چرخ دنده

چرخ دنده ها يکي از پرمصرف ترين وسايل انتقال قدرت و حرکت هستند. مکانيزم چرخ دنده ها سيستمي است که حداقل از دو چرخ دنده تشکيل شده است که بصورت جفت کار مي کنند. به همين دليل آن را مکانيزم چرخ دنده مي نامند. از نظر انتقال قدرت ، مکانيزم چرخ دنده شامل يک چرخ دنده محرک و يک يا چند چرخ دنده متحرک مي باشد. معمولاً به کوچک ترين چرخ دنده مکانيزم ،پينتون و چرخ دنده ديگر چرخ مي گويند.امروزه بيشتر دستگاه هاي موجود در صنعت داراي چرخ دنده هستند و با پيشرفت روز افزون صنعت ،چرخ دنده ها نقش انکار ناپذيري دارند. چرخ دنده ها بر حسب موقعيت مکاني محور ها نسبت به يکديگر در شکل هاي گوناگوني طراحي و ساخته مي شوند و حرکت چرخشي يک محور را به محور ديگر از طريق اتصال دندانه ها منتقل مي کنند.
 

تاريخچه چرخ دنده
 
تاريخچه چرخ دنده ها حدود سه هزار سال پيش برآورد مي شود. در تمدن هاي قديم براي نخستين بار چرخ دنده هاي چوبي ساخته شد. روميان چرخ دنده هاي چوبي را براي به حرکت درآوردن سنگ آسياب ساختند. يک نمونه از بالابر چوبي براي انسان در شکل زير نمايش داده شده است.
در قرن هجدهم و همزمان با انقلاب صنعتي در اروپا، نياز شديد به چرخ دنده فلزي احساس شد ،که با استفاده از روش ريخته گري، چرخ دنده چدني به توليد آن پرداختند. سپس ماشين تراش اختراع شد و به کمک اين ماشين ها چرخ دنده هاي فولادي را توليد کردند.

 
در قرن نوزدهم ، با توسعه کشتي هاي بخار و ماشين هاي ابزار ، کاربرد چرخ دنده ها نيز توسعه يافت. با آغاز قرن بيستم ،خودرو و هواپيما بوجود آمد و دريچه نويني در صنعت چرخ دنده سازي گشوده شد. مرحله به مرحله ماشين هاي نوين چرخ دنده سازي توليد شد و سبب ساخت چرخ دنده هاي مناسب ،با جنس هاي مختلفي شد. که امروزه اين گونه شاهد اين پيشرفت صنعتي چرخ دنده ها هستيم. در شکل زير مشخصات يک چرخ دنده نشان داده شده است.

 
انواع چرخ دنده ها

1- چرخ دنده هاي ساده
اين چرخ دنده ها ،ساده ترين نوع چرخ دنده ها به حساب مي آيند ،دندانه هاي مستقيمي دارند و با محور چرخ دنده در حالت موازي قرار گرفته اند. براي کاهش سرعت و افزايش قدرت ،در بسياري از مواقع تعداد زيادي از آنها را کنار هم قرار مي دهند. روي محورهاي موازي جهت حرکت يکي از آنها ، خلاف جهت حرکت يکي از آنها است. اگر بخواهند دو چرخ دنده درگير در يک جهت حرکت کنند بين آنها چرخ دنده سومي را قرار مي دهند تا جهت حرکت ورود و خروج يکي شود. به چرخ دنده هاي ساده ،مارپيچ و جناغي ،چرخ دنده پيشاني نيز مي گويند.
به دليل اینکه ساخت آنها ارزان است کاربرد زيادي در صنعت دارند. براي مثال در ساعت هاي کوکي و اتوماتيک ،ماشين لباس شويي ،پنکه و نمونه اينها کاربرد دارند. بزرگ ترين عيب آنها سرو صداي زياد است. هر بار که دندانه يک چرخ دنده به چرخ روبرو مي رسد ، صداي کوچکي در اثر برخورد ايجاد مي شود ، و زماني که تعداد زيادي از اين دندانه ها به هم برسند ،صدا بيشتر مي شود ، تا جايي که حتي در دراز مدت ، اين برخورد ها باعث شکستن دندانه ها مي شوند.

 
2- چرخ دنده هاي مارپيچ 

اين چرخ دنده ها مورب هستند و با محور چرخ دنده در حالت زاويه داري قرار گرفته اند. در هنگام چرخش يکي از چرخ دنده ها ، ابتدا نوک دندانه ها با هم تماس مي يابند ، سپس به تدريج دو دندانه با هم درگير مي شوند ،و اين درگيري تدريجي باعث کاهش سرو صدا مي شود. همچنين مکانيزم چرخ دنده ،نرم کار مي کند ، سطح تماس پروفيل دنده ها نيز نسبت به چرخ دنده ساده بيشتر است و انتقال قدرت بزرگي انجام مي شود. اين گونه چرخ دنده ها در صنعت خودرو سازي کاربرد زيادي دارند.
 
3- چرخ دنده هاي مخروطي
 
انتقال نيرو توسط اين نوع از چرخ دنده ها تحت زاويه 90 درجه ، کوچک تر از 90 درجه و يا بزرگ تر از آن امکان پذير است ، بنابر اين براي انتقال قدرت تحت زاويه مورد نظر بهترين چرخ دنده محسوب مي شوند. البته در صنعت غالباً با محور هاي عمود بر هم بکار ميروند. دندانه هاي آنها بر روي مخروط ناقص بصورت ساده يا مارپيچ ساخته مي شوند. اين چرخ دنده ها در جعبه دنده ها و ديفرانسيل کاربرد زيادي دارند.

4- چرخ دنده حلزون و پيچ حلزون
 
اين چرخ دنده ها در صنعت جايگاه ويژه اي دارند. اگر بخواهيم تغيير زيادي در سرعت و يا قدرت ايجاد کنيم ،از اين مکانيزم بهره مي گيريم. بزرگ ترين مزيت اين مکانيزم اينست که پيچ حلزون براحتي مي تواند چرخ دنده حلزوني را به حرکت در آورد ، در صورتي که چرخ دنده حلزوني نمي تواند ، پيچ حلزون را بچرخاند ،زيرا زوايه دنده هاي پيچ حلزون به قدري کوچک است که وقتي چرخ دنده حلزون مي خواهد آن را بچرخاند ،اصطکاک بسيار زيادي پديد مي آيد و مانع از حرکت پيچ حلزون مي شود. اين ويژگي به ما امکان مي دهد تا در جاهايي که به قفل خودکار نياز داريم از اين چرخ دنده بهره بگيريم. اين چرخ دنده ها در دستگاه هايي همچون بالابر ها و جرثقيل ها کاربرد زيادي دارند. مثلاً در يک بالابر اگر موتور از کار بيافتد ،چرخ دنده ها قفل مي شوند و از پايين آمدن بار جلوگيري مي کنند. چرخ دنده پيچ حلزون در ديفرانسيل کاميون ها و خودروهاي سنگين نيز کاربرد دارد.
 
5- چرخ دنده هاي جناغي (جناقی)

 دنده هاي اين نوع از چرخ دنده ها روي محيط استوانه نسبت به هم زاويه کوچک تر از 90 درجه مي سازند و بصورت عدد 7 يا 8 ساخته مي شوند. اين چرخ دنده ها در دستگاه هاي نورد غلتکي فولاد کاربرد دارند. همچنين دستگاه هايي که تحمل نيروي رانشي محوري را ندارند، از اين چرخ دنده ها استفاده مي کنند.
به علت فرايند دشوار ساخت چرخ دنده هاي جناغي ، امروزه بيشتر چرخ دنده هاي دو مارپيچ مي سازند که در وسط دندانه ها يک شيار ايجاد مي شود و روش ساخت را آسان مي کند. چرخ دنده هاي جناغي در دستگاه هاي با سرعت بالا چندان رضايت بخش نيستند. اين نوع از چرخ دنده ها بيشتر در صنايع تلمبه هاي ميدان هاي نفتي مورد استفاده قرار مي گيرد.

6- چرخ دنده هاي سياره اي
 
دو محور اين چرخ دنده ها به همديگر خيلي نزديک است. به اين چرخ دنده ها ، خورشیدی نيز مي گويند. دندانه هاي آن ها مي تواند هم ساده و هم مارپيچ باشد و در کوپلينگ هاي انعطاف پذير (ارتجاعي) کاربرد دارند.