بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به نقش زیاد تکنولوژی در زندگی بشر، تلاشهای گستردهای در جهت پیشرفت و استفاده بهتر از تکنولوژی انجام گرفته است. در این بین صنعت خودروسازی نیز مستثنی نبوده و همه روزه در راستای کیفیت و ایمنی آن تلاش های گسترده ای انجام می شود. کمک فنرها یکی از اجزای مهم در تأمین آرامش سرنشینان، در خودرو می باشند.
بدین جهت بهینه سازی یک سیستم تعلیق کارآمد و قابل اجرا در صنعت خودروسازی اهمیت شایانی دارد. در این مقاله به شبیه سازی کامپیوتری کمک فنر اتومبیل پرداخته شده و سه پارامتر مهم طراحی آن یعنی قطر سوراخها، طول پیستون و ویسکوزیته سیال کمکفنر مورد بررسی قرار گرفته است و در هر سه حالت نحوه تغییرات ارتعاشات وارده بر خودرو مورد مطالعه قرار میگیرد.
.1 مقدمه
بطور کلی سیستم تعلیق از دو عنصر اصلی فنر و کمکفنر تشکیل شده است که فنرها ضربه وارده را جذب و آن را به نوسان تبدیل مینمایند و کمکفنرها میرا کننده این نوسانات میباشند. مطلوبترین سیستم تعلیق سیستمی است که ضربات به سرعت جذب فنرها شود ولی فنر ها آن را به آهستگی منتقل نمایند. کمکفنر یک سیلندر پر روغن است که درون آن یک پیستون سوراخ-دار در حال بالا و پایین رفتن میباشد.
هرگاه به دسته پیستون نیرویی وارد شود پیستون درون سیلندر به حرکت درآمده و روغن از طریق سوراخهایی که روی پیستون وجود دارد از یک سمت به سمت دیگر پیستون منتقل شده و امکان جابجایی پیستون را در روغن امکانپذیر میسازد. از آن جایی که میزان عبور روغن از مجراهای پیستون محدود میباشد، پیستون از خود مقاومت نشان داده و به آهستگی جابجا میگردد. همین موضوع مانع حرکت سریع پیستون شده و نوسانات را از بین میبرد. نیروی مورد نیاز برای جابجایی پیستون کمکفنر به دو عامل مهم بستگی دارد که عبارتند از: ضریب میرایی کمکفنر - - C و سرعت جابجایی پیستون. هر-چه طول و قطر پیستون و ویسکوزیته سیال درون سیلندر بیشتر شود ضریب میرایی بیشتر میشود.
سیستم تعلیق خودرو از طرف پایین به سگدست و از سمت بالای آن به بدنه خودرو متصل بوده و به همین دلیل تمام نیروهای وارد به خودرو را تحمل می کند. فنر حلقوی بین نشیمنگاه های بالایی و پایینی قرار می گیرد. این مجموعه را اصطلاحا استارت نیز می گویند،که عملکرد آن از مشابه کمک فنر اما ازنظر طراحی متفاوت است. وظیفه ی هر دوی آن ها کنترل نوسانات اضافی است.
استارت یکی از اجزای ساختاری سیستم تعلیق محسوب می شود که می تواند جانشین دو یا سه قطعه از اجزای سیستم تعلیق شود و اغلب به عنوان محل تنظیم موقیت چرخ ها برای تنظیم فرمان و نقطه دوران در سیستم فرمان به کار می رود. این سیستم وظیفه مستهلک ساختن نیروهای ناگهانی اعمالی به چرخ ها و فنرلول ایجاد نوسان به منظور طولانی کردن مدت استهلاک کامل و بازگرداندن کمک فنر به حالت اولیه را بر عهده دارد. مجموعه کمک فنر و فنر لول نیرو های ضربه ای را به حداقل می رساند و سبب کاهش انتقال آن به بدنه می شود.
شکل .1شماتیک کمک فنر هیدرولیک
با وجود تغییرات بسیاری که در راستای بهبود عملکرد کمک فنر ها در چندین دهه اخیر اتفاق افتاده، امروزه نیز تحقیقات زیادی در طراحی آن ها برای دستیابی به عملکرد بالاتر صورت گرفته است که در این بین می توان به تعداد محدودی اشاره نمود. گلاردو1 و دوستان در سال 2007 به بررسی سیستم های عیب یاب در کمک فنر های اتوماتیک پرداختند.[1]یانگ2 در سال 2008 به تست دینامیکی کمک فنرها پرداخت.
ونتورا3 و همکاران در سال 2009 شتاب، فشار و دما را در کمک فنرها با استفاده از سنسور سیلیکونی اندازه گرفتند.[3] فریرا4 و همکاران در سال 2010 به طراحی و تست کمک فنر ها با استفاده از سنسور پرداختند.[4] در سال 2010 هایاشی5 و دوستان نیروی برشی در کمک فنرها را با استفاده از سیال مغناطیسی بررسی کردند.
معادلات و روابط ریاضی
مدل سازی ریاضی کمک فنر به کمک آنالیز ویژگیهای روغن هیدرولیک آن توسعه می یابد.این مدل سازی در ارتباط با تمام مسیرهای تحت تاثیر دمپینگ و الاستیک می باشد. با کمی ساده سازی،در این مدل سازی از آنالیز تاثیر ابعاد هندسی و ویژگی های مکانیکی کمک فنر و بررسی اجزای دیگر آن مثل روغن،دمپینگ ،دمپینگ کولن و تاثیر دمپینگ های اضافی در سیستم استفاده شده است. هنگام عملیات کمک فنر،روغن از درون سوراخ های پیستون به طور قابل ملاحظه ای در زمان های مختلف جریان می یابد. اثرات متفاوت دمپینگ روغن هیدرولیک به آسانی می تواند از مدل سازی دیده شود.اگر روغن تراکم ناپذیر باشد،ما می توانیم نیروی دمپینگ روغن را از رابطه زیر محاسبه کنیم. نیروی دمپینگ در مسیر جریان آورده شده است:
اگر انرژی جنبشی جریان به وسیله ی لبه ها در فشار های پایین تر محفظه تلف شود،ارتباط بین دو محفظه 1 و آهنگ جریان میان سوراخ از رابطه زیر بدست می آید.
نیروی دمپینگ جریان آرام در مسیر جریان: برای مقادیر - - جریان آرام است. اگر کانال ارتباط دهنده محفظه روغن مقطع دایره ای ثابت با قطر G و طول / باشد ،طبق نظریه جریان آرام افت فشار برای تلفات جریان آرام از رابطه زیر بدست می آید:
در طول عملیات کمک فنر روغن از میان سوراخ ها در زمان های متفاوتی حریان می یابد. افت فشار عبوری از سوراخ ها برای جریان اینرسی از رابطه زیر بدست می آید:
دمپینگ کولن:
با توجه به تور سیمی می توان دید سختی و دمپینگ در دینامیک، نشان می دهد که بازخورد ویژگی ها به وسیله تغییر نسبت به تغییر مکان می تواند از رابطه زیر بدست آید
