مكانيزم انتقال نيرو با چرخدنده ساده در ساخت ربات{جلسه یازدهم}

مقدمه

چرخدنده ها هميشه يكی از پايه های ثابت انتقال نيرو در تمام موارد هستند. بارزترين نوع دنده هايی كه با آنها سروكار داريم در ماشين می باشد كه با تعويض دنده به دنده سبك و سنگين می رويم. و قطعا كسانی كه در رشته رباتيك فعاليت می كنند با چرخدنده و خصوصا چرخدنده ساده زياد سروكار دارند. صرف اينكه چرخدنده ها علاوه بر اينكه در ساخت ربات به آنها نياز پيدا می كنيم در موارد ديگری نيز به ما كمك شايانی می كنند كه اگر در اين زمينه حرفه ای باشيم می توانيم ترفندهای خاصی را به كار ببريم. به عنوان يك نمونه فرض كنيد شما يك موتور DC ساده داريد كه دور موتور آن 5rpm است و قصد داريد با استفاده از تغيير وضعيت چرخدنده ها دور موتور آن را كاهش يا افزايش دهيد و يا اينكه يك سروو موتور داريد و می خواهيد با چرخ دنده های ساده نسبت سرعت خاصی را به دست بياوريد و… بنابراين از چرخدنده ها علاوه بر اينكه در ساخت ربات به آنها نياز پيدا می كنيد در موارد ديگر نيز به آنها نياز خواهيد داشت و به عنوان يك مهندس لازم است كه با مفاهيم اساسی يك چرخدنده جهت عملكرد بهتر آشنايی داشته باشيد.

قبل از شروع به خواندن این جلسه ابتدا با مفاهیم گشتاور و نکات مربوط به آن را از لینک زیر مطالعه کنید:

آشنایی با مفاهیم گشتاور

در شكل زير نمونه ای از چرخدنده های به كار رفته در موتور DC را مشاهده می كنيد:

چرخدنده در موتور دی سی

در شکل زیر نیز با استفاده از چرخدنده های پلاستیکی دور موتور را تغییر داده ایم که همه اینها نمونه های بارزی هستند که اهمیت چرخدنده ها را در یک ربات را مشخص می کنند.

چرخدنده پلاستیکی

چرخدنده ساده

چرخدنده ساده(Spur Gear) ساده ترين و پركاربردترين نوع چرخدنده می باشد. البته Gear به معنای دنده می باشد.

چرخدنده ساده

همانطور كه در شكل بالا مشاهده می كنيد دندانه ها به صورت مستقيم و موازی با هم بر روی محيط يك ديسك دايره ای واقع شده اند. چرخدنده های ساده را فقط بر روی شافت های موازی با هم می توان نصب نمود و با هم درگير كرد.

چرخش دو چرخدنده در كنار هم

برای اينكه دو چرخدنده در كنار هم شروع به چرخش كنند و نيرو را منتقل كنند می بايست گام يكسانی داشته باشد. هر دو چرخدنده با گام برابر به راحتی در هم فرو رفته و نيرو را منتقل می كنند. و اما گام چيست؟

فاصله بين نوك يك دندانه تا دندانه بعدی را يك گام يا Pitch می نامند يا فاصله بين ابتدای يك دندانه تا دندانه بعدی را يك گام می نامند. در شکل زیر این مفهوم را در چرخدنده ساده نشان داده ایم.

دو چرخدنده هميشه در نقطه دايره گام با هم در تماس هستند. نقطه گام روی دايره گام قرار دارد و محل برخورد دو چرخدنده می باشد. اگر در شكل زير دقت كنيد مشاهده می كنيد كه دو دايره سبزرنگ(دايره های گام) با هم مماس هستند.

سرعت دو چرخدنده در كنار هم

دو چرخدنده ای كه در كنار هم می چرخند اسامی متفاوتی دارند. چرخدنده ای كه به موتور وصل است و نيروی اوليه موتور به آن وارد می شود را چرخدنده محرك يا Driver Gear می نامند و چرخدنده دوم كه با اتصال به چرخدنده اول می چرخد را Driven Gear يا چرخدنده متحرك يا حتی Follower Gear نيز می نامند. البته بعضا با اسامي چرخدنده اوليه(Primary Gear) و چرخدنده ثانويه(Secondary Gear) نيز خوانده می شوند.

همانطور كه در شكل بالا مشاهده می كنيد چرخدنده محرك كوچكتر است بنابراين با سرعت بيشتری نسبت به چرخدنده متحرك می چرخد. يعني اينكه با استفاده از دو چرخدنده نشان داده شده در شكل سرعت چرخ كم می شود و قدرت و گشتاور آن زياد می شود. 

نكته: اگر جای دو چرخدنده بالا را عوض كنيم يعنی اينكه چرخدنده بزرگتر به موتور وصل شود و چرخدنده كوچكتر به چرخ وصل شود آنگاه سرعت افزايش می يافت و گشتاور كاهش می يافت. اين اصل را نسبت دنده يا Gear ratio می نامند. تعداد دندانه های يك چرخدنده را با حرف N نشان می دهيم:

نسبت تبديل در چرخدنده

در شكل بالا مشاهده می كنيد كه موتور به چرخدنده كوچك متصل شده است كه 5 دندانه دارد و سپس به چرخدنده 10 دندانه ای متصل می شود كه باعث می شود دور موتور به نصف مقدار خود برسد و سپس به چرخ ها منتقل شود. مثلا اگر دور موتور 10RPM باشد بعد از اتصال به چرخ دنده ها به5RPM می رسد. اين كاهش دور موتور باعث می شود كه گشتاور موتور افزايش يابد. نسبت دنده بالا را به صورت 2:1 نيز نشان می دهند كه يك نسبت دنده كاهشى است.

نكته: نسبت دنده را از تقسيم قطر چرخدنده محرك به قطر چرخدنده متحرك نيز می توانيم به دست آوريم.

نسبت تبديل در چرخدنده ساده

در شكل بالا مشاهده می كنيد كه با تعويض جای دو چرخدنده دور موتور دو برابر شده است و در نهايت سرعت چرخ نيز دو برابر می شود كه اين امر باعث كاهش گشتاور می شود. به عنوان یک قانون اگر یک چرخدنده کوچک چرخدنده بزرگی را به حرکت در آورد گشتاور زیاد می شود و اگر یک چرخدنده بزرگ چرخدنده کوچکی را به حرکت در آورد گشتاور کم می شود. به شکل زیر دقت کنید:

چرخدنده هرزگرد

هدف از كاربرد يك چرخدنده هرزگرد به دو دليل است:

  1. يكسان سازی و يا تغيير جهت چرخش
  2. پر كردن فاصله بين دو چرخدنده

در شكل زير مشاهده می كنيم كه چرخدنده هرزگرد باعث شده است جهت دو چرخدنده محرك و متحرك يكسان شود.

پينيون و چرخ پينيون

هنگامی كه دو چرخدنده ساده در كنار هم می چرخند و يكی كوچكتر از ديگری است چرخدنده كوچكتر را پينيون Pinion و چرخدنده بزرگتر را Wheel يا چرخ پينيون يا Gear می نامند.

این جلسه هم به پایان رسید. برای اطلاع از جلساتی که در آینده بر روی سایت قرار داده می شود و همچنین مطالبی که در کانال ما منتشر می شود می توانید ما را در محیط های مجازی دنبال کنید:

4 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *