چرخ ژنو (Geneva Drive)‌ – به زبان ساده

چرخ ژنو نوعی مکانیزم چرخ دنده‌ای به حساب می‌آید که حرکت چرخشی پیوسته را به حرکت چرخشی گسسته و متناوب تبدیل می‌کند. چرخ ژنو به نام‌های صلیب مالتی (Maltese cross) یا مکانیزم مالتی هم معروف است. در این مکانیزم معمولاً چرخ محرک (drive wheel) به یک عدد پین (pin) مجهز است که درون شیار چرخ متحرک (driven wheel) حرکت می‌کند و موجب ایجاد حرکت مقطعی می‌شود. تصویر متحرک زیر، شماتیک حرکت چرخ ژنو را نشان می‌دهد. دیسک مسدودکننده در چرخ اصلی وظیفه ایجاد توقف در حرکت چرخ متحرک را دارد.

عملکرد چرخ ژنو

نام چرخ ژنو برگرفته از کاربرد اولیه این مکانیزم در ساخت ساعت‌های مکانیکی است. زیرا تمام تلاش‌ها برای اختراع چنین مکانیزمی، از سوی ساعت‌سازان شهر ژنو انجام گرفت. در بیشتر انواع این مکانیزم‌، چرخ متحرک دارای چهار شیار است و بنابراین، در هر مرحله که چرخ اصلی یک دور کامل می‌زند، چرخ متحرک 90 درجه پیش می‌رود.

فیلم آموزش نرم افزار Adams Machinery برای مدلسازی سیستم های انتقال قدرت در فرادرس

کلیک کنید

به طور کلی، اگر چرخ متحرک دارای $$\large n$$ شیار باشد، مقدار پیش‌روی آن در هر مرحله برابر با ۳۶۰ تقسیم بر $$\large n$$ درجه خواهد بود. شکل زیر، یک مرحله از پیش‌روی چرخ متحرک را نشان می‌دهد.

چرخ ژنو داخلی را شکل زیر در نظر بگیرید. در حالت قبل که چرخ ژنو خارجی بود، چرخ محرک برای اینکه چرخ متحرک را یک گام به جلو ببرد، باید بیش از ۱۸۰ درجه بچرخد. ولی در مکانیزم داخلی، این زاویه همیشه کوچکتر از ۱۸۰ درجه است. مکانیزم خارجی کاربرد بیشتری دارد. زیرا می‌توان آن را به اندازه کوچکتر و برای تحمل تنش‌های مکانیکی بیشتری ساخت. محرک ژنو داخلی فقط می‌تواند در یک سمت، یاتاقان داشته باشد؛ که این موضوع نیز ضعف مکانیزم داخلی را نشان می‌دهد.

به دلیل اینکه چرخ متحرک همیشه تحت کنترل چرخ محرک است، احتمال وقوع ضربه (impact) بالاست. برای کم کردن این ضربه، می‌توان پین را طوری طراحی کرد که با کمترین سرعت ممکن با چرخ متحرک درگیر شود. هر دو نوع این مکانیزم را می‌توان برای کاربردهای سبک و سنگین به کار برد. شکل زیر، نوع دیگری از این مکانیزم را نشان می‌دهد. در این وضعیت، حرکت چرخشی در چرخ محرک به حرکت خطی در چرخ متحرک تبدیل می شود. به عنوان مثالی از کاربرد این مکانیزم می‌توان به بسته‌بندی و مونتاژ اشاره کرد.

کاربردهای چرخ ژنو

یکی دیگر از کاربردهای مهم چرخ ژنو در پروژکتورهای قدیمی فیلم و دوربین‌های فیلم‌برداری است. در این کاربرد، فیلم به صورت فریم به فریم جلو می‌رود. در حالی که هر فریم به اندازه مدت زمان مشخصی در مقابل لنز ثابت می‌ماند. سپس بلافاصه حرکت می‌کند و نوبت به فریم بعدی می‌رسد. این حرکت منقطع، به دلیل استفاده از چرخ ژنو امکان‌پذیر شده است.

فیلم آموزش چرخ دنده ها در طراحی اجزا ۲ - استراتژی حل مساله با حل نمونه سوال (رایگان) در فرادرس

کلیک کنید

اولین کاربردهای چرخ ژنو در پروژکتورهای فیلم به سال 1896، در اولین سال‌های سینما و توسط «اسکار مستر» (Oscar Messter)، مخترع آلمانی، برمی‌گردد. پروژکتورهای قبلی از مکانیزم‌های دیگری برای ایجاد حرکت منقطع استفاده می‌کردند. شماتیک این مکانیزم به شکل زیر است.

مکانیزم چرخ ژنو، کاربرد دیگری هم در ساعت‌های مکانیکی داشت؛ اما نه به عنوان چرخ محرک. بلکه هدف از آن، محدود کردن کشش فنر بود. به این ترتیب، فنر فقط در محدوده الاستیک و به صورت تقریباً خطی رفتار می‌کند. اگر یکی از شیارهای چرخ متحرک مسدود باشد، تعداد چرخش‌های چرخ محرک محدود می‌شود. در ساعت‌ها چرخ محرک، فنر را جمع می‌کند. در این حالت، چرخ ژنو با ۴ یا ۵ شیار و به همراه داشت یک شیار مسدود می‌تواند از جمع شدن کامل فنر جلوگیری کند. چنین مکانیزمی در ابتدا به عنوان توقفِ ژنو (Geneva stop) معرفی شد و مخترع آن هم ساعت‌سازان قرن هفدهم میلادی بودند. در واقع، این اولین و اصلی‌ترین کاربرد چرخ ژنو بود.

از کاربردهای دیگر این مکانیزم، می‌توان به تعویض قلم در دستگاه پلاتر، ماشین شمارش اسکناس، دستگاه‌های CNC و مکانیزم پُرکُن بطری در خطوط تولید اشاره کرد. در صورت علاقه‌مندی به مباحث مرتبط در زمینه مهندسی مکانیک، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

• مجموعه آموزش‌های دروس مهندسی مکانیک
• مجموعه آموزش‌های نرم‌افزارهای مهندسی مکانیک
• چرخ دنده – به زبان ساده
• بادامک – از صفر تا صد
• چرخ دنده ساده – از صفر تا صد
• نسبت چرخ دنده — به زبان ساده

^^