جلسه دفاع از ارزیابی جامع پژوهشی 2 آقای محمدجواد ربیعی
موضوع: پیشبینی تحلیلی و تجربی عمر خستگی در چرخدندههای ساده پوششدار
استاد راهنما: دکتر صالح اکبرزاده
استاد مشاور: دکتر محمد مشایخی
استادان داور: دکتر محمدرضا فروزان - دکتر امیر ترابی - دکتر مسعود عطاپور
چیکده
بررسی و شناخت پدیدههای تریبولوژی بهعنوان بخشی مهم از مهندسی سطح محسوب میشود. هدف از این بررسیها، شناخت و کنترل اصطکاک و سایش و پیامدهای آن است. چرخدندهها بهعنوان قطعاتی نسبتاً گرانقیمت در صنعت شناخته میشوند که از فنّاوری ساخت ویژهای بهره میبرند و تولید این قطعات از نظر زمان و هزینه در مقایسه با سایر قطعات، پرهزینه و زمانبر است. یکی از دلایل خرابی چرخدندهها، پدیده حفرهزایی ناشی از سایش خستگی سطحی است. شناخت نحوه شکلگیری این پدیده و ارائه راهکارهایی برای کنترل و توقف آن، تأثیر بسزایی در افزایش عمر مفید چرخدندهها دارد. هدف این پژوهش، محاسبه عمر خستگی چرخدندههای ساده پوششدار و ارزیابی عاملهای مؤثر در این فرایند است. در حال حاضر، استانداردهای AGMA و ISO به طور گستردهای در طراحی و پیشبینی عمر خستگی چرخدندههای ساده استفاده میشوند، اما برای چرخدندههای پوششدار روش مؤثری وجود ندارد و در کاربردهای آزمایشگاهی و صنعتی از بررسی تحلیلهای خرابی جهت ارزیابی عمر خستگی استفاده میشود. در این پژوهش، یک چارچوب تحلیلی - عددی برای بررسی رفتار تریبولوژیکی چرخدندههای ساده پوششدار در رژیم روانکاری الاستوهیدرودینامیک مخلوط ارائه شده است. تمرکز این چارچوب بر مدلسازی اثر پوشش بر خواص مکانیکی مؤثر سطح تماس و همچنین ضخامت فیلم روانکار، توزیع فشار و میزان تماس ناهمواریها است. بهمنظور درنظرگرفتن این اثرات، مدلهای تحلیلی معتبر روانکاری الاستوهیدرودینامیک با مدل تحلیلی بوشان برای تعیین خواص مکانیکی مؤثر سطوح پوششدار یکپارچه شدند. باتوجهبه وابستگی متقابل میان خواص مؤثر سطح و عاملهای روانکاری، یک الگوریتم عددی تکرارشونده طراحی و پیادهسازی شد که امکان محاسبه پایدار خواص مکانیکی مؤثر و ضریب اصطکاک را در نقاط مختلف خط عمل چرخدنده فراهم میکند. این الگوریتم در محیط نرمافزار متلب ایجاد شد و پاسخ و رفتار همگرایی آن موردبررسی قرار گرفت. بهمنظور صحتسنجی رویکرد ارائهشده، آزمونهای آزمایشگاهی با استفاده از دستگاه تست دیسک روی دیسک طراحی و ساختهشده در این پژوهش انجام شد. نتایج حاصل از آزمونها تطابق قابلقبولی با خروجیهای عددی نشان داد و امکان استفاده از مدل توسعهیافته برای پیشبینی رفتار تریبولوژیکی سطوح پوششدار را تأیید کرد. همچنین، یک مطالعه موردی بر روی یک جفت چرخدنده فولادی در دو حالت بدون پوشش و با پوشش سخت سیلیسیم کاربید انجام شد. نتایج عددی نشان داد که ضخامت پوشش و زبری سطح از مهمترین عاملهای مؤثر بر ضریب اصطکاک در تماس چرخدندههای پوششدار هستند و برای ضخامت پوشش، بازهای وجود دارد که در آن ضمن بهرهمندی از خواص مکانیکی پوشش، افزایش قابلتوجهی در ضریب اصطکاک مشاهده نمیشود. این نتیجه نشاندهنده وجود یک چالش در زمینه انتخاب ضخامت و زبری سطح پوشش و تأثیر آن بر عمر خستگی چرخدنده است. در نهایت، چارچوب ارائهشده در این پژوهش میتواند بهعنوان پایهای برای تحلیل تنشهای سطحی و زیرسطحی تماس قطعات پوششدار در حضور روانکار و برآورد عمر خستگی قطعات بهویژه چرخدندههای ساده پوششدار مورداستفاده قرار گیرد و زمینه را برای توسعه روشهای تحلیلی و عددی در طراحی این نوع چرخدندهها فراهم سازد.
کلمات کلیدی: تریبولوژی، سایش خستگی سطح (پیتینگ)، روانکاری الاستوهیدرودینامیک، ضریب اصطکاک، عمر خستگی، چرخدنده پوششدار، آزمون دیسک روی دیسک
