در دنیایی مدرن امروزی، ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی در تمامی جنبه‌های زندگی نقش مهمی ایفا می‌کنند. بدون شک، چرخ‌دنده‌های صنعتی جزو مهم‌ترین قطعات به‌کاررفته در این ماشین‌آلات هستند. چرخ‌دنده‌ها نقش مهمی در انتقال گشتاور بین محورهای گیربکس صنعتی داشته و در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی استفاده می‌شوند.
در ساده‌ترین تعریف، چرخ‌دنده صنعتی را می‌توان این‌گونه توصیف کرد:
قطعه‌ای دایره‌ای‌شکل و چرخان که تعدادی دندانه در ساختار آن وجود دارد و برای انتقال گشتاور و سرعت از یک محور یا شفت به شفت دیگر استفاده می‌شود. نوع دندانه‌ها تعیین‌کننده نوع چرخ‌دنده و در نهایت نوع گیربکسی است که از این چرخ‌دنده‌ها استفاده می‌کند. جهت، سرعت و گشتاور قدرت ورودی را با کمک چرخ‌دنده‌ها می‌توان تغییر داد.
انواع چرخ‌دنده
انواع چرخ‌دنده صنعتی عبارت‌اند از:
- چرخ‌دنده ساده (Spur Gear)
- چرخ‌دنده هلیکال (Helical Gear)
- چرخ‌دنده هرینگبون (Herringbone Gear)
- چرخ‌دنده دبل هلیکال (Double Helical Gear)
- چرخ‌دنده اسکرو (Screw Gear)
- چرخ‌دنده مخروطی یا بول (Bevel Gear)
- چرخ‌دنده مخروطی تاجی (Crown Bevel Gear)
- چرخ‌دنده مخروطی هیپوئید (Hypoid Bevel Gear)
- چرخ‌دنده مخروطی میتر (Miter Bevel Gear)
- چرخ‌دنده مخروطی مارپیچی (Spiral Bevel Gear)
- چرخ‌دنده مخروطی مستقیم (Straight Bevel Gear)
- چرخ‌دنده مخروطی زیرول (Zerol Bevel Gear)
- چرخ‌دنده شانه‌ای (Gear Rack)
- چرخ‌دنده حلزونی (Worm Gear)
- چرخ‌دنده داخلی (Internal Gear)
دسته بندی فوق بر اساس شکل ظاهری، نوع دندانه‌ها و نحوه قرارگیری محورها انجام گرفته‌است. در ادامه به معرفی هر یک از این چرخ‌دنده‌ها پرداخته و ویژگی‌ها، مزایا، معایب و کاربردهای اصلی آن‌ها بررسی می‌کنیم.
چرخ دنده ساده چیست؟
چرخ دنده ساده که با نام چرخ دنده خار، دندانه دار یا Spur Gear نیز شناخته می شود، یکی از پر کاربردترین انواع چرخ دنده صنعتی است که دارای بدنه ای دایره ای شکل بوده و دندانه های آن به صورت مستقیم بریده شده و به موازات محور چرخ دنده و در یک راستا قرار گرفته اند. با توجه به کاربرد مد نظر، چرخ دنده های ساده را می توان با سایر چرخ دنده ها ترکیب کرده و در گیربکس خورشیدی به کار گرفت.
چرخ دنده های خار امکان تحمل بار محوری کمی داشته و نمی توانند برای سرعت های بسیار بالا و حمل بار زیاد استفاده شوند؛ با این حال راندمان بالایی دارند. یکی دیگر از معایب این چرخ دنده ها، صدای زیاد آن ها در سرعت های نسبتاً بالا است.
چرخ دنده ساده را معمولاً از جنس برنج، فولاد و در بعضی موارد از پلاستیک، پلی کربنات و … تولید می کنند. دو نوع چرخ دنده ساده وجود دارد که عبارتند از:
- چرخ دنده خارجی: این چرخ دنده در سطح خارجی سیلندر خود دارای دندانه است. اگر دو چرخ دنده خارجی با یکدیگر جفت شوند، در جهت مخالف همدیگر حرکت می کنند.
- چرخ دنده داخلی: چرخ دنده های خار داخلی، دارای دندانه هایی در سطح داخلی سیلندر خود هستند؛ چرخ دنده های خارجی درون چرخ دنده های داخلی قرار می گیرند و با همدیگر حرکت می کنند.
کاربرد چرخ‌دنده ساده
از چرخ دنده‌های ساده به‌طور گسترده‌ای در صنایع مختلف استفاده می‌شود. از جمله کاربردهای چرخ‌دنده ساده می‌توان به صنایع مواد غذایی، چوب، حمل و جابجایی مواد، انرژی‌های تجدید‌پذیر و … اشاره نمود. برخی از مهم ترین کاربردهای این چرخ دنده عبارتند از:
- دستگاه نوار نقاله
- سیستم های آبیاری
- تجهیزات حمل بار
- انواع گیربکس خورشیدی
چرخ‌دنده هلیکال چیست؟
چرخ‌دنده هلیکال یا چرخ‌دنده مارپیچ، بیشترین تنوع را در میان همه چرخ‌دنده‌های صنعتی دارد و در انواع گیربکس هلیکال استفاده می‌شود. این چرخ‌دنده‌ها برای محورهای موازی و شفت مستقیم به کار می‌روند. دندانه‌های چرخ‌دنده هلیکال به دو صورت چپ‌گرد و راست‌گرد برش می‌خورند؛ هر جفت چرخ‌دنده هلیکال از یک چرخ‌دنده راست‌گرد و یک چرخ‌دنده چپ‌گرد تشکیل شده است. فرایند درگیرشدن دندانه‌های این چرخ‌دنده‌ها به‌صورت تدریجی است. درگیری دندانه‌ها از انتهای یک‌دنده شروع می‌شود و به‌تدریج، با چرخش چرخ‌دنده بیشتر می‌شود تا در نهایت دو دنده به‌صورت کامل با یکدیگر درگیر شوند.
باتوجه‌به تماس تدریجی دندانه‌ها با یکدیگر، چرخ‌دنده‌های هلیکال صدای بسیار کمتری نسبت به سایر چرخ‌دنده‌های صنعتی تولید می‌کنند. همچنین شوک وارد شده به دندانه‌ها و لقی آن‌ها بسیار کمتر خواهد بود. بزرگ‌ترین مزیت چرخ‌دنده‌های هلیکال، راندمان بالای آن‌ها است؛ بااین‌حال، به دلیل طراحی و ساخت پیچیده‌تر و دشوارتر، هزینه بیشتری نسبت به سایر چرخ‌دنده‌ها دارند. علاوه بر این، به دلیل زاویه 15 تا 30 درجه ای دندانه‌ها نسبت به صفحه چرخ‌دنده، بار محوری زیادی تولید کرده و باید از بلبرینگ های تماس زاویه ای برای مهار بار محوری این چرخ‌دنده‌ها استفاده شود.
چرخ‌دنده دبل هلیکال
چرخ‌دنده دبل هلیکال یا هلیکال دوتایی، از دو دنده هلیکال چپ‌گرد و راست‌گرد تشکیل شده است. زاویه دندانه‌های این دو چرخ‌دنده یکسان است و برای انتقال نیرو بین دو شفت موازی به کار می‌رود. از جمله مزایای این چرخ‌دنده‌ها می‌توان به استحکام بالا، رزونانس کم و توانایی بالا در مهار بار محوری اشاره کرد؛ اما به دلیل فرایند پیچیده و دشوار ساخت، قیمت بالایی دارند.
چرخ‌دنده هلیکال هرینگبون
چرخ‌دنده هرینگبون، نوعی چرخ‌دنده دبل هلیکال است که دو دنده چپ‌گرد و راست‌گرد به هم چسبیده‌اند. دندانه‌های این چرخ‌دنده‌ها ظاهری شبیه حرف V دارند و توانایی بالایی در مهار بارمحوری دارند. به دلیل پیچیدگی پروفیل دندانه‌ها، این چرخ‌دنده گران‌ترین نوع چرخ‌دنده‌های هلیکال است.
چرخ‌دنده مخروطی چیست؟
چرخ‌دنده مخروطی یا بول، به دلیل شکل ظاهری خود به این نام شناخته می‌شود. دندانه‌های این چرخ‌دنده‌ها که معمولاً از نوع هلیکال هستند، روی سطح مخروطی شکلی قرار دارند. از چرخ‌دنده مخروطی برای انتقال نیرو بین دو محور متقاطع و عموماً در گیربکس بول هلیکال استفاده می‌شود، استفاده می‌شود. زاویه محورهای این چرخ‌دنده‌ها در بیشتر موارد 90 درجه است؛ اما می توان آن ها را برای محورهایی با زاویه های دیگر نیز طراحی و استفاده کرد. چرخ‌دنده‌های مخروطی غالباً از جنس فولادی یا آلیاژهای آن تولید می‌شوند. هر یک از این مواد ویژگی‌های بخصوصی دارد و بر اساس کاربرد موردنظر انتخاب می‌شوند.
انواع چرخ‌دنده‌های مخروطی عبارت‌اند از:
- چرخ‌دنده مخروطی تاجی
- چرخ‌دنده مخروطی مستقیم
- چرخ‌دنده مخروطی مارپیچی یا اسپیرال
- چرخ‌دنده مخروطی میتر
- چرخ‌دنده مخروطی زیرول
- چرخ‌دنده مخروطی هیپوئید
چرخ‌دنده مخروطی تاجی
چرخ دنده مخروطی مستقیم
چرخ دنده مخروطی مارپیچ
چرخ دنده مخروطی میتر
چرخ دنده مخروطی زیرول
چرخ دنده هیپویید
چرخ دنده حلزونی
چرخ دنده حلزونی که به چرخ دنده های استوانه ای یا چرخ دنده های پیچ نیز معروف هستند، برای استفاده در انواع گیربکس حلزونی با محورهای غیر موازی و غیر متقاطع ساخته شده اند. طراحی این چرخ دنده ها به گونه ای است که یک ماردون، چرخ دنده را می چرخاند اما در برخی از نسبت ها، چرخ دنده نمی تواند چرخش پیچ یا ماردون را تغییر دهد. این ویژگی برای دستگاه یا ماشین هایی که نیاز به خاصیت قفل شوندگی دارند، بسیار کاربردی است. از جمله معایب این چرخ دنده ها راندمان کمتر و اصطکاک زیاد آن ها است.
همچنین به دلیل اصطکاک زیاد در حین کار، نیاز به روانکاری بیشتری هم دارند تا عملکرد مناسبی داشته باشند. چرخ دنده های حلزونی معمولاً از جنس برنز (برنجی) است و ماردون را معمولاً از جنس فولاد می سازند. برای آشنایی بیشتر با خاصیت عدم برگشت پذیری، پیشنهاد می کنیم مقاله گیربکس برگشت ناپذیر- خود قفل شونده را مطالعه فرمایید.
چرخ‌دنده داخلی چیست؟
چرخ‌دنده داخلی، به‌عنوان چرخ‌دنده رینگی یا حلقه نیز شناخته شده و دندانه‌های آن در قسمت داخلی استوانه قرار دارند. از جمله مزایای این چرخ‌دنده‌ها می‌توان به اشغال فضای کوچک، تولید صدای کم، لرزش پایین، کاهش دور نسبتاً بالا مناسب هستند.
کاربرد چرخ‌دنده داخلی چیست؟
کاربرد چرخ‌دنده داخلی برای گیربکس‌های خورشیدی و کوپلینگ دنده سر شافت است. اگر یک چرخ‌دنده ساده خارجی با چرخ‌دنده داخلی درگیر شود، جهت چرخش این دو چرخ‌دنده با یکدیگر هم جهت است؛ درحالی‌که هنگام درگیری دو چرخ‌دنده خارجی با هم جهت چرخش آن‌ها خلاف جهت همدیگر است.
چرخ‌دنده‌های داخلی اغلب در گیربکس خورشیدی و کوپلینگ دنده‌ای (دنده سرشافتی) به کار می‌روند.
مکانیزم گیربکس‌هایی که از چرخ‌دنده داخلی (دنده رینگی یا حلقوی)، خورشیدی، سیاره‌ای و حامل استفاده می‌کنند در سه نوع اصلی طراحی می‌شود:
- نوع سیاره‌ای: در مکانیزم سیاره‌ای، چرخ‌دنده داخلی (رینگی) ثابت است، چرخ‌دنده خورشیدی ورودی و حامل خروجی گیربکس است. این نوع گیربکس را در ایران به‌اشتباه با نام گیربکس خورشیدی می‌شناسند.
- نوع خورشیدی: در این مکانیزم، چرخ‌دنده خورشیدی ثابت است، چرخ‌دنده داخلی ورودی و حامل خروجی گیربکس است.
- نوع ستاره‌ای: در مکانیزم ستاره‌ای، حامل ثابت است و چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای فقط روی محورهای ثابت می‌چرخند.
کاربردهای چرخ‌دنده داخلی عبارت‌اند از:
- گیربکس‌های خورشیدی
- کوپلینگ دنده‌ای موتور، پمپ، ژنراتور و …
- خودروها: گیربکس و فرمان خودرو
- ماشین‌آلات صنعتی مانند دستگاه پرس چاپ
- ربات‌های صنعتی
نتیجه گیری
همانطور که گفتیم، هریک از این چرخ دنده ها در گیربکس های خاصی استفاده می شوند و برای انتخاب نوع گیربکس و چرخ دنده باید ابتدا نیازهای مختلف را سنجیده و سپس آن ها را با مشخصات فنی گیربکس مطابقت دهید. با توجه به گستردگی چرخ دنده ها و گیربکس های صنعتی، انتخاب آن ها ممکن است کاری دشوار باشد و نیاز به راهنمایی داشته باشید. کارشناسان ما در وبسایت کالا صنعتی آماده ارائه مشاوره تخصصی رایگان در زمینه انتخاب و خرید گیربکس صنعتی متناسب با نیاز شما هستند و می توانید از طریق وبسایت کالا صنعتی از این خدمات بهره مند شوید.