انواع چرخ دنده‌ ها و کارکرد آن‌ ها

ستاره | سرویس علوم - پیش از اینکه به معرفی انواع چرخ دنده‌ها بپردازیم، باید اشاره کنیم که چرخدنده دارای سه کارکرد اصلی است:

۱. افزایش گشتاور از موتور به تجهیزات حرکتی
۲. کاهش سرعت تولیدی موتور
۳. تغییر مسیر محور گردان

این تجهیزات را می‌توانیم از طریق سرپیچ‌ها، تسمه‌ها، زنجیر‌ها و یا به واسطه میله‌های اتصال توخالی به گیربکس متصل کنیم. وقتی نیرو ثابت نگه داشته می‌شود، سرعت و گشتاور حالت معکوس پیدا می‌کنند و به صورت نسبی به یکدیگر وابسته هستند؛ بنابراین هرچه سرعت را کاهش دهیم، به همان میزان گشتاور افزایش می‌یابد. از سوی دیگر نباید تردید داشت که قلب چرخ دنده، دندانه‌های داخلی آن هستند. دندانه‌ها به صورت جفت عمل می‌کنند، به این صورت که یکدیگر را به منظور تولید نیروی حرکتی درگیر می‌کنند.

چرخ‌های دندانه دار ملخی، نیرو را از طریق میله‌های موازی انتقال می‌دهند. دندانه‌های این چرخ‌ها با محور‌های میله موازی هستند. این امر موجب ایجاد بار‌های واکنش شعاعی روی میله می‌شود، اما بار‌های محوری را ایجاد نمی‌کند. چرخدنده‌های ملخی نسبت به چرخ دنده‌های مارپیچ پرسر و صداتر هستند، چون تنها یک خط ارتباطی در بین دندانه‌های آن‌ها وجود دارد. در حالی که دندانه‌ها در حال چرخش به گرد شبکه هستند، تنها با یک داندانه ارتباط دارند و از این طریق هم ارتباط با دندانه‌ی بعدی را تسهیل می‌کنند. اما روش کار چرخدنده‌های حلزونی، که با بیش از یک دندانه در تماس هستند و گشتاور را با نرمی بیشتری انتقال می‌دهند، متفاوت است.

برخلاف چرخدنده‌های ملخی که موازی اند، گوشه‌ای از دندانه‌های چرخدنده‌های مارپیچی به محور متمایل است. به همین دلیل در عمل بیش از یک دندانه در تماس هستند که خود موجب می‌شود چرخدنده‌های مارپیچی ظرفیت انتقال بار بیشتری را نسبت به چرخ دنده‌های ملخی داشته باشند. این استدلال، به دلیل بار اشتراکی بین دندانه ها، موجب می‌شود چرخدنده‌های مارپیچی عملکردی نرم‌تر و آرام‌تر نسبت به چرخدنده‌های ملخی داشته باشند. چرخدنده‌های حلزونی در عمل باری محوری تولید می‌کنند که باید در حین استفاده مورد توجه قرار گیرد. اغلب چرخدنده‌های محصور از دندانه‌های حلزونی استفاده می‌کنند.
کارکرد آن: استفاده در جعبه دنده خودروها (گیربکس)، وسایل دارای بلبرینگ و ... .

چرخدنده‌های دوقلو نوعی چرخ دنده مارپیچی هستند که دو سر مارپیچی، که یک شکاف آن‌ها را از هم جدا می‌کند، در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. هر سر دارای یک زاویه مارپیچ مشابه، ولی مخالف است. بکارگیری یک جفت دنده مارپیچی بار‌های محوری را محدود کرده و حتی امکان اصطکاک بیشتر دندانه‌ها و عملکرد نرمتر را به وجود می‌آورد. عموماً چرخدنده‌های دوقلو، مانند چرخدنده‌های مارپیچ، در چرخدنده‌های محصور استفاده می‌شوند.
کارکرد آن: یکی از بهترین چرخدنده‌ها در زمینه انتقال نیرو

چرخدنده‌های عقربی (جناغی) بسیار شبیه چرخدنده‌های دوقلو هستند، اما هیچ شکاف جداکننده‌ای در بین دو سر این چرخدنده وجود ندارد. چرخدنده‌های جناغی معمولاً کوچکتر از چرخ دنده‌های دوقلوی قابل مقایسه هستند و کاربرد ایده آل آن‌ها عبارت است از ایجاد شوک و ارتعاش بالا. استفاده از چرخدنده‌های جناغی، به دلیل مشکلات تولید و گرانی قیمت، عمومیت فراوانی ندارد.
کارکرد آن: استفاده در جعبه‌ دنده بسیاری از خودرو‌ها برای انتقال نیروی گشتاوری

چرخدنده‌های مخروطى معمولاً برای انتقال نیرو بین محور‌هایی که در زاویه ۹۰ درجه منقطع شده اند، استفاده می‌شوند. آن‌ها در عملیات‌هایی که به یک چرخ دنده زاویه قائم مورد نیاز است، استفاده می‌شوند. چرخدنده‌های مخروطى عموماً گران قیمت‌تر هستند، و با در نظر گرفتن اندازه آن‌ها، قادر به انتقال گشتاوری به میزان آرایش موازی محور‌ها نیستند.
کارکرد آن: استفاده برای درب‌های اتوماتیک الکتریکی، چرخش پروانه‌های هلی‌کوپتر، مته‌های دستی

چرخ دنده‌های حلزونی، نیرو را از طریق زاویه‌های قائم روی محور‌های غیرمنقطع انتقال می‌دهند. این چرخ‌دنده‌ها بار محوری را ایجاد کرده و عمکرد مناسبی برای عملیات‌های بار شوک دارند، اما نسبت به دیگر چرخدنده‌ها، تأثیرگذاری اندکی ارائه می‌دهند. این چرخدنده، به دلیل تأثیرگذاری اندک، بیشتر در عملیات‌های اسب بخار استفاده می‌شود.
کارکرد آن: دیفرانسیل کامیون‌ها و خودروهای سنگین، سیستم‌های نقاله الکتریکی و بالابرها

چرخ دنده‌های هیپوئیدی شباهت بسیاری با چرخدنده‌های مخروطی دارند، اما روی محور‌های غیر منقطع عمل می‌کنند. محور‌ها در آرایش هیپوئیدی توسط یاتاقان‌های موجود در هردو سوی محور پشتیبانی می‌شوند، چون میله دندانه دار در سطح متفاوتی از دنده قرار داده شده است. هیپوئید چرخ‌دنده هایى براى انتقال حرکت و قدرت بین شفت‌ها یا محورهاى متنافر هستند.
کارکرد آن: دیفرانسیل خودروهای شهری و سبک

این مفهوم به چرخ دنده ملخی شکل می‌دهد. میله دندانه دار و چرخ دندانه‌دار کوچک در گونه‌های خطی شکل متفاوتی ظاهر می‌شود. گونه‌های این دستگاه در مورد ملخک‌ها هستند. هر میله دندانه داری عبارت است از یک میله دارای دندانه. این میله یک شعاع منحنی دارد و می‌شود آن را به عنوان بخش چرخدنده در نظر گرفت. میله دندانه دار با چرخ دندانه دار کوچک ترکیب شده و یک نیروی خطی را شکل می‌دهد. هر وقت چرخ دندانه دار کوچک بچرخد، میله دندانه دار در یک خط مستقیم قرار می‌گیرد. غالباً در خودرو‌ها از این آرایش استفاده می‌شود.

چرخدنده خارجی با دندانه‌های خارج از سطح سیلندر یا میله ایجاد می‌شود. دندانه‌های چرخدنده داخلی هم به همین شکل داخل سطح سیلندر قرار دارند. چرخ دنده‌های داخلی قادر به اعمال فشار جهت برگشت مسیر نیستند. زاویه آن‌ها بیش از ۹۰ درجه است.

۱۰. چرخ دنده سیاره‌ای