در این نوشته یک مطلب آموزشی که مورد نیاز مهندسان مکانیک قرار می گیرد با موضوع اندازه گیری گشتاور و توان مکانیکی را ارائه می کنیم. اغلب مواقع، مفهوم گشتاور حتی توسط مهندسین مجرب نیز باعث ایجاد اشـتباه مـی شـود. عبـاراتی همچـون «گشتاور عبارت است از مقدار پیچش محور» و یا اینکه «گشـتاور عبـارت از مقـدار عـاملی اسـت کـه باعـث چرخیدن جسم حول محوری می شود» زیاد به کار برده میشود. بنابراین واضـح اسـت کـه ابتـدا بایـد تعریـف روشنی از گشتاور داشته باشیم و بعد از آن به جنبه های مختلف اندازه گیری آن بپردازیم.
اهمیت اندازه گیری گشتاور
گشتاور را می توان به عنوان مقدار تمایل و توانایی نیرو برای چرخاندن جسمی که تحت اثر آن نیـرو قـرار دارد حول یک محور تعریف کرد. مشاهدات روزانه شخصی ما را به این نکته رهنمون می کند که مقدار اثر چرخشی نیرو با افزایش فاصله عمودی نقطه اثر نیرو از محور افزایش میابد. بـه عنـوان مثـال، در موقـع بـازکردن در ورودی، ما سعی میکنیم تا حد ممکن به دستگیره و لبه در که فاصله بیشتری تا لولاهـا دارد، نیـرو واردکنـیم، ضمن اینکه سعی می کنیم جهت گشودن و یا هل دادن در، عمود بر سطح در باشد تا نتیجه بهتـری بـه دسـت آید.
مقدار بزرگی اندازه گشتاوری که بر یک صفحه عمود بر محور وارد می شود عبارت است از حاصل ضـرب نیـرو (یـا مؤلفه های از نیرو که در صفحه عمود بر محور چرخش قرار دارد) در فاصله عمودی از محور تا خط اعمال نیـرو. این مفهوم در شکل ٧-١ نشانداده شده است. واحدهای کمیت گشتاور در دستگاه SI نیوتن متر N-m است.
همچنین ببینید: طراحی پارامتریک در مهندسی مکانیک
تعریف بالا هم برای مسائل ایستا (که به عنوان مثال در آن یک عضو سازه ای تحـت تـأثیر یـک ممـان قـرار می گیرد) و هم برای حالت کلی تر (در مهندسی) در مورد شافت های در حال چرخش تحت پیچش مورد اسـتفاده قرار می گیرد. برای یک مهندس، دانستن گشتاور وارد بر یک محور در حال چرخش بسـیار مهـم اسـت، چـون گشتاور باعث ایجاد کرنش میشود و کرنش (یا لااقل کرنشی که محور میتواند بدون هیچ گونه خطری تحمل کند) در تعیین اینکه محور چه مقدار توان را میتواند انتقال دهد عاملی تعیین کننده است.
روش های مکانیکی اندازه گیری گشتاور
یکی از قدیمی ترین و در عین حال مفید ترین روش های اندازه گیری گشتاور در یک محـور چرخـان، اسـتفاده از ابزاری به نام دینامومتر جذبی است. در این نوع ابزار، کل توان تولید شده توسـط اصـطکاک در یـک ترمـز جذب میشود. یک ترمز طنابی یا تسمه مانند دور یک فلایویل پیچیده شده و اغلب اوقـات توسـط آب خنـک می شود.
طناب فوق یک دور دور فلایویل پیچیده شده و به جرم M در پایین متصل گردیده اسـت. انتهای دیگر طناب به یک ترازوی فنری وصل شده است که مقدار کشش را در طناب T اندازه مـی گیـرد.
این ترتیب اندازه گیری دارای خطراتی است، به طوری که ممکن است ترمز گیر کند و وزنه را به بالای فلایویـل پرتاب کند. به منظور اجتناب از چنین پیش آمدی از یک طناب یا زنجیر قوی استفاده می شود که باعث می شود وزنه بیشتر از چند سانتی متر بالاتر نیاید. گونه کامل تر و پیچیده تر دینامومتر جذبی که غالباً بـرای اندازه گیری استفاده می شود، نوع هیدرولیکی است که ابتدا توسط فـراود – Froude.W – اختـراع شـده اسـت. در دینامومتر فراود انرژی حاصل از محور چرخان تبدیل به انرژی جنبشی در آب مـی شـود و سـپس انرژی فوق مستهلک می شود.
اندازه گیری گشتاور با دینامومتر فراود
گشتاور لازم برای مهار کردن ابزار معمولاً توسط یک ترازوی فنری اندازه گیری می شود. امتیاز دینامومتر فـراود این است که بر خلاف آنچه در مورد ترمز طنابی گفته شد، امکان بریده شدن و پارگی در آن وجود نـدارد. امـا، دینامومترهای فراود نسبت به دینامومترهای جذبی گرانتر هستند.
بسیار جالب توجه است به طور اجمالی بدانیم که فلایویل سیال خودرو تقریباً نوع بهبود یافتـه ای از دینـامومتر فراود است. یک روش کاملاً مکانیکی اندازه گیری گشتاور بر اساس نیروی مورد نیاز برای مهار کـردن جعبـه دنـده اسـتوار است.
هر جعبـه دنـدهای کـه سـرعت چرخشی یک محور را تغییر میدهد به نسبت معکوس گشتاور را نیز تغییر می دهد (با فرض اینکه از اصـطکاک صرف نظر شود). نسبت گشتاور ورودی T-in به گشتاور خروجی T-out عبارت اسـت از نسـبت معکـوس سـرعت های آن ها و اختلاف بین گشتاورهای ورودی و خروجی عبارت است از گشتاور مورد نیاز مهار کردن جعبه دنده.
همچنین مطالعه کنید: معرفی شش نوع مختلف از ربات های ایستا
دانلود این فایل آموزشی
سایر موارد پوشش داده شده در این جزوه آموزشی عبارتند از:
ترانسدیوسر های گشتاور از نوع کرنش سنج
میله های پیچش
روش های مغناطیسی غیر تماسی
در ادامه با مراجعه به بخش دانلود می توانید این فایل آموزشی که با فرمت PDF و در 13 صفحه آماده شده است را دانلود فرمایید.
هیچ دیدگاهی نوشته نشده است.