درس ۱۶: آشنایی با مکانیزم چرخ دنگ
آشنایی با مکانیزم چرخ دنگ
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 مکانیزم چرخ دنگ آشنا کنیم.
مکانیزم چرخ دنگ یا به انگلیسی Escapement یکی از مکانیزم‌های جالب و خلاقانه مهندسی است که کاربردهای متنوعی دارد. اصطلاح Escapement به این دلیل استفاده می‌شود که در طول یک سیکل کامل، انرژی قابل هدر رفتن به تیک‌تاک‌ها منتقل می‌شود. این اصطلاح نمایانگر انتقال منظم و تدریجی انرژی است که به صورت متقطع انجام می‌شود.
یکی از کاربردهای اصلی مکانیزم چرخ دنگ، در ساعت‌ها است. این مکانیزم نقش مهمی در تنظیم حرکت صحیح ساعت‌ها ایفا می‌کند. این مکانیزم به صورت دوره‌ای به چرخش گره‌ای (حرکت به صورت متناوب و ناپیوسته) در ساعت کمک می‌کند تا انرژی از منبع انرژی (معمولاً یک فنر) به تیک‌تاک تبدیل شود و ساعت را به حرکت درآورد.
چرخ دنگ دارای دو وظیفه اصلی است. اولاً، انرژی ذخیره شده در منبع انرژی (معمولاً فنر) را به شکل مداوم به تیک‌تاک‌ها منتقل می‌کند. این انتقال انرژی به صورت تعادلی انجام می‌شود و از فرار ناگهانی انرژی جلوگیری می‌کند. ثانیاً، چرخ دنگ با توقف حرکت چرخشی بدنه‌ی ساعت به مدت مختصر، سیکل تیک‌تاک را تنظیم می‌کند. این تنظیم باعث می‌شود که ساعت به دقت و پایداری بیشتری کار کند.
به طور خلاصه، چرخ دنگ به عنوان یک مکانیزم کنترلی کلیدی در ساعت‌ها عمل می‌کند و حرکت صحیح و دقیق ساعت را تنظیم می‌کند.
در ویدئوی زیر اجزای چرخ دنگ قابل مشاهده می‌باشد.
تاریخچه چرخ دنگ در مکانیزم ساعت‌ها
تاریخچه ساعت‌سازی به دوره‌های زمانی مختلف باز می‌گردد، و از نخستین تلاش‌های ساده برای اندازه‌گیری زمان تا به پیچیده‌ترین و دقیق‌ترین ساعت‌های مدرن، این علم پیشرفت چشمگیری داشته است. یکی از مراحل مهم در تکامل ساعت‌ها، توسعه و بهینه‌سازی مکانیزم چرخ دنگ یا Escapement بوده است.
در اوایل تاریخ ساعت‌سازی، مکانیزم‌های ساده‌تری برای تنظیم حرکت ساعت‌ها به کار می‌رفتند. از سده‌ها پیش از میلاد تا قرون وسطی، اغلب از مکانیزم‌های مبتنی بر آب یا شنی استفاده می‌شد. این مکانیزم‌ها با تکامل زمانی، بهبودهایی یافتند، اما دقت و پایداری آنها همچنان چالش‌هایی را ایجاد می‌کرد.
با پیشرفت‌های علمی و فناوری، به‌ویژه در قرن ۱۷، نیاز به ساعت‌های با دقت بیشتر و امکانات پیچیده‌تر، محقق شد. این دوره به همراه تجربیات و کشف‌های جدید، ایده‌های نوینی را برای مکانیزم چرخ دنگ به ارمغان آورد. انجام تجربیات و تلاش‌های مداوم توسط مخترعان و ساعت‌سازان معروف از جمله کریستیان هوگنز، توماس تومپیون، و روبرت هوو، به بهبود و پیشرفت چشمگیر در مکانیزم چرخ دنگ منجر شد.
یکی از ابتکارات مهم در تاریخچه ساخت ساعت، معرفی مکانیزم چرخ دنگ در قرن ۱۷ بود. این مکانیزم دقت و پایداری بیشتری در تنظیم حرکت ساعت‌ها فراهم کرد و تأثیر مثبتی بر توسعه‌ی ساعت‌سازی داشت.
از آن زمان به بعد، تلاش‌ها برای بهبود چرخ دنگ و توسعه مکانیزم‌های جدید در ساعت‌سازی ادامه یافته و به ساخت ساعت‌های با دقت بسیار بالا منجر شده است. از جمله ابتکارات بارز اخیر می‌توان به تکنولوژی هایپرپیوت یا Hyperpivoted Escapement و چرخ دنگ کواکرتز اشاره کرد که در ساعت‌های مدرن استفاده می‌شوند و عملکرد بهبود یافته‌ای را در تنظیم زمان ارائه می‌دهند.
نقش چرخ دنگ در دقت ساعت‌ها
مهمترین اصل در ساعت‌سازی، دقت در نمایش زمان است. نقش اصلی چرخ دنگ در افزایش دقت ساعت‌ها، با تأمین انتقال انرژی پایدار و دقیق به تیک‌تاک‌ها، بسیار مهم است. این نقش اساسی توسط ساختار و عملکرد چرخ دنگ به خوبی انجام می‌شود.
۱) کنترل دقیق تیک‌تاک‌ها
چرخ دنگ به طور دقیق و منظم انرژی از منبع (معمولاً فنر) را به تیک‌تاک‌ها منتقل می‌کند. این انتقال انرژی به صورت متناوب و دوره‌ای انجام می‌شود و با تنظیم دقیق فاصله‌ی زمانی بین تیک‌تاک‌ها، دقت بیشتری در نمایش زمان حاصل می‌شود.
۲) کاهش ارتعاشات غیرضروری
یکی از چالش‌های مهم در ساعت‌سازی، کاهش ارتعاشات ناخواسته و اختلالات در حرکت ساعت‌ها است. چرخ دنگ با تنظیم دقیق ویژگی‌های خود، به جلوگیری از ارتعاشات غیرضروری کمک می‌کند و عمر مفید ساعت را افزایش می‌دهد.
۳) تنظیم دقیق توقف و شروع حرکت
بخش مهمی از دقت ساعت‌ها، توقف و شروع حرکت به طور منظم و دقیق است. چرخ دنگ با تأمین انرژی متناوب به تیک‌تاک‌ها و تنظیم توقف و شروع حرکت با دقت، به دقت بیشتر در نمایش زمان کمک می‌کند.
آشنایی با انواع مکانیزم چرخ دنگ
همانطور که پیش‌تر گفته شد، چرخ دنگ به عنوان قلب مکانیکی ساعت‌ها، نقش اساسی در دقت و پایداری آنها ایفا می‌کند. با توجه به پیشرفت تکنولوژی و تجربیات ساعت‌سازی، انواع مختلفی از چرخ دنگ به وجود آمده است که هر یک دارای ویژگی‌ها و مزایایی منحصر به فرد هستند.
۱) مکانیزم چرخ دنگ انگلیسی (Anchor Escapement)
این نوع چرخ دنگ که در قرن ۱۷ معرفی شد، یکی از ابتکارات مهم در تاریخ ساعت‌سازی بود. این مکانیزم از دنده‌ها و کرن‌های خاص (شکل تاج چرخ دنگ) برای انتقال انرژی استفاده می‌کند. چرخ دنگ انگلیسی باعث تثبیت و تنظیم دقیق‌تر انرژی منتقل‌شده به تیک‌تاک‌ها می‌شود و دقت حرکت ساعت را افزایش می‌دهد.
شیطانک‌ها که در دو طرف چرخ دنگ قرار گرفته‌اند، به بالا و پائین حرکت می‌کنند و بدین ترتیب محور بالانس شده (متوازن) را به حرکت در می‌آورد. همیشه یکی از دندانه‌های متقابل، در تماس با یک دندانه چرخ دنگ می‌باشد.
در ویدئو زیر که مشاهده می‌کنید پاندول صورتی رنگ یک حرکت ساده هارمونیک دارد (برای توضیح بیشتر حرکت ساده هارمونیک حرکتی است که میرایی نداشته باشد و با دامنه کم نوسان کند مشابه پاندول ساعت) در این مکانیزم چرخ دنگ به علت نیروی وزنه آبی تمایل دارد در جهت عقربه‌های ساعت بچرخد اما پاندول صورتی فقط اجازه حرکت به اندازه ۲ دندانه می‌دهد. گردش این مکانیزم با صدای تیک‌تاک همراه است.
ویدئو زیر نمونه دیگری از مکانیزم چرخ دنگ است که کارایی مشابه با ویدئو قبلی را دارد و هر دو می‌توانند در ساعت مورد استفاده قرار بگیرند.
۲) چرخ دنگ رومانی (Cylinder Escapement)
این نوع چرخ دنگ با شکلی استوانه‌ای عمودی طراحی شده است و از دنده‌های نواری استفاده می‌کند. این مکانیزم به دلیل ساختار ساده‌تر، از پایداری و دقت کمتری نسبت به انگلیسی برخوردار است. اما در ساعت‌های کوچک و باریک، از این نوع چرخ دنگ استفاده می‌شود.
۳) چرخ دنگ ترمیم شده (Remontoire Escapement)
این نوع چرخ دنگ از یک مکانیزم ترمیم‌شده برای تأمین انرژی پایدار و یکنواخت به تیک‌تاک‌ها استفاده می‌کند. این مکانیزم به عنوان یک نوع “ترمیم‌کننده” انرژی عمل می‌کند و اختلالات در انرژی منتقل‌شده به تیک‌تاک‌ها را کاهش می‌دهد.
۴) چرخ دنگ کواکرتز (Coaxial Escapement)
این نوع چرخ دنگ از یک ساختار منحصر به فرد بهره می‌برد که به دقت و پایداری بیشتری در حرکت ساعت‌ها منجر می‌شود. با استفاده از این مکانیزم، تنظیم فاصله‌ی زمانی بین تیک‌تاک‌ها با دقت بسیار بالاتری انجام می‌شود.
۵) چرخ دنگ هایپرپیوت (Hyperpivoted Escapement)
این تکنولوژی جدیدتر با استفاده از لنگه‌های بزرگتر و طراحی بهینه‌تر در ساختار چرخ دنگ، دقت و پایداری بیشتری در حرکت ساعت‌ها ارائه می‌دهد.
همچنین، انواع دیگری از چرخ دنگ نیز وجود دارند که با توجه به نیازها و فناوری‌های مختلف، توسعه داده شده‌اند. هر یک از این انواع دارای ویژگی‌ها و مزایای خاصی هستند که در تنظیم دقت و عملکرد ساعت‌ها نقش مهمی ایفا می‌کنند.
این مقاله در تاریخ ۱۸ مرداد ۱۴۰۲ آپدیت شده است.
این صفحه را با دیگران به اشتراک بگذارید و امتیاز بگیرید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.