دنده هاي خورشيدي يا سياره اي در جعبه دنده ها

مجموعه دنده هاي خورشيدي در اوايل قرن حاضر در اتومبيلهاي آمريكايي بكار رفته است و آنها در زمره كار برد اولين نوع دنده ها در جعبه دنده هاي اتومبيل هاي سواري و كاميونهاي سبك بودند و بدليل داشتن مزيت براي راننده هنگام دنده ها كاربرد آن پيشنهاد گرديد  . در صور تيكه در جعبه دنده هاي لغزشي معمولي كه هنوز سنگرونيزه  نشده بودند احتياج به يك راننده ماهري داشت كه تعويض دنده ها را در حين حركت انجام دهد . در اين شرايط جعيه دنده هاي خورشيدي دو سرعته با يك دنده عقب بطور انحصاري طراحي مي گرديد و در كاديلاك 1906 جعبه دنده خورشيدي 3 ساعته بكار برده شد كه طراحي آنها خالي از اشكال نبود و به فكر استفاده از دنده پينيونها بوش دار بودند تا از صدا كردن دنده ها جلوگيري شود .

همزمان پيشرفتهايي در طراحي جعبه دنده هاي معمولي انجام گرديد و تقريباً بطور جامع از آنها در اتومبيلهاي سواري و كاميونها اتسافده مي گرديد و سپس بسوي طراحي مجموعه دنده هاي خورشيدي سوق داده شدند و در اتومبيل فورد مدل تي (T ) تا سال 1928 از جعبه دنده خورشيدي استفاده مي گرديد . جعبه دنده هاي خورشيدي كه به صحنه آمده بود با توليد جعبه دنده خودكار اور درايو توسط بورگ وارنر و جعبه دنده اتوماتيك هيدراماتيك توسط جنرال موتور افت فاحشي نمود و دوباره تحقيق و توسعه در مورد دنده هاي مار پيچ ،آلياژ هاي فولاد ،برطرف نمودن گرماي فلزات و ياتاقانهاي سوزني و حذف كردن تعدادي از نواقص انواع اخير جعبه دنده هاي خورشيدي آغاز گرديد .

جعبه دنده هاي خورشيدي امروزه كاربرد وسيعي دارند . تنوع جعبه دنده هاي اتوماتيك در اتومبيلهاي سواري و كاميونها و كاربرد در فرمانها ، گرداننده نهايي (ديفرانسيل) و چرخهاي متحرك ماشين آلات ساختماني و كاهش دهنده هايي ماننند محركهاي ملخ دار در هواپيما و يا محرك پروانه كشتي و غيره را دارا مي باشد و موارد فوق تعدادي از نمونه هاي كاربرد دنده هاي خورشيدي در انتقال قدرت مي باشند .

مجموعه خورشيدي يا مجموعه دنده هاي سياره اي

قلب جعبه دنده هاي اتوماتيك سيستم دنده هاي خورشيدي است . بنابراين لازم است تا مروري بر ساختمان اساسي يك مجموعه خورشيدي ساده را داشته باشيم و بطور مقدمه طرز كار دنده هاي خورشيدي بيان مي گردد .

يك مجموعه خورشيدي يا سياره اي مطابق شكل هاي 1-1 و 1-2 شامل يك دنده خورشيدي يا دنده مركزي است كه احاطه شده است با دنده هاي هرز گرد سياره اي با پينيونها كه روي محور نگهدارنده بطور انفرادي در حامل سياره اي يا قفسه قرار گرفته و حركت دوراني مي كنند و به طور دائم درگير مي باشند و قفسه در داخل دنده داخلي يا رينگي (به اين دليل به اين نام خوانده مي شود كه محيط دايره از داخل دندانه دار شده است ) احاطه شده و ب طور دائم با پينيونهاي دنده هاي سياره اي درگير مي باشند .

مجموعه دنده هاي خورشيدي يا سياره اي كه نامش از عمل دنده هاي پينيون سياره اي گرفته شده است قادرند تا دور محورشان بچرخند و همزمان اطراف دنده خورشيدي دوران نمايند مانند گردش زمين كه هم به دور خودش و هم اطراف كره خورشيد دوران مي نمايد . با مطالعه اشكال 1-1و 1-2 به چند مزيت مهم در دنده هاي خورشيدي پي مي بريم .

• تمام اعضاء مجموعه خورشيدي در يك محور اصلي شريك هستند و در نتيجه همه آنها در يك مجموعه قرار گرفته اند .
• دنده هاي خورشيدي هميشه بطور ثابت با هم درگيري مي باشند و امكان حذف دندانه و يا شكستن و سرو صدا كمتر وجود دارد و هم چنين تعويض نسبت دنده سريع و بطور خودكار بودن افت قدرت انجام مي گيرد .
• دنده هاي خورشيدي نسبت به جعبه دنده هاي استاندارد مي توانند سختر و قويتر باشند و بارهاي گشتاوري را بطور وسيع جابجا يا انتقال نمايند و داراي حجم كمتري مي باشند به اين دليل كه بار گشتاوري از ميان دنده هاي سيار ه اي عبور مي نمايد و نيرو به چند دنده سياره اي كه تعداد دنده هاي درگير انها بيشتر مي باشد تقسيم مي گيردد و در نتيجه قدرت انتقال افزايش مي يابد .
• موقعيت اعضاء مجموعه سياره اي براي نگه داشتن يا درگيري و قفل نمودن آنها با يكديگر براي تعويض نسبت دنده ها نسبت به هم رابطه ساده اي دارند .

تعاريف

وقتي كه يك سري چرخ دنده با هم به صورت ساده و يا تركيب شده و يا مانند سيستم خورشيدي در حال گردش مي باشند لازم است تا بعضي از اصلاحات را در مورد توضيح چگونگي كار و تاثير انها بر مسير قدرت عنوان گردد . بنابراين مروري داريم بر تعاريف درگيري دنده كه در مورد وظيفه و عملكرد مجموعه خورشيدي ضروري مي باشد .

نسبت دنده : با چرخش چرخ دنده ورودي مي توان دورهاي چرخ دنده ورودي 3 دور و تعداد دوران چرخ دنده خروجي يك دور باشد نسبت دنده 1: 3 خواهد بود .

كاهش دنده : نسبت كاهش دنده باعث مي شود كه در اين حالت گشتاور افزايش دور كاهش يابد . به عنوان مثال در مورد يك نسبت دنده 1:3 اگر گشتاور ورودي 180 فوت – پوند و دور ورودي 2700 در دقيقه تغيير مي يابد . (ضايعات و تلفات اصطكاكي كه هميشه وجود دارد محسوب نگرديده است ) .

اوردرايو يا فوق سرعت : اينحالت بر عكس اثر نسبت كاهش دنده عمل مي كند ، عامل نسبت دنده باعث مي شود كه گشتاور كاهش و دور افقزايش يابد . در يك نسبت دنده 1:3 اگر گشتاور ورودي 180فوت – پوند و دور ورودي 2700 در دقيقه باشد گشتاور خروجي به 60 فوت – پوند و دور خروجي 8100 دور در دقيقه تغيير خواهد يافت .

حركت مستقيم :

نسبت دنده 1:1 و بدون تغيير در گشتاور و دور ورودي مي باشد .

خلاص يا آزادگردي :

در اين حالت قدرت ورودي وجود دارد ولي قدرت از جعبه دنده خارج نمي گردد .عضو عكس العملي : در مجموعه خورشيدي اساس حالت انتقال با ثابت بودن يكي از اعضاء مجموعه مي باشد كه اين عمل توسط وسايل اصطكاكي مانند نوارهاي ترمز يا باند كلاچهاي ديسكي چند صفحه اي و كلاچ يكطرفه انجام مي گيرد كه در فصل بعدي مورد آنها بحث خواهد گرديد .

قوانين طرز كار دنده هاي خورشيدي :

طرز كار دند هاي خورشيدي توسط پنج قانون اساسي كه در واقع كليد آگاهي در مورد مسيرهاي مختلف اعمال قدرت در تمام دنده هاي اتوماتيك مي باشند بيان مي گردد و آنها عبارتند از :حالت خلاص ، كاهش دنده ،اوردرايو،حركت مستقيم و دنده عقب كه بترتيب هر يك را مورد بررسي قرار مي دهيم .

قانون خلاص(Law of neutral) :

وقتي كه قدرت ورودي وجود داشته باشد اما عضوهاي عكس العملي عمل ننمايند وضعيت خلاص است. در شكل 3-3 دنده خورشيدي ورودي ومحرك است ، دنده رينگي آزاد وقفسه خروجي مي باشد كه با چرخ هاي محرك ثابت شده است و باعث خواهد شد كه دنده هاي پينيون يا هرز گردها دور محورشان بچرخند ودنده رينگي بر دنده خورشيدي خواهد چرخيد.

در جعبه دنده هاي اتوماتيك حالت خلاص يا مانند حالت فوق است ويا توسط محور توربين مبدل كه ورودي جعبه دنده است قطع مي گردد ودر تمام توليدات جديد جعبه دندها ي اتوماتيك 2 سرعته (Jetaway  (T-300)) ، پاور گلايدوتورك در رايوجعبه دندهايي هستند كه وضعيت خلاص از طريق قطع محور توربين مبدل انجام مي گيرد.

قانون كاهش دنده (Law of reduction) :

وقتي كه يك عضو عكس العملي وجود داشته وقفسه خروجي باشد ، مجموعه در وضعيت كاهش دنده مي باشد. بدو طريق مي توان قانون كاهش دنده را اجرا نمود.در شكل 4-1 يك نوار ترمز يا باند بمنظور ثابت نگهداشتن دنده رينگي در جعبه دندهاي اتوماتيك بكار برده شده است.محل تكيه گاه ثابت باند در پوسته جعبه دنده بمنظورعكس العمل وواكنش دنده رينگي طراحي گرديده است.

در اولين روش كاهش دنده، دنده خورشيدي ورودي مي باشد كه دندهاي پينيون را دور محورشان به گردش در مي آورد و چون دندهاي پينيون از طرفي با دنده رينگي ثابت شده است بر اثر نيروي عكس العمل آن سبب   مي شود كه محور دنده رينگي حركت نمايدودر نتيجه قفسه را در جهت گردش دنده خورشيدي با دور كمتر بدوران درآورد.در اينحالت اگر گشتاور ورودي 100 فوت پوند ونسبت كاهش دنده1: 5/1 باشد، گشتاور خروجي به 150 فوت –پوند افزايش مي يابد.

نوع ديگر كاهش دنده با ثابت نگهداشتن دنده خورشيدي مي باشد بدين ترتيب كه قدرت ورودي به دنده رينگي  داده مي شود مطابق شكل5-1 ودر اينحالت نيز پينيونهاي سياره اي دور محورشان مي چرخند وچون دنده خورشيدي ثابت است قفسه اطراف آن بحركت در ميآيد و قفسه خروجي مي باشد و نتيجه آن يكنوع كاهش دنده ديگري هم جهت با محور ورودي خواهد بود .اين نوع كاهش سرعت بمنظور استفاده در دنده دو در جعبه دندهاي تورك فلايت كرايسلر ،فورد   C4وC6 وتوربين 350 و400 جنرال موتور مي باشد.بجاي باند كه يك عضو عكس العملي وبا دوام براي اتصال به پوسته جعبه دنده مي باشد ، هم چنين مي توان از كلاچ اسپراگي(بادامكي)، كلاچ غلطكي وكلاچ ديسكي چند صفحه اي براي كاهش دنده واتصال آن به پوسته جعبه دنده استفاده نمود. كلاچهاي اسپراگي وغلطكي هردو مانند كلاچ يكطرفه عمل مي كنند ووسايل بسيار جالبي هستند زيرا در مواقع لزوم عمل درگيري وآزادگردي يا خلاصي رابطور خودكار انجام مي دهند وكارشان فقط توسط عمل مكانيكي مي باشد واحتياج به كنترل كنندهاي هيدروليكي ندارند. واين خود موجب مي شود كه طراحي جعبه دنده وهم چنين سرويس ونگهداري آن آسان گردد واحتياج به تنظيمات ندارند.

با مطالعه اشكال 6-1و7-1 دو وضعيت درگيري وحالت آزاد را در اين كلاچها نشان مي دهد.حلقه داخلي عضو ثابت و حلقه خارجي حركت دوراني مي كند ويا عضو محرك مي باشد ويا مي تواند حلقه داخلي عضو محرك وحلقه خارجي ثابت گردد كه در اينصورت توسط يك كلاچ ويا با پيچ  پوسته جعبه دنده ثابت مي شود مانند اشكال (8-1و9-1)

طرز كار كلاچهاي اسپراگي وغلطكي طوري است كه در حين انتقال قدرت از موتور به چرخها درگير شده وعمل كاهش دنده انجام پذير مي گردد وزمانيكه بر عكس عمل نمايد يعني چرخها محرك باشد وموتور را بخواهدبحركت درآورد كلاج آزاد مي شود وانتقال قدرت از چرخها به موتور قطع مي گرددودر نتيجه حالت ترمز موتوري وجود نخواهد داشت .

بنابراين با رعايت عمل فوق يعني با چرخيدن شافت خروجي وقفسه كه در حال عكس ،عضو ورودي در مجموعه خورشيدي مي باشد ، سبب خواهد شد تا دنده رينگي در شكل 8-1 و دنده خورشيدي در شكل 9-1 هم جهت با مسير ورودي گردش وكلاچ يكطرفه آزاد گردد.  در آينده به درگيري مسير قدرت دنده هاي اتوماتيك اشاره خواهيم كرد و لازم است بداينم كه هر وقت حلقه ورودي در جهت عقربه هاي ساعت يا هم جهت با گردش موتور بچرخد كلاج اسپرگي يا غلطكي در حال خلاص خواهد بود و وقتي كه حلقه ورودي در جهت خلاف عقربه هاي ساعت بچرخد عمل قفل كردن در آنها انجام خواد شد .

عمل خلاص كلاچ اسپراگي يا غلطكي در حركت در حركت معمولي در جاده مستقيم خطري ندارد ولي ئقتي كه اتومبيل در سرازيري تند يا تپه ها و كوهها حركت مي كند ،عمل كلاچ يك طرفه در وضعيت كاهش دنده قطعاً اطمينان نخواهد داشت و بايستي سرعت اتومبيل را در وضعيت دنده سنگين (L) قرار دهد كه در اين صورت خلاصي حذف مي شود و چرخها مستقيماً به موتور جهت عمل ترمز موتوري متصل مي گردند . با توجه به شكل 10-1 كه كامل شده 8-1 مي باشد و در آن نوار ترمز يا باند به منظو.ر ثابت نمودن دنده رينگي اضافه شده است هنگام عبور از سربالايي و يا زمانيكه از دنده  سنگين استفاده مي شود باند درگير مي شود و چون كلاچ غلطكي درگير مي باشد لذا در اينحالت باند كار مثبي انجام نمي دهد ولي در حين عبور از سرازيري و يا هنگام سر خوردن (هنگامي كه راننده پدال گاز را رها مي كند ) كه كلاچ آزاد مي گردد عمل باند باعث ثابت نمودن دنده رينگي مي شود و در نتيجه قفسه با مبدل و موتور ارتباط پيدا مي نمايد و اجازه نخواهد داد كه اتومبيل به حالت خلاص حركت كند و حالت ترمز موتوري را دارا خواهد بود .

«سوپاپ كنترل دستي» (Manual valve)  

جعبه دندههاي اتوماتيك تماماً خودكار نبوده و تابع كنترل دستي توسط راننده مي باشند تا وضعيت هاي راه اندازي (پارك – دنده عقب – خلاص – حركت به جلو و غيره) جعبه دنده را انتخاب نمايد و وضاح است كه اصطلاح سوپاپ دستي از عمل آن گرفته شده و توسط راننده تحريك مي شود.

سوپاپ دستي مسير اصلي فشار تنظيم شده را به سوپاپ هاي تعويض براي درگيري هاي كلاچ يا باند به منظور انجام تعويض هاي خودكار يكسره مي نمايد و هم چنين مستقيماً براي تعيين خط سير فشار به عناصر اصطكاكي مخصوص براي درگيي دنده هاي غير خودكار مانند دنده يك دستي و دنده عقب به كار مي رود و بالاخره سوپاپ دستي وضعيت هاي راه اندازي را تعيين مي نمايد.

مجموعه هاي سرو (Servo Assemblies)

سرو شامل يك سليندر و پيستون مي باشد كه فشار هيدروليكي را به نيروي مكانيكي تبديل مي كند و در اغلب دنده ها سرو يا به صورت يك واحد مجزا به بدنه پيچ شده است و يا اين كه سرو قسمتي از پوسته جعبه دنده مي باشد با به كار بردن اهرم ها و اتصالات مناسب سرو به باند به منظور درگيري آن متصل مي گردد. بعضي از واحدهاي سر و به بازوي اهرمي احتياج ندارد و مستقيماً عمل مي كنند.

باند قرمز واحد سرو بايستي دقيق عمل كند و يك عضو دنده هاي خورشيدي را به پوسته جعبه دنده براي حركت به جلو يا عقب ثابت نمايد. هنگامي كه فشار هيدروليك به سرو اعمال مي گردد باند ازاد مي شود. درگيري باند يا به طور خودكار و يا به طور دستي انجام مي گيرد.

مجموعه كلاج:

كلاچ ها در تعويض هاي خودكار و دستي به كار برده مي شوند و معروف ترين نوع كلاجي كه در جعبه دنده هاي اتوماتيك به كار مي رود، كلاج ديسكي چند صفحه اي مي باشد كه به دلايل زير از آن استفاده مي گردد:

• ديسك هاي چند صفحه اي كلاج داراي ظرفيت گشتاوري زيادي بوده و حجم كمي را اشغال مي نمايند.
• برخلا باندها، كلاج هاي ديسكي مي توانند در حين گردش به آساني درگير شوند.
• احتياج به تنظيمات اوليه و ثانويه ندارد

توجه داشته باشيد كه پيستون، صفحات كلاج را بر عليه رينگ قفلي و صفحه ي فشار دهنده به يكديگر مي فشارد. رينگ قفلي پشت صفحه ي فشار دهنده و داخل يك شيار در دام پيستون قرار مي گيرد.

سيستم سوپاپ دريچه گاز (Throttle valve System)

سيستم سوپاپ دريچه گاز يك اثر گشتاوري حساس را براي وظايف زير توليد مي كند:

• تهيه يك فشار تكميلي كه به سوپاپ تعديل فشار اعمال مي گردد تا فشار مسير را براي افزايش فشار نگهدارنده باندها و كلاج ها تقويت نمايد.
• در ارتباط با سوپاپ گاورنر مراحل تعويض خودكار را براي حدود تغييرات نامحدود ايجاد مي نمايد.
• امكان دارد كه در هر جا از سيستم هيدروليك استفاده شود تا كيفيت تعويض را كنترل نمايد.

به عنوان مثال براي كنترل نمودن عمل آكومولاتور (مخزن روغن) در يك درگيري كلاج به كار برده شده است.

سوپاپ سستم دريچه گاز يك نوع ديگر سوپاپ تعديل مي باشد زيرا در اينجا نيز يك نيروي هيدروليكي در مقابل نيروي فنر متغير متعادل مي گردد . از دو روش خلايي و مكانيكي در طراحي جعبه دنده ها براي بدست آوردن اثرات دريچه گاز استفاده مي گردد. نخست سيستم خلايي را مورد بررسي قرار مي دهيم كه داراي يك واحد يا فراگمي مي باشد وظيفه ي واحد خلايي اين است كه خلاء ورودي مايننولد را دريافت مي كند و از طريق نيروي فنر آن به سوپاپ دريچه گاز منعكس مي نمايد. به واحد خلايي 3 نيرو اثر مي كند فشار مطلق و نيروي فنر در سمت خلاء ديافراگم در جهت عمل سوپاپ و فشار جو در طرف ديگر ديافراگم اثر مي كند اثر نيروي فنر مقدار فشار سوپاپ دريچه گاز را تعيين مي كند و اثر فشار جو روي ديافراگم، اثر نيروي فنر به سوپاپ را كاهش مي دهد و در نتيجه در وضعيت خلاء زياد موتور مانند حالت دور آرام فشار اعمال شده به سوپاپ كم بوده و يا اصلاً فشار وجود ندارد. هنگامي كه دريچه گاز باز مي شود خلاء موتور افت مي كند و باعث افزايش نيروي فنر مي گردد و فشار سوپاپ زياد مي گردد.

سيستم سوپاپ تعديل خلايي (Vacuum Modulator vlave System)

سيستم سوپاپ تعديل خلايي (مدولاتور) در سيستم هاي كنترل هيدروليك تمام جعبه دنده هاي رايج جنرال موتور به كار برده شده است و به طور كلي بعضي از همان وظايف سيستم سوپاپ دريچه گاز خلايي را انجام مي دهد. سوپاپ تعديل با كنترل خلايي اثر فشار تعديل شده را تنظيم مي كند و فشار اصلي جعبه دنده متناسب با گشتاور ورودي به آن را (گشتاور موتور و مبدل) تغيير مي دهد كه حساس به خلاء موتور و فشار گاز ورنر مي باشد.

سوپاپ مدولاتور بايستي خودش در مقابل نيروي فنر واحد خلايي موازنه گردد و توسط فشار گاورنر به حركت متقابل فنر كمك نمايد و در نتيجه اعمال فشار گاورنر به سوپاپ باعث مي شود تا فشار مدولاتور را كاهش دهد.

واحد خلايي مدولاتور در دو نوع بدون جبران كننده و با جبران كننده ارتفاع طراحي شده كه شبيه يكديگر مي باشند و مانند واحدهاي خلايي سيستم دريچه گاز كار مي كنند كه قبلاً طرز كار آنها تشريح شده است و خلاء زياد، يك فشار مدولاتور كم و خلاء كم، يك فشار مدولاتور زياد را توليد مي كند.

در بعضي جعبه دنده هاي اتوماتيك جنرال موتور، سيستم مدولاتور فقط براي تقويت مسير اصلي فشار به كار برده شده است در اين حالت يك سيستم سوپاپ دريچه گاز با كنترل مكانيكي اضافه گرديده تا عمل تعويض را در مواقع ضروري انجام دهد كه در جعبه دنده دو سرعته پاورگلايد شورلت و جعبه دنده دو سرعته پونتياك (M-35) به كاربرده شده است.

جعبه دنده هاي T-400 و T-350 و T-300 سيستم دريچه گاز اضافي ندارند بلكه از فشار مدولاتور براي عمل تعويض استفاده گرديده است.

سيستم سوپاپ گاورنر(Gorernor valve system)

گاورنر يك سرعت سنج هيدروليكي است توسط شافت خروجي جعبه دنده مي چرخد و مانند سوپاپ تعديل عمل مي نمايد و در يك اثر فشار هيدروليكي را متناسب با سرعت اتومبيل به جعبه دنده منتقل مي نمايد و دراصل براي فرمان تعويض دنده هاي جعبه دنده هم زمان با سيستم دريچه گاز يا مدولاتور به كاربرده مي شود و هم چنين در بعضي جعبه دنده ها يك اثر كمكي يا تقويت كننده ي سوپاپ هاي كنترل مي باشد در اتومبيل هاي رايج امروزي چند نوع مجموعه گاورنر طراحي شده كه همه ي آنها با استفاده از نيروي گريز از مركز حاصل از حركت دوراني عمل مي كنند.

سيستم هاي تعويض دستي و خودكار (Automatic and manual shift system)

وظيفه ي سيستم تعويض اين است كه نسبت نده ها را به موقع تغيير دهد يعني سرعت اتومبيل را با عمل راننده تطبيق نمايد. اگر اين تعويض ها خودكار انجام گردد، مسلتزم آن است كه يك سوپاپ تعويض وجود داشته باشد. جعبه دنده هاي متداول نيم اتوماتيك كه در اتومبيل هاي سواري كوچك به كار مي روند سيستم هاي تعويض خودكار ندارند و نسبت دنده هاي مورد نياز بايستي فقط توسط راننده انتخاب گردد . در صورتي كه در تعويض هاي خودكار احتياج به تعويض دنده ها توسط راننده نمي باشد.

سيستم هاي هيدروليكي جعبه دنده ها عبارت بودند از: سيستم فشار، سيستم دريچه گاز يا مدولاتور، سيستم گاورنر علاوه بر آن سوپاپ دستي ، سروها و باندها و كلاچ ها كه قبلاً تشريح گرديد حالا به تشريح تعويض هاي خودكار و دستي مي پردازيم كه در آنها وظايف هر كدام از سيستم ها مرور خواهد گرديد.

طرز كار سيستم تعويض خودكار و دستي را در يك نوع جعبه دنده دو سرعته متداول بررسي مي كنيم و در مورد عناصر اصطكاكي آن بايستي كنترل گردد بحث مي نماييم. در وضعيت P و N عناصر اصطكاكي درگير نمي باشند. باند دنده يك براي  درگيري حركت نده يك خودكار و دنده يك دستي، كلاج حركت به جلو يا حركت مستقيم براي وضعيت خودكار دنده مستقيم و كلاج عقب براي دنده عقب به كار مي رود.

بحث در مورد سيستم را با يك بررسي سريع در مورد سيستم تهيه فشار را آغاز مي كنيم زيرا اساس حيات جعبه دنده مي باشد و مستقيماً به سيستم تعويض ارتباط دارد.

سوپاپ تخليه هواي پمپ روغن كه به طور ساده هواي محبوس شده داخل سيستم را تخليه مي نمايد فنر آن سوپاپ را در حالت باز نگه مي دارد و اجازه مي دهد كه هوا تخليه گردد تا اينكه فشار سيستم در مدار پمپ افزايش يابد. وقتي كه فشار پمپ افزايش يافت سوپاپ در محل سيست خود مي نشيند و سوراخ را مي بندد.

وظيفه مدولاتور فقط تعديل يا تغيير فشار مسير اصلي مي باشد. يك سيستم دريچه گاز مكانيكي به طور جداگانه در اين مدار هيدروليكي براي تعيين برنامه ي تعويض به كار مي رود.

وضعيت هاي خلاص و پارك (Neutral and park):

دياگرام مسير وضعيت پارك (P) و خلاص (N) را كه شامل قسمتي از سيستم كنترل هيدروليكي مي باشد كه در آن سيستم تهيه فشار، احتياجات اصلي فشار، تغذيه مبدلف مدارات خنك كن و روغن كاري را برآورده مي نمايد. سوپاپ دستي مسير فشار روغن را به مسيرهاي درگيري باند و كلاج قطع نموده است.

وضعيت حركت D در دنده يك خودكار (Automatic Drive Range – Low Gear) :

وقتي كه سوپاپ دستي در وضعيت D باشد، مسير اصلي فشار به سروي دنده يك منتقل مي گردد و باند دنده يك درگير مي شود و دنده خورشيدي دنده يك ثابت مي گردد درگيري باند دنده يك خودكار نمي باشد و توسط سوپاپ دستي انجام مي گردد.

وضعيت خودكار حركت D در حالت دنده مستقيم (Automatic Drive Range Hig Gear)

وقتي كه اتومبيل در دنده يك مي باشد كنترل كننده هاي تعويض خودكار جعبه دنده براي تعويض از دنده به يك دنده مستقيم آماده مي گردند. جعبه دنده هايي كه داراي تعويض خودكار مي باشند يك يا چند سوپاپ تعويض (كه در اين حالت فقط يك سوپاپ تعويض داد)ف يك مدار گاورنر و يك مدار سوپاپ سيستم دريچه گاز را دار مي باشند (بعضي وقت ها يك يستم مدولاتور به كار برده مي شود كه مانند سيستم دريچه گاز تغييرات فشار را به سوپاپ تعويض منتقل مي نمايد).

سوپاپ تعويض مي تواند جريان را كنترل نمايد و به آن جهت بدهد و باعث تعويض دنده گردد . جابجايي و حركت آن توسط مدارات گاورنر و سيستم دريچه گاز انجام مي گردد. افزايش سرعت اتومبيل باعث مي گردد كه سوپاپ تعويض باز شود و يا تعويض مستقيم انجام گيرد. در صورتي كه فشار سيستم دريچه گاز كه اثر احساس گشتاور موتور مي باشد، مايل است تا از حركت سوپاپ به سمت تعويض مستقيم جلوگيري نمايد و سعي مي كند كه آن را بسته نگه دارد.

سيستم دريچه گاز به طور مكانيكي توسط راننده از طريق اتصالات مربوطه به دريچه گاز و سيستم گاورنر توسط سرعت اتومبيل از شفات خروجي جعبه دنده فعال مي گردند فشارهاي گاورنر و سيستم دريچه گاز مستقيماً به دو انتهاي سوپاپ تعويض دنده يك به دنده مستقيم اثر مي نمايند.

فشار سيستم دريچه گاز در بيشتر حالات و در اين مثال، قبل از اين كه به سوپاپ تعويض اثر نمايد توسط سوپاپ تعديل اصلاح مي گردد. علاوه بر آن يك نيروي فنر ثابت در سيستم دريچه گاز به كار برده شده تا نقطه ي بسته شدن آن را در تعويض معكوس تعيين نمايد. مشاهده مي گردد كه فشار مسير اصلي از سوپاپ دستي در انتظار سوپاپ تعويض مي باشد و زمينه حركت را براي تعويض كامل آماده نموده است. سيستم تعويضي كه به طور نمونه توضيح داده شد دقيقاً مانند سيستم تمام جعبه دنده هاي اتوماتيك مي باشد.

اگر شما با اتومبيلي كه مجهز به دنده اتوماتيك مي باشد رانندگي نماييد متوجه خواهيد شد كه نقاط تعويض در سرعت هاي مختلف انجام مي گردد كه به چگونگي جابجايي (كم يا زياد نمودن) پدال گاز توسط پاي شما بستگي دارد. شايد تعجب نماييد ولي جواب آن ساده است.

كم باز شدن دريچه گاز يك اثر ضعيفي را به سوپاپ تعويض اعمال مي نمايد و فقط به سرعت كم اتومبيل احتياج مي باشد تا اثر گاورنر به مقدار كافي توليد گردد و فشار سيستم دريچه گاز و نيروي فنر را بي اثر نمايد.

وقتي كه راننده پدال گاز را مي فشارد. باز شدن دريچه گاز يك اثر بيشتري را به سيستم اعمال مي نمايد كه متقابلاً به افزايش سرعت اتومبيل موكول مي گردد و گاورنر اثر لازم را براي تعويض توليد مي نمايد. براي انجام عمل تعويض محدوديت هايي از نظر سرعت وجود دارد به عنوان مثال در يك سيستم 2 سرعته، دامنه تعويض يك به دو معمولاً بين سرعت هاي 18 تا 65 مايل بر ساعت براي موتورهاي 8 سيلندر V شكل مي باشد در صورتي كه دامنه تعويض براي موتورهاي 6 سيلندر بين سرعت هاي 38 تا 45 مايل بر ساعت است.

سيستم تعويض خودكار مانند يك كامپيوتر هيدروليكي مي باشد و براي تعويض خودكار، متناسب با باز شدن دريچه گاز و سرعت اتومبيل برنامه ريزي مي كند. يعني اطلاعات فرستاده شده را از سيستم هاي دريچه گاز و گاورنر دريافت نموده و سپس ارزيابي مي كند و سرانجام اثر گاورنر به انتهاي سوپاپ تعويض باعث تغيير نسبت دنده مي گردد.

نمونه هايي از تعويض مستقيم و تعويض معكوس به طور خودكار (Automatic Usphift and Dowm shift patterns)

تعويض هاي مستقيم خوكار همگي متناسب با باز بودن دريچه گاز با نقطه ي تعويض متغير انجام مي گيرد. اگر موقعي كه پدال گازف دريچه گاز را تا آخر باز نموده باشد و تعويض انجام گيرد در اين حالت تعويض تمام گاز مي باشد (سوپاپ باز دارنده بسته مي باشد) . اگر راننده مايل باشد كه عمل تعويض در بالاترين سرعت اتومبيل انجام گيرد، بايستي پدال گاز را علاوه بر اين كه دريچه گاز كاملاً باز است بفشارد تا سوپاپ باز دارنده حركت كند و مدار را باز نمايد. كه در اين حالت تعويض تمام گاز زياد مي باشد (سوپاپ بازدارنده باز است).

با حركت دادن پدال گاز تا آخر كه ارتباط آن با جعبه دنده به طور مكانيكي به انتهاي سوپاپ بازدارنده در مجموعه ي سوپاپ سيستم دريچه گاز مي باشد، اجازه خواهد داد كه مسير اصلي روغن بدون تاثير سيستم دريچه گاز از مجراي سوپاپ بازدارنده به سوپاپ تعويض منتقل گردد.

سوپاپ بازدارنده را در حالتي كه مسير روغن، سوپاپ دريچه گاز را مسدود نموده است. وقتي كه سوپاپ بازدارنده به سمت راست حركت كند، در اين حالت فشار روغن سوپاپ دريچه گاز كه مساوي فشار مسير اصلي مي باشد، مي تواند با خط سير خودش از طريق مدار باز دارنده به سوپاپ تعويض منتقل گردد با اعمال فشار سوپاپ سيستم دريچه گاز و سوپاپ بازدارنده كه مساوي فشار مسير مي باشند، واضح مي رگدد كه چرا اين مجموعه تعويض ماكزيمم را دارا مي باشد. در بعضي مجموعه هاي سوپاپ دريچه گاز مكانيكي، سوپاپ بازدارنده را سوپاپ دنده معكوس مي نامند كه همان وظيفه را انجام مي دهد مانند جعبه دنده تورك فلايت خانواده جعبه دنده فورد كروئيز – ماتيك كه با سيستم دريچه گاز با كنترل خلايي مي باشد داراي يك مجموعه ي سوپاپ تعويض معكوس مجزا مي باشد كه به طور مكانيكي به دريچه گاز متصل مي گردد و همان وظيفه سوپاپ باز دارنده را مي باشد. سوپاپ تعويض معكوس را مي توان دقيقاً سوپاپ بازدارنده ناميد. در جعبه دنده هاي هيدراماتيك 400 و 350 و توربين 300 جنرال موتور سيستم بازدارنده از مجموعه سوپاپ تعديل خلايي جدا مي باشد. سيستم بازدارنده 350 به طور مكانيكي مي باشد در صورتي كه سيستم هاي بازدارنده 400 و 300 به وسيله يك دكمه برقي توسط پدال گاز عمل مي كند و يك سولفوييد برقي كه در مجموعه بدنه ي سوپاپ نصب مي گردد را تحريك مي نمايد و باعث مي گردد كه عمل تعويض بازدارنده انجام گيرد. در جعبه دنده شيفت كوماند امريكن موتور و در انوع جديد جعبه دنده فلاش – اُ – ماتيك نيز از همين روش استفاده مي گردد در تمام سيستم هاي به كار رفته راننده توسط پدال گاز آن را كنترل مي نمايد.

تعويض هاي معكوس خود به 3 دسته تقسيم مي گردد. سريدن يا تعويض معكوس با بسته بودن دريچه گازف تعويض معكوس اجباري (بدون اثر سوپاپ بازدارنده) و تعويض معكوس اجباري (از طريق سوپاپ باردارنده). كنترل اين تعويض هاي معكوس توسط ايجاد فشارهاي متغيير انجام مي شود كه به مسيرهاي ويژه سوپاپ تعويض كننده اثر مي كنند . اين فشارها شامل فشار گاورنر ، فشار سيستم دريچه گاز يا مدولاتور و فشار بازدارنده مي باشد.

در سيستم جعبه دنده هاي دو سرعته در تعويض معكوس به دنده يك خودكار، سوپاپ تعويض ، تغذيه مسير اصلي فشار را به مسير كلاج قطع مي كند. حالت هائي كه سبب تعويض هاي معكوس مختلف مي گردد عبارتند از: كاهش سرعت اتومبيل، افزايش فشار به پدال گاز و يا هر دو تاي آنها.

تعويض معكوس با بسته بودن دريچه گاز يا سريدن (Coat or closed Throttle Down shift)

وقتي كه از سرعت اتومبيل كاسته مي گردد فشار گاورنر كاهش مي يابد و سوپاپ تعويض در حالت حركت دنده يك قرار مي گيرد. در سرعت تقريباً 15 مايل بر ساعت فشار گاورنر كمتر از نيروي فنر سوپاپ تعويض مربوط به سيستم دريچه گاز مي گردد و نيروي فنر، سوپاپ را در حالتي نگه مي دارد كه روغن مدار دنده مستقيم تخليه گردد كه در اين حالت نيروي فنر است كه در حالت سريدن نقطه ي تعويض معكوس را با بسته بودن دريچه گاز تعيين مي نمايد. فشار سوپاپ سيستم دريچه گاز در حالت بسته بودن دريچه گاز صفر مي باشد. و هيچ اثري به انتهاي سوپاپ تعديل فشار ندارد.

تعويض معكوس اجباري بدون اثر سوپاپ بازدارنده (Forced Down shift – to Detent)

با كاهش يافتن سرعت اتومبيل افزايش فشار به پدال گاز باعث مي شود كه اثر سوپاپ سيستم دريچه گاز افزايش يافته و به انتهاي سوپاپ تعديل كننده سيستم دريچه گاز اعمال گردد اين فشار بر فشار گاورنر غلبه مي كند و سوپاپ تعويض را در وضعيت دنده يك قرار مي دهد. سوپاپ تعويض در وضعيت دنده يك باقي مي ماند تا سرعت اتومبيل و در نتيجه فشار گاورنر فشار سوپاپ سيستم دريچه گاز را بي اثر نمايد.

تعويض معكوس اجباري از طريق سوپاپ بازدارنده (Forced Down shift – through Detent)

سيستم بازدارنده وقتي فعال مي گردد و جعبه دنده به طور خودكار به دنده يك تعويض مي گردد . هم چنين سرعت اتومبيل نيز بايستي كمتر از سرعت ماكزيمم باشد تا تعويض معكوس از طريق سوپاپ بازدارنده انجام گيرد. جعبه دنده در دنده يك باقي ماند تا اين كه راننده فشار وارد بر پدال گاز را كاهش دهد و يا اين كه سرعت اتومبيل به نقطه ي تعويض ماكزيمم برسد. در اصل عمل سوپاپ بازدارنده موقتاً بر سوپاپ تعويض غلبه مي نمايد. سرانجام سرعت اتومبيل و در نتيجه فشار گاورنر به حدي مي رسد كه بدون توجه ب حالت پدال گاز خواهد توانست جعبه دنده را به دنده مستقيم تعويض نمايد.

وضعيت دنده عقب (Reversc Range)   R:

وقتي كه سوپاپ در وضعيت R باشد فشار اصلي فقط به مدار دنده عقب منتقل مي گردد. روغن مسير اصلي از طريق سوپاپ دستي به مدار روغن دنده عقب منتقل مي گردد و كلاج عقب درگير مي شود . هم چنين فشار مسير اصلي به مجموعه ي سوپاپ كمكي سوپاپ تعديل فشار اثر مي نمايد و مسير روغن مدولاتور نيز عمل عادي خود را به سوپاپ كمكي انجام مي دهد بنابراين يك فشار تركيبي دوبل به سوپاپ تعديل اثر مي كند و فشار اصلي در مقايسه با وضعيت D افزايش مي يابد و به مقدار ماكزيمم خود مي رسد . مدارات سروي دنده يك و كلاج دنده مستقيم از مسير اصلي قطع و به محل تخليه سوپاپ دستي باز مي باشند.

تعويض هاي نيمه خودكار (Semi Automatic shifting):

در اين نوع وسايل ساده جعبه دنده فاقد كنترل كننده هاي تعويض خودكار مي باشد و سوپاپ دستي براي انتخاب هر دنده خاصي به كار مي رود . احتياج به پدال كلاج نمي باشد زيرا مبدل گشتاور قسمتي از مسير جريان قدرت مي باشد و در اصل طرز كار جعبه دنده به طور كامل توسط راننده كنترل مي گردد و هر وضعيت حركت توسط اهرم انتخاب دنده با تمايل راننده انجام مي گيرد.

به عنوان نمونه كارخانجات جنرال موتور فورد جعبه دنده هاي نيم اتوماتيك 2 سرعته را به منظور به كار بردن در اتومبيل هاي سواري كوچك ارائه نموده اند كه به ترتيب در جعبه دنده نيم اتوماتيك نورك – درايو شورلت با وضعيت هاي (P-R-N-Hi- L) و فورد نيم اتوماتيك با وضعيت (P-R-N-Hi-2-1) به كار رفته است.

چرخ‌دنده

چرخ‌دنده وسیله‌ای است برای انتقال گشتاور که به کمک آن می‌توان مقدار گشتاور و یا سرعت دورانی را کاهش یا افزایش داد. همچنین به کمک چرخ دنده ها می‌توان جهت حرکت را تغییر داد.

ساختار

داخلی‌ترین قسمت چرخ‌دنده توپی ‌Hub می‌باشد که به محور محرک متصل می‌باشد. در بیرون این قسمت جان چرخ‌دنده Web قرار گرفته است. بیرونی‌ترین قسمت در جهت شعاعی، محیط چرخ‌دنده Rim می‌باشد که دندانه‌های چرخ‌دنده در این قسمت قرار می‌گیرند. این بخش از چرخ‌دنده منبع اصلی ایجاد صدا می‌باشد.

مهمترین اصطلاحاتی که در طراحی چرخ‌دنده بکار می‌روند عبارتند از:

دایره گام Pitch Circle: دایره‌ای فرضی که تمامی‌محاسبات بر اساس آن انجام می‌گیرد. دایره گام دو چرخ‌دنده درگیر بر هم مماس می‌باشند.

گام محیطی Circular Pitch: طول کمانی از دایره گام که بین دو نقطه متناظر از دو دندانه مجاور قرار گرفته است.

ارتفاع سر دنده Addendum: فاصله بین بالای دندانه Top Land تا دایره گام.

ارتفاع ته دنده Dedendum: فاصله بین ته دندانه Bottom Land تا دایره گام.

لقی محیطی Backlash: مقداری که فضای خالی بین دو دندانه یک چرخ‌دنده از ضخامت دندانه‌های چرخ‌دنده درگیر با آن در امتداد دایره گام بیشتر است.

چرخ‌دنده‌ها بر اساس وضعیت قرارگیری محورهای دو چرخ‌دنده درگیر نسبت به هم به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

• چرخ‌دنده‌های با محورهای موازی
• چرخ‌دنده‌های با محورهای غیرموازی

چرخ دنده‌ها

در دل هر ابزار مکانیکی تعداد زیادی چرخ دنده وجود دارد. تا به حال فکر کرده اید که چرا اینقدر چرخ دنده در آنها استفاده می‌شود. مهمترین دلیل آن اینست که همه این ابزارها یک موتور کوچک دارند که 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 بتواند 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 شود.

کار دیگری که از چرخ دنده برمی آید تغییر جهت چرخش است. اگر دو چرخ دنده را که کنار هم قرار دارند با دقت نگاه کنید می‌بینید که همواره یکی از آنها ساعتگرد می‌چرخد و دیگری پادساعتگرد. در این مطلب می‌خواهیم شما را با انواع مختلف چرخ دنده هایی که در ابزارهای مکانیکی می‌بینید آشنا کنیم.

چرخ دنده ها

معمولاً چرخ دنده‌ها برای یکی از کاربردهای زیر استفاده می‌شوند:

• تغییر جهت چرخش
• افزایش یا کاهش سرعت چرخش
• انتقال حرکت دورانی به یک محور دیگر
• همزمان سازی حرکت دو محور

موارد 1 و 2 و 3 را می‌توانید در مدل سازی بالا مشاهده کنید. چرخها در جهت عکس همدیگر می‌چرخند، چرخ کوچکتر با سرعت بیشتر 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 بار که 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 حاصلضرب 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 چرخها با تعداد دندانه‌ها کنترل می‌شود، دیگر اشتباهات کوچک در تولید چرخها اهمیت چندانی ندارد.

تا این جا همه چیز ساده بود و هر کس می‌تواند به راحتی مطالب بالا را بفهمد. اما آنهایی 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؟

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 چرخهای 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 اینکه اگر دقت کنید می‌بینید که در کنتور اعداد روی چرخهای 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 دو چرخ دنده داشته باشید که سرعت یکی 6 برابر دیگری باشد، اما جهت چرخش آنها 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.

در این سیستم چرخ زرد (خورشید) به طور همزمان، 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 دور از چرخش خورشید خنثی می‌شود. بدین ترتیب ما یک کاهش 7:1 در چرخش 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. حالتهای مختلف استفاده از این مجموعه در مدلسازی زیر نشان داده شده است. البته توجه کنید نسبت و تعداد چرخ دنده های مدلسازی 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.

زنجیر و چرخ

چرخ دنده‌ها کارهای متنوعی انجام می‌دهند. فرض کنید که می‌خواهید حرکت دو چرخ قرمز را با هم همگام کنید، ولی آنها از یکدیگر فاصله دارند. اگر یک چرخ دنده بزرگ بین آنها قرار دهید می‌توانید ارتباط بین آنها را برقرار کنید. در این حالت جهت چرخش دو چرخ یکسان است.

اما اگر بخواهید جهت چرخش آنها عکس یکدیگر باشد می‌توانید از دو چرخ دنده کوچکتر استفاده کنید. 

ولی در هر حال به تعدادی چرخ دنده اضافی نیاز دارید. این چرخ دنده‌ها به محورهای جدیدی نیاز دارند. پس استفاده از این روش، وزن دستگاه شما را هم زیاد می‌کند. در چنین مواردی معمولاً از یک زنجیر یا تسمه استفاده می‌کنند.

زنجیر سبک تر از چرخ دنده است و در ضمن می‌توان یک زنجیر را به تعداد زیادی چرخ دنده بست تا همه آنها را با هم بچرخاند. مثلاً در موتور ماشین یک تسمه هم دینام را می‌چرخاند و هم دو میل بادامک را. اگر می‌خواستید به جای تسمه از چرخ دنده استفاده کنید، این کار خیلی مشکل تر بود. علاوه بر این هر وقت که بخواهید ارتباط دو چرخ را قطع کنید می‌توانید زنجیر را جدا کنید. این ویژگی به ما کمک می‌کند که خیلی ساده تر ابزارهای مان را تعمیر کنیم. اگر دوست دارید درباره انواع چرخ دنده‌ها بدانید، اینجا را بخوانید.

وقتی می خواهند یک چرخ دنده انتخاب کنند، به چند نکته اساسی توجه می کنند.

• اولین نکته نسبت چرخ دنده ها است. نسبت چرخ دنده ها قدرت و سرعت خروجی را تعیین می کند.
• نکته دوم شکل دنده هایی است که روی چرخ دنده قرار گرفته اند. چرخ دنده های قدیمی ظاهری شبیه شکل روبرو داشتند. چنین چرخ دنده ای برای کارهای ساده خوب است، اما وقتی بخواهیم در یک ابزار پیچیده از آن استفاده کنیم کارآیی چندانی ندارد.
  اینجا نوبت به انتخاب نوع چرخ دنده ها می رسد. چرخ دنده ها انواع مختلفی دارند که هر یک از آنها برای شرایط خاصی به کار می رود.

چرخ دنده های ساده

این چرخ دنده ها ساده ترین چرخ دنده هایی هستند که دیده اید. آنها دندانه های مستقیم دارند و محور دو چرخ نیز موازی با یکدیگر قرار گرفته اند. گاهی تعداد زیادی از آنها را در کنار هم قرار می دهند تا سرعت را کاهش و قدرت را افزایش دهند.
در تعداد زیادی از وسایل از این چرخ دنده ها استفاده می شود. مثلاً ساعت های کوکی، ساعت های اتوماتیک، ماشین لباسشویی، پنکه و … . اما در اتومبیل به کار نمی آیند، چون سر و صدای زیادی دارند. هر بار که دندانه یک چرخ به دندانه چرخ روبرو می رسد، صدای کوچکی در اثر برخورد ایجاد می شود. می توانید مجسم کنید وقتی تعداد زیادی از این چرخ دنده ها با هم کار کنند، چه سر و صدایی راه می اندازند؟ تازه این برخورد ها در دراز مدت، باعث شکستن دندانه ها می شود. برای کاهش سر و صدا و افزایش عمر چرخ دنده ها در بیشتر اتومبیلها از چرخ دنده های مارپیچ استفاده می کنند.

چرخ دنده های مارپیچ

دندانه این چرخ دنده ها اریب است. وقتی یکی از آنها می چرخد، ابتدا نوک دندانه ها با هم تماس پیدا می کنند سپس به تدریج دو دندانه کاملاً در هم جفت می شوند. این درگیری تدریجی همان چیزی است که هم سر و صدا را کم می کند و هم باعث می شود که این چرخ دنده ها نرم تر کار کنند.  

در ماشین تعداد زیادی چرخ دنده مارپیچ وجود دارد. به خاطر مایل بودن دندانه ها، هنگام درگیری نیروی زیادی به آنها وارد می شود. به همین علت در وسایلی که از چرخ دنده های مارپیچی استفاده می کنند بلبرینگ هایی تعبیه شده است تا این فشار را تحمل کند. اگر زاویه دندانه ها را به دقت تنظیم کنیم، می توان دو چرخ دنده را به دو محور عمود بر هم وصل کرد تا جهت چرخش 90 درجه تغییر کند.

چرخ دنده های مخروطی

این چرخ دنده ها بهترین وسیله تغییر جهت هستند. معمولاً از آنها برای تغییر جهت 90 درجه استفاده می شود، ولی می توان طراحی را طوری انجام داد که در زاویه های دیگر نیز کار کنند.

دندانه های آنها ممکن است مستقیم یا پیچ دار باشد. اما اگر دندانه ها صاف باشد همان مشکل چرخ دنده های ساده را دارند. در دندانه های پیچ دار این مشکل برطرف شده است، ولی در هر دوی آنها باید محور چرخ دنده ها در یک صفحه قرار داشته باشد. 
گاهی می خواهیم محور چرخها در یک صفحه نباشند. در چنین شرایطی از چرخ دنده هایی مانند شکل روبرو استفاده می کنیم. 

در دیفرانسیل بسیاری از اتومبیلها از این چرخ دنده ها استفاده می شود. این طراحی امکان آن را ایجاد می کند که محور چرخ دنده بیرونی پایین تر از محور چرخ دنده حلقوی قرار داده شود. شکل روبرو محور بیرونی ورودی را نشان می دهد که در تماس با چرخ حلقوی قرار گرفته است. از آنجایی که محور محرک (Drive Shaft) ماشین به چرخ بیرونی متصل می شود، پایین آمدن چرخ بیرونی امکان پایین آوردن محور محرک را هم ایجاد می کند، پس می توان محور را پایینتر آورد و در عوض فضای بیشتری را به سرنشینان اتومبیل اختصاص داد.

چرخ دنده های حلزونی

این چرخ دنده ها زمانی مورد استفاده قرار می گیرند که بخواهیم تغییر زیادی در سرعت و یا قدرت ایجاد کنیم. معمولاً نسبت شعاع دو چرخ دنده 20:1 است و گاهی حتی به 300:1 و بیشتر نیز می رسد. 

این چرخ دنده ها یک خاصیت جالب هم دارند که در هیچ چرخ دنده دیگری پیدا نمی شود. چرخ بالایی (حلزون) می تواند به راحتی چرخ دیگر (چرخ دنده حلزونی) را حرکت دهد، ولی چرخ پایینی نمی تواند حلزون رابچرخاند. زاویه دنده های روی حلزون آنقدر کوچک است که وقتی چرخ پایینی بخواهد آن را بچرخاند، اصطکاک به حدی زیاد می شود که از حرکت حلزون جلوگیری می کند. این ویژگی به ما امکان استفاده از این چرخ دنده ها را در جاهایی که به یک قفل خودکار نیاز داریم می دهد. فرض کنید از این چرخ دنده در یک بالابر استفاده کرده ایم؛ وقتی موتور بالابر از کار بیفتد، چرخ دنده ها قفل می شوند و نمی گذارند بار پایین بیاید. معمولاً در دیفرانسیل کامیونها و خودروهای سنگین از این چرخ دنده ها استفاده می شود.

چرخ دنده شانه ای

این چرخ دنده ها برای تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی استفاده می شوند. یک مثال خوب برای این چرخ دنده ها فرمان اتومبیل است. فرمان، چرخ دنده ای را می چرخاند که با چرخ شانه ای در تماس است. وقتی شما فرمان را می چرخانید، با توجه به جهت چرخش فرمان، شانه به سمت چپ و یا راست حرکت می کند و باعث حرکت چرخها می شود. در برخی از ترازوها نیز برای چرخاندن عقربه از سیستم مشابهی استفاده می شود.

 نحوه چرخدنده تراشي‌ هاب:

براي تراشكاري دندانهاي حلزون و چرخ حلزون مي‌توان از فرز يا دستگاه هاب استفاده كرد در مجموع از دستگاه هاب براي توليد انبوه انواع چرخدنده برپايه براده برداري استفاده مي‌شود در دستگاه هاب ابزار برش به شكل حلزون بوده كه از فولاد تندبر ساخته شده است و در عمليات چرخدنده‌زني قرص خام چرخدنده ميان دومرغك قرار داده مي‌شود و تيغه برش هاب در حين براده برداري قرص چرخدنده را مي‌گرداند، محور قرص خام بر محور تيغه برش (حلزون) عمود است؛‌با تنظيم زاوية جانبي بين ابزار هاب و قرص خام كه به مشخصات حلزون برش بستگي دارد مي‌توان انواع چرخدنده با مشخصات موردنياز را توليد كرد. كتاب،‌ دانشنامه‌ ماشين‌كاري جلد 3 ترجمه احمد حجتي

سطح کاملا جديدي از فناوري است که براساس استفاده از مولکول ها و آرايش هدفمند و برنامه ريزي شده آنها استوار است.

دانشمندان نانوتکنولوژيست به جاي استفاده از ابزارها و قطعات ماشيني ، از مولکول هاي مختلف استفاده مي کنند. در اين نوع فناوري هر مولکول مي تواند نقش يک يا چند قطعه ماشيني يا مدار الکترونيکي را بازي کند. باتوجه به اين که ابعاد مولکول ها در جهان طبيعت در حدود يک ده ميليارديم متر يا يک گانگستروم است ، به اين نوع فناوري نانوتکنولوژي گفته مي شود، يعني نوعي از فناوري که در حد و اندازه هاي نانومتر (يک ميليارديم متر) است.

هرچند دانشمندان نانوتکنولوژيست تصور مي کنند بتوانند با استفاده از اين نوع فناوري ، حتي مولکول هايي را طراحي کنند که بتوانند به داخل بدن تزريق شوند و درست مانند يک روبات جراح ، عمل جراحي انجام دهند، اما اين نوع فناوري در مراحل اوليه تحقيقاتي است و بارزترين محصولات آن ريزتراشه هاي بسيار کوچک کامپيوتري با مدارهاي نانو تکنولوژيک بوده اند يا الياف شيميايي مخصوصي که پرزهاي ضدآب نانوتکنولوژيک دارند. يکي از فعاليت هاي تحقيقاتي «بنيان دانش پژوهان جوان» پژوهش درباره نقش نانوتکنولوژي در صنعت نفت بوده است که با همکاري پژوهشگاه صنعت نفت انجام شده است.

چرخ دنده های حياتی : در پايتخت كشور، كارمندان عرب – آمريكايی كنگره، چرخهای مجلسين را به جلو ميرانند

اگر كنگره ايالات متحده را ماشينی فرض كنيم، كارمندان حكم چرخ دنده هايی را دارند كه آنرا به جلو ميرانند.

انكودرهاي مغناطيسي

انكودرهاي مغناطيسي توسط اثرهال و اثر مگنتورزيسيتو (MR) و رلوكتانس متغيير عمل مي كنند. آنچه در انواع انكودرهاي مغناطيسي مشترك است، اين است كه در همگي آنها يا يك آهنرباي حلقه‌اي بر يك شفت قرار گرفته است و يا چرخ دنده به جاي آن داريم كه از جنس مواد فرومغناطيسي مي‌باشد. اما تفاوت در انكودرهاي مغناطيسي مربوط به بخش ضبط تغييرات است. (Pickup)

اين بخش يا از سنسورهاي اثرهال يا سنسورهاي AMR استفاده مي‌كند و يا از رلوكتانس متغير استفاده خواهد نمود. نمايي از انكودرهاي اثرهال و سنسورهاي AMR در زير آمده است.

بخش Pickup در انكودرهاي مغناطيسي رلوكتانس متغير از يك سيم پيچ كه در ميدان مغناطيسي يك آهنرباي دايمي قرار گرفته است تشكيل شده است. با عبور دندانه هاي چرخ دنده از مقابل آن ضريب نفوذپذيري تغيير مي كند و درنتيجه با تغيير B باعث توليد ولتاژي در پايانه هاي سيم پيچ مي شود.

انكودرهاي مغناطيسي دو نوع مطلق و افزايشي دارد. در نوع افزايشي از همان روش انكودرهاي نوري استفاده مي شود . در نوع مطلق نيز شبيه انكودرهاي نوري مطلق از كد باينري و براي افزايش ضريب اطمينان از كد گري (Gray) استفاده مي شود كه در هر تغيير موقعيت تنها يك تغيير در بيت هاي آن اتفاق مي افتد. كد گري و باينري در زير نشان داده شده است :

ويژگي هاي عمومي

انكودرهاي مغناطيسي داراي ويژگيهاي زير مي باشند :

1 – هزينه انكودرهاي مغناطيسي 10 تا 20 درصد كمتر از انكودرهاي نوري است.

2 – عمر طولاني

3 – حدود 50% اجزاي كمتري را شامل مي شوند.

4 – انعطاف پذيري ساختمان آنها باعث مي شود تا آماده سازي ماشين آلات با هزينه ناچيزي انجام شود.

5 – قابليت قرارگيري در قطعات يكپارچه

مقايسه انكودرهاي نوري و مغناطيسي 

كاربردها :

  فيدبك موتور، رباتيك، فيدبك پدال، موقعيت دندانه ها، موقعيت سنجي چند محوري ، موقعيت سنجي آنتن GPS 

 پزشكي : سنسور موقعيت اشعه ايكس، سنسور موقعيت دستگاه CATSCAN و دستگاه MRI

سر شیشه نوشابه به عنوان چرخ دنده

سه در پوش شیشه نوشابه انتخاب کنید . اطمینان حاصل کنید که آنها کج و خمیده نباشند . با میخ سوراخی در کف هر یک ایجاد کنید و آنها را کنار یکدیگر روی یک تخته چوب طوری نسب کنید که با هم تماس داشته باشند . برای نصب از میخ های باریکی استفاده کنید که در پوش ها بتوانند به راحتی بچرخند . با انگشت خود و یا با یک مداد یکی از در پوشها را بچرخانید و ببینید برای بقیه چه اتفاقی می افتد .

مشاهده خواهید کرد که :

وقتی که شما یکی از درپوشها را می چرخانید ، هر سه می چرخند .

توضیح :

برجستگی های هر در پوش مثل دندانه های یک چرخ دنده عمل می کنند که با دندانه های چرخ بعدی درگیر شده و به اصطلاح آن را به دام می اندازد . ضمناً دقت نمایید که هر چرخ دنده در خلاف جهت چرخ دنده مجاور خود می چرخد . برای مثال ، اگر چرخ دنده میانی در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخد ، دو چرخ دنده کناری در جهت عقربه های ساعت می چرخند . بنابراین چرخ دنده ها می توانند برای تعویض جهت چرخش یک محور مورد استفاده قرار گیرند . یک مثال خوب در این مورد اتومبیل است که اگر بخواهد به عقب حرکت کند جهت چرخش چرخهای خود را عوض می کند.
چرخ دنده ها علاوه بر تغییر جهت ، برای تغییر نیرو یا سرعت نیز بکار کی روند . وقتی چرخ دنده کوچکی بوسیله یک چرخ دنده بزرگ می چرخد ، افزایش سرعت در کار است . اگر چرخ دنده بزرگی بوسیله یک چرخ دنده کوچک بچرخد افزایش نیرو بوجود آمده است .
دندانه های اطراف چرخ دنده ها مانع از لغزش و سرخوردن آنها می شود . پس ملاحظه می نمایید که چرخ دنده ها نوعی چرخ و محور می باشند .

چرخ دنده های تخم مرغ زنی و یا چرخ دنده های یک ساعت کهنه را برای اقبات موارد فوق امتحان کنید . همچنین زنجیر دوچرخه ای که چرخ دنده های ان را به هم مربوط می کند ملاحظه نمایید .

وظایف دیفرانسیل :

1- تقلیل سرعت 2- تغییر جهت نیرو ( جزء در خودرو های که موتور شان به صورت عرضی قرار دارد ) 3- تقسیم نیرو بر چرخ ها  4- تنظیم دور در سر پیچ ها ( دور زدن در سر پیچ ها )

1- تقلیل سرعت : برای ازدیاد کشش اتومبیل ، دیفرانسیل بایستی گشتاور زیادی را به چرخ ها انتقال نماید مثلاً دور موتور های بنزینی در حدود 6000  RPM و دور موتور های مسابقه در حدود 750RPM چنین دور قبل از انتقال به چرخ ها باید به اندازه ای لازم تقلیل یابد . تقلیل موجود در دیفرانسیل به وسیله پینیون و کرانویل صورت می گیرد ، چنانچه اگر تعداد دنده های پنیون و کرانویل را مساوی انتخاب کنیم هیچ تغییر کوپلی در این قسمت نخواهیم داشت . ولی شرایط ایجاد می کند توان منتقله به چرخ ها دارای سرعت کم و نیروی زیاد باشد به نسبتی که بخواهیم سرعت در دیفرانسیل کم شود بایستی تعداد دندانه های کرانویل نسبت به پنیون را بزرگتر انتخاب نماییم برا ی مثال : دیفرانسیل فولکس واگن 1200 را در نظر می گیریم که تعداد دندانه های چرخ دنده های پنیون و کرانویل به ترتیب 8 و 35 می باشد .

جیگ وفیکسچر

کار اصلی جیگ ها وفیکسچرها تعیین محل قطعه کار هنگام عملیات مختلف بر روی آن می باشد. جیگ ها وفیکسچرها ممکن است با قطعات مختلفی برای راهنمایی – نگهداری – گیره بندی و اندازه گیری مجهز باشند تا تمام قطعات تولید شده به وسیله جیگ یا فیکسچر مانند هم باشند.

مزیت استفاده از جیگ وفیکسچرها :

استفاده از جیگ وفیکسچر در کاهش قیمت قطعات تولیدی در مقادیر زیاد موثر است. جیگ ها وفیکسچرها وقتی دارای مزیت می باشند که سرعت تعویض قطعه کار و دقت از عوامل مهم به شمار آیند. استفاده از آنها در تولید قطعات یکسان وقابل تعویض (سرعت بیرون آوردن قطعه کار وجازدن قطعه بعدی) حتما” در تولید محدود هم به صرفه می باشد. مزیت مهم دیگر آن اینست که نسبتا” کار غیر ماهرانه ای ممکن است به وسیله ابزار ویژه انجام شود

ماشین‌ابزار

ماشین‌ابزار نامی کلی است برای اشاره به یکی از رشته‌های فنی که در آن کار با دستگاه‌های ویژه صنعتی آموخته می‌شود.

قسمت‌های مختلف یک ماشین ابزار که باید در طراحی لحاظ شوند عبارت‌اند از: 1- محورهای اصلی ماشین ابزار که می‌تواند به صورت چرخ‌دنده پینیون و چرخدنده شانه‌ای: پیچ راهنما پینیون و چرخدنده شانه‌ای، پیچ راهنما و مهره، Ballscrew باشد. 2- کوپلینگ‌ها و انتقال دهنده‌های قدرت. 3- جعبه دنده ماشین‌ ابزار. 4- بدنه و پایه دستگاه. 5- منبع قدرت. برای پوشش مناسب در طراحی بخش‌های فوق تسلط کافی به مباحث زیر ضروری است: 1- طراحی چرخدنده‌های ساده و مارپیچ، 2- چرخدنده‌های مخروطی، 3- چرخدنده‌های داخلی، 4- چرخدنده‌های حلزونی و محورهای حلزونی، 5- تحلیل یاتاقانها و محاسبه نیروی وارد بر آنها.

کارگاهها و آزمایشگاههای مربوط به ماشین‌ابزار

کارگاه فلزکاری – کارگاه تراشکاری – کارگاه فرزکاری – کارگاه سنگ زنی – کارگاه قالبسازی – CNC و CAD/CAM کارگاه – آزمایشگاه اندازه گیری –

دستگاههای ماشین‌ابزار

دستگاه تراش – دستگاه فرز – دستگاه بازار تیزکن – دستگاه فرز هاب – صفحه تراش – فرز پانتوگراف (جریان‌گیر) – بورینگ – اسپارک – تزریق پلاستیک – سنگ زنی – دریل – شابلن تراش – سی‌ان‌سی فرز – رایانه – ارونگ – اره نواری – DENFORD و MTS و MDT تراش و فرز CNCب –

دوره‌های آموزشی ماشین‌ابزار:

الف – فلز کاری (مکانیک) عمومی و تخصصی

تراشکاری

– روتراشی – پله تراشی – داخل تراشی – مخروط تراشی – پیچ و مهره تراشی

فرزکاری

– شیارتراشی – کف تراشی – پله تراشی – چرخ دنده تراشی – کره تراشی – کوپلینگ تراشی – بادامک تراشی

قالب سازی

– طراحی قالب – ساخت قالبهای برش – ساخت قالبهای خم – ساخت قالبهای کشش – ساخت قالبهای تزریقی – سخت کاری

آموزش اسپارک

ابزار تیزکنی

برنامه نویسی و اپراتوری ماشینهای CNC

طراحی و تولید با کمک رایانه

انتقال قدرت دستی چگونه کار می کند؟

حال به یک جعبه دنده ی ساده نگاه کنید:

برای فهمیدن ایده ی اصلی یک جعبه دنده ی استاندارد ، به دیاگرام زیر که مربوط به یک جعبه دنده ی دو سرعته و ساده در حالت خلاص است توجه کنید:

حال هر یک از اجزای دیاگرام را بررسی می کنیم:

• محور سبز رنگ از طریق کلاچ از موتور خارج شده است.چرخ دنده و محور سبز رنگ  به هم متصلند و یک واحد مجزا را تشکیل می دهند.(کلاچ وسیله ایست که امکان اتصال و قطع اتصال موتور و جعبه دنده را ایجاد می کند.وقتی که پدال کلاچ را فشار می دهید، اتصال موتور و جعبه دنده قطع می شود در نتیجه موتور حتی در حالت خلاص کار می کند. با رها کردن پدال ، موتور و محور سبز مستقیمآ به هم وصل می شوند ، به این ترتیب چرخ دنده ومحور سبز با همان تعداد دور موتور می چرخند.)
• محور قرمز وچرخ دنده ها میل هرزگرد نام دارد. محور وچرخ دنده ها مانند قسمت قبل به هم متصل اند ویک واحد مجزا را ایجاد می کنند. در نتیجه همه ی چرخ دنده های روی هرزگرد و حتی خود میل مانند یک واحد می چرخند.محور سبز و قرمز رنگ از طریق چرخ دنده هایشان مستقیمآ به هم متصل اند در نتیجه با چرخش محور سبز ، محور قرمز هم شروع به حرکت می کند. بدین ترتیب میل هرزگرد ، قدرتش را با درگیر شدن کلاچ از موتور می گیرد.
• محور زرد رنگ یک محور هزارخار است که مستقیمآ بوسیله ی دیفرانسیل به میل گاردان وصل شده وسپس به چرخ های خودرو متصل است.اگر چرخ ها در حال حرکت باشند ، محور زرد هم متحرک خواهد بود.
• دنده های آبی رنگ روی یاتاقان سوارند و بر روی محور زرد رنگ می چرخند.اگر موتور خاموش باشد ولی اتومبیل با دنده ی خلاص در حال حرکت ، محور زرد می تواند داخل دنده ی آبی بچرخد با وجود اینکه دنده ی آبی و میل هرزگرد ساکن اند.
• حلقه ((collar یکی از دو دنده ی آبی را به میل گاردان زرد رنگ متصل می کند. حلقه بوسیله ی هزارخار مستقیمآ به محور زرد مرتبط است و با آن حرکت می کند.به علاوه میتواند برای درگیر کردن هر یک از دنده های آبی  روی محور زرد به چپ و راست بلغزد. دندانه های روی حلقه(dog teeth) در سوراخ های روی دنده ی آبی قرار می گیرند و آنها را درگیر می کنند.

دنده یک:

در این تصویر ، محور سبز موتور، میل هرزگرد را میچرخاند که خود دنده ی آبی سمت راست را می چرخاند.این دنده انرژی را از طریق حلقه به میل گاردان منتقل می کند.بدین ترتیب اگر دنده ی آبی سمت چپ در حال چرخش باشد اما روی یاتاقانش به حالت هرز بگردد ، هیچ تاثیری روی محور زرد ندارد.

وقتی حلقه بین دو دنده قرار دارد(حالت شکل اول) دنده خلاص است و هر دو دنده ی آبی روی محور زرد به حالت هرز، با سرعت های متفاوت ، بسته به نسبتشان با میل هرزگرد ، می گردند.

از این بحث نتایج زیر بدست می آید:

• وقتی دنده بد عوض می شود ، صدایی که به گوش میرسد ، صدای گیرافتادن دندانه های دنده ها نیست چون همانطور که در شکلها می بینید دندانه ها همیشه کاملآ درگیر هستند .در واقع صدایی که شنیده می شود نتیجه ی تلاش ناموفق دندانه های حلقه( (dog teeth برای گیر انداختن سوراخ های بدنه ی دنده ی آبی است.
• جعبه دنده ای که اینجا نشان داده شده سیستم “همگام ساز” (بعدا توزیح داده خواهد شد) ندارد.بنابراین باید دو کلاچه دنده عوض کنید.این روش دنده عوض کردن در خودرو های قدیمی تر معمول بوده هر چند الآن هم در بعضی ماشین های مسابقه استفاده می شود.در این روش اول پدال کلاچ را یک بار فشار می دهید تا اتصال جعبه دنده و موتور قطع شود، این کار فشار را از روی دندانه های حلقه( (dog teeth بر می دارد و می توانید حلقه را به حالت خلاص در آورید.بعد پدال را آزاد می کنید و دور موتور را بالا می برید تا به سرعت مناسب  برسید.سرعت مناسب،تعداد دوری است که موتور باید در دنده ی بعدی بزند.روش کار به این ترتیب است که دنده ی آبی مربوط به دنده ی بعدی و حلقه با سرعت یکسان بچرخند تا دندانه های حلقه( (dog teeth درگیر شود.سپس پدال را برای بار دوم فشار می دهید و حلقه را در دنده ی جدید قفل می کنید.همانطور که از نام “دو کلاچه” پیداست برای هر بار عوض کردن دنده باید دوبار کلاچ را فشار داده و آزاد کنید.
• می توان دید که چگونه حرکت خطی کوچک دسته ی دنده باعث تعویض دنده می شود.دسته ی دنده میله ای را که به ماهک وصل است حرکت می دهد.ماهک حلقه را روی محور زرد حرکت می دهد تا یکی از دو دنده را درگیر کند.  

امروزه دنده ی دستی ۵ سرعته تا حد خوبی برای خودرو ها استاندارد است. داخل این دنده چیزی شبیه شکل زیر است:

کلآ ٣ ماهک وجود دارد که با ٣ میله ی متصل به دسته دنده کنترل می شوند.اگر از بالا به میله های تعویض دنده نگاه کنیم در حالت های دنده عقب ، یک و دو به شکل زیر اند:

به یاد داشته باشید که دسته دنده در وسطش یک نقطه ی چرخش دارد.وقتی در حالت دنده یک ،دسته دنده را به جلو حرکت می دهید درواقع ماهک و میله ی دنده ی یک جا به عقب می کشید.

 وقتی که به چپ و راست حرکت می دهید در واقع ماهک های مختلف(و درنتیجه حلقه های متفاوت)را در گیر می کنید.از طرفی جلو و عقب بردن دسته دنده حلقه را با یکی از دنده ها درگیر می کند.

دنده عقب به کمک یک دنده ی کوچک کمکی شکل می گیرد(بنفش).دنده ی آبی عقب در این شکل همیشه خلاف جهت سایر دنده های آبی حرکت می کند.در نتیجه عقب زدن دنده وقتی خودرو به جلو حرکت می کند ممکن نیست.در ضمن دندانه های حلقه( (dog teeth در این جریان اصلآ در گیر نمی شود اگرچه صدای زیادی ایجاد می کنند.

 همگام سازها:

سیستم انتقال قدرت دستی در ماشین های مسافربری جدید برای رفع نیاز دو بار کلاچ گرفتن از همگامسازها کمک می گیرد.روش کار یک همگام ساز به این صورت است که باعث می شود دنده و حلقه قبل از اتصال دندانه های حلقه( (dog teeth تماس اصطکاکی داشته باشند.این باعث می شود تا سرعت دنده و حلقه انطباق زمانی پیدا کند قبل از اینکه دندانه ای در گیر شود.مانند شکل زیر:

مخروط روی چرخ دنده ی آبی در سوراخ مخروطی شکل حلقه قرار می گیرد و اصطکاک بین مخروط و حلقه ،چرخ دنده و حلقه را همگام می کند.سپس حلقه به گونه ای می لغزد که دندانه های حلقه( (dog teeth دنده را درگیر کند.

 البته هر تولید کننده ی ابزارهای انتقال قدرت و همگام ساز را به روشهای متفاوتی تولید می کند اما ایده ی کلی همانطور است که شرح داده شد.

مراجع :

1.http://zone.ni.com/devzone/devzone.nsf/webcategories

2.www.encoderdevices.com

3.www.micromo.com

4.www.globalspec.com

برگرفته از «http://fa.wikipedia.org/wiki/%DA%86%D8%B1%D8%AE%E2%80%8C%D8%AF%D9%86%D8%AF%D9%87%E2%80%8C»