همه چیز در مورد انتقال قدرت مکانیکی

انتقال قدرت مکانیکی

انتقال قدرت مکانیکی یا نیرو فرآیندی است که تقریباً در هر ماشینی مورد نیاز است. از موتورهای کوچک در دوربین های سلفی پاپ آپ گرفته تا خطوط انتقال نوآورانه برخورد دهنده بزرگ هادرون ، برنامه های انتقال نیرو در اطراف ما وجود دارند. ما از روش‌های انتقال نیرو برای انتقال نیرو از محرک اصلی به ماشین‌های محرک برای عملکرد آن استفاده می‌کنیم.

چهار نوع اصلی انتقال نیرو وجود دارد – مکانیکی، الکتریکی، هیدرولیک و پنوماتیک. در این مقاله با انتقال قدرت مکانیکی، انواع آن و مزایا و معایب هر نوع آشنا خواهیم شد. یک کارخانه نوآور با محصولات با کیفیت واشرالات و محصولات و فرآورده های نسوز در اصفهان آماده همکاری با صنعتگران عزیز برای ارائه خدمت در مورد انواع محصولات از جمله فیبر استخوانی است.

انتقال قدرت مکانیکی چیست؟

انتقال قدرت مکانیکی به انتقال انرژی مکانیکی (حرکت فیزیکی) از یک جزء به جزء دیگر در ماشین ها اشاره دارد. بیشتر ماشین ها به نوعی از انتقال قدرت مکانیکی نیاز دارند. نمونه های متداول عبارتند از ماشین اصلاح برقی، پمپ آب، توربین و اتومبیل.

در بیشتر موارد، حرکت چرخشی محرک اولیه به حرکت چرخشی ماشین محرک تبدیل می شود. با این حال، سرعت، گشتاور و جهت ممکن است تغییر کند.

گاهی اوقات، بسته به نیازهای کاربردی برنامه، ممکن است حرکت چرخشی را به حرکت انتقالی (حرکت عقب و جلو) تبدیل کنند. چنین تغییری ممکن است با استفاده از پیوندها یا سایر عناصر ماشین انجام شود.

انواع انتقال قدرت مکانیکی

عناصر مختلف ماشین می توانند نیرو را بین شفت های ماشین انتقال دهند. رایج ترین روش های انتقال قدرت مکانیکی که امروزه در صنعت مهندسی مورد استفاده قرار می گیرد عبارتند از:

• کوپلینگ شفت
• درایوهای زنجیره ای
• درایوهای دنده
• درایوهای تسمه
• پیچ های برق (پیچ های سربی)

کوپلینگ شفت

کوپلینگ شفت دو شفت را به هم متصل می کند و گشتاور را بین آنها منتقل می کند. شفت ها ممکن است در یک خط، متقاطع اما موازی نباشند، یا غیر متقاطع و غیر موازی باشند. برای رفع نیازهای کاربردها و محیط های مختلف، انواع و اندازه های مختلف کوپلینگ تولید می شود.

به طور کلی، دو نوع کوپلینگ شفت وجود دارد – صلب و انعطاف پذیر. کوپلینگ های صلب اجازه حرکت نسبی بین شفت ها را نمی دهند، در حالی که کوپلینگ های انعطاف پذیر این امکان را دارند. از این رو، کوپلینگ های انعطاف پذیر می توانند برخی از ناهماهنگی شفت را کنترل کنند.

برخی از کوپلینگ ها مانند کوپلینگ های اسپلیت ماف را می توان بدون جابجایی روی شفت ها ثابت کرد. در مقابل، بسیاری دیگر نیاز به حرکت شفت برای نصب/حذف دارند.

مزایای

• کوپلینگ های شفت عناصر ماشینی با تعمیر و نگهداری کم هستند
• آنها می توانند شوک و لرزش را جذب کنند
• آنها می توانند ناهماهنگی شعاعی و محوری را کنترل کنند
• آنها عایق حرارتی را فراهم می کنند
• طرح های بدون نیاز به تعمیر و نگهداری و به طور دائم روغن کاری شده در دسترس هستند

معایب

• برای شفت های موازی غیر متقاطع نمی توان از کوپلینگ شفت استفاده کرد
• در صورت ایجاد ناهماهنگی، کوپلینگ های صلب ممکن است به شفت آسیب برسانند
• واکنش برگشتی ممکن است در طول عمر مفید ایجاد شود و کوپلینگ ها، یاتاقان ها و اجزای محرک را تحت فشار اضافی قرار دهد
• برخی از کوپلینگ ها ممکن است به مرور زمان شل شوند و به اجزای درایو آسیب برسانند

درایوهای تسمه

درایوهای تسمه یک منظره نسبتاً رایج در کاربردهای صنعتی است. یک سیستم محرک تسمه از دو قرقره و یک تسمه (یا طناب) تشکیل شده است. تسمه به طور محکم هر دو قرقره را گرفته و از طریق اصطکاک نیرو را از محور محرک به محور محرک منتقل می کند. درایو تسمه برای سرعت های آهسته و بسیار بالا به همان اندازه خوب کار می کند و بنابراین در برنامه های پرسرعت مانند کمپرسورهای هوا استفاده می شود.

درست مانند سایر درایوها، طرح های درایو تسمه زیادی وجود دارد که برای کاربردهای خاص عالی هستند. تسمه ها می توانند چندین قرقره موازی را تغذیه کنند و در صورت نیاز سرعت را تغییر دهند. آنها همچنین می توانند بارهای ضربه ای را تا حدی جذب کنند و از سایر قطعات درایو محافظت کنند. هر دو قرقره در یک جهت می‌چرخند مگر اینکه تسمه متقاطع باشد . سه نوع اصلی از تسمه ها در تسمه درایوها وجود دارد – تسمه تخت، تسمه V و تسمه دندانه دار.

تسمه های تخت برای کاربردهای عمومی با نیازهای گشتاور کم تا متوسط ​​عالی هستند. کاربردهای معمولی شامل آسیاب، جداکننده، نوار نقاله غلتکی، فن، توربین های آبی و غیره است. تسمه های تخت برگشت پذیر هستند و می توانند نیرو را از هر دو طرف انتقال دهند. در کمربندهای مسطح اثر گوه ای وجود ندارد. این باعث می شود تلفات انرژی ناچیز باشد و راندمان مکانیکی می تواند بیش از 98٪ باشد. می تواند گرد و غبار و کثیفی را به خوبی مدیریت کند و در نتیجه عمر طولانی تری نسبت به سایر گزینه ها دارد.

تسمه های V برای نیازهای گشتاور متوسط ​​تا زیاد بهتر هستند. تسمه AV دارای شیارهایی در سطح داخلی است که در گوه های روی قرقره ها قرار می گیرد. شفت محرک تسمه را توسط شیارها می کشد که قرقره رانده شده را در انتهای دیگر می کشد. چنین عملیاتی باعث تلفات گوه‌ای می‌شود که در واقع کارایی تسمه V را کاهش می‌دهد. تسمه های V نمی توانند گرد و غبار و کثیفی را به خوبی تسمه های تخت تحمل کنند.

تسمه دندانه دار که به عنوان تسمه تایم نیز شناخته می شود، دارای دندانه هایی در سطح داخلی تسمه است که روی قرقره ها یا چرخ دنده های دندانه دار قرار می گیرد. این تسمه درایو برای برنامه های انتقال قدرت بالا و زمان بندی استفاده می شود. تسمه های دندانه دار در موتورهای اتومبیل و موتور سیکلت برای نیرو دادن و زمان بندی میل بادامک استفاده می شود.

مزایای

• درایوهای تسمه به دلیل هزینه کم قطعات و کارایی بالا مقرون به صرفه تر از سایر درایوها هستند
• آنها می توانند نیرو را در فواصل طولانی انتقال دهند
• عملکرد نرم و بی صداتر در مقایسه با درایوهای زنجیره ای
• آنها می توانند شوک و ارتعاشات را جذب کنند
• درایو تسمه درجاتی از حفاظت از اضافه بار را از طریق لیز خوردن تسمه فراهم می کند
• سبک و نسبتا بادوام
• هزینه نگهداری کم

معایب

• لغزش تسمه می تواند نسبت سرعت را تغییر دهد
• عمر مفید کوتاه در صورت عدم نگهداری خوب
• محدوده سرعت محدود
• آنها بار سنگینی را روی یاتاقان ها و شفت ها اعمال می کنند
• برای جبران سایش و کشش، آنها به یک قرقره بیکار یا مقداری تنظیم فاصله مرکز نیاز دارند

درایوهای زنجیره ای

درایوهای زنجیره ای برای انتقال نیرو بین دو جزء که در فاصله بیشتری قرار دارند استفاده می شود. این درایوها از یک زنجیر غلتکی و دو یا چند چرخ دنده تشکیل شده اند. دندانه های چرخ دنده راننده با زنجیر غلتکی مشبک شده و گشتاور را به چرخ دنده محرک منتقل می کند. زنجیر معمولاً در انتقال نیرو در دوچرخه و موتور سیکلت دیده می شود، اما در ماشین های صنعتی نیز بسیار رایج است.

آنها می توانند با استفاده از چرخ دنده های بیکار در فضاهای تنگ جا شوند. درایوهای زنجیره‌ای نیز در برنامه‌هایی استفاده می‌شوند که زمان‌بندی حیاتی است و هرگونه تاخیر ناشی از لغزش منجر به مشکلاتی می‌شود. به همین دلیل است که از آنها در موتورهای دیزل دریایی به عنوان زنجیر زمان برای انتقال نیرو از میل لنگ به میل بادامک استفاده می شود. میل بادامک سوپاپ اگزوز و زمان تزریق سوخت را کار می کند. اگر زمان بندی خاموش باشد، موتور آسیب می بیند.

مزایای

• یک درایو زنجیره ای فشرده تر از یک درایو تسمه است و می تواند در فضاهای نسبتاً تنگ جا شود
• می تواند گشتاور را در مسافت های طولانی انتقال دهد
• برخلاف درایوهای تسمه، درایوهای زنجیری لیز نمی‌خورند
• یک درایو زنجیره ای می تواند چندین شفت را در یک زمان تغذیه کند
• به لطف اصطکاک کم، راندمان مکانیکی بالایی دارد
• یک درایو زنجیره ای می تواند در انواع محیط های خدماتی (خشک، مرطوب، ساینده، خورنده و غیره) و در دمای بالا کار کند.

معایب

• آنها پر سر و صدا هستند و همچنین می توانند باعث ارتعاش شوند
• یک درایو زنجیره ای نمی تواند با شفت های غیر موازی کار کند
• برخی از طرح ها نیاز به روغن کاری مداوم دارند
• ناهماهنگی ممکن است باعث لیز خوردن زنجیر شود
• یک درایو زنجیره ای معمولاً به یک محفظه نیاز دارد
• به ترتیبی برای کشش زنجیر به شکل یک چرخ دنده بیکار سفت کننده نیاز دارد.

درایوهای دنده

درایوهای چرخ دنده از چرخ دنده ها برای حرکت و انتقال نیرو از یک شفت به محور دیگر استفاده می کنند. آنها از یک چرخ دنده محرک (روی شفت ورودی) و یک چرخ دنده رانده (روی شفت خروجی) تشکیل شده اند. انتقال نیرو از منبع نیرو به بار از طریق مش بندی دندانه های چرخ دنده صورت می گیرد. با توجه به طرح های بسیار موجود، آنها می توانند در جهت گیری ها و کاربردهای مختلفی کار کنند.

درایو چرخ دنده می تواند بارهای بیشتری را در مقایسه با درایوهای زنجیره ای تحمل کند، اما فقط برای مسافت های کوتاه مناسب است، زیرا چرخ دنده ها باید در تماس مستقیم با یکدیگر باشند. استفاده از چرخ دنده های متعدد در یک قطار دنده امکان تغییر نسبت دنده، سرعت چرخش، گشتاور و جهت را در صورت نیاز می دهد. با این حال، دنده های زیاد در یک سیستم واحد، کارایی مکانیکی را کاهش می دهد.

درایوهای چرخ دنده نمی لغزند اما ممکن است با گذشت زمان دچار واکنش شدید شوند. Backlash شکاف بین دو دندانه دنده مشبک در دایره زمین است. در خروجی‌های پایین‌تر، ممکن است فقط به برخی از خطاهای محاسباتی جزئی منجر شود. اما در خروجی‌های توان بالاتر، واکنش متقابل یک شوک را به کل چرخ دنده وارد می‌کند. گاهی اوقات حتی می تواند به دندان های چرخ دنده آسیب برساند.

مزایای

• مناسب برای کاربردهای انتقال قدرت مکانیکی بالا
• چرخ دنده ها محکم هستند و عمر مفید بالایی دارند
• راه اندازی فشرده
• چرخ دنده ها راندمان بالایی دارند و نمی لغزند

معایب

• زمانی که فاصله بین شفت ها زیاد است مناسب نیست، اتصال مستقیم مورد نیاز است
• مستعد لرزش و سر و صدا
• چرخ دنده های فلزی سنگین هستند و باعث افزایش وزن دستگاه می شوند
• آنها هیچ گونه انعطافی ارائه نمی دهند
• آنها نیاز به روغن کاری دارند
• بارهای شوک می تواند به چرخ دنده ها آسیب برساند
• گرانتر از سایر درایوها (زنجیر، تسمه و غیره)
• چرخ دنده های مشبک به تراز دقیق نیاز دارند

پیچ های برق

پیچ‌های برقی که به عنوان پیچ‌های سرب (پیچ‌های سرب) یا پیچ‌های انتقالی نیز شناخته می‌شوند، پیچ‌هایی هستند که برق را انتقال یا دریافت می‌کنند. آنها با اتصال دهنده های پیچی که برای ایجاد اتصالات موقت در ماشین ها استفاده می شوند متفاوت هستند. پیچ برقی شامل یک پیچ و مهره است که برای انتقال نیرو به یکدیگر مشبک می شوند.

در برخی موارد، مهره ثابت است در حالی که پیچ برای انتقال نیرو حرکت می کند (جک پیچ و معاون). در موارد دیگر، مهره منبع تغذیه است و پیچ ثابت است (پیچ سرب تراش).

پیچ های برقی در حین کار تحت تأثیر نیروهای محوری، افقی و عمودی قابل توجهی قرار می گیرند. آنها باید دارای استحکام و سطح تحمل کافی برای مقاومت در برابر آنها باشند.

پیچ‌های سربی را می‌توان در جک‌های پیچ، ماشین‌های تراش، گیره‌ها، پرس‌های مکانیکی و غیره مشاهده کرد. آنها از همان اصل بست‌های پیچی برای تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی برای کاهش تلاش مورد نیاز برای انجام کار استفاده می‌کنند. هر چه گام پایین تر باشد، بلند کردن، جابجایی یا سفت کردن اشیا با پیچ های برقی آسان تر است. متداول ترین پروفیل رزوه برای پیچ های برقی، رزوه مربعی است و پس از آن رزوه های آکم و پایه قرار می گیرند.

مزایای

• پیچ های برقی ارزان و قابل اعتماد هستند زیرا فقط چند قطعه دارند
• برخی از پیچ های سربی خاصیت خود قفل شدن دارند
• نیاز به تعمیر و نگهداری کمی دارد
• قادر به بلند کردن بارهای سنگین
• عملکرد صاف و بی صدا
• پیچ‌های کم‌پیچ می‌توانند اندازه‌گیری‌های بسیار دقیقی را ارائه دهند، که در کاربردهای ماشین‌ابزار حیاتی هستند (یک میکرومتر بر اساس همان اصل کار می‌کند)

معایب

• نرخ سایش بالا در مقایسه با سایر روش های انتقال قدرت مکانیکی
• پیچ های برقی کارایی ضعیفی دارند
• برای انتقال قدرت مکانیکی با تقاضای گشتاور بسیار بالا مناسب نیست

انتخاب روش صحیح انتقال نیرو

انتخاب روش مناسب انتقال نیرو می تواند مشکل باشد. از داده های بالا، مشخص است که هر نوع مزایا و معایب خود را دارد. تفاوت ها ممکن است در برخی زمینه ها بسیار آشکار باشد، اما در برخی دیگر ظریف.

گاهی اوقات، زیرمجموعه های یک نوع خاص به بهبود عملکرد در برخی جنبه ها کمک می کنند. اما اگر مهندسان برعکس انتظارات خود از درایو کار کنند، گزینه های قابل اجرا را محدود می کند و حتی به انتخاب نهایی کمک می کند.

در این بخش، پنج عامل مهم انتقال نیرو را مشاهده خواهیم کرد که به شما در انتخاب روش صحیح برای برنامه خود کمک می کند:

• زاویه بین شفت ها
• فاصله بین محرک اصلی و بار
• گشتاور
• درجه حرارت
• نگرانی های تعمیر و نگهداری

زاویه بین شفت ها

شفت ها می توانند موازی، متقاطع، غیر موازی اما متقاطع یا غیر موازی غیر متقاطع باشند. برخی از انتقال قدرت مکانیکی نیاز دارند که هیچ حرکت نسبی بین شفت ها وجود نداشته باشد (مانند چرخ دنده، زنجیر و محرک تسمه). در مقابل، دیگران می توانند ناهماهنگی جزئی (مثلاً کوپلینگ های شفت انعطاف پذیر) را مدیریت کنند.

فاصله بین محرک اصلی و بار

فاصله بین منبع تغذیه و بار می تواند انتخاب را محدودتر کند. در مواردی که فاصله قابل توجهی بین شفت ها وجود دارد، می توان از محرک تسمه یا زنجیر درایو استفاده کرد. برای مسافت های کوتاه، کوپلینگ شفت و درایو دنده مناسب تر هستند.

گشتاور

برای کاربردهای گشتاور بالا، می توان از درایوهای زنجیره ای استفاده کرد زیرا ممکن است درایوهای تسمه لیز بخورند. از سوی دیگر، برای نیازهای گشتاور کم، درایوهای تسمه مسطح و پیچ های قدرت بهتر هستند.

درجه حرارت

موادی مانند لاستیک و ترکیبات مصنوعی با محیط های با دمای بالا سازگار نیستند. اگر از چنین موادی برای ساخت تسمه ها در تسمه ها استفاده شود، به زودی فرسوده می شوند.

جایگزین هایی مانند درایوهای زنجیر و چرخ دنده برای دماهای بالا مناسب تر هستند زیرا می توانند به سرعت با چنین محیط هایی سازگار شوند و به طور موثر کار کنند. چنین سیستم هایی می توانند با روش های خنک کننده روغن نیز کار کنند . از همان روغنی که موتور را خنک می کند می توان برای روغن کاری درایو استفاده کرد. از طرفی خنک کردن روغن با لاستیک امکان پذیر نیست زیرا باعث تخریب مواد می شود.

نگرانی های تعمیر و نگهداری

مسائل تعمیر و نگهداری مانند کشش، سرعت سایش، تراز و روانکاری می تواند به مهندس کمک کند تا روش انتقال نیروی مکانیکی مناسب برای کاربرد را تعیین کند.