در این مقاله به برسی انواع چرخدنده ها و کاربرد آن ها در صنعت پرداخته ایم که میتوانید در ادامه این مطلب از سایت آقای مهندس مطالعه فرماید.
فرض کنید دو شافت در اختیار داریم و قصد داریم سرعت یکی از آنها را به دیگری منتقل کنیم.
در ابتدا باید محورها را بر روی پایه ای مناسب قرار دهیم به صورتیکه تنها در جای خودشان قابلیت چرخش را داشته باشند.
هر محور میبایست حداقل بر روی دو عدد یاتاقان قرار گیرد تا بتواند در جای مناسبش دوران نماید.
ایجاد ارتباط میان دو شفت و یا به حرکت درآوردن یک شفت توسط محور دیگر، توسط مکانیزم های مختلفی انجام میگیرد که یکی از آنها چرخدنده میباشد.
چرخدنده ها دایره هایی دندانه دار هستند که داخل آنها سوراخی به اندازه قطر شفت وجود دارد و چرخدنده بر روی آن محور سوار می شود.
در کل وظیفه چرخدنده ها ایجاد ارتباط بین میله های چرخنده میباشد.
نیرو قدرت و گشتاور ، همیشه از یک محور یا یک چرخدنده به محور یا چرخدنده دیگری انتقال پیدا می کند.
کاربرد چرخدنده ها
چرخدنده ها برای انتقال قدرت به صورت دورانی بین دو شفت، که درفاصله کمی ازهم قرار دارند و یا رفت و برگشتی استفاده میشوند.
این قطعات در دستگاه و ماشین ها کارهای مختلفی انجام می دهند که مهم ترین آن کاهش دنده در تجهیزات موتوری است.
کاربرد دیگر چرخدنده ها تنظیم کردن جهت چرخش است زیرا برای نمونه دیفرانسیل بین چرخ های عقب اتومبیل قدرت به وسیله میل محوری که به مرکز اتومبیل متصل است،
منتقل میشود و دیفرانسیل باید ۹۰ درجه نیرو را بچرخاند تا در چرخ ها به کار برد.
کارکرد انواع چرخدندهها، انتقال نیرو از سمت موتور به سمت تجهیزات حرکتی، تغییر مسیر نیرو یا کاهش سرعت موتور است.
چرخدنده ساده، مارپیچی، مارپیچی دوقلو، جناغی، مخروطی، حلزونی، هیپوئیدی، شانه‌ای و دنده‌های داخلی و خارجی انواع مهم این وسیله مکانیکی هستند.
چرخدنده دارای سه کارکرد اصلی است:
۱. افزایش گشتاور از موتور به تجهیزات حرکتی
۲. کاهش سرعت تولیدی موتور
۳. تغییر مسیر محور گردان
انواع چرخدنده ها
از آنجایی که محورها همیشه نسبت به یکدیگر موازی نیستند، چرخدنده های مختلفی در صنعت استفاده می شود
تا اگر محورها به یکدیگر عمود بودند و یا هر زاویه و حالتی نسبت به همدیگر داشته باشندبتوان ارتباط با نسبت انتقال دلخواه
بین آنها ایجاد نمود و اساس کار همه آنها ، مانند همان چرخدنده های ساده می باشد.
چرخدنده ها را میتوان برحسب شکل ظاهری، نوع کاربرد، روش ساخت و یا نحوه قرارگیری شفتی که روی آن قرار میگیرد طبقه بندی نمود.
اکثرا چرخدنده ها را برحسب شکل ظاهری طبقه بندی میکنند.
۱. چرخ دنده‌دار دنده ملخی (ساده)
چرخ‌های دندانه دار ملخی، نیرو را از طریق میله‌های موازی انتقال می‌دهند. دندانه‌های این چرخ‌ها با محورهای میله موازی هستند.
این امر موجب ایجاد بار‌های واکنش شعاعی روی میله میشود، اما بار‌های محوری را ایجاد نمی‌کند.
چرخدنده‌های ملخی نسبت به چرخ دنده‌های مارپیچ پرسر و صداتر هستند، زیرا تنها یک خط ارتباطی در بین دندانه‌های آنها وجود دارد.
در حالی که دندانه‌ها در حال چرخش به گرد شبکه هستند، تنها با یک داندانه ارتباط دارند و
از این طریق هم ارتباط با دندانه‌ی بعدی را تسهیل میکنند.
اما روش کار چرخدنده‌های حلزونی، که با بیش از یک دندانه در تماس هستند و گشتاور را با نرمی بیشتری انتقال می‌دهند، متفاوت است.
کارکرد: استفاده در ماشین لباسشویی، پیچ گوشتی الکتریکی، آب پاش، ساعت و …
۲. چرخدنده مارپیچی
برخلاف چرخدنده‌های ملخی که موازی اند، گوشه‌ای از دندانه‌های چرخدنده‌های مارپیچی به محور متمایل است.
بنابراین در عمل بیش از یک دندانه در تماس هستند که خود موجب میشود چرخدنده‌های مارپیچی ظرفیت انتقال بار بیشتری را نسبت به چرخ دنده‌های ملخی داشته باشند.
این استدلال، به دلیل بار اشتراکی بین دندانه ها، موجب میشود چرخدنده‌های مارپیچی عملکردی نرمتر و آرام‌تر نسبت به چرخدنده‌های ملخی داشته باشند.
چرخدنده‌های حلزونی در عمل بار محوری تولید میکنند که بایستی در حین استفاده مورد توجه قرار گیرد. اغلب چرخدنده‌های محصور از دندانه‌های حلزونی استفاده میکنند.
کارکرد: استفاده در جعبه دنده خودروها (گیربکس)، وسایل دارای بلبرینگ و … .
۳. چرخدنده مارپیچی دوقلو
چرخدنده‌های دوقلو نوعی چرخ دنده مارپیچی هستند که دو سر مارپیچی، که یک شکاف آنها را از هم جدا می‌کند،
در کنار هم قرار گرفته اند. هر سر دارای یک زاویه مارپیچ مشابه، ولی مخالف است.
بکارگیری یک جفت دنده مارپیچی بار‌های محوری را محدود کرده و حتی امکان اصطکاک بیشتر دندانه‌ها و عملکرد نرمتر را به وجود می‌آورد.
عموماً چرخدنده‌های دوقلو، مانند چرخدنده‌های مارپیچ، در چرخدنده‌های محصور استفاده میشوند.
کارکرد: انتقال نیرو
۴. چرخدنده جناغی
چرخدنده‌های عقربی (جناغی) بسیار شبیه چرخدنده‌های دوقلو هستند، اما هیچ شکاف جداکننده‌ای در بین دو سر این چرخدنده وجود ندارد.
چرخدنده‌های جناغی معمولاً کوچکتر از چرخ دنده‌های دوقلوی قابل مقایسه هستند و کاربردشان ایجاد شوک و ارتعاش بالا میباشد.
استفاده از چرخدنده‌های جناغی، به دلیل مشکلات تولید و گرانی قیمت، عمومیت فراوانی ندارد.
کارکرد: استفاده در جعبه دنده بسیاری از خودروها برای انتقال نیروی گشتاوری
۵. چرخدنده مخروطى
چرخدنده‌های مخروطى معمولاً برای انتقال نیرو بین محور‌هایی که در زاویه ۹۰ درجه منقطع شده اند، استفاده میشوند.
چرخدنده‌های مخروطى عموماً گران تر هستند، و با توجه به اندازه آنها، قادر به انتقال گشتاوری به میزان آرایش موازی محورها نیستند.
کارکرد: استفاده برای درب‌های اتوماتیک الکتریکی، چرخش پروانه‌های هلی‌کوپتر، مته‌های دستی
۶. چرخدنده حلزونی
چرخ دنده‌های حلزونی، نیرو را از طریق زاویه‌های قائم روی محورهای غیرمنقطع انتقال می‌دهند.
این چرخدندهها بار محوری را ایجاد کرده و عمکرد مناسبی برای عملیات‌های بار شوک دارند،
اما نسبت به دیگر چرخدنده ها، تأثیرگذاری اندکی ارائه میکنند. این چرخدنده بیشتر در عملیات‌های اسب بخار استفاده میشود.
کارکرد: دیفرانسیل کامیون‌ها و خودروهای سنگین، سیستم‌های نقاله الکتریکی، بالابرها
۷. چرخدنده هیپوئیدی
چرخ دنده‌های هیپوئیدی شباهت زیادی با چرخدنده‌های مخروطی دارند، اما روی محورهای غیر منقطع عمل میکنند.
محورها در آرایش هیپوئیدی توسط یاتاقان‌های موجود در هردو سوی محور پشتیبانی میشوند،
چون میله دندانه دار در سطح متفاوتی از دنده قرار داده شده است.
هیپوئید چرخدنده هایى براى انتقال حرکت و قدرت بین شفت‌ها یا محورهاى متنافر هستند.
کارکرد: دیفرانسیل خودروهای شهری و سبک
۸. میله دندانه دار (چرخ دنده شانه‌ای)
میله دندانه دار و چرخ دندانه‌دار کوچک در گونه‌های خطی شکل متفاوتی ظاهر میشود.
گونه‌های این دستگاه در مورد ملخک‌ها هستند.
هر میله دندانه دارشامل یک میله دارای دندانه است. این میله یک شعاع منحنی دارد و میشود آن را به عنوان بخش چرخدنده در نظر گرفت.
میله دندانه دار با چرخ دندانه دار کوچک ترکیب شده و یک نیروی خطی را شکل می‌دهد.
زمانیکه چرخ دندانه دار کوچک بچرخد، میله دندانه دار در یک خط مستقیم قرار میگیرد.
کارکرد: استفاده در فرمان خودروها و در ترازوها برای گردش صفحه مدرج
۹. چرخدنده‌های داخلی و خارجی (رینگی)
چرخدنده خارجی با دندانه‌های خارج از سطح سیلندر یا میله ایجاد میشود. دندانه‌های چرخدنده داخلی هم به همین شکل داخل سطح سیلندر قرار دارند.
چرخ دنده‌های داخلی قادر به اعمال فشار جهت برگشت مسیر نمیباشند. زاویه آنها بیش از ۹۰ درجه است.
کارکرد: سطوح داخلی سلیندر‌ها دارای چرخدنده داخلی و سطوح خارجی آنها از چرخدنده‌های خارجی استفاده می‌کند.
۱۰٫ چرخدنده سیاره‌ای
از کنار هم قرار گرفتن چرخدنده‌های رینگی، ساده و میله گرداننده چرخ دنده خورشیدی به وجود می‌آید.
سرعت و انتقال نیروی متفاوت در اجزای این نوع چرخدنده مزیت زیادی برای انتقال نیرو یا کاهش یک نیروی زیاد دارد.
کارکرد: استفاده در مداد تراش‌های دارای اهرم و دنده‌های دوچرخه‌های دنده‌ای
مزایای چرخدنده ها
⦁ انتقال نیروی بیشتر؛ در مقایسه با چرخ تسمه و چرخ زنجیر، در صورت استفاده از چرخدنده اتلاف نیرو کمتر می توان سرعت و قدرت بیشتری انتقال داد. و عمر مجموعه بیشتر خواهد بود.
⦁ شکستن نسبت ها
⦁ تبدیل حرکت دورانی به خطی و برعکس
⦁ انتقال نیرو در جهت های مختلف؛ از چرخدنده ها می توان برای انتقال نیرو در محورهای موازی ، متنافر و متقاطع تحت زوایای مختلف استفاده نمود.
معایب چرخدنده ها
⦁ ترک خوردن و پوسته پوسته شدن؛ این امر اغلب در چرخدنده های آبکاری شده بوجود می آید.
⦁ ساییدگی دندانه ها؛ در بیشتر مواردی که دو چرخدنده با هم درگیر می شوند، چرخدنده ای که قطرش کوچکتر است زودتر ساییده میشود به همین جهت چرخدنده کوچکتر باید سخت تر باشد.
⦁ داغ شدن و ایجاد حرارت بین دوچرخدنده؛ به علت رعایت نکردن لقی استاندارد بین دوچرخدنده و عدم روغن کاری مناسب ممکن است این اتفاق رخ دهد.
⦁ صداهای ناهنجار؛ در چرخدنده های ساده بیشتر و در چرخدنده های مارپیچ و جناغی صدای تولید شده کمتر است.
طراحی چرخدنده ها
برای طراحی یک چرخدنده عوامل زیر رادر نظر میگیریم؛
۱ – ارتفاع سردنده ۲ – ارتفاع ته دنده ۳- ضخامت دنده ۴- انحنای جانبی دنده
چرخدنده ها اکثرا با دو منحنی اینولوت یا سیکلوئید طراحی و ساخته میشوند.
برای ساخت چرخدنده های بزرگ و همچنین مواردی که انتقال قدرت زیاد مدنظر باشد از منحنی اینولوت استفاده میشود
وبرای ساخت چرخدنده های ظریف مانند چرخدنده های ساعت از منحنی سیکلوئید استفاده میشود.
