۰ تا ۱۰۰ آشنایی با انواع چرخ‌دنده‌ها و کاربردشان
۰ تا ۱۰۰ آشنایی با انواع چرخ‌دنده‌ها و کاربردشان
در دنیای صنعت و مهندسی، چرخ‌دنده‌ها به عنوان یکی از اجزای کلیدی در مکانیزم‌ها و دستگاه‌های مختلف شناخته می‌شوند. این اجزاء بسیار مهم با نقش برجسته‌ای در انتقال نیرو، تنظیم سرعت، و افزایش بازدهی ماشین‌آلات عمل می‌کنند. چرخ‌دنده‌ها به عنوان یکی از مهم‌ترین اختراعات مهندسی مکانیکی، در صنایع مختلفی از جمله خودروسازی، ماشین‌آلات، هوافضا و صنایع نفت و گاز به کار می‌روند.
استفاده از چرخ‌دنده‌ها، به خصوص در صنعت مکانیک و ماشین‌آلات، به عنوان ابزاری برای افزایش قدرت و توان انتقالی مکانیزم‌ها تاریخ طولانی دارد. همچنین، با توسعه فناوری و علم مهندسی، انواع مختلفی از چرخ‌دنده‌ها با خصوصیات منحصر به فرد در دسترس قرار گرفته‌اند که برای انتقال نیرو به شکل دقیق‌تر و بهینه‌تر در ماشین‌آلات و دستگاه‌ها بسیار مؤثرند.
در شکل زیر نمونه‌هایی از کاربردهای چرخ‌دنده‌ها شامل(A) انتقال نیرو از یک مکان به مکان دیگر (B) تطبیق گشتاور و سرعت یک محرک و یک جزء ماشین (C) برای تغییر جهت (D) برای تأمین انرژی چندین دستگاه، قابل مشاهده است.
تقسیم‌بندی انواع چرخ‌دنده‌ها
تقسیم‌بندی‌های مختلفی برای انواع چرخ‌دنده‌ها ارائه شده است. در کتاب Mechanical Design Theory and Application ویرایش سوم نوشته‌ی P. R. N. Childs، انواع چرخ‌دنده‌ها به صورت زیر ارائه شده است.
۱. چرخ‌دنده‌های محور موازی (Parallel axis gears)
الف) چرخ‌دنده‌های ساده (Spur gears) -شکل ۱
ب) چرخ‌دنده‌های مارپیچ (Helical gears) -شکل ۲ و ۳
ج) چرخ‌دنده‌های داخلی (Internal gears)
۲. چرخ‌دنده‌های غیر موازی و همسطح (محور‌های متقاطع) (Nonparallel، coplanar gears (intersecting axes))
الف) چرخ‌دنده‌های مخروطی (Bevel gears) -شکل ۴
ب) چرخ‌دنده‌های صورت (Face gears)
ج) چرخ‌دنده‌های مخروطی (Conical involute gearing)
۳. چرخ‌دنده‌های غیر موازی و غیرهمسطح (محور‌های غیر متقاطع) (Nonparallel، noncoplanar gears (nonintersecting axes))
الف) چرخ‌دنده مارپیچ محور متقاطع (Crossed axis helicals)-شکل ۵
ب) چرخ‌دنده حلزونی استوانه‌ای (Cylindrical worm gearing)-شکل ۶
ج) چرخ‌دنده حلزونی تکی (Single enveloping worm gearing)
د) چرخ‌دنده حلزونی دوتایی (Double enveloping worm gearing)
ه) چرخ‌دنده‌های هیپوید (Hypoid gears)
و) چرخ‌دنده اسپیروئید و هلیکون (Spiroid and helicon gearing)
ز) چرخ‌دنده‌های صورت (خارج از مرکز) (Face gears (off center))
۴. انواع دنده خاص (Special gear types)
الف) چرخ‌دنده‌های مربع و مستطیل (Square and rectangular gears)
ب) چرخ‌دنده‌های بیضوی (Elliptical gears)
ج) چرخ‌دنده‌های اسکرول (Scroll gears)
د) چرخ‌دنده‌های چند بخش (Multiple sector gears)
علاوه بر تقسیم‌بندی فوق در کتاب Shigley’s Mechanical Engineering Design، ویرایش نهم. چرخ‌دنده‌ها را در ۴ گروه: چرخ‌دنده‌های ساده (Spur gears)، چرخ‌دنده‌های مارپیچ (Helical gears)، چرخ‌دنده‌های مخروطی (Bevel gears) و چرخ‌دنده‌های حلزون و چرخ حلزون (Worms and worm gears) تقسیم‌بندی شده‌اند.
بررسی کاربردهای چرخ‌دنده‌ها
چرخ‌دنده ساده (Spur gears)
چرخ‌دنده ساده (Spur gears) -شکل ۱-، ارزان‌ترین نوع چرخ‌دنده برای کاربردهای شفت موازی هستند. دندانه‌های مستقیم آن‌ها، نسبت به محور شفت، امکان درگیری یا جدا شدن با استفاده از مکانیزم‌های کلاچ و شافت کشویی را می‌دهد. کاربردهای چرخ‌دنده ساده، شامل جعبه دنده‌های دستی و اتوماتیک خودرو‌ها، گیربکس ماشین ابزار، سیستم‌های نوار نقاله، جعبه دنده‌های موتور الکتریکی است. اکثر چرخ‌دنده ساده از فولاد سخت شده ساخته می‌شوند. سایر مواد مورد استفاده عبارتند از برنج، برنز و پلیمر‌هایی مانند پلی آمید (به عنوان مثال، نایلون)، پلی استال (به عنوان مثال، دلرین) و رزین مصنوعی.
چرخ‌دنده‌های مارپیچ (Helical gears)
چرخ‌دنده‌های مارپیچ (Helical gears) -شکل ۲- دارای دندانه‌های مارپیچ می‌باشد، زوایای مارپیچ بین ۱۵-۳۰ درجه است. چرخ‌دنده‌های مارپیچ معمولاً برای انتقال نیرو با سرعت بالا ( بیشتر از ۳۵۰۰ دور در دقیقه)، درایو‌های توربین، گیربکس‌های لوکوموتیو، درایو‌های ماشین ابزار و گیربکس‌های خودرو استفاده می‌شوند. چرخ‌دنده‌های حلزونی معمولاً گران‌تر از چرخ‌دنده ساده هستند. مقدار صدای ایجاد شده در چرخ‌دنده‌های مارپیچ کمتر از چرخ‌دنده ساده است زیرا دندانه‌های آن به جای تماس خطی، تماس نقطه‌ای دارند. نیرو‌های وارد شده به چرخ‌دنده‌های مارپیچ را می‌توان به سه جزء تقسیم کرد: شعاعی، مماسی و محوری (بار‌های محوری اغلب بار‌های رانش نامیده می‌شوند). یاتاقان‌هایی که برای پشتیبانی از چرخ‌دنده‌های مارپیچ روی شفت استفاده می‌شوند باید توانایی تحمل نیروی محوری یا نیروی رانش را داشته باشند. راه حل این مشکل می‌تواند استفاده از چرخ‌دنده‌های مارپیچی دوتایی باشد، همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است. این‌ها نیاز به بلبرینگ یا رولبرینگ با قابلیت تحمل نیروی رانش را حذف یا به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌دهند زیرا اجزای نیروی محوری یکدیگر را خنثی می‌کنند. در حالی که چرخ‌دنده ساده به طور کلی ارزان‌تر هستند، چرخ‌دنده‌های مارپیچ کوچکتر خواهد بود.
چرخ‌دنده‌های مخروطی (Bevel gears)
چرخ‌دنده‌های مخروطی (Bevel gears) -شکل ۴-، می‌تواند شفت‌های متقاطع غیر موازی را به هم متصل کند. چرخ‌دنده‌های مخروطی برای درایو‌های دیفرانسیل انتقال موتور، شیرآلات کنترل ولو و ابزار‌های مکانیکی استفاده می‌شود. چرخ‌دنده‌های مارپیچ محور متقاطع -شکل ۵- نیز انتقال بین شفت‌های متقاطع غیر موازی را فراهم می‌کنند.
چرخ‌دنده حلزونی (worm gear)
چرخ‌دنده حلزونی (worm gear) -شکل ۶-، یک چرخ‌دنده مارپیچ استوانه‌ای با یک یا چند رزوه است (شکل ۶ را ببینید). چرخ حلزون(worm wheel) یک چرخ‌دنده استوانه‌ای است شیار‌های دندانه آن طوری طراحی شده است که بتواند با چرخ‌دنده حلزونی (worm gear) به درستی در گیر شود. چرخ‌دنده‌های حلزونی در کاربرد‌هایی مانند فرمان در وسایل نقلیه، بلوک‌های وینچ (کشنده سیم بکسل)، گیربکس‌های سرعت پایین، میز‌های چرخشی و شیرآلات کنترل ولو از راه دور استفاده می‌شوند. مجموعه چرخ‌دنده‌های حلزونی قادر به کاهش سرعت بالا و کاربردهای بار بالا هستند که در آن از شفت‌های غیر موازی و غیر متقابل استفاده می‌شود. این چرخ‌دنده‌ها معمولاً در پیکربندی ۹۰ درجه مورد استفاده قرار می‌گیرند. تولید گرمای اصطکاکی در چرخ‌دنده‌های حلزونی زیاد است، بنابراین روانکاری مداوم مورد نیاز است و باید تدابیری برای اتلاف گرما فراهم شود. سطح بالای اصطکاک مربوط به مجموعه‌های چرخ حلزون و چرخ‌دنده حلزون را می‌توان برای تولید یک سیستم ترمز خودکار استفاده کرد، به طوری که وقتی گشتاور ورودی حذف شد، مجموعه دنده نمی‌چرخد. این اصل در برخی از وینچ‌ها استفاده می‌شود.
این مقاله در تاریخ ۲۵ مرداد ۱۴۰۲ آپدیت شده است.
این صفحه را با دیگران به اشتراک بگذارید و امتیاز بگیرید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.