مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تاثیر تغییرات درجه حرارت در محدوده دمایی 100- تا 100+ درجه سلسیوس بر روی عملکرد فنرهای پیچشی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
علیرضا احسانی 1
کمال جهانی 2
عادل پورتقی مرزرود 3
1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز
2 عضو هیات علمی گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز
3 کارشناس مهندسی مکانیک، پژوهشکده رانشگرهای فضائی، تبریز
چکیده
امروزه فنرهای پیچشی برای ایجاد گشتاور به طور گسترده در مکانیزم‌های فضایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در اغلب مکانیزم های مربوط به بوم های گرادیان جاذبه و نیز برخی مکانیزم های باز کننده صفحات خورشیدی، از فنرهای پیچشی استفاده میشود. از آنجائیکه این مکانیزمهای بکار رفته در سازه های حساس فضائی بطور مداوم در برابر تغییرات شدید حرارتی در موقع گردش مداری قرار می گیرند، بنابرین شناسایی تاثیر تغییرات درجه حرارت بر روی عملکرد فنرهای مورد استفاده در آنها بسیار مهم می باشد. در این پژوهش تاثیر دما و تغییرات آن بر روی عملکرد فنرهای پیچشی هم به صورت تحلیلی و هم به صورت تجربی مورد بررسی قرار می گیرد. جهت بررسی رفتار گشتاور-زاویه پیچش استاتیکی فنرهای پیجشی، یک زنجیره آزمایش مناسب طراحی و ساخته می شود. این زنجیره شامل سیستم انتقال قدرت ، محفظه های کنترل دمای سرد و گرم، سیستم کنترل دما و سیستم اندازه گیری گشتاور می باشد. جنس فنر پیچشی از خانواده فولاد های سخت کشیده انتخاب شده و فنردر گستره دمایی 100+ تا 100- درجه سانتیگراد مورد آزمایش قرار گرفت. تاثیر تغییر دما بر روی گشتاور اعمالی فنر در زاویه های پیچش مختلف و نیز تغییر ثابت فنر بر حسب دما به دست آمد. با استخراج روابط الاستیسیته حاکم بر تغییر شکل فنردر اثر گشتاور اعمالی، مقادیر حاصل ازآزمایش با روابط تحلیلی مقایسه می گردد.تطابق خوبی بخصوص در درجه حرارتهای پائین بین نتایج آزمایش و تئوری مشاهده می شود. نتایج حاصله بیانگر صحت فرایند آزمایش در پیش بینی عملکرد فنرهای پیچشی می باشد
کلیدواژه‌ها
فنر پیچشی
گشتاور پیچشی- زاویه پیچش
مکانیزم های فضایی
تاثیر درجه حرارتهای گرم و بسیار سرد

موضوعات

عنوان مقاله English

Investigation of temperature variation effect in -100 C to +100 C on the behavior of torsion springs

نویسندگان English

Alireza Ehsani 1
Kamal Jahani 2
Adel Pourtaghi 3
1 Graduated as Ms in Mechanical Engineering, University of Tabriz
2 Faculty member of Mechanical Engineering Department, University Of Tabriz
3 Engineer of Mechanical Engineering, Space Thrusters Research Institute, Tabriz,
چکیده English

Nowadays, torsion springs are used widely in aerospace equipments. In most of gravity gradient booms and some of solar panel extruders, torsion springs plays an important role in expanding these mechanisms. Since these mechanisms are constantly exposed to severe thermal gradients during orbital circulation and because of sensitivity of these mechanisms, it is important to identify the behavior of their elements under temperature variations. Therefore, in this study, the effect of temperature and its variation on these springs and their performance are investigated analytically and experimentally. To investigate the torsional behavior of the spring, an specific test setup is designed and constructed. This test train includes power transmission, temperature control chamber, temperature controller and torque meter. Torsion springs are selected from hard drawn spring steel. At the temperature range of to ,the effect of temperature variation on the produced torque due to different forced torsion angles are investigated. As well as the spring constant variation with temperature is obtained and compared with analytically obtained data. The obtained results validate the consistency and accuracy of the analytical modeling and the applied experimental test train and procedure.

کلیدواژه‌ها English

Torsion spring
Torque
Torsion angle
Aerospace mechanisms
Effect of hot and very cold temperature variations
[1] Duthil, P., Material properties at low temperature. arXiv preprint arXiv:1501.07100, 2015.
[2] Gilmore, D.G. and M. Donabedian, Spacecraft thermal control handbook: cryogenics. Vol. 2. 2003: AIAA.
[3] Khademi A., Jahani K., Farhang F., Experimental, theoretical and numerical investigation of temperature effects on load-deflection behavior of tape spring, Journal of Theoretical and Applied Mechanics Bolgaria, Vol. 51. 2021
[4] Soboyejo, W., Mechanical properties of engineered materials. Vol. 152. 2002: CRC press.
[5] Weiguo, H., et al., Failure analysis of aviation torsional springs. Chinese Journal of Aeronautics, 2011. 24(4): p527-532
[6] Valles González, M.P., M. García-Martínez, and A. Pastor Muro, Study of a torsion spring fracture. Engineering Failure Analysis, 2019. 98: p. 150-155.
[7] Muñoz-Guijosa, J.M., et al., Generalized spiral torsion spring model. Mechanism and Machine Theory, 2012. 51: p.110-130.
[8] Zubov, L. Exact nonlinear theory of tension and torsion of helical springs. in Doklady Physics. 2002. Springer.
[9] Babenko, A., B. Soltannia, and P. Shakeri Mobarakeh, Solving geometrically nonlinear problem on deformation of a Helical spring throug variational methods. International journal of Mechanics and applications 2018. 8: p.21–24
[10] W.G.Jiang, J.L. Henshall, A novel finit element model for helical springs 2000.35: p.363-377
[11] R. G Budynas,. and , J. K Nisbett, Shigley’s mechanical engineering design, 8th edition, 2008 , McGraw-Hill, Boston.
[12] The engineering toolbox (2005). Young modulus of elasticity for metals and alloys http://www.engineeringtoolbox.com/young-modulus -d773.html-.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 21، شماره 5
اردیبهشت 1400
صفحه 307-314