مهندسی ماشینهای کشاورزی
سایتی برای دانشجویان ماشین الاتمهندسی ماشینهای کشاورزی
سایتی برای دانشجویان ماشین الات1) چرخ دنده‌ها
کار دیگری که از چرخ دنده برمی آید تغییرجهت چرخش در دل هر ابزار مکانیکی تعداد زیادی چرخ دنده وجود دارد. تا به حال فکر کرده اید که چرا این قدر چرخ دنده در آن ها استفاده می‌شود. مهم ترین دلیل آن اینست که همه این ابزارها یک موتورکوچک دارندکه با سرعت بالا می‌چرخد. این موتور می‌تواند توان مورد نیاز را تأمین کند، اما گشتاور آن به اندازه کافی زیاد نیست. مثلاً در یک پیچ گوشتی برقی باید گشتاور بالا برود تا پیچ گوشتی بتوان د پیچ‌ها را سفت کند، ولی موتور گشتاور کمی تولید می‌کند و در عوض سرعت بالایی دارد. کافیست از چند چرخ دنده استفاده کنیم تا مشکلمان حل شوداست. اگر دو چرخ دنده را که کنار هم قرار دارند با دقت نگاه کنید می‌بینید که همواره یکی از آن ها ساعتگرد می‌چرخد ودیگری پادساعتگرد. در این مطلب می‌خواهیم شما را با انواع مختلف چرخ دنده هایی که در ابزارهای مکانیکی می‌بینید آشنا کنیمچرخ دنده ها
معمولاً چرخ دنده‌ها برای یکی از کاربردهای زیر استفاده می‌شوند:
1- تغییر جهت چرخش
2- افزایش یا کاهش سرعت چرخش
3- انتقال حرکت
دورانی به یک محور دیگر
4- همزمان سازی حرکت
دو محور
موارد 1 و 2 و 3 را می‌توانید در مدل سازی
بالا مشاهده کنید. چرخها در جهت عکس هم دیگر می‌چرخند، چرخ کوچکتر با سرعت بیش تر از چرخ
بزرگ می‌گردد و حرکت دورانی از محور چرخ بزرگ به محور چرخ کوچک منتقل شده است.
قطر چرخ سمت چپ دو برابر چرخ دیگر است. اصطلاحاً می‌گوییم نسبت این دو
چرخ دنده 2:1 (بخوانید "دو به یک") است .اگر دقت کنید می‌بینید که هر بارکه چرخ بزرگ یک دور می‌زند،
چرخ کوچک دو دور به دور خود می‌چرخد. پس سرعت چرخش دو برابر شده است.
مفهوم
نسبت چرخ دنده
اگر بدانید که محیط یک دایره چگونه محاسبه می‌شود، به راحتی می‌توانید مفهوم نسبت چرخ دنده‌ها را درک کنید. محیط دایره برابر است با حاصل ضرب عدد پی در قطر آن. بنابراین نسبت قطر دو چرخ دنده، در واقع همان
نسبت محیط های آنها است. در مدل سازی زیر رابطه بین قطر و محیط یک دایره نشان داده
شده است.
همانطور که می‌بینید قطر این دایره 27/1
اینچ است، ولی وقتی دایره می‌چرخد، خطی به طول 4 اینچ را طی می‌کند. حالا فرض
کنید که این دایره در تماس با دایره دیگری قرار دارد که قطر آن نصف این مقدار، یعنی
635/0 اینچ است. اگر این چرخ را یک دور بچرخانیم خط طی شده 2 اینچ طول خواهد
داشت. چون هر دو چرخ در کنار هم هستند، با گردش چرخ بزرگ، چرخ کوچک هم حرکت می‌کند.
دو چرخ مسافت یکسانی را طی می‌کنند، پس چرخ کوچک دو دور می‌زند.
بیشتر چرخ دنده های واقعی دندانه دارند، دندانه سه مزیت
بزرگ دارد:
از لغزش چرخ دنده‌ها جلوگیری می‌کند. پس محورهایی که با چرخ دنده
به هم متصل شده اند، همواره همگام با یکدیگر حرکت می‌کنند.
با استفاده از آنها
می‌توان به راحتی نسبت دو چرخ دنده را حساب کرد، کافیست تعداد دنده های یک چرخ را
بشمارید و به تعداد دنده های چرخ دوم تقسیم کنید.
با استفاده از دنده‌ها می‌توان خطاهای کوچکی را که در هنگام ساختن چرخها پیش
آمده برطرف کرد. چون نسبت چرخ ها
با تعداد دندانه‌ها کنترل می‌شود، دیگر اشتباهات کوچک در
تولید چرخ ها اهمیت چندانی ندارد.
تا این جا همه چیز ساده بود و هر کس می‌تواند به راحتی مطالب بالا
را بفهمد. اما آن هایی که با ابزارهای مکانیکی کار کرده اند، می‌دانند که مشکلات دیگری
هم وجود دارد که باید راه حلی برای آنها پیشنهاد کرد. به تدریج ایده های جدیدی
برای استفاده بهتر از چرخ دنده‌ها ارائه شد تا این مشکلات برطرف شود.
اولین مشکل این بود که امکان ساختن چرخ های خیلی کوچک وجود نداشت. به همین خاطر نمی شد نسبت دو چرخ دنده را خیلی
افزایش داد. اگر شما می‌خواستید این مشکل را حل کنید، چه می‌کردید؟
چرا به جای کوچک کردن یک چرخ، چرخ دیگر را بزرگتر نمی کنند؟
به شکل روبرو نگاه کنید. آیا متوجه شدید که مسئله چطور حل شد؟
چرخ بنفش دو تکه است. یک چرخ کوچک به وسط
یک چرخ بزرگتر متصل شده است. چرخ کناری فقط به چرخ
کوچک متصل است. درست است که چرخ های بزرگ
هم اندازه اند، اما سرعت چرخش یکی از آنها دو برابر دیگری است. اگر تعدادی
زیادی از این چرخها را در کنار هم قرار دهید، چیزی شبیه زیر خواهید داشت.
سرعت چرخ بنفش دو برابر سرعت چرخ آبی است و سرعت چرخ سبز هم دو برابر
سرعت چرخ بنفش. سرعت چرخ سبز چند برابر سرعت چرخ آبی خواهد بود؟
اگر چرخ وسطی را کوچکتر کنیم (یا چرخ بیرونی را بزرگتر بسازیم)، می‌شود باز هم نسبت چرخ دنده‌ها را بزرگ کرد. در شکل زیر چرخ وسطی
5/1 چرخ بیرونی است.
پس اگر چرخ بنفش را به موتوری وصل کنید که با سرعت 100 دور در
دقیقه بچرخد، چرخ قرمز 2500 در دقیقه خواهد چرخید.
اگر موتور را به چرخ قرمز وصل
کنید، می‌توانید سرعت چرخش را 25
بار کاهش دهید. تا به حال
درون کنتور برق خانه خود را
دیده اید؟ در کنتور معمولاً پنج چرخ دنده وجود دارد که به همین شکل به هم
متصل شده اند.
نسبت چرخ دنده های کنتور 10:1 است. می‌توانید بگویید چرا؟
یک نکته جالب دیگر این که اگر
دقت کنید می‌بینید که در کنتور اعداد روی چرخ های
مجاور برعکس هم نوشته شده است. دلیل انجام این کار آنست که چرخها مستقیماً به هم
وصل شده اند.
اما اگر بخواهید به نسبت های واقعاً بزرگ دست پیدا کنید، هیچ چیز
توانایی رقابت با چرخ دنده های حلزونی را ندارد. چرخ دنده حلزونی از یک محور مارپیچی
و یک چرخ دنده تشکیل شده است. با هر گردش محور، چرخ دنده یک دندانه جلو می‌رود.
اگر چرخ چهل دندانه داشته باشد، در یک فضای بسیار کوچک به نسبت 40:1 دست پیدا
می‌کنیم مدل سازی زیر یک چرخ دنده حلزونی را نشان می‌دهد که در برف پاک کن ماشین
استفاده می‌شود.
از این چرخ دنده‌ها
در کیلومتر شما ماشین نیز استفاده می‌شود . به عنوان مثال در کیلومتر شمار رو به رو (شکل 4) سه جفت از
این چرخ دنده‌ها را می‌بینید:
چرخ دنده های خورشیدی
یکی از جالب ترین چرخ دنده هایی
که اختراع شده است، چرخ دنده خورشیدی است. فرض کنید می‌خواهید دوچرخ
دنده داشته باشیدکه سرعت یکی 6 برابر دیگری باشد،اما جهت چرخش آن ها با هم یکی
باشد. برای این کار دو راه وجود دارد. راه حل اول اینست که از چیزی شبیه شکل 5 استفاده کنیم.
چرخ آبی 6 برابر چرخ زرد است. اندازه چرخ قرمز مهم نیست.وظیفه
چرخ قرمز آنست که جهت چرخش را تغییر
دهد تا جهت چرخش نهایی با جهت چرخش زرد
یکی باشد. ولی اگر بخواهید محور چرخ دنده خروجی با محور چرخ دنده ورودی یکسان
باشد مجبورید از چرخ دنده های خورشیدی استفاده کنید.
به شکل 6 توجه کنید. در این سیستم چرخ زرد (خورشید) به طور هم زمان، هر سه چرخ قرمز (سیاره ها)
را می‌چرخاند.
هر سه این چرخ دنده‌ها به یک صفحه (Planet carrier) متصل اند و با دندانه های درون چرخ دنده آبی جفت شده اند (توجه کنید که در
حالت عادی دندانه‌ها روی سطح بیرونی چرخ دنده بودند نه درون آن). این چرخ حلقه (Ring) نام
دارد و محور خروجی به آن متصل است. محور خروجی
به حلقه آبی متصل است و صفحه ثابت نگه داشته می‌شود. به این ترتیب یک نسبت 6:1 بدست می‌آید.
اگر ورودی را به یکی دیگر از چرخ دنده های این مجموعه متصل کنید، نسبت جدیدی بدست می‌آید. به این ترتیب می‌توانید
با استفاده از همین مجموعه و فقط با تعویض ورودی، خروجی و قسمت ثابت سرعت های مختلفی را در
خروجی ایجاد کنید. مثلاً اگر ورودی به خورشید وصل باشد، حلقه ثابت نگه داشته شود و محور خروجی
به صفحه متصل شود، صفحه و سیاره‌ها به دور خورشید می‌چرخند، در این صورت خورشید برای چرخاندن صفحه باید هفت دور بچرخد نه شش دور. چون صفحه، خورشید را یک
بار در جهت چرخش خود چرخانده است، پس یک
دورازچرخش خورشید خنثی می‌شود. بدین ترتیب ما یک کاهش 7:1 درچرخ ایجاد کرده ایم. می‌توانید خورشید را ثابت
نگه دارید، ورودی را به چرخ دنده حلقوی متصل کنید و خروجی را به صفحه. در این
صورت یک کاهش 1/17:1 بدست می‌آید. حالت های مختلف استفاده از این مجموعه در مدل سازی
زیر نشان داده شده است. البته توجه کنید نسبت و تعداد چرخ دنده های مدل سازی با
شکل تفاوت دارد.
چرخ دنده خورشیدی قلب یک دنده اتوماتیک است. سایر
قسمتهای موجود در دنده اتوماتیک ماشین فقط وظیفه تعویض ورودی و خروجی و یا ثابت
نگه داشتن چرخ دنده های مختلف را بر عهده دارند
