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:

از جمله موارداستفاده از چرخدنده ها انتقال دورونیزقدرت از محوری به محور دیگروهمچنین تغییر حرکت دورانی به خطی و بالعکس از دیگر کاربردها میباشد.

انواع چرخدنده ها:

چرخدنده ها را به چند صورت میتوان طبقه بندی کرد.ممکن است بر حسب شکل ظاهری ، نوع کاربرد ویا روش ساخت آنها را طبقه بندی کرد. اما دراکثر مواقع چرخدنده ها بر حسب شکل ظاهری طبقه بندی میشوند:

چرخدنده های ساده-مارپیچ-شانه ای-مخروطی-مخروط مارپیچ-حلزون-چرخ حلزون-جناغی –اختلافی و ....

از مهمترین چرخدنده ها میباشند.

معایب چرخدنده ها:

1- 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.

4- 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.

محاسن چرخدنده ها:

1- انتقال نیروی بیشتر: در مقایسه با چرخ تسمه و چرخ زنجیرو درایوهای مشابه دیگر، در صورت استفاده از چرخدنده  میتوان سرعت بیشترو قدرت بیشتری را انتقال داد همچنین هنگام استفاده از چرخدنده  اتلاف نیرو کمتر میباشد و در نهایت دوام و عمر مجموعه بیشتر خواهد بود.

2- انتقال نیرو درجهت های مختلف : از چرخدنده ها میتوان برای انتقال نیرو در محور های موازی و متنافر و متقاطع تحت زوایای مختلف استفاده نمود.

3- شکستن نسبتها

4- تبدیل حرکت دورانی به خطی و بالعکس

شراط فیزیکی لازم در چرخدنده ها:

برای عملکرد موفقیت آمیز چرخنده ها پنج شرط زیر باید اعمال شود:

1- مقطع حقیقی دندانه ها باید با مقطع تئوری یکی باشد.

2- فاصله دندانه ها باید یکسان و درست باشد.

3- دایره گام حقیقی باید بر دایره گام تئوری منطبق و با محور چرخش چرخدنده  هم مرکز باشد. همچنین نقطه تماس دو چرخدنده درگیر، در دایره گام (قطر متوسط چرخدنده) باشد.

4- سطح پیشانی و دامنه دندانه ها باید صاف و دارای سختی کافی برای مقاومت در مقابل سایش و جلوگیری از ایجاد صدا در هنگام چرخش باشند.

5- محورهای مرکزی و یاتاقانها دارای استحکام کافی باشند تا در اثر بارهای وارده هنگام کار بتوانند فاصله مرکز تا مرکز مطلوب را حفظ کنند.

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.

انتخاب جنس:

برای ساخت چرخدنده ها از مواد مختلفی مانند انواع فولادها و آلیاژهای غیر آهنی و همچنین مواد کامپوزیت میتوان استفاده کرد. اما در هنگام اتخاب جنس باید به چند نکته توجه کرد:

1- جنس چرخدنده ها را باید طوری انتخاب کرد که قادر به تحمل فشار وانتقال نیروی لازم باشد.

2- مواد تشکیل دهنده چرخدنده ها را باید طوری انتخاب کرد که قابلیت ماشینکاری را داشته باشد تا پس از عمل ماشینکاری از نظر کیفیت سطح کیفیت مناسبی داشته باشد.استفاده از مواد فوق سخت مستلزم استفاده از روشهای غیر سنتی ماشینکاری و در نهایت افزایش زمان تولید و افزایش هزینه ها خواهد شد.

معمولابرای ساخت چرخدنده هایی که در ماشینهای ابزار به کار میروند از فولادهای ریختگی با .3 تا .45 درصد کربن وهمچنین فولادهای آلیاژی همراه با نیکل و کرم را برای چرخدنده هایی که بایستی بار زیادی را تحمل کنند و در مقابل سایش مقاوم باشند استفاده میکنند.در مواردی هم از چدن ها استفاده میشود.

Electromechanical rotary actuators are going to replace commonly use hydraulic systems in automotive steering systems and in aerospace flight controls. The major problem of using gear actuators for new applications is variation of the driving efficiency at different temperatures. Commonly used in aerospace compound planetary gear actuators may vary in driving efficiency from 60% to 30% when temperature changes from 70F to –70F. Worm gears are known to be less sensitive to increase of lubrication viscosity at lower temperature. However the driving efficiency of worm gears and low load carrying capacity are not good enough for demanding aerospace applications. This new gear design has been developed for electromechanical rotary actuators to use in automotive steering system and for aerospace flight controls. The main advantage of this gear is increased driving efficiency and increased loading capacity. This gear is also less sensitive to loose driving efficiency at low temperature. The driving efficiency of this gear is 5-10% at 70F and 15-30% at –70F higher compare to a worm gear. The load capacity is 50%higher

چرخ دنده های ساده

این چرخ دنده‌ها ساده ترین چرخ دنده هایی هستند که دیده اید. آنها دندانه های مستقیم دارند و محور دو چرخ نیز موازی با یکدیگر قرار گرفته اند. گاهی تعداد زیادی از آنها را در کنار هم قرار می‌دهند تا سرعت را کاهش و قدرت را افزایش دهند.
در تعداد زیادی از وسایل از این چرخ دنده‌ها استفاده می‌شود. مثلاً ساعت های کوکی، ساعت های اتوماتیک، ماشین لباسشویی، پنکه و ... . اما در اتومبیل به کار نمی آیند، چون سر و صدای زیادی دارند. هر بار که دندانه یک چرخ به دندانه چرخ روبرو می‌رسد، صدای کوچکی در اثر برخورد ایجاد می‌شود. می‌توانید مجسم کنید وقتی تعداد زیادی از این چرخ دنده‌ها با هم کار کنند، چه سر و صدایی راه می‌اندازند؟ تازه این برخورد‌ها در دراز مدت، باعث شکستن دندانه‌ها می‌شود. برای کاهش سر و صدا و افزایش عمر چرخ دنده‌ها در بیشتر اتومبیلها از چرخ دنده های مارپیچ استفاده می‌کنند.

چرخ دنده های مارپیچ

دندانه این چرخ دنده‌ها اریب است. وقتی یکی از آنها می‌چرخد، ابتدا نوک دندانه‌ها با هم تماس پیدا می‌کنند سپس به تدریج دو دندانه کاملاً در هم جفت می‌شوند. این درگیری تدریجی همان چیزی است که هم سر و صدا را کم می‌کند و هم باعث می‌شود که این چرخ دنده‌ها نرم تر کار کنند. شکل 2
در ماشین تعداد زیادی چرخ دنده مارپیچ وجود دارد. به خاطر مایل بودن دندانه ها، هنگام درگیری نیروی زیادی به آنها وارد می‌شود. به همین علت در وسایلی که از چرخ دنده های مارپیچی استفاده می‌کنند بلبرینگ هایی تعبیه شده است تا این فشار را تحمل کند. اگر زاویه دندانه‌ها را به دقت تنظیم کنیم، می‌توان دو چرخ دنده را به دو محور عمود بر هم وصل کرد تا جهت چرخش 90 درجه تغییر کند.

چرخ دنده های مخروطی

این چرخ دنده‌ها بهترین وسیله تغییر جهت هستند. معمولاً از آنها برای تغییر جهت 90 درجه استفاده می‌شود، ولی می‌توان طراحی را طوری انجام داد که در زاویه های دیگر نیز کار کنند. شکل 3
دندانه های آنها ممکن است مستقیم یا پیچ دار باشد. اما اگر دندانه‌ها صاف باشد همان مشکل چرخ دنده های ساده را دارند. در دندانه های پیچ دار این مشکل برطرف شده است، ولی در هر دوی آنها باید محور چرخ دنده‌ها در یک صفحه قرار داشته باشد. شکل 4
گاهی می‌خواهیم محور چرخها در یک صفحه نباشند. در چنین شرایطی از چرخ دنده هایی مانند شکل روبرو استفاده می‌کنیم. شکل 5
در دیفرانسیل بسیاری از اتومبیلها از این چرخ دنده‌ها استفاده می‌شود. این طراحی امکان آن را ایجاد می‌کند که محور چرخ دنده بیرونی پایین تر از محور چرخ دنده حلقوی قرار داده شود. شکل روبرو محور بیرونی ورودی را نشان می‌دهد که در تماس با چرخ حلقوی قرار گرفته است. از آنجایی که محور محرک (Drive Shaft) ماشین به چرخ بیرونی متصل می‌شود، پایین آمدن چرخ بیرونی امکان پایین آوردن محور محرک را هم ایجاد می‌کند، پس می‌توان محور را پایینتر آورد و در عوض فضای بیشتری را به سرنشینان اتومبیل اختصاص داد.

چرخ دنده های حلزونی

این چرخ دنده‌ها زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند که بخواهیم تغییر زیادی در سرعت و یا قدرت ایجاد کنیم. معمولاً نسبت شعاع دو چرخ دنده 20:1 است و گاهی حتی به 300:1 و بیشتر نیز می‌رسد. شکل 6
این چرخ دنده‌ها یک خاصیت جالب هم دارند که در هیچ چرخ دنده دیگری پیدا نمی شود. چرخ بالایی (حلزون) می‌تواند به راحتی چرخ دیگر (چرخ دنده حلزونی) را حرکت دهد، ولی چرخ پایینی نمی تواند حلزون رابچرخاند. زاویه دنده های روی حلزون آنقدر کوچک است که وقتی چرخ پایینی بخواهد آن را بچرخاند، اصطکاک به حدی زیاد می‌شود که از حرکت حلزون جلوگیری می‌کند. این ویژگی به ما امکان استفاده از این چرخ دنده‌ها را در جاهایی که به یک قفل خودکار نیاز داریم می‌دهد. فرض کنید از این چرخ دنده در یک بالابر استفاده کرده ایم؛ وقتی موتور بالابر از کار بیفتد، چرخ دنده‌ها قفل می‌شوند و نمی گذارند بار پایین بیاید. معمولاً در دیفرانسیل کامیونها و خودروهای سنگین از این چرخ دنده‌ها استفاده می‌شود.

چرخ دنده شانه ای

این چرخ دنده‌ها برای تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی استفاده می‌شوند. یک مثال خوب برای این چرخ دنده‌ها فرمان اتومبیل است. فرمان، چرخ دنده ای را می‌چرخاند که با چرخ شانه ای در تماس است. وقتی شما فرمان را می‌چرخانید، با توجه به جهت چرخش فرمان، شانه به سمت چپ و یا راست حرکت می‌کند و باعث حرکت چرخها می‌شود. در برخی از ترازوها نیز برای چرخاندن عقربه از سیستم مشابهی استفاده می‌شود.