【موضوع هفتگی】 به بررسی اصول اصلی طراحی قطعات مکانیکی بپردازید (۲۰۱۱.۰۶.۲۰-۰۶.۲۶)

اصول طراحی قطعات مکانیکی: طراحی قطعات مکانیکی دارای محدودیت‌های فراوانی است و اصول طراحی، همان محدودیت‌هایی هستند که طراحی باید به آن‌ها پایبند باشد. ۱. معیارهای عملکرد فنی: عملکرد فنی شامل تمام ویژگی‌های محصول، از جمله عملکردهای آن، روش‌های تولید و شرایط کارکرد، می‌باشد؛ این مفهوم هم شامل عملکردهای استاتیکی و هم عملکردهای دینامیکی می‌شود. به عنوان مثال، توانی که محصول می‌تواند منتقل کند، بازدهی، عمر مفید، استحکام، سختی، مقاومت در برابر اصطکاک، عملکرد در برابر فرسودگی، پایداری در برابر لرزش، ویژگی‌های حرارتی و غیره. اصول عملکرد فنی به این معناست که عملکردهای فنی مربوطه باید به الزامات تعیین‌شده دست یابند. به عنوان مثال، لرزش باعث ایجاد بارهای حرکتی و تنش‌های تغییریافته اضافی می‌شود؛ به‌ویژه زمانی که فرکانس آن نزدیک به فرکانس ذاتی سیستم مکانیکی یا قطعات آن باشد، پدیده رزونانس رخ می‌دهد. در این حالت، دامنه لرزش به شدت افزایش می‌یابد و ممکن است منجر به خرابی سریع قطعات یا حتی کل سیستم شود. اصل پایداری لرزشی، محدود کردن پارامترهای مربوط به لرزش در سیستم‌ها یا قطعات مکانیکی، مانند فرکانس ذاتی، دامنه لرزش، صدا و غیره، در محدوده مجاز تعیین‌شده است. همچنین، گرمای تولید شده هنگام کار ماشین می‌تواند منجر به تنش حرارتی، کشش حرارتی و حتی آسیب حرارتی شود. معیارهای ویژگی‌های حرارتی، محدود کردن پارامترهای حرارتی مرتبط (مانند تنش حرارتی، کشش حرارتی، افزایش دما و غیره) در یک محدوده مشخص است. ۲. استانداردهای استانداردسازی: استانداردهای اصلی مرتبط با طراحی محصولات مکانیکی عمدتاً شامل موارد زیر هستند: استانداردسازی مفاهیم: اصطلاحات، نمادها، واحدهای اندازه‌گیری و غیره که در فرآیند طراحی به کار می‌روند، باید مطابق با استانداردها باشند ； استانداردسازی شکل فیزیکی: ساختار، ابعاد، عملکرد و غیره قطعات، مواد خام، تجهیزات و منابع انرژی باید مطابق با مقررات یکپارچه انتخاب شوند. استانداردسازی روش‌ها: روش‌های اجرایی، روش‌های اندازه‌گیری، روش‌های آزمایش و غیره باید مطابق با مقررات مربوطه اجرا شوند. اصول استانداردسازی به این معناست که تمام اقدامات در سراسر فرآیند طراحی، باید مطابق با الزامات استانداردسازی فوق باشند. استانداردهای منتشرشده در زمینه طراحی قطعات مکانیکی، از نظر دامنه کاربرد، را می‌توان به سه دسته **استانداردهای ملی، استانداردهای صنعتی و استانداردهای سازمانی** تقسیم کرد. از نظر الزامی بودن، می‌توان آن‌ها را به دو دسته الزامی و توصیه‌شده تقسیم کرد. سوم، معیارهای قابلیت اطمینان: قابلیت اطمینان: احتمال اینکه یک محصول یا قطعه، در شرایط استفاده مشخص شده و در طول عمر مورد انتظار، بتواند عملکردهای تعیین‌شده را انجام دهد. اصل قابلیت اطمینان به این معناست که محصولات، قطعات یا اجزای طراحی‌شده باید بتوانند الزامات مشخص شده در زمینه قابلیت اطمینان را برآورده کنند. چهارم، استانداردهای ایمنی: ایمنی ماشین شامل موارد زیر است: ایمنی قطعات: به این معناست که در برابر بارهای خارجی مشخص و در طول زمان مشخص، قطعات دچار شکستگی، تغییر شکل بیش از حد، فرسودگی بیش از حد یا از دست رفتن پایداری نشوند. امنیت کلی دستگاه: به معنای الزامی است که دستگاه در شرایط مشخص، دچار خرابی نشود و بتواند عملکردهای کلی خود را به طور صحیح انجام دهد. امنیت کاری: به معنای حفاظت از کارکنان است تا از ایمنی جسمی و سلامت روان آن‌ها تضمین شود و غیره. امنیت زیست‌محیطی: به معنای عدم ایجاد آلودگی و خطر برای محیط اطراف دستگاه و انسان‌ها است. (

پاسخ به ۱# 3968668: ۱. معیار استحکام ایجاب می‌کند که تنش کاری قطعات مکانیکی، σ، از تنش مجاز بالاتر نباشد. فرمول محاسباتی معمول آن به شکل زیر است: (۳-۱۶) σlim – تنش حدی؛ برای مواد شکننده تحت تنش‌های استاتیک، از حد استحکام آن‌ها استفاده می‌شود؛ برای مواد پلاستیکی تحت تنش‌های استاتیک، از حد خمش آن‌ها استفاده می‌شود؛ و برای مواد تحت تنش‌های متغیر، از حد خستگی آن‌ها استفاده می‌شود. S — ضریب ایمنی. ۲. معیار سختی: قطعات مکانیکی هنگام تحت بار، دچار تغییر شکل الاستیکی می‌شوند؛ سختی، توانایی مواد، قطعات مکانیکی یا سازه‌ها در مقابله با این تغییر شکل در اثر نیروهای خارجی است. سختی ماده با مقدار نیروی خارجی لازم برای ایجاد یک تغییر شکل واحد در آن، اندازه‌گیری می‌شود. ستفادگی قطعات مکانیکی به مدول الاستیسیته E یا مدول کشش G، شکل و ابعاد آن‌ها، و همچنین نحوه عمل کردن نیروهای خارجی بستگی دارد. تحلیل سختی اجزای مکانیکی، یکی از کارهای مهم در طراحی مکانیک است. برای برخی از قطعات که نیاز به محدودیت شدید در تغییر شکل دارند (مانند بال‌ها، محور اصلی ماشین‌های فرز و غیره)، باید از طریق تحلیل سفتی، تغییر شکل آن‌ها کنترل شود. ما همچنین باید با کنترل سفتی قطعات، از بروز لرزش یا بی‌ثباتی جلوگیری کنیم. علاوه بر این، مانند فنرها، برای تضمین عملکرد خاص آن‌ها، لازم است که سختی آن‌ها با کنترل، در یک مقدار مناسب نگه داشته شود. معیار سفتی این است که میزان تغییر شکل الاستیکی قطعه پس از تحمل بار، نباید بیشتر از حد مجاز تغییر شکل الاستیکی باشد. فرمول معیار سختی برابر است با (۳–۱۷)؛ در این فرمول، y مقدار تغییر شکل الاستیکی است، مانند خمش یا کشیدگی/کوتاه شدن در جهت طولی؛ همچنین، A مقدار مجاز تغییر شکل الاستیکی مربوطه است. میزان تغییر شکل الاستیکی قطعات را می‌توان از طریق محاسبات نظری یا آزمایش‌ها به دست آورد؛ در حالی که میزان تغییر شکل مجاز بستگی به کاربرد قطعه دارد و بر اساس تحلیل‌های نظری یا تجربی تعیین می‌شود. ۳. معیار مقاومت در برابر حرارت: به دلایلی مانند اصطکاک، هنگام کارکرد ماشین‌آلات، دمای قطعات مکانیکی و روان‌کننده‌ها معمولاً افزایش می‌یابد. دمای بالای کار، باعث کاهش کارایی روانکاری می‌شود؛ همچنین منجر به تغییر شکل حرارتی قطعات، کاهش سختی و استحکام آن‌ها، و در نهایت خرابی آن‌ها می‌گردد. در دماهای بالا، قطعات مکانیکی فلزی ممکن است به یکدیگر چسبیده شده یا مسدود شوند ； قطعات مکانیکی غیرفلزی مانند پلاستیک ممکن است نرم شوند یا حتی ذوب شوند و در برخی موارد باعث ایجاد تنش‌های حرارتی نیز می‌شوند. معیار مقاومت در برابر حرارت، معمولاً برای کنترل دمای کاری قطعات مکانیکی به گونه‌ای است که از فراتر رفتن آن از مقدار مجاز جلوگیری شود تا عملکرد صحیح قطعات تضمین گردد؛ فرمول آن (۳–۱۸) است. برای بهبود عملکرد خنک‌کاری و کنترل افزایش دما، در صورت لزوم می‌توان از روش‌هایی مانند خنک‌کاری با آب یا هوا استفاده کرد. ۴. معیار پایداری لرزشی: هنگامی که فرکانس تحریک‌کننده برابر با فرکانس ذاتی جسم باشد، دامنه لرزش جسم در حداکثر خود قرار می‌گیرد؛ هرچه تفاوت فرکانس تحریک‌کننده و فرکانس ذاتی بیشتر شود، دامنه لرزش جسم کمتر خواهد بود. هنگامی که فرکانس تحریک به فرکانس ذاتی جسم نزدیک شود، دامنه لرزش اجباری بسیار بزرگ می‌شود؛ این پدیده را رزونانس می‌نامند. پایداری لرزشی به کیفیت قطعات مکانیکی در جلوگیری از رزونانس هنگام کارکرد ماشین اشاره دارد. برای افزایش عمر ماشین و جلوگیری از آسیب به محور و ماشین، باید پایداری لرزشی محور، به‌ویژه در ماشین‌های پرسرعت، بررسی شود. اصل پایداری لرزشی مستلزم آن است که فرکانس ذاتی اجزای مکانیکی با فرکانس تحریک‌کننده متفاوت باشد تا از رزونانس جلوگیری شود. فرض کنید فرکانس ذاتی اجزای تحت تحریک در ماشین، f باشد و فرکانس نیروی تحریک‌کننده، fp باشد. معمولاً الزام است که fp < ۰.۸۵f یا fp > ۱.۱۵f باشد (۳–۱۹). تغییر سختی و جرم اجزای مکانیکی، می‌تواند فرکانس ذاتی آن‌ها را تغییر دهد. افزایش سختی قطعات مکانیکی و کاهش جرم آن‌ها، برای افزایش فرکانس ذاتی آن‌ها ； کاهش سفتی اجزای مکانیکی و افزایش جرم آن‌ها، فرکانس ذاتی اجزای مکانیکی را کاهش می‌دهد. گاهی، هنگام کارکرد ماشین، برای جلوگیری از رزونانس، سرعت چرخش آن تنظیم می‌شود. دلیل اصلی ایجاد رزونانس در محور، عدم یکنواختی جرم در داخل ماده و همچنین خطاهای مربوط به ساخت و نصب است؛ این عوامل باعث ایجاد اختلاف بین مرکز جرم و مرکز چرخش محور می‌شوند. هنگام چرخش محور، نیروهای اینرسی ایجاد می‌شوند که باعث لرزش اجباری روتور می‌گردند. سرعت محور در زمان ایجاد رزونانس، سرعت بحرانی نامیده می‌شود. در سرعت بحرانی، فرکانس این نیروی اینرسی برابر یا چند برابر فرکانس ذاتی روتور است و در نتیجه رزونانس رخ می‌دهد. ۵. معیار عمر: برای اطمینان از کارکرد صحیح ماشین در طول یک دوره عمر مشخص، هنگام طراحی قطعات مکانیکی، لازم است الزاماتی در خصوص عمر این قطعات مشخص شود. باید توجه داشت که در طول عمر ماشین، قطعات را می‌توان تعویض کرد؛ یعنی عمر برخی از قطعات مکانیکی می‌تواند کوتاه‌تر از عمر ماشین باشد. عمر قطعات مکانیکی عمدتاً تحت تأثیر خستگی، سایش و خوردگی مواد قرار دارد. برای جلوگیری از خرابی ناشی از فرسودگی قطعات، مانند شکست ناشی از فرسودگی، باید استحکام در برابر فرسودگی بر اساس حد فرسودگی متناظر با عمر قطعات مکانیکی محاسبه شود. یعنی بر اساس الزامات مربوط به عمر مفید و با در نظر گرفتن شرایط خاصی مانند سرعت چرخش قطعات، و با استفاده از فرمول (۳-۶)، تعداد دوره‌های چرخش تنش در حالتی که برابر N باشد، محاسبه می‌شود؛ سپس این مقدار جایگذاری شده و استحکام در برابر فرسودگی محاسبه می‌گردد. هنگامی که استحکام در برابر خستگی برقرار شود، می‌توان اطمینان حاصل کرد که تعداد دوره‌های چرخش تنش در قطعات مکانیکی، پیش از شکست، به الزامات طول عمر مورد نیاز می‌رسد. فرسودگی معمولاً اجتناب‌ناپذیر است. در شرایط خاص، خوردگی نیز اجتناب‌ناپذیر است، مانند خوردگی اجزای ساختاری پل‌ها و لوله‌های فولادی که در زمین قرار دارند. در طراحی، هدف اصلی این است که مطمئن شویم قطعات مکانیکی در طول عمر خود دچار فرسودگی و خوردگی بیش از حد نشوند. مکانیسم وقوع فرسایش هنوز به طور کامل درک نشده است و عوامل مؤثر بر فرسایش نیز بسیار است؛ معمولاً بر اساس اصول طراحی تریبوشنی، مقاومت قطعات در برابر فرسایش بهبود یافته می‌شود. اقدامات اصلی عبارتند از: انتخاب مناسب مواد جفت‌های اصطکاکی ； انتخاب مناسب روان‌کننده‌ها و افزودنی‌ها ； کنترل شرایط کاری جفت اصطکاک، مانند فشار، سرعت لغزش و افزایش دما. تاکنون، روش عملی و مؤثری برای محاسبه طول عمر در برابر خوردگی وجود ندارد و معمولاً اقداماتی از طریق انتخاب مواد مناسب و انجام روش‌های محافظت در برابر خوردگی انجام می‌شود. در صورت استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی، از روش‌هایی مانند پوشش دادن سطح، اسپری کردن و فسفاته کردن استفاده می‌شود. ۶. معیارهای قابلیت اطمینان: قابلیت اطمینان، توانایی یک محصول در انجام کارهای مشخص شده، در شرایط و زمان‌های مقرر، است. کیفیت محصول باید عموماً شامل شاخص‌های عملکردی و شاخص‌های قابلیت اطمینان باشد. شاخص‌های عملکردی محصولات مکانیکی، به شاخص‌های فنی مربوط به یک محصول اشاره دارد؛ مانند توان، گشتاور، نیروی کاری و سرعت عملکرد مکانیزم. اگر فقط شاخص‌های عملکردی وجود داشته باشد و شاخص‌های قابلیت اطمینان نباشد، شاخص‌های عملکردی محصول نیز تضمین نخواهند شد. به عنوان مثال، یک هواپیمای پیشرفته از نظر فنی، اگر قابلیت اطمینان لازم را نداشته باشد، حتماً دچار خرابی‌های مکرر خواهد شد؛ این امر بر پروازهای منظم تأثیر منفی می‌گذارد و هزینه‌های تعمیرات را افزایش می‌دهد. در نهایت، ممکن است منجر به حوادث جدی شود. قابلیت اطمینان محصول با ضریب قابلیت اطمینان R(t) اندازه‌گیری می‌شود. تعریف قابلیت اطمینان این است: احتمال اینکه یک محصول، تحت شرایط مشخص و در زمان مشخص، عملکرد مورد نظر را انجام دهد. قابلیت اطمینان، تابعی از زمان است. تعدادی محصول یکسان با تعداد n وجود دارد که در زمان t=0 شروع به کار می‌کنند. با گذشت زمان، تعداد محصولاتی که از کار می‌افتند، no(t)، افزایش یافته و تعداد محصولاتی که به درستی کار می‌کنند، ni(t)، کاهش می‌یابد. قابلیت اطمینان محصولات در هر زمان t برابر است با (3–20). اگر قابلیت اطمینان یک محصول پس از ۳۰۰۰ ساعت کار، R(t)=0.96 باشد، به این معناست که ۹۶٪ از محصولات می‌توانند بیش از ۳۰۰۰ ساعت به درستی کار کنند. برای یک محصول خاص، احتمال اینکه تا ۳۰۰۰ ساعت کار کند، ۹۶٪ است. نرخ خرابی، به معنای احتمال بروز خرابی در یک واحد زمان در مرحله بعد، در حالی است که محصول تا زمان t کار می‌کند. می‌توان نشان داد که فرمول ریاضی آن (3–21) است. با جداسازی متغیرها و انتگرال‌گیری از هر دو طرف، به فرمول (3–22) می‌رسیم. رابطه بین نرخ خرابی قطعات و زمان، معمولاً همان‌طور که در شکل 3-13 نشان داده شده است، است. می‌توان با روش آزمایشی، منحنی بازدهی و هزینه را به دست آورد. منحنی نرخ خرابی، وضعیت نرخ خرابی در طول عمر کلی محصول را نشان می‌دهد. با نگاه کردن به منحنی خرابی، می‌توان گفت که خرابی عموماً به سه مرحله تقسیم می‌شود. شکل ۳-۱۵: مرحله اول، مرحله خرابی زودهنگام است و منحنی در این مرحله کاهشی است. در مراحل اولیه استفاده از محصول، نرخ خرابی بالاست و به سرعت کاهش می‌یابد. دلایل اصلی آن، نقص‌های ناشی از طراحی، تولید، نگهداری و حمل‌ونقل است؛ همچنین عوامل انسانی مانند تنظیمات نادرست، راه‌اندازی نامناسب و غیره نیز در این موضوع نقش دارند. هنگامی که این نقص‌های ناشی از عیب‌های مادرزادی رخ دهند و عملکرد دستگاه به تدریج به حالت طبیعی برگردد، نرخ خرابی نیز به ثبات می‌رسد. باید تا حد امکان تلاش کرد تا از شکست زودهنگام قطعات جلوگیری شود و مدت زمان t0 مربوط به عدم کارایی و شکست زودهنگام کاهش یابد. مرحله دوم، مرحله خرابی تصادفی است که نرخ خرابی در آن به آرامی افزایش می‌یابد. عدم کارایی عمدتاً به دلیل عوامل تصادفی مانند باربری غیرمنتظره، اشتباهات در استفاده، و فجایع طبیعی ناگهانی ایجاد می‌شود. از آنجایی که دلایل خرابی عمدتاً تصادفی هستند، به آن مرحله خرابی تصادفی گفته می‌شود. کاهش نرخ خرابی تصادفی، عمر مفید محصول را افزایش می‌دهد؛ بنابراین باید به بهبود کیفیت محصول و استفاده و نگهداری دقیق از آن توجه کرد. مرحله سوم، مرحله خرابی و عدم عملکرد است که نرخ خرابی آن رو به افزایش است. پس از t1، نرخ خرابی به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. این به دلیل پیر شدن محصول و عواملی مانند خستگی، سایش، کرومبینگ و خوردگی، یعنی دلایل موسوم به فرسودگی، رخ می‌دهد؛ از این رو به آن «دوره عمر ناشی از فرسودگی» گفته می‌شود. برای رفع دلایل عدم کارکرد در این مرحله، باید به بازرسی‌ها و نظارت‌ها توجه کرد و تعمیرات لازم را از پیش انجام داد تا میزان عدم کارکرد همچنان افزایش نیابد. ۷. معیار دقت: برای قطعات مکانیکی، سیستم‌ها یا تجهیزات با دقت بالا، انتظار می‌رود که خطاهای حرکتی آن‌ها کمتر از مقدار مجاز باشد. به عنوان مثال، در ماشین‌آلات دقیق، خطای خطی راهنمای حرکت، خطای تابش شعاعی محور اصلی، خطای زاویه‌ای در انتقال حرکت توسط چرخدنده‌ها و غیره، نیازمند استانداردهای دقت مشخصی هستند. با توجه به الزامات عملکردی ماشین و قطعات، می‌توان استانداردهای تناسب و دقت مناسب را انتخاب کرد؛ یعنی طراحی دقیقی انجام شده و این اطلاعات به درستی روی نقشه‌ها مشخص می‌گردد. همچنین می‌توان با استفاده از مقادیر تنش مشخص شده در نقشه قطعات، خطای سازوکار را محاسبه کرد و آن را با دقت مورد نظر برای سازوکار مقایسه نمود.

۱. معیار استحکام: این معیار مقرر می‌کند که تنش کاری قطعات مکانیکی، σ، نباید از تنش مجاز فراتر رود. فرمول محاسباتی معمول آن به شکل زیر است: (۳-۱۶) σlim – تنش حدی؛ برای مواد شکننده تحت تنش‌های استاتیک، از حد استحکام آن‌ها استفاده می‌شود؛ برای مواد پلاستیکی تحت تنش‌های استاتیک، از حد خمش آن‌ها استفاده می‌شود؛ و برای مواد تحت تنش‌های متغیر، از حد خستگی آن‌ها استفاده می‌شود. S — ضریب ایمنی. ۲. معیار سختی: قطعات مکانیکی هنگام تحت بار، دچار تغییر شکل الاستیکی می‌شوند؛ سختی، توانایی مواد، قطعات مکانیکی یا سازه‌ها در مقابله با این تغییر شکل در اثر نیروهای خارجی است. سختی ماده با مقدار نیروی خارجی لازم برای ایجاد یک تغییر شکل واحد در آن، اندازه‌گیری می‌شود. ستفادگی قطعات مکانیکی به مدول الاستیسیته E یا مدول کشش G، شکل و ابعاد آن‌ها، و همچنین نحوه عمل کردن نیروهای خارجی بستگی دارد. تحلیل سختی اجزای مکانیکی، یکی از کارهای مهم در طراحی مکانیک است. برای برخی از قطعات که نیاز به محدودیت شدید در تغییر شکل دارند (مانند بال‌ها، محور اصلی ماشین‌های فرز و غیره)، باید از طریق تحلیل سفتی، تغییر شکل آن‌ها کنترل شود. ما همچنین باید با کنترل سفتی قطعات، از بروز لرزش یا بی‌ثباتی جلوگیری کنیم. علاوه بر این، مانند فنرها، برای تضمین عملکرد خاص آن‌ها، لازم است که سختی آن‌ها با کنترل، در یک مقدار مناسب نگه داشته شود. معیار سفتی این است که میزان تغییر شکل الاستیکی قطعه پس از تحمل بار، نباید بیشتر از حد مجاز تغییر شکل الاستیکی باشد. فرمول معیار سختی برابر است با (۳–۱۷)؛ در این فرمول، y مقدار تغییر شکل الاستیکی است، مانند خمش یا کشیدگی/کوتاه شدن در جهت طولی؛ همچنین، A مقدار مجاز تغییر شکل الاستیکی مربوطه است. میزان تغییر شکل الاستیکی قطعات را می‌توان از طریق محاسبات نظری یا آزمایش‌ها به دست آورد؛ در حالی که میزان تغییر شکل مجاز بستگی به کاربرد قطعه دارد و بر اساس تحلیل‌های نظری یا تجربی تعیین می‌شود. ۳. معیار مقاومت در برابر حرارت: به دلایلی مانند اصطکاک، هنگام کارکرد ماشین‌آلات، دمای قطعات مکانیکی و روان‌کننده‌ها معمولاً افزایش می‌یابد. دمای بالای کار، باعث کاهش کارایی روانکاری می‌شود؛ همچنین منجر به تغییر شکل حرارتی قطعات، کاهش سختی و استحکام آن‌ها، و در نهایت خرابی آن‌ها می‌گردد. در دماهای بالا، قطعات مکانیکی فلزی ممکن است به یکدیگر چسبیده شده یا مسدود شوند ； قطعات مکانیکی غیرفلزی مانند پلاستیک ممکن است نرم شوند یا حتی ذوب شوند و در برخی موارد باعث ایجاد تنش‌های حرارتی نیز می‌شوند. معیار مقاومت در برابر حرارت، معمولاً برای کنترل دمای کاری قطعات مکانیکی به گونه‌ای است که از فراتر رفتن آن از مقدار مجاز جلوگیری شود تا عملکرد صحیح قطعات تضمین گردد؛ فرمول آن (۳–۱۸) است. برای بهبود عملکرد خنک‌کاری و کنترل افزایش دما، در صورت لزوم می‌توان از روش‌هایی مانند خنک‌کاری با آب یا هوا استفاده کرد. ۴. معیار پایداری لرزشی: هنگامی که فرکانس تحریک‌کننده برابر با فرکانس ذاتی جسم باشد، دامنه لرزش جسم در حداکثر خود قرار می‌گیرد؛ هرچه تفاوت فرکانس تحریک‌کننده و فرکانس ذاتی بیشتر شود، دامنه لرزش جسم کمتر خواهد بود. هنگامی که فرکانس تحریک به فرکانس ذاتی جسم نزدیک شود، دامنه لرزش اجباری بسیار بزرگ می‌شود؛ این پدیده را رزونانس می‌نامند. پایداری لرزشی به کیفیت قطعات مکانیکی در جلوگیری از رزونانس هنگام کارکرد ماشین اشاره دارد. برای افزایش عمر ماشین و جلوگیری از آسیب به محور و ماشین، باید پایداری لرزشی محور، به‌ویژه در ماشین‌های پرسرعت، بررسی شود. اصل پایداری لرزشی مستلزم آن است که فرکانس ذاتی اجزای مکانیکی با فرکانس تحریک‌کننده متفاوت باشد تا از رزونانس جلوگیری شود. فرض کنید فرکانس ذاتی اجزای تحت تحریک در ماشین، f باشد و فرکانس نیروی تحریک‌کننده، fp باشد. معمولاً الزام است که fp < ۰.۸۵f یا fp > ۱.۱۵f باشد (۳–۱۹). تغییر سختی و جرم اجزای مکانیکی، می‌تواند فرکانس ذاتی آن‌ها را تغییر دهد. افزایش سختی قطعات مکانیکی و کاهش جرم آن‌ها، برای افزایش فرکانس ذاتی آن‌ها ； کاهش سفتی اجزای مکانیکی و افزایش جرم آن‌ها، فرکانس ذاتی اجزای مکانیکی را کاهش می‌دهد. گاهی، هنگام کارکرد ماشین، برای جلوگیری از رزونانس، سرعت چرخش آن تنظیم می‌شود. دلیل اصلی ایجاد رزونانس در محور، عدم یکنواختی جرم در داخل ماده و همچنین خطاهای مربوط به ساخت و نصب است؛ این عوامل باعث ایجاد اختلاف بین مرکز جرم و مرکز چرخش محور می‌شوند. هنگام چرخش محور، نیروهای اینرسی ایجاد می‌شوند که باعث لرزش اجباری روتور می‌گردند. سرعت محور در زمان ایجاد رزونانس، سرعت بحرانی نامیده می‌شود. در سرعت بحرانی، فرکانس این نیروی اینرسی برابر یا چند برابر فرکانس ذاتی روتور است و در نتیجه رزونانس رخ می‌دهد. ۵. معیار عمر: برای اطمینان از کارکرد صحیح ماشین در طول یک دوره عمر مشخص، هنگام طراحی قطعات مکانیکی، لازم است الزاماتی در خصوص عمر این قطعات مشخص شود. باید توجه داشت که در طول عمر ماشین، قطعات را می‌توان تعویض کرد؛ یعنی عمر برخی از قطعات مکانیکی می‌تواند کوتاه‌تر از عمر ماشین باشد. عمر قطعات مکانیکی عمدتاً تحت تأثیر خستگی، سایش و خوردگی مواد قرار دارد. برای جلوگیری از خرابی ناشی از فرسودگی قطعات، مانند شکست ناشی از فرسودگی، باید استحکام در برابر فرسودگی بر اساس حد فرسودگی متناظر با عمر قطعات مکانیکی محاسبه شود. یعنی بر اساس الزامات مربوط به عمر مفید و با در نظر گرفتن شرایط خاصی مانند سرعت چرخش قطعات، و با استفاده از فرمول (۳-۶)، تعداد دوره‌های چرخش تنش در حالتی که برابر N باشد، محاسبه می‌شود؛ سپس این مقدار جایگذاری شده و استحکام در برابر فرسودگی محاسبه می‌گردد. هنگامی که استحکام در برابر خستگی برقرار شود، می‌توان اطمینان حاصل کرد که تعداد دوره‌های چرخش تنش در قطعات مکانیکی، پیش از شکست، به الزامات طول عمر مورد نیاز می‌رسد. فرسودگی معمولاً اجتناب‌ناپذیر است. در شرایط خاص، خوردگی نیز اجتناب‌ناپذیر است، مانند خوردگی اجزای ساختاری پل‌ها و لوله‌های فولادی که در زمین قرار دارند. در طراحی، هدف اصلی این است که مطمئن شویم قطعات مکانیکی در طول عمر خود دچار فرسودگی و خوردگی بیش از حد نشوند. مکانیسم وقوع فرسایش هنوز به طور کامل درک نشده است و عوامل مؤثر بر فرسایش نیز بسیار است؛ معمولاً بر اساس اصول طراحی تریبوشنی، مقاومت قطعات در برابر فرسایش بهبود یافته می‌شود. اقدامات اصلی عبارتند از: انتخاب مناسب مواد جفت‌های اصطکاکی ； انتخاب مناسب روان‌کننده‌ها و افزودنی‌ها ； کنترل شرایط کاری جفت اصطکاک، مانند فشار، سرعت لغزش و افزایش دما. تاکنون، روش عملی و مؤثری برای محاسبه طول عمر در برابر خوردگی وجود ندارد و معمولاً اقداماتی از طریق انتخاب مواد مناسب و انجام روش‌های محافظت در برابر خوردگی انجام می‌شود. در صورت استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی، از روش‌هایی مانند پوشش دادن سطح، اسپری کردن و فسفاته کردن استفاده می‌شود. ۶. معیارهای قابلیت اطمینان: قابلیت اطمینان، توانایی یک محصول در انجام کارهای مشخص شده، در شرایط و زمان‌های مقرر، است. کیفیت محصول باید عموماً شامل شاخص‌های عملکردی و شاخص‌های قابلیت اطمینان باشد. شاخص‌های عملکردی محصولات مکانیکی، به شاخص‌های فنی مربوط به یک محصول اشاره دارد؛ مانند توان، گشتاور، نیروی کاری و سرعت عملکرد مکانیزم. اگر فقط شاخص‌های عملکردی وجود داشته باشد و شاخص‌های قابلیت اطمینان نباشد، شاخص‌های عملکردی محصول نیز تضمین نخواهند شد. به عنوان مثال، یک هواپیمای پیشرفته از نظر فنی، اگر قابلیت اطمینان لازم را نداشته باشد، حتماً دچار خرابی‌های مکرر خواهد شد؛ این امر بر پروازهای منظم تأثیر منفی می‌گذارد و هزینه‌های تعمیرات را افزایش می‌دهد. در نهایت، ممکن است منجر به حوادث جدی شود. قابلیت اطمینان محصول با ضریب قابلیت اطمینان R(t) اندازه‌گیری می‌شود. تعریف قابلیت اطمینان این است: احتمال اینکه یک محصول، تحت شرایط مشخص و در زمان مشخص، عملکرد مورد نظر را انجام دهد. قابلیت اطمینان، تابعی از زمان است. تعدادی محصول یکسان با تعداد n وجود دارد که در زمان t=0 شروع به کار می‌کنند. با گذشت زمان، تعداد محصولاتی که از کار می‌افتند، no(t)، افزایش یافته و تعداد محصولاتی که به درستی کار می‌کنند، ni(t)، کاهش می‌یابد. قابلیت اطمینان محصولات در هر زمان t برابر است با (3–20). اگر قابلیت اطمینان یک محصول پس از ۳۰۰۰ ساعت کار، R(t)=0.96 باشد، به این معناست که ۹۶٪ از محصولات می‌توانند بیش از ۳۰۰۰ ساعت به درستی کار کنند. برای یک محصول خاص، احتمال اینکه تا ۳۰۰۰ ساعت کار کند، ۹۶٪ است. نرخ خرابی، به معنای احتمال بروز خرابی در یک واحد زمان در مرحله بعد، در حالی است که محصول تا زمان t کار می‌کند. می‌توان نشان داد که فرمول ریاضی آن (3–21) است. با جداسازی متغیرها و انتگرال‌گیری از هر دو طرف، به فرمول (3–22) می‌رسیم. رابطه بین نرخ خرابی قطعات و زمان، معمولاً همان‌طور که در شکل 3-13 نشان داده شده است، است. می‌توان با روش آزمایشی، منحنی بازدهی و هزینه را به دست آورد. منحنی نرخ خرابی، وضعیت نرخ خرابی در طول عمر کلی محصول را نشان می‌دهد. با نگاه کردن به منحنی خرابی، می‌توان گفت که خرابی عموماً به سه مرحله تقسیم می‌شود. شکل ۳-۱۵: مرحله اول، مرحله خرابی زودهنگام است و منحنی در این مرحله کاهشی است. در مراحل اولیه استفاده از محصول، نرخ خرابی بالاست و به سرعت کاهش می‌یابد. دلایل اصلی آن، نقص‌های ناشی از طراحی، تولید، نگهداری و حمل‌ونقل است؛ همچنین عوامل انسانی مانند تنظیمات نادرست، راه‌اندازی نامناسب و غیره نیز در این موضوع نقش دارند. هنگامی که این نقص‌های ناشی از عیب‌های مادرزادی رخ دهند و عملکرد دستگاه به تدریج به حالت طبیعی برگردد، نرخ خرابی نیز به ثبات می‌رسد. باید تا حد امکان تلاش کرد تا از شکست زودهنگام قطعات جلوگیری شود و مدت زمان t0 مربوط به عدم کارایی و شکست زودهنگام کاهش یابد. مرحله دوم، مرحله خرابی تصادفی است که نرخ خرابی در آن به آرامی افزایش می‌یابد. عدم کارایی عمدتاً به دلیل عوامل تصادفی مانند باربری غیرمنتظره، اشتباهات در استفاده، و فجایع طبیعی ناگهانی ایجاد می‌شود. از آنجایی که دلایل خرابی عمدتاً تصادفی هستند، به آن مرحله خرابی تصادفی گفته می‌شود. کاهش نرخ خرابی تصادفی، عمر مفید محصول را افزایش می‌دهد؛ بنابراین باید به بهبود کیفیت محصول و استفاده و نگهداری دقیق از آن توجه کرد. مرحله سوم، مرحله خرابی و عدم عملکرد است که نرخ خرابی آن رو به افزایش است. پس از t1، نرخ خرابی به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. این به دلیل پیر شدن محصول و عواملی مانند خستگی، سایش، کرومبینگ و خوردگی، یعنی دلایل موسوم به فرسودگی، رخ می‌دهد؛ از این رو به آن «دوره عمر ناشی از فرسودگی» گفته می‌شود. برای رفع دلایل عدم کارکرد در این مرحله، باید به بازرسی‌ها و نظارت‌ها توجه کرد و تعمیرات لازم را از پیش انجام داد تا میزان عدم کارکرد همچنان افزایش نیابد. ۷. معیار دقت: برای قطعات مکانیکی، سیستم‌ها یا تجهیزات با دقت بالا، انتظار می‌رود که خطاهای حرکتی آن‌ها کمتر از مقدار مجاز باشد. به عنوان مثال، در ماشین‌آلات دقیق، خطای خطی راهنمای حرکت، خطای تابش شعاعی محور اصلی، خطای زاویه‌ای در انتقال حرکت توسط چرخدنده‌ها و غیره، نیازمند استانداردهای دقت مشخصی هستند. با توجه به الزامات عملکردی ماشین و قطعات، می‌توان استانداردهای تناسب و دقت مناسب را انتخاب کرد؛ یعنی طراحی دقیقی انجام شده و این اطلاعات به درستی روی نقشه‌ها مشخص می‌گردد. همچنین می‌توان با استفاده از مقادیر تولرانس مشخص شده در نقشه قطعات، خطای سازوکار را محاسبه کرد و آن را با دقت مورد نظر برای سازوکار مقایسه نمود

۱. معیار استحکام ۲. معیار سفتی ۳. معیار مقاومت در برابر حرارت ۴. معیار پایداری لرزشی ۵. معیار عمر مفید ۶. معیار قابلیت اطمینان ۷. معیار دقت

۱. معیار استحکام. تنش کاری قطعات مکانیکی، σ، نباید از تنش مجاز فراتر رود. ۲. معیار سختی. قطعات مکانیکی هنگام تحت بار، دچار تغییر شکل الاستیکی می‌شوند؛ سختی، توانایی ماده، قطعه مکانیکی یا سازه در مقابله با تغییر شکل تحت تأثیر نیروهای خارجی است. سختی ماده با مقدار نیروی خارجی لازم برای ایجاد یک تغییر شکل واحد در آن، اندازه‌گیری می‌شود. ۳. معیار مقاومت در برابر حرارت. به دلایلی مانند اصطکاک، هنگام کارکرد ماشین‌آلات، دمای قطعات مکانیکی و روان‌کننده‌ها معمولاً افزایش می‌یابد. دمای بالای کار، باعث کاهش کارایی روانکاری می‌شود؛ همچنین منجر به تغییر شکل حرارتی قطعات، کاهش سختی و استحکام آن‌ها، و در نهایت خرابی آن‌ها می‌گردد. در دماهای بالا، قطعات مکانیکی فلزی ممکن است به یکدیگر چسبیده شده یا مسدود شوند ； قطعات مکانیکی غیرفلزی مانند پلاستیک ممکن است نرم شوند یا حتی ذوب شوند و در برخی موارد باعث ایجاد تنش‌های حرارتی نیز می‌شوند. معیارهای مقاومت در برابر حرارت، معمولاً برای کنترل دمای کاری قطعات مکانیکی به گونه‌ای هستند که از فراتر رفتن آن از محدوده مجاز جلوگیری شود تا عملکرد صحیح قطعات تضمین گردد. برای بهبود عملکرد خنک‌کاری و کنترل افزایش دما، در صورت لزوم می‌توان از روش‌هایی مانند خنک‌کاری با آب یا خنک‌کاری با هوا استفاده کرد. ۴. معیار پایداری لرزشی. هنگامی که فرکانس تحریک برابر با فرکانس ذاتی جسم باشد، دامنه نوسان جسم حداکثر می‌شود؛ هرچه تفاوت فرکانس تحریک و فرکانس ذاتی بیشتر باشد، دامنه نوسان جسم کمتر خواهد بود. هنگامی که فرکانس تحریک به فرکانس ذاتی جسم نزدیک شود، دامنه لرزش اجباری بسیار بزرگ می‌شود؛ این پدیده را رزونانس می‌نامند. پایداری لرزشی به کیفیت قطعات مکانیکی در جلوگیری از رزونانس هنگام کارکرد ماشین اشاره دارد. ۵. معیار عمر. برای اطمینان از کارکرد صحیح ماشین در طول یک دوره عمر مشخص، هنگام طراحی قطعات مکانیکی، لازم است الزاماتی برای عمر این قطعات تعیین شود. باید توجه داشت که در طول عمر ماشین، قطعات را می‌توان تعویض کرد؛ یعنی عمر برخی از قطعات مکانیکی می‌تواند کوتاه‌تر از عمر ماشین باشد. عمر قطعات مکانیکی عمدتاً تحت تأثیر خستگی، سایش و خوردگی مواد قرار دارد. ۶. معیارهای قابلیت اطمینان. قابلیت اطمینان، توانایی محصول در انجام عملکردهای مشخص، تحت شرایط و در زمان مقرر، است. کیفیت محصول باید عموماً شامل شاخص‌های عملکردی و شاخص‌های قابلیت اطمینان باشد. شاخص‌های عملکردی محصولات مکانیکی، به شاخص‌های فنی مربوط به یک محصول اشاره دارد؛ مانند توان، گشتاور، نیروی کاری و سرعت عملکرد مکانیزم. اگر فقط شاخص‌های عملکردی وجود داشته باشد و شاخص‌های قابلیت اطمینان نباشد، شاخص‌های عملکردی محصول نیز تضمین نخواهند شد. ۷. معیار دقت. برای قطعات مکانیکی، سازوکارها یا تجهیزات با دقت بالا، انتظار می‌رود که خطای حرکتی آن‌ها کمتر از مقدار مجاز باشد. به عنوان مثال، در ماشین‌آلات دقیق، خطای خطی راهنمای حرکت، خطای تابش شعاعی محور اصلی، خطای زاویه‌ای در انتقال حرکت توسط چرخدنده‌ها و غیره، نیازمند استانداردهای دقت مشخصی هستند. با توجه به الزامات عملکردی ماشین و قطعات، می‌توان استانداردهای تناسب و دقت مناسب را انتخاب کرد؛ یعنی طراحی دقیقی انجام شده و این اطلاعات به درستی روی نقشه‌ها مشخص می‌گردد. همچنین می‌توان با استفاده از مقادیر تنش مشخص شده در نقشه قطعات، خطای سازوکار را محاسبه کرد و آن را با دقت مورد نظر برای سازوکار مقایسه نمود.

۱. معیار استحکام: این معیار مقرر می‌کند که تنش کاری قطعات مکانیکی، σ، نباید از تنش مجاز فراتر رود. فرمول محاسباتی معمول آن به شکل زیر است: http://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image002.gif (۳-۱۶) σlim – تنش حدی؛ برای مواد شکننده تحت تنش‌های استاتیک، از حد استحکام آن‌ها استفاده می‌شود؛ برای مواد پلاستیکی تحت تنش‌های استاتیک، از حد خمش آن‌ها استفاده می‌شود؛ و برای مواد تحت تنش‌های متغیر، از حد خستگی آن‌ها استفاده می‌شود. S — ضریب ایمنی. ۲. معیار سختی: قطعات مکانیکی هنگام تحت بار، دچار تغییر شکل الاستیکی می‌شوند؛ سختی، توانایی مواد، قطعات مکانیکی یا سازه‌ها در مقابله با این تغییر شکل در اثر نیروهای خارجی است. سختی ماده با مقدار نیروی خارجی لازم برای ایجاد یک تغییر شکل واحد در آن، اندازه‌گیری می‌شود. ستفادگی قطعات مکانیکی به مدول الاستیسیته E یا مدول کشش G، شکل و ابعاد آن‌ها، و همچنین نحوه عمل کردن نیروهای خارجی بستگی دارد. تحلیل سختی اجزای مکانیکی، یکی از کارهای مهم در طراحی مکانیک است. برای برخی از قطعات که نیاز به محدودیت شدید در تغییر شکل دارند (مانند بال‌ها، محور اصلی ماشین‌های فرز و غیره)، باید از طریق تحلیل سفتی، تغییر شکل آن‌ها کنترل شود. ما همچنین باید با کنترل سفتی قطعات، از بروز لرزش یا بی‌ثباتی جلوگیری کنیم. علاوه بر این، مانند فنرها، برای تضمین عملکرد خاص آن‌ها، لازم است که سختی آن‌ها با کنترل، در یک مقدار مناسب نگه داشته شود. معیار سفتی این است که میزان تغییر شکل الاستیکی قطعه پس از تحمل بار، نباید بیشتر از حد مجاز تغییر شکل الاستیکی باشد. فرمول معیار سختی در آدرس http://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image006.gif (۳–۱۷) آمده است؛ در این فرمول، y مقدار تغییر شکل الاستیکی است، مانند خمش یا کشیدگی/فشردگی در جهت طولی؛ همچنین، این مقدار برابر با حد مجاز تغییر شکل الاستیکی مربوطه است. میزان تغییر شکل الاستیکی قطعات را می‌توان از طریق محاسبات نظری یا آزمایش‌ها به دست آورد؛ در حالی که میزان تغییر شکل مجاز بستگی به کاربرد قطعه دارد و بر اساس تحلیل‌های نظری یا تجربی تعیین می‌شود. ۳. معیار مقاومت در برابر حرارت: به دلایلی مانند اصطکاک، هنگام کارکرد ماشین‌آلات، دمای قطعات مکانیکی و روان‌کننده‌ها معمولاً افزایش می‌یابد. دمای بالای کار، باعث کاهش کارایی روانکاری می‌شود؛ همچنین منجر به تغییر شکل حرارتی قطعات، کاهش سختی و استحکام آن‌ها، و در نهایت خرابی آن‌ها می‌گردد. در دماهای بالا، قطعات مکانیکی فلزی ممکن است به یکدیگر چسبیده شده یا مسدود شوند ； قطعات مکانیکی غیرفلزی مانند پلاستیک ممکن است نرم شوند یا حتی ذوب شوند و در برخی موارد باعث ایجاد تنش‌های حرارتی نیز می‌شوند. معیارهای مقاومت در برابر حرارت، معمولاً برای کنترل دمای کاری قطعات مکانیکی به گونه‌ای هستند که از فراتر رفتن آن از محدوده مجاز جلوگیری شود تا عملکرد صحیح قطعات تضمین گردد؛ فرمول مربوطه در آدرس http://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image008.gif (۳–۱۸) آمده است. برای بهبود عملکرد خنک‌کنندگی و کنترل افزایش دما، در صورت لزوم می‌توان از روش‌هایی مانند خنک‌کاری با آب یا هوا استفاده کرد. ۴. معیار پایداری لرزشی: هنگامی که فرکانس تحریک‌کننده برابر با فرکانس ذاتی جسم باشد، دامنه لرزش جسم در حداکثر خود قرار می‌گیرد؛ هرچه تفاوت فرکانس تحریک‌کننده و فرکانس ذاتی بیشتر شود، دامنه لرزش جسم کمتر خواهد بود. هنگامی که فرکانس تحریک به فرکانس ذاتی جسم نزدیک شود، دامنه لرزش اجباری بسیار بزرگ می‌شود؛ این پدیده را رزونانس می‌نامند. پایداری لرزشی به کیفیت قطعات مکانیکی در جلوگیری از رزونانس هنگام کارکرد ماشین اشاره دارد. برای افزایش عمر ماشین و جلوگیری از آسیب به محور و ماشین، باید پایداری لرزشی محور، به‌ویژه در ماشین‌های پرسرعت، بررسی شود. اصل پایداری لرزشی مستلزم آن است که فرکانس ذاتی اجزای مکانیکی با فرکانس تحریک‌کننده متفاوت باشد تا از رزونانس جلوگیری شود. فرض کنید فرکانس ذاتی اجزای تحت تحریک در ماشین، f باشد و فرکانس نیروی تحریک‌کننده، fp باشد. معمولاً الزام است که fp < ۰.۸۵f یا fp > ۱.۱۵f باشد (۳–۱۹). تغییر سختی و جرم اجزای مکانیکی، می‌تواند فرکانس ذاتی آن‌ها را تغییر دهد. افزایش سختی قطعات مکانیکی و کاهش جرم آن‌ها، برای افزایش فرکانس ذاتی آن‌ها ； کاهش سفتی اجزای مکانیکی و افزایش جرم آن‌ها، فرکانس ذاتی اجزای مکانیکی را کاهش می‌دهد. گاهی، هنگام کارکرد ماشین، برای جلوگیری از رزونانس، سرعت چرخش آن تنظیم می‌شود. دلیل اصلی ایجاد رزونانس در محور، عدم یکنواختی جرم در داخل ماده و همچنین خطاهای مربوط به ساخت و نصب است؛ این عوامل باعث ایجاد اختلاف بین مرکز جرم و مرکز چرخش محور می‌شوند. هنگام چرخش محور، نیروهای اینرسی ایجاد می‌شوند که باعث لرزش اجباری روتور می‌گردند. سرعت محور در زمان ایجاد رزونانس، سرعت بحرانی نامیده می‌شود. در سرعت بحرانی، فرکانس این نیروی اینرسی برابر یا چند برابر فرکانس ذاتی روتور است و در نتیجه رزونانس رخ می‌دهد. ۵. معیار عمر: برای اطمینان از کارکرد صحیح ماشین در طول یک دوره عمر مشخص، هنگام طراحی قطعات مکانیکی، لازم است الزاماتی در خصوص عمر این قطعات مشخص شود. باید توجه داشت که در طول عمر ماشین، قطعات را می‌توان تعویض کرد؛ یعنی عمر برخی از قطعات مکانیکی می‌تواند کوتاه‌تر از عمر ماشین باشد. عمر قطعات مکانیکی عمدتاً تحت تأثیر خستگی، سایش و خوردگی مواد قرار دارد. برای جلوگیری از خرابی ناشی از فرسودگی قطعات، مانند شکست ناشی از فرسودگی، باید استحکام در برابر فرسودگی بر اساس حد فرسودگی متناظر با عمر قطعات مکانیکی محاسبه شود. یعنی بر اساس الزامات مربوط به عمر مفید و با در نظر گرفتن شرایط خاصی مانند سرعت چرخش قطعات، و با استفاده از فرمول (۳-۶)، تعداد دوره‌های چرخش تنش در حالتی که برابر N باشد، محاسبه می‌شود؛ سپس این مقدار جایگذاری شده و استحکام در برابر فرسودگی محاسبه می‌گردد. هنگامی که استحکام در برابر خستگی برقرار شود، می‌توان اطمینان حاصل کرد که تعداد دوره‌های چرخش تنش در قطعات مکانیکی، پیش از شکست، به الزامات طول عمر مورد نیاز می‌رسد. فرسودگی معمولاً اجتناب‌ناپذیر است. در شرایط خاص، خوردگی نیز اجتناب‌ناپذیر است، مانند خوردگی اجزای ساختاری پل‌ها و لوله‌های فولادی که در زمین قرار دارند. در طراحی، هدف اصلی این است که مطمئن شویم قطعات مکانیکی در طول عمر خود دچار فرسودگی و خوردگی بیش از حد نشوند. مکانیسم وقوع فرسایش هنوز به طور کامل درک نشده است و عوامل مؤثر بر فرسایش نیز بسیار است؛ معمولاً بر اساس اصول طراحی تریبوشنی، مقاومت قطعات در برابر فرسایش بهبود یافته می‌شود. اقدامات اصلی عبارتند از: انتخاب مناسب مواد جفت‌های اصطکاکی ； انتخاب مناسب روان‌کننده‌ها و افزودنی‌ها ； کنترل شرایط کاری جفت اصطکاک، مانند فشار، سرعت لغزش و افزایش دما. تاکنون، روش عملی و مؤثری برای محاسبه طول عمر در برابر خوردگی وجود ندارد و معمولاً اقداماتی از طریق انتخاب مواد مناسب و انجام روش‌های محافظت در برابر خوردگی انجام می‌شود. در صورت استفاده از مواد مقاوم در برابر خوردگی، از روش‌هایی مانند پوشش دادن سطح، اسپری کردن و فسفاته کردن استفاده می‌شود. ۶. معیارهای قابلیت اطمینان: قابلیت اطمینان، توانایی یک محصول در انجام کارهای مشخص شده، در شرایط و زمان‌های مقرر، است. کیفیت محصول باید عموماً شامل شاخص‌های عملکردی و شاخص‌های قابلیت اطمینان باشد. شاخص‌های عملکردی محصولات مکانیکی، به شاخص‌های فنی مربوط به یک محصول اشاره دارد؛ مانند توان، گشتاور، نیروی کاری و سرعت عملکرد مکانیزم. اگر فقط شاخص‌های عملکردی وجود داشته باشد و شاخص‌های قابلیت اطمینان نباشد، شاخص‌های عملکردی محصول نیز تضمین نخواهند شد. به عنوان مثال، یک هواپیمای پیشرفته از نظر فنی، اگر قابلیت اطمینان لازم را نداشته باشد، حتماً دچار خرابی‌های مکرر خواهد شد؛ این امر بر پروازهای منظم تأثیر منفی می‌گذارد و هزینه‌های تعمیرات را افزایش می‌دهد. در نهایت، ممکن است منجر به حوادث جدی شود. قابلیت اطمینان محصول با ضریب قابلیت اطمینان R(t) اندازه‌گیری می‌شود. تعریف قابلیت اطمینان این است: احتمال اینکه یک محصول، تحت شرایط مشخص و در زمان مشخص، عملکرد مورد نظر را انجام دهد. قابلیت اطمینان، تابعی از زمان است. تعدادی محصول یکسان با تعداد n وجود دارد که در زمان t=0 شروع به کار می‌کنند. با گذشت زمان، تعداد محصولاتی که از کار می‌افتند، no(t)، افزایش یافته و تعداد محصولاتی که به خوبی کار می‌کنند، ni(t)، کاهش می‌یابد. قابلیت اطمینان محصولات در هر زمان t، برابر است با http://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image010.gif (3–20). اگر قابلیت اطمینان یک محصول پس از ۳۰۰۰ ساعت کار، R(t)=0.96 باشد، به این معناست که ۹۶٪ از محصولات می‌توانند بیش از ۳۰۰۰ ساعت به خوبی کار کنند. برای یک محصول خاص، احتمال اینکه تا ۳۰۰۰ ساعت کار کند، ۹۶٪ است. نرخ خرابی، به معنای احتمال بروز خرابی در یک واحد زمان در مرحله بعد، در حالی که محصول تا زمان t کار می‌کند، است. می‌توان نشان داد که فرمول ریاضی آن به صورت http://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image016.gif (3–21) است. با جداسازی متغیرها و انتگرال‌گیری از هر دو طرف، به http://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image018.gif می‌رسیم؛ همچنین به http://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image020.gif نیز می‌رسیم (3–22). رابطه بین نرخ خرابی قطعات و زمان، معمولاً همان‌طور که در شکل ۳-۱۳ نشان داده شده است، است. می‌توان با روش آزمایشی، منحنی بازدهی و هزینه را به دست آورد. منحنی نرخ خرابی، وضعیت نرخ خرابی در طول عمر کلی محصول را نشان می‌دهد. با نگاه کردن به منحنی خرابی، می‌توان گفت که خرابی عموماً به سه مرحله تقسیم می‌شود. http://jpkc.tjpu.edu.cn/2007/jxsj/cool/jishe/3.3.2.files/image022.gif شکل ۳-۱۵: مرحله اول، مرحله خرابی زودهنگام است و منحنی در این مرحله کاهشی است. در مراحل اولیه استفاده از محصول، نرخ خرابی بالاست و به سرعت کاهش می‌یابد. دلایل اصلی آن، نقص‌های ناشی از طراحی، تولید، نگهداری و حمل‌ونقل است؛ همچنین عوامل انسانی مانند تنظیمات نادرست، راه‌اندازی نامناسب و غیره نیز در این موضوع نقش دارند. هنگامی که این نقص‌های ناشی از عیب‌های مادرزادی رخ دهند و عملکرد دستگاه به تدریج به حالت طبیعی برگردد، نرخ خرابی نیز به ثبات می‌رسد. باید تا حد امکان تلاش کرد تا از شکست زودهنگام قطعات جلوگیری شود و مدت زمان t0 مربوط به عدم کارایی و شکست زودهنگام کاهش یابد. مرحله دوم، مرحله خرابی تصادفی است که نرخ خرابی در آن به آرامی افزایش می‌یابد. عدم کارایی عمدتاً به دلیل عوامل تصادفی مانند باربری غیرمنتظره، اشتباهات در استفاده، و فجایع طبیعی ناگهانی ایجاد می‌شود. از آنجایی که دلایل خرابی عمدتاً تصادفی هستند، به آن مرحله خرابی تصادفی گفته می‌شود. کاهش نرخ خرابی تصادفی، عمر مفید محصول را افزایش می‌دهد؛ بنابراین باید به بهبود کیفیت محصول و استفاده و نگهداری دقیق از آن توجه کرد. مرحله سوم، مرحله خرابی و عدم عملکرد است که نرخ خرابی آن رو به افزایش است. پس از t1، نرخ خرابی به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. این به دلیل پیر شدن محصول و عواملی مانند خستگی، سایش، کرومبینگ و خوردگی، یعنی دلایل موسوم به فرسودگی، رخ می‌دهد؛ از این رو به آن «دوره عمر ناشی از فرسودگی» گفته می‌شود. برای رفع دلایل عدم کارکرد در این مرحله، باید به بازرسی‌ها و نظارت‌ها توجه کرد و تعمیرات لازم را از پیش انجام داد تا میزان عدم کارکرد همچنان افزایش نیابد. ۷. معیار دقت: برای قطعات مکانیکی، سیستم‌ها یا تجهیزات با دقت بالا، انتظار می‌رود که خطاهای حرکتی آن‌ها کمتر از مقدار مجاز باشد. به عنوان مثال، در ماشین‌آلات دقیق، خطای خطی راهنمای حرکت، خطای تابش شعاعی محور اصلی، خطای زاویه‌ای در انتقال حرکت توسط چرخدنده‌ها و غیره، نیازمند استانداردهای دقت مشخصی هستند. با توجه به الزامات عملکردی ماشین و قطعات، می‌توان استانداردهای تناسب و دقت مناسب را انتخاب کرد؛ یعنی طراحی دقیقی انجام شده و این اطلاعات به درستی روی نقشه‌ها مشخص می‌گردد. همچنین می‌توان با استفاده از مقادیر تنش مشخص شده در نقشه قطعات، خطای سازوکار را محاسبه کرد و آن را با دقت مورد نظر برای سازوکار مقایسه نمود.

ناراحتم، چرا باید چیزها را پنهان کنند؟ موضوع «اصول اصلی طراحی قطعات مکانیکی» بسیار گسترده است و شاید نتوان آن را در چند جمله خلاصه کرد. جنبه‌های کلی عبارتند از: ۱. استانداردسازی تا حد امکان، ۲. داشتن ویژگی‌های مکانیکی و شیمیایی قطعات که مطابق با الزامات لازم باشد. ۳. هنگامی که الزامات استفاده برآورده شد، تا حد امکان الزامات فرآوری را کاهش دهید. ۴. در نظر گرفتن هزینه‌ها؛ هنگامی که امکان تحقق الزامات وجود دارد، سعی کنید از موادی با کمترین هزینه استفاده کنید. صبر کنید

۱. معیار استحکام. تنش کاری قطعات مکانیکی، σ، نباید از تنش مجاز فراتر رود. ۲. معیار سختی. قطعات مکانیکی هنگام تحت بار، دچار تغییر شکل الاستیکی می‌شوند؛ سختی، توانایی ماده، قطعه مکانیکی یا سازه در مقابله با تغییر شکل تحت تأثیر نیروهای خارجی است. سختی ماده با مقدار نیروی خارجی لازم برای ایجاد یک تغییر شکل واحد در آن، اندازه‌گیری می‌شود. ۳. معیار مقاومت در برابر حرارت. به دلایلی مانند اصطکاک، هنگام کارکرد ماشین‌آلات، دمای قطعات مکانیکی و روان‌کننده‌ها معمولاً افزایش می‌یابد. دمای بالای کار، باعث کاهش کارایی روانکاری می‌شود؛ همچنین منجر به تغییر شکل حرارتی قطعات، کاهش سختی و استحکام آن‌ها، و در نهایت خرابی آن‌ها می‌گردد. در دماهای بالا، قطعات مکانیکی فلزی ممکن است به یکدیگر چسبیده شده یا مسدود شوند ； قطعات مکانیکی غیرفلزی مانند پلاستیک ممکن است نرم شوند یا حتی ذوب شوند و در برخی موارد باعث ایجاد تنش‌های حرارتی نیز می‌شوند. معیارهای مقاومت در برابر حرارت، معمولاً برای کنترل دمای کاری قطعات مکانیکی به گونه‌ای هستند که از فراتر رفتن آن از محدوده مجاز جلوگیری شود تا عملکرد صحیح قطعات تضمین گردد. برای بهبود عملکرد خنک‌کاری و کنترل افزایش دما، در صورت لزوم می‌توان از روش‌هایی مانند خنک‌کاری با آب یا خنک‌کاری با هوا استفاده کرد. ۴. معیار پایداری لرزشی. هنگامی که فرکانس تحریک برابر با فرکانس ذاتی جسم باشد، دامنه نوسان جسم حداکثر می‌شود؛ هرچه تفاوت فرکانس تحریک و فرکانس ذاتی بیشتر باشد، دامنه نوسان جسم کمتر خواهد بود. هنگامی که فرکانس تحریک به فرکانس ذاتی جسم نزدیک شود، دامنه لرزش اجباری بسیار بزرگ می‌شود؛ این پدیده را رزونانس می‌نامند. پایداری لرزشی به کیفیت قطعات مکانیکی در جلوگیری از رزونانس هنگام کارکرد ماشین اشاره دارد. ۵. معیار عمر. برای اطمینان از کارکرد صحیح ماشین در طول یک دوره عمر مشخص، هنگام طراحی قطعات مکانیکی، لازم است الزاماتی برای عمر این قطعات تعیین شود. باید توجه داشت که در طول عمر ماشین، قطعات را می‌توان تعویض کرد؛ یعنی عمر برخی از قطعات مکانیکی می‌تواند کوتاه‌تر از عمر ماشین باشد. عمر قطعات مکانیکی عمدتاً تحت تأثیر خستگی، سایش و خوردگی مواد قرار دارد. ۶. معیارهای قابلیت اطمینان. قابلیت اطمینان، توانایی محصول در انجام عملکردهای مشخص، تحت شرایط و در زمان مقرر، است. کیفیت محصول باید عموماً شامل شاخص‌های عملکردی و شاخص‌های قابلیت اطمینان باشد. شاخص‌های عملکردی محصولات مکانیکی، به شاخص‌های فنی مربوط به یک محصول اشاره دارد؛ مانند توان، گشتاور، نیروی کاری و سرعت عملکرد مکانیزم. اگر فقط شاخص‌های عملکردی وجود داشته باشد و شاخص‌های قابلیت اطمینان نباشد، شاخص‌های عملکردی محصول نیز تضمین نخواهند شد. ۷. معیار دقت. برای قطعات مکانیکی، سازوکارها یا تجهیزات با دقت بالا، انتظار می‌رود که خطای حرکتی آن‌ها کمتر از مقدار مجاز باشد. به عنوان مثال، در ماشین‌آلات دقیق، خطای خطی راهنمای حرکت، خطای تابش شعاعی محور اصلی، خطای زاویه‌ای در انتقال حرکت توسط چرخدنده‌ها و غیره، نیازمند استانداردهای دقت مشخصی هستند. با توجه به الزامات عملکردی ماشین و قطعات، می‌توان استانداردهای تناسب و دقت مناسب را انتخاب کرد؛ یعنی طراحی دقیقی انجام شده و این اطلاعات به درستی روی نقشه‌ها مشخص می‌گردد. همچنین می‌توان با استفاده از مقادیر تنش مشخص شده در نقشه قطعات، خطای سازوکار را محاسبه کرد و آن را با دقت مورد نظر برای سازوکار مقایسه نمود.

آخرین بار توسط «طلای سیاه» در تاریخ ۲۰۱۱-۶-۲۶ ساعت ۰۸:۳۷ این پست ویرایش شد: ۱. معیارهای استحکام، ۲. معیارهای سفتی، ۳. معیارهای مقاومت در برابر حرارت، ۴. معیارهای پایداری در برابر لرزش، ۵. معیارهای عمر مفید، ۶. معیارهای قابلیت اطمینان، ۷. معیارهای دقت

۱، معیار استحکام ساکن، ۲، معیار استحکام خستگی، ۳، طراحی با تکنولوژی اصطکاک‌شناسی، ۴، سختی، ۵، قابلیت اطمینان.