3-1 – شرح دستگاه
تصویر شما تیکى از دستگاه در شکل بالا نشان داده شده است یک موتور الکتریکى شنت d.c به مشخصات rpm 475 و قدرت hp 3/1 بادامک c و 1 با قدرت قابل کنترل مى چرخاند شافت خروجى از موتور مستقیما" با یک کوپینگ ارتجاعى G به شافت دیگرى ( A ) متصل مى شود .
فلایویل که بر روى شافت A قرار دارد ، نوسات ناشى از تغییر سرعت و کشتاورهاى متغییر موتور براى بلند شدن پیرو را کاهش مى دهد . بادامک در انتهاى شافت بوسیله دو مهره بر روى آن محکم مى گردد پیروها از دو نوع تخت و غلتکى هستند و در انتهاى میله عمودى قرار مى گیرند . سوراخى در بالاى این میله وجود دارد که در انتهاى این سوراخ یک ساچمه فولادى قرار مى گیرد . این ساچمه در جاى خود بوسیله میله دومى که فنر S وزنه هایى که کم و زیاد مى شوند بر روى آن تکیه دارند ثابت تکه داشته مى شود . وجود ساچمه فولادى به ما این اطمینان را میدهد که فقط یک نیروى محورى به میله بالایى منتقل شود .
موقعیت فنرها بوسیله مهره اى در میله بالایى تغییر مى کند و مقادیر نیروهاى متناوب فنرها بر روى پیرو بادامک با این مهره تنظیم مى شوند . کف فنر سطح بالایى در روى مقطع میله که بر روى دو ستون صفحه اصلى دستگاه قرار دارند ، قرار مى گیرند .
سرعت شافت بادامک بوسیله یک سرعت سطح الکترونیکى تعیین مى شود موتور و قطعات شافت بادامک بر روى یک بدنه جفت قرار دارند که این بدنه
یک سوییچ معکوس کننده سرعت در روى دستگاه به بادامک این امکان را مى دهد که در هر جهتى بچرخد .
4-1 – روش آزمایش
دستگاه به صورت مونتاژ شده ارائه مى شود و باید وقتى که ارتباطات الکتریکى آن برقرار مى شود کار کند . بعد از قرار گرفتن دستگاه روى میز به تکیه گاه مناسبى ، شاسى دستگاه باید کاملا" در روى تکیه گاه تراز شود . سیم رابط بین سوییچ معکوس کننده جعبه کنترل باید وصل شود . سپس سیم اتصال B.C به جعبه کنترل متصل مى شود مطمئن شوید که مهره هاى تکیه دارنده بادامک روى شافت کاملا" سفت شده باشد . سپس بادامک را یک الى دو دور بوسیله فلایویل آن با دست بچرخانید تا مطمئن شوید که فنر بیش از اندازه تحت فشار نیست و قلم ثبات به کاغذ گیر نمیکند سوییچ منبع اصلى را روشن کنید و سپس جهت گردش بادامک را بوسیله سوییچ بادامک مشخص نمائید و دکمه کنترل جریان را به آرامى بچرخانید موتور شروع به چرخیدن میکند . اگر در شروع چرخش پیرو با قسمت برجسته بادامک در تماس باشد موتور متوقف میشود . در این حالت باید دکمه کنترل جریان را در جهت عکس حالت قبل تا توقف کامل آن بچرخانید و سپس با دست شافت بادامک را در جهت عکس چرخش کمى بچرخانید .
سپس کلید گزارشگر ( که بر روى جعبه کنترل است ) را باز کنید تا منحنى تغییر مکان دامنه پیرو روى کاغذ حساس بوجود آورد .
پرش یا خیز پیرو ( که بوجود آورنده آن سرعت زاویه هاى دوران شکل بادامک پیرو و بارگذارى آن است ) با لرزشهاى زیادى در روى منحنى جابجایى پیرو مشخص میشوند ، سرعت زاویه اى تقریبى را در محل پرش تعیین نمائید . سرعت را به آرامى افزایش دهید و بعد از هر افزایش سرعت ، موتور دستگاه را خاموش کنید و بدقت منحنى جابجایى را بررسى کنید که آیا پرش اتفاق افتاده است یا خیر . این بر روى صفحه کاغذ بوسیله خطوط که منحنى جابجایى را ترک کرده اند مشخص مى شود . در مراحل بعد این سرعت را با افزودن وزنه هاى مختلف تعیین نمائید .
( در هر مرحله مطمئن شوید که وزنه ها کاملا" محکم شده اند ) براى هر بادامک و پیرو سه مرحله آزمایش خواهیم داشت : مرحله اول : بدون وزن با فشردگى فنر که طول آنرا دقیقا" اندازه میگیرد (طول فشردگى فنر)
مرحله دوم : با اضافه کردن 500 گرم وزنه با همان فشردگى مرحله یکم
مرحله سوم : با اضافه کردن 1500 گرم با همان فشردگى
5-1 – تعویض بادامک ، پیرو ، فنر
با باز کردن مهره سر شافت و کم کردن فشار پیرو روى بادامک را بیرون آورده تعویض نمائید .
براى تعویض پیرو دو مهره ستون عمودى نگه دارنده بالاى فنر را باز کرده و سینوان در این حالت فنر را نیز تعویض کرد . سپس با استفاده از آچار آلن میله راهنما باز شده و سینوان پیروى جدید را جایگزین پیرو قبلى نموده براى بستن مجدد عکس مراحل بالا را انجام دهید .
توجه : 1 – ساچمه با گلوله فلزى که داخل پیرو است حتما" در سر جاى خود قرار داده شود .
2- بادامک و پیرو در هر حالت با یکدیگر تماس داشته باشند ، اگر این تماس وجود نداشته باشد جوابهاى آزمایش اشتباه خواهد شد .
2- تئورى
تئورى کامل بادامک در کتابهاى درسى کاملا" تشریح شده و در اینجا در مورد بادامکها و پیروهایى بحث خواهد شد که در این آزمایش مورد استفاده قرار خواهند گرفت .
این جزئیات شامل جابجایى پیرو ، سرعت و شتاب آن خواهد بود با استفاده از شتاب اندازه گیرى شده سیتران نیروى دینامیکى وارد بر پیرو و فنر نگهدارنده را محاسبه کرد .
1-3 – بادامک مماسى با پیرو غلتکى
الف – غلتک در تماس با جناح بادامک : فرض کنیم که R شعاع دایر اصلى ، شعاع دایره دماغه بادامک ، RG شعاع غلتک ، d مرکز غلتک و بادامک و پیرو غلتکى در تماس با جناح AB مطابق شکل زیر باشد .
وقتى که بادامک از کوتاهترین فاصله اش تا مرکز غلتک به اندازه زاویه میچرخد جابجایى پیرو عبارتست از :
X=OQ1-OQ
= ( R-r0) sec θ- ( R+ R0 )
V= x0= dx dr= dx dθ. Dθ dt= w dx dθسرعت
= w( R+ r0) sec θ Tg θ
F= w2 d2 x dθ2 = w2 dv dθ = w2( R+r0 ) ( sec 3 θ + sec θd -2 θ) شتاب
= w2(R+r0) (2 sec 3 θ- sec θ)
اگر زاویه پیسوده شده β توسط بادامک که جابجایى غلتک از A به Bباشد داریم (θ+n0): I0β=dsinα که زاویه کل ، براى ماکزیمم است . بنابراین این سرعت و شتاب ماکزیمم پیرو روى جناح بادامک با جایگزینى =β θ از روابط 2 و 3 بدست خواهد آمد .
ب – غلتک در تماس با دماغه یا برآمدگى بادامک : وقتیکه غلتک از ماکزیمم براى خود به اندازه زاویه θ مطابق شکل زیر چرخیده باشد .
در این حالت تغییر مکان پیرو عبارت خواهد بود از :
X=OQ2-OQ={ dcosθ+(n+n0)} -(R+r0)
با توجه به مثلث OQ2P داریم : dsin θ= (r+r0)sinλ
بنابراین
Sinλ= d r+r0 sin θ= sin θ n
N= r+r0 d cos λ= ( 1- (sinα n )2
X=dcosθ+ ( r+r0) 1-(sin θ n ) 2 – ( R+r0)
=d{cosθ+n2-sin 2 θ } – (R+r0)
V= -wd(sin θ+ sin 2θ 2 n2- sin 2 θ)
F=-w2d(cosθ+ (sin2 θ+n2-cos2θ) ( n2- sin 2 θ) )
2-2 – بادامک با جناح محدب با پیرو غلتکى
چنانچه در شکل زیر مشخص گردیده فرض کنید پیرو در موقعیت باشد در نتیجه طول PA=( P+r0)cos r خواهد بود و
PA= X1 COSθ+ (P-R)
که X1=OQ و از مساوى قرار دادن معادلات فوق خواهیم داشت :
X1= ( P+r0) cos θ-( p – r ) cos θ
Cos ψ= ( p+r0)2+(p-r)2 – x1 2 2 (p+r0) . ( p – r )
X 1 2 + 2 x 1 (p-r) cosθ- { (p + r0) 2 – ( p -r ) 2 } = 0
V= w dx d0 =(p+r0) { sin 2 θ 2 ( cos 2 θ ) + ( p + r0) p – r }
3-2- بادامک با جناح محدب با پیرو صفحه تخت :
با توجه به شکل زیر وقتیکه بادامک از پایین ترین موقعیت پیرو نقطه A به اندازه زاویه B بچرخد تغییر مکان پیرو عبارت خواهد بود از :
X = OA1 – OA ={ P – (P-R) cosθ} – r = ( p -r) ( 1- cos θ)
V=w ( p-r)sinθ
F= w 2 ( p-r) cos θ
X = on2 – OA =(dcosθ+n) – r
V = wdsinθ
F = -w2d cos θ
4-2- بادامک مقعر با پیرو غلتکى :
با توجه به شکل زیر داریم :
P+r= x1cosθ+(p – r0) cos α
Cos α= (p+r)2 + (p-r)2- x1 2 (p+r)( p-r)
از مساوى قرار دادن معادلات فوق و با توجه به معادله
بصورت ذیل معادله حل میگردد :
X=(p+r) { cos θ- cos 2θ+ (p-r)2 ( p+r ) 2 -1-r+r0 p+r}
V=(p+r){-sin θ+ sin 2θ 2 cos 2 θ+ ( p-r0 p+r)2 -1
وقتیکه پیرو با دماغه بادامک در تماس باشد مجددا" معادلات ، 5 و 6 براى تعیین سرعت و شتاب بکار میروند .
5- 2 – نیروهاى دینامیکى روى پیرو :
اگر جرم موثر پیرو باشد نیرویى که لازم است به پیرو شتاب بدهد عبارت خواهد بود از قانون دوم نیوتن p=m.f حال فرض کنید منحنى فنر روى پیرو و y تغییر طول اولیه فنر باشد . وقتى پیرو به اندازه حرکت کند نیروى فنر s(x+y) خواهد بود و در لحظه پرش پیرو ( جهش ) خواهیم داشت : s(x+y ) = m.f
براى جلوگیرى از پرش پیرو ( جهش ) خواهیم داشت :
وقتیکه حداکثر شتاب پیرو میباشد : s( x+y ) < m.f
و یا وقتیکه وزن موثر پیرو میباشد : s( x+y) >w g . f
3- خواسته هاى آزمایش :
1 -3 – با توجه به منحنى هاى تغییر مکانى که از آزمایش بدست آورده اید ( پیرو غلتکى روى بادامک با جناح صاف و محدب ، پیرو تخت روى بادامک با جناح صاف و محدب ) شکل بادامکها را رسم نمایید ( طراحى بادامک با توجه به منحنى جابجایى )
4