طراحی اجزا ۲ جایی است که دانشجوی مکانیک از تحلیل تنش کلی به سراغ قطعات واقعی می‌رود: چرخ‌دنده‌ای که باید گشتاور را منتقل کند، یاتاقانی که باید سال‌ها کار کند و تسمه‌ای که نباید لیز بخورد. این مجموعه نمونه سوال طراحی اجزا 2 با جواب را بر اساس سرفصل رایج و کتاب شیگلی آورده است.
سرفصل درس
- چرخدنده — محور مسائل: هندسه دندانه، نسبت تبدیل، تنش خمشی (لوئیس) و تماسی
- تسمه و زنجیر — محور مسائل: کشش‌ها، توان قابل انتقال، طول تسمه
- یاتاقان غلتشی — محور مسائل: عمر نامی، بار معادل، انتخاب از کاتالوگ
- یاتاقان لغزشی — محور مسائل: روانکاری، عدد سامرفلد
- فنر — محور مسائل: تنش برشی، ضریب فنر، کمانش
مسئله ۱: نسبت تبدیل
چرخدنده محرک ۲۰ دندانه با سرعت ۱۵۰۰ دور در دقیقه، چرخ متحرک ۶۰ دندانه. سرعت متحرک؟
حل: نسبت تبدیل = ۶۰/۲۰ = ۳؛ سرعت متحرک = ۱۵۰۰ ÷ ۳ = ۵۰۰ دور در دقیقه. گشتاور (بدون تلفات) سه برابر می‌شود.
مسئله ۲: عمر یاتاقان
یاتاقان ساچمه‌ای با ظرفیت بار دینامیکی C و بار معادل P. اگر بار نصف شود، عمر چند برابر می‌شود؟
حل: برای یاتاقان ساچمه‌ای L = (C/P)³؛ نصف شدن بار، عمر را ۲³ = ۸ برابر می‌کند. برای یاتاقان غلتکی، توان ۱۰/۳ است.
مسئله ۳: تسمه
در تسمه تخت، نسبت کشش طرف کشیده به طرف شل با چه رابطه‌ای به ضریب اصطکاک و زاویه تماس وابسته است؟
حل: رابطه اویلر: T₁/T₂ = e^(μθ). افزایش زاویه تماس (مثلاً با قرقره هرزگرد)، توان قابل انتقال را بالا می‌برد.
مسئله ۴: فنر
اگر قطر سیم فنر مارپیچ ثابت بماند و قطر متوسط فنر دو برابر شود، ضریب فنر چه تغییری می‌کند؟
حل: k ∝ d⁴/(D³n)؛ دو برابر شدن D، ضریب فنر را یک‌هشتم می‌کند.
نکته‌های امتحانی
در امتحان، واحدها را از اول یکسان کنید (معمولاً SI). ضرایب اطمینان و ضرایب اصلاح را با دلیل انتخاب کنید و در پاسخ بنویسید. استاد معمولاً روش را بیشتر از عدد نهایی نمره می‌دهد. جدول‌های کاتالوگ یاتاقان و ضرایب لوئیس را پیش از امتحان یک بار مرور کنید تا خواندنشان سریع باشد.
منابع
کتاب طراحی اجزای ماشین شیگلی منبع اصلی است. جزوه‌های دانشگاهی (از جمله جزوه‌های رایج دانشگاه شهید بهشتی) و مثال‌های حل‌شده شیگلی، مکمل‌های خوبی‌اند.مجموعه مسائل حل‌شده رایگان است. مرتبط: طراحی اجزاء ۲
یک مسئله ترکیبی امتحانی
یک موتور الکتریکی با توان ۱۰ کیلووات و سرعت ۱۴۵۰ دور در دقیقه، از طریق یک جفت چرخدنده با نسبت ۳ به ۱، یک نقاله را می‌چرخاند. گشتاور روی محور متحرک را حساب کنید و یاتاقان مناسب برای محور متحرک را با فرض عمر ۲۰ هزار ساعت انتخاب کنید.
مسیر حل: اول گشتاور محور موتور: T = P/ω که ω = 2π×1450/60. سپس گشتاور متحرک (تقریباً سه برابر، با در نظر گرفتن بازده). بعد نیروهای وارد بر دندانه (مماسی و شعاعی) و در پایان، بار معادل یاتاقان و انتخاب از کاتالوگ با رابطه عمر. چنین مسائلی چند مبحث را به هم وصل می‌کنند و در امتحان پایان‌ترم رایج‌اند.
برگه فرمول
- T = P/ω
- L₁₀ = (C/P)^a ؛ a=3 برای ساچمه‌ای و 10/3 برای غلتکی
- T₁/T₂ = e^(μθ) برای تسمه
- k = Gd⁴/(8D³n) برای فنر مارپیچ
هفته‌ای یک آزمون زمان‌دار بزنید و هر غلط را با یک جمله‌ی توضیح در دفترچه ثبت کنید؛ این روش بیشترین اثر را دارد.
هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.