چرخ‌دنده‌ها عناصر چرخان ماشین هستند که گشتاور را از یک محور به محوری دیگر از طریق دندانه‌هایی که روی آن‌ها ماشین‌کاری شده است، منتقل می‌کنند. چرخ‌دنده‌ها با پروفیل دندانه مشابه با یکدیگر درگیر می‌شوند. این ویژگی امکان انتقال نیرو از محور محرک به محور متحرک را فراهم می‌کند.
انواع مختلف چرخ‌دنده‌ها در ماشین‌ها استفاده می‌شوند زیرا می‌توان آن‌ها را برای طیف وسیعی از نیروها و از مواد مختلف طراحی کرد. آن‌ها همچنین می‌توانند برای افزایش یا کاهش سرعت چرخشی و همچنین تغییر جهت چرخش به کار گرفته شوند.
چرخ‌دنده‌ها همچنین می‌توانند برای پمپاژ مایعات مورد استفاده قرار گیرند، مانند پمپ‌های چرخ‌دنده‌ای. این چرخ‌دنده‌ها به قدری به‌خوبی با هم درگیر می‌شوند (و یک پمپ جابجایی مثبت ایجاد می‌کنند) که مایع با فشار بالا به جلو رانده می‌شود.
چرخ‌دنده‌ها یک جزء اساسی در بیشتر تجهیزات هستند زیرا بسیار چندکاره بوده و قادر به انجام وظایف مختلفی هستند.
تفاوت بین چرخ‌دنده‌ها و چرخ‌زنجیرها
چرخ‌دنده‌ها و چرخ‌زنجیرها هر دو از دندانه‌ها برای انتقال گشتاور استفاده می‌کنند. در حالی که در ابتدا به نظر می‌رسد این دو جزء شبیه به هم هستند، تفاوت‌های مشخصی وجود دارد که به ما کمک می‌کند به راحتی آن‌ها را شناسایی کنیم.
-
چرخ‌دنده‌ها راه‌حل ترجیحی برای انتقال‌های کوتاه هستند. استفاده از یک چرخ‌زنجیر و زنجیره کمک می‌کند تا نیرو در مسافت طولانی‌تری با استفاده از زنجیره منتقل شود.
-
در حالی که دندانه‌های دو چرخ‌دنده به‌طور کامل با یکدیگر درگیر می‌شوند، این اتفاق برای چرخ‌زنجیرها نمی‌افتد. دندانه‌های چرخ‌زنجیر برای قرار گرفتن در یک حفره مانند زنجیره دوچرخه یا شیارهای تانک نظامی طراحی شده‌اند.
-
چرخ‌دنده‌ها قادر به انتقال گشتاور در محورهای موازی، عمود و هر جهت دیگری در بین این دو هستند، اما چرخ‌زنجیرها تنها قادر به این کار در محورهای موازی هستند.
-
چرخ‌دنده‌ها گشتاور را در جهت مخالف منتقل می‌کنند. اگر محور محرک در جهت عقربه‌های ساعت بچرخد، محور متحرک در خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد. اما در چرخ‌زنجیرها، جهت چرخش ثابت باقی می‌ماند.
-
چرخ‌دنده‌هایی با دندانه شکسته ممکن است به اندازه یک سیستم کامل کارایی نداشته باشند اما همچنان کار می‌کنند. در حالی که در مورد چرخ‌زنجیرها، یک یا چند دندانه شکسته می‌تواند باعث شود زنجیره از جای خود خارج شده و سیستم متوقف شود.
انواع مختلف چرخ‌دنده‌ها و کاربردهای آن‌ها
چرخ‌دنده‌ها انواع مختلفی دارند و هر کدام مزایا و معایبی را ارائه می‌دهند. انتخاب نوع چرخ‌دنده به انتظارات یک طراح از سیستم چرخ‌دنده بستگی دارد. عوامل زیر ممکن است در این انتخاب در نظر گرفته شوند:
-
نیازهای گشتاور/دوره کاری
-
سرعت چرخش/نسبت چرخ‌دنده
-
محیط کاری
-
محدودیت‌ها و فضای موجود
-
بودجه
با توجه به این عوامل، انتخاب‌ها محدود به این می‌شود که آیا چرخ‌دنده‌ها روی محورهای موازی/غیرموازی و متقاطع/غیرمتقاطع کار خواهند کرد. بیایید بیشتر با انتخاب‌ها آشنا شویم و ببینیم هر کدام چه ویژگی‌هایی دارند.
چرخ‌دنده ساده (Spur Gear)
چرخ‌دنده ساده رایج‌ترین نوع چرخ‌دنده است. طراحی ساده و مؤثر آن امکان استفاده در طیف وسیعی از کاربردها را فراهم می‌کند. دندانه‌های این چرخ‌دنده‌ها موازی و به صورت مستقیم روی یک بدنه استوانه‌ای قرار دارند.
چرخ‌دنده‌های ساده در پیکربندی محورهای موازی در جفت‌های مرتبط استفاده می‌شوند. آن‌ها برای کاربردهای با بار و سرعت متوسط بسیار مناسب هستند و به طور کلی در کاربردهایی که صدا و لرزش مشکل‌ساز نیستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
دو چرخ‌دنده ساده با اندازه‌های مختلف می‌توانند برای تغییر گشتاور و سرعت دورانی استفاده شوند. طراحی ساده آن‌ها امکان دقت بالای ساخت را فراهم می‌کند. یکی از مزایای آن‌ها ارائه راندمان انتقال بالا بدون ایجاد بار محوری روی شافت است.
برخی معایب این چرخ‌دنده‌ها شامل صدای زیاد و لرزش در کاربردهای با سرعت بالا و مقدار زیاد فشاری است که دندانه‌ها در این طراحی ساده متحمل می‌شوند. این امر ظرفیت بارگذاری آن‌ها را محدود می‌کند.
دنده رک (Gear Rack)
در سیستم دنده رک و پینیون، می‌توان چرخ‌دنده‌های ساده را با یک رک ترکیب کرد تا حرکت چرخشی را به حرکت خطی تبدیل کند. رک شامل دندانه‌هایی است که به صورت ردیفی روی یک سطح صاف قرار دارند و این دندانه‌ها همان پروفیل چرخ‌دنده ساده را دارند.
دندانه‌های چرخ‌دنده ساده با دندانه‌های رک به همان صورت درگیر می‌شوند که با یک چرخ‌دنده ساده دیگر درگیر می‌شوند. هنگامی که چرخ‌دنده می‌چرخد، رک را در یک خط مستقیم به جلو یا عقب می‌راند.
سیستم دنده رک، که به عنوان سیستم رک و پینیون نیز شناخته می‌شود، در محصولات مختلفی مانند خودروها، بالابرهای پله‌ای، راه‌آهن‌ها و غیره استفاده می‌شود. همچنین در تنظیم دقیق پارامترهای ماشین‌آلات، مانند کنترل میزان سوخت وارد شده به یک ژنراتور دیزلی از طریق پمپ فشار قوی سوخت، کاربرد دارد.
چرخ‌دنده داخلی (Internal Gear)
چرخ‌دنده‌های ساده را می‌توان با یک چرخ‌دنده داخلی ترکیب کرد تا یک سیستم چرخ‌دنده سیاره‌ای ایجاد شود. یک چرخ‌دنده داخلی دندانه‌هایی در داخل بدنه‌ای به شکل حلقه دارد. این چرخ‌دنده با چرخ‌دنده‌های ساده که در داخل آن قرار دارند، درگیر می‌شود تا حرکت را انتقال دهد.
مکانیزم‌های چرخ‌دنده داخلی به سه نوع سیاره‌ای، خورشیدی و ستاره‌ای تقسیم می‌شوند. بسته به کاربرد و عوامل مرتبط دیگر، می‌توان نسبت‌های انتقال سرعت مختلفی همراه با جهت چرخش مطلوب ایجاد کرد.
چرخ‌دنده‌های داخلی در صنایع مختلفی به‌کار می‌روند و به‌ویژه به عنوان چرخ‌دنده‌های کاهنده (Reduction Gears) مورد استفاده قرار می‌گیرند. این چرخ‌دنده‌ها برای تغییر نسبت چرخ‌دنده‌ها در دوچرخه‌ها، ساعت‌ها و جعبه‌دنده‌های خودکار در خودروها بسیار مناسب هستند.
چرخ‌دنده مارپیچ (Helical Gear)
چرخ‌دنده‌های مارپیچ از نظر ساختار و کاربرد مشابه چرخ‌دنده‌های ساده هستند و از همان پیکربندی محورهای موازی با دندانه‌های موازی استفاده می‌کنند. اما دندانه‌های آن‌ها به شکلی زاویه‌دار قرار گرفته‌اند که اگر این دندانه‌ها را امتداد دهیم، به شکل یک مارپیچ دور شافت خواهند پیچید، از این رو به آن‌ها “مارپیچ” گفته می‌شود.
بر خلاف چرخ‌دنده‌های ساده، دندانه‌های چرخ‌دنده‌های مارپیچ به تدریج با یکدیگر درگیر می‌شوند که این امر از بارگذاری ضربه‌ای دندانه‌ها جلوگیری می‌کند. به دلیل این ویژگی بارگذاری تدریجی، بیش از یک جفت دندانه در هر لحظه درگیر هستند. این امر امکان تقسیم بار را فراهم کرده و اجازه می‌دهد چرخ‌دنده‌های مارپیچ بارهای بیشتری را نسبت به چرخ‌دنده‌های ساده تحمل کنند.
بارگذاری تدریجی همچنین باعث کاهش صدا و لرزش می‌شود و این نوع چرخ‌دنده را برای کاربردهای با بارهای بالا و سرعت بالا ایده‌آل می‌کند.
استفاده از چرخ‌دنده‌های مارپیچ موجب تولید بارهای محوری می‌شود و بنابراین نیاز به پشتیبانی توسط یاتاقان‌های محوری دارند. یک جفت چرخ‌دنده مارپیچ شامل یک چرخ‌دنده با پیچش دست چپ و یک چرخ‌دنده با پیچش دست راست است، بر خلاف چرخ‌دنده‌های ساده که دندانه‌های آن‌ها همیشه موازی با محور هستند.
چرخ‌دنده مارپیچ دوگانه (Double Helical Gear)
چرخ‌دنده‌های مارپیچ دوگانه نوع خاصی از چرخ‌دنده‌های مارپیچ هستند. این چرخ‌دنده‌ها برای غلبه بر فشار محوری بالایی که در چرخ‌دنده‌های مارپیچ تک ایجاد می‌شود، ایجاد شده‌اند.
چرخ‌دنده‌های مارپیچ دوگانه دو جهت مخالف دندانه‌ها را با هم ترکیب می‌کنند، معمولاً در امتداد وسط سطح چرخ‌دنده. فشار محوری تولید شده توسط دندانه چپ توسط دندانه راست خنثی می‌شود، بنابراین نیاز به یاتاقان‌های محوری را از بین می‌برد.
موارد استفاده معمول برای چرخ‌دنده‌های مارپیچ دوگانه شامل ماشین‌های اصلی مانند توربین‌های گازی و ژنراتورها است. آن‌ها همچنین در فن‌ها، پمپ‌ها و کمپرسورها به کار می‌روند.
همانند چرخ‌دنده‌های مارپیچ تک، چرخ‌دنده‌های مارپیچ دوگانه نیز عملکرد روان و بی‌صدایی در تمامی سرعت‌ها ارائه می‌دهند.
چرخ‌دنده هرینگ‌بون (Herringbone Gear)
چرخ‌دنده هرینگ‌بون یک نوع خاص از چرخ‌دنده مارپیچ دوگانه است. در حالی که چرخ‌دنده مارپیچ در وسط دندانه‌ها یک شیار دارد، چرخ‌دنده هرینگ‌بون این شیار را ندارد.
این طراحی کمک می‌کند تا نیروهای محوری روی هر مجموعه از دندانه‌ها حذف شوند. به همین دلیل، زاویه‌های بزرگتر امکان‌پذیر است زیرا خطر خرابی کمتر است.
این چرخ‌دنده معمولاً از پیکربندی محورهای متقاطع استفاده می‌کند که در آن دو شافت به صورت عمود بر هم قرار دارند. قدرت از چرخ‌دنده هرینگ‌بون به یک چرخ‌دنده مارپیچ دوگانه منتقل می‌شود.
چرخ‌دنده هرینگ‌بون هیچ گونه نیروی محوری تولید نمی‌کند و عملکردی بی‌صدا، روان و مؤثر را در تمامی سرعت‌ها و بارها تضمین می‌کند.
چرخ‌دنده پیچی (Screw Gear)
چرخ‌دنده پیچی که به عنوان چرخ‌دنده مارپیچ متقاطع نیز شناخته می‌شود، برای انتقال حرکت بین شافت‌های غیرموازی و غیرمتقاطع استفاده می‌شود.
در حالی که چرخ‌دنده‌های مارپیچ معمولاً بین شافت‌های موازی درگیر می‌شوند، چرخ‌دنده‌های پیچی این کار را در زاویه ۹۰ درجه انجام می‌دهند.
دندانه‌های چرخ‌دنده پیچی به شکل مارپیچ هستند. این دندانه‌ها نقطه‌ای از تماس بین دو چرخ‌دنده ایجاد می‌کنند، بنابراین برای کاربردهای با بار و سرعت بالا مناسب نیستند. همچنین بازده کمتری نسبت به چرخ‌دنده‌های مارپیچ دیگر دارند.
ویژگی منحصربه‌فرد چرخ‌دنده‌های پیچی این است که هنگام درگیری از همان جهت استفاده می‌کنند. حرکت به وسیله جفت‌های هم‌جهت دندانه‌ها که روی یکدیگر می‌لغزند، انتقال می‌یابد. بنابراین، روغن‌کاری چرخ‌دنده‌های پیچی ضروری است. هیچ محدودیتی در تعداد دندانه‌ها وجود ندارد.
چرخ‌دنده مخروطی (Bevel Gear)
چرخ‌دنده‌های مخروطی دارای بدنه‌ای مخروطی شکل هستند و دندانه‌ها بر روی سطح مخروطی قرار دارند. رأس مخروط بریده شده است. دو چرخ‌دنده درگیر معمولاً روی محورهای متقاطع عمود بر هم قرار می‌گیرند.
یکی از رایج‌ترین کاربردهای چرخ‌دنده‌های مخروطی برای تغییر جهت محور انتقال نیرو است. در حین این کار، RPM و گشتاور ممکن است با تغییر اندازه چرخ‌دنده تغییر کنند.
همچنین امکان افزایش یا کاهش زاویه بین شافت‌ها وجود دارد. دو شافت لزوماً نباید دقیقاً عمود بر هم باشند.
به دلیل طراحی چرخ‌دنده مخروطی، هنگامی که دو دندانه درگیر می‌شوند، تماس به‌طور ناگهانی صورت می‌گیرد، نه به تدریج. بنابراین، مشکلی مشابه با چرخ‌دنده‌های ساده یعنی تنش زیاد ایجاد می‌شود.
این درگیری با ضربه بالا باعث تولید صدای بیشتر و اعمال تنش زیاد بر روی دندانه‌ها می‌شود. تنش زیاد در نهایت بر دوام و عمر کاری چرخ‌دنده‌های مخروطی تأثیر می‌گذارد.
این مسئله همچنین بر نوع کاربردهایی که از آن‌ها استفاده می‌شود، تأثیر می‌گذارد. چرخ‌دنده‌های مخروطی مستقیم به طور کلی در سرعت‌های پایین (کمتر از ۵۰۰ RPM یا سرعت محیطی ۲ متر بر ثانیه) استفاده می‌شوند.
با وجود این محدودیت‌ها، چرخ‌دنده‌های مخروطی در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از تجهیزات که از چرخ‌دنده‌های مخروطی استفاده می‌کنند، شامل خودروها، پمپ‌ها، ماشین‌آلات ابزار (فرز و تراش)، تجهیزات بسته‌بندی مواد غذایی، شیرهای کنترل مایعات و تجهیزات باغبانی هستند. این چرخ‌دنده‌ها همچنین ساده‌ترین نوع برای تولید هستند و بنابراین قیمت مناسب و در اندازه‌های متنوع موجودند.
چرخ‌دنده مخروطی مارپیچ (Spiral Bevel Gear)
چرخ‌دنده‌های مخروطی مارپیچ برای غلبه بر محدودیت‌های چرخ‌دنده‌های مخروطی مستقیم استفاده می‌شوند. همانطور که از نام آن پیداست، دندانه‌ها بر روی چرخ‌دنده مخروطی مارپیچ به شکل مارپیچ قرار گرفته‌اند.
هنگامی که دو چرخ‌دنده مارپیچ با یکدیگر درگیر می‌شوند، این کار به‌تدریج انجام می‌شود. این کار از بارگذاری ضربه‌ای دندانه‌ها جلوگیری می‌کند زیرا جفت دندانه قبلی که اکنون در حال از دست دادن تماس هستند، هنوز بخشی از بار را حمل می‌کنند. از این جفت، جفت جدید دندانه‌ها به‌تدریج بار را به عهده می‌گیرند.
این ویژگی باعث عملکرد روان و بی‌صدا می‌شود. همچنین ظرفیت بارگیری ایمن چرخ‌دنده را افزایش می‌دهد. بنابراین، چرخ‌دنده‌های مخروطی مارپیچ در کاربردهای بسیار پر‌تقاضا (سرعت‌های بیش از ۵۰۰ RPM) برای عملکرد ایمن و قابل اعتماد مورد استفاده قرار می‌گیرند.
برخی از این کاربردها شامل انتقال قدرت، دیفرانسیل خودروها، رباتیک، سیستم‌های جابجایی در قوس و قسمت جلو و عقب کشتی‌ها هستند.
چرخ‌دنده مایتر (Mitre Gear)
چرخ‌دنده‌های مایتر از نوع چرخ‌دنده‌های مخروطی با نسبت سرعت ۱:۱ هستند. یک جفت درگیر همیشه تعداد دندانه‌های یکسانی دارند. آن‌ها برای انتقال نیرو بین محورهای متقاطع استفاده می‌شوند.
چرخ‌دنده‌های مایتر در ماشین‌آلات برای تغییر جهت چرخش استفاده می‌شوند. آن‌ها سرعت یا گشتاور شافت را تغییر نمی‌دهند.
یک چرخ‌دنده مایتر ممکن است از نوع مستقیم یا مارپیچ باشد. چرخ‌دنده‌های مایتر مستقیم مزیت عدم نیاز به مقابله با نیروی محوری را دارند. اما این چرخ‌دنده‌ها با محدودیت‌های چرخ‌دنده‌های مخروطی مستقیم روبرو هستند. چرخ‌دنده‌های مایتر مارپیچ نیروی محوری تولید می‌کنند که نیاز به یاتاقان‌های محوری دارند.
چرخ‌دنده‌های مایتر معمولاً در زاویه ۹۰ درجه درگیر می‌شوند. اما ممکن است برای درگیری در زوایای دیگر نیز تولید شوند. اگر آن‌ها در هر زاویه‌ای بین ۰ تا ۱۸۰ درجه درگیر شوند، به عنوان چرخ‌دنده‌های مایتر زاویه‌ای شناخته می‌شوند. رایج‌ترین محدوده برای چرخ‌دنده‌های مایتر زاویه‌ای بین ۴۵ و ۱۲۰ درجه است.
چرخ‌دنده هایپوئید (Hypoid Gear)
چرخ‌دنده هایپوئید شبیه چرخ‌دنده مارپیچ مخروطی است، اما تفاوت‌های محسوسی دارد. برخلاف چرخ‌دنده‌های مارپیچ، شافت‌های چرخ‌دنده هایپوئید با هم تلاقی ندارند.
چرخ‌دنده هایپوئید به صورت افست (جابه‌جایی محوری) نسبت به چرخ دنده تاجی قرار می‌گیرد که معمولاً یک چرخ‌دنده مارپیچ مخروطی است. این موقعیت‌دهی چرخ‌دنده هایپوئید باعث افزایش تماس در هنگام درگیری می‌شود. این امر باعث بهبود ظرفیت بارگیری و همچنین دوام سیستم انتقال می‌شود.
تفاوت دیگر شکل چرخ‌دنده هایپوئید است. بدنه چرخ‌دنده به شکل یک هایپربولوئید (شکل هندسی چرخاننده‌ای که از چرخش یک هایپربولا به دور یک محور به وجود می‌آید) است.
یک مخروط هنگامی تشکیل می‌شود که یک مثلث قائم‌الزاویه به دور یکی از اضلاع زاویه راست خود بچرخد. اگر وتر (که یک خط مستقیم است) مثلث قائم‌الزاویه را با یک هایپربولا جایگزین کنیم و آن را به دور همان ضلع بچرخانیم، شکل هایپربولوئید به دست می‌آید.
این شکل بدون هیچ تداخلی با چرخ‌دنده مارپیچ مخروطی به‌خوبی تطابق دارد، زیرا دو چرخ‌دنده درگیر کمی به سمت کنار قرار گرفته‌اند.
در مقایسه با چرخ‌دنده‌های مخروطی، چرخ‌دنده‌های هایپوئید به دلیل نسبت تماس بالا، کاهش سرعت بیشتری را به دست می‌آورند. این تماس افزایش‌یافته همچنین امکان انتقال بار بیشتر را فراهم می‌کند و در عین حال صدا و لرزش را کاهش می‌دهد.
با این حال، درگیری آن‌ها پیچیده است و تولید آن‌ها نیز دشوار است. چرخ‌دنده‌های هایپوئید در سیستم‌های دیفرانسیل خودروها استفاده می‌شوند.
چرخ‌دنده‌های هایپوئید شباهت‌هایی به سیستم‌های چرخ‌دنده حلزونی دارند اما مزایایی نسبت به آن‌ها دارند. اولاً، لغزش کمتری رخ می‌دهد که مصرف انرژی را کاهش می‌دهد. ثانیاً، افست بین دو چرخ‌دنده کمتر است که باعث صرفه‌جویی در فضا می‌شود. در نهایت، هر دو چرخ‌دنده می‌توانند تحت عملیات حرارتی قرار گیرند که سختی بالاتری را به آن‌ها می‌بخشد و اندازه چرخ‌دنده‌های استفاده شده را کاهش می‌دهد.
چرخ‌دنده حلزونی (Worm Gear)
در سیستم انتقال حرکت چرخ‌دنده حلزونی، یک حلزون با یک چرخ‌دنده حلزونی درگیر می‌شود و انتقال حرکت انجام می‌شود. چرخ‌دنده حلزونی شبیه به یک پیچ است و هنگامی که می‌چرخد، با یک چرخ‌دنده استوانه‌ای (که گاهی به عنوان چرخ حلزونی نیز شناخته می‌شود) درگیر می‌شود.
این سیستم برای انتقال حرکت بین دو شافت غیرموازی و غیرمتقاطع استفاده می‌شود. چرخ‌دنده‌های حلزونی یکی از بالاترین نسبت‌های کاهش دنده را ارائه می‌دهند.
یک ویژگی منحصر به فرد این سیستم دنده این است که می‌توان چرخش جفت دنده را قفل کرد. این به این دلیل است که چرخ‌دنده حلزونی نمی‌تواند حلزون را بچرخاند اگر در یک زاویه خاص تنظیم شده باشد. اما حلزون می‌تواند چرخ‌دنده حلزونی را در هر زاویه‌ای بچرخاند. این ویژگی در کاربردهایی که نیاز به مکانیزم‌های خودقفل‌کننده دارند استفاده می‌شود.
با این حال، چرخ‌دنده‌های حلزونی دارای برخی معایب نیز هستند. بازده انتقال در مقایسه با دیگر دنده‌ها چندان خوب نیست. همچنین، به دلیل وجود لغزش بین حلزون و چرخ‌دنده حلزونی در هنگام انتقال، روغن‌کاری یک عامل مهم است. روغن‌کاری مستمر برای عملکرد روان ضروری است.
چرخ‌دنده‌های حلزونی معمولاً در خودروها، سیستم‌های فرمان، آسانسورها و سیستم‌های جابجایی مواد استفاده می‌شوند.
پارامترهای دنده
اکنون که درک کلی از انواع مختلف چرخ‌دنده‌ها داریم، می‌توانیم به طور فنی‌تر با اصطلاحات مختلفی که در یادگیری درباره چرخ‌دنده‌ها ممکن است با آن‌ها مواجه شویم، آشنا شویم.
قطر خارجی (Outer Diameter)
این قطر حداکثری چرخ‌دنده است. فاصله از مرکز بدنه دنده تا نوک دندانه را شامل می‌شود. قطر خارجی نشان‌دهنده بیشترین گسترش دنده است.
دایره گام (Pitch Circle)
دایره گام دو چرخ‌دنده درگیر در نقطه‌ای که دندانه‌های جفت‌شده با یکدیگر تماس دارند، با هم تماس می‌گیرند. این دایره تقریباً در وسط دندانه دنده قرار دارد. دایره گام جایی است که انتقال حرکت انجام می‌شود و بنابراین، این دایره برای تمامی محاسبات استفاده می‌شود. نقطه‌ای که چرخ‌دنده‌ها با هم تماس دارند، نقطه گام (Pitch Point) نامیده می‌شود.
فاصله مرکز (Centre Distance)
این فاصله بین مراکز دو چرخ‌دنده درگیر در یک سیستم است. مهم است که این فاصله به درستی تنظیم شود تا انتقال گشتاور به طور مؤثر انجام شود. این فاصله با اضافه کردن قطر دایره گام دو چرخ‌دنده و تقسیم بر دو محاسبه می‌شود.
ریشه (Root)
ریشه نقطه‌ای است که دندانه به بدنه چرخ‌دنده متصل می‌شود. این قسمت پایین‌ترین بخش بین دو دندانه مجاور چرخ‌دنده است.
قطر ریشه فاصله بین مرکز بدنه چرخ‌دنده و پایه یک دندانه است. ارتفاع دندانه‌های دو چرخ‌دنده درگیر باید به گونه‌ای بریده شود که از ریشه دنده تجاوز نکند تا از تماس نوک دندانه با ریشه دنده دیگر در حین چرخش جلوگیری شود.
گام (Pitch)
گام به عنوان فاصله بین دو نقطه مشابه در دو دندانه مجاور تعریف می‌شود. این فاصله را می‌توان به سادگی با تقسیم محیط چرخ‌دنده در آن نقطه بر تعداد دندانه‌ها محاسبه کرد.
اما واژه «گام» می‌تواند گیج‌کننده باشد، زیرا در نقاط مختلف در امتداد ارتفاع دندانه، مقدار آن متفاوت خواهد بود. بنابراین، قطر باید مشخص شود. برخی از گام‌های محبوب عبارتند از گام دایره‌ای، گام پایه عادی و گام زاویه‌ای. گام دایره‌ای فاصله بین دو نقطه مشابه در دو سطح دندانه در امتداد دایره گام است.
گام دندانه‌ای (Diametral Pitch)
گام دندانه‌ای نشان‌دهنده چگالی دندانه‌ها است. این گام با تقسیم تعداد کل دندانه‌های چرخ‌دنده بر قطر دایره گام محاسبه می‌شود. واحد آن تعداد دندانه‌ها در هر متر است.
پروفیل دندانه (Tooth Profile)
پروفیل دندانه به شکل یک دندانه چرخ‌دنده اشاره دارد. پروفیل‌های مختلفی وجود دارد که می‌توانیم از آن‌ها انتخاب کنیم. می‌توانیم آن‌ها را مستطیلی، مثلثی، به شکل یک قوس دایره‌ای یا به شکل‌های پیچیده‌تر مانند یک سهمی یا اینولوت بسازیم.
شکل‌های ساده‌ای مانند مستطیل‌ها و مثلث‌ها، با این حال، ارتعاش و صدا را افزایش می‌دهند و به دلیل لغزش زیاد بسیار ناکارآمد خواهند بود. شکل‌های پیچیده‌تر بازده را بهبود می‌بخشند و عملکرد بی‌صدا را امکان‌پذیر می‌سازند. بیایید ببینیم چه نوع پروفیل‌هایی امروزه استفاده می‌شوند.
پروفیل دندانه اینولوت (Involute Tooth Profile)
این پروفیل دندانه‌ای است که بیشترین استفاده را دارد. استفاده از دنده‌های اینولوت مزایای خاصی دارد، از جمله:
-
آسان و ارزان بودن در تولید
-
توانایی تحمل انحرافات کوچک در فاصله مرکز
-
ضخامت بالای ریشه که به دنده استحکام می‌بخشد
-
زاویه فشار ثابت در طول عملیات که منجر به عملکرد روان می‌شود
پروفیل دندانه سیکلوئیدال (Cycloidal Tooth Profile)
پروفیل دندانه سیکلوئیدال دومین پروفیل رایج در استفاده است. این پروفیل اطمینان می‌دهد که سایش در سراسر دندانه به طور یکنواخت اتفاق می‌افتد. دندانه‌های سیکلوئیدال در ساعت‌ها و ابزارهای دقیق استفاده می‌شوند. این پروفیل به ندرت در کاربردهای سنگین استفاده می‌شود زیرا تولید آن دشوار است.
پروفیل قوس دایره‌ای (Arc of Circle Profile)
این پروفیل به اندازه پروفیل اینولوت محبوب نیست، اما مزیت سایش آهسته‌تر را دارد، زیرا قوس نابرابر است. این پروفیل به دو نوع تقسیم می‌شود: قوس تکی و قوس ترکیبی.
همانطور که از نامش پیداست، دندانه شکل استوانه‌ای دارد که با دنده دیگر جفت می‌شود. گاهی اوقات، یک قوس محدب ممکن است برای انتقال بهتر به یک قوس مقعر متصل شود. با این حال، تولید این پروفیل در مقایسه با پروفیل اینولوت دشوارتر است.
مواد دندانه و عملیات سطح
دندانه‌ها از مواد مختلفی تولید می‌شوند و این انتخاب بر روش عملیات سطحی که ممکن است برای بهبود عملکرد انتخاب شود نیز تأثیر می‌گذارد.
دندانه‌ها ممکن است از انواع مختلف فلزات و همچنین غیر فلزاتی مانند فولاد، چدن، پلاستیک، نایلون و فیبر تولید شوند. هر ماده ویژگی‌های خاص خود را دارد:
-
فولاد برای کاربردهای سنگین استفاده می‌شود. این ماده استحکام و سختی بالایی را فراهم می‌کند. فولاد کربنی و آلیاژی انتخاب‌های رایجی هستند.
-
چدن به راحتی تولید می‌شود و معمولاً زمانی که دنده‌ها به صورت انبوه تولید شوند، ترجیح داده می‌شود. با این حال، دقت در این نوع تولید از دست می‌رود.
-
نایلون یک گزینه ارزان، سبک و ضدخوردگی به عنوان ماده دنده است. نایلون برای کاربردهای با بار کم و مقاوم در برابر خوردگی مناسب است.
عملیات سطحی دندانه‌ها معمولاً قبل از استفاده ضروری است. دو تکنیک مفید برای تکمیل سطح دندانه‌ها، سنگ‌زنی و عملیات حرارتی است.
سنگ‌زنی دندانه‌ها باعث می‌شود که آن‌ها صاف شوند و به عملکرد بی‌صداتر کمک می‌کند. با این حال، این امر هزینه نهایی تولید را افزایش می‌دهد.
تکنیک‌های زیادی برای بهبود استحکام، سطح، و دوام دندانه‌ها از طریق عملیات حرارتی وجود دارد. برخی از این روش‌ها عبارتند از کربوریزه کردن، آنیلینگ، تمپرینگ، سخت‌کاری سطحی، و نرمالیزه کردن.
بسته به ماده استفاده شده و روش به‌کار رفته، دندانه‌ها می‌توانند قوی، مقاوم در برابر حرارت، سخت و بادوام ساخته شوند.
