در سال های اخیر جهت بهبود بخشیدن عملکرد یاتاقان ها، از روان کارهای غیرنیوتنی میکروپلار ، که با اضافه نمودن مواد افزودنی به روغن های معمولی به دست می آیند، به طور گسترده استفاده می شود. هدف از این پایان نامه استفاده از تئوری روان کاری میکروپلار در بررسی عملکرد استاتیکی ژورنال بیرینگ های هیدرودینامیکی غیرمدوّر و ناهم راستا می باشد. یاتاقان های غیرمدوّر مورد مطالعه عبارتند از: یاتاقان های دو لُب و سه لُب، که کاربرد وسیعی در صنعت دارند. بدین منظور با استفاده از یک روش اجزاء محدود میدان فشار ایجاد شده در فضای لقی به وسیله حل معادله ی رینولدز اصلاح شده بر اساس تئوری سیّال میکروپلار محاسبه می شود. با استفاده از فشار حاصل پارامترهای عملکرد استاتیکی یاتاقان ها از قبیل ظرفیّت حمل بار، زاویه مشخصه، ضریب اصطکاک، و نشتی انتهایی برحسب نسبت خروج از مرکزی، درجه ناهم راستایی و پارامترهای سیّال میکروپلار، مورد بررسی قرار می گیرند. نتایج به دست آمده حاکی از آن می باشند که یاتاقان مدوّر در مقایسه با یاتاقان غیرمدوّر، دارای ظرفیّت حمل بار بیشتر بوده و ضریب اصطکاک آن کمتر می باشد. همچنین مشاهده می شود که اثرات ناهم راستایی بر عملکرد یاتاقان غیرمدوّر سه لُب، در مقایسه با یاتاقان غیرمدوّر دو لُب بیشتر است. نتایج حاصل همچنین نشان می دهند که استفاده از سیّال میکروپلار در مقایسه با سیّال نیوتنی باعث بهبود عملکرد استاتیکی یاتاقان ها می شود، و ممان ناهم راستایی برای سیّال میکروپلار بیشتر از سیّال نیوتنی است. با افزایش عدد کوپلینگ ، این اثرات از شدت بیشتری برخوردار خواهند بود. این نتایج، به پیکربندی و هندسه یاتاقان نیز وابسته است. نتایج این بررسی می تواند در انتخاب بهینه و طراحی این نوع از سیستم یاتاقان ها نقش بسزایی داشته باشد.

کاربرد یاتاقانهای گازی در میکروتوربوماشینها پیچیدگی ها و هزینه های تعمیراتی سیستم را کاهش می دهد و نیز راندمان و طول عمر دستگاه را افزایش می دهد. از سال 1960 تاکنون یاتاقانهای ورقه ای گازی با و یا بدون ورقهای پشتی به علت اصطکاک کم آنها در ماشین آلات دوار با اندازه کوچک به کار می رفته اند. درمقایسه با یاتاقانهای غلطشی این یاتاقانها با سرعت سطوح بسیار بالا با کارایی بالایی کار می کنند، اما عیب ذاتی این یاتاقانها ظرفیت تحمل بار پائین آنها نسبت به سایر یاتاقانهای با روانکار تراکم ناپذیر می باشد. در این راستا توسط محققین روشهای مختلفی جهت افزایش ظرفیت یاتاقان پیشنهاد گردیده است، که در این پروژه از روش سه برگی نمودن ساختار انعطاف پذیر که برگها در راستای محیطی دارای انعطاف هستند، استفاده شده است. جهت تحلیل عملکرد یاتاقانها روش پذیرفته شده حل معادله رینولدز می باشد. در این راستا برای دو روش تقریبی یاتاقان کوتاه و یاتاقان طویل حل تحلیلی وجود دارد و برای حالات دیگر جهت تحلیل عملکرد یاتاقان از روشهای عددی مانند المان محدود و تفاضل محدود استفاده گردیده است. جهت شبیه سازی عددی معادله رینولدز می توان از روش میان یابی مشتق استفاده نمود، که در آن مشتق جزیی یک تابع با توجه به یک دستگاه مختصات به صورت یک مجموع از ضرایب خطی مقادیر تابع در همه نقاط شبکه بیان می شود. حاصل این تحلیل، بدست آمدن توزیع فشار روانکار داخل یاتاقان می باشد. در تحقیق حاضر با استفاده از روش درونیابی مشتق دو رهیافت مورد بررسی قرار گرفته است، که شامل بررسی اثر انعطاف پذیری پوسته یاتاقان در راستای محیطی بر روی ظرفیت حمل بار و همچنین با توجه به اینکه یاتاقانهای چند برگی در شرایط آلوده بودن روانکار کمتر از یاتاقانهای یک برگ دچار آسیب می شوند سه برگی بودن پوسته داخلی یاتاقان بر روی ظرفیت حمل بار آن مورد بررسی قرار گرفته است و نتایج بدست آمده نشانگر آن است که برای یاتاقان صلب ظرفیت حمل بار کاهش می یابد و این دو رهیافت فاقد کارایی جهت افزایش ظرفیت حمل بار یاتاقان صلب می باشد.

روانکاری و استفاده از یاتاقان ها در صنایع پیشرفته امروزی نقش بسیار حساس و مهمی به خود اختصاص داده است. رشد روز افزون دانش بشری باعث توجه بسیاری از محققان علم روانکاری به بهبود یاتاقان های هیدرودینامیکی شده است. در سال های اخیر تحقیقات زیادی در زمینه یاتاقان ها انجام شده تا بتوان ظرفیت حمل بار آن ها را افزایش و ضریب اصطکاک را کاهش داد. بررسی ها حاکی از آن است که در یاتاقان های کشویی (موازی یا شیب دار) اگر یکی از صفحات یاتاقان ناهموار باشد، عملکرد هیدرودینامیکی آن بهبود می یابد و معمولاً این ناهمواری ها با ایجاد حفره یا برآمدگی های ریز روی سطوح یاتاقان ایجاد می شود. در بررسی حاضر نمونه یاتاقان کشویی که در تحقیقات گذشته به وسیله فرم دار کردن سطوح مورد بررسی قراگرفته است با ایجاد پاکت بر روی سطح شیب دار یاتاقان، مورد مطالعه قرار می گیرد تا تغییرات تحمل بار و نیروی اصطکاک بررسی شده و تأثیر تغییرات مکان و عمق پاکت بر عملکرد یاتاقان در ضریب همگرایی های مختلف آن تحلیل گردد. تاکنون در پژوهش ها سطوح با فرم های مختلف ریز مورد بررسی قرار گرفته اند ولی تأثیر شکل های بزرگ کمتر مورد توجه قرار داده شده اند. در تحقیقات گذشته فرم ها بر روی سطح بدون شیب یاتاقان کشویی بررسی شده اند ولی در این پژوهش تأثیر همزمان تغییر زوایه سطح شیب دار یاتاقان (ضریب همگرایی یاتاقان) که پاکتدار شده است و عرض و عمق پاکت بر عملکرد یاتاقان مورد مطالعه قرار می گیرد. نتایج پژوهش انجام شده نشان دهنده آن است که در ضریب همگرایی مختلف، اگر مکان و عمق پاکت در محدوده خاصی باشد می تواند تأثیر بسزایی بر بهبود عملکرد یاتاقان داشته باشد ولی به همین نسبت در صورت مناسب نبودن آنها، عملکرد یاتاقان بسیار کاهش می یابد. در مورد ضریب همگرایی یاتاقان نتایج حاکی از آن است که هر چقدر کمتر باشد تأثیر پاکت بر بهبود عملکرد یاتاقان افزایش می یابد. با توجه پیچیدگی مسائل هیدرودینامیکی برای تحلیل تأثیر عوامل مختلف بر عملکرد هیدرودینامیکی یاتاقان ها، معمولاً از روش های عددی استفاده می شود. محاسبات جهت تحلیل تأثیر تغییرات فرم سطح بر عملکرد یاتاقان به روش دینامیک سیالات محاسباتی با استفاده از نرم افزار فلوئنت انجام شده است. در انتها با استفاده از شبکه های عصبی بهینه سازی عملکرد یاتاقان پاکتدار مزبور انجام گرفته تا بتوان با توجه به پیچیدگی محاسبات، با استفاده از سادگی و توانایی بالای روش شبکه های عصبی عملکرد یاتاقان های کشویی پاکتدار را تحلیل نمود و زمان اجرای تحلیل را کاهش داد.

یاتاقان های مورد بحث در این پروژه یاتاقان های فروسیال غیر مدور دو لب ، سه لب و چهار لب می باشند که عملکرد آنها برخلاف یاتاقان های مدور به پارامترهای مختلف طراحی مانند تعداد لب و مقدار پریلود و غیره بستگی دارد. به این منظور در کار حاضر مشخصه های استاتیکی مختلف یاتاقان از قبیل ظرفیت تحمل بار، مقدار زاویه مشخصه، نیروی اصطکاک و ضریب نیروی اصطکاک، تحت تاثیر پارامترهای عملکردی نسبت خارج از مرکزی و پریلود بررسی می گردند. جهت چک نمودن برنامه کامپیوتری، نتایج بدست آمده از روش اجزاء محدود با نتایج کارهای پژوهشی انجام شده در این زمینه مقایسه گردیده است که حاکی از همخوانی خوب نتایج می باشد. نتایج مربوط به عملکرد یاتاقان های فروسیال غیرمدور کاملاً جدید می باشد و از جمله ی این نتایج می توان به یافته های ذیل اشاره نمود: - افزایش جریان نشت انتهایی یاتاقان های غیر مدور با افزایش نسبت خارج از مرکزی - افزایش ظرفیت تحمل بار یاتاقان های غیر مدور با افزایش پارامتر پریلود - افزایش محسوس ظرفیت تحمل بار یاتاقان فروسیال غیر مدور دو لب، با افزایش ضریب نیروی مغناطیسی در نسبت های خارج از مرکزی کم - کاهش جریان نشت انتهایی با افزایش ضریب نیروی مغناطیسی

در این پایان نامه مشخصه های عملکرد استاتیکی یاتاقان های غیر مدور، تحت روانکاری سیال غیر نیوتنی میکروپلار مورد بحث و بررسی قرار گرفته اند. یاتاقان های مورد بررسی، یاتاقان-های لب دار 2 تا 10 لب بوده و تاثیر پارامترهای پریلود، ظرفیت حمل بار، زاویه ی مشخصه، نسبت خارج از مرکزی، اصطکاک، طول مشخصه ی روانکار میکروپلار و عدد کوپلینگ، بر عملکرد این یاتاقان ها مورد مطالعه قرار گرفته اند. برای این منظور از ابزار شبکه های عصبی مصنوعی استفاده شده تا تحقیقاتی که قبلاً در این زمینه انجام گرفته، بسط و گسترش یابند. با توجه به توانایی های شبکه های عصبی مصنوعی، برای اولین بار پارامترهای فوق برای یاتاقان های 5 تا 10 لب محاسبه و نمودار مربوط به آنها ارائه گردیده اند. برخی از نتایج اخذ شده عبارتند از: - با افزایش خارج از مرکزی، ظرفیت حمل بار بیشتر می گردد و با زیاد شدن تعداد لب اثر تغییرات خارج از مرکزی بر ظرفیت حمل بار شدت بیشتری می یابد. - زیاد شدن تعداد لب ها باعث کاهش ضریب اصطکاک و نشتی انتهایی گشته و همچنین موجب کاهش تأتیر پریلود بر تمامی پارامترها می گردد. - افزایش طول مشخصه ی بی بعد باعث کاهش ظرفیت حمل بار یاتاقان می گردد. در مقادیر کوچک طول مشخصه ی بی بعد، افزایش آن باعث کاهش موثر در اصطکاک شده اما در مقادیر بزرگ طول مشخصه ی بی بعد، افزایش آن باعث ازدیاد جزئی اصطکاک می گردد کاهش شدید زاویه ی مشخصه در یاتاقان های 5 لب به بالا، کاهش تأثیر پریلود، کاهش شدید نشتی انتهایی، افزایش ظرفیت حمل بار، کاهش اصطکاک و تأثیر طول مشخصه ی بی بعد روانکار میکروپلار بر اصطکاک و ظرفیت حمل بار یاتاقان همچنین طی چندین جدول، تأثیر پارامترها بر یکدیگر در حالت های مختلف ارائه گردیده اند که می تواند در مورد شناخت بیشتر آنها و آثارشان مورد استفاده قرار گیرد.

در تئوری مربوط به مسائل روانکاری، سطوح یاتاقان را صاف و بدون زبری و ناهمواری در نظر می گیرند. در حالیکه چنین فرضی در عمل صحت ندارد. برای یافتن پارامترهای عملکرد یاتاقان ها نیاز به حل معادلات روانکاری می باشد. حل تحلیلی این معادلات بدون ساده سازی های مورد نیاز، اغلب بسیار دشوار است. با اضافه شدن زبری به مسئله، نیاز به استفاده از روش های عددی بیشتر آشکار می شود. در این تحقیق، بررسی اثر زبری سطح بر پارامترهای عملکرد یاتاقان های غیر مدور با روانکار غیر نیوتنی میکروپلار مورد مطالعه قرار می گیرد. زبری باعث تغییر ضخامت لایه روانکار شده که به نوبه خود در پارامترهای روانکاری تأثیر می گذارد. سیال در نظر گرفته شده در این تحقیق، سیال میکروپلار است که شامل ذرات معلق با حرکات منفرد می باشد و تنش ها و ممان های جسمی را تحمل می کند. از روش های عددی قابل استفاده در مسائل میدانی، روش المان محدود است. در این تحقیق با استفاده از روش المان محدود، تأثیر زبری سطح بر پارامترهای عملکرد روی یاتاقان لب دار مورد بحث قرار می گیرد. مدل عددی زبری با استفاده از روش های تیسان وکریستنسن بدست آمد. همچنین تأثیر شیار بر عملکرد یاتاقان بین مرزهای لب یاتاقان لب دار مورد ارزیابی قرار می گیرد. ابتدا برنامه کامپیوتری برای حالت بدون زبری سطح ایجاد شد و سپس برنامه برای حالت یاتاقان دارای زبری سطح تغییر داده می شود. مسئله به ازای دو پروفیل صاف و زبر، بررسی و نتایج با هم مقایسه شدند. نتایج حاکی از آن است که تأثیر اعمال زبری به روش تیسان موجب افزایش توزیع فشار شده که متناسب با آن افزایش ظرفیت حمل بار و نیروی اصطکاک بی بعد و کاهش ضریب اصطکاک، جریان نشتی انتهایی بی بعد و عدد سامرفلد را به دنبال خواهد داشت و تأثیرات اعمال زبری به روش کریستنسن بر توزیع فشار و پارامترهای کارایی ناچیز می باشد. بنابراین با توجه به نوع اعمال زبری استفاده از روش تیسان برای مدلسازی زبری موجی و استفاده از روش کریستنسن برای مدلسازی زبری سطح با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.