بررسی روان کاری هیدرواستاتیکی

بررسی روان کاری هیدرواستاتیکی

دسته بندی	مکانیک
فرمت فایل	doc
حجم فایل	1.058 مگا بایت
تعداد صفحات	31

برای دانلود فایل روی دکمه زیر کلیک کنید
دریافت فایل

روان کاری هیدرواستاتیکی

1-2 مقدمه

در روان کاری هیدرودینامیکی ، سطح یاتاقان کاملاً توسط یک فیلم سیال از یکدیگر جدا می شوند. با استفاده از عمل لغزندگی جدایی فیلم به دست آمد تا با مکانیزم تولید فشار گوه فیزیکی ، فشار داخل یاتاقان توسعه یابد. چنین یاتاقانهایی علاوه بر داشتتن نیروی بازدارنده از حرکت، اصطکاکی پایین و نیز افت قدرت پایین ،از امتیاز بسیار خوب ساده بودن ،برخوردارند.لذا قابل اعتماد و ارزان بوده و نگهداری آنها راحت است ،یاتاقانهای کشویی روان کاری شونده به صورت هیدرودینامیکی خود عمل کننده هستند ،اگر چه که از معایب مهم و به خصوص زیر ، برخوردارند:

1-اگر سرعت طراحی پایین باشد ،ممکن است تولید فشار هیدرودینامیکی لازم ، مکان پذیر نباشد.

2- روان کاری فیلم سیال ممکن است در زمان شروع ،تغییر جهت داده و یا قطع شود

3- در یاتاقان ژورنال در نظر گرفته شده در فصلهای گذشته ، محور به طور هم مرکزی کار کرده و موقعیت یاتاقان با بار تغییر می کند؛ بنابر این دلالت بر شقی پایین دارد.

در یاتاقانهای روان کاری شونده هیدرواستاتیکی (همچنین «تحت فشار از خارج» نامیده می شود) ، سطوح یاتاقان توسط یک فیلم سیال نگه داشته شده توسط یک منبع فشار در خارج این یاتاقان جدا می شوند . یاتاقانهای هیدرواستاتیکی معایب 1 و 2 را نداشته و تغییرات موقعیت یاتاقان با بار ذکر شده در معایب 3 را تقلیل می دهند . مشخصه های یاتاقانهای روان کاری شونده به صورت هیدرواستاتیکی عبارتند از :

1- اصطکاک خیلی خیلی پایین .

2- ظرفیت حمل بار بسیار بالا در سرعتهای پایین.

3- دقت جایگذاری خیلی بالا در سرعت بالا و کاربرد بار سبک.

بنابر این یاتاقانهای روان کاری شونده هیدرواستاتیکی زمانی مورد استفاده قرار می گیرند ، که نیاز مبرمی به آنها باشد؛ مثل تلسکوپهای بزرگ و واحدهای جستجو کننده رادار ، که در آنها بار های خیلی خیلی سنگین و سرعتهای خیلی خیلی پایین استفاده می شوند ، یا در ماشین ابزارها و ژیروسکوپها ،که در آنها سرعتهای خیلی بالا ، بارهای سبک و روان کننده های گازی استفاده می شوند .

2-2 تشکیل فیلم سیال

در یک سیستم یاتاقان ساده بدون فشار قسمت چرخنده که تحت تأثیر بار است، روی کفشک یاتاقان قرار داده می شود . ضمن افزایش فشار منبع فشار در تورفتگی کفشک نیز افزایش می یابد . فشار قسمت تورفتگی تا نقطه ای افزایش می یابد که فشار روی قسمت چرخنده بر روی مساحتی برابر با مساحت تورفتگی کفشک به اندازه کافی برای بلند کردن بار باشد . این ، به طو ر متداول (بالابری فشار ) p₁ نامیده می شود . درست بعد از این که قسمت چرخنده از کفشک یاتاقان جدا می شود ، فشار تورفتگی کمتر از مقدار لازم برای بلند کردن چرخنده یاتاقان است (p_r<p_l) . پس از بلند شدن ، جریان به داخل سیستم وارد می شود . بنابر این یک افت فشار بین منبع فشار و یاتاقان و از (در عرض محدودکننده ) تورفتگی تا خروجی یاتاقان وجود دارد . اگر بار بیشتری به یاتاقان اضافه شود ، ضخامت فیلم کاهش یافته و فشار تورفتگی بالا خواهد رفت تا فشار انتگرال گرفته شده در عرض زمین با بار برابر شود . اگر بار سپس به کمتر از مقدار اولیه تقلیل یابد ضخامت فیلم تا مقدار بالاتری افزایش خواهد یافت و فشار تورفتگی مطابق با آن کاهش می یابد . بار بیشینه که می تواند توسط کفشک حمایت شود ، از لحاظ تئوری ، وقتی که فشار تورفتگی برابر با فشار منبع است ، به دست خواهد آمد اگر باری بزرگتر از این به کار گرفته شود ، یاتاقان خواهد نشست ، و همان طور نشسته باقی می ماند تا بار تقلیل یابد و دوباره توسط فشار منبع حمایت می شود.

شکل 1-2 تشکیل فیلم سیال در یاتاقان هیدرواستاتیک.(الف)پمپ خاموش

(ب)فشار در حال افزایش،(ج)فشار ضرب در مساحت تو رفتگی برابر با

بار عمودی اعمال شده،(د)یاتاقان در حال عمل،(ه) بار افزوده شده،(و)بار

کاهش داده شده

3-2 بررسی جریان روغن از میان دو صفحه موازی

	v

Y

y

V

F3

f3

h f2 f1

f4

x

فرضها: شکل 2-2

1- سیال نیوتنی و غیر قابل تراکم است.

2- جریان آرام و یکنواخت است .

3- نیروهای اینرسی ناچیز و نیروهای جسمی نیز کوچک هستند و در مقایسه با نیروهای فشار

4- فرض شود هیچ لغزشی بین روان کار و سطوح مرزی وجود ندارد.

5- ویسکوزیته ثابت است.

6- جریان فقط در امتداد محور x است و نتیجتاً فشار p فقط تابع x و T تابع y است.

اگر عرض المان در امتداد b z فرض گردد داریم:

(1-2)

(2-2)

(3-2)

برای سیال نیوتنی داریم:

(4-2)

شرایط مرزی :

1- با فرض اینکه هیچ لغزشی بین روان کار و سطوح مرزی وجود نداشته باشد داریم:

@

@

جا گذاری در معادله بالا :

(5-2)

هنگامی که فشار حداکثر است:

و

اگر Q حجم روان کار که در جهت x جریان دارد ، تعریف شود ، با استفاده از پهنای b در

جهت z ، حجم روان کار را می توان به دست آورد:

(6-2)

اگر در شعاع r ، المانی با عرض dr و به طول 2πr در نظر بگیریم ، از فرمولی که قبلاً برای محاسبه حجم روان کار بین دو صفحه موازی به دست آمده استفاده کنیم، به جای dx مقدار dr و به جای b ، 2πr را قرار دهیم و برای فیلم روان

شکل3-2-یاتاقان هیدرواستاتیکی

کار مقدار ثابت h ₀ در نظر بگیریم و سرعت سطح متحرک را صفر در نظر بگیریم ، (v=0) داریم:

(7-2)

و برای مقدار ثابت Q داریم:

(8-2)

شرایط مرزی:

در سطح حوضچه تا سطح R₀ فشار برابر فشار ورودی P₀ فرض گردد.

(9-2) (10-2)

2-3-2 محاسبه ظرفیت تحمل بار:

(11-2)

بهینه سازی قطر حوضچه: 4-3-2

(12-2) 2) (13-

(E_1P) توان لازم برای پمپ کردن روان کار (قدرت پمپ) : 5-3-2

(14-2)

اگر رابطه توان پمپ را برای h₀ ،w ،A ، معین بررسی کنیم می توان حداقل قدرت پمپ را نسبت به قطر حوضچه به دست آوریم. دیده می شود که قدرت پمپ وقتی حداقل است که ضریب k_pq حداقل باشد . اگر برای مقادیر مختلف تغییرات ضریب k_pq را بررسی کنیم ، می توانیم نسبت حدی جهت حداقل کردن قدرت پمپ را مشخص کنیم .

شکل 4-2

وقتی نسبتبرابر 0/5 است ، مقدار k_pq حداقل می باشد . برای حالت هندسی خاص مزبور، قدرت پمپ حداقل است .

6-3-2بهینه سازی ضخامت فیلم :

نیروی اصطکاکی متعلق به المان سطح 2πrdr

(15-2)

u=rw

گشتاوردر اصطکاکی کل ، عمدتاً به ناحیه خارج از سطح حوضچه می شود:

(h=h₀)

(16-2)

4-3-2قدرت اصطکاکی : E _1f

(17-2)

کل توان لازم : با جمع کردن توان پمپ و توان اصطکاکی داریم:

(18-2)

اگر مشتق E _1t را نسبت به h₀ برابر صفر قرار دهیم h₀=0/004167 in ، به دست می آید. لازم به ذکر است که عملاً ضخامت فیلم در حدود 0/006 in نگه داشته می شود . در این صورت ازدیاد دما در فیلم کمتر است.

5-3-2 ازدیاد دمای روغن

برای تخمین بالا رفتن دمای روغن فرض میکنیم کل توان اصطکاکی به گرما تبدیل می شود:

(19-2)

6-2 تنظیم کننده های جریان

در یک سیستم روانکاری اکثراً چندین یاتاقان از یک پمپ تغذیه می کنند . همچنین حوضچه های متعدد روغن اکثراً از یک پمپ تغذیه می کنند ، زیرا استفاده از پمپ مستقل برای هر یاتاقان و یا هر حوضچه مستلزم هزینه زیادی می باشد . البته در این صورت لازم است نسبت به توزیع روغن تدابیر فنی لازم به عمل آید تا به هر قسمت به اندازه کافی روغن برسد . برای این منظور محدود کننده جریان در انشعابات فرعی نصب می شود که ساده ترین نوع آنها شامل عبور و یا پاشش از سوراخ و یا از یک لوله کم قطر ظریف (کاپیلاری) می باشد . در این دو نوع محدود کننده افت فشار با مقداردبی متناسب است . وقتی بار یاتاقان افزایش پیدا کند ضخامت فیلم کاهش می یابد و در نتیجه مقدار دبی پایین می آید و این افت فشار کمتری را در تنظیم کننده به دنبال خواهد داشت . در نتیجه فشار فیلم در یاتاقان بالا خواهد رفت (فشار انشعاب اصلی p _s یعنی فشار ورودی تنظیم کننده ثابت می باشد ) این عمل نقش یک تنظیم کننده را در جبران فشار نشان می دهد. هر گاه به فرض جریان روغن در یاتاقان متوقف باشد ، فشار فیلم با فشار p _s برابر خواهد بود ، زیرا که در تنظیم کننده افت فشار نداریم . پس در این حالت فرضی هم فشار روغن در حوضچه وضع خوبی خواهد داشت .برای سیستم نشان داده شده در شکل (4-2) یک پمپ برای چندین یاتاقان فعالیت می کند . شیر اطمینان B فشار ثابت p_s تأمین می کند . وقتی فشار پمپ بیش از اندازه بالا باشد ، بدیهی است که مقدازی از روغن خروجی پمپ به منبع برمی گردد که با Q_R نشان داده شده است . در بیشتر اوقات Q_R صفر است . همان طور که قبلاً گفته شد محدود کننده های جریان برای توزیع سهم هر یاتاقان به کار می رود و اگر فقط یک یاتاقان داشته باشیم دیگر این وسیله لازم نخواهد بود . در این حالت معمولاً از شیر کنترل جریان استفاده می شود . یکی از امتیازات محدودکننده جریان از نوع سوراخ و یا کاپیلاری است که ذرات معلق روغن آزادانه از آن عبور می کنند و گرفتگی پیش نمی آید ، در صورتی که در مورد شیر کنترل جریان وضع چنین نیست . این وسیله به ذرات معلق روغن حساسیت داشته و در صورت استفاده از آن وجود یک فیلتر مناسب ضروری است .

شکل 4-2-سیستم یاتاقان هیدرواستاتیکی با خوضچه متعدد روغن

شکل 5-2-محدود کننده جریان از نوع کاپیلاری قابل تنظیم

یک نوع محدود کننده کاپیلاری قابل تنظیم در شکل (5-2) ملاحظه می شود . در این وسیله از پیچ با رزوه مستطیلی استفاده شده است و فضای ایجاد شده بین استوانه و پیچ یک کاپیلاری مارپیچی ایجاد می کند . با پیچاندن این پیچ طول کاپیلاری تغییر می کند . از این وسیله می توان در مواردی که با یک پمپ به چندین محل روغن فرستاده می شود استفاده کرد .

بررسی جنس های فریم دو چرخه با تمرکز به روش های ساخت فیبر (الیاف)

بررسی جنس های فریم دو چرخه با تمرکز به روش های ساخت فیبر (الیاف)

دسته بندی	مکانیک
فرمت فایل	doc
حجم فایل	23 کیلو بایت
تعداد صفحات	33

برای دانلود فایل روی دکمه زیر کلیک کنید

بررسی سیستم های نانوالکترومکانیک (NEMS)

بررسی سیستم های نانوالکترومکانیک (NEMS)

دسته بندی	مکانیک
فرمت فایل	doc
حجم فایل	1.123 مگا بایت
تعداد صفحات	106

برای دانلود فایل روی دکمه زیر کلیک کنید
دریافت فایل

سیستم های نانوالکترومکانیک (NEMS)

سیستم های نانوالکترومکانیک (NEMS) در جوامع علمی و تکنیکی مورد توجه زیادی بوده اند. این دسته از سیستم ها که بسیار شبیه به سیستم های میکروالکترومکانیک هستند در انواع حالات تشدید شده خود با ابعادی در سابمیکرون عمیق عمل می کنند. سیستم در این محدوده، دارای فرکانس های رزونانس بسیار، توده های فعال تحلیل یافته و ثبات نیروی پایداری باشند؛ ضریب کیفیت تشدید این سیستم در رنج Q  lo³-10⁵ بسیار بالاتر از دسته دیگر مدارهای تشدیدی الکتریکی می باشند. این سیستم در NEMS برای دسته بسیاری از کاربردهای تکنولوژی مانند سنسور فراسریع، دستگاه راه اندازی، و اجزای پردازش سیگنال مهیا می سازد.

به طور آزمایشی از NEMS انتظار می رود که امکان تحقیق بر فرآیندهای مکانیکی متعادل فونون و واکنش کوانتوم سیستم های مکانیکی مزوسکوپیک را فراهم آورد. با وجود این، هنوز چالش های ریشه ای و تکنولوژیکی برای بهینه سازی NEMS وجود دارد. در این بررسی ما باید مروری بر چشم اندازها و چالش ها در این زمینه یک معرفی متعادل از NEMS را ارائه داده و کاربردهای جالب و آشکارسازی الکترومکانیک را به تصویر می کشیم.

سیستم های نانو الکترومکانیکی (NEMS)، تشدید گرهای مکانیکی با مقیاس نانو – به – میکرو متر می باشند که به ابزار الکترونیکی دارای ابعاد مشابه وصل می شوند. NEMS نوید میکروسکوپ نیروی فراحساس سریع و عمیق شدن فهم ما از چگونگی پیدایش دینامیک کلاسیک با نزدیک شدن به دینامیک کوانتوم می باشد. این پژوهش با یک بررسی از NEMS شروع شده و پس از جنبه های خاص دینامیک کلاسیک آنها را توصیف می کند. مخصوصاً، نشان می دهیم که برای اتصال ضعیف، عمل ابزار الکترونیکی روی تشدیدگرمکانیکی می تواند به طور مؤثر، یک حمام حرارتی باشد در حالیکه ابزار، یک محرک خارج از تعادل سیستم باشد.

1- مقدمه:

محققان با استفاده از مواد و فرآیندهای میکروالکترونیک مدت هاست که کنترل پرتوها، چرخ دنده ها و پوسته های ماشین های میکروسکوپی را انجام داده اند که این عناصر مکانیکی و مدارهای میکروالکترونیکی که آن ها را کنترل می کنند را به طور کل سیستم های میکروالکترومکانیک یا MEMS خوانده اند. در تکنولوژی امروزی MEMS برای انجام اموری در تکنولوژی مدرن مانند باز و بسته کردن دریچه ها، ( سوپاپ ها) چرخاندن آینه ها و تنظیم جریان الکتریسیته و یا جریان نور بکار گرفته می شود. امروزه کمپانی های متعددی از غول های نیمه هادی گرفته تا راه اندازی های کوچک می خواهند ابزار MEMS را برای طیف گسترده ای از مشتریان تولید کنند. با تکنولوژی میکروالکترونیک که هم اکنون تا حد ریز میکرون پیش رفته است زمان آن رسیده که کشفیات متمرکز NEMS را آغاز کنیم.

شکل 1 خانوادة NEMS نیمه رسانا را نشان داده و مراحل تولید ساخت کلی آن را مطرح می کند. این فرآیند برای طراحی آزادانه ساختارهای نیمه رسانای نانومتر به عنوان نانوماشین سطحی می باشدکه نقطة مخالف میکروماشین بالک MEMS می باشد این تکنیک ها برای سیلکون بر ساختارهای عایق، گالیوم آرسناید روی سیستم های آلومینیوم گالیوم، کاربید سیلکون برسیلیکون، نیترید آلومینوم بر سیلیکون، لایه های الماس نانو بلوری و لایه های نیترید سیلکون نامنظم بکار گرفته می شود. اکثر این مواد با درجه خلوص زیاد وجود دارد که با کنترل دقیق ضخامت لایه ای رشد کرده اند.

این قسمت دوم (کیفیت کنترل لایه ای) کنترل ابعادی در بعد عمودی در سطح تک لایه ای را کنترل می کند. این مقوله کاملا منطبق با دقت ابعادی جانبی لیتوگرافی پرتوالکترونی است که به مقیاس اتمی نزدیک می شود.

NEMS دارای ویژگی های چشمگیری می باشد. آن ها دسترسی به فضای پارامتری را که غیر پیش بینی است را فراهم می کنند؛ فرکانس های مقاومت تشدیدی در میکرویو، ضریب کیفیت مکانیکی در دهها هزار، توده های فعال در femtogram، ظرفیت گرمایی پایین تر از یوکتوکالری و ...

این ویژگی ها تصورات و سیل افکار برای تجربیات و آزمایشات هیجان انگیز را بوجود می آورد و در عین حال تعداد زیادی سؤالات غیرقابل پیش بینی و نگرهایی های بیشماری را نیز بدنبال دارد از جمله این سؤالات: چگونه مبدل ها در مقیاس نانو مشخص می شوند؟ چگونه ویژگی های سطحی کنترل می گردد؟ ویژگی های پارامتر NEMS با هر اندازه و مقیاسی گسترده می باشند. کسانی که می خواهند نسل بعدی NEMS را توسعه دهند باید به سمت آخرین کشفیات فیزیک و علوم مهندسی در جهات مختلف سوق بیابند. این بازنگری در چهار قسمت اصلی ذکر شده است. در دو بخش بعدی ما سعی می کنیم یک معرفی متعادل از NEMS را ارائه دهیم. ما نه تنها ویژگی های جالب و مورد توجه NEMS را مورد بحث و بررسی قرار می دهیم بلکه یک مرور کلی بر چالش های اساسی و تکنولوژیکی را ارائه خواهیم داد.

همچنان که به بخش های بعدی نزدیک می شویم، معلوم می شود که کدام یک از این چالش ها از طریق مهندسی سیستماتیک قابل بحث و بررسی است. در بخش چهارم این تحقیق، یکی از کاربردهای ضروری NEMS را که آشکارسازی نانوالکترومکانیک فراحسی می باشد تحت مطالعه قرار می دهیم. در بخش پنجم پروژه ها را ارائه خواهیم داد.

یک سیستم نانو الکترومکانیک (NEMS) از یک تشدیدگر مکانیکی با درجه بندی نانومتر –به- میکرومتر تشکیل می شود که به یک ابزار الکترونیک دارای ابعاد قابل قیاس مزدوج می شود ، تشدیدگر مکانیکی می تواند یک شکل هندسی ساده داشته باشد مثل یک طرّه یا یک پل و از موادی مثل سیلیکون با استفاده از تکنیک های لیتوگرافی مشابه به نمونه های به کار رفته برای ساختن مدارهای ترکیبی ساخته می شوند. به خاطر اندازه میکروشان، تشدیدگرهای مکانیکی می توانند با فرکانس هایی در محدوده چند مگاهرتز تا حدود یک گیگا هرتز نوسان داشته باشند. ما به طور نرمال، به ایده نوسان سیستم های مکانیکی در چنین فرکانس های رادیویی – به- میکروویو، عادت نمی کنیم.

اتصال به ابزار الکترونیک به شیوه الکترو استاتیکی بومی با بکار گیری یک ولتا‍ژ به یک لایه فلزی گذاشته شده روی سطح تشدیدگر مکانیکی انجام می شود. یک نمونه از یک ابزار الکترونیک تزویجی، یک ترانزیستورتک الکترونی (SET) است که در شکل 1 نشان داده شده است. کوانتوم الکترون ها، هر کدام در یک زمان از عرض ترانزیستور از الکترود درین به الکترود سورس که توسط یک ولتاژ درین- سورس Vds تحریک می شود تشکیل کانال می دهند.

بزرگی کانال دردرین به ولتاژ اعمال شده به الکترود گیت سوم (ولتاژ گیت ) بستگی دارد. چون تشدیدگر مکانیکی بخشی از الکترود گیت را تشکیل می دهد، حرکت تشدیدگر ولتاژ گیت را تغییر می دهد و از این رو جریان کانال درین سورس بعد از تقویت آشکار می گردد؟

با فرکانس های بالا و جرم های اینرسی کوچک تشدیدگرهای نانومکانیکی همراه با قابلیت های شناسایی جابجایی مکانیکی فراحساس ابزارهای الکترونیک مکانیکی،به نظر می رسد NEMS گرایش زیادی به مترولوژی نشان می دهد.

یک زمینه کاربرد ممکن، میکروسکوپ نیرو است که در آن نوک پایه روی یک سطح را جاروب می کند و جابجایی های پایه با حرکت نوک پایه روی سطح اندازه گیری می شوند و یک نقشه توپوگرافی نیرو را ایجاد می کنند. میکروسکوپ نیروی تشدید مغناطیسی (MRFM) مزیت خاصی دارد که یک نوک پایه فرومغناطیسی را بکار برده و نقشه برداری از الکترون جفت نشده و چگالی های چرخش هسته ای در سطح و زیر سطح انجام می شود. اخیراًٌ ، حساسیت های آشکار سازی چرخش تک الکترون بدست آمده است [12و11]، کاربردهای بالقوه در تعیین خصوصیات در سطح تک مولکولی یا اتمی، زیاد هستند و با کاربرد ابزارهای MRFM و NEMS طراحی شده مناسب کوچکتر، فرکانس های مکانیکی بالاتر ممکن است منجر به زمان های بازخوانی سریعتر در میزان حساسیت های معادل یا بهتر شوند.

کاربرد دیگر، حس کننده جرم است که در آن ذرات کوچک جرم مستقل به تشدیدگر نانومکانیکی از تغییر فرکانس ارتعاشی، تعیین می شوند. اخیراً، میزان حساسیت شناسایی اتوگرام ( 10=اتو ) به دست آمده است[14و13].

با کاربرد فرکانس طراحی شده مناسب بالاتر NEMS ، شناسایی مولکولهای انفرادی در حساسیت های تک دالتونی ممکن است.( یک دالتون برابراست با و 12/1 ماده در یک c¹² اتم)

NEMS در جای خود به عنوان سیستم های دینامیک مهم جالب است. به خاطر جرم اینرسی تشدیدگر نانو مکانیکی و اتصال الکترو استاتیکی قوی به ابزار الکترونیک ترکیبی دقیق حاصل شده، الکترون های انفرادی که در ابزار الکترونیک حرکت می کنند می توانند نیروهای جابجایی بزرگی به تشدیدگر مکانیکی وارد کنند.

شکل a .1) تصویری که عملیات آشکار ساز جابجایی SET را نشان می دهد. سطوح انرژی باردار مشخص هزینه انرژی ناشی از تغییردرانرژی میدان الکتریکی ذخیره شده به صورت یک یا چند الکترون را نشان می دهد که برسطح داخلی تونل سازی می شود و گسستگی سطوح اثر کوانتومی نیست بلکه هزینه افزایش انرژی در قراردادن فزاینده تعداد الکترون های روی سطح در همان زمان استb) ریزنگار میکروسکوپ الکترون پویشی (SEM) رنگی کاذب دو پرتو کنار هممعلق و SEM را نشان می دهد. ماده اصلی و پرتو از G_aAs (مناطق آبی) می باشد و الکترودهای گیت پرتو و SET لایه های نازک آلومینیوم (منطقه زرد) با اکسید آلومینیم است که مانع های تونل را تشکیل می دهد. پرتو 0/25 µm دور از سطح الکترود قرار دارد . فرکانس موجی بنیادی سنجیده شده برای حرکت در سطحMHZ 116 است.

در عوض، حرکت تشدیدگر روی جریان الکترون و ... تأثیر می گذارد. در دماهای بالا، ابزار الکترونیکی خاص می توانند به یک شیوه منطقی کوانتومی رفتار کنند که دریک مکان کوانتومی دارای موقعیت های متفاوت، هنگامی که الکترونها از طریق قطعه انتقال می یابند، موجود هستند. تأثیر متقابل چنین ابزاری، مرکز جرم تشدیدگر مکانیکی ممکن است به یک حالت کوانتوم [6] کشیده شود، مثل یک موقعیت حالات مکان مجزا. ذات کوانتومی سیستم الکترومکانیکی مزدوج درموارد خاص جریان اندازه گیری شده آشکار می شود. تشدیدگرهای نانومکانیکی از حدود ده بیلیون اتم تشکیل می شوند، طوری که از طریق اکثر استانداردها، چنین تغییرات کوانتومی، میکروسکوپی فرض می شوند. این مهم است که درک کنیم که در اینجا ما به تأثیرات کوانتوم در ابزار "واقعی کدر" اشاره کنیم که دارای درجات آزادی مکانیکی و الکترونیکی بوده به شدت با محیط اطراف که از فوتون و فونون تشکیل شده تعامل داشته و معایب تشدیدگر مکانیکی و ابزار الکترونیکی را تغییر می دهند. بررسی آزمایشی و نظریه ای چنین سیستم هایی منجر به یک فهم عمیق تر از چگونگی تبدیل دینامیک کلاسیک با تقریب به دینامیک کوانتوم می شود. NEMS دنیای کوانتوم میکروسکوپی و کلاسیک ماکروسکوپی ایجاد می کنند.

در اولین آزمایشات به بازبینی دینامیک NEMS، می پردازیم که نتیجه می گیریم اجزاء تشدیدگر مکانیکی همانطور که انتظار می رفت، به شیوه کلاسیک عمل می کنند، آزمایشات به اندازه ی کافی خالص نیستند تا تأثیرات دخالت کوانتوم را که توسط محیط تشدیدگر از بین می روند را قابل مشاهده کنند. به رغم این، دینامیک نیمه کلاسیک NEMS مهم بوده و ارزش بررسی دارد. یک بعد از بررسی این است که ویژگی های مشترک دینامیک کلاسیک ابزار متفاوت NEMS را شناسایی کنیم تا به میزان ارتباط و وابستگی رشته ای دست یابیم. تحت شرایط خاص تزویج ضعیف و همچنین جدایی وسیع مقیاس زمانی دینامیکی الکترونیک و مکانیکی، ابزار الکترونیک به طور مؤثر به صورت یک حمام حرارتی عمل می کند. تشدیدگر مکانیکی حرکت براونی حرارتی را که توسط یک ثابت میرایی و دمای مؤثر شناسایی می شود و توسط پارامترهای الکترونیک وسیله مشخص می شود را تحمل می کند [23 و22]. این واقعیت که ابزار الکترونیک می تواند به طور مؤثر توسط یک حمام حرارتی جایگزین شود، در اولین نگاه با دانستن اینکه جریان الکترون تحریک شده توسط ولتاژ در ابزار، یک حالت الکترون دور از تعادل است، حیرت انگیز می باشد. کاربرد مدل های اصول شناخته شده پایداری در ساختار مدل های تئوریک سیستم های غیرتعادلی نه چندان شناخته شده برای یافتن کاربرد وسیع به دوران اولیه مکانیک آماری بر می گردد. خلاصه این فصل به این شکل است: بخش2 نمونه هایی از ابزار گوناگون معرف NEM را نشان می دهد که در حال بررسی هستند. بخش 3، دینامیک کلاسیک سیستم تشدیدگر SET- مکانیکی را با تمرکز روی توصیف موازنه مؤثر در رژیم اتصال ضعیف بررسی می کند. بخش 4، دینامیک موازنه مؤثر برخی دیگر از NEMS معرفی می شده دربخش2 را توصیف می کند. بخش 5 نتیجه گیری می باشد.

2– ویژگی های NEMS:

1-2 NEMS به عنوان ابزارات الکترومکانیک چند قطبی.

تصویر شماره 2 وسیله الکترومکانیکی چندقطبی کلی را نشان می دهد که در آن مبدل های الکترومکانیکی محرک مکانیک ورودی را برای سیستم فراهم کرده و پاسخ مکانیکی اش را مورد مطالعه قرار می دهند. در قطب های کنترل اضافی، سیگنال های الکتریکی، به ظاهر استاتیک و متغیر زمانی می تواند بکار گرفته شود و نتیجتا با کنترل مبدل ها به نیروهایی برای برهم زدن ویژگی های عنصر مکانیکی تبدیل می شود.

ابزارات NEMS تصاویر کلی توصیف شده در بالا را ارائه می دهد. ما بعدا می توانیم NEMS های موجود را به دو دسته تشدیدشده و ظاهرا استاتیک تقسیم کنیم.

شکل 3- نمودار معرفی وسایل الکترومکانیکی چند ترمینالی

تصویر 2 a) تقطیق ریز نگار الکترون از Sic NEMS . این اولین خانواده از ریز میکرون دو پرتو کنارهم که فرکانس های تشدیدی موجی بنیادین آن از دو تا 134 مگاهرتز نمایش داده می شود. آنها با الگوها در تکنولوژی کالری از C-Sic 3 بودند که لایه های epi به حالت دانشگاه غربی اختصاص داده شد. b) سطح نانو ماشین NEMS ساخت آن به غیر از ساختمان نیمه هادی شروع شد. از چنین واحد نشان داده شده در I) با ساختمانی (بلند) از دست دادن (وسط) لایه های روی سر یک زیر لایه (پائین). II) ابتدا ماسک از طریق پرتو لیتوگرافی الکترون تعیین می شود. III) سپس به طور نمونه در لایه از دست داده با استفاده از سیاه کردن یک ناهمسانگر مانند سیاه کردن پلاسما IV) سرانجام لایه از دست داده شده تحت ساختمان با استفاده از سیاه انتخابی رفع می شود. ساختمان می تواند بعد یا در مدت فرایند وابسته به نیازمندیهای سنجش مخصوص فلز کاری شود.

در این بازنگری توجه ما در ابتدا بر ابزارات تشدید به عنوان ابتدایی ترین کاربردهای NEMS می باشد مبدل های ورودی در NEMS های تشدیدی، انرژی الکتریکی را با تحریک کردن حالت های تشدیدی عنصر مکانیکی به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند. پاسخ مکانیکی که جابه جایی عنصر نامیده می شود به سینگنال های الکتریکی بازگردانده می شود. در این حالت تشدید عملیات اختلالات خارجی می تواند به عنوان سینگنال های کنترلی مورد نظر قرار گیرد چرا که آن ها ویژگی های ارتعاشی چون شدت فرکانس π ωo/2 یا Q عنصر ارتعاشی را توصیف می کنند. ماباید مکانیسم های تبدیل های الکترومکانیکی در NEMS را مورد بحث و بررسی قرار داده وبرای اندازه گیری اختلال خارجی که در بخش چهار مورد مطالعه قرار می گیرد مثال بیاوریم.

2-2 فرکانس

در تصویر شماره 4، ما فرکانس های بدست آمده به طور تجربی را برای حالت های متغیر بنیادین پرتوهای نازک طراحی کرده و برای ابعاد مختلف دامنه را از MEMS به عمق NEMS ادامه می دهیم. تخمین ها مکانیکی زنجیره ای برشمرده می شود، در واقع این بدین مفهوم است که عبارت شدت تغییر فرکانس های نازک پرتوهای NEMS را که به طور مضاعف گیر افتاده اند را تعیین می کند. در اینجا، w×t×l ابعاد موجود هستند، E ضریب یانگ می باشد و P برابر با چگالی حجم پرتو است (تصویر4). قابل توجه است که برای ساختارهای با ابعاد مشابه، si فرکانس های ضریب 2 را بوجود آورده و sic چیزی است که 3 برابر میزان بدست آمده از ابزارات GaAs می باشد. این افزایش ولوسیته فاز افزایش یافته را در مواد سفت تر نشان می دهد.

البته ، حتی اگر در سایز کوچکتر از این نیز قرار داشته باشد هنوز ملموس است به خصوص برای نانووایر و نانوتیوپ NEMS این مسئله دقیقا صدق می کند. ممکن است بپرسید که در چه مقیاسی مکانیک زنجیره وار شکسته شده و تصحیح رفتار اتمی صورت می گیرد؟ شبیه سازی دینامیک ملکولی برای ساختارهای ایده آل و آزمایش های اولیه نشان می دهد که این فقط برای ساختارهای بر روی نظم ده شبکه لتیس در برش عرضی آشکار می گردد. بنابراین برای بیشتر کارهای اخیر در NEMS، تخمین های زنجیره ای موجود کافی به نظر می رسد.

در اکثر NEMS ها به خصوص در ساختارهای دو یا چند لایه ای، فشارهای داخلی باید هنگامی که فرکانس های شدت تخمین زده می شود در نظر گرفته شود. تصویر 5 تلاش اولیه ما را برای مشخص کردن چنین تأثیراتی در NEMS های نیمه رسانا با لایه های رویی فلزی نشان می دهد. در این اندازه گیری ها نیروهای ایستایی کوچک برای شدت های پرتو نانومکانیکی گرفته شده بکار بسته می شود و فرکانس های تشدیدشان تحت عنوان تابع نیروی اعمالی بکار گرفته شده ارزیابی می شود. تغییرات فرکانس تحریک شده به خصوص هدایت ظاهری آن که با تغییر همراه شده است توسط وجود فشار داخلی مقاوم ثابت می گردد.

شکل 4: طرح فرکانس در مقابل هندسه موثر برای دودسته پرتو کنارهم که از تک کریستالSi Sic G_aAs ساخته می شودی دودسته پرتو کنارهم با طول L عرض w و ضخامت t نشان می دهد. فرکانس تشدیدی انعطافی خارج از سطح بنیادی این ساختار با این عبارت معین شده است در طرح مقادیر t/L² برای رفع اثر سختی اضافی و بارگیری جرمی به خاطر فلز سازی الکترود غیرعادی می شود.

3-2 ضریب کیفیت (Q)

ضریب Q که در نیمه رساناهای NEMS بدست آمده اند در رنج 10⁵- 10³ وجود دارند. این از لحاظ نوسانگر الکتریکی از بقیه دسته های موجود فراتر می رود. این مقدارناچیز اتلاف انرژی داخلی، سطوح قدرت اجرایی پایین و حساسیت بالا را چنانکه در بخش بعد به طور دقیق توضیح خواهیم داد به NEMS منتقل خواهد کرد.

برای ابزار پردازشگر سیگنال، Q بالا به طور مستقیم به کاهش ضمیمه زیر بر می گردد. باید توجه باشیم که Q بزرگی کاهش پهنای باند را نتیجه می دهد در حالی که این به دو دلیل برای اجرا از میان بخش نمی باشد. اولین دلیل کنترل بازخورد است که می تواند بدون معرفی و سروصدای اضافی بکار بسته شود و ممکن است برای افزایش پهنای باند تا حد دلخواه مناسب باشد. دوم اینکه، برای عملکرد مبدل در GHZ 1 ~ حتی در مورد Q با میزان بالا 10 ~ ، عرض های معادل KHZ 10 ~ نیز می تواند بدست آید؛ این برای کاربردهای مختلف باندهای باریک نیز کافی می باشد.

4-2 مشخصه عملکرد توان عملیاتی

درک حداقل قدرت اجرای P min برای وسیله NEMS تشدیدی می تواند توسط درک اینکه مبدل به طور ساده یک وسیله ذخیره انرژی از دست رفته است بدست آید. انرژی که به وسیله منتقل میگردد و در فواصل زمانی Q/ω0 ~ T اتلاف می شود فرمان شروع و پایان مبدل خوانده می شود. حداقل توان عملیاتی برای سیستم به عنوان انرژی که سیستم را در دانه های قابل مقایسه با آن دسته از نوسانات گرمایی،تحریک می کندبا تعیین K_BT نوسانات گرمایی حداقل قدرت ورودی می تواند توسط فرمول زیر تخمین زده شود.

(1) P min ~kBTΩo/Q

برای وسیله NEMS که امروزه از طریق لیتوگرافی پرتو در دسترس می باشد، ویژگی سطح قدرت پایین در ردیف(10^17w)10aw قرار دارد. حتی اگر ما این مقدار را در ضریب 1000000 ضرب کنیم وبعد از آن عملکرد یک میلیون از چنین ابزاری برای درک بعضی از سیستم های محاسبه یا پردازشگر مکانیکی بر اساس NEMS که در آینده بکار می رود را مشاهده کنیم، سطوح قدرت سیستم کلی هنوز بر اساس µw 1 قرار دارد. این 6 مرتبه مقدار پیچیدگی کمتری از اتلاف قدرت در سیستم های جریان مشابه مبنی بر ابزارات دیجیتالی است که در محدوده الکترونیکی به تنهایی کار می کنند.

5-2 پاسخ گویی ( واکنش پذیری)

این امکان وجود دارد که تکنولوژی MEMS با مقیاس کوچک را برای بدست آوردن فرکانس های بالا به کار بگیریم . این شیوه ، با این وجود دارای مضرات جدی و قابل ملاحظه ای می باشد که درک محدوده کامل توانایی هایی که توسط تکنولوژی NEMS ارائه شده است را محدود می کند. برای تشریح این مقوله ما باید مجددا بحث مان را بر روی پرتوهای گرفته شده به طور مضاعفL/t L/W معطوف کنیم. دستیابی به فرکانس بالا با ساختارهای با مقیاس میکرون فقط با نسبت های کوچک واحد ترتیبی اتفاق می افتد. چنین هندسه هایی مقدار ثابت نیروی بالایی keff را به وجود می آورند.

تصویر 5) اندازه گیری فشار و کشش داخلی در مبدل های پرتو نانوالکترونیک در اینجا پرتو در معرض نیروی F_dcو همچنین نیروی تحریک کوچک در اطراف فرکانس شدت قرار دارد. تأثیر شبکه تغییر ω δ در ω_o می باشد. F_dcتوسط عبور جریان dc در طول پرتو در رشته مغناطیسی ایستا تولید می شود. تغییر فرکانس داده های Sω/ωo در مقابل F_dcدر طول واحد پرتو IdcB برای سه مقاومت مغناطیسی مختلف B به وجود می آید. انحنای واضحی که در پایین ترین قسمت قرار دارد و دارای ارزش می باشد می تواند به تأثیر گرمایی نسبت داده شود چرا که برای بدست آوردن F_dcمشابه، J_dcبزرگتر در B پایین تر مورد نیاز است. آنالیز ساده با استفاده از تئوری الاستیکی نشان می دهد که ω δ مثبت است و در اطراف F_∂c═0 در مبدل پرتو بدون فشار به طور متقارن وجود دارد. یک مبدل با فشار داخلی، با وجود این، یک تغییر را در ω/ωoδ به وجود می آورد که با داده های ارائه شده ثابت می گردد.

Keff بزرگ می تواند به ترتیب بر موارد زیر تأثیر بگذارد : الف) دامنه دینامیک قابل دسترسی ب) توانایی هماهنگی ابزار با استفاده از سیگنال های کنترل پ) کسب حداکثر Q (از طریق به حداقل رساندن اشعه های صوتی به پشتیبانی یعنی محار کردن تلفات) و ت) سطوح تحریک شده مورد نیاز برای القای پاسخ های غیرخطی. تمام این ویژگی ها در بعد و متغیر ساختارهای نسبی بهینه سازی می شود یعنی ساختارهای با هندسه هایی که اخیرا در MEMS مورد استفاده قرار می گیرد اما در تمام جهات ابعاد مقیاس نانوNEMS را کاهش می دهد: Keff محاسبه شده و سایر پارامترهای حائز اهمیت برای NEMS های مختلف در طول ابعاد شان در جدول شماره 1 آورده شده است.

جدول 1: ویژگی های مهم برای خانواده ای از پرتوهای δi باگیر کردن مضاعف با p=10000 در T=300K مقدار ثابت نیروی موثر K_eff= 23 Et³ w/L³ برای بارگیری نقطه ای در مرکز پرتو تعیین می شود. دامنه غیر خطی <X_C> با استفاده از معیار توصیف شده در متن مشخص شده است. دامنه دینامیکی خطی محدود ترمومکانیکی برای عرض نواراصلی پرتو محاسبه­می شود­جائیکه جرم موثر برای حالت اساسی است که M_tot کل جرم پرتو است.

بررسی انکدر دوار که انکدور محور (‌Shaft encoder)

بررسی انکدر دوار که انکدور محور (‌Shaft encoder)

دسته بندی	مکانیک
فرمت فایل	doc
حجم فایل	22 کیلو بایت
تعداد صفحات	21

برای دانلود فایل روی دکمه زیر کلیک کنید
دریافت فایل

انکدر دوار :

انکدر دوار که انکدور محور (‌Shaft encoder) نیز نامیده می شود عبارتست از یک دست الکترومکانیکی که برای تبدیل موقعیت زاویه‌ای (θ) یک محور انتقال به یک کمیت آنالوگ و یا یک کد دیجیتال استفاده می شود این وسیله که در واقع نوعی ترانزیستور( مبدل ) به شمار می آید : در جاهایی چون رباتیک ،‌در بالای لنزهای عکاسی ، در دستگاه های ورودی کامپیوتر ( از قبیل موس های اپتومکانیکی و...) و در ایستگاه های رادار دوار استفاده می گردند .

این دستگاه ها دو نوع عمده دارند : نوع مطلق (absolute type) و نوع افزایشی (Ineremental)

انکدر دوار مطلق :

ساختمان انکدر

نوع دیجیتال آن به ازای هر زاویة‌مشخص از محور (θ) یک کد دیجیتال منحصر به فرد ایجاد می کند . یک ورق فلزی ( برش یافته با مکانیسمی پیچیده ) به یک دیسک جدا کننده که کاملاً‌با محور درگیر می باشد چسبیده شده است .

یک سری کنتالتهای لغزان بر روی یک هستة ساکن فیکس شده اند . به طوری که هر کنتاکت در مقابل ورقة‌فلزی در فواصل مختلف از محور جاروب می شود. هنگامی که دیسک به همراه محور می چرخد تعدادی از کنتاکت ها با ورق فلزی در تماس قرار می گیرند . درحالی که بقیه در درون gap قرار می گیرند جایی که ورقه دارای شیار (‌بریدگی ) است این ورقة‌ فلزی به یک منبع جریان الکتریکی وهر کنتاکت به یک سنسور الکتریکی مجزا متصل است . ورقه فلزی طوری طراحی شده است که هر موقعیت زاویه‌ای ممکن برای محول تولید یک کد باینری منحصر به فرد می کند که در آن برخی کنتاکت ها به منبع جریان متصل می شوند . و دیگر کنتاکتها در حالت Off باقی می مانند. این کد را می توان توسط قطعات کنترلی از قبیل میکروپروسسور ، برای مشخص کردن زاویة محور ( Shaft) دیگر کرد .

آنکدر آنالوگ مطلق یک کد آنالوگ دوتایی منحصر به فرد تولید می کند که می تواند با استفاده از الگوریتم های خاص به صورت موقعیت زاویه‌ای مطلق محور دیگر شود .

انکدینگ باینری استاندارد :

انکدر دوار برای دستگاه های اندازه گیری زاویه ، 3 بیتی هستند . درونی ترین حلقه معادل کنتاکت 1 در جدول است سکتورهای سیاه On هستند درجه های صفر در سمت راست و افزایش زاویه در جهت پادساعتگرد است . مثالی از کد باینری در یک انکدر بسیار ساده با سه کنتاکت در زیر نشان داده شده است .

Angle	Contact3	Contact2	Contact1	Sectore

در حالت کلی ، اگر n‌، کنتاکت وجود داشته باشد، تعداد موقعیت های مجزای محور برابر 2ⁿ خواهد بود در این مثال n‌برابر 3 و لذا 2³=8 موقعیت مختلف می توان برای محور در نظر گرفت .

در انکدر ارائه شده در مثال فوق ، کنتاکتها یک شمارش باینری استاندارد به عنوان چرخش های محور تولید می کنند . البته یک مشکل وجود دارد و آن اینکه چنانچه دیسک در بین دو سکتورمجاور قرار گیرد و یا به عبارت دیگر کنتاکتها به طور کامل در یک خط قرار نگیرند‌، امکان تعیین زاویة محور وجود نخواهد داشت . برای روشن شدن این مسئله ، حالتی را در نظر بگیرید که زاویة‌محور از 179.9º به 180.1º تغییر میکند (‌تغییر حالت از سکتور 3 به سکتور 5) در این حالت چه اتفاقی می افتد ؟

در چند لحظه طبق جدول فوق ، طرح کنتاکتها از حالت OFF-ON-ON به حالت ON- OFF- OFF تغییر می یابد . اما در واقع این اتفاق نمی افتد در یک سیستم عملی ، کنتاکتها هرگز کاملاً در یک خط قرار نمی گیرند .

و بنابراین هر کدام در یک لحظه متفاوت سوئیچ می شوند نه به طور همزمان . چنانچه ابتدا کنتاکت 1 سوئیچ شود به دنبال آن کنتاکت 3 و سپس کنتاکت 2 سوئیچ می شود .

برای مثال ترتیب واقعی کدها به صورت زیر خواهد بود :

در حالت ابتدایی	OFF-ON- ON
حالت اول :‌کنتاکت ON1 می شود	ON- ON - ON
حالت دوم : کنتاکت OFF3 می شود	ON – ON – OFF
حالت سوم : کنتاکت OFF2 می شود	ON- OFF- OFF

حال به سکتورهای متناظر با این کدها در جدول دقت کنید . به ترتیب داریم 7.8.4 و سپس 5.

بنابراین با توجه به ترتیب کدهای تولید شده ، به نظر می رسد که محور از سکتور 4 به سکتور 8 پرش کرده است و سپس به عقب برگشته (‌به سکتور 7) ودر نهایت باز هم به عقب بر می گردد ( سکتور 5) و این جایی است که انتظار می رفت محور در آنجا یافت شود . در بسیاری از مواقع ، این رفتار نامطلوب است و می تواند منجر به خرابی سیستم گردد. برای مثال ، چنانچه انکدر در بازوی یک ربات استفاده شود ، کنترلر ممکن است فکر کند که بازو در موقعیت اشتباه قرار گرفته است و در نتیجه با چرخش آن حول و حوش 180º سعی در تصحیح خطای مذکور نماید که این امر ممکن است منجر به آسیب دیدن بازوی ربات گردد.

گری انکدینگ Gary en coding

انکدر دوار برای دستگاه های اندازه گیری زاویه توسط 3 بیت کدگری منعکس شدة باینری مشخص می شوند دورنی ترین حلقه متناظر با کنتاکت 1 در جدول است سکتورهای سیاه on هستند درجه های صفر در سمت راست و افزایش زاویه در جهت پادساعتگرد است.

برای رفع مشکل موجود در انکدر ارائه شدة قبلی از گری انکدینگ استفاده شده است.

این یک سیستک باینری شمارش است که در آن دو کد مجاور تنها در یک مکان اختلاف دارند برای مثال سه کنتاکت ارائه شده قبلی ، نسخة کد شده باکری چنین خواهد بود :

Angle	Contact3	Contact2	Contact1	Sectore

در این مثال انتقال از سکتور 4 به سکتور 5، مانند دیگر انتقالها ، شامل تغییر حالت یک کنتاکت از حالت on‌به off و یا برعکس می باشد این بدان معناست که ترتیب کدهای اشتباه نشان داده شده در مثال قبل در این حالت نمی تواند رخ دهد .

انکدر دوار افزایشی incremental rotary encoder

انکدرهای دوار افزایشی ، به عنوان انکدر های ربعی quadrature encoder نیز شناخته می شوند . این نوع انکدرها (‌که انکدرهای دوار اضافی relative rotary encodery نیز نامیده می شوند. دارای دو خروجی هستند که خروجی های ربعی نام دارند. آنها می توانند به دو صورت مکانیکی یا نوری باشند . در نوع نوری دو track کد شده باگری وجود دارد ، در حالی گرانکدرهای از نوع مکانیکی دارای دو کنتاکت هستند که توسط بادامک های روی محور گردان تحریک می شوند . این نوع انکدرها نیاز به debouance دارند و نوعاً به عنوان پتانسیومترهای دیجیتال روی تجهیزات شامل دستگاه های مصرف کننده استفاده می شوند. امروزه اغلب برای استریوهای جدید خانگی و یا اتومبیل از انکدرهای دوار مکانیکی جهت صوت استفاده می کنند. به خاطر این واقعیت که سوئیچ های مکانیکی به debouncing نیاز دارند‌، انواع مکانیکی آنها تنها به حرکت های دورانی محدود شده اند.

انکدرهای دوار افزایشی به سبب پایین بودن قیمت شان ( فقط به دو سنسور نیاز دارند ) نسبت به سایر انکدرها‌، بسیار بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. این واقعیت که انکدرهای افزایشی تنها از دو سنسور استفاده می کنند، خللی در دقت آنهاایجاد نمی کند. طوری که هم اکنون می توان انکدرهای افزایشی با بیش از 000/10 شمارش در هر دور چرخش در بازار یافت .

این انکدر می تواند دارای سه خروجی دلخواه باشد . خروجی مرجع که به ازای هر چرخش یک بار رخ می دهد و در مواردی کاربرد دارد که نیاز به یک مرجع مطلق باشد ، به طور مثال سیستم های موقعیت سنج .

نوع اپتیکال (‌نوری ) انکدرها در مواردی کاربرد دارند که با RPM های بالاتر (سرعت‌های بالا) مواجه باشیم و یا در مواردی که درجة دقت بسیار بالا مورد نیاز باشد.

انکدرهای افزایشی به منظور دنبال نمودن حرکت به کار می رود . به علاوه آنها می توانند برای تعیین موقعیت وسرعت نیز به کار روند که این سرعت می تواند سرعت خطی و یا چرخشی باشد. توانایی تشخیص جهت این انکدرها امکان اندازه گیری های بسیار دقیق درموارد مختلف را به وجود می آورد .

برسی معرفی انواع کمک فنرها و لرزه گیرها

برسی معرفی انواع کمک فنرها و لرزه گیرها

دسته بندی	مکانیک
فرمت فایل	doc
حجم فایل	5.117 مگا بایت
تعداد صفحات	78

برای دانلود فایل روی دکمه زیر کلیک کنید
دریافت فایل

فصل اول:

معرفی انواعکمک فنرها

و لرزه گیرها

سیستم تعلیق

لرزش‌های پی‌درپی بدنه خودرو سبب خستگی راننده و سرنشینان می‌شود. در پی آن کارایی و بازدهی رانندگی و عمر مفید خودرو کاهش یافته و سلامتی انسان به خطر می‌افتد. بنابراین مدل‌سازی مود سواری خودرو و به سازی پاسخ لرزشی آن با بهره‌ از میراینده‌های ارتعاشی از دیدگاه‌های مهم در طراحی خودرو بوده، که آسایش سرنشین، افزایش دوام خودرو، ایمنی و افزایش کنترل خودرو را به دنبال دارد.

خاصیت میرایش ارتعاشات و لرزش‌ها و رفع بعضی از اغتشاشات حرکت در خودرو و حفظ بعضی ویژگی‌های مناسب جهت ایمنی،‌ از ویژگی‌های مناسب مکانیکی است که انجام آن با یک وسیله مکانیکی امکان‌پذیر است . مجموعه مشخصی که فراهم‌گر هدف بالا است، سیستم تعلیق نام دارد. این مجموعه قلمرو وسیعی را با خواص و وظایف متفاوت در بر دارد.

نقش سیستم تعلیق در خودرو مهار چرخ در فضا (در سه راستای Z Y X) و فراهم کردن حرکات خطی و زاویه‌ای مناسب آن است . نیز چرخ‌ها را به صورت تکیه‌گاهی امن در زیر خودرو نگاه می‌دارد به گونه‌ای که چرخ‌ها توان مهارسازی نیروهای اعمالی به خودرو (گرانش، گریز از مرکز، نیروهای رانشی و ترمزی و ...) را داشته باشند. ویژگی‌های سختی و میرایی تعلیق بایستی چنان برگزیده شوند که پایداری و آسایش خودرو تامین گردد.

برای پی بردن به جایگاه سیستم تعلیق، خودرو را در سه حالت زیر در نظر می‌گیریم :

بی‌تعلیق : بدون سیستم تعلیق، تایر و بدنه معلق می‌باشند. در نتیجه هر ناهمواری در سطح جاده ، به سرنشینان خودرو منتقل خواهد شد.

با تعلیق و بی‌لرزه‌گیر : در این حالت تایر به زمین چسبیده ولی بدنه معلق می‌باشد. در نتیجه بدنه خودرو به طور مداوم به بالا و پایین نوسان می‌کند.

با تعلیق و لرزه‌گیر : در این حالت تایر و بدنه به زمین چسبیده است و لرزه‌گیر، نوسانات فنر را دفع می‌نماید چرخ‌‌ها به راحتی به بالا و پایین حرکت کرده و پایداری، اطمینان و راحتی خودرو را در پی خواهد داشت.

شکل 1 ـ مقایسه خودرو بدون تعلیق، با تعلیق بدون لرزه‌گیر و با تعلیق کامل

زیر بخش‌های عمده سیستم تعلیق شامل تایر،‌ فنر و لرزه‌گیر می‌باشد که وظیفه آنها برقراری تماس بین چرخ و زمین، ایمنی و راحتی سرنشینان می‌باشد. نیز برای کاهش و در صورت امکان حذف سر و صدا و ارتعاشات، موادی چون لاستیک، چرم، اسفنج،‌ فنرهای متفاوت (مارپیچی، شمشی و میله‌های پیچشی) و ضربه‌گیرهای مختلف (اصطکاکی، هیدرولیکی و گازی) به کار می‌رود.

زیربخش‌های سیستم تعلیق

فنر

فنر عنصری انرژی دهنده و گیرنده می‌باشد که بر اثر تغییر شکل کشسان انرژی پتانسیل آن تغییر می‌کند. در یک سیستم مکانیکی سختی نمایانگر ویژگی‌های فنریت آن است.

در تعیین ویژگی‌های فنریت سیستم‌های مکانیکی باید انعطاف‌پذیری قطعات را نیز لحاظ کرد. محاسبه سختی مؤثر یک مجموعه به سادگی و با بهره از قانون برآیند فنرها امکان‌پذیر است. اگر دو عضو به صورت سری قرار گرفته باشند، آنگاه فنر معادل به قرار زیر است :

(1-1)

اگر دو عضو به صورت موازی قرار گرفته باشند، آنگاه فنر معادل به قرار زیر است:

(1-2)

شکل 2 ـ روش‌های مختلف سرهم‌بندی فنر : روش موازی، روش سری و روش پیچشی

ویژگی‌های مکانیکی فنر

فنرها بر پایه رفتار و ویژگی‌های نیرویی به دو دسته خطی و ناخطی تقسیم می‌شوند. در بیشتر فنرها، نیروهای فنر تابعی از تغییر شکل آن به قرار زیر است :

(1-3)

از آنجا که چرخش این میدان صفر است، بنابراین یک میدان نیروی پایستار است. تابع پتانسیل (انرژی پتانسیل) این میدان پایستار به قرار زیر است :

(1-4)

(1-5)

دسته‌بندی فنرها

فنرها گونه‌های مختلفی دارند، که انواع پرکاربرد آن در صنعت به قرار زیر است :

فنر مارپیچ

فنر مارپیچ مفتولی فولادی است که به صورت حلقه‌ای پیچانده شده است (شکل ). فنر مارپیچ برای مقاومت در برابر بارهای کششی، فشاری یا پیچشی ساخته می‌شود. سختی یک فنر مارپیچ به قرار زیر است :

(1-6)

d : قطر مفتول فنر

N : تعداد حلقه‌های فنر

R : شعاع میانگین فنر

G : مدول برشی

شکل 3 ـ ساختار فنر مارپیچ

شکل 4 ـ گونه‌های مختلف انتهای فنر مارپیچ

فنر مارپیچ نرم‌تر از فنر تخت است، یعنی دارای سختی کمتری می‌باشد. این گونه فنرها کاربرد فراوانی در سیستم‌های تعلیق خودرو دارا می‌باشند. فنرهای مارپیچ به کار رفته در سیستم تعلیق بیشتر به صورت عمودی نصب می‌شوند و بنابراین به فضایی مناسب نیاز دارند. اصطکاک در این گونه فنرها ناچیز و تنها در محل تماس فنر با بدنه مطرح است. تنش اصلی ایجاد شده در این گونه فنرها تنش برشی است، اگر چه کمی‌هم در اثر خمش دچار تنش می‌گردند.

فنرهای مارپیچ بهترین خاصیت را برای جذب انرژی ناشی از حرکات ارتعاشی خودرو دارا می‌باشند و از این نظر بهترین کارایی را دارند. فنرهای مارپیچ اجازه انحرافهای بزرگتری را نسبت به فنرهای تخت می‌دهند و بنابراین آسایش و نرمی‌بیشتری را نسبت به فنرهای تخت برای سرنشین خودرو فراهم می‌آورند. امروزه در سیستم تعلیق جلو و پشت سواری‌ها فنر مارپیچ بکار می‌رود و دیگر از فنرهای تخت استفاده نمی‌شود.

شکل 5 ـ گونه‌های مختلف اتصال و قرارگیری فنر مارپیچ

فنرهای پیچشی

در فنرهای پیچشی تغییر شکل زاویه‌ای سبب ایجاد گشتاور پیچشی است. رابطه نیرو و جابجایی در فنرهای پیچشی به قرار زیر است :

(1-7)

میله پیچشی

میله پیچشی محوری فولادی است که در برابر گشتاور پیچشی قرار گرفته و تغییر شکل آن زاویه‌ای است.

شکل 6 ـ نمای هندسی فنر پیچشی

میله پیچشی بیشتر در سیستم‌های تعلیق جداگانه به کار می‌روند، که از یک سو به شاسی متصل بوده و از سوی دیگر توسط یک بازو به چرخ متصل می‌شود و این بازو رابطی است میان لرزش‌های خطی چرخ و لرزش‌های زاویه‌ای میله پیچشی . سختی این گونه فنرها از دو بخش زیر شکل یافته است :

سختی پیچشی میله K_φ

سختی خمشی بازو K_b

این دو بخش به صورت سری قرار گرفته‌اند و بنابراین سختی کل به قرار زیر است :

(1-8)

میله پایدارنده

یکی از زیربخش‌های مهم سیستم تعلیق میله‌های پایدارنده است، که برای افزایش پایداری به کار می‌رود. نمونه‌ای از میله‌های پایدارنده، میله‌ای است که میل موج گیر (میله پادغلت) نامیده می‌شود. میل موج گیر میله‌ای فلزی است که به دو بازوی کنترلی چرخ‌های درونی و بیرونی متصل می‌شود. هنگام افت و خیز یکی از چرخ‌ها، میل موج‌گیر حرکت را به چرخ دیگر انتقال می‌دهد. میل موج گیر یک تراز بالا در هنگام رانندگی ایجاد می‌کند و سبب کاهش حرکات لرزشی در هنگام چرخش خودرو است . با توجه به پارامترهای طراحی میل موج‌گیر می‌توان تا 15 درصد در برابر حرکت غلتشی خودرو در هنگام چرخش ایستادگی کرد. میله پادغلت در واقع نوعی فنر پیچشی است با این تفاوت که در سیستم‌های یکپارچه نصب شده و تنها در برابر غلتش نسبی محور و شاسی واکنش نشان می‌دهد.

کاربرد میله‌های پادغلت در سیستم تعلیق

هنگامی‌که بدنه می‌غلتد و یا یکی از چرخ‌ها روی دست‌انداز یا درون چاله قرار می‌گیرد، میله پادغلت سبب افزایش سختی فنریت تعلیق است، یعنی فنریت آن را کاهش می‌دهد. هنگامی‌که خودرو در راستای مستقیم حرکت می‌کند، میله پادغلت، سبب نرمی‌فنریت تعلیق شده و بنابراین خوش سواری خودرو را بهبود می‌بخشد.

میله پادغلت یک میله پیچشی می‌باشد که به چند بخش تقسیم شده است و به صورت کناری و با یاتاقان و بوش‌های لاستیکی به بدنه لولا می‌شود و همینطور از دو طرف به بازوهای لنگیده متصل شده است.

کارکرد میله پادغلت

اگر افت و خیز چرخ‌ها برابر باشد، آنگاه بازوهای لنگیده همسو بوده و بنابراین میله پادغلت نقشی در سختی غلتشی محور نخواهد داشت.

اگر افت و خیز چرخ‌ها برابر نباشد ، به طور نمونه چرخ راست روی برآمدگی قرار گرفته و بالا رود، در این حالت بازوی کنترل سمت راست بالا رفته و سبب گردش بازوی لنگیده چسبیده به آن سوی راست می‌شود. اما بازوی لنگیده سمت چپ تغییر نکرده و بنابراین تفاوت زاویه گردش بازوهای لنگیده سبب ایجاد گشتاور در میله پادغلت می‌شود و بنابراین نیرویی رو به بالا در سمت چپ بدنه ازطریق یاتاق‌های بوش های لاستیکی اعمال می‌شود و بنابراین سمت چپ بدنه به بالا می‌رود. بنابراین سمت راست چرخ‌ها بالا رفته و بنابراین بدنه بالا می‌رود و در سمت چپ کشش میله پادغلت سبب بالا رفتن بدنه می‌شود. بنابراین بدنه بدون غلتش در موقعیت بالاتری قرار می‌گیرد. بنابراین وظیفه میله پادغلت جلوگیری از غلتش و کجی بدنه با تغییر ارتفاع آن است.

فنر تخت

فنر تحت در هر دو سیستم تعلیق جلو و پشت به کار می‌رود. این فنرها به صورت کناری نیز به کار می‌روند و با این طرح وسط فنر به اسکلت متصل شده و هر یک از دو انتهای آن یک چرخ را نگهداری می‌کند. طرز عمل این فنرها مانند تمام فنرهای تخت است موقعی که چرخ با یک برآمدگی برخورد می‌کند فنر به بالا خم می‌شود ضربه را مستهلک می‌نماید و برعکس هنگامی‌که چرخ در یک گودی می‌افتد به طرف پایین خم می‌شود بدین ترتیب فنر تخت در وسایل نقلیه مانند فنر مارپیچی عمل می‌کند فنرها معمولا به طور مکانیکی با وسائلی از قبیل بالشتک و بوش لاستیکی از بدنه عایق‌بندی شده‌اند این عمل از انتقال لرزشها به اسکلت و بدنه جلوگیری می‌کند.

در حالت معمول این فنرها بصورت چند لایه می‌باشند که بزرگترین فنر را شاه‌فنر می‌گویند و لایه‌های دیگر فنر نسبت به شاه فنر کوچکتر می‌باشند و به کمک میله‌ای در وسط به یکدیگر متصل شده‌اند و به وسیله گیره‌های مخصوصی از لغزیدن آنها در جهات مختلف جلوگیری می‌شود. در فنرهای شمشی شاه فنر به کمک میله یا بوش در یک طرف به قاب وصل می‌شود و از طرف دیگر به کمک میله U شکل که گوشواره نامیده می‌شود به رام خودرو متصل می‌گردد. این گوشواره تغییر طول فنر را در اثر نوسان آن فراهم می‌سازد. همچنین بوش به کار رفته در این فنرها برنجی می‌باشد که به کمک گریس از سایش آن جلوگیری می‌شود. البته در خودروهای سبک از لاستیک هم استفاده می‌شود.

شکل 7 ـ ساختار فنر تخت

لایه‌های دیگر فنر تخت نسبت به شاه‌فنر انحنای بیشتری دارند و برای بستن آنها پیش‌بار (فشار اولیه) به کار می‌رود. این فشار اولیه سبب میرایش ضربات و لرزش‌های فنر می‌گردد. این ویژگی یکی از برتری‌های فنر تخت است.

شکل 8 ـ روشهای گوناگون اتصال فنر تخت

برای سهولت نگهداری فنرها آنها را در تکیه گاههای لاستیکی مفصل می‌کنند. این مفصل‌ها معمولا از دو بوش تشکیل شده‌اند که میان آنها لاستیک ریخته شده است. لاستیک به بوش درونی توان گردش و خاصیت لرزه گیری را می‌دهد. برای سادگی لغزش لایه‌های فنر روی یکدیگر و نیز افزایش ویژگی‌ لرزه‌گیری آنها میان لایه‌ها قشری از روغن گرانیتی قرار می‌دهند، نیز این غشا از زنگ زدگی فنر جلوگیری می‌نماید. می‌توان بجای روغن از ورقه‌های مخصوص پلاستیکی استفاده کرد. برای جلوگیری از نفوذ رطوبت و گرد و غبار به فنر،‌آن را در پوششی از لاستیک قرار می‌دهند. شکل زیر یک فنر تخت و قطعات متصل به آن را نشان می‌دهد.

شکل 9 ـ شعاع مؤثر فنر تخت

فنرهای تخت به صورت طولی در قسمت جلو توسط پیش و بوش و برنجی و لاستیکی به شاسی متصل می‌شود و در اتصال ناحیه عقب از یک محور گردان (گوشواره‌ فنری) استفاده می‌گردد. با قرار دادن شیکل در سیستم تعلیق پشت می‌توان کم فرمانی خودرو را افزایش داد.

شکل 10 ـ ابعاد فنر تخت

دلایل کاربرد اتصال گوشواره‌ای به قرار زیر است :

فنر آزادی حرکت در تمام جهات را داشته باشد.

لاستیک گوشواره موجب جذب ارتعاشات و جلوگیری از منتقل شدن آن به بدنه می‌شود.

در بعضی از طراحی‌ها در اتصال ناحیه پشت برای فنر تخت بجای گوشواره از یک بلوک شیاردار استفاده می‌شود که خود بلوک به بدنه ثابت شده و فنر تخت در داخل شیار حرکت می‌کند در نتیجه طول مؤثر فنر تغییر می‌کند.

کاستی‌های فنر تخت به قرار زیر است :

اصطکاک خشک میان لایه‌های آن که سبب کاهش خوش‌سواری است.

کاهش پایداری کناری به ویژه هنگامی‌که طول فنر را برای افزایش نرمی‌فنریت آنها افزوده‌اند.

شکل 11 ـ تغییر شکل فنر تخت (Wind Up) در برابر گشتاور محور

چند لایه سازی فنر تخت

در طراحی فنر تخت چون هدف تحمل تنش برشی بیشتر می‌باشد پس ممکن است مطرح شود که جنس تیغه‌ها را نرم بگیریم تا تحمل تنش برشی بیشتری را داشته باشد. ولی می‌دانیم وقتی جنس فنر نرم باشد تحمل بار را ندارد و زیر بار خم می‌شود. پس بایستی جنس فنر سخت باشد در نتیجه برای افزایش تحمل تنش برشی، بایستی قطعات فنر را به صورت لایه لایه تهیه کرد. هر چه تعداد تیغه‌ها بیشتر باشد تحمل تنش برشی بیشتری را دارد. در شکل زیر این مطلب به طور وضوح نشان داده شده است.

شکل 12 ـ تاثیر چندلایه سازی فنر تخت برشکست آن

البته علت دیگر چندلایه سازی این است که تنش در میان تیر بیشینه بوده و در دو سر تیر کمترین مقدار خود را دارا است، که رابطه زیر این مطلب را می‌نمایاند :

(1-9)

پس برای برطرف نمودن این نقیصه و همچنین برای اینکه بتوانیم تنش تقریباً یکنواختی در طول تیر داشته باشیم تیر را با سطح مقطع نایکنواخت می‌سازند.

شکل 13 ـ نمودار گشتاور و تنش خمشی در فنر تخت ساده و فنر تخت لوزی گون

اصطکاک خشک

موضوع مهمی‌که در ارتباط با فنرهای تسمه‌ای مطرح می‌شود اصطکاک بین لایه‌ای است. در اثر اعمال بار و تغییر شکل فنر، لایه‌های آن بر روی یکدیگر می‌لغزند و این لغزش تولید اصطکاک می‌کند. راستای نیروی اصطکاک بر خلاف جهت حرکت آن است و مقدار نیروی اصطکاک متناسب با نیروی فنر است. به همین جهت برخلاف اصطکاک ثابت کولمبی که در آن نیروی اصطکاک همیشه ثابت می‌ماند در اینگونه فنرها نیروی اصطکاک از صفر تا یک مقدار ماکزیمم در نوسان است.

فنرهای پیچشی و مارپیچ تقریباً فاقد اصطکاک می‌باشند و به همین دلیل مزیت عمده‌ای نسبت به فنرهای تسمه‌ای دارند، در نتیجه تمایل به استفاده از فنرهای پیچشی و مارپیچ افزایش یافته است.

دلیل دیگری که استفاده از فنر پیچشی و مارپیچ را افزون کرده، وزن بیشتر فنرهای تسمه‌ای می‌باشد.

دسته‌بندی فنرهای تخت

فنرهای تخت که به بازار عرضه می‌شوند دو نوع می‌باشد :

ذوزنقه‌ای

در اینگونه فنر پهنای لایه‌ها در تمام طول آن یکسان است، که از نظر ساخت ارزان بوده ولی مواد بیشتری مصرف می‌شود.

شکل 14 ـ فنر تخت ذوزنقه‌ای

سهمی

در اینگونه فنر پهنای لایه‌ها در وسط بیشتر از دو طرف هر لایه است، که از نظر ساخت گران بوده ولی مواد کمتری مصرف می‌شود. بنابراین وزن کمتری دارد و جای کمتری را اشغال می‌کند. این گونه فنرها به شکلهای مختلفی در خودرو استفاده می‌شوند که در شکل 14 نشان داده شده است.

دو لایه مرحله‌ای

در بسیاری از خودروهای سنگین که وزن آنها در حالت بدون بار و با وجود بار تفاوت زیادی دارد، از فنر تخت دو لایه مرحله‌ای (دو ردیفه) استفاده می‌شود. در این فنرها فنرهای پایین به فنر اصلی و فنرهای بالایی به فنرهای کمکی معروفند.

این فنر کمکی تنها هنگامی‌وارد عمل می‌شود که بار سنگینی روی وسیله نقلیه قرار گرفته و یا اینکه چرخ با دست انداز بزرگی در جاده برخورد نماید. هنگامی‌که فنر اصلی تا آخرین حد خود بسته شود، فنر کمکی را به سمت بالا حرکت داده و دو انتهای فنر کمکی به دو زائده تکیه گاه که روی شاسی قرار گرفته است، برخورد می‌کند. در این حالت فنر کمکی نیز خم شده و سختی آن به سختی فنر اصلی افزوده می‌گردد. (شکل 15)

شکل 15 ـ گونه‌های فنر تخت سهموی

شکل 16 ـ فنر تخت دو مرحله‌ای

فنر لاستیکی

فنرهای لاستیکی کاربردهای فراوانی در خودرو دارند. لاستیک جسمی‌سخت شونده است، ینی با افزایش تنش درونی آن، ایستادگی آن در برابر تغییر شکل افزایش می‌یابد. لاستیک در برابر برانگیختگی های پربسامد کم دامنه، جاذب انرژی خوبی است و بنابراین به عنوان جداساز لرزه کاربردهای فراوانی دارد.

پیش بینی ضریب سختی فنرهای لاستیکی برخلاف فنرهای مارپیچی به سادگی امکان‌پذیر نمی‌باشد زیرا :

به ساختار شیمیایی آن وابسته است.

وابسته به زمان و نرخ بارگذاری است (میرایی) .

تابعی ناخطی از بارگذاری است (سخت شوندگی) .

شکل 17 ـ ساختار و چارچوب مختصات اصلی فنر لاستیکی

جنس فنرها

فنرها معمولا از فولاد آلیاژی مخصوص فنر که تمایل سخت کردن است ساخته می‌شود مقدار کربن این فولاد حدود 5/0 درصد است برای فنرهایی که تحت تاثیر بار متوسط واقع می‌شوند این فولاد با منگنز آلیاژ می‌شود و دارای تنش برشی حدود 120 کیلوگرم بر مجذور میلی متر می‌باشد برای بارهای زیاد فولاد، فولاد آلیاژ شده با کرم وانادیوم به کار می‌رود و بدین ترتیب خاصیت ارتجاعی بیشتری به فولاد داده می‌شود. تنش برشی در این نوع فنرها حدود 135 کیلوگرم بر مجذور میلی متر است. فولادهای فنر معمولا در روغن آب داده می‌شوند.