شکلات خوری مکانیکی چگونه کار می کند؟

[EN-EZEL 13039]

با ساختن قندان مکانیکی در کارگاه مکانیک شماره‌ی یک فن آموز دانستیم که بیشتر موتورها حرکت دورانی پیوسته دارند.همچنین آموختیم که مهندس ها چگونه حرکت دورانی را به حرکت خطی رفت و برگشتی تبدیل می کنند.

با ساختن شکلات خوری مکانیکی، یاد می‌ گیریم که چگونه حرکت پیوسته‌ ی دورانی را به حرکت مقطّع دورانی تبدیل کنیم.

علاوه بر این در این دستگاه یک بار دیگر با سازو کار تسمه و پولی برای کاستن دور موتور نیز بر می خورید که با آن آشنایی کامل دارید.

اگراز این شکلات خوری در پذیرایی از دوستانتان استفاده کنید، مهمانهای شما حتما درباره‌ ی طرز کار این دستگاه کنجکاوی خواهند کرد مطالب زیر به شما کمک خواهد کرد تا برای آنها توضیحات علمی و فنی کافی بدهید.

همانطور که قبلا ً گفتیم بيشتر ِموتورهايي که مي‌شناسيم، موتورهايي هستند که حرکت پيوسته توليد مي کنند؛ مثل موتور خودرو و موتور الکتريکي ضبط صوت و آسیاب آبی. آسياب آبي هم يک نوع موتور است، چون حرکت توليد ميکند. حرکت آسياب آبي هم يک حرکت پيوسته است. يعني از وقتي که حرکت، شروع ميشود تا وقتي که آب روي پره‌هاي آن بريزد پيوسته در حال حرکت خواهد بود و در ميان ِحرکتِ آن توقفي ايجاد نميشود.

[EN-EZEL 13039]

آسياب بادی يکي از قديم‌ترين موتورهاي شناخته شده است .هر دستگاهي كه بتواند توليد حركت كند را ميتوانيم يك موتور بناميم. موتورهاي امروزي بيشتر از انرژي الكتريكي و يا سوخت هايي مثل بنزين استفاده ميكنند.اما آسياب بادی از انرژي ذخيره شده هوای در حال حرکت استفاده ميكند. انسان با استفاده از آسياب آبي و آسياب بادي توانست كارهايي كه نمي‌توانست با دست انجام دهد را ، سريع‌تر و بهتر انجام دهد.در واقع موتور کارهایی را انجام می دهد که آدمی باید با صرف نیرو و وقت زیاد، خودش انجام دهد. مي‌گويند يکي از علل پيشرفت اروپاييان بعد از قرون وسطي، آشنا شدن آنها با آسياب آبي و آسياب بادي بوده است؛ چرا که بعد از آشنایی با این دو وسیله توانستند بسیاری از کارهایی که قادر به انجام آن نبودند را با سرعت بسیار بیشتری انجام دهند.

 

کشور هلند در شمال اروپا به داشتن آسیاب های قدیمی، مشهور است، اما آسیاب بادی هزار و دویست سال پیش از به وجود آمدن این کشور در گوشه‌ی دیگری از دنیا اختراع شده است.

به نظر نمي‌رسد بشود اسم مخترع و مبتکر آن را پيدا کرد. اما شايد شما بتوانيد با پرسيدن از بزرگتر‌هايتان و يا با مراجعه به کتاب هاي مرجع بفهميد که اولين آسياب بادی در کدام منطقه از جهان ساخته شده است.

اگر توانستيد بفهميد که اولين کساني که در دنيا از آسياب بادی براي توليد آرد و غلات استفاده کردند چه کساني بوده اند براي ما هم بنويسد. حتا ميتوانيد يک مقاله ي کوچولو در مورد آسیاب بادی، آسیاب آبی و دیگر موتور ها ی ابتدایی بنویسید و برای ما بفرستید. شاید مقاله‌ی شما آنقدر خوب بود که آن را چاپ کردیم.

يکي از دستگاه هاي مهمي که درآن از حرکت مقطّع استفاده مي شود، دستگاه نمايش فيلم در سينما است .

مي دانيد که براي نمايش فيلم تعداد زيادي عکس بايد پياپي از جلوي منبع نور رد شوند تا تصوير آنها به صورت متحرک بر روي پرده ي سينما به نمايش درآيد. اما اگر اين عکس ها پي در پي و بدون توقف از جلوي منبع نورِ پروژکتور رد شوند تصوير واضحي روي پرده ديده نخواهد شد.

هرعکس بايد مدت خيلي کوتاهي (حدود يک چهارم ثانيه) روبروي منبع نور بايستد و بعد، از مقابل آن عبور کند، تا عکس بعدي بيايد وجلوي منبع نور قراربگيرد و مثل عکس قبلي بعد از مدتي توقف رد شود: حرکت – توقف – حرکت – توقف . . . .

براي تبديل حرکت پيوسته ي موتور به حرکت مقطّع، مکانيسم هاي مختلفي وجود دارد. مهندسان و دانشمندان راههاي مختلفي براي تبديل حرکت پيوسته به حرکت مقطّع را اختراع و پيشنهاد کرده اند. يکي از قديم ترين اين مکانيسم ها به " چرخ ژنوا" مشهور است.

[EN-EZEL 13039]

تلاش برای طراحی سازوکار(مکانیزم) طراحی و سازوکار از مهمترين کارهايي است که در صنعت انجام می­گيرد. اين کار يعنی طراحی وسیله ای که حرکت مورد نظر ما را ايجاد کند. مثلاً، اکنون ما مي­خواهيم سازوکاری طراحی کنيم که برای ما يک حرکت دورانی مقطّع ايجاد کند.

در ابتدا دو چرخ دنده­ی شکل زير را در نظر بگيريد که باهم درگير هستند. فرض کنيد چرخ دنده­ی آبی رنگ به موتور متصل است و دَوَران آن باعث دَوَران چرخ دنده­ی قرمز رنگ شود. در اين صورت چرخ دنده­ی قرمز حرکت دَوَرانی پيوسته خواهد داشت.

چه راهی به نظر شما می­رسد تا بتوانيم برای چرخ دنده­ی قرمز حرکت مقطّع ايجاد کنيم ؟

راه ساده اين کار اين است که تعدادی از دنده­های چرخ دنده­ی آبی­رنگ را بتراشيم. در اين صورت چرخ دنده­ها مطابق شکل زير خواهند شد.

حال وقتی چرخ دنده­ی آبی می­چرخد اگر قسمت دنده­دار آن با چرخ دنده­ی قرمز درگير شود باعث چرخيدن اين چرخ دنده می­شود و وقتی نوبت به قسمت بدون دنده­­ی آن می­رسد ديگر چرخش چرخ دنده­ی آبی رنگ باعث چرخش چرخ دنده­ی قرمز رنگ نمی­شود.

به اين ترتیب می­توانيم يک حرکت مقطع برای چرخدنده­ی قرمز رنگ ايجاد کنيم. اما اين مکانيزم خالی از اشکال نيست. به نظر شما اشکال اين مکانيزم چيست ؟

هنگام شروع درگيری دوچرخ دنده، دنده­های آبی رنگ ضربه­ای به دنده­های قرمز رنگ می­زنند و چرخدنده­ی قرمز رنگ حرکت خود را ناگهانی و باشتاب زياد شروع می­کند.

حرکت ناگهانی – توقف – حرکت ناگهانی – توقف ...

اين ضربه­ها باعث فرسوده شدن سريع دنده­ها و در نتيجه کم شدن عمر دستگاه می­شوند و همچنين حرکت­های ناگهانی چرخ دنده قرمز مطلوب نيست.

برای حل اين مشکل بايد کاری کنيم تا دنده­های دو چرخ دنده به طور ناگهانی با هم برخورد نکنند و به هم ضربه نزنند بلکه خيلی آرام و به نرمی باهم درگير شوند. آيا برای حل اين مشکل راه­ حلی به نظرتان می­رسد ؟

طراحی سازوکار يعنی پيدا کردن پاسخی برای پرسشهایی نظیر این.

[EN-EZEL 13039]

مهندسان و دانشمندان راههای مختلفی برای حل اين مشکل و طراحی يک سازوکار مناسب پيشنهاد کرده­اند. يکی از قديم ­ترين اين سازوکارها به " چرخ ژنوا " مشهور است. می­گويند کسی که اين سازوکار را برای تبديل حرکت پيوسته به حرکت مقطع ابداع کرد يک ساعت ساز سوئيسی بود.

در مکانيزم چرخ ژنوا ديگر از چرخ دنده استفاده نمی­شود. بلکه از دو چرخ استفاده می­شود. به يکی از چرخها ميله­ای متصل است و چرخ دوم چند شيار دارد.

شکل­های روبرو چگونگی کار چرخ ژنوا را روشن می­کند. توجه کنيد که چرخ آبی رنگ به موتوری وصل است که حرکت پيوسته دارد. چرخ قرمز رنگ با حرکت ميله­ای که برروی چرخ آبی قراردارد به حرکت در می­آيد. بنابراين هر وقت که اين ميله درون يکی از شيارهای چرخ قرمز قرار گيرد آن را به حرکت درمی­آورد و هر وقت که خارج از آن باشد، از حرکت باز می­ايستد.

حرکت – توقف – حرکت – توقف ...

در سازوکار چرخ ژنوا ديگر مشکل برخورد و حرکت ناگهانی به وجود نمی­آيد، بلکه ميله­ی چرخ آبی به نرمی و مماس بر ديواره­های شيار چرخ قرمز وارد شيار می­شود. البته برای اينکه اين کار دقيق انجام شود به کمی محاسبه و طراحی مناسب نياز داريم.

در شروع درگيری ميله به ­طور مماس بر ديواره وارد شيار می­شود.

سازوکار چرخ ژنوا نيز محدوديت­هايي دارد. مثلاً فرض کنيد بخواهيم چرخ قرمز در شکل زير يک دورکامل بچرخد و بعد توقف کند و باز مجدداً يک دور کامل بچرخد. به نظر شما می­توان اين حرکت را به وسيله­ی يک چرخ ژنوا ايجاد کرد ؟

سازوکار چرخ ژنوا نيز محدوديت­هايي دارد. مثلاً فرض کنيد بخواهيم چرخ قرمز در شکل زير يک دورکامل بچرخد و بعد توقف کند و باز مجدداً يک دور کامل بچرخد. به نظر شما می­توان اين حرکت را به وسيله­ی يک چرخ ژنوا ايجاد کرد ؟

در حقيقت سازوکار ِ" چرخ ژنوا " تنها يکی از مکانيزم­های موجود برای ايجاد حرکتهای دورانی مقطّع است. خود مکانيزم چرخ ژنوا نيز انواع مختلفی دارد. مهندسان برای رفع محدوديت­های چرخ ژنوا، سازوکار­های متعددی برای ايجاد اين نوع حرکت ابداع کرده­اند.

[EN-EZEL 13039]

يکي ديگر از جاهايي که در آن از چرخ ژنوا براي ايجاد حرکت مقطّع استفاده مي­شود، کارخانه هاي نوشابه سازي يا توليد شير است، در اين کارخانه ها هم لازم است که حرکت موتورهاي الکتريکي به حرکت مقطّع تبديل شود. هر بطري خالي نوشابه يا شير مدتي توقف ميکند تا پر شود. وقتي پر شد حرکت مي کند و جاي خود را به بطري خالي بعدي مي دهد تا بيايد و توقف کند و پرشود.

آيا شما دستگاه ديگري مي­شناسيد که در آن لازم باشد از حرکت مقطّع استفاده شود؟

شيريني خوري يا شكلات خوري مكانيكي هم دستگاهي است كه بر مبناي چگونگي كاركرد چرخ ژنوا طراحي شده است. با اين دستگاه مي توانيد به هر يك از ميهمانانتان يك شيريني تعارف كنيد، البته به طرز مكانيكي. در اين شيريني خوري هر با ر كه كليد را فشار دهيد، كفِ سيني به اندازه ي يك هشتم ِ دايره ميچرخد و سپس متوقف می­شود. به این ترتیب، يك شکلات تازه را در دسترس ميهمانتان قرار خواهد داد.

رخ ژنوا فقط يکي از سازو کار هایی است که براي تبديل حرکت پيوسته به حرکت مقطّع، به کار ميرود. شايد شما هم بتوانيد با کمي فکر کردن مکانيسم ديگري براي تبديل حرکت پيوسته به حرکت مقطّع پيشنهاد کنيد.

معما

وسایلی که می توانید برای آن در حل این معما استفاده کنید عبارتند از

 

• یک دستگاه شکلات خوری مکانیکی فن آموز
  
• یک ساعت
  

همانطور که می بینید به محور موتور شکلات خوری شما یک قرقره­ی دو شیاره وصل است. قطر شیار بالایی کم تر از قطر شیار پایینی است. فرض کنیم که قطر شیار بالایی 5/2 میلیمتر است. آیا می توانید بدون استفاده از خط کش و یا دیگر وسایل اندازه گیری طول و فقط با استفاده از یک ساعت قطر شیار پایینی را به دست آورید؟

خوب فکر کنید و عددی را که به دست آورده اید همین جا یادداشت کنید. ...

در پایان این برگه­ها راه حل ما را هم بخوانید. شاید روش شما از روش ما بهتر باشد. اما عددی را که به دست آورده اید باید نزدیک به عدد ما باشد.

حالا که با طرز کار شکلات خوری مکانیکی آشنا شدید خوب است با شوکلات خوری الکتریکی هم آشنا شوید. ساختن و طرز کار این دستگاه ِ تکان دهنده را می توانید در کارگاه الکترونیک شماره­ی 3 فن آموز یاد بگیرید.

پاسخ معما

این معما در واقع بهانه ای است تا یک بار دیگر سازو کار "تسمه و قرقره" را برای کاهش دور موتور بررسی کنیم.

اگر فراموش کرده­اید یک بار دیگر به راهنمای مکانیک شماره­ی یک فن آموز مراجعه کنید.

برای حل معما به ترتیب زیر عمل کنید:

 

• درپوش شکلات خوری مکانیکی را بردارید
  
• سینی را نیز از دستگاه جدا کنید.
  
• تسمه­ی لاستیکی را روی شیار بالایی قرقره­ی کوچک بیندازید.
  
• کلید فشاری را فشار دهید و دستتان را از روی آن برندارید.
  
• تعداد دورهای قرقره­ی بزرگ را در یک دقیقه بشمارید.
  
• حالا تسمه را در شیار پایینی قرقره­ی کوچک قرار دهید.
  
• کلید فشاری را فشار دهید و تعداد دورهای قرقره­ی بزرگ را در یک دقیقه بشمارید.
  

حاصل آزمایش ما به قرار زیر است:

تعداد دور ها با به کارگیری شیار بالایی: 48

تعداد دور ها با به کارگیری شیارپایینی: 76

ممکن است باتری شکلات خوری شما قوی تر یا ضعیف تر باشد و در این مرحله عددهای دیگری به دست آورید.

تناسب زیر می­تواند قطر شیار پایینی را به ما نشان بدهد.

به این ترتیب عدد 4 میلیمتر برای قطر پایینی قرقره­ی کوچک به دست می­آید. عددی که شما به دست می­آورید باید نزدیک به این عدد باشد.

[M!Zare 48037]

ممنون.خیلی به زبان ساده توضیح داده بود.اگر سری دیگه این مقاله رو هم دارید قرار بدید

[baybak 4434]

حالا یه عکس هم میزاشتی جای دوری نمی رفت