تحليل اثر روانكاري بر پايدارسازي رفتار ديناميكي مكانيزم لنگ- لغزنده با مفصل لولاي لقي‌دار

Analysis of lubricant effect on stabilizing the dynamic behavior of slider- crank mechanism with revolute joint clearance

به‌طوركلي در تحليل ديناميكي سيستم‌هاي مكانيكي مفاصل را به‌صورت ايده‌آل در نظر مي‌گيرند، اما به‌دليل خطاهاي موجود در ساخت و مونتاژ قطعات، وجود لقي در مفاصل امري اجتناب‌ناپذير است كه اين موضوع باعث ايجاد برخوردهاي مكرر ميان ميل محور و ياتاقان شده و رفتار متناوب پايدار سيستم به رفتاري آشوبناك تبديل مي‌شود. تنزل در عملكرد ديناميكي سيستم، كاهش طول عمر قطعات در اثر خستگي و توليد ارتعاشات نامطلوب همگي ازجمله عواملي هستند كه در اثر اعمال نيروهاي ضربه- تماس ناشي از لقي در مفصل نتيجه مي‌شوند. در ابتدا مدل‌هاي مختلف نيروي تماس بين دو سطح معرفي شده و سپس، مدل ديناميكي مفصل لولاي لقيدار براي دو حالت تماس خشك و مفصل روانكاري شده ارايه ‌شده است. در اين تحقيق، رفتار ديناميكي يك مكانيزم لنگ- لغزنده با لولاي لقيدار در مفصل اتصال عضو لغزنده و ميله رابط (شاتون)، با استفاده از مدل نيروي تماس لنكراني و نيك‌روش بررسي و نسبت به حالت ايده‌آل مقايسه شده است. با در نظرگرفتن اثر اصطكاك ميان محور و ياتاقان معادلات حركت حاكم بر سيستم براي دو فاز تماسي و غيرتماسي استخراج شده و مشاهده مي‌شود كه سيستم مفروض به ازاي اندازه لقي مشخص، رفتاري آشوبناك از خود نشان مي‌دهد. به‌منظور پايدارسازي يك مدار متناوب ناپايدار موجود در جذب كننده آشوبناك سيستم، از يك سيال روانكار در فاصله لقي ميان ميل محور و ياتاقان استفاده ‌شده است.

In general, in dynamic analysis of mechanical systems joints are assumed to be ideal. However, due to errors in fabrication and assembly of components, existence of joints clearances is an inevitable problem that causes frequent collisions between the journal, and bearing and stable periodic behavior of the system becomes chaotic. Degradation of the dynamic performance of the system, reduction in fatigue life of components and producing undesirable vibrations are all factors resulting from impact-contact forces due to joint clearance. First, different contact force models for two surfaces have been introduced and dynamical models of revolute joint with clearance for two modes, namely, dry contact model and lubricated joint model are then presented. In this paper, the dynamic behavior of a slider-crank mechanism with a revolute joint clearance between the slider and connecting rod, using the Lankarani-Nikravesh contact force model is studied and compared to the ideal case. Considering the effect of friction between journal and bearing, governing equations of motion of the system for two phase, contact and non-contact modes are extracted and it is shown that system exhibits chaotic behavior under specified size of clearance. A fluid lubricant is used in clearance between journal and bearing for stabilizing an unstable periodic orbit embedded in the chaotic attractor.