در دل هر ابزار مکانیکی تعداد زیادی چرخ دنده وجود دارد. تا به حال فکر کرده ایدکه چرا اینقدر چرخ دنده در آنها استفاده می شود. مهمترین دلیل آن اینست که همه اینابزارها یک موتور کوچک دارند که با سرعت بالا می چرخد. این موتور می تواند توانمورد نیاز را تأمین کند، اما گشتاور آن به اندازه کافی زیاد نیست. مثلاً در یک پیچگوشتی برقی باید گشتاور بالا برود تا پیچ گوشتی بتواند پیچ ها را سفت کند، ولیموتور گشتاور کمی تولید می کند و در عوض سرعت بالایی دارد. کافیست از چند چرخ دندهاستفاده کنیم تا مشکلمان حل شود
کار دیگری که از چرخ دنده برمی آید تغییر جهتچرخش است. اگر دو چرخ دنده را که کنار هم قرار دارند با دقت نگاه کنید می بینید کههمواره یکی از آنها ساعتگرد می چرخد و دیگری پادساعتگرد. در این مطلب می خواهیم شمارا با انواع مختلف چرخ دنده هایی که در ابزارهای مکانیکی می بینید آشنا کنیم
چرخ دنده ها
معمولاً چرخ دنده ها برای یکی از کاربردهای زیر استفادهمی شوند
- تغییر جهت چرخش
- افزایش یا کاهش سرعت چرخش
- انتقال حرکتدورانی به یک محور دیگر
- همزمان سازی حرکت دو محور
وارد 1 و 2 و 3 را می توانید در مدل سازی بالا مشاهده کنید. چرخها در جهت عکسهمدیگر می چرخند، چرخ کوچکتر با سرعت بیشتر از چرخ بزرگ می گردد و حرکت دورانی ازمحور چرخ بزرگ به محور چرخ کوچک منتقل شده است
قطر چرخ سمت چپ دو برابر چرخدیگر است. اصطلاحاً می گوییم نسبت این دو چرخ دنده 2:1 (بخوانید "دو به یک") استاگر دقت کنید می بینید که هر بار که چرخ بزرگ یک دور می زند، چرخ کوچک دو دور بهدور خود می چرخد. پس سرعت چرخش دو برابر شده است
مفهوم نسبت چرخ دنده
اگر بدانید که محیط یک دایره چگونه محاسبه میشود، به راحتی می توانید مفهوم نسبت چرخ دنده ها را درک کنید. محیط دایره برابر استبا حاصلضرب عدد پی در قطر آن. بنابراین نسبت قطر دو چرخ دنده، در واقع همان نسبتمحیط های آنها است. در مدل سازی زیر رابطه بین قطر و محیط یک دایره نشان داده شدهاست
همانطور که می بینید قطر این دایره 27/1 اینچ است، ولی وقتی دایره می چرخد، خطی بهطول 4 اینچ را طی می کند. حالا فرض کنید که این دایره در تماس با دایره دیگری قراردارد که قطر آن نصف این مقدار، یعنی 635/0 اینچ است. اگر این چرخ را یک دوربچرخانیم خط طی شده 2 اینچ طول خواهد داشت. چون هر دو چرخ در کنار هم هستند، باگردش چرخ بزرگ، چرخ کوچک هم حرکت می کند. دو چرخ مسافت یکسانی را طی می کنند، پسچرخ کوچک دو دور می زند
بیشتر چرخ دنده های واقعی دندانه دارند، دندانه سهمزیت بزرگ دارد
- از لغزش چرخ دنده ها جلوگیری می کند. پس محورهایی که با چرخدنده به هم متصل شده اند، همواره همگام با یکدیگر حرکت می کنند
با استفاده ازآنها می توان به راحتی نسبت دو چرخ دنده را حساب کرد،کافیست تعداد دنده های یک چرخرا بشمارید و به تعداد دنده های چرخ دوم تقسیم کنید
با استفاده از دنده ها میتوان خطاهای کوچکی را که در هنگام ساختن چرخ ها پیش آمده برطرف کرد. چون نسبت چرخهابا تعداد دندانه ها کنترل می شود، دیگر اشتباهات کوچک در تولید چرخها اهمیت چندانیندارد
تا این جا همه چیز ساده بود و هر کس می تواند به راحتی مطالب بالا رابفهمد. اما آنهایی با ابزارهای مکانیکی کار کرده اند، می دانند که مشکلات دیگری هموجود دارد که باید راه حلی برای آنها پیشنهاد کرد. به تدریج ایده های جدیدی برایاستفاده بهتر از چرخ دنده ها ارائه شد تا این مشکلات برطرف شود
اولین مشکل اینبود که امکان ساختن چرخ های خیلی کوچک وجود نداشت. به همین خاطر نمی شد نسبت دو چرخدنده را خیلی افزایش داد. اگر شما می خواستید این مشکل را حل کنید، چه می کردید؟
چرا به جای کوچک کردن یک چرخ، چرخ دیگر را بزرگتر نمی کنند؟
به شکل زیر نگاهکنید. آیا متوجه شدید که مسئله چطور حل شد؟
شکل 1 ) چرخ بنفش دو تکه است. یک چرخ کوچک به وسط یک چرخ بزرگتر متصل شده است. چرخکناری فقط به چرخ کوچک متصل است. درست است که چرخهای بزرگ هم اندازه اند، اما سرعتچرخش یکی از آنها دو برابر دیگری است. اگر تعدادی زیادی از این چرخ ها را در کنارهم قرار دهید، چیزی شبیه زیر خواهید داشت
در شکل شماره 2، سرعت چرخ بنفش دوبرابر سرعت چرخ آبی است و سرعت چرخ سبز هم دو برابر سرعت چرخ بنفش. سرعت چرخ سبزچند برابر سرعت چرخ آبی خواهد بود؟
اگر چرخ وسطی را کوچکتر کنیم (یا چرخ بیرونیرا بزرگتر بسازیم)، می شود باز هم نسبت چرخ دنده ها را بزرگ کرد. در شکل زیر چرخوسطی 5/1 چرخ بیرونی است
شکل 3) پس اگر چرخ بنفش را به موتوری وصل کنید که باسرعت 100 دور در دقیقه بچرخد، چرخ قرمز 2500 در دقیقه خواهد چرخید. اگر موتور را بهچرخ قرمز وصل کنید، می توانید سرعت چرخش را 25 بار کاهش دهید. تا به حال درون کنتوربرق خانه خود را دیده اید؟ در کنتور معمولاً پنج چرخ دنده وجود دارد که به همین شکلبه هم متصل شده اند..
نسبت چرخ دنده های کنتور 10:1 است. می توانید بگویید چرا؟
یک نکته جالب دیگراینکه اگر دقت کنید می بینید که در کنتور اعداد روی چرخهای مجاور برعکس هم نوشتهشده است. دلیل انجام این کار آنست که چرخها مستقیماً به هم وصل شده اند
اما اگربخواهید به نسبت های واقعاً بزرگ دست پیدا کنید، هیچ چیز توانایی رقابت با چرخ دندههای حلزونی را ندارد. چرخ دنده حلزونی از یک محور مارپیچی و یک چرخ دنده تشکیل شدهاست. با هر گردش محور، چرخ دنده یک دندانه جلو می رود. اگر چرخ چهل دندانه داشتهباشد، در یک فضای بسیار کوچک به نسبت 40:1 دست پیدا می کنیم مدل سازی زیر یک چرخدنده حلزونی را نشان می دهد که در برف پاک کن ماشین استفاده می شود
این چرخ دنده ها در کیلومتر شما ماشین نیز استفاده می شود . به عنوان مثال درکیلومتر شمار رو به رو (شکل 4) سه جفت از این چرخ دنده ها را می بینید
چرخ دنده های خورشیدی
یکی از جالب ترین چرخ دنده هایی که اختراع شدهاست، چرخ دنده خورشیدی است. فرض کنید می خواهید دو چرخ دنده داشته باشید که سرعتیکی 6 برابر دیگری باشد، اما جهت چرخش آنها با هم یکی باشد. برای این کار دو راهوجود دارد. راه حل اول اینست که از چیزی شبیه شکل 5 استفاده کنیم
چرخ آبی 6برابر چرخ زرد است. اندازه چرخ قرمز مهم نیست. وظیفه چرخ قرمز آنست که جهت چرخش راتغییر دهد تا جهت چرخش نهایی با جهت چرخش زرد یکی باشد. ولی اگر بخواهید محور چرخدنده خروجی با محور چرخ دنده ورودی یکسان باشد مجبورید از چرخ دنده های خورشیدیاستفاده کنید
شامل 71 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود مقاله چرخ دنده
