مشخصات فنی و کاربردهای اهرم
انواع اهرم و اصول کارکرد
اهرمها بر اساس موقعیت نسبی تکیهگاه، نیروی محرک (اعمال شده) و نیروی مقاوم (بار)، به سه کلاس اصلی تقسیم میشوند که هر یک مزایای مکانیکی و کاربردهای خاص خود را دارند.
اهرم کلاس اول
در اهرمهای کلاس اول، تکیهگاه بین نیروی محرک و نیروی مقاوم قرار میگیرد. این نوع اهرم میتواند هم مزیت مکانیکی را افزایش دهد و هم جهت نیرو را تغییر دهد. مثالهای رایج شامل دیلم، الاکلنگ و قیچی است. مزیت مکانیکی در این کلاس میتواند بزرگتر، کوچکتر یا برابر با یک باشد که به نسبت طول بازوهای اهرم بستگی دارد. طول بازوی محرک بلندتر از بازوی مقاوم به معنای مزیت مکانیکی بیشتر و نیاز به نیروی کمتر برای غلبه بر بار است.
اهرم کلاس دوم
در اهرمهای کلاس دوم، نیروی مقاوم (بار) بین تکیهگاه و نیروی محرک قرار میگیرد. این اهرمها همواره مزیت مکانیکی بزرگتر از یک ایجاد میکنند، به این معنی که نیروی کمتری برای جابجایی بار سنگینتر نیاز است. جهت نیرو در این نوع اهرم تغییر نمیکند. فرغون، دربازکن بطری و گاری دستی از جمله نمونههای اهرم کلاس دوم هستند. در این حالت، بار نزدیکتر به تکیهگاه قرار دارد و بازوی مقاوم کوتاهتر از بازوی محرک است.
اهرم کلاس سوم
در اهرمهای کلاس سوم، نیروی محرک (اعمال شده) بین تکیهگاه و نیروی مقاوم (بار) قرار میگیرد. این اهرمها همواره مزیت مکانیکی کمتر از یک دارند، به این معنی که برای جابجایی بار نیاز به اعمال نیروی بیشتری است. با این حال، مزیت این اهرمها در افزایش دامنه حرکت و سرعت بار است. انبر، موچین، بازوی انسان (هنگام بلند کردن وزنه) و میله ماهیگیری از مثالهای اهرم کلاس سوم هستند. در این حالت، بازوی محرک کوتاهتر از بازوی مقاوم است.
متریال و طراحی اهرم
انتخاب متریال مناسب برای ساخت اهرم حیاتی است و به عواملی نظیر استحکام مورد نیاز، محیط کار، وزن و هزینه بستگی دارد. فولادهای آلیاژی با استحکام بالا، مانند فولاد کربن یا فولادهای ابزار، اغلب برای اهرمهایی که تحت بارهای سنگین قرار میگیرند، استفاده میشوند. آلومینیوم و آلیاژهای آن به دلیل وزن کم و مقاومت خوب در برابر خوردگی، در کاربردهایی که کاهش وزن اهمیت دارد، ترجیح داده میشوند. کامپوزیتها نیز به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا و قابلیت طراحی خاص، در صنایع پیشرفته کاربرد پیدا کردهاند.
طراحی هندسی اهرم نیز نقش مهمی در عملکرد آن دارد. طول و قطر مقطع اهرم باید متناسب با حداکثر بار مورد انتظار و میزان خمش مجاز انتخاب شود. شکل مقطع (دایرهای، مربعی، مستطیلی یا I-شکل) نیز بر مقاومت اهرم در برابر خمش و پیچش تأثیر میگذارد. نقاط اتصال اهرم به تکیهگاه و نقاط اعمال نیرو باید به گونهای طراحی شوند که تمرکز تنش را به حداقل برسانند و از شکست زودهنگام جلوگیری کنند. استفاده از بوشینگها یا بلبرینگها در تکیهگاه میتواند اصطکاک را کاهش داده و عمر مفید اهرم را افزایش دهد.
همچنین، پوششهای سطحی مانند گالوانیزه کردن، رنگآمیزی پودری یا کرومکاری میتوانند مقاومت اهرم را در برابر خوردگی و سایش در محیطهای خاص افزایش دهند. در کاربردهای دقیق، تلرانسهای ساخت و دقت ابعادی اهرم از اهمیت ویژهای برخوردار است تا از عملکرد صحیح مکانیزم اطمینان حاصل شود.