تحلیل پوسته یک پمپ توربومولکول خلأ بالا به روش اجزاء محدود جهت بدست آوردن تلرانسهای ساخت

فناوری خلأ بالا امروزه کاربرد بسیاری در صنعت داشته و در اکثر زمینه ها نقش موثری را ایفا می-نماید. دستیابی به دانش ساخت تجهیزات خلأ بالا امروزه یکی از دستاوردهای تکنولوژی هر کشور بشمار می آید. وظیفه اصلی در ایجاد محیط خلأ بر عهده انواع پمپ های تولیدکننده خلأ می باشد. در این پایان نامه نیز هدف دستیابی به گوشه ای از دنیای وسیع تکنولوژی ساخت تجهیزات خلأ می باشد. پمپ های توربومولکولی در تکنولوژی خلأ بالا بسیار حائز اهمیت بوده و کشور ما هنوز به دانش فنی ساخت این پمپ ها دسترسی کامل پیدا نکرده است. در این تحقیق هدف دسترسی به یکی از مشکلات ساخت بدنه این نوع پمپ ها بوده است. مشکل عمده ساخت این نوع پمپ ها رعایت دقت بسیار بالا به هنگام ساخت، رعایت تلرانس های دقیق، و دستیابی به دانش فنی ساخت قطعات آن ها می باشد. تعیین تلرانس های دقیق ساخت قطعات این پمپ ها نیازمند بررسی علمی فرآیند ساخت و درنظر گرفتن درست شرایط کاری کل مجموعه ی پمپ می باشد. بنابراین لازم است ضمن بهره بردن از روش های جدید محاسبه تلرانس در ماشین آلات، به روش اجزاء محدود در تحلیل و مقایسه تلرانس های بدست آمده پرداخته شود. هر یک از مجموعه های مونتاژی تولید شده در صنعت جهت انجام کار مشخصی طراحی می شوند. بدین ترتیب با هماهنگ کردن قطعات یک مجموعه مونتاژی می توان عمل خاصی را توسط یک مجموعه انجام داد. قطعاتی که در این مجموعه ها استفاده می شوند، از لحاظ ابعاد باید به گونه ای طراحی گردند تا در زمان مونتاژ آن ها، مجموعه عملکرد مناسب را ایجاد کند. بعلت خطاهای موجود در فرآیند تولید (مانند سایش ابزارهای ماشینکاری، سایش و تغییر شکل قالبها و غیره)، تمامی قطعات تولیدی دارای یک اندازه مشخص نمی باشند. در واقع در فرآیند تولید دو قطعه پشت سرهم از یک دستگاه، اختلاف ابعاد و اندازه وجود خواهد داشت. از آنجائیکه طراح نمی-تواند فرآیندهای تولید را تحت کنترل داشته باشد، بنابراین محدوده تغییرات قطعات مجموعه مورد نظر را به گونه ای تعیین می کند که با وجود ایجاد خطاهای فرآیندهای تولیدی، بازهم مجموعه مونتاژی، عملکرد مطلوب را داشته باشد. تعیین محدوده تغییرات قطعات یک مجموعه مونتاژی، مستقیماً برروی هزینه تولید مجموعه تاثیرگذار است. بدین ترتیب طراحان، تلرانس های قطعات را به گونه ای تعیین می کنند که از طرفی هزینه تولید را کاهش دهند و از طرف دیگر، مجموعه دارای عملکردی مطلوب باشد. تعیین تلرانس های قطعات براساس نوع فرآیند تولیدی آن ها، نیازمند شناخت کافی از تمامی فرآیندهای تولیدی است. حال سوال این است که چه محدوده ای برای چه قطعه ای باید انتخاب گردد؟ برای پاسخ به این سئوال روش های متعددی ابداع شده اند که براساس شبیه سازی تولید و یا با استفاده از روش های جبری قبل از تولید قطعات، مقادیر تلرانس های آن ها را مشخص می کنند. از میان روش های مختلف شبیه سازی، روش شبیه سازی مونت کارلو و از میان روش های جبری، روش خطی سازی مستقیم ، بیشترین کاربرد را در تعیین تلرانس های قطعات دارند. در این پایان نامه، ابعادی از مجموعه که با استفاده از فرآیندهای تولیدی ایجاد می شوند، متغیرهای تولیدی، و ابعادی که در اثر مونتاژ قطعات ایجاد می شوند، متغیرهای مونتاژی نامیده می شوند. همچنین متغیر مونتاژی مجموعه که هدف اصلی طراح است به نام بعد بحرانی یا مشخصه مونتاژی نامیده می شود. روش های شبیه سازی عمدتاً در تحلیل تلرانس متغیرهای تولیدی مجموعه ها نقش دارند، به این معنی که برای کاهش درصد ضایعات در تولید انبوه به این روش ها بیشتر مراجعه می گردد. اما روش-های جبری معمولاً برای تعیین تلرانس های یک مجموعه در زمان طراحی مجموعه بکار می-روند.همانطور که ذکر شد از میان روش های جبری، روش خطی سازی مستقیم بیشترین کاربرد را در طراحی مجموعه ها دارد. به منظور در نظر گرفتن تاثیر اندازه های اسمی، تغییرات شکل و تغییرات سینماتیکی ایجاد شده در مجموعه مونتاژی، مدل های روش خطی سازی مستقیم، روز به روز پیشرفته-تر شده اند. اولین روش سیستماتیک تحلیل تلرانسی توسط مارلر در سال 1988 در حالت دو بعدی، به نام روش خطی سازی مستقیم ایجاد گردید. chase و parkinson در دو حالت استاتیکی و سینماتیکی، بررسی هایی را انجام دادند. gaoدر سال 1993 تغییرات هندسی متغیرهای تولیدی را در تحلیل تلرانسی به روش خطی سازی مستقیم وارد کردند[ ]. روش های ایشان مبنایی برای تحلیل تلرانسی مجموعه های سینماتیکی سه بعدی شد. امروزه با پیشرفت نرم افزارهای cad، روش های تحلیل تلرانسی در این نرم افزارها پیاده شده است. در مجموعه های بررسی شده فوق، قطعات مجموعه به صورت صلب در نظر گرفته می شدند، بدین ترتیب تغییرات شکل و ابعاد قطعات در اثر بارگذاری مجموعه، در تغییرات مشخصه مونتاژی لحاظ نمی گردید. از سال 1994 به تدریج تلاش هایی جهت واردکردن تاثیر تغییرات ناشی از بارگذاری قطعات مجموعه، در محدوده مشخصه مونتاژی انجام شده است. اولین بررسی در این زمینه به وسیله gordis و flannely انجام گریده است[ ]. آنها بررسی های خود را به تحلیل تغییرات ایجاد شده در موقعیت سوراخ های یک مجموعه بارگذاری شده معطوف کردند. merkley در سال 1998 روش جدیدی را برای تحلیل تلرانسی مونتاژ با قطعات غیرصلب ارائه داده است. او از فرضیات francavilla و zienkiewicz برای مساله تماس الاستیکی بین قطعات غیرصلب یک مجموعه مونتاژی استفاده کرد. بدین ترتیب merkley روشی برای پیشگویی واریانس و متوسط تغییرات شکل، ناشی از مونتاژ دو قطعه غیرصلب را ایجاد کرد. پیشتاز بعدی در زمینه تحلیل تلرانسی مجموعه های غیرصلب hu از دانشگاه میشیگان است. او از مدل اجزای محدود ساده ای برای پیشگویی تغییرات مونتاژی در مونتاژ ورق های نازک غیرصلب استفاده کرد. پس از آن bryan وf.bihlmaier به تحلیل تلرانسی ورق های ترکیبی پرداختند]2[. هدف کلی این تحقیق، تحلیل تلرانسی ابعاد مهم یک پمپ توربومولکولار می باشد. بدین منظور با استفاده از مدل اجزاء محدود مجموعه، تغییرات ابعادی و تلرانسی ایجاد شده در متغیرهای تولیدی در اثر بارگذاری مجموعه تعیین گردیده و در نهایت، محدوده تغییرات جدید مشخصه مونتاژی مشخص می شود. درادامه ابتدا مقدماتی درمورد انواع روش های تحلیل تلرانسی ارائه می شود و سپس تحلیل تلرانسی پمپ مورد نظر با یکی از روش ها مورد بررسی قرار می گیرد. تعریف شرایط خاص کارکرد پمپ های توربومولکولار و نیز تبدیل این شرایط به مدل طراحی نیز تشریح می گردد. برای بدست آوردن تغییر شکل در اثر بارگذاری نیز از نرم افزار abaqus کمک گرفته شده است.