چرخدنده ها در بسياري از وسايل مکانِيکي استفاده مي شوند.آنها کارهاي متفاوت بسياري انجام مي دهند ولي مهمترين آن کاهش دنده در تجهيزات موتوري است.اين نقشي کليدي است زيرا اغلب يک موتور کوچک چرخان با سرعت زياد مي تواند قدرت کافي براي وسيله را توليد کند ولي گشتاور کافي را نمي‌تواند. بعنوان مثال پيچ گوشتي الکتريکي دنده کاهشي بسيار بزرگي دارد زيرا که نياز به گشتاور پيچشي زيادي براي پيچاندن پيچ دارد. ولي موتور فقط مقدار کمي گشتاور در سرعت بالا توليد مي کند.با دنده کاهشي سرعت خروجي کاهش اما گشتاور افزايش مي يابد.
کار ديگري که چرخدنده ها انجام مي دهند تنظيم کردن جهت چرخش است.بعنوان نمونه در ديفرانسيل بين چرخ هاي عقب اتومبيل شما قدرت بوسيله ميل محوري که به مرکز اتومبيل متصل است منتقل مي شود و ديفرانسيل بايد 90 درجه نيرو را بچرخاند تا در چرخها بکار برد.
پيچيدگيهاي بسياري در انواع مختلف چرخدنده وجود دارد.در اين مقاله خواهيم آموخت که دندانه هاي چرخدنده چگونه کار مي کنند و درباره انواع مختلف چرخدنده که در همه نوع ابزارهاي مکانيکي يافت مي شوند خواهيم آموخت.

اصول اوليه

در هر چرخدنده نسبت دنده با فاصله از مرکز چرخدنده تا نقطه تماس تعيين مي شود.به عنوان مثال در ابزاري با دو چرخدنده ،اگر قطر يکي از چرخدنده ها 2 برابر ديگري باشد، ضريب دنده 2:1 خواهد بود.يکي از ابتدايي ترين انواع چرخدنده که مي توانيم ببينيم چرخي با برامدگي هايي بشکل دندانه هاي چوبي است.
مشکلي که اين نوع از چرخدنده ها دارند اين است که فاصله از مرکز هر چرخدنده تا نقطه تماس ،وقتي که چرخدنده مي چرخد تغيير مي کند.اين بدان معني است که ضريب دنده وقتي چرخدنده مي چرخد تغيير مي کند.يعني سرعت خروجي نيز تغيير ميکند. چنانچه شما در اتومبيل خود از چرخدنده هايي شبيه به اين استفاده کنيد،ثابت نگه داشتن سرعت در اين شرايط غير ممکن خواهد بود و شما دائما بايد سرعت را کم و زياد کنيد.
دندانه هاي چرخدنده هاي نوين پروفيل مخصوصي که دنده گستران (اينولوت involute ) ناميده مي شود استفاده مي کنند.اين پروفيل داراي خاصيت بسيار مهم ثابت نگه داشتن نسبت سرعت بين دو چرخدنده است.در اين نوع ، همانند چرخ ميخي بالا نقطه تماس جابجا مي شود ولي فرم گستران دندانه هاي چرخدنده اين جابجايي را جبران مي کند.براي جزئيات به اين قسمت مراجعه کنيد.در ادامه بعضي از انواع چرخدنده ها را ميبينيم

چرخدنده ساده

چرخدنده هاي ساده معمولي ترين نوع چرخدنده مي باشند.آنها دندانه هاي صافي دارندو بر روي محورهاي موازي سوار مي شوند.سابقا چرخدنده هاي ساده بسياري براي بوجود آوردن دنده هاي کاهشي بسيار بزرگي استفاده مي شد.
چرخدنده هاي ساده در دستگاه هاي بسياري استفاده مي شوند.مانند پيچ گوشتي الکتريکي ، آبپاش نوساني ، ساعت زنگي ، ماشين لباسشويي و خشک کن لباس .اما شما در اتومبيل خود تعداد زيادي از آن را نخواهيد يافت زيرا چرخدنده ساده واقعا" مي تواند پر سروصدا باشد.هر وقت دندانه چرخدنده يک دنده را با چرخدنده ديگري درگير کند دنده ها برخورد کرده و اين ضربه صداي بلندي توليد مي کند، همچنين فشار روي چرخدنده را افزايش مي دهد .براي کاهش دادن صدا و فشار روي چرخدنده اغلب چرخدنده ها در اتومبيل شما مارپيچي مي باشند.

چرخدنده هاي مارپيچ

وقتي دو دنده بر روي سيستم چرخدنده مارپيچ درگير مي شوند تماس از انتهاي يکي از دنده ها شروع شده و بتدريج با چرخش چرخدنده گسترش ميابد تا زماني که دودنده بطور کامل درگير شوند.
درگير شدن تدريجي چرخدنده هاي مارپيچي را وادار مي کند که آرامتر و ملايم تر از چرخدنده هاي ساده عمل کنند.به همين دليل چرخدنده هاي مارپيچي تقريبا" در جعبه دنده هاي همه اتومبيل ها مورد استفاده قرارمي گيرد.
بعلت زاويه دنده ها در چرخدنده هاي مارپيچ وقتي که دنده ها درگير مي شوند بار محوري بوجود مي آورند.دستگاه هايي که از چرخدنده هاي مارپيچ استفاده مي کنندياتاقان هايي دارند که مي توانند اين بار محوري را نگه دارند.يک نکته جالب در مورد چرخدنده هاي مارپيچ اين است که اگر زواياي دندانه هاي چرخدنده صحيح باشند مي توا نند روي محور عمودي سوار شده زاويه چرخش را روي 90 درجه تنظيم کنند.

چرخدنده مخروطي

چرخدنده مخروطي زماني مورد استفاده قرار مي گيرد که مسير چرخش محور نياز به تغيير کردن دارد و معمولا"برمحورهاي 90 درجه سوار مي شوند ولي مي توا نند طوري طراحي شوند که در زواياي ديگر نيز به همين خوبي عمل کنند. دندانه ها روي چرخدنده هاي مخروطي مي توانند صاف ، مارپيچي ويا قوسي باشند.دندانه هاي چرخدنده هاي مخروطي صاف در حقيقت مشکلي مشابه دنده چرخدنده هاي ساده دارند.که وقتي هر دنده درگير مي شود به دنده متناظر در آن لحظه ضربه مي زند.
درست مانند چرخدنده ساده، راه حل اين مشکل انحنا دادن به دندانه هاي چرخدنده مي باشد. اين دندانه هاي مارپيچي درست مانند دندانه هاي مارپيچي درگير مي شوند تماس از يک انتها ي چرخدنده شروع مي شود و به صورت تصاعدي در سرتاسر دندانه گسترش مي يابد.
در چرخدنده هاي مخروطي صاف و مارپيچي محورها بايد بر هم عمود باشندو همچنين در يک صفحه واقع شوند. اگر شما دو محور را پشت چرخدنده امتداد دهيد همديگر را قطع خواهند کرد .از طرف ديگر چرخدنده هاي قوسي (hypoid gear) مي توانند با محور ها در صفحات مختلف (محور هاي متنافر) درگير شوند.
اين خصوصيت در ديفرانسيل اتومبيلهاي بسياري استفاده مي شود.چرخدنده بزرگ مخروطي ديفرانسيل و چرخدنده کوچک ورودي (پنيون) هر دو از نوع قوسي (هيپوئيدي) هستند. اين به پنيون ورودي اجازه مي دهد که پايين تر از محور چرخدنده بزرگ مخروطي سوار شود.شکل بالا پنيون ورودي درگير با چرخدنده مخروطي بزرگ در ديفرانسيل را نشان مي دهد. زماني که محور محرک اتومبيل به پنيون ورودي متصل مي شود پايين تر قرار مي گيرد .اين بدان معني است که محور محرک در قسمت سواري جايي را اشغال نمي کند و فضاي بيشتري براي سرنشينان و بار ايجاد مي کند.
چرخدنده هاي حلزوني (ترجمه از ليلا عليزاده ساروي)
چرخدنده حلزوني هنگامي مورد استفاده قرار مي گيرد که نياز به دنده کاهشي بزرگي باشد.براي چرخدنده هاي حلزوني نسبت کاهش 20:1 و حتي تا 300:1 يا بالاتر از آن متعارف است.

چرخدنده حلزوني

بسياري از چرخدنده هاي حلزوني خاصيت جالبي دارند که چرخدنده هاي ديگر ندارند: پيچ حلزون براحتي مي تواند چرخدنده را بچرخاند ولي چرخدنده نميتواند پيچ حلزون را بچرخاند و اين بدان علت است که زاويه ي روي پيچ حلزون بقدري کم است که وقتي چرخدنده سعي مي کند آنرا بچرخاند نيروي اصطکاک بين چرخدنده و پيچ حلزون آن را در جاي خود نگه مي دارد و مانع چرخش آن مي شود.
اين خاصيت براي ماشينهايي از قبيل سيستم هاي نقاله مکانيکي مورد استفاده است. آنهايي که خاصيت قفل کنندگي در آنها هنگامي که موتور نمي چرخد مي تواند همانند يک ترمز براي نقاله عمل کند.
استفاده خيلي جالب ديگر چرخدنده هاي حلزوني در ديفرانسيل تورسن(Torsen differential) که در بعضي از اتومبيلها و کاميونهاي بارکش با کارايي بالا استفاده مي شود است.
چرخدنده و ميله دنده (ترجمه از ليلا عليزاده ساروي)
چرخدنده و ميله دنده براي تبديل کردن حرکت دوراني به حرکت خطي استفاده مي شوند.مثال کاملي از آن فرمان اتومبيلهاست . فلکه فرمان چرخدنده اي که با ميله دنده درگير است را مي چرخاند. وقتي که چرخدنده مي چرخد ميله دنده را به چپ يا راست مي لغزاند بسته به آنکه شما فرمان را بکدام سمت مي پيچانيد.
چرخدنده و ميله دنده همچنين در بعضي ترازوها براي گردش صفحه مدرجي که وزن شما را نشان مي دهد به کار مي رود.

چرخدنده هاي سياره اي و نسبت بين دنده ها

? هر مجموعه چرخدنده سيارهاي سه جزء اصلي دارد :
- دنده خورشيدي
- دنده سياره اي و حامل دنده سياره اي
- دنده بزرگ حلقه اي (رينگي)
هر کدام از اين سه جزء مي توانند ورودي يا خروجي باشند يا مي توانند ثابت نگه داشته شوند.انتخاب کدام قطعه اي براي کدام منظور نسبت دنده را براي چرخدنده ها معين مي کند.به يکي از چرخدنده هاي سياره اي منفرد نگاهي مي اندازيم.
يکي از چرخدنده هاي سياره اي جعبه دنده ما يک چرخدنده بزرگ حلقه اي با 72 دننده (کرانويل) و يک چرخدنده خورشيدي با 30 دنده دارد . مي توانيم نسبت دنده هاي بسياري از اين جعبه داشته باشيم.
همچنين قفل شدن هر دو جزء با هم همه ي قطعه را قفل خوا هد کرد و نسبت دنده 1:1 خواهد شد
توجه کنيد که اولين نسبت دنده اي که در جدول بالا ثبت شده است کاهشي است يعني سرعت خروجي از سرعت ورودي کمتر است.دومين نسبت دنده پرسرعت است يعني سرعت خروجي بيشتر از سرعت ورودي است و آخري نيز دوباره کاهشي است ولي مسير خروجي معکوس شده است.نسبت دنده هاي مختلف بسياري از مجموعه چرخدنده بالا مي توان استخراج کرد ولي آنهايي که مي بينيد مربوط به جعبه دنده ي اتوماتيک مي باشند. در پويا نمايي زير مي توانيد مشاهده کنيد:
پس اين يکي از مجموعه هاي چرخدنده است که مي تواند همه ي اين نسبت دنده هاي مختلف را بدون درگير کردن يا خلاص کردن چرخدنده هاي ديگر توليد کند.با دو تا از اين مجموعه چرخدنده ها در يک رديف ما مي توانيم 4 دنده جلو و يک دنده عقب (معکوس) مورد نياز در جعبه دنده را داشته باشيم.در قسمت بعدي دو مجموعه از چرخدنده ها را با هم قرار خواهيم داد.

جزئيات پروفيل چرخدنده گستراني (اينولوت)

درپروفيل دندانه هاي چرخدنده گستراني نقطه تماس ازنزديکي يکي از دندانه ها شروع شده و با چرخش چرخدنده نقطه تماس از آن چرخدنده دور شده و به ديگري نزديک مي شود.اگر شما نقطه تماس را دنبال کنيد، نشانگر يک خط مستقيم است که از يکي از چرخدنده ها شروع شده و در کنار ديگري پايان مي يابد.اين بدان معني است که شعاع نقطه تماس با درگير شدن دندانه ها بزرگتر مي شود.
قطر دايره گام قطر تماس موثر است .از آنجايي که قطر تماس ثابت نمي باشد قطر دايره گام واقعا فاصله تماس متوسط است.وقتي که دندانه ها ابتدا شروع به درگير شدن مي کنند دندانه چرخدنده بالايي به دندانه چرخدنده پاييني در داخل قطر دايره گام برخورد مي کند.اما توجه کنيد که آن قسمت از دنده بالا که با دنده پايين تماس پيدا مي کند، در آن نقطه بسيار لاغر است.با چرخش چرخدنده نقطه تماس به سمت قسمت ضخيم تر دندانه چرخدنده بالايي لغزيده مي شود.اين امر دنده بالايي را به جلو رانده بنا براين جبراني براي قطر تماس اندکي کوچکتر مي باشد.با ادامه دادن دندانه ها به چرخيدن نقطه تماس دور تر شده حتي از قطر دايره گام خارج مي شود.اما پروفيل دندانه هاي پاييني جبراني براي اين جابجايي است.نقطه تماس شروع به لغزيدن به سمت قسمت لاغر دندانه پاييني مي کند مقدار کمي از سرعت چرخدنده بالايي براي جبران قطر تماس افزوده شده،کم مي کند.نتيجه نهايي اين است که حتي اگر قطر نقطه تماس بطور ممتد تغيير کند سرعت ثابت باقي مي ماند.بنابراين پروفيل دندانه چرخدنده گستراني يک نسبت سرعت دوراني ثابت توليد مي کند.
منبع: www.parsikhodro.com
/خ