همه چیز درباره دوچرخه ها و انواع مدل های موچود

توپی آزادگرد سه کار را انجام می‌دهد: انتقال نیروی محرک از طریق زنجیر به چرخ عقب در حالتی که بطور عادی رو به جلو پدال زده می‌شود؛ حرکت آزاد چرخ در حالتی که پدال متوقف است؛ ترمز کردن هنگامی که پدال رو به عقب حرکت داده می‌شود.

نحوه کارکرد دوچرخه ها

نحوه کارکرد دوچرخه ها

کارهای اول و دوّم از طریق تماس دادنِ یک سری غلتک محرک با استوانه در حال چرخش و قطع این تماس انجام می‌گیرد (شکل 1). این غلتک‌ها بطور منظم درون یک حلقه راهنما قرار گرفته‌اند. چرخ محرک به یک چرخ ضامن‌دارِ خاص ثابت شده است. طراحی چرخ ضامن‌دار به گونه‌ای است که وقتی پدال به جلو حرکت می‌کند ( شکل 1ـ الف)، لبه شیب‌دار آن بر روی غلتک‌ها فشار می‌آورد و آنها را بین خود و غلافِ توپی گیر می‌اندازد. به این ترتیب، نیرو از غلتک‌‌ها به غلاف منتقل می‌شود. این غلاف به چرخ عقب متصل است و با به حرکت درآمدنِ آن، دوچرخه نیز راه می‌افتد. در حالت خلاصی یا گردشِ آزادِ چرخ، چرخ ضامن‌دار ساکن می‌ماند، اما چرخ عقب به حرکت خود ادامه می‌دهد (شکل 1ـ ب). در این حالت، غلتک‌ها داخل تورفتگی‌های لبه چرخ ضامن‌دار قرار می‌گیرند و دیگر به غلاف توپی فشرده نمی‌شوند. بنابراین غلاف توپی می‌تواند بدون ارتباط با چرخ ضامن‌دار آزادانه به چرخش خود ادامه دهد. وقتی پدال دوچرخه برعکس حرکت داده می‌شود، ترمز به کار می‌افتد. مکانیسم ترمز به شکل زیر کار می‌کند: دو قطعه کم و بیش مخروطی به داخل یک استوانه شکاف‌دار (غلاف ترمز) می‌لغزند و آن را باز می‌کنند، طوری که از داخل به غلاف توپی چرخ فشار می‌آورد و حالت ترمز ایجاد می‌شود (شکل 2). حلقه راهنمای غلتک، در قسمت داخلْ دارای دو برجستگی شیب‌دار (ناخن) است (شکل 3) که هنگام برعکس پدال زدن، مخروط ترمز را نگه می‌دارند. به این ترتیب مخروط ترمز ساکن می‌ماند، به داخل غلاف ترمز می‌لغزد و در همان زمان، این غلاف را بر مخروط اهرم‌دار می‌فشارد. همین عمل است که انبساط غلاف ترمز را از هر دو سر سبب می‌شود. مخروط اهرم‌دار مجهز به اهرمی است که از بیرون دیده می‌شود و به بدنه دوچرخه وصل است و بنابراین نسبت به نیروی ترمز اعمال‌شده، عکس‌العمل نشان می‌دهد. برای این منظور باید از چرخش مخروط اهرم‌دار جلوگیری شود و به همین دلیل مخروط به دو سطح تخت مجهز است (شکل 5). بین هر یک از این سطوح و سطح شیاردارِ داخلیِ غلاف ترمز یک غلتک قرار دارد که یک فنر آن را در جای خود نگه می‌دارد. وقتی پدال به عقب حرکت داده می‌شود، یکی از دو سر این سطوح تخت غلتک را به داخل شیار می‌راند و در نتیجه مخروط از حرکت بازمی‌ایستد. پس از آن رانش اعمال‌شده از سوی ناخن‌های حلقه هادی غلتک، غلاف ترمز را بر روی مخروط اهرم‌دار فشار می‌دهد. در شکل 4، مقطع برش‌داده‌شده توپی نشان داده شده است.

دوچرخه دنده‌ای

دوچرخه دنده‌ای:‌ توپی دنده‌ متغیر

دو سیستم مختلف برای تغییر نسبت‌های دنده در یک دوچرخه وجود دارد: توپی دنده متغیر و سیستم چرخ‌دنده‌‌های خارج از خط یا هم‌محور.

توپی دنده متغیر، شامل یک مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای یا اپی‌سیکلیک (شکل 3) است. این مجموعه دارای یک چرخ‌دنده مرکزی به نام چرخ‌دنده خورشیدی است که سه چرخ‌دنده ‌دیگر به نام چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای آن را در بر گرفته‌اند. چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای با چرخ‌دنده خورشیدی و همچنین با دندانه‌های داخلی یک چرخ دندانه‌دار بیرونی یا محیطی درگیر هستند. طرز کار مجموعه در شکل‌های 1ـ‌ الف و 1ـ ب برای سیستمی که فقط یک چرخ‌دنده سیاره‌ای دارد، نشان داده شده است (چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای اضافی به هیچ وجه تغییری در اصول بوجود نمی‌آورند). اگر چرخ‌دنده خورشیدی ساکن بماند و خطی که مرکز این چرخ را به مرکز چرخ‌دنده سیاره‌ای وصل می‌کند ربع دایره بچرخد، چرخ‌دنده سیاره‌ای محیط چرخ‌دنده خورشیدی را (که با دندانه‌های آن درگیر است) خواهد پیمود و در همان حال چرخ بیرونی را به اندازه‌ مسافتی بیشتر از ربع دایره خواهد چرخاند (به این ترتیب نقطه A از چرخ بیرونی به نقطه ́A در شکل 1ـ ب می‌رسد). بنابراین چرخ بیرونی سریع‌تر از خط رابط می‌چرخد. برعکس، اگر چرخ بیرونی به چرخش درآید، خط رابط نسبت به آن تعداد دور کمتری خواهد چرخید. البته نسبت انتقال واقعی به ابعاد نسبی و تعداد دنده‌های تمام چرخ‌دنده‌های درگیر بستگی خواهد داشت. اگر چرخ‌دنده سیاره‌ای قفل شود، طوری که حول محور خودش چرخش نکند و چرخ‌دنده خورشیدی حول محورش به چرخش درآید، در این حالت سرعت خط رابط و چرخ بیرونی یکسان خواهد بود.

شکل 2 مقطع برش‌داده‌شده یک توپی دنده متغیرِ سه‌سرعته را نشان می‌دهد. این توپی دارای یک مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای برای دنده سنگین (بالارفتن از سربالایی) و مجموعه دیگری برای دنده سبک است. هر دوی این مجموعه چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای با یک چرخ دندانه‌دار بیرونی (دارای دندانه‌های داخلی) درگیر می‌شوند. تغییر دنده به کمک زنجیر کنترل دنده انجام می‌گیرد. این زنجیر از طریق سیمی که به اهرمِ نصب شده و به دسته دوچرخه متصل است به کار می‌افتد زنجیر مزبور چرخ‌دنده خورشیدی مجموعه چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای را در امتداد محور توپی حرکت می‌دهد. وقتی چرخ‌دنده خورشیدی (که دارای دندانه‌های داخلی نیز هست ــ شکل 3) بر روی دندانه‌های مربوطه محور ساکن توپی می‌لغزد و در نتیجه نسبت به چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای در حالت قفل و سکون قرار می‌گیرد، حالات عنوان‌شده در بالا (یعنی نسبت‌های افزاینده و کاهنده) به دست می‌آید. در دنده «معمولی»، دندانه‌های داخلی چرخ‌دنده خورشیدی از درگیری بیرون می‌آیند، طوری که چرخ می‌تواند آزادانه بر روی محور توپی چرخش کند. در این حال، دندانه‌های خارجی چرخ‌دنده خورشیدی (که با دندانه‌های چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای درگیر باقی می‌مانند) با دندانه‌های داخلی چرخ بیرونی که حامل سه چرخ‌دنده سیاره‌ای است، درگیر می‌شوند (نسبت انتقال ). چرخ‌دنده زنجیرخور که از طریق زنجیر و به وسیله پدال‌ها به حرکت درمی‌آید، به قفس چرخ‌دنده سیاره‌ای (عنصر محرک خارجی) یکی از مجموعه چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای ثابت‌شده است. وقتی مجموعه چرخ‌دنده نشان داده شده در سمت راست شکل 2 درگیر می‌شود، نیرو از قفس متحرک و از طریق چرخ محیطی سریع‌تر به مجموعه چرخ‌دنده سمت چپ (که حال قفل شده است) و در نتیجه، به قفس چرخ‌دنده سیاره‌ای (عنصر محرک داخلی) این مجموعه انتقال می‌یابد. عنصر محرک داخلی دارای یک رزوه حلزونی است که مخروط محرک بر روی آن حرکت می‌کند. وقتی این مخروط به سمت راست حرکت داده می‌شود، مخروطِ غلافِ محرک را نیز (که محیطِ بر آن است)با خود حرکت می‌دهد. مخروط غلاف محرک به توپی و در نتیجه به چرخ عقب دوچرخه اتصال دارد. مخروط محرک، در موقعیت دستِ چپ،‌ همانند یک ترمز عمل می‌کند (صفحه 460 را ببینید). این موقعیتِ‌ دنده سبک است. در دنده سنگین (برای بالارفتن از سربالایی)، مجموعه چرخ‌دنده‌های سمت چپ وارد عمل می‌شود و در عوض، مجموعه سمت راست به حالت قفل درمی‌آید. در دنده معمولی، هر دو مجموعه قفل می‌شوند و در نتیجه نیروی محرک مستقیماً‌ از چرخ زنجیرخور به چرخ عقب دوچرخه انتقال می‌یابد.

سیستم چرخ‌دنده‌های خارج از خط شامل اجزای زیر است: یک چرخ آزادگرد با دو یا چند چرخ زنجیرخور، مکانیسمی که زنجیر را از روی یک چرخ زنجیرخور به روی دیگری می‌راند، و یک چرخ‌دنده واسطه. کار چرخ‌دنده واسطه شُل یا سفت کردن زنجیر است. به این ترتیب می‌توان دنده مناسب را انتخاب کرد. گرچه انواع مختلفِ سیستم‌های چرخ‌دنده خارج از خط یا هم‌محور، همه بر یک اساس کار می‌کنند، اما مکانیسم‌هایی که سازندگان مختلف عرضه می‌دارند در جزئیات تفاوت‌هایی دارند. نمونه متداولی از سیستم خارج از خط در شکل 4 نشان داده شده است.