راهنمای کالا

معرفی کامل چرخ‌دنده، انواع، کاربردها و نکات مربوط به آن

چرخ‌دنده (Gear) امروزه کاربرد وسیعی در بسیاری از کاربردها ازجمله، ابزارهای مکانیکی کوچک و بزرگ مانند ساعت دیواری و مچی، چرخ‌خیاطی و گیربکس‌ها دارد. اگر به مطالعه درباره چرخ‌دنده‌ها علاقه‌مندید، این مقاله یکی از کامل‌ترین معرفی چرخ‌دنده، انواع، کاربردها و نکات مربوط به آن است. حضور چرخ‌دنده‌ها برای تنظیم جهت چرخش و کاهش دنده در قطعات موتوری است که در آن‌ها یک موتور کوچک دوار دارای سرعت زیاد می‌تواند قدرت کافی برای وسیله نقلیه را تأمین کند، اما نمی‌تواند گشتاور کافی را تولید کند. همچنین برای درک بهتر تنظیم جهت به‌وسیله چرخ‌دنده‌ها باید بدانید، در دیفرانسیل بین چرخ های عقب خودرو قدرت به‌وسیله میل محوری متصل به مرکز خودرو منتقل‌شده و دیفرانسیل نیرو را ۹۰ درجه برای کاربرد در چرخ‌ها می‌چرخاند.

بیشتر بخوانید: هر آنچه باید درباره چرخ‌دنده پنیون و کرانویل بدانید

تاریخچه

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 ساخته‌شده و همچنین دارای طراحی دقیق در قسمت دندانه‌ها است، درحالی‌که درگذشته کمبود امکانات و تکنولوژی پایین‌تر، سبب دندانه‌های نامنظم چرخ‌دنده‌ها بوده و مشکلات زیادی را به بار می‌آورد.

ساختار چرخ‌دنده

ساختار چرخ‌دنده از داخلی‌ترین لایه به این شکل است که ابتدا توپی که به محور محرک متصل است، قرارگرفته و خارج از آن جان 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 چرخ‌دنده 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 چرخ‌دنده

جنس چرخ‌دنده‌ها با توجه به نوع کاربرد می‌تواند از جنس‌ها متنوعی مانند چدن‌های خاکستری و آلیاژی، فولاد، برنج، برنز، کامپوزیت‌ها و 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.

کاربرد چرخ‌دنده

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 چرخ‌دنده‌ها برای کاربردهای مختلف، باید پارامترهایی مدنظر قرار گیرند که در ادامه می‌بینید.

  • ارتفاع سر دنده
  • ارتفاع ته دنده
  • ضخامت دنده
  • انحنای جانبی دنده

چرخ‌دنده خورشیدی

چرخ‌دنده خورشیدی
چرخ‌دنده خورشیدی

چرخ‌دنده‎‌ها تجهیزاتی برای انتقال قدرت هستند و این عمل را با متناسب کردن توان ورودی با توان خروجی انجام می‌دهند. چرخ‌دنده‌های خورشیدی یا سیاره‌ای تشکیل‌شده از سه قسمت، چرخ‌دنده خورشیدی، سیاره‌ای و رینگی هستند، چرخ‌دنده‌ی سیاره به دور یک چرخ‌دنده خورشیدی که در مرکز به‌وسیله یک بازو مستقرشده، می‌چرخند.

توان ورودی و خروجی در این دستگاه با استفاده از یک وزنه و کفه‌های بارگذاری، تنظیم می‌شود، گشتاور ثابت نیز با انتخاب وزنه مناسب، به چرخ‌دنده ورودی منتقل می‌شود، سپس به‌وسیله چرخ‌دنده خورشیدی با فرض ثابت بودن یکی از سه قسمت چرخ‌دنده، نسبت دنده دلخواه تعیین‌شده و در ادامه خروجی چرخ‌دنده خورشیدی وارد چرخ‌دنده نهایی می‌شود. برای درک بهتر، یک مثال چرخ‌دنده خورشیدی دنده اتوماتیک اتومبیل است، چرخ‌دنده خورشیدی مهم‌ترین بخش یک دنده اتوماتیک است و سایر قسمت‌های دنده اتوماتیک ماشین تنها تعویض ورودی و خروجی و یا ثابت نگه‌داشتن چرخ‌دنده‌های مختلف را انجام می‌دهند.

زنجیر و چرخ

اگر بخواهید حرکت دو چرخ را که از هم فاصله دارند، باهم هماهنگ کنید، باید یک چرخ‌دنده بزرگ بین آن‌ها قرار دهید تا میان آن‌ها ارتباط برقرار کنید، در این حالت جهت چرخش دو چرخ یکسان خواهد بود، اما اگر بخواهید این هماهنگی در گردش در جهت عکس هم باشند، باید دو چرخ‌دنده کوچک‌تر استفاده کنید.

در هر دو حالت گفته‌شده،  به تعدادی چرخ‌دنده اضافی نیاز است و این چرخ‌دنده‌ها  به محورهای جدیدی نیاز دارند،  پس استفاده  از این  روش‌ها و درواقع استفاده از چند چرخ‌دنده،  وزن دستگاه   را افزایش می‌دهد که این موضوع مطلوب نیست. برای حل این مشکل، از  زنجیر یا تسمه می‌توان استفاده کرد.

از مزایای استفاده از زنجیر، وزن سبک‌تر آن نسبت به چرخ‌دنده است و اینکه  می‌توان یک زنجیر  را به چندین چرخ‌دنده بست تا همه آن‌ها باهم  به گردش درآیند، به‌عنوان‌مثال در  موتور ماشین دینام و دو میل  بادامک با استفاده از یک تسمه می‌چرخند.

انواع چرخ‌دنده

چرخ‌دنده‌ها با توجه به نوع کاربرد در انواع متنوع و مختلفی طراحی و تولید می‌شوند که در ادامه به معرفی برخی از آن‌ها می‌پردازیم.

چرخ‌دنده‌ ساده

چرخ‌دنده‌ ساده
چرخ‌دنده‌ ساده

این نوع چرخ‌دنده، ساده‌ترین نوع از این تجهیزات است که ساختار آن شامل بدنه آن‌ها 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.

چرخ‌دنده مارپیچ

چرخ‌دنده مارپیچ
چرخ‌دنده 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.

چرخ‌دنده حلزونی

چرخ‌دنده حلزونی
چرخ‌دنده 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.

چرخ‌دنده مخروطی

چرخ‌دنده مخروطی
چرخ‌دنده 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.

چرخ‌دنده شانه‌ای

چرخ‌دنده شانه‌ای
چرخ‌دنده شانه‌ای

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.

روش‌های ساخت چرخ‌دنده

با توجه به نوع چرخ‌دنده و کاربرد خاص آن روش‌های مختلفی برای تولید آن وجود دارد که ازجمله روش‌های ریخته‌گری، کشیدن، پرس (منگنه کردن) و روش براده برداری هستند.

روش ریخته‌گری

روش ریخته‌گری برای ساخت چرخ‌دنده‌هایی مناسب است که بزرگ باشند و نیازمند دقت زیاد در ساخت نباشند. در این روش طراحی‌هایی از جنس چوب یا فلز را قالب‌گیری کرده و مواد ذوب‌شده در داخل قالب‌های آماده ریخته و پس از سرد شدن، چرخ‌دنده تولید می‌شود. چرخ‌دنده‌های ماشین‌های کشاورزی ازجمله چرخ‌دنده‌های تولیدشده به این روش هستند.

روش کشیدن

چرخ‌دنده‌هایی که ضخامت بیشتری نسبت به قطرشان دارند، مانند چرخ‌دنده‌های ساعت به این روش ساخته می‌شوند.

روش پرس (منگنه کردن)

درروش پرس، قالب چرخ‌دنده که شامل یک سنبه و ماتریس است، در ابتدا ساخته می‌شود و چرخ‌دنده‌های تولیدی به این روش باید دارای ضخامت کمی باشند تا عمل پرس‌کاری به‌سادگی قابل انجام باشد.

روش براده برداری

دق این روش در تولید قطعات نسبت به سایر روش‌ها بیشتر است و به همین دلیل، چرخ‌دنده‌های تولیدشده با این روش دارای کارایی و راندمان بالاتر بوده و در هنگام کار صدای کمتری تولید می‌کنند. در این روش چرخ‌دنده به روش‌های زیر تولید می‌شود.

  • با استفاده از ماشین صفحه‌تراش
  • با استفاده از ماشین‌های سنگ‌زنی
  • با استفاده از ماشین‌های فرز

مزایای چرخ‌دنده

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 چرخ‌دنده

مانند تمامی تجهیزات صنعتی، استفاده از چرخ‌دنده باوجود مزایای فراوان شامل معایبی نیز است که در ادامه می‌بینید.

  • 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.

نکاتی برای افزایش بازدهی چرخ‌دنده

برای کمک به عملکرد بهتر چرخ‌دنده در گیربکس نکات باید رعایت شود که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم.

  • 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.
تگ ها
نمایش بیشتر

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دکمه بازگشت به بالا
بستن
بستن