طراحي‌ و ساخت‌ وسايل‌ اعمال‌ نيروي‌ داخلي

-


فهرست‌
 عنوان‌                                     صفحه‌
 فصل‌ 1: مقدمه‌اي‌ بر مكانيزمها    1
1 ـ 1 حركت‌:     2
1 ـ 2 اهرم‌بندي‌ چهار ميله‌:     3
1 ـ 3 علم‌ حركت‌ نسبي‌:     7
1 ـ 4 نمادهاي‌ سينماتيكي‌:     8
1 ـ 5 زنجيره‌هاي‌ شش‌ ميله‌اي‌:     12
1 ـ 6 درجات‌ آزادي‌:     15
1 ـ 7 تحليل‌ تغيير مكان‌: شاخص‌هاي‌ مفيد براي‌ تحليل‌ موقعيت‌ اهرم‌بندي‌ها..21
1 ـ 8 موقعيتهاي‌ محدود و نقاط‌ مرگ‌ يك‌ مكانيزم‌ چهار ميله‌:     27
1 ـ 9 روابط‌ محاسبه‌ زواياي‌ موقعيت‌هاي‌ محدود و موقعيت‌هاي‌ نقطة‌ مركب‌
(روش‌ رياضي‌     30
1 ـ 10 مفهوم‌ حركت‌ نسبي‌:     31
1 ـ 11 مركز آني‌:     34
1 ـ 12 قضية‌ كندي‌:     37
فصل‌ 2: مزيت‌ مكانيكي‌     44
2 ـ 1 مزيت‌ مكانيكي‌:     45
2 ـ 2 روش‌ تحليلي‌ براي‌ تعيين‌ سرعت‌ و مزيت‌ مكانيكي‌:     56
2 ـ 3 كمترين‌ مزيت‌ مكانيكي‌:     59
فصل‌ 3: وسايل‌ اعمال‌ نيروي‌ داخلي      61
3 ـ سنتز وسايل‌ اعمال‌ نيروي‌ داخلي‌:  (Internal Force Exerting Devices Synthesis)     62

فهرست‌
عنوان‌                                                                                      صفحه
 3 ـ 1 سنتز قيچيهاي‌ مركب‌ (Compond Lever ships Synthesis)     62
3 ـ 2 سنتز پرچ‌كنهاي‌ يوك‌ (Yoke Riveters Syntheses)     64
3 ـ 3 سنتز عددي‌ وسايل‌ اعمال‌ نيروي‌ داخلي‌:     66
3 ـ 4 تعداد لينكهاي‌ دوگانه     66
3 ـ 5 سنتز ابعادي‌:     70
3 ـ 6 روشهاي‌ هندسي‌:     70
3 ـ 7 قطبهاي‌ نسبي‌ مكانيزم‌ چهار ميله‌اي‌:     71
3 ـ 8 طريقة‌ يافتن‌ قطب‌ نسبي‌:     73
3 ـ 9 مكانيك‌ كلمپهاي‌ خود قفل‌كن‌: (Toggle clamps Mechanic)     75
3 ـ 10 طراحي‌ كلمپهاي‌ قفل‌كن‌: (Toggle Clamps Design)     78
 فصل‌ 4: تحليل‌ نيرويي    81
4 ـ 1 تحليل‌ نيرويي‌:     82
4 ـ 2 قاب‌ و ماشين‌:     83
4 ـ 3 تحليل‌ نيروي‌ كلمپهاي‌ عمودي‌ و افقي‌     84
 فصل‌ 5: تعريف‌ و تقسيم‌بندي‌ فولادهاي‌ ابزار    88
 5 ـ 1 تعريف‌ و تقسيم‌بندي‌ فولادهاي‌ ابزار:     89
5 ـ 1 ـ 1 فولادهاي‌ ابزار كارگرم‌ (HOT WORK TOOL STEELS)     90
5 ـ 1 ـ 2 فولادهاي‌ ابزار كار سرد (COLD WORK TOOL STEELS    91
 5 ـ 1 ـ 3 فولادهاي‌ابزارمقاوم‌به‌ضربه‌ (SHOCK RESISTING TOOL STEELS)        94


فهرست‌
عنوان‌                                                                                             صفحه‌
5 ـ 1 ـ 4 فولادهاي‌ ابزار آبديده‌ (WATER HARDENING TOOL STEELS).. 94
5 ـ 1 ـ 5 فولادهاي‌ قالب‌ (MOLD STEELS)      95
5 ـ1ـ6فولادهاي‌ابزارهاي‌مخصوص‌ (SPECCIAL-PURPOSE STEELS)   TOOL       96
5 ـ 1 ـ 7 فولادهاي‌ ابزار تندبر (LIGH SPEED TOOL STEELS)      97
5 ـ 2 نقش‌ عناصر آلياژي‌ در فولادهاي‌ تندبر:      100
5 ـ 3 توسعه‌ فولادهاي‌ ابزار:      101
فصل‌ 6: موارد استفادة‌ كلمپها      103
 6 ـ 1 موارد استفادة‌ كلمپها و تاگلها در صنعت‌      104
6 ـ 1 ـ 1 كلمپ‌ بادامكي‌:      104
6 ـ 1 ـ 2 كلمپ‌ مدل‌  F :      105
6 ـ 1 ـ 3 كلمپ‌ كوچك‌ (يا عكس‌ العمل‌ سريع‌)      105
6 ـ 1 ـ 4 كلمپ‌ پنوماتيكي‌:      106
6 ـ 1 ـ 5 كلمپ‌هاي‌ قفل‌ كن‌ افقي‌:      107
6 ـ 1 ـ 6 كلمپ‌ قفل‌ كن‌ عمودي‌:      108
6 ـ 1 ـ 7 كلمپ‌ كششي‌ عمل‌ كننده‌:      108
فصل‌ 7: طراحي‌ و ساخت‌      109
7 ـ 1 طراحي‌ كلمپ‌ فشاري‌:      110
7 ـ 2 طراحي‌ و ساخت‌:      113
7 ـ 2 ـ 1 قدم‌اول‌درساخت‌كلمپ‌موردنظرليست‌تعدادقطعات‌بكاررفته‌دركلمپ ‌است‌.      113
7 ـ 2 ـ 2 تهيه‌ نقشه‌هاي‌ ساخت‌ قطعات‌ و انتخاب‌ جنس‌ مواد      115
7 ـ 2 ـ 3 چگونگي‌ ساخت‌      120
 منابع‌      124

مقدمه‌:
مهندسي‌ بر علوم‌ پايه‌ رياضيات‌، فيزيك‌ و شيمي‌ بنا شده‌ است‌. در اغلب‌ موارد، مهندسي‌ شامل‌ تحليل‌ تبديل‌ انرژي‌ از چند منبع‌ به‌ يك‌ يا چند محصول‌ نهايي‌ مي‌باشد كه‌ با بكارگيري‌ يك‌ يا چند اصل‌ اساسي‌ از اين‌ علوم‌ را شامل‌ مي‌شوند.
از ميان‌ علوم‌ مختلفي‌ كه‌ مهندسي‌ مكانيك‌ در مورد آن‌ بحث‌ مي‌كند تحليل‌ و ساخت‌ وسايل‌ اعمال‌ نيروي‌ داخلي‌ را مي‌توان‌ نام‌ برد.
وسايل‌ اعمال‌ نيروي‌ داخلي‌ نظير قيچيهاي‌ اهرم‌ مركب‌، پرچ‌كنها، مكانيزمهاي‌ قفل‌ كن‌ و غيره‌ كاربرد بسيار زيادي‌ در صنعت‌ دارند و بالطبع‌ طراحي‌ آنها نيز از جايگاه‌ خاصي‌ برخوردار است‌.
در سنتز اين‌ وسايل‌ با استفاده‌ از لينكيج‌هاي‌ كمكي‌ مناسب‌ به‌ 1- F =  براي‌ درجه‌ آزادي‌ با يك‌ لينك‌ ثابت‌ (زمين‌) مي‌رسيم‌.
همچنين‌ نيروي‌ اعمال‌ شده‌ به‌ قطعه‌ كار مطابق‌ با لينكهاي‌ دوبل‌ (عضو دو نيرويي‌) در لينكيچ‌ كمكي‌ هستند. اين‌ لينك‌ براي‌ سنتز قطعات‌ عملي‌ مانند انواع‌ مثالهاي‌ فوق‌الذكر بكار بسته‌ مي‌شوند.
در اين‌ پروژه‌ ضمن‌ مطالعه‌ و شناخت‌ كلي‌ انواع‌ سيستمهاي‌ اعمال‌ نيروي‌ داخلي‌ مانند قيچي‌ها و كملپ‌ها و بررسي‌ و سنتز قسمتهاي‌ مختلف‌ آنها به‌ طراحي‌ و ساخت‌ نمونه‌اي‌ از اين‌ وسايل‌ پرداخته‌ مي‌شود.
در پايان‌ اميدواريم‌ كه‌ در اين‌ پروژه‌ بتوانيم‌ اطلاعات‌ جامعي‌ از اينگونه‌ ابزارها كه‌ نقش‌ مهمي‌ را نيز در قسمتهاي‌ مختلف‌ صنع‌ ايفا مي‌كنند ارائه‌ دهيم‌.


 
 1 ـ 1 حركت‌:
     اكثريت‌ بندواره‌ها نمايانگر حركتي‌ هستند كه‌ تمام‌ اهرمها در صفحات‌ موازي‌ حركت‌ مي‌كنند. اين‌ نوع‌ حركت‌، حركت‌ صفحه‌اي‌ يا دو بعدي‌ ناميده‌ مي‌شود. حركت‌ صفحه‌اي‌ جسم‌ صلب‌ شامل‌ چرخش‌ حول‌ محور عمود بر آن‌ صفحه‌ و انتقالي‌ مي‌باشد كه‌ در آن‌ تمام‌ نقاط‌ جسم‌ در امتداد خطوط‌ موازي‌ و مستقيم‌ يا منحني‌ الخط‌ حركت‌ مي‌كنند به‌ طوري‌ كه‌ تمام‌ خطوط‌ داخل‌ جسم‌ به‌ موازات‌ موقعيت‌ اصلي‌ خود باقي‌ مي‌ماند تركيب‌ چرخش‌ حول‌ سه‌ محور غير موازي‌ و انتقال‌ در سه‌ جهت‌ بسته‌ به‌ قيدهايي‌ كه‌ توسط‌ اتصالات‌ (كروي‌، مارپيچي‌، سيلندري‌ و غيره‌) بين‌ اهرمها اعمال‌ مي‌گردد ممكن‌ مي‌شود.
 
 1 ـ 2 اهرم‌بندي‌ چهار ميله‌:
     بندواره‌ها در انواع‌ متعدد ماشين‌ها و ابزارهاي‌ مكانيكي‌ بكار برده‌ مي‌شوند. ساده‌ترين‌ اهرم‌بندي‌ با حلقه‌ بسته‌ چهار ميله‌ مي‌باشد كه‌ داراي‌ سه‌ اهرم‌ متحرك‌ (به‌ اضافة‌ يك‌ اهرم‌ ثابت‌) و چهار اتصال‌ «چرخان‌»، «لولا شده‌» يا «پين‌ شده‌» مي‌باشد (شكل‌ 1 ـ 1). اهرمي‌ كه‌ به‌ منبع‌ تغذيه‌ يا متحرك‌ اولي‌ وصل‌ شده‌ است‌، اهرم‌ ورودي‌ نام‌ دارد  A) 0 (A . اهرم‌ خروجي‌ لولاهاي‌ متحرك‌  B  را به‌ لولاي‌ زمين‌  0 B  وصل‌ مي‌كند. كاپلر (ميله‌ رابط‌) يا ميله‌ شناور دو لولاي‌ متحرك‌  A  و  B  را به‌ هم‌ وصل‌ مي‌كند يعني‌ رابط‌ بين‌ ورودي‌ و خروجي‌ مي‌باشد.
     شكل‌ 1 ـ 2 سه‌ كاربرد بندواره‌ چهار ميله‌ را نشان‌ مي‌دهد كه‌ براي‌ انجام‌ كارهاي‌ مختلف‌ بكار رفته‌ است‌. جرثقيل‌ جابجا كنندة‌ افقي‌ در شكل‌ 1 ـ 2 الف‌ يك‌ نوع‌ خاص‌ از بندوارة‌ چهار ميله‌ است‌ كه‌ حدوداً حركت‌ مستقيم‌ الخط‌ براي‌ مسيرياب‌ (نقطة‌  P ) توليد مي‌كند اين‌ نوع‌ جرثقيل‌ها تا 50 تن‌ ظرفيت‌ و نوعاً بطور تقريب‌ مسير ميله‌ رابط‌ تا 9 متر طول‌ دارد.

      شكل‌ 1 ـ 2 ب‌ اهرم‌بندي‌ محرك‌ آبپاش‌ چمن‌ است‌ كه‌ براي‌ بدست‌ آوردن‌ دامنه‌هاي‌ مختلف‌ نوسان‌ سر آبپاش‌ قابل‌ تنظيم‌ است‌. اين‌ اهرم‌بندي‌ قابل‌ تنظيم‌ با تغيير طول‌ زاوية‌ اهرم‌ خروجي‌ به‌ توسط‌ گيره‌ و پيچ‌ عمليات‌ خود را به‌ تنوع‌ دارا مي‌باشد.
     شكل‌ 1 ـ 2 پ‌ طرح‌ اهرم‌بندي‌ درپوش‌ موتور اتومبيل‌ كه‌ چهار ميله‌ مي‌باشد را نشان‌ مي‌دهد. اين‌ اهرم‌ حركت‌ نسبي‌ بين‌ درپوش‌ موتور و اطاق‌ اتومبيل‌ را كنترل‌ مي‌كند.
     سه‌ نوع‌ كاربردي‌ كه‌ در شكل‌ 1 ـ 2 نشان‌ داده‌ شده‌ كاملاً با يكديگر متفاوت‌ است‌ و در حقيقت‌ سه‌ كار مختلف‌ را بيان‌ مي‌كند. يعني‌ تمام‌ بندواره‌ها بسته‌ به‌ نوع‌ كاربردشان‌ كه‌ عبارتند از: ايجاد مسير، ايجاد تابع‌ و ايجاد حركت‌ (يا هدايت‌ يك‌ جسم‌ صلب‌). در ايجاد مسير (شكل‌ 1 ـ 2 الف‌)، مسير حركت‌ يك‌ نقطه‌ از بندواره‌ موردنظر مي‌باشد.
     ايجاد عمليات‌ (شكل‌ 1 ـ 2 ب‌) يك‌ اهرم‌بندي‌ است‌ كه‌ حركت‌ (يا نيروي‌) نسبي‌ بين‌ اهرم‌هائي‌ (بطور عمومي‌) كه‌ به‌ بدنه‌ وصل‌ هستند مورد توجه‌ مي‌باشد. در ايجاد حركت‌ (شكل‌ 1 ـ 2 پ‌)، حركت‌ كامل‌ ميلة‌ رابطه‌ مورد ملاحظه‌ مي‌باشد. در بندواره‌ چهار ميله‌ چنانچه‌ يك‌ يا چند ميله‌ داراي‌ طول‌ بي‌نهايت‌ باشد حالات‌ خاصي‌ از بندواره‌ چهار ميله‌ را ايجاد مي‌كند. بندوارة‌ لنگ‌ ـ لغزنده‌ (يا لنگ‌ و لغزنده‌) در شكل‌ 1 ـ 3 يك‌ زنجير چهار ميله‌ است‌ كه‌ لغزنده‌ به‌ جاي‌ ميله‌ خروجي‌ كه‌ طول‌ بي‌نهايت‌ دارد جايگزين‌ شده‌ است‌.
     موتور احتراق‌ داخلي‌ بر اين‌ اساس‌ ساخته‌ شده‌ است‌ بطوريكه‌ ميل‌ لنگ‌ ميلة‌ 2، شاتون‌ ميلة‌ رابطه‌ (ميله‌ 3) و پيستون‌ لغزنده‌ (ميلة‌ 4) مي‌باشد.
     انواع‌ ديگري‌ از بندواره‌ چهار ميله‌ وجود دارد بطوريكه‌ لغزنده‌ به‌ جاي‌ حركت‌ روي‌ ميله‌ ثابت‌ روي‌ ميله‌ متحرك‌ هدايت‌ مي‌شود. اين‌ حالت‌ را بندوارة‌ لنگ‌ ـ لغزندة‌ معكوس‌ نامند و هنگامي‌ كه‌ اهرم‌ ديگري‌ (مثل‌ ميل‌ لنگ‌، ميله‌ رابطه‌ يا لغزنده‌) ثابت‌ شود بوجود مي‌آيد.
 1 ـ 3 علم‌ حركت‌ نسبي‌:
     تمام‌ حركاتي‌ كه‌ در طبيعت‌ مشاهده‌ مي‌شوند حركت‌ نسبي‌ هستند؛ يعني‌ جسم‌ مورد مشاهده‌ نسبت‌ به‌ مشاهده‌ كننده‌. براي‌ مثال‌، مسافر نشسته‌ در داخل‌ اتوبوس‌ نسبت‌ به‌ مشاهده‌ كننده‌ در صف‌ خط‌ اتوبوس‌ بطور نسبي‌ در حركت‌ است‌، اما نسبت‌ به‌ مسافر ديگري‌ كه‌ در داخل‌ اتوبوس‌ نشسته‌ است‌، در حال‌ سكون‌ مي‌باشد. به‌ عكس‌ مسافر در حال‌ حركت‌ در راهروي‌ اتوبوس‌ نسبت‌ به‌ مسافر نشسته‌ در داخل‌ اتوبوس‌ حركت‌ نسبي‌ دارد و همچنين‌ نسبت‌ به‌ مسافر منتظر در صف‌ خط‌ اتوبوس‌ نيز داراي‌ حركت‌ نسبي‌ است‌.
     به‌ مطالعه‌ حركت‌ يعني‌ سينماتيك‌، علم‌ حركت‌ نسبي‌ اطلاق‌ مي‌گردد. طراحي‌ و تحليل‌ ماشين‌ و بندواره‌ها بستگي‌ به‌ توان‌ طراح‌ از تجسم‌ حركت‌ نسبي‌ اجزاء ماشين‌ دارد.
     شكل‌ 1 ـ 3 ب‌ يك‌ اهرم‌بندي‌ لنگ‌ لغزنده‌ را با ميلة‌ رابط‌ مثلثي‌  ABP  نشان‌ مي‌دهد. هر نقطه‌ از ميلة‌ رابط‌ مسيرهاي‌ مختلفي‌ را ايجاد مي‌كند كه‌ به‌ منحني‌هاي‌ كاپلر نسبت‌ به‌ بدنه‌ (ميله‌ 1) معروف‌ هستند.
     نقطة‌  A  يك‌ قوس‌ دايره‌اي‌ شكل‌ به‌ مركز  0 A  را طي‌ مي‌كند. نقطة‌  B  در امتداد خط‌ مستقيم‌ حركت‌ مي‌كند و نقطة‌  P  يك‌ منحني‌ خيلي‌ پيچيده‌اي‌ را ايجاد مي‌كند. تمام‌ اين‌ منحني‌هاي‌ كاپلر قسمتي‌ از حركت‌ مطلق‌ ميله‌ 3 مي‌باشد.
     فرض‌ كنيد كه‌ مسير نقطه‌  P  اين‌ بار نسبت‌ به‌ ميلة‌ 4 به‌ جاي‌ ميلة‌ 1 مورد نظر باشد. اين‌ حركت‌ نسبي‌ را ميتوان‌ بگونه‌اي‌ بدست‌ آورد كه‌ بطور خيالي‌ يك‌ نفر روي‌ ميله‌ 4 نشسته‌ باشد و حركت‌ ميلة‌ 3 را مشاهده‌ كند، مشخصاً نقطة‌  P  از ميلة‌ 3 را نگاه‌ كند. به‌ عبارت‌ ديگر بندواره‌ را معكوس‌ كرده‌ايم‌، يعني‌ ميلة‌ 4 (لغزنده‌) بجاي‌ ميلة‌ 1 ثابت‌ شده‌ و بقية‌ بندواره‌ را نسبت‌ به‌ ميلة‌ 4 به‌ حركت‌ درآورده‌ايم‌ (از جمله‌ ميلة‌ ثابت‌ قبلي‌). در اينجا مسير نسبي‌ نقطة‌  P  نسبت‌ به‌ ميلة‌ 4 يك‌ قوس‌ دايره‌اي‌ شكل‌ به‌ مركز  B  مي‌باشد. بنابراين‌ حركت‌ مطلق‌ يك‌ حالت‌ خاص‌ از حركت‌ نسبي‌ است‌.