ترمزهای غلتکی

(c) ظرفیت نیرو:
(d) مقدار اندازه (s) که باعث می شود ترمز خود به خود قفل کند.
داریم: سرعت ۲۵۰rpm است.a=500mm c=150mm s=25mm r=200mm w=60mm =270
راه حل:
a) در مسائل استفاده از Eq. (13.45) ما داریم:
F1 = wrpmax = (0..06)(0.2)(375) = 4.5kN
با بکار بردن Eq. (13.44)
F=
بنا بر این معادله Eq.(13.42) ارائه میدهد که T = (4.5-1.095)(0.2) = 0.681 kN. m.
b) با معادله Eq. (13.46) داریم:

C) از معادله۱٫۱۵) Eq .( داریم:

d) با استفاده از معادله۱۳٫۴۶) Eq. ( ما داریم Fa = 0 برایs=150(1.095)/4.5=16.5mm
تفسیر: ترمز خود قفل شونده است اگر s>36.5mm باشد.
۱۳-۱۳- ترمزهاي غلتكي با كفشك كوتاه

اين ترمز شامل كفشك كوتاه است كه بر روي يك غلتك گردان توسط يك اهرم فشار داده شده است. طرح شماتيك اين ترمز در شكل ۲۰-۱۳ ارائه شده است. از آنجايي كه بعنوان كفشك نسبتاً كوچك است، توزيع فشار يكنواخت مي تواند بين غلتك و كفشك صورت بگيرد به دنبال آن نيروي نرمال و نيروي اصطكاك بر مركز محل تماس داده شده و بر آن اثر مي كند. سطح طراحي شده A براي كفشك از حاصلضرب پهناي آن در طول وتر ترسيم شده روي آن تحت كمان و به ميزان شعاع غلتك بدست مي آيد. براساس شكل اين طرح، داريم، و نيروي نرمال وارده بر كفشك برابر است با:
(۴۷-۱۳)

شكل ۱۳٫۲۰ ترمز با كفشك كوتاه
از قبل داريم:
نيروي نرمال = Fn
حداكثر فشار بين غلتك و كفشك = Pmax
شعاع غلتك = r
زاويه برخورد =

 

پهناي كفشك = w
مقدار نيروي اصطكاك برابر با f Fn است. مجموع گشتاورهاي حول نقطه O براي يك نمودار ايستايي در غلتك از مجموع ظرفيت و توان گشتاور براي ترمزگيري بصورت زير بدست مي آيد.
(۴۸-۱۳) T = f Fnr
كميت f نشان دهنده ضريب اصطكاك است. اكنون اهرم را بصورت ايستا و پايدار در نظر مي گيريم با احتساب گشتاورهاي حول A داريم:

مطالب قبلي در ارتباط نيروي محركه بشرح زير است:
(۴۹-۱۳)
كه در آن b , a و c نشان دهنده فواصل در شكل ۲۰-۱۳ هستند.
– ترمزهاي قفل شونده خودكار و داراي نيروي خودكار
براي ترمزي با جهت چرخش نشان داده شده در شكل، گشتاور نيروي اصطكاك براي اعمال نيرو كفشك و غلتك بكار مي رود اين امر سبب تحريك شدن خودكار مي شود. اگر b=fc يا b<fc. نيروي براي فعال كردن ترمز لازم است به مقدار ۰ يا منفي برسد. در صورتي ترمز، قفل شونده خودكار ناميده مي شود كه
(۵۰-۱۳)
ترمز قفل شونده خودكار نياز به كفشك براي تماس با غلتك دارد تا بتواند غلتك را در خلاف جهت چرخش بارگذاري كند. ويژگي نيروي خودكار مفيد است اما تأثير قفل شوندگي خودكار معمولاً نامطلوب و غير قابل انتظار است. براي اطمينان از عملكرد بهتر تأثير نيروي خودكار در برابر قفل شوندگي خودكار، مقدار b بايد حداقل ۲۵-۵۰% بيشتر از fc باشد. توجه كنيد كه اگر چرخش غلتك ترمز خلاف جهت آنچه در شكل ۲۰-۱۳ نشان داده شده باشد علامت fc در رابطه (۴۹-۱۳)

مشخص شده و ترمز داراي نيروي خودكار مي شود. همين طور اگر محور در طرف ديگر مسير عملكرد f Fn باشد. چنانكه توسط خط چين در شكل نشان داده شده نيروي اصطكاك برداشته شدن از روي كفشك دارد. در اين حالت داراي نيروي خودكار نمي باشد. هر دو وضعيت محور بحث شد كه اگر جهت چرخش معكوس شد، محور نيز معكوس مي شود.
مطالعه مورد ۱۳-۲ طرح ترمز از يك ماشین برش با سرعت بالا:

یک ترمز با کفشک کوچک در یک drum استفاده شده است که توسط تغییر مرکزی يا شفت با سرعت بالا کلید می شوند که در شکل ۱۳٫۹ نشان داده شده است. قرقره راه اندازی شده با آن تغییر کلید می شود برای جزئیات رجوع شود به مطالعه نمونه ۱۳-۱ . نیروی تحریکی Fa را تعیین کنید.
فرضیات: مواد کفشک ترمز با آسبست مدل سازی شده است این drum ازآهن ساخته شده است. لاستیکهای آستر در مقابل سطح صاف drum خشک کار میکند.
داریم. شعاع drum: r=3in . T=2701b.in.. گشتاور a=12in. b=1.2in. d=2.5in. w=1.5in., در جدول ۱۳٫۱۱ pmax=200psi , و p=0.35
عوامل لازم کفشک خود تحریک شونده باشد
راه حل: نیروی نرمال در حال استفاده ازEq.(13.48) بدین صورت است.

زاویه ثابت با معادله Eq.(13.47) بکار میرود و بنابر این:

نیروی تحریکی از معادله Eq.(13.49) با d=c به شرح زیر بدست می آید:

تفاسیر= در حالیکه <45 ترمزdrum با کفشک تو یک تقریب زده میشود.
یک مقدار منفی Fa به مفهوم ترمزی است که خود انرژی دهنده است که این عامل ضروری است.
طراحي يك ترمز Drum كفشك طويل :
يك ترمز كفشك بلند با يك مكانيسم تحريك شده كه يك نيروي را استخراج مي كند تعيين كنيد .
(a) ماكزيمم فشار (b) گشتاور ظرفيتهاي نيرو
شكل ۱۳٫۲۲ مثال ۱۳٫۸

تصميم طراح : آستر يك آزبست قالبي بوده كه داراي ضريب اصطكاك f=0.35 و عرض w=75mm است .
راه حل : زاويه تماس يا راديان است از ژنومتري است بنابراين

به صورتي كه
(a) در ميان استفاده از معادله (۱۳٫۵۳)

با بكاربردن معادله (۱۳٫۵۵) ما بنابراين داريم
() با استفاده از معادله (۱۳٫۵۷)
با معادله (۱۰۱۵) نيروي مرتبط بدين صورت است .
۱۴-۱۳- ترمزهاي غلتكي داراي كفشك بلند
وقتي زاويه تماس بين كفشك و غلتك حدود ۰ ۴۵ يا بيشتر باشد، روابط كفشك كوتاه داراي نتايج نادرست و همراه با خطا خواهند بود. اكثر ترمزهاي كفشكي مي تواند زاويه تماسي ۰ ۹۰ يا بيشتر داشته باشند. بنابراين براي اين حالت تحليل دقيق تري لازم است. مسأله اصلي مربوط به تعيين

توزيع فشار است. تحليلي كه شامل اثرات انحراف است. پيچيده بوده و در اينجا قابل طرح نيست. در اين حالت از فرض ساده سازي استفاده مي كنيم: فشار مستقيماً بر حسب فاصله از محور كفشك تغيير مي كند. اين امر معادل با آن است كه بگوييم سايش و تماس دقيقاً محصول فشار و سرعت است.
– ترمزهاي غلتكي داراي كفشك بلند خارجي
شكل ۲۱-۱۳ اين ترمز را نشان مي دهد، فشار P در نقطه اي دلخواه تحت زاويه و متناسب با وارد مي شود وقتي C ثابت است، P مستقيماً برحسب تغيير مي كند. در نتيجه داريم:

شكل ۱۳٫۲۱
(۵۱-۱۳)
كه در آن Pmax = حداكثر فشار بين لنت ترمز و غلتك است و مساوي حداكثر مقدار است. براساس شكل هندسي آن داريم:
(۵۲-۱۳)
با توجه به رابطه (۵۲-۱۳)، حداكثر فشار در محلي كه داراي است، رخ مي دهد، ترمزهاي داراي كفشك بلند خارجي اكثراً براي , , طراحي مي شوند كه در آن زاويه تماس است. فرض كنيد w پهناي لنت ترمز باشد. آنگاه سطح يك جزء كوچك توسط شعاع داراي زاويه بريده شده و برابر خواهد بود. با ضرب فشار P و بازوي و انتگرال گيري بر روي كل كفشك گشتاور نيروهاي نرمال، Mm و حول محور A اعمال شده داريم:

و از آن داريم:
(۵۳-۱۳)
به روشي مشابه، گشتاور نيروهاي اصطكاكي Mf و حول A بصورت زير نوشته مي شود.

(۵۴-۱۳)
اكنون با جمع كليه گشتاورها حول نقطه محوري A ، نيروي محركه بصورت زير بدست مي آيد.
(۵۵-۱۳)
در اين رابطه، علامت بالا براي ترمز فعال شونده خودكار و علامت پائين براي ترمز غير فعال شونده خودكار است.
قفل شدن خودكار زماني رخ مي دهد كه:
(۱۳٫۵۶)
چنانكه قبلاً اشاره شد، اغلب تمايل داريم تا فعال شدن خودكار كفشك ترمز را شاهد باشيم نه قفل شدن خودكار آن را. اين امر را مي توان توسط تخصيص مقدار بيش از ۰٫۷ براي انجام داد. توان و ظرفيت گشتاور در ترمزگيري توسط يافتن مقادير گشتاورهاي نيروهاي اصطكاكي حول مركز غلتك O بدست آورد با اين كار داريم:

و از آن خواهيم داشت:
(۵۷-۱۳)
در نتيجه، عكس العملهاي پين (ميله) در A و O را مي توان براحتي توسط روابط مربوط به نيروي عمودي و افقي بدست آورد. توجه كنيد كه معكوس شدن جهت چرخش سبب تغيير علامت عبارتهايي مي شود كه داراي ضريب اصطكاك در روابط قبلي هستند.

يك ترمز كفشك بلند با يك مكانيسم تحريك شده كه يك نيروي را استخراج مي كند تعيين كنيد .
(a) ماكزيمم فشار (b) گشتاور ظرفيتهاي نيرو
شكل ۱۳٫۲۲ مثال ۱۳٫۸
تصميم طراح : آستر يك آزبست قالبي بوده كه داراي ضريب اصطكاك f=0.35 و عرض w=75mm است .
راه حل : زاويه تماس يا راديان است از ژنومتري است بنابراين

به صورتي كه
(a) در ميان استفاده از معادله (۱۳٫۵۳)

با استفاده از معادله ۱۳٫۵۴

با بكاربردن معادله (۱۳٫۵۵) ما بنابراين داريم
() با استفاده از معادله (۱۳٫۵۷)
با معادله (۱۰۱۵) نيروي مرتبط بدين صورت است

ترمزهاي غلتكي با كفشك بلند داخلي
شكل ۲۳-۱۳ اين ترمز را نشان مي دهد. اين نوع ترمز داراي كاربرد گسترده در اتومبيل است. طبق شكل مي بينيم كه دو محور كفشك در اطراف پينها تكيه گاه قرار دارند. و در جهت خلاف سطح داخلي غلتك نيرو اعمال مي كنند اين امر توسط يك پيستون كه در انتهاي سيلندر چرخ هيدروليك قرار گرفته، صورت مي گيرد. نيروهاي عمل كننده و محركه بصورت هيدروليكي و توسط پيستونها

اعمال مي شوند. خاصيت فنري با برگشت پذيري نرم براي وارد شدن بر كفشك بكار مي رود. هر بادامك بعنوان يك عامل توقف بكار مي رود و براي حداقل فاصله بين كفشك و غلتك استفاده مي شود. روش تحليل و عبارتهاي حاصله براي ترمزهاي داخلي به همراه ترمزهاي غلتكي خارجي داراي كفشك بلند مورد بحث قرار گرفت. روابط (۵۱-۱۳) تا (۵۴-۱۳) براي ترمزهاي غلتكي داراي كفشك داخلي اعمال مي شوند. توجه كنيد كه پاسخ مثبت براي Mn نشان دهنده گشتاور

پادساعتگرد حول A در كفشك چپ يا ساعتگرد حول B در كفشك طرف راست است. مقادير مثبت يافتن براي گشتاور اصطكاكي Mf بايد به روش مشابه براي ترمز داراي كفشك خارجي نيز محاسبه شوند. بطور نمونه در شكل ۲۳-۱۳ كفشك چپ بصورت فعال شونده خودكار و كفشك راست غير

فعال شونده است. جهت چرخش بايد معكوس شود. كفشك راست بايد فعال شونده خودكار و كفشك چپ نبايد اين چنين باشد. براي نيروي عمل كننده مطرح شده، توان و ظرفيت ترمزگيري با دو كفشك فعال شونده خودكار بيشتر از حالت استفاده از يك كفشك است. بعنوان مثال ترمزهاي اتومبيل از اين نوع بوده و در نتيجه داراي قدرت ترمزگيري بيشتر مي باشند. اخيراً ترمزهاي ديسكي نوع گاز انبري مطرح شده اند كه در بخش ۱۰-۱۳ مطرح شده اند. و جايگزين ترمزهاي غلتكي شده اند بدين ترتيب مسافران اتومبيل احساس راحتي بيشتري مي كنند.
۱۵-۱۳- جذب انرژي و خنك سازي

قانون اول در ترمز، جذب انرژي و خارج كردن حرارت حاصله بدون افزايش دماي بيش از حد است. كلاچها انرژي را جذب كرده و حرارت را با سرعت آهسته تري از دست مي دهند اين حرارت در اثر برخورد و تماس دو سطح ايجاد مي شود. كيفيت و چگونگي دفع حرارت به عواملي نظير اندازه، شكل و وضعيت سطح قطعات مختلف وابسته است. واضح است كه هر چه سطح تماس بيشتر باشد و جريان هواي بهتري برقرار باشد، اين ابزار بهتر خنك مي شود. علاوه بر آن زمان ترمزگيري

و فواصل زماني بين آنها مي تواند بر ميزان دما، تأثيرگذار باشد. با افزايش دما در قسمت ترمز ضريب اصطكاك آن كاهش مي يابد. در نتيجه ميزان كارآيي آن بشدت كاهش مي يابد. توان و گشتاور ترمزگيري بدين ترتيب به ويژگيهاي مواد بكار رفته و توانايي اين بخش در خارج كردن حرارت وابسته است. بدين ترتيب براي ايجاد يك عمليات ترمزگيري مطلوب بايد از افزايش بيش از حد حرارت و تجهيزات ترمز جلوگيري شود.

– منابع انرژي
رابطه انرژي به نوع حركت وسيله وابسته است. اگر فرض كنيم وزن وسيله w و جرم و مكان اينرسي اين جرم حول محور دوران I باشند. منابع انرژي كه از طريق تجهيزات و بدنه و توسط كلاچ يا ترمز جذب مي شوند نقش مهمي را ايفا مي كنند. انرژي جنبشي حاصله در اثر حركت برابر است با:
(۵۸-۱۳)
انرژي جنبشي در اثر چرخش برابر است با:
(۵۹-۱۳)
انرژي پتانسيل برابر است با:
(۶۰-۱۳)
در اين رابطه V = سرعت و سرعت زاويه و h = فاصله (طول) عمودي هستند. براي آشكار شدن ميزان وابستگي ترمزها به انرژي جنبشي و پتانسيل به شكل ۴-۱ مراجعه كنيد. در آنجا بيان شد كه جرثقيل داراي جرم m و وزن انتقال دهنده w در مدت زمان t1 با سرعت v1 به ارتفاع h1 و

محورهاي چرخ دنده داراي مكان اينرسي I دوار با سرعت زاويه اي است. محورها بايد با سرعتهاي متفاوت بچرخند. اگر در زمان t1 ترمز داخلي اعمال شود، در زمان t2 مقادير به v2 , , h2 كار انجام شده توسط اصطكاك در حال چرخش اصطكاك تكيه گاه (ياتاقان) و مقاومت هوا است و wm كار انجام شده توسط موتور محرك است طبق قانون بقاي انرژي لازم است كه كل كار برابر با تغيير در انرژي باشد:

در اينجا نتيجه بدست آمده مربوط به ضرب مكان هاي اينرسي مختلف است كه در سرعتهاي زاويه اي مختلف بدست آمده اند. زمان لازم براي ترمزگيري تا توقف، كند شدن حركت يا نگهداشتن سرعت در مقداري معين توسط حل كردن رابطه مربوط به wb بدست مي آيد. اين رابطه، انرژي مكانيكي تبديل شده به حرارت در اثر ترمز را محاسبه كرده و ميزان افزايش دما را پيش بيني مي كند. توجه كنيد كه در بسياري از ماشين آلات نظير جرثقيل وينچ و بالابر، wr و wm ناديده گرفته مي شود. به روشني مي توان دريافت با اعمال آنها در محاسبات، نتايج دقيق تري بدست خواهد آمد و مي توان طراحي ترمز با ايمني بيشتر را انجام داد.

– افزايش دما
وقتي يك جسم در حال حركت توسط ترمز يا عملكرد كلاچ با كاهش سرعت مواجه مي شود. انرژي حاصل از اصطكاك افزايش يافته و بصورت حرارت در وسيله ظاهر مي شود. اين افزايش دما كه مرتبط با جذب انرژي است بصورت حرارت خواهد بود و توسط رابطه زير محاسبه مي شود:
(۶۱-۱۳)
كه در آن
= افزايش دما

E = انرژي حاصل از اصطكاك بدليل عملكرد كلاچ يا ترمز بوده و بايد جذب شود. J
C = حرارت مشخصه (از براي فولاد يا چدن استفاده كنيد)
m = جرم اجزاي كلاچ يا ترمز kg
انرژي حاصل از اصطكاك E ، قبلاً مورد بحث قرار گرفت: با استفاده از رابطه (۶۱-۱۳)، افزايش دما در قطعات كلاچ يا ترمز بدست مي آيند. محدوديتهاي دمايي در اكثر ترمزها و كلاچهاي متداول در نظر گرفته مي شود كه در جدول ۱۱-۱۳ ارائه شده اند اين دماها بيشترين دماهاي مجاز كاري براي عملكرد پايدار اين تجهيزات هستند.
روابط (۵۸-۱۳) تا (۶۱-۱۳) نشان دهنده اتفاقاتي هستند ك در فرآيند ترمزگيري يا در كلاچ رخ مي دهند بسياري از متغيرها اعمال شده اند، با اين حال نتايج حاصل از تحليل با داده هاي آزمايشي داراي اختلاف ناچيزي است در عمل ميزان انرژي جذب شده در كلاچ يا ترمز داراي بيشترين اهميت است. سازندگان ترمز و لنت ترمز به ميزان دفع حرارت مناسب براي مقادير PV كه نتيجه ضرب PV است در طراحي انواع مختلف ترمزها و شرايط سرويس دهي بكار گرفته مي شود. مقادير نامي PV كه در صنعت بكار مي روند در جدول ۱۳-۱۳ ارائه شده اند.

 

مسائل
بخش ۱۳٫۱ تا ۱۳٫۷
(۱۳٫۱) یک تسمه مسطح با عرض ۴in وضخامت in در یک قرقره به قطر ۵inو۱۵inکار میکند و۱۰ hpرا انتقال میدهد۰تعیین کنید:
(a) کششهای مورد نیاز تسمه
(b)طول تسمه
داریم: سرعت قرقره کوچک۱۵۰۰rpm و قرقره ها ۵ft از هم فاصله دارند. ضریب اصطکاک ۰٫۳۰ است و وزن مواد تسمه ۰٫۰۴lb/in3 است.
(۱۳٫۲) یک تسمه مسطح پلاستیکی با عرض۶۰mm و ضخامت ۰٫۵mm دارد . و ۱۰KW نیرو انتقال می دهد. محاسبه کنید:

a) گشتاور در قرقره کوچک
b) زاویه تماس
c) ماکزیمم کشش و تنش در تسمه
داریم: قرقره ورودی دارای قطر ۳۰۰mm است. این عامل در ۲۸۰۰rpm می چرخد و سرعت قرقره خروجی ۱۶۰۰rpm است. قرقره ها از هم ۷۰۰mm فاصله دارند. ضریب اصطکاک ۰٫۲ و وزن تسمه ۲۵ است.
فرضیات: راه انداز یک موتور گشتاور با سرعت بالا بوده و ماشین راه اندازی شده تحت یک فشار شوک واسطه قرار دارد.
۱۳٫۳- یک تسمه v شکل دارای یک شکاف کوچک به قطر ۲۰۰mm با زاویه تماس ۱۷۰ درجه و زاویه ۳۸ included درجه است. ضریب اصطکاک ۰٫۱۵ و سرعت راه انداز ۱۶۰۰rpm است. وزن تسمه ۸N/m است. و کشش کناری محکم ۳KN است. ظرفیت نیروی راه انداز را تعیین کنید.
۱۳٫۴ – یک راه انداز تسمه دارای زاویه ۳۸ included درجه است. وزن تسمه ۳N/m و مساحت مقطع عرضی۱۴۵mm2 است. ظریب اصطکاک ۰٫۲۵ است.
محاسبه کنید: (a) ماکزیمم نیروی انتقال یافته

(b)ماکزیمم تنش در این تسمه
۱۳٫۵ – یک راه انداز تسمه V شكل با زاویه included 34 درجه دارای ظر فیت ۱۵ KW بر اساس ضریب اصطکا ک۰٫۲ بوده و وزن تسمه ۲٫۵N/m است ماکزیمم کشش مورد نیاز تسمه را در فشار کامل تعیین کنید۰
فرضیات: راه انداز یک موتور گشتاور نرمال بوده و ماشین راه اندازی شده شوکهای سنگین را در بر میگیرد ۰
تصمیمات طراحی : سرعت از ۲۷۰۰rpm به ۱۸۰۰rpm با استفاده از یک شیار کوچک
۲۰۰mm کاهش می يابد ۰ تسمه ها ۵۰۰mm از هم فاصله دارند ۰

۱۳٫۶- یک زنجیر استوانه ای با ۵/۸ in در چرخ دنده اي دارای ۲۲ دندانه با سرعتrpm 4000
کار کرده و یک چرخ دنده راه اندازی شده در ۱۰۰۰rpm میچرخد حداقل فاصله از مرکز را محاسبه کنید ۰
۱۳٫۷ – یک زنجیر معکوس با گام ۹/۱۶in در یک چرخ دنده ۱۴ دندانه ای که در سرعت ۴۶۰۰rpm میچرخد کار میکند ۰حداقل فاصله از مرکز را محاسبه کنید۰
بخشهای (۱۳٫۸) تا(۱۳٫۱۱)
– ۱۳٫w داخل سایت www.sepac.com را جستجو کنید. انتخاب فاکتورها را برای بررسی وانتخاب یک ترمز یا کلاج را فهرست کنید.
(۱۳٫۸) یک کلاج صفحه ای با سطوح اصطکاک، قطر خارجی ۲۵۰mm و قطر داخلی۱۵۰mm وجود دارد. ماکزیمم فشار و ظرفیت گشتاور را تعیین کنید و از فرضیات زیر استفاده کنید.
a) پوشش یکنواخت
b) فشار یکنواخت
داریم: ضریب اصطکاک (۰٫۳) بوده و نیروی بر انگیختن مساوی ۶kN است
– ۱۳٫۹ یک کلاچ دیسکی دارای دو طرف موُثر است. یک قطر خارجی چهار برابر قطر داخلی که در یک کاربرد استفاده شده جائیکه۴۰hp در۵۰۰rpm توسعه یافته است با استفاده از شرایط پوشش یکنواخت تعیین کنید.

a) نیروی برانگیختگی مورد نیاز
b) فشار متوسط بین دیسکها
۱۳٫۱۲- یک کلاج مخروطی به قطر خارجی ۱۰in با زاویه مخروطی ۸ درجه ۵۰hp رادر ۸۰۰rpm انتقال می دهد، عرض سطحی w مخروط را بر اساس فرض فشار یکنواخت محاسبه كنيد .
تصمیمات طراحی:فشار استر ماکزیمم ۶۰psi بوده وضریب اصطکاک f=0.3 است۰
۱۳٫۱۳ – مساله (۱۳٫۱۲) با استفاده از شرایط پوششی یکنواخت حل کنید ۰
۱۳٫۱۴ – یک کلاج مخروطی دارای قطر متوسط ۵۰۰mm است۰زاویه مخروطی ۵درجه است۰و عرض سطح مخروطی w=80mmاست۰ با استفاده از فرض پوششی یکنواخت را تعیین کنید۰
(a) نیروی بر انگیختگی و ظرفیت گشتاور
(b)ظرفیت نیرو برای سرعت ۵۰۰rpm
تصميمات طراحي :
۱۳٫۱۵- یک کلاج مخروطی دارای قطر متوسط۲۵۰mm است.یک زاویه مخروطی ۱۲درجه و f=0.2 است.گشتاوري را محاسبه کرده که ترمز انتقال میدهد
فرضیات: یک فشاریکنواخت ۴۰۰KPa است. نیروی بر انگیختگی مساوی با ۵kN است.
۱۳٫۱۶ – براساس فرضیات شار یکنواخت , نیروی برانگیختگی و ظرفیت گشتاور را برای یک کلاج مخروطی تعیین کنید که توسط معادلات (۱۳٫۶۰) و (۱۳٫۶۱) ارائه شده است.
(بخش ۱۳٫۱۲ )

۱۳٫۱۷ – در یک ترمز باندی یک آستر موجدار به عرض ۱۰۰mm را استفاده کرده که دارای مقادیر طراحی f=0.3 است و Pmax=0.7MPa است , کششهای پیوند و ظرفیت نیرو را در ۱۵۰rpm تعیین کنید.
داریم : r=200mm و
۱۳٫۱۸ – drumیک ترمز باندی در شکل ۱۳٫۱۸ نشان داده شده است . دارای مولفه اینرسی drum در نرخ =۲۰۰ است. توجه کنید که گشتاور با T=Ix بیان میشود.
داریم in a=12 , r=5 , f=0.3 و

۱۳٫۱۹- ترمز باندی در شکل ۱۳٫۱۸ نشان داده شده که دارای ظرفیت نیروی ۴۰kw در ۶۰۰rpm است . کششهای تسمه را تعیین کنید
۱۳٫۲۰ – ترمز باندی در شکل ۱۳٫۱۸ با استفاده از آستر موجدار پیش بینی شده که دارای مقادیر طراحی pmax = 0.6MPa و f=0.4است محاسبه کنید.
(a) کششهای باندی و نیروی بر انگیختن
(b) ظرفیت نیرو در ۲۰۰rpm
داریم: عرض پیوند w=75mm و =۲۴۰ و r =150mm و a=400m و
۱۳٫۲۱- ترمز دیفرانسیل پیش بینی شده در شکل (۱۳٫۲۱) i=150mm 200rpm را جذب میکند. عیین کنید.

a) زاویه wrop ( پیچش)
b) طول بازوی s از ژنوتوری ترمز
داریم: ماکزیمم فشار بین استرد drum 0.8mpu است.
F=0.14 و w=60mm شکل p(13.12)
(13.22) ترمز دیفرانسیل از شکل ۱۳٫۱۹ پیش بینی شده که دارای a=12in و و و n=300rpm s=3.2 r=4in و =۲۱۰o است .
اگر اين عمل در جهت بالا صورت گيرد ظرفيت را به اسب بخار محاسبه نمائيد .
۱۳٫۲۳ – ترمز باندي ديفرانسيل در شكل (۱۳٫۱۹) نشان داده شده است كه داراي a=250 mm و c=100mm و s=50 mm و r=200 mm و و مواد آستر موجدار با f=0.4 وجود دارد و نيروي برانگيختگي ضروري Fa را تعيين كنيد . آيا ترمز خود قفل شونده است ؟

(۱۳٫۲۴) مساله (۱۳٫۲۳) را برای چرخش در جهت خلاف عقربه های ساعت از drum انجام دهید.
REFERENCES
1-Shigley, J. E., and C.R. Mischke. Mechnaical Engineering Design, 6th ed. New York: McGraw – Hill, 2001.
2-Firbank, T.C. “Mechanics of the Belt Drive.” International Journal of Mechanical Science 12 (1970) , pp. 1053-63.
3-Wallin, A. W. “Efficiency of Synchronous Belts and V-Belts.” Proceedings of the National Con-ference Power Transmission, vol. 5. Illinois Institute of Technology, Chicago, November 7-9, 1978, pp. 265-71.
4-Gerbert, B. G. “Pressure Distribution and Belt Deformation in V-Belt Drives.” Journal of Engineering for Industry, Transactions of the ASME 97 (1975) , pp. 976-82.
5-Alciatore, D. G., and A. E. Traver. “Multiple Belt Drive Mechanics: Creep Theory vs. Shear Theory.” Journal of Mechanisms, Transmission, and Automation in Design, Transactions of the ASME 112 (1990), pp. 65-70.

۶-Burr, A. H., and J. B. Cheatham. Mechanical Analysis and Design, 2nd ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1995.
7-Deutcshman, A. D., W. J. Michels, and C. E. Wilson. Machine Design: Theory and Practice. New York: Macmillan, 1975.

۸-Gates Rubber Co. V-Belt Drive Design Manual. Denver, CO: Gates Rubber Co., 1995.
9-Spotts, M. F., and T. E. Shoup. Design of Machine Elements, 7th ed. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1998.
10-Rubber Manufacturers Association. Specifications for Drives Using Classical Multiple V Belts. American National Standard, IP-20. Washington, DC: Rubber Manufacturers Association, 1988.
11-Erickson, W. D. Belt Selection and Application for Engineers. New York: Marcel Dekker, 1987.
12-American Chain Association (ACA). Chains for Power Transmission and Material Handling. New York: Marcel Dekker, 1982.
13-Binder, R. C. Mechanics of Roller Chain Drive. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 1956.
14-ANSI/ASME. Precision Power Transmission Roller Cains, Attachments, and Sprockets. ANSI/ ASME Standard B29. 1M. New York: ASME, 1993.
– فصل ۱۴ فنرها
فهرست كلي
۱-۱۴ مقدمه
۲-۱۴ ميله هاي پيچشي

۳-۱۴ فنرهاي گشتي و تراكمي مارپيچ
۴-۱۴ مواد و جنس فنر
۵-۱۴ فنرهاي تراكمي مارپيچي
۶-۱۴ پيچش و كمانش فنرهاي تراكمي مارپيچي
۷-۱۴ خشكي فنرها
۸-۱۴ طراحي فنرهاي تراكمي مارپيچي براي خستگي بارگذاري
۹-۱۴ فنرهاي كششي مارپيچي
۱۰-۱۴ فنرهاي پيچشي
۱۱-۱۴ فنرهاي تيغه اي
۱۲-۱۴ فنرهاي متفرقه
۱-۱۴ مقدمه
فنرها براي نيروها يا گشتاورهاي عمل كننده در يك مكانيسم براي ذخيره انرژي بارهاي – باري استفاده مي شوند. اين قطعات انعطاف پذير اغلب به تعداد زياد براي تنشهاي شديد مربوط بارهاي متغير بكار گرفته مي شوند.سطح داراي بيشترين كاربرد هستند. فنرها در انواع مختلف نظير گرد، حلقه اي، مارپيچي و ميله پيچشي ساخته مي شوند. استانداردهاي متعددي در رابطه با فرنها مطرح هستند. شكل ۱۴-۱ فنرهاي تراكمي، كششي و پيچشي را نشان مي دهد. طراح بايد بصورت كامل از تئوري عملكرد انواع فنرها آگاهي داشته باشد تا نوع مناسب را براي كار ويژه مورد نظر انتخاب كند.
فنرهاي پنوماتيك داراي انواع بسيار زيادي هستند و از فريت و ويژگي قابليت تراكم پذيري الاستيك گازها توسط بهره گيري از هواي فشرده در جذب كننده هاي هواي اتومبيل استفاده مي كنند در

موارد استفاده از نيروهاي زياد براي جابجايي هاي كوچك،‌ فنرهاي هيدروليك داراي عملكرد بسيار مطلوبي هستند. در اين بخش اشكال هندسي متداول فنر ارائه و بررسي مي شوند. اين فنرها اكثر براساس تنش طراحي شده اند. عموماً ميزان جابجايي در اين رابطه اهميت كمي دارد. در اين موارد ميزان انحراف و خمش فنر بصورت جدي در نظر گرفته مي شود، تا در محدوده معقول و قابل قبول باشد با اين حال ميزان جابجايي از نظر محاسبه و طراحي طول داراي اهميت است. در

 

اكثر كاربردهاي فنر ميزان انحراف و خمش عاملي مهم و تأثير گذار است.
۲-۱۴- ميله هاي پيچشي (تورشن بار)
تورشن بار يك ميله سخت يا توخالي صاف است كه يك انتهاي آن ثابت و به دور انتهاي ديگر پيچيده شده است و توسط آن حفاظت شده است. اين طرح ساده ترين شكل فنر است و بصورت قطعه AB در شكل a2-14 نشان داده شده است كاربردهاي متداول آن متوازي سازي تقابلي براي كابوتهاي اتومبيل و دريچه اي ترانك است. يك ميله پيچشي (تورشن بار) با دو انتهاي دندانه دار (شكل b 2-14) بعنوان فنر اتصالي يا ميله مايل بكار گرفته مي شود. معمولاً يك انتها در يك بست (حفره) ثابت مي شود و ديگري داراي انتهاي گردان بصورت يك بازو است. بازو بخشي از اتصال است و امكان بالا آمدن چرخ و پائين آمدن آن را فراهم مي كند. در يك اتومبيل سواري اين ميله مي تواند داراي طول و قطر ۲۵mm و چرخش ۳۰ تا ۴۵ باشد. تنش در ميله پيچشي يك تنش پيچشي است. روابط مربوط به تنش، جابجايي زاويه اي و سختي و استحكام در بخش

۵-۳ و ۳-۴ ارائه شده اند. با بررسي شكل a2-14 مي توان نوشت:‌
(۱۴) , ,
كه در آن زاويه پيچشي براي يك ميله پيچشي محكم همان اينرسي برابر است با بنابراين مي توان روابط زير را نوشت:
(۱-۱۴)
(۲-۱۴)
(۳-۱۴)
(۳-۱۵)

كه در آن:
= تنش برشي پيچشي
P = بار
= جابجايي نسبي بين دو انتها
K = سرعت فنر
G = مدول (ضريب) سختي
d = قطر ميله
R = بازوي گشتاور
L = طول ميله