ساختار چرخ دنده ها به چه صورتی است؟

چرخ دنده ها اجزای مکانیکی و ضروری هستند که حرکت و نیرو را در ماشین ها و بسیاری از سیستم ها و دستگاه های مختلف مثل گیربکس منتقل می کنند.

چرخ دنده ها با وجود اینکه از لحاظ ظاهری ساده به نظر می آیند اما برخی از آن ها ساختار پیچیده ای دارند و نقش بسیار مهمی را در عملکرد سیستم های مکانیکی ایفا می کنند. تنوع بالا در چرخ دنده ها باعث شده تا نیاز بسیاری از صنایع به خوبی برطرف شود. به طور کلی مزایا و معایب چرخ دنده ها در مدل های مختلف متفاوت است، اما همه آن ها کاربرد خوبی در صنعت دارند.

عوامل تاثیر گذار در طراحی چرخ دنده

عموما چرخ دنده ها به صورت دایره ای هستند که طرف بیرون آن دندانه دار است و ارتباط چرخ دنده با دیگر قطعات و انتقال نیرو با کمک دندانه ها انجام می شود. برای اینکه با نحوه طراحی و کارکرد چرخ دنده ها آشنا شویم باید اطلاعاتی در مورد عوامل تاثیر گذاردر طراحی و قطعات مرتبط با چرخ دنده اطلاعاتی داشته باشیم.

شکل و زاویه دندانه های چرخ دنده

منظور از شکل و زاویه این است که شکل ظاهری دندانه ها به صورت صاف و مستقیم طراحی شده اند یا به شکل منحنی و مورب هستند.

اگر دندانه ها صاف و مستقیم باشند، این چرخ دنده برای سرعت های بالا مناسب است و اگر دندانه ها منحنی و مورب باشند برای تحمل فشارهای بیشتر اما با سرعت کمتر مناسب هستند. چرخ دنده زاویه دار مثل هلیکال، از جمله چرخ دنده هایی است که مناسب برای تولید گشتاور های بالا می باشد.

گام چرخ دنده

به فاصله بین دندانه های چرخ دنده گام می گویند. اگر این فاصله زیاد باشد، چرخ دنده گام درشت است و اگر فاصله کم باشد به آن گام ظریف می گویند.

زاویه فشار

دندانه های چرخ دنده ها دارای زاویه های مشخصی نسبت سطح چرخ دنده دارند که به آن زاویه فشار می گویند.

تعریف علمی زاویه فشار یعنی زاویه بین پروفیل (پایین ترین قسمت) دندانه و یک خط شعاعی فرضی از مرکز دایره ی چرخ دنده.

زاویه فشارها عموما 14.5، 20 و 25 درجه هستند.

ابعاد دندانه ها

ابعاد دندانه های چرخ دنده به این دلیل مهم است که بر روی توانایی چرخ دنده برای کنترل گشتاور و انتقال نیرو تاثیر دارد.

نسبت چرخ دنده یا نسبت تبدیل

 به نسبت تعداد دندانه های چرخ دنده محرک به تعداد دندانه های چرخ دنده متحرک، نسبت تبدیل می گویند.

این نسبت تبدیل برای تنظیم سرعت استفاده می شوند یا می توان گفت رابطه بین سرعت های دورانی دو چرخ دنده را تعیین می کند.

شافت

منظور از شافت چرخ دنده، محوری است که چرخ دنده به دور آن می چرخد.

شافت باید طوری طراحی شود که نیروها و گشتاورهای منتقل شده را تحمل کند. البته شافت یکی از اجزا چزخ دنده نیست. بلکه در یک حفره میانی در ساختار چخ دنده ها می سازند تا شافت در آن قرار گیرد. با این وجود در برخی موارد شافت و چرخ دنده را به صورت یکپارچه تولید می کنند.

گاهی اوقات برای ایمنی بیشتر و اتصالی مطمئن، روی شافت و سمت داخل چرخ دنده، دندانه هایی قرار می دهند که به صورت محکم تر به هم وصل شوند.

انواع چرخ دنده

چرخ دنده ها با مدل های مختلفی طراحی شده اند که سازنده های گیربکس های صنعتی از آنها برای کاهش دور و افزایش گشتاور در گیربکس استفاده می کنند. چرخ دنده ها انواع مختلفی دارند که به بررسی آن ها می پردازیم.

چرخ دنده ساده

همانطور که از اسم آن هم مشخص است، ساده ترین نوع چرخ دنده است. دارای دندانه هایی یکسان است که به شکل مستقیم و موازی با محور چرخ دنده هستند.

چرخ دنده حلزونی

چرخ دنده حلزونی از یک قطعه ی استوانه ای شکل به نام ماردون و یک چرخ دنده دایره ای شکل درست شده است که انتقال نیرو توسط این دو قطعه که محور چرخش آن ها با هم زاویه ۹۰ درجه دارد، انجام می شود.

ویژگی های مهم چرخ دنده حلزونی این است که خاصیت قفل شوندگی دارد، یعنی از حرکت چرخ دنده در خلاف جهت و چرخش برعکس جلوگیری می کند. این چرخ دنده در انواع گیربکس حلزونی کاربرد دارد.

چرخ دنده مارپیچ

چرخ دنده های هلیکال، بول، بول هلیکال یا کرانویل پینیون، همگی جز دسته چرخ دنده مارپیچ یا زاویه دار حساب می شوند اما ساختار هلیکال با مدل های دیگر متفاوت است.

به همین دلیل هلیکال را در یک دسته و مدل های دیگر که تقریبا مشابه هم هستند را در دسته دیگری به اسم کرانویل پینیون بررسی می کنیم.

چرخ دنده هلیکال

چرخ دنده هلیکال یا مارپیچ دارای دندانه هایی به صورت مارپیچ و منحنی است که به محور چرخ دنده متمایل شده اند.

این مدل طراحی دندانه ها باعث می شود که در مقایسه با چرخ دنده های ساده، درگیری بین دندانه ها نرم تر و با صدای کمتری باشد. به همین دلیل گیربکس های هلیکال در حین حرکت صدای کمی دارند.

توانایی تحمل بار و نیرو توسط چرخ دنده های مارپیچ، بیشتر از سایر چرخ دنده ها است و به همین دلیل برای کارهای سنگین از آن ها استفاده می شود.

چرخ دنده کرانویل پینیون

این مدل چرخ دنده از 2 قطعه به نام کرانویل و پینیون تشکیل شده است. چرخ دنده پینیون روی سطح چرخ دنده کرانویل دایره ای شکل قرار می گیرد و باعث چرخش کرانویل می شود.

در برخی مدل ها پینیون در وسط محور مرکزی کرانویل قرار دارد و در برخی دیگر مدل ها در کنار محور قرار می گیرد که باعث می شود، مدل های مختلفی برای کارهای متفاوتی به وجود آید.

چرخ دنده مخروطی

دلیل نام گذاری، ظاهر مخروطی شکل آن ها است و دندانه های این مدل چرخ دنده می تواند به شکل مستقیم یا مارپیچ باشد.

عمده کاربرد آن ها هنگام تغییر جهت حرکت بین محورهای متقاطع با زاویه 90 درجه است.

چرخ دنده خورشیدی یا سیاره ای

چرخ دنده خورشیدی از چندین چرخ دنده دیگر تشکیل شده اند.به این صورت که یک چرخ دنده در مرکز قرار دارد و چند چرخ دنده دیگر دور چرخ دنده مرکزی قرار می گیرند. سپس این چرخ دنده ها را درون یک چرخ دنده حلقه ای قرار می دهند.

چون که چرخش این چرخ دنده ها مشابه حرکت سیارات به دور خورشید است به آن ها چرخ دنده خورشیدی یا چرخ دنده سیاره ای می گویند.

به دلیل مقاومت بالای این چرخ دنده ها، در صنعت کاربردهای زیادی دارند.

چرخ دنده شانه ای

این چرخ دنده ها از یک میله دندانه دار تشکیل شده است که دندانه های آن می تواند صاف و مستقیم یا مارپیچ باشد. کاربرد آن ها تبدیل حرکت دایره ای به حرکت خطی و صاف یا برعکس است که یکی از کاربردهای آن ها در ترازوهای عقربه ای است.