تحليل ديناميكي و ارتعاشي شفت‌هاي سوار بر ياتاقان مغناطيسي داراي آهنرباي دائمي

ترموسينتيك و كاتاليست

10/20/2025 12:00:00 AM

شفت‌هاي پرسرعت كاربرد زيادي در صنعت دارند و يكي از قطعات مهم در موتورهاي توليد قدرت بوده و همچنين به عنوان ابزاري براي انتقال نيرو در هواپيماها، بالگردها، خودروها و بسياري از ماشين‌آلات صنعتي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. براي بهبود عملكرد، افزايش طول عمر و كاهش هزينه‌هاي تعمير و نگهداري، لازم است كه تمامي شرايط طراحي در اين تجهيزات به‌دقت مورد توجه قرار گيرند و پس از ساخت، عملكرد آنها از جنبه‌هاي مختلف ارزيابي و تحليل شود. يكي از مهم‌ترين جنبه‌ها در طراحي و ساخت قطعات مكانيكي و سيستم‌هاي ديناميكي، مسئله ارتعاشات است. در صورتي كه اين ارتعاشات به‌درستي كنترل نشوند، مي‌توانند به خستگي، خمش و حتي خرابي در سيستم منجر شوند كه نتايج جبران‌ناپذيري به همراه خواهد داشت. در نتيجه، اندازه‌گيري، كاهش و كنترل ارتعاشات در شفت‌هاي پرسرعت از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. يكي از راهكارهاي نوين براي كنترل ارتعاشات و بهبود عملكرد شفت‌ها، استفاده از ياتاقان‌هاي مغناطيسي است. اين ياتاقان‌ها بدون اصطكاك عمل كرده و با كاهش ارتعاشات و سايش، طول عمر شفت‌ها را افزايش مي‌دهند. در اين پژوهش، شفت‌هاي استوانه‌اي با سطح مقطع متغير و تحت نيروهاي مختلف بررسي شده‌اند. ابتدا حل تحليلي معادلات حاكم در شرايط ممكن براي جابجايي و تنش ارائه شده و سپس نتايج با روش حل عددي رايلي-ريتز مقايسه گرديده‌اند. نتايج بيانگر آنست كه در صورت بكارگيري توابع تقريب مناسب همچون چندجمله‌اي‌هاي مرتبه بالا، تخمين‌هاي‌ جابجايي، بزرگي تنش و موقعيت روتور با روش رايلي-ريتز، عليرغم روند ساده‌تر پياده‌سازي در قياس با ساير روش‌هاي عددي متداول، از دقت بالايي برخوردار مي‌باشند. بر اساس نتايج، تغييرات سطح مقطع شفت تأثير معناداري بر مشخصه‌هاي ديناميكي سيستم دارد، به‌طوريكه تغيير از مقطع يكنواخت به مخروطي منجر به كاهش 10 تا 15 درصدي فركانس‌هاي طبيعي مودهاي پايين و تغيير الگوي شكل مودها مي‌گردد. تمركز تنش در ناحيه با قطر كوچك‌تر و توزيع نامتقارن جرم و سختي، الگوي ارتعاشي كاملاً متفاوتي را در مقايسه با شفت استوانه‌اي ايجاد نموده و اين امر بر حساسيت سيستم به عدم تعادل و موقعيت‌يابي بهينه ياتاقان‌ها تأثير مستقيم دارد. همچنين با افزايش سرعت دوراني شفت تا حدود 50000 دور بر دقيقه، اثرات ژيروسكوپي تقويت شده و منجر به تقسيم فركانس‌هاي طبيعي به مولفه‌هاي پيش‌رو و پس‌رو مي‌گردد. در سرعت‌هاي بحراني، سيستم با پديده رزونانس و افزايش قابل‌توجه دامنه ارتعاشات مواجه مي‌گردد. بررسي عملكرد تكيه‌گاه‌هاي ياتاقان مغناطيسي نيز حكايت از آن دارد كه اگرچه انواع غيرفعال در سرعت‌هاي پايين عملكرد مناسبي دارند، اما در سرعت‌هاي فوق‌بحراني قادر به كنترل مؤثر ارتعاشات نيستند و ميزان استفاده از فضاي لقي به مقادير خطرناكي نزديك مي‌گردد. در مقابل، ياتاقان‌هاي مغناطيسي فعال با بهره‌گيري از الگوريتم‌هاي كنترل لحظه‌اي، قادر هستند دامنه ارتعاشات در سرعت‌هاي بحراني را تا 60 درصد كاهش داده و پايداري سيستم را حتي در سرعت‌هاي بسيار بالا حفظ نمايند. قابليت تطابق ديناميكي اين ياتاقان‌ها، امكان مقابله مؤثر با اغتشاشات مختلف از جمله عدم تعادل جرمي و شرايط گذرا را فراهم مي‌نمايد.

236696

دانشگاه اردكان

رهايي فرد مسعود Rahaeifard masoud , زارع مهرجردي مهدي zare mehrjardi mahdi