درس ۱۱: مکانیزم‌های گردش پله‌ایی
آشنایی با مکانیزم‌های گردش پله‌ایی
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 گردش پله‌ایی آشنا کنیم.
مکانیزم‌های گردش پله‌ایی یکی از جالب‌ترین و مؤثر‌ترین مکانیزم‌های صنعتی هستند که در طیف وسیعی از دستگاه‌ها و مکانیزم‌های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند که از جمله آن: مکانیزم‌های جور کردنی، مکانیزم‌های جابجایی و… است.
با پیشروی زمان و پیشرفت علم و صنعت، مکانیزم‌های گردش پله‌ای به عنوان بیانی از بلندی‌های خلاقیت و نوآوری در زمینه مهندسی ظهور یافته‌اند. این مکانیزم‌ها، نه تنها نمونه‌های شاخصی از قدرت ذهنی مهندسان را به تصویر می‌کشند، بلکه به عنوان نمادی از توانایی‌ها و استعداد‌های فراوان آنان در طراحی و ساخت مکانیزم‌های پیچیده ظاهر می‌شوند. در ادامه، با بررسی چند نمونه از این مکانیزم‌ها، به دلایل اصلی این جهش خلاقانه پرداخته خواهد شد.
این مکانیزم‌ها که معمولاً از چند چرخدنده، چرخ شانه، اهرم‌ها، بازو‌ها و…. تشکیل شده‌اند و حرکت را به یک گردش پله‌ای (حرکت و ایست) به صورت یکنواخت و قابل تنظیم تبدیل می‌کنند.
مکانیزم‌های گردش پله‌ایی در سرعت‌های زیاد یعنی با فرکانس‌های تقریبی ۱ هرتز ( هر ثانیه ۱ سیکل ) و سرعت‌ها پائین‌تر به خوبی کار می‌کند. این مکانیزم را علاوه بر اینکه از لحاظ سرعت تبدیل می‌توان تفکیک کرد به لحاظ نوع تغییر وضعیت از نظر اینکه تغییر وضعیت نرم باشد یا تَقه‌ایی (ناگهانی) می‌توان تقسیم‌بندی کرد در شکل زیر تعدادی از حالت‌های ممکن را مشاهده می‌کنید.
در مکانیزم‌های گردش پله‌ایی، از آنجایی که تمام قطعات به صورت مکانیکی کار می‌کند تمام اجزا حرکت دقیق و حساب شده‌ایی دارند.
مکانیزم شماره ۱
یک موتور، نیروی محرکه گردش چرخدنده بزرگ را فراهم می‌کند و سپس نیرو به چرخدنده کوچکتر منتقل می‌شود مشابه وضعیتی که در ویدئو نشان داده شده است، چرخدنده خروجی توسط یک میله راهنما با شاخص لنگ متصل شده است که گردش پله‌ای میز را فراهم می‌کند این گردش پله‌ایی تقریباً نرم و با لقی بسیار کم انجام می‌شود.
در مکانیزم‌های گردش پله‌ایی شماره ۱، تعداد چرخش پله‌ایی به تعداد شیار‌های موجود روی میز است که برای فرض مثال اگر این شیار‌ها با زاویه ۱۰ درجه قرار گرفته باشند، میز در ۳۶ وضعیت پله‌ایی می‌تواند قرار بگیرد.
محدودیت اصلی که این مکانیزم دارد این است که فاقد قابلیت تنظیم تعداد گردش پله‌ایی است. این مکانیزم به صورت کلی در برابر اضافه بار محافظت نمی‌شود و فقط در صورت نیاز می‌توان قسمت شاخص لنگ را از جنس نرم گرفت تا در صورت افزایش بار شاخص بشکند و به چرخدنده‌ها و موتور آسیب نرسد.
مکانیزم شماره ۲
مکانیزم شماره ۲ از مکانیزم‌های تبدیل گردش، با اشکال مختلفی ارائه می‌شود که اساس و اصول مشترکی را در خود جای داده‌اند. این نوع از مکانیزم‌ها در طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها و ماشین‌آلات به کار گرفته می‌شوند. شاید این نوع مکانیزم‌ها با نام‌های مختلف شناخته شوند، اما در اینجا ما آن را با عنوان مکانیزم ۴ بازو یا به اصطلاح انگلیسی Four Arms Mechanism به یاد می‌آوریم.
این نوع از مکانیزم‌ها قابلیت این را دارند که با طراحی خاصی که می‌شوند، حرکت دورانی را به حرکت پله‌ایی یا حرکت نوسانی رفت و برگشت تبدیل کند. خصوصیت مثبتی که مکانیزم ۴ بازو در تبدیل حرکت نسبت به مکانیزم‌های مشابه مانند: بادامک و چرخ ژنوا دارند این است که می‌تواند حرکت‌های پله‌ایی یا حرکت‌های نوسانی رفت و برگشت با شتاب‌های یکنواخت به وجود آورد.
در ادامه بررسی مکانیزم ۴ بازو تعدادی از مهمترین و پر کاربردترین نوع این مکانیزم را بررسی خواهیم کرد.
الف) مکانیزم تیغه برف پاک کن
مکانیزم تیغه برف پاک کن، قریب به یقین ۹۰ درصد خودرو‌ها یک مکانیزم ۴ بازو است که حرکت دورانی موتور را به یک حرکت رفت و برگشتی منظم تبدیل می‌کند زیر مجموعه مکانیزم‌های گردش پله‌ایی است و در ویدئو زیر نحوه کار آن را مشاهده می‌کنید.
ب) مکانیزم چرخش پنکه برقی
شاید برای شما نیز جالب باشد که مکانیزم چرخش پنکه برقی ( پنکه برقی ساده ) یک مکانیزم ۴ بازو است و زیر مجموعه مکانیزم‌های گردش پله‌ایی است که در ویدئو زیر نحوه کار آن را مشاهده می‌کنید. البته برای به حرکت در آوردن این مکانیزم از مجموعه‌ایی از چرخدنده‌ها نیز استفاده می‌شود.
ج) مکانیزم هدایت گاری‌های دستی
مزیت فوق‌العاده‌ایی که مکانیزم ۴ بازو دارد این است که عملکرد آن بسیار ساده است به راحتی می‌توان آن را ساخت و استفاده کرد که یکی از کاربرد‌های آن همانطوری که گفته شد در گاری‌های دستی است. اما مکانیزم ۴ بازو یک محدودیت جدی دارد و آن این است که برای سرعت‌های بالا ( بالاتر از ۲ سیکل در ثانیه ) نمی‌شود استفاده کرد چرا که خطر شکستگی لولا وجود دارد.
د) دو مکانیزم ابتکاری ۴ بازو
در انتها بد نیست برای آشنایی بیشتر با مکانیزم‌های گردش پله‌ایی، دو مکانیزم ۴ بازو ابتکاری که حرکت دورانی را به یک حرکت رفت و برگشتی ساده تبدیل می‌کنند نشان بدهیم.
مکانیزم شماره ۳: مکانیزم دنده خورشیدی برای ایجاد حرکت پله‌ایی
دسته بعدی مکانیزم‌های گردش پله‌ایی در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند باید بررسی کنیم، مکانیزم دنده خورشیدی است. مزیتی که این مکانیزم دارد این است که تبدیل حرکت در آن بدون لغزش انجام می‌شود. در ویدئو زیر نحوه کار آن را مشاهده می‌کنید.
مکانیزم دنده خورشیدی، یک حرکت دورانی پله‌ایی یکنواخت را در یک جهت ایجاد می‌کند و دو مزیت اصلی دارد:
۱) این مکانیزم قابلیت استفاده در سرعت‌های بالا را دارد.
۲) حرکت پله‌ایی ایجاد شده در این مکانیزم بدون لغزش است که می‌تواند در ماشین‌های بسته‌بندی و جابجایی اتوماتیک مورد استفاده قرار بگیرند.
اساس حرکت در مکانیزم دنده خورشیدی، حرکت اختلافی متغیر است. حرکت اختلافی متغیر به حرکت اختلافی متغیر که در حرکت دو سری چرخدنده ایجاد می‌شود گفته می‌شود و دایره‌های گام در یک سری از این چرخدنده‌ها دارای هم کمان‌های دایره‌ای و هم کمان‌های غیر دایره‌ای می‌باشد.
همانطور که اشاره شد منحنی دنده خورشیدی، دارای دو نوع کمان دایره‌ای و غیر دایره‌ای است و قسمت منحنی دارای کمان دایره‌ای برای ایجاد تأخیر زمانی با ایجاد فاز ساکن یا فاز‌های ساکن مکانیزم در این مکانیزم کار می‌رود.
رقیب اصلی مکانیزم دنده خورشیدی، مکانیزم چرخ ژنوا است که هر دو این از مکانیزم‌ها، گردش پله‌ایی هستند اما به علت محدودیت زیر مکانیزم چرخ ژنوا، در بیشتر موارد برنده این رقابت مکانیزم دنده خورشیدی است.
۱) نیاز به یک وسیله (جدای از پین محرک) برای قفل کردن محور خروجی به هنگام تأخیر زمانی یا فاز ساکن دستگاه نیاز است و همچنین در مکانیزم چرخ ژنوا انتقال از فاز ساکن به حرکت و یا از حرکت به فاز ساکن معمولاً همراه با تَقه خواهد بود که اصلاح این مشکل نیاز به طراحی و ساخت دقیق اجزاء می‌باشد.
۲) مکانیزم چرخ ژنوا مناسب سرعت‌های بالا ( بیشتر از ۲ سیکل در ثانیه ) برای استفاده در مکانیزم‌های گردش پله‌ایی مناسب نیست.
۳) مکانیزم چرخ ژنوا، انعطاف‌پذیری کمی دارد زیرا عامل در این مکانیزم‌ها تعداد شیار‌ها در محور خروجی است.
اصلاحات بسیاری برای برطرف کردن مشکلات مکانیزم چرخ ژنوا برای مکانیزم‌های گردش پله‌ایی انجام شده است که هنوز برخی از این مشکلات نیز وجود دارند.
محاسبه حرکت اختلافی در چرخدنده خورشیدی
فرض کنید که R۳، R۲، R۱ و R۴ مطابق شکل زیر شعاع گام چرخدنده خورشیدی باشند لذا بنابراین نسبت خروجی چرخدنده به صورت زیر تعریف می‌شود:
حال اگر R۱=R۴ و R۲=R۳ باشد هیچ حرکت اختلافی وجود نخواهد داشت و خروجی ثابت باقی خواهد ماند، بنابراین یک جفت چرخدنده مثلاً ۳ و ۴ به گونه‌ایی ساخته می‌شوند که قسمتی به صورت دایره‌ایی و قسمتی به صورت غیر دایره‌ایی باشد. در محاسبه حرکت اختلافی در چرخدنده خورشیدی، مقدار حرکت بستگی به اختلاف شعاع‌ها دارد.
مزیت‌های مکانیزم دنده خورشیدی
۱) دندانه چرخدنده در مدت زمان توقف مانند یک قفل برای عضو خروجی مکانیزم و مانند یک محرکه به هنگام حرکت عمل می‌کند.
۲) دستیابی به سرعت‌های بالا با مکانیزم دنده خورشیدی، قابل دسترسی است و تغییر حالت از توقف به حرکت و بالعکس به صورت یکنواخت و بدون تکان و لرزش ماشین قابل انجام است.
۳) نسبت مدت زمان حرکت به توقف به صورت وسیعی قابل تنظیم است.
۴) مکانیزم، دارای ساختمانی جمع و جور و تعداد عضو‌های نسبتاً کمی دارد.
این مقاله در تاریخ ۱۳ مرداد ۱۴۰۲ آپدیت شده است.
این صفحه را با دیگران به اشتراک بگذارید و امتیاز بگیرید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.