چرخدنده وسیله‌ای است برای انتقال توان دورانی از یک محور به محور دیگر که طی آن مقدار گشتاور و یا سرعت دورانی و یا جهت چرخش و یا راستای محوری می‌تواند تغییر کند. تسمه و زنجیر نیز همین کار را می کنند اما با کیفیتی متفاوت.
تاریخچه
در ابتدا از چرخدنده ها استفاده می شد اما دندانه ها به شکل امروزی نبودند و معایب زیادی داشتند تا با کشف یک منحنی جدید به عنوان دندانه(یعنی:منحنی اینوولوت) چرخ دنده ها تکامل پیدا کردند
چرخ دنده ها یکی از پرمصرف ترین وسایل انتقال قدرت و حرکت هستند. مکانیزم چرخ دنده ها سیستمی است که حداقل از دو چرخ دنده تشکیل شده است که بصورت جفت کار می کنند. به همین دلیل آن را مکانیزم چرخ دنده می نامند. از نظر انتقال قدرت ، مکانیزم چرخ دنده شامل یک چرخ دنده محرک و یک یا چند چرخ دنده متحرک می باشد. معمولاً به کوچک ترین چرخ دنده مکانیزم ،پینتون و چرخ دنده دیگر چرخ می گویند.امروزه بیشتر دستگاه های موجود در صنعت دارای چرخ دنده هستند و با پیشرفت روز افزون صنعت ،چرخ دنده ها نقش انکار ناپذیری دارند. چرخ دنده ها بر حسب موقعیت مکانی محور ها نسبت به یکدیگر در شکل های گوناگونی طراحی و ساخته می شوند و حرکت چرخشی یک محور را به محور دیگر از طریق اتصال دندانه ها منتقل می کنند.
تاریخچه چرخ دنده
تاریخچه چرخ دنده ها حدود سه هزار سال پیش برآورد می شود. در تمدن های قدیم برای نخستین بار چرخ دنده های چوبی ساخته شد. رومیان چرخ دنده های چوبی را برای به حرکت درآوردن سنگ آسیاب ساختند. یک نمونه از بالابر چوبی برای انسان در شکل زیر نمایش داده شده است.
در قرن هجدهم و همزمان با انقلاب صنعتی در اروپا، نیاز شدید به چرخ دنده فلزی احساس شد ،که با استفاده از روش ریخته گری، چرخ دنده چدنی به تولید آن پرداختند. سپس ماشین تراش اختراع شد و به کمک این ماشین ها چرخ دنده های فولادی را تولید کردند.
در قرن نوزدهم ، با توسعه کشتی های بخار و ماشین های ابزار ، کاربرد چرخ دنده ها نیز توسعه یافت. با آغاز قرن بیستم ،خودرو و هواپیما بوجود آمد و دریچه نوینی در صنعت چرخ دنده سازی گشوده شد. مرحله به مرحله ماشین های نوین چرخ دنده سازی تولید شد و سبب ساخت چرخ دنده های مناسب ،با جنس های مختلفی شد. که امروزه این گونه شاهد این پیشرفت صنعتی چرخ دنده ها هستیم. در شکل زیر مشخصات یک چرخ دنده نشان داده شده است.
انواع چرخ دنده ها
چرخ دنده های ساده
این چرخ دنده ها ،ساده ترین نوع چرخ دنده ها به حساب می آیند ،دندانه های مستقیمی دارند و با محور چرخ دنده در حالت موازی قرار گرفته اند. برای کاهش سرعت و افزایش قدرت ،در بسیاری از مواقع تعداد زیادی از آنها را کنار هم قرار می دهند. روی محورهای موازی جهت حرکت یکی از آنها ، خلاف جهت حرکت یکی از آنها است. اگر بخواهند دو چرخ دنده درگیر در یک جهت حرکت کنند بین آنها چرخ دنده سومی را قرار می دهند تا جهت حرکت ورود و خروج یکی شود. در شکل زیر نمونه آنها را مشاهده می کنید. به چرخ دنده های ساده ،مارپیچ و جناغی ،چرخ دنده پیشانی نیز می گویند.
به دلیل ساخت آسان ارزان است و به همین دلیل کاربرد زیادی در صنعت دارند. برای مثال در ساعت های کوکی و اتوماتیک ،ماشین لباس شویی ،پنکه و نمونه اینها کاربرد دارند. بزرگ ترین عیب آنها سرو صدای زیاد است. هر بار که دندانه یک چرخ دنده به چرخ روبرو می رسد ، صدای کوچکی در اثر برخورد ایجاد می شود ، و زمانی که تعداد زیادی از این دندانه ها به هم برسند ،صدا بیشتر می شود ، تا جایی که حتی در دراز مدت ، این برخورد ها باعث شکستن دندانه ها می شوند.
چرخ دنده های مارپیچ
دندانه های این چرخ دنده مورب هستند و با محور چرخ دنده در حالت زاویه داری قرار گرفته اند. در هنگام چرخش یکی از چرخ دنده ها ، ابتدا نوک دندانه ها با هم تماس می یابند ، سپس به تدریج دو دندانه با هم درگیر می شوند ،و این درگیری تدریجی باعث کاهش سرو صدا می شود. همچنین مکانیزم چرخ دنده ،نرم کار می کند ، سطح تماس پروفیل دنده ها نیز نسبت به چرخ دنده ساده بیشتر است و انتقال قدرت بزرگی انجام می شود. در شکل زیر نمونه آن را مشاهده می کنید. این گونه چرخ دنده ها در صنعت خودرو سازی کاربرد زیادی دارند.
چرخ دنده های مخروطی
انتقال نیرو توسط این نوع از چرخ دنده ها تحت زاویه 900 ، کوچک تر از 900 و یا بزرگ تر از 900 امکان پذیر است ، بنابر این برای انتقال قدرت 0تحت زاویه مورد نظر بهترین چرخ دنده محسوب می شوند. البته در صنعت غالباً با محور های عمود بر هم بکار میروند. دندانه های آنها بر روی مخروط ناقص بصورت ساده یا مارپیچ ساخته می شوند. این چرخ دنده ها در جعبه دنده ها و دیفرانسیل کاربرد زیادی دارند.
چرخ دنده حلزون و پیچ حلزون
این چرخ دنده ها در صنعت جایگاه ویژه ایی دارند. اگر بخواهیم تغییر زیادی در سرعت و یا قدرت ایجاد کنیم ،از این منکانیزم بهره می گیریم. بزرگ ترین مزیت جالب این مکانیزم اینست که پیچ حلزون براحتی می تواند چرخ دنده حلزونی را به حرکت دآورد ، در صورتی که چرخ دنده حلزونی نمی تواند ، پیچ حلزون را بچرخاند ،زیرا زوایه دنده های پیچ حلزون به قدری کوچک است که وقتی چرخ دنده حلزون می خواهد آن را بچرخاند ،اصطکاک بسیار زیادی پدید می آید و مانع از حرکت پیچ حلزون می شود. این ویژگی به ما امکان می دهد تا در جاهایی که به قفل خودکار نیاز داریم از این چرخ دنده بهره بگیریم. این چرخ دنده ها در دستگاه هایی همچون بالابر ها و جرثقیل ها کاربرد زیادی دارند. مثلاً در یک بالابر اگر موتور از کار بیافتد ،چرخ دنده ها قفل می شوند و از پایین آمدن بار جلوگیری می کنند. چرخ دنده پیچ حلزون در دیفرانسیل کامیون ها و خودروهای سنگین نیز کاربرد دارد.
مکانیزم چرخ دنده های جناغی
دنده های این نوع از چرخ دنده ها روی محیط استوانه نسبت به هم زاویه کوچک تر از 900 می سازند و بصورت عدد 7 یا 8 ساخته می شوند. این چرخ دنده ها در دستگاه های نورد غلتکی فولاد کاربرد دارند. همچنین دستگاه هایی که تحمل نیروی رانشی محوری را ندارند، از این چرخ دنده ها استفاده می کنند.
به علت فرایند دشوار ساخت چرخ دنده های جناغی ، امروزه بیشتر چرخ دنده های دو مارپیچ می سازند که در وسط دندانه ها یک شیار ایجاد می شود و روش ساخت را آسان می کند. چرخ دنده های جناغی در دستگاه های با سرعت بالا چندان رضایت بخش نیستند. در شکل زیر هر دو نمونه را مشاهده می کنید. این نوع از چرخ دنده ها بیشتر در صنایع تلمبه های میدان های نفتی مورد استفاده قرار می گیرد.
چرخ دنده های سیاره ای
چنان چه در شکل زیر مشاهده می شود دو محور این چرخ دنده ها به همدیگر خیلی نزدیک است. به این چرخ دنده ها ،سیاره ایی نیز می گویند. دندانه های آن ها می تواند هم ساده و هم مارپیچ باشد و در کوپلینگ های انعطاف پذیر (ارتجاعی) کاربرد دارند.
.
کتاب -چرخ دنده ها و روشهای تولید آن ها- در 55صفحه-word