چرخ دنده
چرخ دنده ها 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.
تاریخچه چرخ دنده
استفاده از این قطعات صنعتی یعنی چرخ‌دنده‌ها به دوران باستان بازمی‌گردد و در ابتدای کاربرد از آنها دارای جنس سنگی یا چوبی بوده، اما باگذشت زمان تکامل یافته و نقص‌های آنها اصلاح‌شده است. امروزه چرخ‌دنده‌ها معمولاً از جنس فلز ساخته شده‌اند و همچنین دارای طراحی دقیق در قسمت دندانه‌ها هستند، درحالی‌که درگذشته کمبود امکانات و تکنولوژی پایین‌تر، سبب دندانه‌های نامنظم چرخ‌دنده‌ها بوده و مشکلات زیادی را به بار می‌آورد.
ساختار چرخ دنده
ساختار چرخ‌دنده از داخلی‌ترین لایه به این شکل است که ابتدا توپی که به محور محرک متصل است، قرارگرفته و خارج از آن چرخ‌دنده قرار دارد و در بیرونی‌ترین قسمت در جهت شعاعی بخش محیطی چرخ‌دنده است. دندانه‌های چرخ‌دنده که عامل اصلی تولید صدا در این قطعه است، روی این قسمت قرارگرفته است.
برای طراحی انواع چرخ دنده پارامترهایی مدنظر قرار می‌گیرند که در ادامه به آنها اشاره می‌کنیم.
دایره گام: دایره‌ای فرضی که برابر دو چرخ‌دنده مماس بر هم بوده و محاسبات بر اساس آن انجام می‌شود؛
گام محیطی: طول کمانی از دایره گام که بین دو نقطه متناظر از دو دندانه مجاور است؛
ارتفاع سردنده: فاصله بین بالای دندانه تا دایره گام است؛
ارتفاع ته‌دنده: فاصله بین ته دندانه تا دایره گام است؛
لقی محیطی: مقداری که فضای خالی بین دو دندانه یک چرخ‌دنده از ضخامت دندانه‌های چرخ‌دنده درگیر با آن در امتداد دایره گام بیشتر است.
جنس چرخ دنده
جنس چرخ‌دنده‌ها با توجه به نوع کاربرد می‌تواند از جنس‌ها متنوعی مانند چدن‌های خاکستری و آلیاژی، فولاد، برنج، برنز، کامپوزیت‌ها یا حتی پلاستیک باشد، اما جنس چرخ‌دنده باید از موادی باشد که قابلیت تحمل فشار و انتقال نیروی لازم در چرخ‌دنده‌ها به وجود آورده و همچنین قابلیت ماشین‌کاری داشته باشد تا پس از عملیات ماشین کیفیت سطحی مناسبی داشته باشد.
نسبت دنده ها
نسبت دنده در چرخ‌دنده با فاصله از مرکز تا نقطه تماس محاسبه می‌شود، نسبت دنده (ضریب دنده) برابر با فاصله از مرکز قطعه تا نقطه تماس است؛ یعنی برای مثال در دو چرخ‌دنده که قطر یکی ۵ برابر دیگری است، ضریب دنده برابر ۵.۱ خواهد بود. دو چرخ‌دنده در هنگام کار باهم، دندانه‌ها نیرو را از محوری به محور دیگر منتقل می‌کنند.
برای طراحی انواع چرخ دنده برای کاربردهای مختلف، باید پارامترهایی مدنظر قرار گیرند که در زیر آمده است:
- ارتفاع سر دنده
- ارتفاع ته دنده
- ضخامت دنده
- انحنای جانبی دنده
انواع چرخ دنده
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.
چرخ دنده ساده
این نوع چرخ‌دنده، ساده‌ترین نوع از این تجهیزات است که ساختار آن شامل بدنه است که متشکل از دیسکی مرکزی و دندانه‌های منظم و متصل‌به‌هم است که دندانه‌ها موازی با محور این قطعه قرارگرفته‌اند. کاربرد چرخ‌دنده ساده در تولید ساعت‌های ساده یا دستگاه‌های نه‌چندان پیچیده مشهود است.
چرخ دنده مارپیچ
تفاوت این نوع چرخ‌دنده با نوع ساده، در نوع دندانه‌ها نسبت به محور اصلی است، به این صورت که محور چرخ‌دنده مارپیچ در خلاف جهت دندانه‌ها قرارگرفته است، این نحوه قرارگیری دندانه‌ها باعث درگیری دندانه‌های دو قطعه باهم در زمان حرکت شده و این درگیری روان‌تر شدن حرکت آنها بر روی یکدیگر و سروصدای کمتر را به دنبال خواهد داشت.
چرخ دنده حلزونی
این نوع چرخ‌دنده قابلیت یکسو بودن انتقال انرژی به‌صورت پیچ به چرخ را دارد. قابلیت‌های خاص این قطعات سبب کاربرد آنها در محورهای عمودی و نود درجه شده است. به‌عنوان‌مثال در بیشتر بالابرهای صنعتی، از این نوع قطعات استفاده می‌شود.
چرخ دنده مخروطی
چرخ‌دنده مخروطی نسبت به چرخ‌دنده حلزونی، دارای پیچیدگی کمتری در ساختار خود است اما امکان انتقال انرژی از محور افقی به عمودی و برعکس را ایجاد می‌کند.
چرخ دنده شانه ای
پیشرفته‌ترین و پیچیده‌ترین چرخ‌دنده، چرخ‌دنده شانه‌ای است که با طراحی منحصربه‌فرد خود که دارای قطر بی‌نهایت بوده و به‌صورت مستقیم است، برای انتقال انرژی از محور دورانی به کشویی و برعکس کاربرد دارد. به این نوع چرخ‌دنده، رک هم می‌گویند.
مزایای چرخ دنده
استفاده از چرخ‌دنده‌ها به سبب دارا بودن نقش کلیدی در وسایل مکانیکی سبب مزایایی می‌شود که ازجمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- چرخ‌دنده تجهیزی برای تأمین گشتاور کافی در یک ماشین پیشرفته است.
- چرخ‌دنده می‌تواند حرکت دورانی به خطی و بالعکس تبدیل کند.
- چرخ‌دنده نسبت به زنجیر و تسمه، نیرو، سرعت و قدرت بیشتری را منتقل می‌کند.
- چرخ‌دنده قادر به انتقال نیرو در جهت‌های مختلف است.
معایب چرخ دنده ها
چرخ دنده ها نیز مانند دیگر وسایل صنعتی علاوه بر مزایای فراوان دارای معایبی نیز می باشند که در زیر ذکر شده است:
- به سبب اینکه در بیشتر اوقات درگیری دو چرخ‌دنده باهم، چرخ‌دنده کوچک‌تر به‌سرعت ساییده خواهد شد، بنابراین جنس آن باید از مواد مقاوم‌تر و سخت‌تر باشد.
- چرخ‌دنده‌های آبکاری شده معمولاً دچار ترک‌خوردگی و پوسته‌پوسته شدن می‌شوند.
- فقدان لقی استاندارد بین دو چرخ‌دنده و روغن‌کاری نامناسب، داغ شدن چرخ‌دنده‌ها را به دنبال دارد.
- در چرخ‌دنده‌های ساده در زمان کار صدا تولید می‌شود.
افزایش بهره وری چرخ دنده
برای کمک به عملکرد بهتر چرخ‌دنده در گیربکس نکات باید زیر رعایت شود:
- فاصله دندانه‌ها باید دقیق و مساوی باهم باشند.
- مقطع تئوری و واقعی دندانه‌ها باید مساوی و برابر باهم باشند.
- دایره گام حقیقی و گام تئوری چرخ‌دنده باید برهم منطبق و با محور چرخش هم‌مرکز بوده و نقطه تماس محل درگیری دو چرخ‌دنده، باید در دایره گام (قطر متوسط چرخ‌دنده) قرار گیرد.
- استحکام محورهای مرکزی و یاتاقان‌ها باید به میزان کافی برای تحمل بارهای وارده باشد.
- سطح پیشانی و دامنه دندانه‌ها باید دارای میزان کافی صافی سطحی و سختی بالایی باشند تا دچار سایش و تولید صدا در زمان کار نشوند.
چنانچه در حوزه کاری خود به مشکلی برخورد کرده‌اید و در جستجوی فرد و یا شرکت‌های توانمند برای حل مشکلتان هستید می توانید با عضویت در سامانه گلوپ و ثبت مشکل خود با این افراد و شرکت ها ارتباط برقرار کنید.
برای مشاهده مطالب بیشتر به گلوپ پلاس مراجعه فرمایید.