بخشی از مقاله
چکیده
در مقاله، طراحی بالانس خارجی خودرو که توانایی اندازه گیري هم زمان سه نیرو و سه لنگر دارد براي استفاده در مدل تستهاي تونل باد - نیروي لیفت تا 300، نیروي درگ و جانبی 350 نیوتن و انواع لنگرتا 100 نیوتن بر متر - انجام گرفت. ضمن بررسی انواع بالانس در نهایت از روش نرم افزار سازه اي و طراحی شامل محاسبه نیروهاي برا، جانبی، پسا و گشتاورهاي پیچشی، خمشی، گردشی، طراحی سازه ثابت و متحرك و لولاهاي الاستیک مورد تحلیل قرار گرفته است.
تحلیل عددي بالانس در اثر بارهاي منفرد در بد ترین شرایط بارگذاري ترکیبی وکانتورهاي تنش، تغییرمکان و کرنش مورد تحلیل قرار گرفت. بر این اساس مقدار ضریب اطمینان بالانس براي فولاد - VCN150سختی 40HRC داراي تنش تسلیم برابر - 1000Mpaدر بدترین شرایط بارگذاري7 بدست آمده است. در طراحی بالانس معیار تنش نیست بلکه معیار صلبیت است. هرچه صلبیت سازه متحرك و ثابت بیشتر باشد خطاي اندازه گیري کاهش می یابد.
-1 مقدمه بطور کلی دو نوع عمومی بالانس داخلی و بالانس خارجی مورد استفاده قرار می گیرد. بالانسهاي خارجی بارها را قبل از اینکه اندازه گیري شود به خارج تونل می برد و بالانس هاي داخلی به مدل بسته شده و طوري قرار می گیرند که اطلاعات را توسط سیمهاي الکتریکی به بیرون می فرستند. هر نوع، مزیت هاي مربوط به خودرا دارد و هر تونل مناسب براي یکی از این دو نوع می باشد.
متداول ترین نوع بالانس هايخارجی داراي پایه اي براي نصب مدل می باشد. این بالانسها مدل را نگه داشته و تکیهگاهی براي مدل بوده و تغییرات در زوایاي حمله و چرخش را فراهم آورده و بارهاي مدل را به یک سیستم اهرمبنديکه آنها را به مولفه هاي مناسبجدا کند انتقالمی دهد. بطور عمومی چهار نوع بالانس خارجی مورد استفاده قرار می گیرد، که هر کدام داراي مزیتهایی بر دیگري می باشد. این بالانسها براساس بخش حمل کننده بار به چهار نوع سیمی، سکویی - - platform، یوك - - yoke و هرمی نامگذاري می شود. امروزه بالانس سکویی بطور گسترده اي بکار گرفته می شود.[1]
2 فرایند طراحی
فرایند طراحی شامل ورودي طراحی، توصیف طرح، طراحی مقدماتی سازه بالانس، آنالیز سازه به روش عددي، انتخاب جنس، انتخاب نیروسنجها و در نهایت نتیجهگیري می باشد.
1-1 ورودي طراحی
یکی از ورودي هاي بسیار مهم طراحی بالانس نیرو و گشتاور اعمالی به آن در حین انجام تست می باشد. هندسه بالانس بر اساس شرایط محیط انجام تست به عنوان یک قید بر طراحی تحمیل می شود و طرح بالانس باید به گونه اي باشد که در محدوده هندسه تعریف شده گنجانده شود. با توجه به اینکه این بالانس براي یک تونل باد خاص طراحی نمی شود. بر اساس بررسی هاي انجام شده این طرح با فرض اینکه قرار است که در یک تونل باد با محفظه آزمون با ابعاد 80×80cm استفاده شود داراي طول 647 mm و ارتفاع318mm می باشد.
1-2 توصیف طرح
طرح بالانس باید به گونه اي باشد که مدل خودرو بر روي آن قرار داده و در فضاي سه بعدي قابلیت شش درجه آزادي را داشته باشد. بنابراین طرح بالانس باید داراي اجزاء صفحه نگهدارنده - صفحه نیروها - ، لولاهاي الاستیک، قاب ثابت و نیروسنج ها می باشد. شکل - - 1 طرح شماتیک بالانس نمایش می دهد. اجزاء اصلی در این طرح به گونه اي چیدمان شده اند که ضمن ایجاد شش درجه آزادي - سه درجه انتقال و سه درجه دوران - دقت اندازهگیري نیز بالا باشد.
1-3 صفحه نگهدارنده
این صفحه ضمن نگهداري مدل، باید به گونهاي باشد که بدون هیچگونه تغییر شکل قابل توجهی در اثر بارهاي وارده به مدل به صورت صلب حرکت و دوران نماید. بنابراین سازه این صفحه باید داراي سختی بالایی باشد.
1-4 لولاهاي الاستیک - فلکسچر
یکی از پیچیدگیهاي قسمت ها بالانس تونل باد خودرو لولاهاي الاستیک میباشند. این لولاها به گونهاي هستند که بسته به درجات آزادي آنها، در محدوده بارگذاري تعریف شده یه راحتی دوران مینمایند. مکانیزم کارکرد فلکسچر به گونهاي است که در اثر نیروهاي عمود بر محور طولی تغییر شکل نشان میدهد. همچنین در اثر گشتاورهاي اعمالی نیز به راحتی دوران مینماید.
.2 طراحی مقدماتی سازه بالانس
سازه بالانس شامل محاسبه نیروها و گشتاورها، طراحی سازه ثابت، طراحی سازه متحرك و لولاهاي الاستیک به دو روش دستی و نرم افزاري مورد تحلیل قرار گرفته است.
2-1 محاسبه نیروها و گشتاورها محاسبه نیروها و گشتاورهاي بالانس و نامگذاري نیروها و جهات قراردادي آنها در شکل - - 3 نشان داده شده است. صفحه نیروها در بالانس از طریق شش عدد نیروسنج یک جهته به سازه ثابت متصل شده است. نیروها و گشتاورهادر این بالانس به صورت زیر محاسبه میشود. در صورت معکوس شدن جهت هر کدام از نیروهاي نشان داده شده یک علامت منفی در آنها ضرب میشود. مبدأ مختصات در نقطه وسط محور طولی موتور قرار دارد.
2-3 طراحی صفحه نیروها - سکو بالانس -
یکی از بخشهاي بسیار مهم بالانس خارجی که در عملکرد آن تأثیر قابل توجهی دارد صفحه نیروها میباشد. صفحه نیروهاي بالانس به صورت یک صفحه مستطیل شکل در نظر گرفته شده که ضمن دارا بودن قابلیت قرارگیري مدل خودرو، داراي یک سیستم اتصال براي قرار دادن یک رابط جهت نصب مدل هواپیما نیز میباشد، بطوریکه نیروها و گشتاورها را از مدل گرفته آنها را جهت اندازه گیري توسط نیروسنجها، از یکدیگر تفکیک می نماید.
