طراحي بلبرينگ چرخ تريلر

مقدمه:
يكي از وسايل پركاربرد در حمل و نقل چه در كاربردهاي صنعتي يا كشاورزي تريلر مي باشد. تريلرها كشاورزي انواع مختلفي دارند چه از نظر اندازه قسمت بارگير و چه از نظر ترتيب قرار گرفتن چرخها، تريلرها معمولاً يا در قسمت عقب خود داراي دو چرخ يا ۴ چرخ مي باشند يا اينكه هم در جلو و هم در عقب دو چرخ دارند.

تريلرها خود داراي نيروي محركه نيستند و با استفاده از قطعه اي كه مالبند ناميده مي شود به كشنده خود كه يا اتومبيل سواري ست يا تراكتور، وصل مي شوند. مالبند از يك طرف به وسيله كشنده و از طرف ديگر به زير شاسي متصل هستند. اتصال در زير شاسي به گونه اي است كه مالبند نسبت به شاسي مي تواند حول يك محور عمودي بچرخد. بدين ترتيب به چرخيدن وسيله كشنده حول يك پيچ، تريلر مي چرخد.

معمولاً در تريلرها در زير قسمت بار داراي يك جك هيدروليكي هستند كه مي توانند مانند كمپرسي قسمت بار را به ظرفي خم كننده و بار را تخليه نمايند.
در تريلر كه دوچرخ ان در جلو است اكسل چرخهاي جلو به مالبند متصل است و با آن مي تواند بچرخد. اكسل چرخ هاي عقب نيز از طريق فنر به شاسي متصل هستند. فنر در تريلر معمولاً از نوع برگي مي باشند كه با استفاده از يك كرپي به شانت متصل هستند.

در دو انتهاي هر شانت يك جفت بلبرينگ قرار دارد كه تمام نيروي وارد بر شانت را تحمل مي كند و به چرخها منتقل مي سازد هدف از اين پروژه طراحي و انتخاب نوع اين بلبرينگ ها است.
فرضيات:
هميشه در حل مسائل براي ساده كردن مسئله بايد فرضياتي را در نظر گرفت تا مسئله بر پايه آنها حل شد. در اين مسئله چه در قسمت بدست آوردن وزن قطعات و چه در حل نيروها فرضياتي را در نظر گرفته شده است. قسمتي از آنها در اينجا آورده مي شود و قسكتي از آنها در اينجا آورده مي شود و قسمتي ديگر در لابلاي محاسبات آورده شده است.

در صورت مسئله وزن بار ۵ تن گفته شده كه براي بدست آوردن حجم آن چگالي محصولات را f=1 در نظر مي گيريم. براي ؟؟ بار فرض مي كنيم كه از ورق ۵mmساخته شده است. براي شاسي ها از ناوداني ۱۴۰ استفاده مي كنيم كه هم استحكام خوبي دارد و هم در اندازه هاي تريلر ها مي باشد. لازم به توضيح است تريلر صورت مسئله داراي دو شاسي است كه يكي به محفظه بار متصل و ديگري از طريق فنرها به ؟؟ چرخها متصل است . براي شانتها نيز از ck 45 استفاده مي كنيم ؟؟ اين فولاد ۳۷۰mp مي باشد.
براي محاسبه قطر شانت بايستي تعاد بارگذاري برروي شانت را بدست آورد. توجه كنيد كه شانت ثابت است و هر زمان كه تريلر ؟؟ مي شود شانت بارگذاري مي شود.
با در نظر گرفتن ۳۰ سال عمر براي اين تريلر تعداد سيكل هاي بارگذاري اين شانت به صورت روبرو بدست مي آيد:

تعداد سيكل هاي بار گذاري = ۳۰ *۲۰۰ * ۱ = ۶۰۰۰ cyclo = 30 *200 * 1 = 6000 cyclo
با اين تعداد بار گذاري نبايد نگران خستگي بود پس شانت را به صورت استاتيكي حل خواهيم كرد.
هميشه اين تريلر در يك حال نيست گاهي بدون بار و يا با بار است. گاهي در جاده مستقيم حركت مي كند و گاهي در سرپيچ با سرعت حداكثر ممكن دور مي زند. براي اين موارد بايستي تعداد دورهاي بلبرينگ را در عمر مفيد آن بدست آورد.

فرض مي كنيم در يك روز كاري اين تريلر نصف راه را با بار و نصف ديگر را بدون بار خواهد بود. اگر فاصله اي كه اين تريلر در يك مسير نصف مي پيمايد ۱۰ km باشد و حداكثر نزديك به يك دور كامل با سرعت دور پيچي با شعاع ۲۲m پيچيد (اين حالت بحراني است) تعداد دورهايي كه در حالات مختلف يك بلبرينگ مي زند به قرار زير خواهد شد،

در حالت بدون بار و مستقيم:
در حات با بار و مستقيم:
:در حالت بدون بار در پيچ
در حالت با بار و در پيچ:
روند حل مسئله:
حل مسأله بدين شكل است كه با بدست آوردن جرم و وزن تريلر در دو حالت بدون بار و با بار ، ارتفاع مركز ثقل جسم را بدست مي آوريم و از روي آن نيروي افقي كه در حالت چرخيدن حول يك پيچ بر تريلر وارد مي شود را محسبه مي كنيم از روي اين نيروها مي توانيم قطر شانت را پيدا كرده و در ضمن با معدل گيري براي بارهاي وارده به بلبرينگها مي توانيم بلبرينگ مناسبي كه عمر آن به عمر تخميني نزديك باشد را انتخاب مي كنيم.
محاسبات:
ابتدا مركز ثقل را در دو حالت بدون بار و با بار بدست مي آوريم. با اين فرض كه در هنگام بار زدن فنرها به اندازه ۳۰۰ mm مي خوابند. در حالت بدون بار فاصله كف بار گير تا زمين ۱۲۰۰m و در حالت بار زده ۹۰۰ mmمي باشد.

(بارM =5000 kg
F = 1000
اگر بار به صورت يكنواخت و هم سطح در قسمت بارگير پخش شده باشد:
L * W * K = 5
L = 5 m
W = 2.4 m
با توجه به عدد بدست آمده در بالا براي ارتفاع بار، ارتفاع بدنه را ۰٫۴۵ در نظر مي گيريم (بدنه بار
Vبدنه
فولادf=
در حالت با بار
در حالت بدون بار
براي شاسي ها هر دو را يك شكل در نظر مي گيريم . هر شاسي به طور تقريبي از دو ناوداني (شاسي
به طول ۵m و دو ناوداني به طول ۲ متر تشكيل شده است.
ناوداني ۱۴۰
L = 28 m
با بار KG = 0.4 – ۰٫۱۴ = ۰٫۷۶ m
بدون بار KG = 1.2 – ۰٫۱۴ = ۱٫۰۶ m
(شانت
F = 7850
قطر چرخها = ۰٫۷۵ m
(چرخها
از وزن مفيد قطعات در مقابل وزن هايي كه حساب شد صرف نظر مي كنيم. مثل جرم فنر و پايه ها ، مال بند و …
: در حالت با بار
: در حالت بدون بار
در مورد طول و عرض مركز ثقل بايد گفت كه به خاطر تقارون تريلر اين طول و عرض در وسط تريلر قرار مي گيرد.
فرض شده است كه در بحراني ترين حالت تريلر حول پيچي به شعاع ۲۲m خواهد پيچيد. در اين حالت بايستي حداكثر سرعت بدست آورد. در بحراني ترين حالنت نيروي چرخ دروني صفر خواهد شد.
در حالت با بار
: در حالت بدون بار
: در حات با بار
: در حالت بدون بار
طراحي شانت:
در طراحي شانت همان طور كه توضيح داده شد بايستي بحراني ترين حالت را در نظر گرفت و تحليل استاتيكي كرد. در اين حالت ما قطر شانت را در انتهاي آن بدست آورده ، در يك ضريب ۱٫۲ ضرب مي كنيم تا قطر بزرگ وسط شانت را بدست آوريم.

در حل بالا فاصله مركز در بلبرينگ ۱۰۰mm در نظر گرفته شده است و همچنين ضريب اطمينان با توجه به كاربرد آن ۲ در نظر گرفته مي شود.
در بسياري از حالات چون اكثر بار محوري روي بلبرينگ سمت راست است بنابر اين بلبرينگ سمت چپ را مي توان ظريفتر انتخاب كرد. در اين حالت بعد از بلبرينگ سمت راست. قطر شفت به صورت مخروطي كم خواهد شد.

اگر شيب را %۱۰ فرض كنيم قطر شافت براي بلبرينگ چپ (B2) 70 خواهد شد.
براي اين كه بلبرينگ سمت چپ تثبيت محوري شود از يك طرف به پوسته و از طرف ديگر به مهره چاك دار تكيه دارد.
به همين منظور انتهاي شانت را زرد مي كنند تا مهره بخورد.
براي قطر بزرگ شافت با استفاده از پله ۱٫۲ خواهيم داشت:
؟؟/
محاسبه بار معادل:
مي توانيم براي تريلرها ۴ حالت در نظر بگيريم كه براي اين ۴ حالت ة ۴ آناليز نيرو براي بلبرينگ ها بدست مي آيد. با استفاده از اين نيروها و تخمين دوري كه براي نيروها در قسمت فرضيات آورده شده است، مي توانيم بار معادل محوري و افقي بر روي هر يك از بلبرينگ ها را بدست آوريم.
حالت بدون بار و مستقيم

حالت بار و حول پيچ
حالت با بار و حركت مستقيم
حالت با بار و حركت دور پيچ: در قبل حساب شده است
تخمين عمر: در محاسبات بالا تعداد دورهاي يك بلبرينگ در هر روز۸۶۱۰ دور بود. حال فرض مي كنيم عمر مفيد تريلر ۳۰ سال باشد در هر سال ۲۰۰ روز كاري داشته باشد. بنابر اين
= تعداد دور
تعيين رولربيرينگ:
در تريلر به سبب اين كه بار محوري زيادي دارد نمي شود، در هر انتهاي شافت از يك جفت رولربيرينگ مخروطي استفاده مي كنيم. در اين حالت از موقعيت Back =Back اين جفت استفاده مي شود.
در اين حالت رولربيرينگ سمت راست را A و رولربيرينگ چپ را Bنام مي گذاريم.
B1m = FrA = 3597 N

B2m = FrB = 28322 N
Kam = Ka = 8510 N
در روند انتخاب رولربيرينگ ابتدا دو رولربرينگ حدس مي زنيم و با توجه به بارهايي دارد، عمر آنها را بدست مي آوريم. آن رولربيرينگ انتخاب مي شود كه عمر آن به عمر مورد نياز ما نزديك باشد.
(اولين انتخاب A = 32218