چرخ دنده چیست؟ | معرفی کامل انواع و کاربرد چرخدنده ها
چرخ دنده ها قطعات چرخشی هستند که با دندانه های موجود بر روی خودشان، برای انتقال گشتاور به دندانه های چرخ دنده دیگر متصل می شوند. چرخ دنده ها معمولا برای انتقال یا تغییر جهت بین دو محور به کار می روند.
اما راندمان چرخ دنده ها به همین جا ختم نمی شود.
آشنایی با چرخ دنده ها
چرخ دنده‌ها ابزاری برای تغییر جهت دوران، دور و گشتاور در حین انتقال نیرو هستند. انتقال قدرت چرخ دنده ها می تواند در قالب تغییر نیرو بین دو محور یا شافت صورت بگیرد.
همانطور که در تصویر مشاهده می کنید، دندانه هایی با فاصله یکسان روی چرخ دنده ها وجود دارند که با چرخش خود، چرخ دنده مجاور را نیز به حرکت در می آورند. در واقع نیرو بین دو چرخ دنده انتقال می یابد و در نهایت گردش اتفاق می افتد.
لازم به ذکر است که روابط چرخ دنده ها با توجه به موقعیت شافت ها، بر اساس چرخ دنده های شافت موازی، چرخ دنده های محور متقاطع و چرخ دنده های محور غیر موازی و غیر متقاطع دسته بندی می شوند؛ که این موضوع باعث می شود به راحتی بتوانید سرعت شافت را کاهش و سرعت گشتاور چرخ دنده ها را افزایش دهید.
به طور کلی چرخ دنده ها با توجه به کارکرد آنها انواع متفاوتی دارند که در ادامه قصد داریم درباره انواع چرخ دنده ها و کارکرد آنها بیشتر بدانیم.
نکته مهم در چرخ دنده‌ها، اتصال تماسی است. همانطور که در مقاله زنجیر صنعتی چیست اشاره شده است، در چرخ دنده ها مثل چرخ زنجیرها نیازی به استفاده از زنجیر نیست و از این جهت، شکل و شمایل دندانه‌های چرخدنده در نحوه و مقدار انتقال نیرو تاثیر بسزایی دارد.
انواع چرخ دنده و ساختار آنها
چرخ دنده ها با توجه به تنوع بالایی که دارند، با یکدیگر متفاوت است. این تنوع تا حدودی یه کارایی متنوع آنها به باز می گردد؛ زیرا استفاده از چرخ دنده ها، از صدها سال پیش در یونان باستان آغاز شده است. همچنین داشتن درکی درست در رابطه با تفاوت های بین هر یک و در راستای استفاده درست از آنها ضروری است.
در ادامه به آموزش چرخ دنده ها و بررسی برخی از انواع آنها می پردازیم.
چرخ دنده های ساده
چرخ دنده های ساده از رایج ترین، محبوب ترین و پر کاربردترین نوع چرخ دنده هستند. این چرخ دنده ها از لحاظ ظاهری، طراحی ساده ای دارند و داشتن دندانه های موازی و یکسان از ویژگی های بارز چرخ دنده های ساده است. از این چرخ دنده معمولا برای کاهش توان استفاده می شود که در انواع گیربکس صنعتی بسیار پر کاربرد است.
در مواقعی که دو چرخ دنده ساده (چرخ دنده کوچک و چرخ دنده بزرگ) در مجاورت یکدیگر قرار می گیرند، چرخ دنده کوچک که دارای تعداد دندانه های کمتر است، پینیون نامیده می شود و چرخ دنده بزرگ که تعداد دندانه های بیشتری دارد، چرخ یا همان چرخ دنده نامیده می شود.
چرخ دنده های بزرگ دارای ویژگی هایی هستند که آنها را از چرخ دنده کوچک متمایز کرده است. یکی از این ویژگی ها صدای بلندی است که چرخ دنده های بزرگ نسبت به چرخ دنده های کوچک دارند؛ این صدای بلند حاصل برخورد دندانه های دو چرخ دنده است.
ضربه ای که با برخورد این دو به یکدیگر وارد می شود نه تنها باعث تولید این صدا می شود، بلکه تمرکز تنش روی دندانه ها را نیز به همراه خواهد داشت.
چرخ دنده های ساده قابلیت های زیادی دارند اما به طور کلی در موقعیت هایی که نیاز به کاهش سرعت و افزایش گشتاور باشد، نقش پر رنگی دارند. از دیگر وظایف چرخ دنده ساده، کنترل سیستم های موقعیت یاب است. این دسته از چرخ دنده ها با سرعت کمی که حاصل می شوند، تحمل بیشتری در مقابل نویز های بالا خواهد داشت.
چرخ دنده های شانه ای
همانطور که از نام این چرخ دنده پیدا است، مکانیزم آن به گونه ای است که از یک میله دندانه دار تشکیل شده است و این دنده ها می توانند به صورت مستقیم و یا مارپیچ باشند. طراحی چرخ دنده های شانه ای منجر به تبدیل نیروی دورانی به نیروی خطی و یا بالعکس می شود؛ این نیرو کاربردهای زیادی دارد که چرخش فرمان خودرو و ترازوهای عقربه ای از رایج ترین آنها است.
این دسته از چرخ دنده ها تحمل بار زیادی دارند و همچنین محدود به حرکت طولی نیستند. در مقابل این دو مزیت، عیبی که دارند، امکان لقی چرخ دنده ها است که نسبت به سایر چرخ دنده ها بیشتر است.
چرخ دنده های خورشیدی یا سیاره ای
چرخ دنده های سیاره ای که به آن چرخ دنده خورشیدی نیز گفته می شود، از پر فروش ترین نوع چرخ دنده ها هستند. از آنجایی که چرخ دنده های سیاره ای بسیار مقاوم هستند، در مصارف صنعتی کاربرد زیادی دارند. این دسته از چرخ دنده ها به دلیل دارا بودن ویژگی تطبیق پذیری، نسبت های متنوعی دارند و طراحی منحصر به فرد آن باعث شده تا از آنها در انواع وسایل ساده و پیچیده، از دوچرخه تا ماشین های صنعتی استفاده شود.
همچنین لازم است بدانید که به دلیل تعداد چرخ دنده های موجود در چرخ دنده خورشیدی، از این قطعه برای به حرکت در آوردن سطوح ناهموار نیز استفاده می کنند که در گیربکس خورشیدی شاهد عملکرد و راندمان آن هستیم.
چرخ دنده های حلزونی
وظیفه اصلی چرخ دنده های حلزونی انتقال نیرو از زاویه 90 درجه ماردون به خود چرخ دنده است. به طور معمول، چرخ دنده های حلزونی صنعتی با نسبت تبدیل 1 به 7.5 تا 1 به 100 و برای مصارف خاص دیگر با نسبت 1 به 20 تا 1 به 300 در بازار عرضه می گردند. این یعنی چرخ دنده های حلزونی در مواقعی استفاده می شوند که هدف مصرف کننده تغییر زیاد در سرعت و گشتاور باشد.
چرخ دنده های حلزونی در هر قطعه ای که استفاده شوند، قابلیت خود قفل شوندگی را منجر می شوند. استفاده از آنها در برخی قطعات مانند گیربکس حلزونی بسیار پر کاربرد است و این ویژگی باعث شده تا در بسیاری از قطعات دیگر (به خصوص در مصارف صنعتی) مورد استفاده قرار گیرد. در صورتی که با اجزای گیربکس حلزونی آشنایی داشته باشید، میدانید که این قطعه از مهم ترین قطعاتی هستند که در راندمان گیربکس حلزونی تاثیر زیادی دارند.
اگرچه ممکن است راندمان چرخ دنده ها کم باشد اما صدای کمی تولید می کنند و تمام این ویژگی ها باعث شده تا کاربرد زیادی در برخی ماشین ها مانند نوار نقاله داشته باشد.
چرخ دنده های مارپیچ
چرخ دنده های مارپیچ تنوع زیادی دارند و به همین ترتیب به چند دسته متفاوت تقسیم می شوند:
- چرخ دنده هلیکال (Helical)
- چرخ دنده بول هلیکال (Bevel Helical)
- چرخ دنده بول (Bevel)
- چرخ دنده کرانویل پینیون (Crown wheel pinion)
چرخ دنده هلیکال (Helical)
چرخ دنده هلیکال یکی دیگر از انواع چرخ دنده ها است که در مقابل چرخ دنده های ساده نسبت تبدیل بیشتری دارد. با وجود شیارهای اریب روی این چرخ دنده ها، نیروی زیادی با لرزش کم انتقال می یابد که این یکی از ویژگی های بارز چرخ دنده های هلیکال است. نمونه بارز این ویژگی در گیربکس هلیکال قابل مشاهده است.
لازم به ذکر است که این چرخ دنده ها صدای کمی در سرعت های متوسط تا زیاد دارند و همچنین بار کمتری روی هر دندانه وارد می شود؛ بنابراین انتقال نیرو نرم تر انجام می شود.
چرخ دنده بول هلیکال و کرانویل پینیون (Bevel)
گرچه چرخ دنده‌های ساده بسیار رایج و شناخته شده هستند؛ ولی چرخ دنده‌هایی نیز وجود دارند که با شمایل خاص خودشان، نقش کلیدی در صنعت برعهده دارند.
یکی از پرکاربردترین این چرخ دنده‌ها کرانویل نام دارد که عضو اصلی در گیربکس‌های کرانویل به شمار می‌رود.
شکل دندانه باعث افزایش سطح تماس می‌شود. طبق قانون پاسکال، افزایش سطح تماس هنگام انتقال نیرو موجب کاهش فشار می‌شود. بنابراین گیربکس کرانویل با دندانه‌های عریض‌تر، سروصدا و اصطکاک کمتر و راندمان بالاتری را در اختیار مهندسان قرار می‌دهد.
با همه این اوصاف چرخ‌دنده‌های کرانویل از مزایای عملیات حرارتی و سنگ‌زنی نیز بی‌نصیب نمی‌مانند تا علاوه بر کاهش چشمگیر صدای گیربکس، شاهد دوام بیشتر الکتروموتورها نیز باشیم.
از وظایف اصلی چرخ دنده های بول هلیکال، انتقال انرژی مکانیکی و نیرو به شافت های 90 درجه است. این قابلیت منجر به کاربرد متنوع چرخ دنده های بول در صنایع متفاوت شده است.
با استفاده از این چرخ دنده ها، می توان سرعت و گشتاور را کاهش یا افزایش داد. در این روند به دنده ای که نیروی شافت را منتقل می کند راننده و به دنده ای که نیرو را می گیرد محرک گفته می شود.
چرخ دنده بول هلیکال (Bevel Helical)
این دسته از چرخ دنده ها خطوط منحنی دارند و از لحاظ کارکرد، مقاومت، لرزش و میزان صدا بهتر از چرخ دنده های مخروطی شناخته شده اند.
این چرخ دنده ها به دلیل مقاومت بالایی که دارند بیشتر در وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می گیرند. البته بول هلیکال ها کاربرد گسترده ای مانند گیربکس بول هلیکال نیز دارند اما بیشترین استفاده از آنها در صنعت خودرو صورت می گیرد.
چرخ دنده کرانویل پینیون (Crown wheel pinion)
چرخ دنده های کرانویل پینیون نوعی چرخ دنده هستند که به وسیله قطعه ای به نام کرانویل گشتاور دریافت شده از پینیون را به هرزگرد انتقال می دهند. از لحاظ ظاهری مانند یک بشقاب با دندانه های موج دار هستند اما این دندانه ها تنها برای یک سمت از کرانویل ها است و سمت دیگر سطحی صاف و مسطح دارد.
به طور کلی اساس کار این چرخ دنده ها، چرخشی است که با زاویه 90 درجه مسیر گشتاور مورد نیاز را به سمت چرخ دنده هدایت می کند. نکته قابل توجهی که در قدرت انتقال گشتاور تاثیرگذار خواهد بود، تعداد دندانه های کرانویل است. هر چه تعداد آنها بالاتر باشد نیرو با قدرت بیشتری انتقال می یابد.
درگیری کرانویل و پینیون حالت مارپیچی را حاصل می کند که در این صورت افزایش مقاومت قطعه را در برابر نیروی زیاد و گشتاور بالا به همراه خواهد داشت. یکی از کاربرد های این چرخ دنده ها به کارگیری در گیربکس کرانویل پینیون است.
چرخ دنده های مخروطی
از آنجایی که از نام این چرخ دنده پیدا است، ظاهری مخروطی شکل دارند. این چرخ دنده در جایی که زاویه بین دو شافت متقاطع قائمه باشد، نقش پر رنگی دارد اما این به آن معنا نیست که تنها در چنین شرایطی مورد استفاده قرار بگیرد. چرخ دنده های مخروطی کاربرد گسترده ای دارند؛ زیرا تنوع زیادی در دندانه های این چرخ دنده وجود دارد.
دندانه های چرخ دنده مخروطی به شکل مستقیم، مارپیچ و یا هیپوئیدی هستند. چرخ دنده های مخروطی همان مشکلات چرخ دنده ساده را به همراه دارد و منجر به افزایش تمرکز تنش روی دندانه ها می شود. اما با این حال، در حد رفع نیازهای جزئی مورد استفاده قرار می گیرند.
چرخ دنده های مستقیم و مارپیچ، در موقعیت های مشابهی استفاده می شوند. زمانی که دو محور عمود به هم در یک صفحه وجود داشته باشد، از این دو چرخ دنده استفاده می شود.
چرخ دنده های هیپوئیدی نیز زمانی استفاده می شود که دو محور در دو صفحه جدا از هم باشند. جالب است بدانید این شرایط تنها مختص چرخ دنده های هیپوئیدی است و هیچ نقطه تقاطعی در آن نخواهد بود.
اساس طراحی و ساخت چرخ دنده ها
اصول طراحی چرخ دنده ها با توجه به نوع و قطعات مصرفی آنها متفاوت است اما به طور کلی چرخ دنده ها ماشین های ساده ای هستند که در عین ساده بودن بسیار پر کاربرد هستند.
همانطور که میدانید کار اصلی چرخ دنده ها، به حرکت در آوردن قطعات و یا انتقال نیرو است؛ بنابراین ظاهر دایره ای شکل همراه با دندانه های موجود در محیط آن منجر به چرخش و به حرکت در آوردن چرخ دنده های دیگر و یا قطعه مورد نظر می شود.
با توجه به تمامی موارد فوق، اساس طراحی و ساخت چرخ دنده ها، وظیفه و عملکرد آن در انواع قطعات، صنایع و… است.
لازم است بدانید چرخ دنده ها به گونه ای طراحی شده اند که برای عملکرد بهتر و سریع تر به روغن کاری نیاز دارند و در صورتی که روغن کاری چرخ دنده ها به موقع انجام نشود، راندمان آنها کاهش می یابد.
چرخ دنده ها معمولاً در موقعیت های بار زیاد استفاده می شوند زیرا دندانه های چرخ دنده کنترل دقیق تر و محتاطانه تری دارند و این موضوع باعث سهولت در حرکت شافت می شود. این مزیتی است که چرخ دنده ها نسبت به اکثر سیستم های قرقره دارند و کاربرد زیاد آن حتی در زندگی روزمره هم به چشم می خورد.
مطالب زیر را حتما بخوانید:
قوانین ارسال دیدگاه در سایت