تحليل تلرانسي استاتيكي و ديناميكي سيستم هاي دوار انعطاف پذير بر مبناي مدل ناحيه تلرانسي

Static and dynamic tolerance analysis of flexible rotary systems based on the tolerance zone method

به دليل نياز به دقت عملكردي بالا در سيستم هاي مكانيكي دوار در كاربردهاي دقيق، بررسي اثرات خطاهاي ابعادي و هندسي بر عملكرد نهايي سيستم در مرحله طراحي ضروري است. تحليل تلرانسي ابزار مفيدي در تخمين اثرات ناشي از خطاها در پارامترهاي موثر بر مشخصه هاي عملكردي يك سيستم مكانيكي مي باشد. دقت عملكردي سيستم هاي دوار دقيق بر خلاف سيستم هاي مكانيكي غيردوار، علاوه بر خطاهاي ابعادي و هندسي مربوط به ساخت اجزا به خطاهاي مربوط به انعطاف پذيري،خيز شفت و همچنين به خطاي لنگي غيرتكراري وابسته است. در اين مقاله، روش جديدي جهت تحليل تلرانسي استاتيكي و ديناميكي سيستم هاي دوار با وجود خطاهاي ابعادي و هندسي، اثرات ناشي از انعطاف پذيري و خطاي لنگي غيرتكراري بر مبناي مدل ناحيه تلرانسي ارائه مي گردد. ابتدا با استفاده از مفهوم درجات آزادي كوچك، خطاهاي ابعادي و هندسي و خطاي لنگي غيرتكراري در قالب مدل نواحي تلرانسي مدلسازي مي گردد. سپس بر اساس استراتژي جديدي، به منظور مدلسازي نحوه انتشار خطاهاي ابعادي و هندسي جهت تحليل تلرانسي، توابع عملكردي - مونتاژي سيستم دوار در شرايط استاتيكي و ديناميكي استخراج ميگردد. مطابق با معادلات عملكردي- مونتاژي استخراجي يك سيستم دوار انعطاف پذير، تغييرات موقعيت انتهايي شفت و تغييرات فركانس طبيعي اصلي سيستم به عنوان مشخصه هاي عملكردي – مونتاژي محاسبه ميگردد. به منظور نمايش نحوه پياده سازي الگوريتم ارائه شده، يك سيستم مكانيكي دوار مورد تحليل تلرانسي استاتيكي و ديناميكي قرار ميگيرد و جهت صحه گذاري، نتايج حاصل از روش پيشنهادي با نتايج شبيه سازي هاي مونت كارلو مقايسه مي شود.

Because of increasing demands for using rotating systems with high accuracy and in high speed applications, in addition to the specific condition of rotating systems, it is necessary to analyze these rotating systems characteristics. Tolerance analysis is a useful tool for estimating effects of dimensional and geometrical errors of effective parameters on functional characteristics in a mechanical system. Unlike other mechanical systems, besides the dimensional and geometrical errors, the accuracy of the rotary systems performance directly depends on the flexibility of parts and Non Repetitive Run-Out (NRRO) errors. In this paper, a new method is proposed for static and dynamic tolerance analysis of the rotary systems with the dimensional and geometrical errors, the flexibility effects, and the NRRO errors based on the tolerance zone model. First, using the small degrees of freedom concept, the dimensional and geometrical errors and the NRRO error are modeled in the tolerance zone. Then, based on a new strategy, the performance-assembly functions of the system for modeling the error propagation of the rotary system in the static and dynamic conditions are extracted. Then, using the proposed equations, sensitivities of the requirements such as the end of shaft position and the main natural frequency to tolerances are computed. To illustrate applicability of the proposed method, a rotary system is considered as a case study. Monte Carlo simulations are used for validation of the computational results from proposed method.