اگر کمی با دقت به وسیله‌های اطرافمان که دارای اجزای مکانیکی هستند نگاه کنیم، قطعا در ساختار اکثر آنها با چرخ دنده مواجه می‌شویم. این قطعات آنقدر مهم و پرکاربرد هستند که حتی اگر از افرادی که هیچ‌گونه آشنایی و تخصصی در صنعت ندارند هم بپرسید، حتما با چرخدندهها آشنایی کمی دارند.
در این بخش قصد داریم تا پس از تعریف چرخ دنده، با انواع چرخدنده ها بیشتر آشنا شویم.
چرخ دنده چیست؟
چرخدندهها قطعاتی هستند که وظیفه ی انتقال حرکت دورانی را برعهده دارند. این انتقال حرکت برای مقاصدی همچون افزایش گشتاور، افزایش یا کاهش سرعت، ایجاد زاویه معین بین شفت ورودی و خروجی و تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی انجام می‌گیرد.
چرخدنده ها قطعات نوظهوری نیستند بلکه حدود 3000 سال است که توسط انسان ها به کارگرفته می‌شوند و تا کنون به طور قابل توجهی تکامل یافته اند به طوریکه از چرخدندههای چوبی که در تمدن‌های قدیم استفاده می‌شد، اکنون به چرخدندههای مغناطیسی بدون تماس دست پیدا کرده‌ایم.
مشخصات تعیین کننده در چرخ دنده ها
قبل از آشنایی با انواع چرخدندهها باید با یکسری از مشخصات کلیدی آنها آشنا شویم.
گام
به فاصله‌ی یک نقطه روی یکی از دندانه‌ها تا نقطه متناظرش در دندانه‌ی بعدی گام چرخ دنده گفته می‌شود. گام یک چرخ دنده از مشخصه‌های کلیدی آن است. در انتخاب چرخدندهها به این موضوع توجه داشته باشید که گام چرخدنده هایی که با هم در تماس هستند حتما باید یکسان باشد تا به خوبی با یکدیگر درگیر شوند.
دایره گام
برای درک مفهوم دایره گام، دو چرخدنده که با هم درگیر هستند را در نظر بگیرید. اکنون اگر به مرکز هر دو چرخدنده، دو دایره مماس به هم را در نظر بگیرید، هر کدام از این دو دایره، دایره گام چرخ‌دنده‌ی مربوطه به حساب می‌آیند.
برای درک بهتر به تصویر زیر توجه کنید. دایره‌های سبز رنگ همان دایره‌های گام هستند.
مدول
مدول چرخدنده جزو مهمترین پارامتر‌های آن به شمار می‌رود که دارای استاندارد بین المللی است. با تقسیم قطر دایره گام که بر حسب میلیمتر است بر تعداد دندانه‌های چرخدنده، اندازه مدول آن مشخص می‌شود.
ارتفاع دنده ها
مجموع اندازه سر دنده و پای دنده ارتفاع دنده را تشکیل می‌دهد که در تصویر زیر می‌توانید آنرا مشاهده کنید.
حال نوبت به بررسی انواع چرخدندهها می‌رسد.
انواع چرخدنده ها
چرخ دنده ساده
از متداول‌ترین نوع چرخدندهها، چرخدندههای ساده هستند که حتما تا به حال مواجه شده اید. این نوع از چرخدندهها به دلیل سادگی فرآیند ساخت، قیمت پایین‌تری نسبت به سایر چرخدندهها دارند و با اینکه نسبت به سایر چرخدندهها مانند چرخدندههای مارپیچی معایبی دارند، طرفداران زیادی داردند. این چرخ دنده ها برای انتقال قدرت و گشتاور استفاده می‌شوند و در صنایع گوناگون به کار می‌روند.
چرخ دنده مارپیچ
این نوع از چرخدندهها، مدل تکامل یافته چرخدندههای ساده هستند. در چرخدندههای مارپیچی به دلیل شکل هندسی که دارند، به طور همزمان تعداد دندانه‌های بیشتری در مقایسه با چرخدندههای ساده با هم در تماس هستند که همین امر باعث کاهش چشمگیر سر و صدا، عملکرد بهتر و همچین طول عمر بیشتر چرخدندهها می شود.
از مهمترین معایب این نوع از چرخدندهها نسبت به نوع ساده‌ی آن پیچیده‌تر بودن فرآیند تولید است که به دنبال آن قیمت آن نیز بالاتر می‌رود.
در تصویر زیر نوعی از چرخدنده های مارپیچ را مشاهده می کنید:
چرخ دنده حلزونی
یکی دیگر از چرخدندههای بسیار پر کاربرد، چرخدندههای حلزونی هستند. این چرخدندهها دو وظیفه‌ی اصلی افزایش گشتاور و ایجاد زاویه 90 درجه بین شفت ورودی و خروجی را بر عهده دارند. نمونه ای از این نوع چرخدندهها را می‌توانید در گیربکس آسانسور‌ها مشاهده کنید.
چرخ دنده شانه ای
چرخدندههای شانه‌ای که با نام رک و پینیون نیز شناخته می‌شوند از مهمترین اجزا در سیستم‌های حرکت خطی به شمار می‌روند که وظیفه ی تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی را دارند. این نوع از چرخدندهها در دو نوع ساده و مورب ساخته می‌شوند که نوع مورب آن به نسبت عملکرد بهتری دارد.
چرخدندههای شانه‌ای با پارامتر مدول که پیش تر گفته شد شناخته می‌شوند. شما می‌توانید کاربرد این چرخدندهها را در درب‌های ریلی بزرگ، جعبه فرمان خودرو و دستگاه‌های cnc با ابعاد بزرگ مشاهده کنید.
چرخ دنده مخروطی
این نوع از چرخدندهها نیز همانند چرخدندههای حلزونی وظیفه ایجاد زاویه 90 درجه بین شفت ورودی و خروجی و انتقال قدرت را بر عهده دارند. عمده‌ترین تفاوت بین این دو چرخ دنده این است که در چرخ دنده‌های حلزونی، ضریب تبدیل گشتاور معمولا مقدار زیادی است و برای مواقعی که دور‌های پایین با گشتاور بالا نیاز است استفاده می‌شوند. اما در چرخدندههای مخروطی محدودیتی وجود ندارد و می‌توان حتی برای افزایش سرعت نیز از آنها استفاده کرد.
چرخ دنده‌های مخروطی به دو شکل ساده و مارپیچ ساخته می‌شوند و از کاربرد‌های گسترده آن می‌توان به دیفرانسیل خودرو اشاره کرد.
چرخ دنده جناغی
آخرین نوع از چرخدندهها که در این بخش قصد بررسی آن را داریم چرخ دنده‌های جناغی هستند. این چرخ دنده‌ها برای جلوگیری از حرکت عرضی و همچنین در نرفتن چرخدندهها از روی هم به کار گرفته می‌شوند.
البته امروزه کمتر از این نوع استفاده می‌شود چرا که فرآیند ساخت نسبتا پیچیده‌ای دارند و همچنین برای جلوگیری از حرکت عرضی چرخدندهها به راحتی می‌توان دو سر شفت را محدود کرد. اما در مواقعی که امکان محدود کردن شفت از دو طرف وجود نداشته باشد استفاده از این چرخدندهها بسیار کاربردی خواهد بود.
