درس ۱۳: مکانیزم‌های سیکلوئید، اپی سیکلوئید و هیپو سیکلوئید
مکانیزم‌های سیکلوئید، اپی سیکلوئید و هیپو سیکلوئید
در دروس قبلی آشنایی با علم طراحی مکانیزم‌ها، مکانیزم‌های مختلفی را بررسی کردیم که می‌توانید آنها را در سری مقالات [ علم طراحی مکانیزم‌ها ] مطالعه کنید. در این قسمت قصد داریم تا شما را با مکانیزم‌های سیکلوئید، اپی سیکلوئید و هیپو سیکلوئید آشنا کنیم.
در صنعت و در قطعات و تجهیزات مختلف از انواع منحنی‌های صنعتی استفاده می‌کنیم که انشا… در یک مقاله جداگانه به بررسی انواع انواع منحنی‌های صنعتی، خواهیم پرداخت. منحنی‌های سیکلوئید (Cycloid)، اپی سیکلوئید (Epicycloid) و هیپو سیکلوئید (Hypocycloid) همگی منحنی‌های هندسی هستند که در ریاضیات و فیزیک مورد استفاده قرار می‌گیرند. این منحنی‌ها از ترکیب حرکت یک نقطه روی دایره یا دایره‌ها مشتق شده‌اند. در ادامه به توضیح هر یک از این منحنی‌ها و کاربردهای آنها می‌پردازیم.
منحنی سیکلوئید
منحنی سیکلوئید و به انگلیسی Cycloid که گاهی با نام چرخزاد از آن نام برده می‌شود همانطور که از نام آن پیدا است توسط به حرکت در آمدن یک نقطه روی دایره ساخته می‌شود. به عبارت دیگر اگر شما یک نقطه ثابت را روی دایره در نظر بگیرید با چرخش دایره، اثر نقطه در صفحه تشکیل منحنی سیکلوئید را خواهد داد که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید.
منحنی Cycloid در مختلف زمینه‌ها مانند مهندسی، ریاضیات، فیزیک و حتی طراحی صنعتی کاربرد دارد. برخی از کاربردهای مهم آن شامل مسائل مرتبط با مدارها و حرکت، محاسبات حجم در مسائل انتگرال، طراحی دستگاه‌ها و ماشین‌آلات، و حتی طراحی چرخ‌ها در دوچرخه‌ها می‌باشد.
مکانیزم شماره ۱ منحنی سیکلوئید
مکانیزمی که در ویدئو زیر مشاهده می‌کنید، اساس کار آن بر منحنی سیکلوئید است. این مکانیزم در بسیار از پمپ‌های پیسونی که می‌خواهیم دبی خروجی آن متغیر باشد استفاده می‌شود. [ برای اطلاعات بیشتر مقاله ۰ تا صد انواع پمپ‌های هیدرولیک را مطالعه بفرمایید ]. در این مکانیزم با استفاده از یک چرخدنده حلزونی که با یک پیچ حلزون سیاره‌ایی خارجی درگیر است می‌توان مقدار کورس قبل تغییر محوری که به چرخدنده داخلی، چرخدنده سیاره‌ایی درگیر است را تغییر داد.
مکانیزم شماره ۲ منحنی سیکلوئید
مکانیزم شماره ۲ منحنی سیکلوئید، به طرز مشابه مکانیزم شماره ۱ در دستگاه‌هایی که نیاز به ایجاد یک کورس متغیر داریم استفاده می‌شود. در این مکانیزم‌ها، مقدار کورس متغیر را می‌توان با تعویض جای محل اتصال دو قسمت بازو، تغییر داد. این مکانیزم برخلاف مکانیزم ۱ که قابلیت تنظیم محدوده زیادی از دبی متغیر را دارد فقط قابلیت تنظیم دبی زیاد و کم را دارد.
مکانیزم شماره ۳ منحنی سیکلوئید
مکانیزم شماره ۳ منحنی سیکلوئید، تقریباً مشابه مکانیزم شماره ۲ است اما با این تفاوت که چون محل اتصال چرخدنده سیاره‌ایی داخلی با بازوی اصلی، یک بازوی واسط داریم سبب می‌شود حرکت پیستون دارای تأخیر زمانی باشد که در ویدئو مشاهده می‌کنید.
این ۳ مکانیزم منحنی سیکلوئید، که از آن نام برده شد در پمپ‌های پیسونی هیدرولیک و نیوماتیک که می‌خواهیم دبی خروجی را به صورت متغیر تنظیم کنیم کاربرد دارد.
منحنی اپی سیکلوئید
منحنی اپی سیکلوئید (Epicycloid): اگر یک دایره با شعاع r بر روی دایرهٔ دیگری با شعاع R در حرکت چرخشی قرار گیرد، نقطه‌ای روی دایرهٔ کوچک‌تر به مسیری به نام اپی سایکلوئید دنبال خواهد کرد. این منحنی شکلی مشابه گلابی دارد که یک قسمت بزرگ‌تر و یک قسمت کوچک‌تر دارد. اپی سایکلوئید در معماری، طراحی، و مکانیک به عنوان الگوهای جالبی استفاده می‌شود. منحنی اپی سیکلوئید در طراحی چرخ‌دنده‌ها و مکانیزم‌های دیگر با انتقال حرکت، به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مکانیزم شماره ۱ اپی سیکلوئید
مکانیزم شماره ۱ اپی سیکلوئید در جعبه دنده (گیربکس)های مختلفی با طراحی‌های متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع طراحی گیربکس می‌تواند باعث چشمگیر کاهش حجم اشغالی شود. نتیجه‌ی خروجی این جعبه دنده صورت زیر است. چرخ دنده قرمز ثابت است و چرخ دنده زرد با چرخ دنده‌های قرمز و سبز درگیر می‌شود. چرخ دنده سبز با چرخ دنده‌های زرد و آبی درگیر می‌شود. خروجی این جعبه دنده به این صورت است که شافت آبی دو برابر سریعتر از میل لنگ صورتی می‌چرخد.
منحنی هیپو سیکلوئید
منحنی هیپو سیکلوئید (Hypocycloid): اگر یک دایره با شعاع r داخل یک دایرهٔ دیگری با شعاع R چرخش کند، نقطه‌ای روی دایرهٔ بزرگ‌تر به مسیری به نام هیپو سایکلوئید حرکت خواهد کرد. این منحنی شبیه به یک چرخش بیرونی درون یک دایرهٔ دیگر است .در کاربردهای مهندسی منحنی هیپو سیکلوئید در طراحی چرخ‌دنده‌ها، مکانیزم‌های دقیق و مسائل مهندسی استفاده می‌شود. همچنین، در ریاضیات نیز این منحنی‌ها به عنوان موضوعات مورد مطالعه و تحقیق قرار می‌گیرند و خواص هندسی و جبری آنها مورد بررسی قرار می‌گیرد.
مکانیزم شماره ۱ هیپو سیکلوئید
در ویدئو زیر مکانیزم شماره ۱ هیپو سیکلوئید که با با نام جعبه دنده خورشیدی (Sun and Planet Gear) شناخته می‌شود، می‌باشد.
مکانیزم شماره ۲ هیپو سیکلوئید
مکانیزم شماره ۲ هیپو سیکلوئید شبیه مکانیزم شماره ۱ هیپو سیکلوئید است.
مکانیزم شماره ۳ هیپو سیکلوئید
مکانیزم شماره ۳ هیپو سیکلوئید، یکی دیگر از مکانیزم‌های هیپو سیکلوئید می‌باشد.
مکانیزم شماره ۴ هیپو سیکلوئید
مکانیزم شماره ۴ هیپو سیکلوئید، به عنوان یک مکانیزم برای تبدیل حرکت دورانی به خطی می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد. سایر مکانیزم‌های تبدیل حرکت دورانی به خطی را می‌توانید در اینجا مشاهده بفرمایید.
این مقاله در تاریخ ۱۵ مرداد ۱۴۰۲ آپدیت شده است.
این صفحه را با دیگران به اشتراک بگذارید و امتیاز بگیرید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.