تحليل ارتعاشي پوسته جعبه دنده ماشين سنگين با استفاده از روش اجزا محدود

Vibration analysis of heavy machine gearbox housing using Finite Element Method

در اين اين مقاله بررسي تاثير خواص مواد مختلف بر روي فركانسهاي طبيعي و شكل مود ارتعاشي پوسته ديفرانسيل نوعي ماشين سنگين مورد بررسي قرار گرفته است. خواص مكانيكي مواد مختلف نقش بسزايي در تعيين فركانسهاي خروجي و تغيير شكلهاي ارتعاشي در يك سيستم ايفا مي كنند. به اين منظور در نرم افزار طراحي CATIA مدل ديفرانسيل ايجاد و به نرم افزار شبيه ساز ABAQUS وارد شده است كه قابليت بالايي در تخمين رفتار ديناميكي سيستم‌هاي مختلف دارد. موادي نظير چدن خاكستري با قابليت جذب ارتعاش بالا، فولاد با چگالي و صلبيت زياد و آلياژهاي آلومينيوم و منيزيم با چگالي پايين براي پوسته ديفرانسيل مورد بررسي قرار گرفته‌اند. نتايج بررسي نشان داد كه محدوده فركانس طبيعي پنج مود اول ارتعاشي در اين مواد با يكديگر متفاوت و انتخاب چدن خاكستري مي‌تواند ضمن كاهش ارتعاش از ايجاد پديده تشديد جلوگيري نمايد. بخش ديگري از شبيه‌سازي عددي به بررسي تاثير نوع اتصال بين دو قسمت ديفرانسيل بر روي رفتار ديناميكي اختصاص يافته است. به اين منظور يكي از پيچ‌هاي اتصال دو قسمت ديفرانسيل به صورت محكم نشده در نرم افزار وارد شد، عيبي كه ممكن است در هنگام تعميرات توسط اپراتور ايجاد شود. نتايج شبيه‌سازي عددي حاكي از اينست كه با محكم نكردن تنها يكي از پيچ‌هاي اتصال، فركانس‌هاي طبيعي حدود 3 تا 4 درصد كاهش مي‌يابد كه اين امر مي‌تواند احتمال ايجاد پديده تشديد را افزايش دهد.

In this paper the influence of various properties of materials on the natural frequencies and vibration mode shapes in a differential casing for the heavy car is studied. Mechanical properties play an important role in determining the output frequencies and vibrational deformations. For this purpose, the differential model was designed in software CATIA and entered in simulation software ABAQUS which has the high ability to estimate the dynamic behavior of different systems. Materials such as gray cast iron with high vibration damping, steel with high density and rigidity, aluminum and magnesium alloys with low density were evaluated for the differential casing. The results showed that the natural frequency of the first five vibrational modes differ in the materials and by choosing gray cast iron can prevent a resonance phenomenon. Another part of the numerical simulation is dedicated to the effect of connection type between two parts of differential on the dynamic behavior. For this purpose, one of the screws for connecting the two parts of the differential was not secure, a defect that may be caused by an operator when repairs. For one bolt loosened condition natural frequency decreases about 3 to 4 percent. This can increase the chance of a resonance effect.