مقدمه

چرخدنده ها از مهمترین اجزا در انتقال توان، جهت و گشتاور در تجهیزات مکانیکی هستند که در انتقال توان تجهیزات بین محرک و پمپ، کمپرسور یا دیگر تجهیزات مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله به بررسی انواع چرخدنده ها و کاربرد آنها می پردازیم. این چرخدنده ها به سه دسته چرخدنده با شفت موازی، غیرموازی در یک سطح و غیر موازی غیر هم سطح تقسیم می شود که در ادامه به هریک می پردازیم.

چرخدنده های با شفت موازی

چرخدنده ساده (Spur Gears)

دندانه های این چرخدنده موازی محور چرخش تراشیده شده اند و در هنگام درگیری یک یا دو عدد دنده با چرخدنده دیگر، در هر لحظه درگیر است. این چرخدنده هیچگونه نیروی محوری وارد نمی کند زیرا که نیرو عمود بر سطح دندانه ها است. در تصویر زیر یک عدد چرخدنده ساده را مشاهده می کنید.

چرخدنده هلیکال یا مارپیچ (Helical Gears)

در تصویر زیر یک جفت چرخدنده هلیکال مشخص شده است. در این چرخدنده، دندانه با محور چرخش زاویه دارند. بنابراین در هنگام انتقال نیرو، چندین دندانه با یکدیگر در تماس هستند که منجر به عملکرد نرم تر با سرو صدا کمتر نسبت به چرخدنده ساده است. این ویژگی اجازه انتقال توان بیشتری را به نسبت چرخدنده ساده می دهد. ولی در این چرخدنده ها علاوه بر نیروی شعاعی، نیروی محوری نیز ایجاد می شود.    

برخی مواقع جهت خنثی کردن نیروی محوری از چرخدنده هلیکال دوبل (Double-Helical Gear) همانند تصویر زیر، استفاده می شود. در این چرخدنده یک فاصله بین چرخدنده با مارپیچ سمت راست و چرخدنده با مارپیچ سمت چپ وجود دارد.

چرخدنده جناقی (Herringbone Gear) همانند چرخدنده هلیکال دوبل است با این تفاوت که همانند تصویر زیر، فضای بین دو مارپیچ وجود ندارد. برای ساخت این نوع چرخدنده به ابزار خاصی نیاز است که سبب قیمت بالا در ساخت می شود.

چرخدنده داخلی (Internal Gearing)

این چرخدنده که در شکل زیر ارائه شده است با چرخدنده دیگر همانند چرخدنده ساده درگیر می شود و عموما در گیربکس های خورشیدی کاربرد دارد.

اسپیلاین یا هزار خار (Splines)

از اسپیلاین جهت اتصال شفت ها به منظور انتقال گشتاور استفاده می شود. در تصویر زیر اسپیلاین مشاهده می شود.

چرخدنده های غیر موازی هم سطح

چرخدنده مخروطی با دندانه مستقیم (Straight Tooth Bevel Gears)

تصویر زیر این چرخدنده را نشان می دهد. در این چرخدنده ها، دنده ها نصب به محور چرخش زاویه دارند. در این چرخدنده ها هر دو نیروی محوری و شعاعی به محور شفت وارد می شود.

چرخدنده مخروطی زیرول (Zerol Bevel Gears)

همانند تصویر زیر، این چرخدنده، مشابه چرخدنده مخروطی با دندانه مستقیم است با این تفاوت که دنده ها منحنی شکل هستند. چرخدنده مخروطی زیرول به نسبت چرخدنده مخروطی با دندانه ساده، شرایط سطح تماس بهتر و سطح نویز کمتر و ظرفیت بار بیشتری دارد.

چرخدنده مخروطی اسپیرال (Spiral Bevel Gears)

همانند تصویر زیر، دنده های این نوع چرخدنده به صورت مارپیچ هستند در در هر لحظه بیش از یک دندانه درگیر است. بنابراین این نوع چرخدنده به نسبت به چرخدنده قبل، ظرفیت بار بیشتر و عملکرد با سطح نویز کمتر را دارد.

چرخدنده مخروطی مورب (Skew Bevel Gears)

این چرخدنده همانند چرخدنده مخروطی اسپیرال است با این تفاوت که دندانه ها انحنا طولی ندارد. یک چرخدنده مخروطی مورب در تصویر زیر مشاهده می کنیم. ظرفیت بار این چرخدنده بهتر از چرخدنده مخروطی با دندانه مستقیم و کمتر از چرخدنده مخروطی اسپیرال است. کاربرد این چرخدنده عموما در قطر های زیاد برای سرعت های کم و بارهای زیاد است.

چرخدنده پیشانی (Face Cut Gears)

مطابق تصویر زیر، در این چرخدنده، محور دندانه ها عمود بر محور شفت است. با توجه به ظرفیت کم، از این چرخدنده به منظور انتقال حرکت استفاده می شود.

چرخدنده های غیر موازی غیر هم سطح

چرخدنده مارپیچ متقاطع (Crossed Helical)

از نظر ظاهر این چرخدنده همانند چرخدنده مارپیچ است ولی محورهای دوران متنافر هستند. نیروی انتقالی از یک چرخدنده به دیگری به واسطه لغزش است.  

چرخدنده حلزونی استوانه ای (Cylindrical Worm Gearing)

در تصویر زیر چرخدنده حلزونی استوانه ارائه شده است. حلزونی استوانه ای قطر یکسان دارد و برای نسبت دور زیاد کاربرد دارد. همچنین در جهت عکس خاصیت خود قفلی دارد و به علت شرایط لغزشی زیاد، جنس حلزونی سخت و جنس دنده از فلزات نرم است. عموما بازدهی این نوع چرخدنده به نسبت چرخدنده مخروطی و مارپیچ کمتر است.

چرخدنده حلزونی با پوشش دوتایی (Double Enveloping Worm)

در این نوع چرخدنده، قطر حلزونی متغیر است و به علت سطح تماس بیشتر، توانایی انتقال توان بیشتری را به نسبت چرخدنده حلزونی استوانه ای دارد. در شکل زیر این نوع چرخدنده را مشاهده می کنیم.

چرخدنده هیپوییدی (Hypoid Gears)

چرخدنده هیپوییدی در تصویر زیر نشان داده شده است. این چرخدنده همانند چرخدنده مخروطی اسپیرال است با این تفاوت که دندانه ها متقارن نیستند. از جمله مزایای این چرخدنده به نسبت چرخدنده مخروطی اسپیرال می توان به کارکرد نرم تر و با نویز کمتر و از جمله معایب می توان به بازدهی کمتر اشاره کرد.

مرجع

Gearbox and Gear Drive Maintenance Guide, Technical Report, 2004.