چرخ‌دنده

 چرخدنده وسیلهای است برای انتقال گشتاور  که به کمک آن میتوان مقدار گشتاور و یا سرعت دورانی را کاهش یا افزایش داد. همچنین به کمک چرخ دندهها میتوان جهت حرکت را تغییر داد.


ساختار

داخلی‌ترین قسمت چرخ‌دنده توپی می‌باشد که به محور محرک متصل می‌باشد. در بیرون این قسمت جان چرخ‌دنده قرار گرفته‌است. بیرونی‌ترین قسمت در جهت شعاعی، محیط چرخ‌دنده Rim می‌باشد که دندانه‌های چرخ‌دنده در این قسمت قرار می‌گیرند. این بخش از چرخ‌دنده منبع اصلی ایجاد صدا می‌باشد.

مهم‌ترین اصطلاحاتی که در طراحی چرخ‌دنده بکار می‌روند عبارت‌اند از

 دایره گام: دایره‌ای فرضی که تمامی‌محاسبات بر اساس آن انجام می‌گیرد. دایره گام دو چرخ‌دنده درگیر بر هم مماس می‌باشند.

گام محیطی:

طول کمانی از دایره گام که بین دو نقطه متناظر از دو دندانه مجاور قرار گرفته‌است.

ارتفاع سردنده:

فاصله بین بالای دندانه تا دایره گام.

ارتفاع ته‌دنده:

فاصله بین ته دندانه تا دایره گام.

لقی محیطی:

مقداری که فضای خالی بین دو دندانه یک چرخ‌دنده از ضخامت دندانه‌های چرخ‌دنده درگیر با آن در امتداد دایره گام بیشتر است.

چرخ‌دنده‌ها بر اساس وضعیت قرارگیری محورهای دو چرخ‌دنده درگیر نسبت به هم به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

 چرخ‌دنده‌های با محورهای موازی

چرخ‌دنده‌های با محورهای غیرموازی

انواع چرخ‌دنده

 ١-چرخ‌دنده مارپیچ :

دندانه‌های این چرخ‌دنده برخلاف چرخ‌دنده ساده موازی با محور چرخ‌دنده

 نیستند، بلکه هر دندانه به شکل مقطعی از مارپیچ است. این قابلیت باعث می‌شود

دندانه‌ها به آرامی با هم درگیر شوند، در حالی که دندانه‌های چرخ‌دنده ساده به یکباره با هم درگیر شده و از هم جدا می‌شوند. این مسأله باعث می‌شود که چرخ‌دنده‌ها مارپیچ نسبت به چرخ‌دنده‌های ساده آرام‌تر و با صدای کمتر کار کنند.

٢-چرخدنده ساده :

ساده‌ترین و پرکاربردترین نوع چرخ‌دنده‌است. هر دنده شامل دیسکی است که دندانه‌های آن بصورت شعاعی قرار گرفته‌اند و محور هر دو دنده می‌بایست موازی هم باشد.

 

٣-چرخ‌دنده مخروطی :

بکارگیری چرخ‌دنده مخروطی برای بالا  کشیدن دریچه سرریز به واسطه پیچ مرکزی.این نوع چرخ دنده عمدتا جهت انتقال محور دوران از حالت محور عمودی به محور افقی ویا بالعکس استفاده می‌شود . و در صنایع خودرو سازی از کاربرد فراوانی برخوردار است . دیفرانسیال اتومبیلهاومحورهای محرکه همگی از این نوع می‌باشد.

۴-چرخ‌دنده حلزونی

 محل کاربرد این نوع چرخ دنده‌ها که بتواند حرکتهای دورانی را به حرکتهای افقی یا عمودی تبدیل کند . مانند جعبه فرمانهای اتومبیلها.

۵-چرخ‌دنده شانه‌ای

 ایجاد دنده‌های مدولار روی یک محور افقی این چرخدنده را بوجود می اورد و جهت انتقات محور حرکت از حالت کشویی به حالت دورانی ویا بالعکس مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

اساسا چرخدنده ها شکل تکامل یافته چرخ های اصطکاکی هستند که برای جلوگیری از لغزش و اطمینان از یکنواختی حرکت نسبی دندانه به آنها اضافه شده است.

کاربردها، انواع چرخدنده ها، محاسن و معایب چرخدنده ها، شراط فیزیکی لازم در چرخدنده ها، روشهای ساخت چرخدنده ها و ... مواردی هستند که در این مقاله به آنها پرداخته شده است.

 

معایب چرخدنده ها:

١- حرارت ایجاد شده بین دو چرخدنده : به علت رعایت نکردن لقی استاندارد بین دو چرخدنده وعدم روغنکاری مناسب

 

2- صداهای ناهنجار: در چرخدنده های ساده صدا بیشتر و در چرخدنده های مارپیچ و جناغی صدا کمتر است.

 

3- ترک خوردن و پوسته پوسته شدن : اغلب در چرخدنده های آبکاری شده به وجود می آید.

۴- سائیدگی دندانه ها:

 دراغلب مواردی که دو چرخدنده با هم درگیر میشوند چرخدنده ای که قطرش  کوچکتر است زود تر سائیده میشود به همین جهت چرخدنده کوچکتر باید سخت تر انتخاب شود.

 

روش ساخت چرخدنده ها:

روشهای مختلفی برای ساخت چرخدنده وجود دارد که هرکدام دارای معایب و مزایایی هستند و باید با توجه به نوع چرخدنده ، جنس ، دقت مورد نیاز، امکانات موجود و هزینه ساخت بهترین روش را انتخاب کرد.

تعدادی ازاین روش ها عبارتند:

1- توسط فرزهای افقی وعمودی(به کمک دستگاه تایلکوف)

2- توسط دستگاههای هابینگ

3- توسط دستگاههای مخصوص دنده زنی

4- توسط دستگاههای صفحه تراش و کله زنی

5- توسط دستگاههای اسپارک

6- توسط دستگاههای خانکشی

7- توسط ریخته گری

8- توسط قالبهای FINE BLANKING

 

چرخدنده ها اکثرا با دو منحنی اینولوت یا سیکلوئید طراحی و ساخته میشوند. برای ساخت چرخدنده های بزرگ و نیز جاهایی که انتقال قدرت زیاد مد نظرباشد از منحنی اینولوت استفاده میشود.

ولی برای ساخت چرخدنده های ظریف مانند چرخدنده های ساعت از منحنی سیکلوئید استفاده میشود

پرداخت چرخ دنده

  برای این که چرخ دنده خوب کار کند و عمر مناسب داشته باشد باید مقطع دندانه ى آن دقیق و سطوح دندانه هایش صاف و سخت باشد.در شرایطى که چرخ دنده باید بدون صدا در سرعت هاى بالا کار کند این عوامل اهمیت ویژه اى پیدا مى کنند.در بیش تر فرایندهاى تولید چرخ دنده(به جز شکل دادن غلتکى سرد)اگر تولید سریع و بر اساس ملاحظات اقتصادى باشد ممکن است دقت شکل مقطع دندانه در حد مطلوب نبوده و سطوح دندانه ها قدرى نا صاف و مستعد فرسایش سریع باشند.هم چنین تراشیدن دندانه ى خام از جنس سخت دشوار است و به حکم جنبه هاى اقتصادى تولید،بهتر است چرخ دنده هاى خام از جنس نرم را تراش کاری کرده و پس از تکمیل (در صورت نیاز)با عملیات حرارتی آن را سخت کنند  این گونه عملیات حرارتى غالبا موجب مختصر اعوجاج و ناصافى سطح چرخ دنده مى شود.اگر چه مقطع دندانه ى بیش تر چرخ دنده هاى تولید شده به روش شکل دادن غلتکى به قدر کافى دقیق و سطوح دندانه ها به قدر نیاز صاف و غالبا داراى سختى کافى هستند این فرایند فقط براى تولید چرخ دنده هاى نسبتا کوچک عملى است.در نتیجه بخش عمده اى از چرخ دنده هاى مرغوب پس از ماشین کارى اولیه و عملیات حرارتى در معرض نوعى عملیات پرداخت واقع مى شوند.بیش تر این عملیات پرداخت کارى هزینه ى زیادی در بر ندارند زیرا فقط مقدار بسیار کمى فلز برداشته مى شود و فرایند سریع و اغلب خود کار است.

  پرداخت لبه ى چرخ دنده

پرداخت لبه ى چرخ دنده متداول ترین روش پرداخت کارى چرخ دنده هاى مار پیچ و صاف است.براى این منظور چرخ دنده ىدرگیر با ابزار پرداخت کاری لبه را با سرعت مى چرخانند. معمولا از نوع ابزارپرداخت کارى لبه که در شکل مقابل مشاهده مى شود استفاده مى کنند.این ابزاریک چرخ دنده ى بسیار دقیق تراشیده و سخت شده است که در آن شکاف یا شیار هاى متعددایجاد نموده اند و در نتیجه هر دندانه داراى تعدادی لبه هاى تراش نیز است.

محورهاى چرخ دنده و ابزار تراش معمولا  تحت زاویه کوچکى(غالبا در حدود 10درجه)نسبت به یکدیگر بسته شده و چرخ دنده و ابزار تراش به خوبى با هم جفت مى شوند. این مطلب در شکل مقابل نمایش داده شده است.در ضمن چرخیدن چرخ دنده را در جهت طولى بر روى ابزار تراش(یا بر عکس)حرکت مى دهند.در اثر این کار که غالبا کم ترازیک دقیقه طول مى کشد تراشه هاى بسیار ظریف از سطح دندانه هاى چرخ دنده برداشته شده و نقاط بلند آن از بین مى رود در نتیجه مقطع دندانه بسیار دقیق مى شود.

رضاشیرزاد ; ٦:۳٠ ‎ب.ظ ; یکشنبه ٢ آبان ۱۳۸٩