چرخ دنده و انواع آن

چرخ دنده وسیله ای است برای انتقال توان دورانی از یک محور به محور دیگر که طی آن، مقدار گشتاور یا سرعت دورانی یا جهت چرخش یا راستای محوری می تواند تغییر کند. تسمه و زنجیر نیز همین کار را می‌کنند، اما با کیفیتی متفاوت.

چرخ دنده ها از گذشته ای دور مورد استفاده قرار می گرفتند اما دندانه هایشان به شکل امروزی نبوده و معایب زیادی داشتند، تا این که با کشف منحنی اینولوت به عنوان پروفیل دندانه، چرخ دنده ها تکامل یافتند و معایبشان برطرف گردید.

ساختار
داخلی ترین قسمت چرخ دنده ها توپی است که به محور محرک متصل است. در بیرون این قسمت جان چرخ دنده قرار گرفته است. بیرونی ترین قسمت در جهت شعاعی، محیط چرخ دنده است که دندانه های چرخ دنده در این قسمت قرار می گیرند. این بخش از چرخ دنده منبع اصلی ایجاد صدا است.

مهم ترین اصطلاحاتی که در طراحی چرخ دنده به کار می روند عبارت اند از:

مدول: نسبت قطر دایره گام به تعداد دندانه ها. دیمانسیون آن طول است و میلی متر واحد کمیت آن معمولاً است. مطابق اصول:دو چرخدنده در گیر باید «هم مدول» باشند تا جفت شوند.

دایره گام: دایره ای فرضی که تمامی محاسبات بر اساس آن انجام می گیرد. دایره گام دو چرخ دنده درگیر برهم مماس هستند.

گام محیطی: طول کمانی از دایره گام که بین دو نقطه متناظر از دو دندانه مجاور قرار گرفته است.

ارتفاع سردنده: فاصله بین بالای دندانه تا دایره گام.

ارتفاع ته دنده: فاصله بین ته دندانه تا دایره گام.

لقی محیطی: مقداری که فضای خالی بین دو دندانه یک چرخ دنده از ضخامت دندانه های چرخ دنده درگیر با آن در امتداد دایره گام بیشتر است.

چرخ دنده ها بر اساس وضعیت قرارگیری محورهای دو چرخ دنده درگیر نسبت به هم به دو گروه اصلی تقسیم می شوند:

• چرخ دنده های با محورهای موازی
• چرخ دنده های با محورهای غیرموازی

انواع چرخ دنده

چرخ دندهٔ ساده
ساده ترین و پرکاربردترین نوع چرخ دنده است. هر چرخ دنده شامل دیسکی است که دندانه های آن به صورت شعاعی قرار گرفته اند و محور هر دو دنده می بایست موازی هم باشد.

چرخ دندهٔ مارپیچ
دندانه های این چرخ دنده برخلاف چرخ دنده ساده موازی با محور چرخ دنده نیستند، بلکه هر دندانه به شکل مقطعی از مارپیچ است. این قابلیت باعث می شود دندانه ها به آرامی با هم درگیر شوند، در حالی که دندانه های چرخ دنده ساده به یکباره با هم درگیر شده و از هم جدا می شوند. این مسئله باعث می شود که چرخ دنده ها مارپیچ نسبت به چرخ دنده های ساده آرام تر و با صدای کمتر کار کنند. محور این چرخ دنده‌ها می تواند به صورت موازی یا متقاطع قرار گیرد. در مقایسه با چرخ دنده های ساده، چرخ دنده های مارپیچ بیشتر دارای کاربرد در سرعت های بالا و توان های بالا است. همچنین به دلیل آنکه این چرخ دنده ها با سر و صدا و ارتعاشات کمتری کار می کنند، در مواردی که کنترل سر و صدای بالا حائز اهمیت است از این گونه چرخ دنده استفاده می گردد.

چرخ دندهٔ مخروطی
به کارگیری چرخ دنده مخروطی برای بالا کشیدن دریچه سرریز به واسطه پیچ مرکزی.
این نوع چرخ دنده عمدتاً جهت انتقال محور دوران از حالت محور عمودی به محور افقی ویا بالعکس استفاده می شود؛ و در صنایع خودروسازی از کاربرد فراوانی برخوردار است. دیفرانسیل اتومبیل ها و محورهای محرکه همگی از این نوع می باشد.

چرخ دندهٔ حلزونی
چرخ دنده های حلزونی، یکی از انواع چرخ دنده ها با قابلیت های نیمه منحصر به فرد می باشد که انتقال قدرت را از دو محور که با هم زاویهٔ 90 درجه دارند را میسر می سازد. از ویژگی های این نوع چرخ دنده ها می توان به یکسو بودن انتقال (از پیچ به چرخ) اشاره کردکه از جمله موارد استفادهٔ این چرخ دنده ها در مکانیزم های بالا بر وخود قفل شونده (مانند جرثقیل ها) می باشد. دیگر ویژگی این چرخ دنده ها کاهش چشمگیر نسبت دور می باشد که نسبت کاهش 300:1وحتی بالاتر را میسر می سازد.

چرخ دنده شانه ای
ایجاد دنده های مدولار روی یک محور افقی این چرخ دنده را به وجود می آورد و جهت انتقال محور حرکت از حالت کشویی به حالت دورانی ویا بالعکس مورد استفاده قرار می گیرد. در واقع قسمتی از چرخ دنده ای باقطر بی نهایت هستند.