منبع تحقیق : دانلود پروژه رشته مکانیک درباره جنس هاي فريم دو چرخه – قسمت سوم

4- تقابل كربن با قطعات فلزي :

1- يكي از بزرگترين معايب فريم فلزي در اتصالات می باشد. تقريباً همه شكست فريم ها نزديك اتصالات رخ مي دهد كه معمولا به دلايل زير می باشد: ساخت اتصالات ميتواند لوله گذاري (tubing) فريم را ضعيف كند. (بخاطر افزايش دما) و يا طراحي اتصالات ميتواند تمركز تنشي كه حاصل آن شكست می باشد را پديد آورد.

نکته مهم : برای بهره گیری از متن کامل پژوهش یا مقاله می توانید فایل ارجینال آن را از پایین صفحه دانلود کنید. سایت ما حاوی تعداد بسیار زیادی مقاله و پژوهش دانشگاهی در رشته های مختلف می باشد که می توانید آن ها را به رایگان دانلود کنید

همچنان كه قبلا تصریح گردید استحكام يك زنجير تنها وابسته به ضعيف ترين حلقه آن مي باشد. روشهاي متداول و يا سنتي ساخت فريم كربني از لوله هاي كربني با دسته هاي (lug) آلومينيومي روشهايي بحث برانگيز مي باشند. آيا زنجير چسبنده استحكام كافي را خواهد داشت آيا بين فيبر كربن و آلومينيوم يك واكنش شيميايي وجود خواهد داشت آيا مواد در سرعتهاي مختلف هنگامي كه تحت الشعاع نوسان حرارتي باشد، منبسط خواهد گردید (انبساط حرارتي ) همچنين با جايگزيني ساده لوله سازه مواد از فلز به فيبر كربن ، دليلي براي مسائل ساده اتصالات وجود ندارد و به سادگي حذف خواهند گردید.

اتصالات به هم چسبيده در مناطق پرتنش قرار مي گيرد، به گونه ويژه ته قالب (دسته) سگدست (bracket cluster) و آغاز و انتهاي مفاصل لوله در يك فريم دوچرخه. ناپيوستگي مواد (وقتي كه دو ماده نامشابه به هم اتصال داده مي گردد) تنش هاي خيزان را به وجود مي آورد. (مناطق متمركز از تنش). درگير شدن با خوردگي گالوانيكي ، انبساط حرارتي، يا يك زنجير ناقص، اين مناطق مي توانند خطر جدي براي شكست باشند. شكست در بهترين حالت مي تواند براي يك دوچرخه در سرعتهاي بالا يك تجربه ناگوار و بيشتر از يك خراش ساده باشند.

3- شكست پيوندي (bonding failure) مي تواند از يك اقدام ساده براي نگه داري يك دوچرخه در وسيله نشأت بگيرد. زير يك تابش آرام و ملايم، قسمتهاي دروني به اساني ميتوانند به دماي بيشتر از ْ 180 فارنهايت دست پيدا كنند. به گونه مشابه انتقال يك دوچرخه در فضاي حمل بار يك هواپيما (كه مي تواند شديداً در ارتفاع زياد سرد گردد) مي تواند تأثيرات زيان آوري در ساختار كامل يك فريم داشته باشد. در اين دماها به ويژه اگر تكرار شونده باشند و با گرمايش، سرمايش متناوب ادامه پيدا كنند (شبيه آب پاشي hosing ) يك دوچرخه براي تميز كردن آن تغييرات القايي دمايي مي تواند در مواد مختلف فريم و اتصالات آن روي قطعات پديدار گردد. براي فريم هايي با موادي از ضرائب مختلف انبساط، اين مطالب مي تواند منجر به شكست گردد. شكست مي تواند در مناطقي محدود به لوله و اتصالات دسته (tube & lug joing) تا ته پوسته هاي سگدست (bracket) بوش هاي سرلوله، تعويض كننده (shifter) و مخازن اصلي آب (water bottle bosses) رخ دهد. دو روش براي هدف گيري اين مطلب يكي بهره گیری مواد با ضرائب مشابه انبساط حرارتي براي اتصال لوله هاي بدون پيوند و به كار بردن سيستم هاي نگه داري مكانيكي موازي همراه با اتصال bonding براي قسمت هاي الحاقي، اگر فلز بايد بكار برده گردد آن فلز تيتانيوم مي باشد. تيتانيوم بر خلاف فولاد و آلومينيوم مستعد به خوردگي نيست.

تيتانيوم به عنوان يك فلز، همچنين مشخصات انبساط حرارتي به گونه مساعد شبيه به فيبر كربني دارد اين در حاليست كه آلومينيوم و تيتانيوم كمي متفاوت هستند.

4- الحاق قطعات چالش ديگري در ساخت دوچرخه هاي كامپوزيتي مطرح مي كند. آلومينيوم به سهولت وقتي كه به فيبر كربني متصل مي گردد مي پوسد و اين در اقتضاي تفاوتهاي ذاتي در پتانسيل هاي خوردگي گالوانيكي دو ماده مي باشد. خوردگي نه تنها براي دسته هاي آلومينيومي پيوند داده شده به لوله هاي كربني بلكه در ديگر مناطق مثل ته پوسته هاي سگدست (bracket) ، دهنه و نشيمنگاه (head & seat tube sleeve) مطرح می باشد.

گذشته از خوردگي گالوانيكي، مشخصات مختلف خستگي و سرعت هاي انبساط حرارتي دو ماده، احتمال رخ داد شكست را در قطعات ارتباط افزايش مي دهد.

5- اتصال (Bonding) به فيبر كربني هميشه براي سازندگان فريم كربني يك مسأله بوده می باشد. متغيرهاي زيادي درگير با اتصالات و پيوندهاي چسبنده هستند.
عمر طاقچه (shelf lifte) ، دقت اندازه گيري تركيب كردن مسائل در زمينه انتقال، خطاي انساني و … ). اطمينان از اين موضوع كه آيا يك واكنش شيميايي در حال اجراي كاركردهاي مورد نياز به صورت درست يا نادرست می باشد، بسيار مشكل می باشد. مسأله اساسي داشتن چنين اتصالات شامل شكست و منحرف شدن اعضاء ماداميكه در حركت ايست بوده كه ميتواند منجر به نتايج خطرناكي براي راننده ( و همراهان راننده) گردد، البته اگر آنها در حال افتادن به داخل پره هاي در حال چرخش يا زير يك چرخ باشند. اگر آلومينيوم بايد بهره گیری گردد بايد آنرا پیش روی كربن براي جلوگيري از خوردگي گالوانيكي عايق كاري كرد. بسياري از طراحان براي عايق كاري آلومينيوم به آندايزينگ (andaizing) اتكا مي كنند. در نهايت اين روش فقط براي چند سالي مفيد و جوابگوست ديگران به خود چسبندگي براي عايق كاري آلومينيوم دو برابر كردن اعتماد مي كنند. اين مطلب با شيشه اي مخصوص پر شده از چسبنده كه در قطعاتي كه در فيكسچرها پيوند خورده اند بهره گیری مي گردد قابل انجام بوده كه از تماس قطعات با يكديگر حين بهبود (curing) چسبنده جلوگيري مي كند.

6- يكي از تلاشها در جهت رفع معضلات اتصال (Bonding) سوراخ كاري در ساختار و پرچ كردن قطعه به ورق فيبر كردن و کوشش براي تقويت منطقه اطراف سوراخ پرچ شده با تعدادي صفحات نگه دار (backing plate) بوده می باشد.

7- بهترين راه حل خلق يك سيستم مي باشد كه اگر الحاق و اتصال اعضاي فلزي نيازمند باشد آنها ميتوانند با ماده اي كه خواص مشابهي به فيبر كربن از خود نشان مي دهند فرم بگيرند. يك نياز مهم بهره گیری از موادي می باشد كه بايد يك ضريب انبساط حرارتي شبيه به كربن داشته باشد. تيتانيوم پركاربردترين فلز در مواردي می باشد كه نيازمند الحاق يك فلز به كربن هستيم و اين خاطر مقاومت به خوردگي بالا و ضرائب انبساط حرارتي مشابه به كربن مي باشد. ضمناً در صورت نياز به اتصال يا باندينگ بايد با يك سيستم محافظ مكانيكي تركيب گردد. اعضاي محافظ مكانيكي اتكا به باندينگ تنها را كاهش يا محو مي كنند.

5- ثبات و استحكام در ساخت :

  • استحكام در ساخت با فيبر كربني مسئله اي می باشد كه مواجهه بسياري از سازندگان را در ادامه خواهد داشت هر روش چالش هاي ذاتي خود را خواهد داشت. با در نظر داشتن فريم هاي ريخته گري شده براي اندازه هر فريم نيازمند يك قالب هستيم.

فشار در داخل لوله ها جهت انبساط آنها به ديواره حفره قالب ها نياز مي باشد. اين فشار معمولا به وسيله محورهاي لاستيكي قابل انبساط (Mander) يا كيسه ها (Bladder) يا بوسيله فشار وارد كردن دو جانبه كامپوزيت يا يك هسته فوم ماند داخلي انجام مي گردد. اين پروسه بهبود بايد در دماهاي بالا اجرا گردد كه باعث مي گردد فوم مواد كامپوزيت را منبسط و منقبض كند. ماداميكه فريم هاي قالب ريزي شده بادكنكي (Bladder – Molded frame) با هوا يا گاز داخلشان پرفشار شده اند فوم در داخل لوله به عنوان يك عضو پايدار (دائمي) ساختار و اغلب مثل كيسه (Bladder) باقي محكم (سفت) جائيكه كيسه به پل (Bridge) در عرض شعاع متمايل مي گردد كاملا صادق می باشد.

در غياب فشار كافي تراكم بي قاعده و خلل و فرج هاي احتمالي (حباب هوا) نتيجه مي گردد كه مي تواند نتيجه تورق لايه هاي مواد كامپوزيتي را در بر داشته باشد.

3- ضمناً درزها معمولا در مناطقي كه كربن اتصال داده يا لب به لب (over lapp) شده می باشد به وجود مي آيد. اين درزهاي برجسته نيازمند سنگ زني وسيع و دقيق و يا سوهان كاري سرتاسري قسمت اعظم فريم براي اطمينان از پرداخت صيقلي مي باشد. سنگ زني يا سوهان كاري زياد مي تواند باعث جداشدن يا انفصال فيبرها و ضعيف سازي محدوده مربوطه گردد. اين مسأله مي تواند چند جزئي گردد اگر تكه هاي كربن قبل از به هم پيوستن بيشتر از لب به لبگي مناسب ، چروكيده يا گير كرده شوند. جدا از مشكلات تضمين كيفيت پايدار، فريم هاي ساخته شده دوچرخه به وسيله اين پروسه عموماً خيلي گران و براي توليد در اندازه ها و شكل هاي هندسي مختلف سخت و مشكل مي باشد. سازندگان فريم هاي قالب ريزي شده علاقمند به كار با قطعات و اشكال ساده شده اند مثل (fork) و (seatstay) . با اين وجود اشكال پيچيده تر مثل فريم يك دوچرخه پتانسيل بيشتري براي بي ثباتي را ايجاد مي كند.قطعات كمتر براي كنترل پروسه، بهتر می باشد.

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

5- ثبات (هماهنگي) عموماً در ساخت لوله هاي سازه اي شكل گرفته در اطراف مرغك (mandrel) خيلي مفيد می باشد لوله ها ميتواند در طي يك و يا بيشتر از يك پروسه ساخته شوند : جمع آوري دستي (hand by – up) ، نوردكاري غلتان يا پيچشي
(roll – wrapping) يا نودركاري مسطح (table rolling) ، بافتن (braiding) ، پيچش يا انحناگذاري ميله اي (filament winding) . از اين روشها انحناگذاري ميله اي و بافتن مزيت هاي بنيادي بيشتري نسبت به جمع آوري دستي و روشهاي نور مسطح دارد. انحناگذاري ميله اي انتقال بار در ساختار كامپوزيت را بيشينه كرده و اين از زماني می باشد كه فيبرها معمولا تحت كشش قرار گرفتند. (روشي كه فيبر كربني بيشترين انتقال بار را انجام ميدهد). سيستم پيچي فيبرها تحت كشش به فيبر اجازه پذيرش فوري بار را بعد از استعمال داده و اين اتفاق قبل از تنش گذاري ماده ماتريكس به حدود يغمايي اش مي باشد. از كاركردهاي اوليه مواد ماتريكس، شكل دهي به ساختار و موقعيت دهي به فيبرها بوده كه بار اعمال شده بتواند به گونه مؤثري به فيبرها انتقال يابد.

وقتي كه فيبر در ساختار تحت بار،‌ چروكيده يا ناهموار گردد احتمال شكست ماتريكس بالا ميرود. زیرا استحكام رزين به گونه قابل توجهي كمتر از مقاومت فيبر می باشد . اين رزين درهم شكسته مي گردد. اگر چه اغلب به گونه تدريجي می باشد ولي كاهش عمر كاركرد سازه كامپوزيتي را در برخواهد داشت. بخاطر اينكه فيبرهاي داخل سازه به گونه هموار (مسطح) بارگذاري نمي شوند و نتيجتاً بعضي فيبرها قبل از اينكه همه فيبرهاي ساختار با يكديگر آغاز به كار كنند پاره خواهند گردید. اين دو هم ‌تدريجي ماتريكس و فيبر مي تواند منجر به عمر خستگي كميته اعضاي سازه گردد.

6- كارآيي (راندمان) سازه بيشتر و كم بيشينه خستگي در سازه هاي لوله اي پيچ خورده (filament wound tubular structure) ميله اي بيشتر بهينه سازي شده و اين از زماني می باشد كه درزهاي مواد يا لب به لب شدگي ها در لايه هاي مواد ديگر وجود ندارند. توجه مناسب به موقعيت درزهاي لايه ها يا لب به لب شدگي ها در نورد مسطح يا سازه هاي لوله اي جمع شده (lay – up tubular structure) براي نگهداري خواص طراحي بار ايستايي ضروري می باشد.

با اين وجود درزها و لب به لب شدگي عدم تأثير مثبت خود را در وزن سازه هاي پيچ خورده‌ي لوله اي در بر خواهند داشت.

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

6- مقاومت به آسيب :

1- شبيه دمپ كردن، مقاومت به ضربه در هر كامپوزيتي يافت نمي گردد اما ميتوان آنرا اعمال (طراحي) كرد. فريم دوچرخه به گونه سنتي هدف تنش هايي مثل درهم شكستن هاي كوچك سقوط و نگهداري نا استاندارد و انتقال نادرست قرار گرفته می باشد. چنين مسائلي مثل تأثيرات جمع شونده سايش هاي بيشمار، (تكيه دوچرخه به پاركومتر يا ديوار) يا يك رويداد فاجعه آميز مثل انسداد يا فشردگي يك زنجير بين يك لوله فريم و حلقه هاي زنجير در حال چرخش باعث نگراني سازندگان كربن می باشد. بعضي از سازندگان از يك هسته آلومينيومي در لوله قاب خورده يا پيچيده شده با فيبر كربن و كولار (kerlar) بهره گیری مي كند. اين هسته فلزي تضمين در موارد مختلف سايشي به خوبي حذف مسائل با همكاري پيوند نامشابه فراهم مي كند،‌اگر چه اين روشها به طرز محسوسي لوله هاي سنگين تري توليد مي‌كند. ساخت لوله هايي با حاشيه اي از استحكام كه قسمتي از سايش هاي كوچك را تحمل خواهد كرد با وجود اتلاف تعداد از فيبرها بايد آسان باشد. به مقصود جلوگيري از سايش هاي كوچك روشهاي مقابل قابليت گزينش دارند : بهره گیری از پوشش لعاب اورتان (urethane) بهره گیری از يك لايه فدا شونده بيروني، يا بهره گیری از يك لايه بيروني از كولار يا بورن (boron) در لوله ها قرار دارند. فريم هاي كيسه اي (Bladder) قالب ريزي شده به خاطر تراكم فشار كمتر و ناهمگوني و در ضخامت هاي ديواره به گونه عمومي در معرض آسيب ضربه بيشتري قرار دارند. با هر نوع لوله سازي حداقل ضخامت ديواره مناسب بايد با قطر لوله مناسب (نسبت قطر / ضخامت ديواره) بالانش شده و اين براي تضمين اين مطلب می باشد كه يك دوچرخه با مشخصه هاي رانندگي مطلوب را با مقاومت به آسيب تركيب كند.

7 – پرداخت :

پاسخ دهید