چرخ دنده ها
چرخ دنده‌ها قطعاتی هستند که برای انتقال یا تغییر جهت نیرو بین دو محور به کار می‌روند. روی محیط چرخدنده، دندانه‌هایی با فاصله مساوی ایجاد شده است. این دندانه‌ها پس از درگیر شدن با دندانه‌های چرخدنده مجاور، نیرو را بین یکدیگر منتقل میکنند. چرخ‌دنده‌ها (Gears) را می‌توان به صورت‌های مختلف دسته‌بندی کرد.
براساس شکل ظاهری، چرخ‌دنده‌ها به انواع گستران (Involute)، سیکلوئیدی (Cycloidal) و تروکوئیدی (Trochoidal) تقسیم می‌شوند. از نظر موقعیت محور (Shaft)، می‌توان آنها را در دسته‌های محور موازی، محور متقاطع، محور غیرموازی و محور غیرمتقاطع قرار داد. قدمت چرخدنده بسیار طولانی است. آن‌طور که در نوشته‌های ارشمیدس یافت شده است، استفاده از آن در یونان باستان به دوره پیش از میلاد مسیح برمی‌گردد.
انواع چرخدنده
برخی از انواع چرخدنده که کاربرد زیادی دارد عبارتند از ساده (Spur)، مارپیچ (Helical)، شانه‌ای (Rack and Pinion)، حلزونی (Worm) و مخروطی (Bevel). محاسبه درست نیروها در طراحی‌‌های مکانیکی، به شناخت دقیق هر یک از انواع چرخدنده بستگی دارد. حتی پس از انتخاب نوع چرخ دنده، عواملی مانند ابعاد (تعداد دندانه‌ها، زاویه مارپیچ و غیره)، استانداردهای دقت (DIN ،AGMA و ISO)، نیاز به ماشین‌کاری دندانه‌ها، گشتاور مجاز و راندمان نیز باید در نظر گرفته شوند. رایج‌ترین انواع چرخدنده در ادامه معرفی می‌شوند.
چرخدنده ساده
چرخدنده مارپیچ
چرخدنده مخروطی
چرخدنده حلزونی
چرخدنده شانه‌ای
چرخدنده ساده
چرخدنده ساده
چرخدنده ساده، یکی از پرکاربردترین انواع چرخدنده و از نوع استوانه‌ای به حساب می‌آید. دندانه‌های مستقیم دارد و روی محورهای موازی سوار می‌شود. در برخی طراحی‌ها، از تعداد زیادی از این چرخدنده برای کاهش توان استفاده می‌شود. هنگامی که دو چرخدنده ساده در کنار هم به کار رود، چرخ دنده کوچکتر که تعداد دندانه کمتری دارد، پینیون نامیده می‌شود.
چرخ دنده بزرگتر نیز که تعداد دندانه بیشتری دارد، چرخ دنده یا چرخ نامیده می‌شود. یکی از مشخصه‌های این نوع چرخ دنده، صدای زیاد آن است. به محض اینکه دو دندانه با یکدیگر درگیر شوند، با نیروی زیادی به هم ضربه می‌زنند. این ضربه، موجب تولید صدا و تمرکز تنش روی دندانه‌ها می‌شود. دندانه‌های این چرخ دنده، پروفایل گستران دارند و در هر لحظه فقط یکی از دندانه‌ها به طور کامل درگیر می‌شود.
در این گونه از چرخ‌دنده‌ها، هیچ نیرویی در جهت محور ایجاد نمی‌شود. چرخدنده ساده در کاربردهایی که نیاز به کاهش سرعت یا چند برابر کردن گشتاور باشد، بهترین گزینه است. به عنوان مثالی از این کاربردها می‌توان به آسیاب گلوله‌ای (Ball Mill) یا دستگاه خردکن سنگ آهن اشاره کرد.
چرخدنده مارپیچ
چرخدنده مارپیچ
یکی از موارد مصرف چرخدندههای مارپیچ، در محورهای موازی است. خطوط دندانه‌ها در این چرخدندههای استوانه‌ای، به صورت مارپیچ هستند. این نوع چرخدنده در مقایسه با نوع ساده، قادر به انتقال نیروی بیشتری است و صدای کمتری تولید می‌کند. کمتر بودن صدا به خصوص در سرعت‌های متوسط و بالا به چشم می‌آید. از طرف دیگر، همواره بیش از یک دندانه از هر چرخدنده درگیر است.
در نتیجه نیروی وارد به هر دندانه کمتر می‌شود تا ظرفیت این نوع چرخدنده بالاتر رود. به دلیل شکل مارپیچی دندانه‌ها، درگیر شدن چرخ‌دنده‌ها با تماس نقطه‌ای آغاز می‌شود و آرام آرام به تماس خطی می‌رسد. در نتیجه انتقال نیرو یکنواخت‌تر خواهد بود و ارتعاشات و سایش هم کمتر اتفاق می‌افتد. در شکل زیر یک نمونه چرخدنده مارپیچ نشان داده شده است.
ویژگی‌هایی که تا اینجا برای چرخ دنده‌مارپیچ برشمردیم، اشکالاتی هم ایجاد می‌کند. زاویه‌دار بودن دندانه‌ها باعث سُر خوردن محل تماس می‌شود. در نتیجه این سُر خوردن، نیروی محرک محوری و گرما ایجاد می‌شود و راندمان هم کاهش می‌یابد. به منظور کم کردن اثر نیروی محوری باید از یاتاقان استفاده کرد. یکی از روش‌های جلوگیری از ایجاد این نیروی محرک، استفاده از چرخدنده مارپیچ دوبل (Herringbone gear) است که در صنعت به عنوان چرخدنده جناغی هم شناخته می‌شود.
در این مدل، دو چرخدنده مارپیچ با جهت مخالف، در کنار هم قرار می‌گیرند تا نیروی محرک ایجاد شده در راستای محور، خنثی شود. در کاربردهایی که چرخدنده ساده برای آن مناسب باشد ولی محورها با یکدیگر موازی نباشند، انتخاب این چرخدنده مارپیچی در اولویت است.
چرخدنده مخروطی
چرخدنده مخروطی
این چرخ‌دنده‌ها ظاهری مخروط مانند دارند و برای محورهای متقاطع مناسب هستند. چرخدندههای مخروطی در جاهایی که زاویه بین دو محور متقاطع، ۹۰ درجه است، بیشترین کاربرد را دارند ولی در زاویه‌های دیگر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. دندانه‌های این چرخدنده می‌تواند مستقیم، مارپیچ یا هیپوئیدی باشد. نوع مستقیم آن، همان مشکلات چرخدنده ساده را دارد و دندانه‌ها به یکباره با هم درگیر می‌شوند.
در نتیجه تمرکز تنش روی دندانه‌ها بسیار بالا می‌رود. نوع مستقیم و مارپیچ، زمانی استفاده می‌شوند که دو محور عمود به هم و در یک صفحه باشند. در شرایطی که دو محور در دو صفحه جداگانه باشند، از نوع هیپوئیدی استفاده می‌شود. توجه کنید که در این حالت، دو محور هیچ نقطه تقاطعی نخواهند داشت و این حالتی استثنا برای تعریف این نوع چرخدنده ایجاد می‌کند.
یکی از کاربردهای چرخدنده مخروطی، در دیفرانسیل بسیاری از خودروهاست. در دیفرانسیل خودرو، چرخدنده حلقوی و چرخ دنده پینیون ورودی، هر دو از نوع هیپوئیدی هستند. این طراحی موجب می‌شود پینیون ورودی پایین‌تر از محور چرخدنده حلقوی نصب شود. همان‌طور که می‌بینید، محور محرک هم به پینیون ورودی متصل است. به این ترتیب، محور محرک وارد اتاقک اتومبیل نمی‌شود. در نتیجه فضای بیشتری به اتاقک اختصاص داده شده است.
چرخدنده حلزونی
چرخدنده حلزونی
هنگامی که نیاز به کاهش زیاد دنده باشد، از چرخدندههای حلزونی استفاده می‌شود. چرخدنده حلزونی برای نسبت‌های کاهش 20:1 تا 300:1 به کار می‌رود. این چرخ‌دنده‌ها در نتیجه کاهش سرعت، گشتاور را نیز به مقدار زیادی افزایش میدهند. باید دقت کرد که نصب این سیستم و روغن‌کاری آن به درستی و منظم انجام شود. در این حالت، چرخدنده حلزونی یکی از نرم‌ترین و کم‌صداترین انواع چرخدنده خواهد بود. در این مجموعه از یک حلزون (محور بالا) و چرخ حلزون (چرخ دنده پایین) استفاده می‌شود.
ویژگی مهم این چرخ‌دنده‌ها این است که انتقال نیرو فقط از حلزون به چرخ حلزون انجام می‌شود. معمولاً بیشتر طراحی‌ها طوری انجام می‌شود که چرخ حلزون قادر به چرخاندن حلزون نباشد. این ویژگی به عنوان ویژگی خودترمزی شناخته می‌شود. هرچه زاویه پیشروی در حلزون کمتر باشد، این خاصیت بیشتر می‌شود. در مقابل هرچه زاویه پیشروی بزرگتر باشد، خاصیت خودترمزی کمتر خواهد بود. شکل زیر، این زاویه را در حلزون نشان می‌دهد. از خاصیت خودترمزی می‌توان برای جلوگیری از حرکت برعکس استفاده کرد. به عنوان مثال در سیستم نوار نقاله برای ترمز یا توقف اضطراری، از این چرخ‌دنده‌ها استفاده می‌شود.
ترمز چرخدنده حلزونی
چرخدنده شانه‌ای
چرخدنده شانه‌ای به منظور تبدیل حرکت دایره‌ای به حرکت خطی یا برعکس به کار می‌رود. معمولاً این چرخ‌دنده‌ها به همراه یک چرخدنده ساده (پینیون) مورد استفاده قرار می‌گیرند. به همین دلیل به کل مجموعه، شانه و پینیون (Rack & Pinion) گفته می‌شود. دندانه‌های روی چرخدنده می‌تواند مستقیم یا مارپیچ باشد. یکی از کاربردهای این نوع چرخ‌دنده‌ها در ترازوهای عقربه‌ای است.
مطابق شکل زیر وقتی وزنه‌ای از این ترازوها آویزان شود، چرخدنده شانه‌ای در راستای طولی حرکت می‌کند. این حرکت طولی موجب حرکت دایره‌ای در پینیون و در نهایت حرکت عقربه می‌شود. از مزیت‌های این نوع چرخدنده می‌توان به تحمل بار زیاد و محدود نبودن حرکت طولی آن اشاره کرد. از سوی دیگر، بروز لقی (Backlash) یکی از معایب این سیستم به حساب می‌آید.
چرخدنده شانه‌ای
مثال دیگر چرخدنده شانه‌ای، فرمان اتومبیل است. با چرخیدن فرمان، پینیون متصل به آن شروع به چرخش می‌کند. در نتیجه این حرکت دایره‌ای، چرخدنده شانه‌ای در جهت طولی (چپ یا راست)، به حرکت درمی‌آید. نمونه‌ای از چرخدنده شانه‌ای در تصویر زیر نشان داده شده است.
امروزه مهندسی جهت ساخت و طراحی انواع چرخ دنده از نرم افزار های مهندسی همچون سالیدورک ، کتیا و …. استفاده میکنند.
برای تولید انواع چرخ دنده میتوانید به شرکت ایسامکو مراجعه فرمایید.
برای دسترسی به دیگر مقالات کلیک کنید
دیدگاهتان را بنویسید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.