متن آموزش:
چرخ دنده :
چرخ دنده ها چرخ های دندانه داری هستند که در هم گیر کرده و به این وسیله حرکت می کنند . کاربرد آن ها برای اتقال حرکت دورانی و قدرت به شکلی کارآمد است . تولید چرخ دنده استاندارد با ترکیبی پیچیده از انتخاب مواد ، استحکام ، سایش و دوام آن سر و کار دارد . این پارامترها به ویژه در صنعت اهمیت زیادی پیدا می کنند تا نتیجه تولید یک قطعه با کیفیت و دقیق باشد اما در کارهای آموزشی و اسباب بازی ها اهمیت این مساله کمتر می شود . در بازار ایران پیدا کردن چرخ دنده با یک سری مشخصات مورد نظر مشتری کار ساده ای نیست ، یکی به دلیل هزینه های بالای طراحی و تولید چرخ دنده هاست به ویژه در حوزه صنعت و کارهای دقیق و یکی هم بخاطر تنوع بسیار زیاد آن ها .
چرخ دنده ترکیبی مبتکرانه از بهترین ویژگی های ماشین ساده است . طراحی چرخ با دندانه هایی بر روی لبه به چرخ دنده ارتقاء پیدا کرد . دندانه ها برای این تعبیه شدند که با دندانه های سایر چرخ دنده ها تماس پیدا کرده و درگیر شوند و به این ترتیب حرکت و نیرو را به دیگر چرخ دنده ها انتقال دهد . وقتی دندانه چرخ دنده ها با هم تناسب دارند می گویند این دو چرخ دنده با هم Mesh هستند . Mesh به معنای در هم جا افتادن یا درگیر بودن هم هست .
چرخ دنده های درگیر حرکت دورانی را از یک چرخ دنده به دیگری منتقل می کنند و به این ترتیب اجازه می دهند تا گشتاور بدون لغزش انتقال یابد . اولین چرخ دنده ای که با هر چرخ دنده در بهترین حالت درگیر (Mesh) خواهد بود یک چرخ دنده مشابه از همان نوع می باشد . اما هر چرخ دنده می تواند با یک ماشین دارای دندانه سازگار باشد . برای مثال یک میله دندانه دار که توسط یک چرخ دنده رو به جلو حرکت می کند . چرخ دنده ای که قدرت یا حرکت را انتقال می دهد ورودی یا چرخ دنده محرک و چرخ دنده ای که به آن وصل می شود چرخ دنده متحرک یا خروجی نامیده می شود .
چرخ دنده ها انتقال قدرت را با کنترل 3 فاکتور مکانیکی انجام می دهند :
تغییر جهت به طوری که قدرت منتقل شود
تغییر مقدار نیرو یا گشتاور
تغییر سرعت چرخش که معمولاً با دور در دقیقه اندازه گیری می شود (RPM)
مهم ترین مشخصه مکانیکی چرخ دنده ها که باعث می شود بتوانیم چرخ دنده های غیر هم اندازه را با هم ترکیب کنیم که یک مزیت مکانیکی هم هست که نتیجه آن تغییر سرعت حرکت و گشتاور چرخ دنده دوم خواهد بود .
این شاخصه تحت عنوان نسبت چرخ دنده قابل اندازه گیری و محاسبه است .
_________________________________________________________________________________
گیربکس یا جعبه دنده :
ساده ترین شکل انتقال گشتاور و قدرت است . استفاده از ترکیبی از چند چرخ دنده برای تغییر سرعت به منظور رسیدن به سرعت خروجی مطلوب .
_______________________________________________________________________________
نسبت چرخ دنده :
نسبت چرخ دنده بر اساس مزیت مکانیکی مبانی فیزیک کار می کند . همان طور که در تصویر می بینید وقتی که یک چرخ دنده کوچک با یک چرخ دنده بزرگ تر درگیر می شود ، گشتاوری که به چرخ دنده کوچکتر اعمال می شود افزایش می یابد . این افزایش به علت تغییر بین قطر چرخ دنده هاست . مثلاً در این نمونه گشتاور سه برابر می شود .
این گشتاور محرک نیرویی در مرکز چرخش در فاصله D وارد می کند . سپس این نیرو گشتاوری با فاصله 3D اعمال می کند . یعنی داریم :
گشتاور جدید = گشتاور اصلی × 3
افزایش گشتاور تنها نتیجه نسبت اندازه چرخ دنده ها نیست . در شکل بعد مشاهده می کنید که محیط دایره چرخ دنده کوچک نصف محیط دایره چرخ دنده بزرگ است . دایره هر یک به شکل باز نشان داده شده است . این یعنی هر 1 دوری که چرخ دنده بزرگ می چرخد چرخ دنده کوچک 3 دور کامل می زند . نتیجه اینکه چرخ دنده بزرگ 1/3 سرعت دوران را دارد . دقت کنید که این نسبت برعکس میزان گشتاور است .
سرعت و گشتاور در چرخ دنده ها با هم نسبت عکس دارند . هر وقت سرعت افزایش پیدا کند گشتاور کاهش می یابد و برعکس .
از آنجا که تعداد دندانه های یک چرخ دنده با قطرش متناسب است ، می توانید با شمارش تعداد دندانه به نسبت چرخ دنده پی ببرید . مثلاً یک چرخ دنده با 36 دندانه 3 برابر یک چرخ دنده با 12 دندانه است و نسبت این چرخ دنده هابه هم برابر است با :
36 ÷ 12 = 3/1
یعنی نسبت چرخ دنده ، ضریب گشتاور و کسری از سرعت است . یعنی اگر شما چرخ دنده هایی با نسبت 3 داشته باشید گشتاور خروجی سه برابر و سرعت 3/1 خواهید داشت نسبت به وقتی که نسبت چرخ دنده ها 1 به 1 باشد .
محاسبه نسبت چرخ دنده بین یک جفت چرخ دنده کاری آسان است . ابتدا چرخ دنده های محرک و متحرک را شناسایی کنید . چرخ دنده محرک آن چرخ دنده ای است که به چرخ دنده دیگر گشتاور وارد می کند و آن را می چرخاند . معمولاً این چرخ دنده در یک طرف موتور قرار گرفته یا مستقیم به سر موتور وصل شده است . چرخ دنده دیگر نیز چرخ دنده متحرک است که محرک آن را می چرخاند . نسبت چرخ دنده برابر است با :
تعداد دندانه های چرخ دنده محرک ÷ تعداد دندانه های چرخ دنده متحرک
_____________________________________________________________________________________
چرخ دنده ساده :
ساده ترین نوع و احتمالاً پراستفاده ترین چرخ دنده است . این نوع معمولاً برای انتقال سرعت و گشتاور بین محور (شفت) های موازی به کار می روند . شکل کلی آن ها به شکل یک استوانه یا قرص است . دندانه های این نوع چرخ دنده به شکل شعاعی و مستقیم موازی با محور دوران در لبه بیرونی چرخ دنده برش خورده اند . اگر این چرخ دنده ها به درستی روی محورهای موازی نصب شوند به خوبی با هم درگیر (Mesh) می شوند .
__________________________________________________________________________________
