شبیه‌سازی گاورنر گریز از مرکز

گاورنر گریز از مرکز، مکانیزمی جهت کنترل، چرخش ماشین‌های دوار است. یکی از کاربردهای متداول گاورنر، کنترل دور موتور از طریق تنظیم سوخت است. از طریق شفت خروجی موتور، توان به گاورنر اعمال می‌شود. وقتی دور خروجی موتور افزایش می‌یابد، گاورنر سوخت رسانی را محدود کرده و درنتیجه انرژی ورودی به موتور نیز کاهش می‌یابد.

تعریف مدل

این مدل معرف گاورنر گریز از مرکز است که تحت تاثیر نیروی فنری قرار دارد. مطابق با شکل 1، گاورنر گریز از مرکز شامل اسپیندال، دو بازو، دو لینک، دو گوی و یک اسلایدر (Sleeve) است. اسپیندال به شفت خروجی موتور متصل است. بازوها از طریق مفصل لولایی به اسپیندال متصل‌اند و گوی‌ها به انتهای آن‌ها متصل شده است.

سیملب سنتر
شکل1: هندسه‌ی گاورنر گریز از مرکز

هر یک از لینک‌ها از طریق مفصل لولایی به بازوها متصل اند. اسلایدر نیز در راستای محور اسپیندال، آزادی حرکت دارد که توسط مفصل کشویی تعریف می‌‌شود.

در این مدل، فنر بین اسلایدر و اسپیندال متصل شده است تا حرکت اسلایدر را محدود کند. برای تثبیت نمودن اسلایدر در نقطه‌ی تعادل، از dashpot، که وسیله‌ای برای دمپ شوک یا ارتعاشات است، مابین اسلایدر و اسپیندال، استفاده شده است.  فنر و dashpot در مفصل کشویی، قابل تعریف است.

هنگامی که اسپیندال با دور ثابت شروع به چرخش می‌کند، نیروی گریز از مرکز، بازوها، لینک‌ها و گوی‌ها را به بیرون می‌راند و منجر به حرکت اسلایدر به سمت بالا در جهت اسپیندال می‌شود. در عین حال، فنر، حرکت رو به بیرون را محدود می‌کند و منجر به نوسان گاورنر حول نقطه‌ی تعادل می‌شود، چراکه نیروی کلی در این جهت، صفر است. این نوسانات منجر به اثرات اینرسی می‌شود اما توسط dashpot، این نوسانات، دمپ می‌گردد.

نقطه‌ی تعادل اسلایدر توسط رابطه‌ای با چرخش اسپیندال، تعریف می‌شود. با افزاش دور اسپیندال، اسلایدر در نقطه‌ی تعادل جدیدی قرار می‌گیرد.

موارد قابل توجه در پیاده‌سازی در نرم‌افزار کامسول

در این مدل، تمامی اجزا بصورت انعطاف‌پذیر توسط مدل جامد خطی، تعریف شده‌اند. اگر تنش و تغییرشکل در اجزا، مهم نباشد، می‌توان از تعریف جسم صلب(Rigid Domain node) برای اجزا در مدل استفاده نمود. در این حالت اجزا بطور مستقیم توسط اتصال صلب به هم متصل می‌شوند. حال آنکه اگر از مدل انعطاف‌پذیر برای جامد استفاده گردد، نیاز به تعریف وابستگی(Attachment node) برای استفاده در اتصالات است.

نتایج و بحث

سیملب سنتر
شکل2: جابجایی اجزای گاورنر به همراه نمایش خط سیر گوی‌ها

شکل 2، کل جابجایی اجزا به همراه خط سیر گوی را در زمانی خاص نشان می‌دهد. جابجایی ماکزیمم نیز در گوی‌ها قابل مشاهده است که مجموع حرکت چرخشی و حرکت رو به بیرون است.

شکل3، تنش وارده به اجزا را در زمانی خاص نشان می‌دهد. تنش در بازوها بیشتر است و در نزدیک لولاها متمرکز شده است.

شکل3: تنش وارده بر گاورنر به همراه نمایش خط سیر گوی‌ها

شکل 4 جابجایی اسلایدر را نسبت به اسپیندال در طول زمان، نشان می‌دهد. جابجایی به ازای تعداد چرخش اسپیندال رسم شده است. شکل نشان می‌دهد که اسلایدر از نقطه‌ی تعادل اولیه به نقطه‌ی تعادل جدیدی می‌رود. بعد از تعداد کمی چرخش اسپیندال، به تدریج، دور، دو برابر می‌شود، که درنتیجه، اسپیندال به نقطه‌ی تعادل جدیدی منتقل می‌گردد.

شکل5 دیاگرام فاز اسلایدر را نشان می‌دهد. دیاگرام فاز درک بیشتری از حرکت را روشن می‌کند و واضح است که در دو دور مختلف، دو نقطه‌ی تعادل وجود دارد.

شکل4: جابجایی اسلایدر نسبت به اسپیندال
سیملب سنتر
شکل5: دیاگرام فاز حرکت اسلایدر

نیروی فنری و دمپری اعمال شده به مفصل کشویی در شکل 6 نشان داده شده است. این نیروها، برابر با نیروی خارجی به وجود آمده از نیروی گریز از مرکز حاصل از اجزا می‌باشند. واضح است که با تغییر دور، این نیروها بطور قابل ملاحظه‌ای زیاد می‌شوند. نیروی دمپری به صفر می‌رسد درهنگامی که نیروی فنری برابر با نیروی خارجی می‌شود.

شکل6: نیروی فنری و دمپری اعمال شده به مفصل کشویی

شکل 7، اجزای فضایی نیروهای وارده بر مفصل متصل کننده‌ی بازو به اسپیندال را نشان می‌دهد. اجزای x و y ماهیت نوسانی دارند و نسبت به هم به اندازه‌ی یک چهارم چرخش اختلاف فاز نوسانی دارند. نیروی در راستای محور z نیز به مقدار ثابتی با توجه به دور اسپیندال، می‌رسد. همچنین دامنه‌ی نوسان نیروهای x و y با تغییر دور، تغییر می‌یابد. که نشانگر تغییر در نیروی نقطه‌ی تعادل سیستم است.

سیملب سنتر
شکل7: نیروی مفصل لولایی متصل کننده‌ی بازو به اسپیندال

ویدئوی شبیه‌سازی گاورنر گریز از مرکز

Reference

Application Library path: Multibody_Dynamics_Module/
Automotive_and_Aerospace/centrifugal_governor

دیدگاه بگذارید

برای درج دیدگاه، لطفا وارد شوید
  مشترک شدن  
اطلاع از