تحلیل و طراحی گیربکس رافینگ سیمافولاد جهان

مقدمه

گیربکس ­های صنعتی یکی از مهم­ ترین تجهیزاتی هستند که تقریباً در همه صنایع از آنها استفاده می­ شود. از آن­ها بیشتر به منظور تغییر سرعت دورانی دریافتی از موتور ورودی و در اغلب موارد کاهش سرعت دورانی و در نتیجه بالا بردن گشتاور استفاده می ­شود.

در این تحقیق به بررسی گیربکس رافینگ خط نورد شرکت سیمافولاد جهان به منظور طراحی مجدد و بهینه سازی آن پرداخته شد. گیربکس مورد نظر یک گیربکس دو مرحله ­ای با نسبت 5/7 بوده که توان 1500 KW و سرعت دورانی ورودی 700 RPM از مشخصات کاری آن است. همچنین دنده ­های آن از نوع هلیکال دوبل استفاده شده است.

این گیربکس (جعبه دنده) دارای مشخصات هندسی خاصی بود و در موارد مکرر دچار خرابی دنده و یا خرابی محور گیربکس می­ شد. هدف از این تحقیق تحلیل نرم افزاری گیربکس مورد نظر به کمک نرم افزار KISSSOFT بود که پس از انجام آن خطاهای طراحی بدست آمد و با اصلاح آن یک پیشنهاد داده شد و مجدد با استفاده از نرم افزار KISSSOFT  گیرباکس مورد آنالیز قرار گرفت.

بر اساس نتایج بدست آمده با تغییر زاویه هلیکس دنده­ ها از زاویه 12 درجه به زاویه 5/14 درجه و اصلاح ضریب دنده به میزان 10 درصد بسیاری از خطاها شد و مشاهده گردید ضریب اطمینان خستگی در خمش دندانه و نیز در خرابی سطح تماس وارد بر دنده بین 15 تا 20 درصد بهبود یافت. شکل­ های زیر مشخصات گیربکس مورد مطالعه و نتایج حاصل از تحلیل را نشان می ­دهد که پس از اصلاح بدست آمده است.

مشخصات گیربکس مورد نظر

گیربکس کاهنده مورد مطالعه یک گیربکس دو مرحله بوده و به منظور کاهش سرعت دورانی موتور و افزایش گشتاور جهت فرآیند نورد مجموعه رافینگ استفاده می­  شود. این گیربکس یک نمونه توان بالا محسوب می ­شود که در آن نیاز به توجه اساسی به طراحی و انتخاب مناسب متریال دارد. به منظور بهینه­ سازی و بررسی طراحی این گیربکس، اجزا و المان های آن در نرم ­افزار KISSSOFT مورد تجزیه و آنالیز قرار گرفت.

شکل1- تصویری از گیربکس مورد مطالعه

اطلاعات و مشخصات کلی این گیربکس به شرح زیر است:

یکی از مهم­ترین مسایل در انتخاب گیربکس مناسب، طراحی بر اساس بهترین زاویه هلیکس یا مارپیچ دنده است. در این تحقیق با استفاده از نرم افزار KISSSOFT گستره قابل قبولی از زوایای مورد قبول برای زاویه مارپیچ بدست آمد.

رنج زوایای مورد تأیید با توجه به شرایط ­کاری بین 7 تا 20 درجه بود که در تصویرهای زیر با توجه به مهم­ترین پارامترهای موجود تغییرات آن بررسی شده است.بر اساس نتایج مشاهده شده و انتخاب بهترین زاویه جهت مارپیچ، زاویه بهینه 5/14 درجه در نظر گرفته شد و سایر محاسبات نیز برای طراحی مجدد بر این اساس در نظر گرفته شد.

سایر پارامترها بر روی مدل اولیه گیربکس با همان مقادیر اولیه مشخص شد.

مدلسازی شافت ها و بیرینگ ها در KISSSOFT

به منظور بررسی رفتار شافت های گیربکس و بیرینگ ها و مقایسه آنها با مقادیر محاسبه شده بر اساس استانداردها در نرم افزار کیس سافت شافت ها مدل و آنالیز گردید. تصویر زیر مدل هر یک شافت ها در نرم افزار را نشان می­دهد.

شکل2- مدلسازی محورهای گیربکس در نرم افزار

نتایج استخراج شده از تحلیل در نرم ­افزار KISSSOFT

در آنالیز نتایج بر اساس زاویه 12 درجه هلیکس دنده خرابی­ هایی ایجاد می­ شد که هم در نرم افزار تحت عنوان خطا و یا اشکال تذکر داده می­ شد و هم اینکه گیربکس مذکور طی سالهایی که استفاده می ­شد دچار شکست ­هایی در قسمت ­هایی نظیر دنده شماره 2 می ­شد.

با تغییر در زاویه خطایی در نرم افزار مشاهده نگردید و نیز تنش­ های خمشی و تماسی بر روی دنده­ ها کاهش داشت. البته همزمان با تغییر زاویه برای سازگاری تماس دنده به ناچار تغییراتی در ضریب اصلاح دنده ایجاد شد. در هر صورت تغییرات ایجاد شده منجر به اصلاح دنده و مجموعه گیربکس گردید. در ادامه به بررسی نتایج بدست آمده از نرم افزار KISSSOF  آورده شده است. با توجه به اهمیت محورهای 1 و 2 نتایج فقط برای این دو محور بررسی می شود.

شکل3- نتایج محور 1

          شکل4- نتایج محور 2

نویسنده:

دکتر ابراهیم ابراهیمی (سرپرست واحد تحقیق و توسعه گروه صنعتی شکری)