تحقیق مقاله چرخ دنده

چرخ دنده هایی در اندازه های ملکولی

جام جم - نانوتکنولوژی : سطح کاملا جدیدی از فناوری است که براساس استفاده از مولکول ها و آرایش هدفمند و برنامه ریزی شده آنها استوار است.

دانشمندان نانوتکنولوژیست به جای استفاده از ابزارها و قطعات ماشینی ، از مولکول های مختلف استفاده می کنند. در این نوع فناوری هر مولکول می تواند نقش یک یا چند قطعه ماشینی یا مدار الکترونیکی را بازی کند. باتوجه به این که ابعاد مولکول ها در جهان طبیعت در حدود یک ده میلیاردیم متر یا یک گانگستروم است ، به این نوع فناوری نانوتکنولوژی گفته می شود، یعنی نوعی از فناوری که در حد و اندازه های نانومتر (یک میلیاردیم متر) است.

هرچند دانشمندان نانوتکنولوژیست تصور می کنند بتوانند با استفاده از این نوع فناوری ، حتی مولکول هایی را طراحی کنند که بتوانند به داخل بدن تزریق شوند و درست مانند یک روبات جراح ، عمل جراحی انجام دهند، اما این نوع فناوری در مراحل اولیه تحقیقاتی است و بارزترین محصولات آن ریزتراشه های بسیار کوچک کامپیوتری با مدارهای نانو تکنولوژیک بوده اند یا الیاف شیمیایی مخصوصی که پرزهای ضدآب نانوتکنولوژیک دارند. یکی از فعالیت های تحقیقاتی «بنیان دانش پژوهان جوان» پژوهش درباره نقش نانوتکنولوژی در صنعت نفت بوده است که با همکاری پژوهشگاه صنعت نفت انجام شده است.

سیستم انتقال قدرت و چرخ دنده ها

جعبه دنده برای حفظ حرکت نرم و روان تمام چرخ دنده ها و محورها نیاز به روانکاری دارد این کار با پر کردن محفظه جعبه دنده به طور جزئی با روغن چرخ دنده غلیظ انجام می شود
چنانچه با نشتی روغن مواجه شدید تا پیش از برطرف کردن آن کلاج را عوض نکنید زمانی که محفظه های کلاج با روغن کثیف شده اند چاره ای جز تمیز کردن آن نیست اما تنها راه برگرداندن عملکرد مناسب کلاج تعویض دیسک است.

سیستم انتقال قدرت دو وظیفه را در اتومبیل به عهده دارد: انتقال قدرت از موتور به چرخ های محرک و تغییر مقدار گشتاور. در تشریح سیستم انتقال قدرت به کرات از دو عبارت توان و گشتاور استفاده می شود که توضیح کوتاهی درباره هرکدام ضروری به نظر می رسد. عبارت «توان» نرخ یا سرعت انجام کار است. «تورک» یا گشتاور به زبان ساده یعنی گردش نیرو. با توجه به ارتباط بین دور موتور و توان، وجود جعبه دنده های چند نسبته ضروری است چرا که موتور اتومبیل بیشینه توانش را در سرعت های معین تحویل می دهد که البته منظور از سرعت همان RPM یا دور در دقیقه است.
برای بهره گیری از همان دور موتورها در سرعت های مختلف حرکت که اینجا منظور از سرعت چیزی است که در آمپر سرعت دیده می شود، باید نسبت چرخ دنده بین موتور و چرخ های محرک تغییر یابد. اتومبیل درست مثل یک دوچرخه باید برای حرکت در محدوده ای از سرعت ها، چرخ دنده ها را تعویض کند. اما برخلاف دوچرخه سیستم انتقال توان اتومبیل امکان عقب رفتن را نیز برای شما فراهم می کند. در واقع دو مجموعه از چرخ دنده ها در سیستم انتقال توان وجود دارد: گیربکس یا جعبه دنده و دفرنسیال. وظیفه جعبه دنده تنظیم نسبت چرخ دنده است و دیفرانسیل نیز اجازه می دهد تا چرخ ها در سرعت های گوناگون بچرخند. جعبه دنده های دستی معمولاً دارای چهار یا پنج سرعت هستند و اغلب از اوردرایو یا بیش ران (وسیله ای در جعبه دنده که نسبت چرخ دنده را پایین می آورد و مصرف سوخت را کاهش می دهد) برخوردارند.در واقع اور درایو به وضعیتی گفته می شود که در آن محور یا شفت ورودی می تواند سریعتر از محور خروجی بچرخد که در نتیجه میزان مصرف سوخت در بزرگراه کاهش می یابد. در برخی از جعبه دنده ها از کلاج الکتریکی و یک سوئیچ استفاده می شود که درگیری یا عدم درگیری اوردرایو را کنترل می کند.

دستاورد جالبی که در تعداد اندکی از اتومبیل ها دیده می شود، جعبه دنده دستی بدون کلاج است. در این نوع جعبه دنده یک دسته دنده و یک کلاج الکتریکی خودکار به کار می رود. علاوه بر این زمانی که راننده دنده ها را عوض می کند، سنسورهای سرعت و موقعیت، مینی کامپیوترها و تنظیم های گاز کاربراتور از افزایش بیش از حد دور موتور جلوگیری می کند. در واقع مثل بسیاری از نوآوری های دنیای اتومبیل این هم یک ایده قدیمی است که امروز به برکت تحول کامپیوتر میسر شده است.
جعبه دنده های خودکار برای ترکیب سرعت و گشتاور عموماً از سه چرخ دنده رو به جلو استفاده می کنند. در جعبه دنده های سه سرعته اولین چرخ دنده برای شروع حرکت بیشترین گشتاور را در کمترین سرعت تحویل می دهد. چرخ دنده دوم برای حالت هایی مثل افزایش سرعت و بالا رفتن از سربالایی ها مقدار گشتاور و سرعت متوسطی را ارائه می کند. سرانجام سومین چرخ دنده بیشترین سرعت با کمترین گشتاور را برای حرکت در بزرگراه فراهم می کند. یک چرخ دنده معکوس نیز حرکت رو به عقب را میسر می سازد.

جعبه دنده دستگاهی برای تغییر توان و سرعت است که در جایی بین موتور و چرخ های متحرک وسیله ای نصب می شود. به عبارت دیگر این دستگاه راهی برای تغییر نسبت بین دور موتور و دور چرخ ها فراهم می کند. به گونه ای که در موقعیت های خاص حرکت بهترین حالت ممکن را داشته باشد. در برخی از انواع سیستم انتقال توان از وسیله ای موسوم به محور انتقال استفاده می شود. این وسیله به زبان ساده ترکیبی از جعبه دنده و دفرنسیال است که معمولاً می توان آن را در اتومبیل های چرخ جلو متحرک یافت، اما در اتومبیل های موتور وسط یا عقب نیز دیده می شود. البته در برخی از اتومبیل های کم نظیر موتور در جلو قرار دارد و در عین حال برای بالانس بهتر وزن از یک محور انتقال در عقب استفاده می شود.

گشتاور از توان به دست می آید. مقدار گشتاور قابل حصول از یک منبع توان، با فاصله ای از مرکز دوران که گشتاور در آن نقطه به کار می رود متناسب است. بنابراین منطقی است که اگر محوری (در این بحث میل لنگ) داشته باشیم که با هر سرعت اعمال شده ای می چرخد، می توانیم چرخ دنده هایی با اندازه های گوناگون روی آن قرار دهیم و نتایج مختلفی به دست آوریم. چنانچه چرخ دنده بزرگی روی محور نصب کنیم می توانیم در لبه آن سرعت بیشتر و توان کمتری نسبت به یک چرخ دنده کوچکتر به دست آوریم. حال اگر محور دوم را موازی با محور محرک مان قرار دهیم و مطابق چرخ دنده های روی شفت متحرک، چرخ دنده هایی روی آن نصب کنیم، می توانیم تقریباً هر ترکیبی از توان و سرعت را که در محدوده توانایی موتور باشد به دست آوریم. این دقیقاً همان چیزی است که جعبه دنده اتومبیل به کمک چرخ دنده ها و دیگر اجزا انجام می دهد.
در یک نگاه کلی دو نوع جعبه دنده وجود دارد: دستی و خودکار. در حالت اول مجبور هستید برای تعویض دنده ها معمولاً از یک دسته دنده واقع در کنسول و پدال کلاج استفاده کنید. چنانچه جعبه دنده خودکار باشد خود مکانیسم بدون دخالت شما دنده ها را عوض می کند. این عمل از طریق یک سیستم که توسط فشار روغن تغذیه می کند، انجام می شود. تعویض هر یک از دنده ها توسط یک سوپاپ تعویض کنترل می شود.

در واقع تعویض دنده ها به سرعت، جاده و شرایط بار بستگی دارد. قسمت اساسی دیگر تمامی سیستم های انتقال قدرت یکی از انواع کلاج است. این وسیله به موتور اجازه می دهد تا هنگامی که چرخ دنده ها و چرخ ها ثابت هستند به حرکتش ادامه دهد. در اتومبیل های مجهز به جعبه دنده خودکار به جای کلاج از مبدل گشتاور استفاده می شود. از پشت موتور گرفته تا محل تماس لاستیک با جاده همگی عضو یکی از پیچیده ترین سیستم های اتومبیل تان به حساب می آیند. به اعتقاد برخی نگاه کردن به یک جعبه دنده مغزشان را آزرده خاطر می سازد.

همانطور که گفته شد جعبه دنده دستی امکانی را فراهم می کند تا نسبت بین سرعت موتور و سرعت چرخ ها تغییر کند. تغییر این نسبت دنده ها باعث می شود تا مقدار صحیح توان موتور در بیشتر سرعت های مختلف به دست آید. جعبه دنده دستی برای به کارگیری و جابه جایی گشتاور موتور به محل ورودی جعبه دنده، نیازمند استفاده از کلاج است. کلاج باعث می شود تا این عمل به طور تدریجی اتفاق بیفتد و به همین علت اتومبیل می تواند از یک توقف کامل شروع به حرکت کند. در جعبه دنده های دستی مدرن هیچ کدام از چرخ دنده های رو به جلو از درگیری خارج نمی شوند. در واقع آنها از طریق استفاده از هماهنگی کننده ها به محورهایشان متصل می شوند. حرکت عکس نیز به کمک چرخ دنده هرزگر معکوس که به هنگام حرکت رو به عقب اتومبیل درگیر می شود، به دست می آید.
برخی از جعبه دنده های دستی دارای اوردرایو هستند. اوردرایو بخشی مکانیکی است که به پشت جعبه دنده پیچ می شود عموماًَ اوردرایو را به اسم دنده پنجم می شناسند.زمانی که از آن استفاده می کنید سرعت یا همان دور موتور حدود یک سوم کاهش می یابد در حالیکه آمپر سرعت اتومبیل تان همان سرعت حرکت را نشان می دهد. کمپانی کرایسلر در سال ۱۹۳۴ اولین جعبه دنده مجهز به اوردرایو را معرفی کرد.

بیشتر اتومبیل ها سه الی پنج دنده جلو و یک دنده عقب دارند، چنانچه در جعبه دنده ای یک چرخ دنده با ده دندانه چرخ دندانه دیگری با بیست دندانه را بگرداند گفته می شود که حرکت دارای نسبت دو به یک است. در واقع نسبت حرکت دوچرخ دندانه برابر است با نسبت تعداد دندانه های چرخ دنده دوم به اول. اولین دنده توان موتور را از طریق یک جفت مجموعه چرخ دنده کاهنده که به هنگام آغاز حرکت توان را افزایش و سرعت را کاهش می دهد، به چرخ های محرک می رساند. در این حالت موتور بسیار سریعتر از محور خروجی می چرخد، معمولاً با نسبت چهار به یک. سرعت های متوسط با تغییر نسبت دنده تا نزدیکی های یک به یک و سرانجام سرعت نمایی معمولاً با اتصال مستقیم محورهای ورودی و خروجی با نسبت حرکت دقیقاً یک به یک به دست می آید. به کارگیری یک مجموعه متحرک از چرخ دنده ها با ابعاد متفاوت، دستیابی به چندین مقدار از گشتاور خروجی را ممکن می سازد. چرخ دنده محرک دفرنسیال اتومبیل که توسط شفت متحرک به حرکت درمی آید چرخ دنده حلقوی (چرخ دنده ای شبیه حلقه در دفرنسیال اتومبیل که پینیون یا همان چرخ دنده کوچک متصل به میل گاردان آن را می چرخاند و نیروزا از طریق دفرنسیال به اکسل می دهد) را می چرخاند. در واقع این دوچرخ دنده مثل یک جعبه دنده تک سرعته عمل می کنند و باعث کاهش بیشتر دور موتور و افزایش گشتاور با یک نسبت ثابت می شوند. چرخ دنده ها دقیقاً مشابه اهرم ها کار می کنند. چرخ دنده کوچکتر درحالی همتای بزرگترش را می چرخاند که میزان گشتاور افزایش و سرعت کاهش یافته است.
جعبه دنده برای حفظ حرکت نرم و روان تمام چرخ دنده ها و محورها نیاز به روانکاری دارد. این کار با پر کردن محفظه جعبه دنده به طور جزئی با روغن چرخ دنده غلیظ انجام می شود. زمانی که چرخ دنده ها می چرخند روغن را به اطراف روانه و تمام قسمت ها را روانکاری می کنند. درزبندی های روغن نیز در جلو و عقب از نشست جریان به بیرون از محفظه جلوگیری می کنند. زمانی که می خواهید روغن را عوض کنید یا اینکه هنگام تعویض دنده متوجه مشکلات یا تفاوت هایی زیاد شدید، باید سطوح سیال را چک کنید. در واقع این حالات می تواند نشانگر پایین بودن سطح سیال باشد.

در پاسخ به این سؤال که چه عاملی باعث تغییر دنده در جعبه دنده می شود، باید گفت دو شاخه ها یا ماهک های تعویض دنده که به آنها یوغ های لغزان هم می گویند. این یوغ ها شبیه جای پارویی در قایق هستند و در شیاری واقع در غلاف کلاج سوار می شوند. ماهک های تعویض دنده به یک بادامک و محور متصل شده اند. این بادامک نیز توسط توپ های فولادی بارگذاری شده با فنر که از میان شکاف های موجود در بادامک بالا می روند به حرکت درمی آید و در چرخ دنده انتخاب شده حفظ می شوند و ماهک های تعویض را در همان چرخ دنده نگه می دارند. محورهای بادامک و سیستم محورها وارد محفظه و به اهرم های تعویض بسته می شوند. سپس ماهک های تعویض، هماهنگ کننده را با چرخ دنده ها و محورهایی که روی آن سوار هستند درگیر می کند و به حرکت درمی آورد. اهرم های تعویض نیز به نوبه خود به یک کنترل کننده روی لوله فرمان یا دسته دنده واقع در کف متصل هستند که هر دوی آنها در اختیار راننده است.

آیا باید سیال درون یک جعبه دنده دستی را عوض کرد؟