روش المان محدود پرداخته شده است. تاثیر پارامترهایی نظیر شعاع هاي انحناي قسمتهاي مختلف، اثرات قالب حین ساخت و نوع بارگذاري بر استحکام و ضریب اطمینان میله تعادل بررسی شدهاند.
واژه هاي کلیدي:میله تعادل- موجگیرس بارگذاري هم فاز - بارگذاري غیر هم فاز- ضریب اطمینان.
مقدمه
یکی از مهمترین بخش هاي یک خودرو که نقش بسیار زیادي در ایمنی آن دارد، جلوبندي آن است. این قسمت که شامل بخشی از سیستم تعلیق، ترمز و سیستم فرمان می باشد، بسیار حساس بوده و می تواند در کیفیت سواري و رانندگی تاثیر زیادي بگذارد. یکی از اجزاي بسیار مهم سیستم تعلیق خودرو میله موج گیر بوده که براي بالابردن تعادل خودرو و جلوگیري از واژگونی آن در ناهمواریها و پیچ هاي جاده در خودروهایی که سیستم تعلیق مستقل دارد، به کار می رود. میله تعادل یک میله فولادي بوده که داراي دو سر می باشد.در هر دو سر داراي بوش بوده که بین دو چرخ یک محور متصل می شود. این میله با شکل خاصی که دارد دو چرخ را به هم ارتباط داده و همچنین توسط دو اتصال محوري به شاسی متصل میشود.
در هنگامی که خودرو درون یک پیچ قرار می گیرد و مثلاً به سمت راست می پیچد، بدنه خودرو به سمت چپ متمایل می شود، چرخ هاي سمت راست نیز تمایل دارند از زمین کنده شوند. این میله وظیفه دارد تا نیرو را به بالاي چرخ مورد نظر انتقال دهد. طرز کار این میله به گونه اي است که با پیچش خود، نیرو را به چرخ مقابل منتقل کرده و آن را پایین می کشد. قطر این میله بستگی به وزن خودرو و سیستم تعلیق و جلوبندي آن دارد. این میله عملکرد بسیار ساده اي دارد، ولی با همین نقش ساده میتواند تا 15درصد از واژگونی خودرو در پیچ ها جلوگیري کند. به همین دلیل در دسته قطعات ایمنی خودرو قرار گرفته است. بوش هاي میله موج گیر لاستیکی بوده که کمی قابلیت مستهلک کردن ضربات را نیز دارند. در واقع میله موج گیر، یک فنرپیچشی است که در هنگام پیچیدن با چرخیدن به دور خود، نیرو را ذخیره کرده و آن را به چرخ مقابل منتقل میکند.
به دلیل شکل هندسی خاص و فرآیند تولید موجگیر به روش فرم دهی گرم پارامترهاي زیادي در استحکام و ضریب اطمینان میله تعادل جلوي خودروي پراید نقش دارند. از جمله این پارامترها شعاع هاي انحناي قسمتهاي مختلف، فاصله نقاط کلیدي، محل و قطر سوراخ اشپیل، خصوصیات مواد اولیه و محصول نهایی پس از عملیات حرارتی، اثرات قالب ایجاد شده بر قسمتهاي مختلف حین تولید و نوع بارگذاري در شرایط واقعی در خودرو می باشند.در زمینه تحلیل تنش میله موجگیر و میله پیچشی تحقیقات متعددي صورت گرفته است. مویلنیک و همکاران [1]، به بررسی اثر پیش تنش بر استحکام و عمر خستگی میله تعادل و میله پیچشی پرداختند. چن و همکاران [2]، به تحلیل میله هاي پیچشی سوراخ دار به روش تحلیلی پرداختند.
در این مقاله، به بررسی و تحلیل تنش میله تعادل جلوي خودروي پراید به روش المان محدود پرداخته شده است. تاثیر پارامترهایی نظیر شعاع هاي انحناي قسمتهاي مختلف، اثرات قالب، نوع بارگذاري بر استحکام و ضریب اطمینان بررسی شده اند. در مرحله ابتدایی بر اساس نقشه هاي شرکت خودروساز میله موجگیر بدون اثر قالب مدلسازي شده و مورد تحلیل قرار می گیرد.در این مرحله تاثیر شعاع هاي انحنا بر استحکام و ضریب اطمینان مورد بررسی قرار خواهد گرفت. سپس بر اساس نتایج اندازه گیري دقیق - ققه - ، اثرات قالب ایجاد شده حین تولید در قسمتهاي مختلف مدلسازي شده و تاثیر آنها بر استحکام و ضریب ایمنی موجگیر مورد مطالعه قرار می گیرد. این تحقیق تاکنون در شرکت خودروساز صورت نگرفته و نتایج آن تاثیر قابل ملاحظهاي در فرآیند تولید و کنترل این محصول خواهد داشت.
خصوصیات مواد
ماده اولیه مورد استفاده براي تولید موجگیر جلوي پرایدفولاد جصطهززض خخ،ذ، می باشد. بر اساس گواهی مواد صادرشده از طرف شرکت فولاد آلیاژي ایران [3] خصوصیات مواد اولیه مورد استفاده در تولید موجگیر جلوي پراید به شرح جداول زیر می باشد:
مدلسازي
مدلسازي موجگیر جلوي خودروي پراید در نرم افزار کتیا و بر اساس نقشه شرکت خودرو ساز - شکل - 1 تهیه شده است.[7] مدل نهایی ترسیم شده در شکل 2 نشان داده شده است. پس از مونتاژ بر روي خودرو میله تعادل در نقاط 1 و 12 به سگ دست سیستم تعلیق و در بازه بین نقاط 8 و9 و همچنین در بازه بین نقاط 5 و 4توسط بوشن لاستیکی به شاسی خودرو متصل میگردد.
بارگذاري [4]
به دلیل نحوه عملکرد موجگیر در زمان شتاب مثبت یا منفی اتومبیل، و همچنین در ناهمواریها و چرخش خودرو به سمت چپ یا راست دو نوع بارگذاري بر میله تعادل وارد شده که جهت مدلسازي المان محدود در نظر گرفته شده است.الف - بار گذاري در ناهمواریها و چرخش خودرو - غیر همفاز در این حالت فرض می شود که یکی از چرخ هاي خودرو در بالاترین ارتفاع و چرخ مقابل در پایین ترین ارتفاع قرار داشته باشد.در این حالت حداکثر میزان جابجایی نقاط ابتدا و انتهاي میله تعادل یعنی نقاط 1 و 12 برابر لذذچهً میلیمتر خواهد بود.
ب - بارگذاري در شتاب منفی یا مثبت خودرو - همفاز - شکل - 4
این حالت بارگذاري در ترمزهاي شدید خودرو اتفاق می افتد. بر اساس نقشه هاي شرکت خودرو ساز میزان نیروي اعمالی به نقاط 1 و 12 در تست همفاز برابر صل،چب کیلوگرم خواهد بود.
مدلسازي المان محدود
مدلسازي المان محدود این تحقیق در نرم افزار حسذABA انجام گرفته است. شرایط مرزي و بارگذاري هاي اشاره شده در قسمت قبل روي مدل اعمال گردیده و براي ایجاد مش از المان هأش استفاده شده است. شکل 5 الف مدل المان محدود میله موجگیر بدون اثر قالب و شکل 5 ب مدل المان محدود موجگیر همراه با اثر قالب بدست آمده از نتایج اندازه گیري دقیق [5] را نشان می دهد.
تحلیل و نتایج
اثر شعاع انحناهاي نقاط کلیدي یر ضریب ایمنی دربارگذاري غیر همفاز و همفازبر اساس مطالعات آماري صورت گرفته در فرآیند تولید میله تعادل [5] شعاع انحناهاي نقاط4،5،6،7،8،9،11 در محدوده 35 تا55 میلیمتر - اندازه نامی 45 میلیمتر - و نقاط 3 و 10 در محدوده100 تا 140 میلیمتر - اندازه نامی 120 میلیمتر - متغییر میباشند.در این قسمت به بررسی تاثیر تغییر شعاع انحنا بر ضریب اطمینان میله تعادل در بارگذاري غیر همفاز و همفاز با استفاده از تئوري سادربرگ پرداخته می شود.[6] شکل هاي 6 و 7 تاثیر تغییر شعاع انحنا را در نقاط کلیدي 3 و 10 بر ضریب ایمنی نشان می دهد.همانطور که مشخص است، با کاهش یا افزایش شعاع انحنا از عدد نامی یعنی 120 میلیمتر در نقاط 3 و 10 ضریب ایمنی در بارگذاري غیر همفاز افزایش می یابد و در صورت عدم ایجاد مشکل مونتاژ تغییر شعاع انحنا اشکالی در عملکرد قطعه ایجاد نخواهد کرد.همچنین افزایش شعاع انحنا در بارگذاري همفاز در نقاط 3 و 10موجب افزایش ضریب ایمنی و کاهش شعاع انحنا موجب کاهش ضریب ایمنی خواهد شد.
جدول -4الف تاثیر تغییر شعاع انحنا را در نقاط کلیدي4،5،6،7،8،9،11 بر ضریب ایمنی در بارگذاري غیر همفاز نشان می دهد. بر اساس نتایج حاصله کاهش شعاع انحنا از مقدار نامی در نقطه 4 باعث کاهش ضریب اطمینان و افزایش شعاع انحنا از مقدار نامی باعث افزایش ضریب اطمینان می گردد. تغییر ضریب ایمنی در نقطه کلیدي 5 روند نزولی داشته و با تغییر شعاع انحنا از کمترین حالت تا بیشترین حالت ضریب ایمنی نیز کاهش می یابد.بنابراین در تولید محصول در صورت کاهش شعاع انحنا تاثیري در عملکرد قطعه نخواهد داشت. کاهش یا افزایش شعاع انحنا در نقاط 6و 7 موجب افزایش ضریب ایمنی شده و لذا تغییرات اندك در شعاع انحنا در این نقطه در حین تولید نیاز به افزایش کنترل ها ندارد.کاهش یا افزایش شعاع انحنا در نقطه 8 منجر به کاهش ضریب ایمنی خواهد شد.
همچنین با افزایش شعاع انحنا از 35 تا 55میلیمتر ضریب ایمنی در نقطه 9 افزایش خواهد یافت.در این قسمت به بررسی و تحلیل تغییر شعاع انحنا بر ضریب اطمینان میله تعادل در بار گذاري همفاز پرداخته می شود. همانطور که از جدول -4ب مشخص است، حداقل ضریب ایمنی در نقطه کلیدي 4 در شعاع 40 میلیمتر بوده و درصورت تغییر اندازه شعاع انحنا ضریب اطمینان افزایش خواهد یافت. تغییر شعاع انحنا از مقدار نامی در نقطه 5 موجب کاهش ضریب ایمنی خواهد شد. افزایش شعاع انحنا از 35 تا 55 میلیمتر در نقطه 7 موجب کاهش ضریب ایمنی خواهد شد. بیشترین ضریب اطمینان در نقطه کلیدي 8 در شعاع 40 میلیمتر، و در نقطه 9 در شعاع 45 میلیمتر می باشد.
