چرخ دنده

قطعه ای است برای انتقال گشتاور که به وسیله ی آن می توان مقدار گشتاور و سرعت درورانی را افزایش یا کاهش داد و جهت حرکت را نیز تغییر داد.

ساختار چرخ دنده

توپی متصل به محور متحرک، بخش داخلی چرخ دنده است، بیرون آن، محل قرارگیری جان چرخ دنده است، در قسمت بیرونی در جهت شعاعی، Rim درمحیط چرخ دنده قرار دارد که صدای حاصل از حرکت چرخ دنده مربوط به این قسمت می باشد.

اصطلاحات مهم و تعاریف آن ها

دایره گام: انجام محسابات بر اساس این دایره ی فرضی می باشد. دو چرخ دنده ی درگیر دارای دایره گام مماس بر هم می باشند.

گام محیطی: طول کمانی از دایره ی فرضی گام، میان دو نقطه ی متناظر از دو دندانه ی کنار هم.

ارتفاع سر دنده: فاصله میان بالای دندانه تا دایره گام.

ارتفاع ته دنده: فاصله میان انتهای دندانه تا دایره گام.

 دو گروه اصلی چرخ دنده ها بر اساس وضعیت قرارگیری محور های دو چرخ دنده به نسبت هم، 1- چرخ‌دنده‌های با محورهای موازی ،2- چرخ‌دنده‌های با محورهای غیرموازی

انواع چرخ دنده ها:

چرخ دنده های ساده: 

• ساده ترین چرخ دنده ی موجود، دارای دندانه های مستقیم و محور دو چرخ نیز موازی بایکدیگر قرار گرفته اند. گاهی تعداد زیادی از آنها را در کنار هم قرار می‌دهند تاسرعت را کاهش و قدرت را افزایش دهند.
  در تعداد زیادی از وسایل از این چرخدنده‌ها استفاده می‌شود. مثلاً ساعت های کوکی، ساعت های اتوماتیک، ماشین لباسشویی،پنکه و … . اما در اتومبیل به کار نمی آیند، چون سر و صدای زیادی دارند. هر بارکه دندانه یک چرخ به دندانه چرخ روبرو می‌رسد، صدای کوچکی در اثر برخورد ایجادمی‌شود. می‌توانید مجسم کنید وقتی تعداد زیادی از این چرخ دنده‌ها با هم کار کنند،چه سر و صدایی راه می‌اندازند؟ تازه این برخورد‌ها در دراز مدت، باعث شکستندندانه‌ها می‌شود. برای کاهش سر و صدا و افزایش عمر چرخ دنده‌ها در بیشتر اتومبیلهااز چرخ دنده های مارپیچ استفاده می‌کنند.

چرخ دنده های مارپیچ:

• دارای دندانه اریب است که در زمان حرکت ابتدا نوک دندانه ها با یکدیگر تماس پیدا میکنند و بعد تدریجا دو دندانه در هم جفت می شوند. این درگیری تدریجی موجب کاهش صدا و نرم کار کردن چرخ دنده ها می شود. به دلیل مایل بودن دندانه ها، هنگام کار نییروی زیادی وارد می شود به همین دلیل بلبرینگ هایی نیز در نظر گرفته می شوند که این فشار را متحمل شوند. در صورت تنظیم دقیق زاویه دندانه ها، امکان اتصال دو چرخ دنده عمود بر هم وجود دارد تا جهت چرخش 90 درجه تغییر کند در ماشین از تعداد زیادی چرخ دنده مارپیچ استفاده می شود.

چرخ دنده های مخروطی:

• این نوع از چرخ دنده بسیار مناسب برای تغییر جهت است و عموما برای تغییر جهت 90 درجه استفاده می‌شود، با تغییر طراحی میتواند در زاویه های دیگر هم کار کنند.در این نواع دندانه های می توانند مارپیچ یا مستقیم باشند. در هر دو مدل می بایست محور چرخ دنده ها در یک صفحه قرار بگیرد. در مدل ساده که دارای دنده های صاف است مشکلات چرخ دنده های ساده نیز وجود دارد، در مدل پیچ دار مشکل برطرف شده است. مواقعی که نیاز باشد محور چرخها در یک صفحه نباشند می بایست از چرخ دنده هایی مانند شکل روبرو استفاده شود. از این نوع چرخ دنده در دیفرانسیل بسیاری از خودرو ها استفاده می‌شود. این نوع طراحی این امکان آن را فراهم می کند که محور چرخ دنده بیرونی پایین تر از محور چرخ دنده حلقوی قرار گیرد.  در تصویر مقابل محور بیرونی ورودی مشاهده می شود که در تماس با چرخ حلقوی قرار دارد. با توجه به اینکه محورمحرک (Drive Shaft) ماشین به چرخ بیرونی وصل می گردد، با پایین آمدن چرخ بیرونی، امکان پایین آوردن محور محرک هم ایجاد می شود، به همین دلیل با پایین آوردن محور فضای بیشتری برای سرنشینان اتومبیل در نظر گرفته می شود.

چرخ دنده های حلزونی: 

• مورد استفاده در مواقعی که تغییر زیاد در سرعت و یا قدرت مد نظر باشد. نسبت شعاع دو چرخ دنده 20:1 و حتی به 300:1 و بیشتر نیز می‌رسد. خاصیت مهم این چرخ دنده که مختص همین نوع است این است که چرخ بالایی (حلزون) می‌تواند چرخ دیگر (چرخ دنده حلزونی) را حرکت دهد، اما چرخ پایینی نمی تواند حلزون رابچرخاند، زیرا زاویه دنده های روی حلزون بسیار کوچک است و زمانی که چرخ پایینی بخواهد آن را بچرخاند، اصطکاک بالایی ایجاد شده و مانع از حرکت حلزون می گردد. وجود این ویژگی امکان استفاده از این نوع چرخ دنده‌ا در مواقعی که نیاز به قفل خودکار باشد را می دهد. مانند بالابر ، در صورت از کار افتادن موتوربالابر، چرخ دنده‌ها قفل شده مانع از پایین آمدن بار می شوند.این نوع چرخ دنده در دیفرانسیل کامیون ها و خودروهای سنگین مورد استفاده قرار می گیرند.

چرخ دنده شانه ای:

•  مورد استفاده برای تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی مانند فرمان اتومبیل. فرمان خودرو، باعث چرخش چرخ دنده ای می شود که با چرخ شانه ای تماس دارد. وقتی فرمان چرخانده می شود، مطابق جهت چرخش فرمان، شانه به سمت چپ و یا راست حرکت می‌کند و منجر به حرکت چرخ ها می گردد. در بعضی ترازوها نیز برای چرخش عقربه از سیستم مشابه استفاده شده است.

چرخ دنده قطعه ای است برای انتقال گشتاور که به وسیله ی آن امکان کاهش یا فازایش مقدار گشتاور و یا سرعت دورانی وجود داردو همینطور می‌توان جهت حرکت را عوض کرد. داخلی‌ترین قسمت چرخ دنده توپی است که به محور محرک وصل است. محیط چرخ دنده (Rim)بیرونی ترین قسمت است که دندانه‌های چرخ دنده در این قسمت قرار می‌گیرند. دنده شانه ای مورب، چرخ دنده‌هایی به صورت اوریب است که موقع حرکت، دنده مقابل روی چرخ دنده، تعداد دنده‌های درگیر شده نسبت به دنده شانه‌ای ساده بیشتر است و سیستم از نظر حرکت، نرم تر عمل کرده و  اصطکاک کمتری دارد و به همین علت طول عمر بالاتری خواهد داشت. دنده شانه‌ای مختص استفاده در دستگاه‌های CNC و خطوط تولیدی صنعتی است که در دو نوع ساده و مورب وجود دارد. دنده شانه ای به دلیل تماس داشتن با چرخ‌دنده حرکت دورانی را به حرکت خطی تبدیل می کند.

مزایا و معایب:

• دنده شانه ای ساده نسبت به مورب دارای عملیات ساخت ساده تری بوده و متعاقبا قیمت مناسب تر و فراوانی بیشتری خواهد داشت.
• برش دنده شانه ای ساده در ابعاد دلخواه بسیار راحت تر بوده و آسیبی به دنده ها وارد نخواهد شد.
• نیروی قابل انتقال از طریق چرخ دنده های مورب به علت تعداد دندانه های درگیر بیشتر زیادتر خواهد بود.
• در چرخ دنده های مورب به علت درگیر شدن و جدا شدن دندانه ها از یکدیگر که به صورت تدریجی اتفاق می افتد حرکت تولید شده بسیار روان تر و بی سر و صدا تر خواهد بود که این موضوع در چرخ دنده های ساده صادق نیست.

علاوه بر نوع دنده شانه ای مهمترین پارامتر تاثیر گذار بعدی مدول دنده شانه ای میباشد این پارامتر که نشانگر ابعاد و اندازه های rack pinion میباشد عبارتست از نسبت قطر دایره گام به تعداد دندانه ها . مدول چرخ دنده را همچنین میتوان از گام به تعداد دندانه به دست آورد . با در نظر گرفتن این تعاریف در دنده شانه ای ها گام چرخ دنده برابر است با مدول ضرب در عدد π به طور مثال گام دنده شانه ای مدول 1 برابر است با 3.14 و مدول 2 برابر است با 6.28 میلیمتر.