بخشی از مقاله
چکیده :
امروزه یکی از مشکلات موجود در صنعت ، آلودگی صوتی است . بخش زیادی از این آلودگی صوتی ناشی از درگیری چرخ دنده هاست . چرخ دنده یکی از مهم ترین قطعات مورد استفاده در سیستم انتقال قدرت است و نمی توان آن را حذف کرد . مشکل دیگر چرخ دنده ها خرد شدن آنها هنگام افزایش بار ناگهانی است که هم خسارات فنی به دستگاه ها وارد می کند و هم باعث از کار افتادن دستگاه ها برای مدتی ، در نتیجه وارد شدن خسارت به خط تولید می شود .
چرخ دنده محدودیت های دیگری نیز دارد از جمله : سایش و استهلاک طی زمان ، بازده پایین ، ایجاد گرما در اثر استحکاک ، نیاز به روان کاری روغن کاری ، بار یاتاقانی زیاد ، نیاز به دقت ابعادی زیاد در ساخت منحنی چرخ دنده ، نیاز به ماده مستحکم و چقرمه برای ساخت چرخ دنده و ... در این مقاله سعی شده است که به شیوه ای جدید از انتقال قدرت پرداخته شود که محدودیت های مذکور را رفع کند . برای این منظور گروه ما به ایده جدیدی به نام چرخ دنده مغناطیسی پرداخته است . در این روش از خاصیت دافعه . ربایش دو قطب آهن ربا برای حذف تماس فیزیکی دو چرخ دنده درگیر با هم ، برای انتقال گشتاور بدون حضور مشکلات مذکور استفاده شده است .
-1 مقدمه
چرخ دنده ها بخش مهمی در سامانه انتقال قدرت محسوب می شود به طوری که بدون آنها سامانه های انتقال قدرت نمی توانند وظایف خود را درست انجام دهند . چرخ دنده ها دارای دنده هایی هستند که در تماس با یکدیگر قرار می گیرند و از این طریق به یکدیگر نیرو منتقل می کنند و حرکت گشتاور را از یک محور به دیگری منتقل میکند یا باعث تغییر نسبت حرکت می شود . مشکلات و محدودیت هایی که چرخ دنده ها دارند به شرح زیر است :
-1 وجود برخورد و اصطکاک در نتیجه اتلاف انرژی و به وجود آمدن گرما در نتیجه کاهش بازده .
-2 خورد شدن دنده ها هنگام Over load
-3 وجود استهلاک برای چرخ دنده ها و عمر کوتاه
-4 نیاز به روانکاری و مراقبت
-5 نیروی زیاد وارد بر یاتاقان
-6 نیاز به دقت زیاد در ماشین کاری دنده ها به خصوص درباره منحنی دنده ها که دقت آن بسیار حساس و حیاتی است .
-7 نیاز به ماده مستحکم و چقرمه برای ساخت چرخ دنده به علت وجود تنش زیاد روی دنده ها - به علت وجود تماس مکانیکی - .
-8 حذف عملیات سخت کاری سطحی چرخ دنده ها در نتیجه ساده تر شدن فرایند تولید و در نتیجه کاهش هزینه
-1-1 وجود برخورد و اصطکاک درنتیجه اتلاف انرژی و به وجود آمدن گرما :
چون تماس مکانیکی بین دنده ها وجود دارد هنگام انتقال قدرت اصطکاک شدیدی بین دنده ها ایجاد می شود و این خود تولید گرما میکند که نوعی اتلاف انرژی محسوب می شود - انرژی مکانیکی تبدیل به گرما می شود - و باعث کاهش بازده سامانه انتقال قدرت می شود .
-2-1 خرد شدن دنده ها هنگام افزایش بار .
هر ماده ای یک تنش تسلیم دارد که اگر تنش از آن حد بیشتر شود ماده تغییر شکل می دهد همچنین هر ماده ای یک تنش نهایی دارد که اگر تنش از آن بیشتر شود ماده دچار شکست می شود . دنده ها در چرخ دنده همواره تحت تنش هستند ، بنابراین اگر بار چرخ دنده به هر دلیلی مثلا اشتباه اپراتور و ... بیش از حد تعیین شده توسط طراح شود دنده ها یا تغییر شکل می دهند یا خرد می شوند که این منجر خواهد شد به : -1 وارد آمدن خسارت به ماشین -2 توقف خط تولید تا زمانی که ماشین دوباره تعمیر شود که هر دو مشکل فوق هزینه بر هستند ، بنابراین نیازمند قطعه ای هستیم که بتواند جایگزین چرخ دنده شود و زمانی که بار اعمال بار بیش از حد اتفاق می افتد خراب نشود و مشکلات مذکور پیش نیاید .
-3-1 وجود استهلاک برای چرخ دنده ها و عمر کوتاه
در کلیه قطعاتی که تحت تنش های متناوب هستند شکست در تنشی پایین تر از تنش نهایی آن اتفاق می افتد - به علت وجود ترک های میکروسکوپی سطح - . دنده های چرخ دنده ها نیز چون مداوم با هم درگیر و آزاد می شوند در نتیجه دچار تنش های متناوب هستند و این عامل عمر آنها را کاهش میدهد ، ضمنا اصطکاک زیاد موجود بین دنده ها منجر به سایش آنها و تغییر شکل منحنی چرخ دنده ها می شود که این عامل نیز عمر آن را کاهش می دهد . اگر بتوان با حفظ قابلیت انتقال قدرت تماس مکانیکی بین دنده ها را حذف کرد این دو عامل از بین رفته و عمر چرخ دنده ها زیاد می شود .
-4-1 نیاز به روان کاری و مراقبت
به علت تماس مکانیکی سطوح دنده که روی هم میلغزند بین آنها اصطکاک وجود دارد و اگر از روان کار استفاده نشود :
-1 سایش بین دنده ها افزایش می یابد و عمر آنها را کاهش می دهد
-2 به علت افزایش تولید گرما در اثر افزایش اصطکاک ، اتلاف انرژی زیاد شده و بازده سامانه انتقال قدرت کاهش می یابد .
-3 امکان دارد دنده گیر کند یا بر اثر ازدیاد تنش که با اضافه شدن نیروی اصطکاک رخ می دهد دنده ها خرد شوند . پس در زمانی که از چرخ دنده استفاده می کنیم باید روان کار استفاده نماییم که این خود دردسرها و مشکلات بعدی خود را در پی دارد و در صورت غفلت می تواند خساراتی به ماشین ها وارد نماید . حالا اگر بتوانیم تماس مکانیکی را حذف کنیم - با حفظ قابلیت انتقال قدرت - آنگاه دیگر نیازی به روانکاری نخواهد بود.
-5-1 نیروی زیاد وارد بر یاتاقان
وقتی دو چرخ دنده با هم درگیر می شوند ، علاوه بر انتقال گشتاور ، یک نیرو در جهت شعاعی چرخ دنده ها به آنها وارد می شود - که البته با توجه به قانون سوم نیوتون برابر ولی در جهات مختلف هستند - که به آنها نیروهای یاتاقانی می گویند زیرا یاتاقان های محور چرخ دنده آن را تحمل می کنند . این نیز در اثر تماس مکانیکی موجود است و اگر بتوان تماس مکانیکی را حذف کرد ، آنگاه می توان این نیرو را از بین برد و با کاهش داد . در نتیجه می توان یاتاقان های ارزانتری برای محور چرخ دنده استفاده نمود .
-6-1 نیاز به دقت زیاد در ماشین کاری دنده ها به خصوص درباره ی منحنی دنده ها که دقت آن بسیار حساس و حیاتی است . برای اینکه انتقال قدرت به بهینه ترین شکل ممکن اتفاق افتد و حداکثر بازده و عمر را داشته باشد باید سطح دنده دارای منحنی خاصی به نام اینولوت باشد . اگر تولید منحنی دنده دقیق اتفاق نیفتد آنگاه بازده و عمر کاهش می یابد ، بنابراین ما نیازمند ابزار و ماشین آلات و فرایند تولید دقیقی برای تولید چرخ دنده هستیم و این یعنی افزایش هزینه . در اینجا نیز با حذف تماس فیزیکی می توان این مشکل را حل کرد و دیگر نیاز به دقت خیلی بالا نخواهیم داشت و فرآیند تولید چرخ دنده ارزان تر و ساده تر خواهد شد .
-7-1 نیاز به ماده مستحکم و چقرمه برای ساخت چرخ دنده به علت وجود تنش زیاد روی دنده ها - به علت وجود تماس مکانیکی - چون چرخ دنده ها تحت تنش هستند باید از ماده ای مستحکم ساخته شوند . تنش وارد بر چرخ دنده از نوع متناوب است بنابراین باید از ماده ای چقرمه ساخته شوند . در نتیجه باید از مواد گران استفاده شود . ضمن اینکه ماشین کاری مواد چقرمه مشکل است و این هزینه و زمان تولید را افزایش می دهد . با حذف تماس مکانیکی می توان به این مشکل نیز فائق آمد .
-8-1 حذف عملیات سخت کاری سطحی چرخ دنده ها در نتیجه ساده تر شدن فرایند تولید در نتیجه کاهش هزینه چون چرخ دنده هم تحت تنش است و هم سایش بنابراین باید مغزی چقرمه و سطحی سخت داشته باشد تا به واسطه چقرمه گی تنش های وارده را تحمل کند و به واسطه سختی سطحی سایش را . پس باید از ماده ای چقرمه که قابلیت سختی پذیری داشته ساخته شود و با عملیات سخت کاری سطحی - نوعی عملیات حرارتی است - سطح آن در برابر سایش مقاوم شود که این نیازمند عملیات حرارتی است و هزینه تولید را افزایش می دهد . ضمن این که پس از عملیات حرارتی به علت اعوجاج ایجاد شده ، قطعه باید سنگ زده شود که باز یک مرحله به فرایند تولید اضافه می شود .
