انواع چرخ دنده‌ها

دانستن چند نکته ی اساسی در مورد انتخاب یک چرخ دنده الزامی است:

• اولین نکته، نسبت چرخ دنده‌ها است. نسبت چرخ دنده‌ها قدرت و سرعت خروجی را تعیین می‌کند.
• نکته‌ی دوم، شکل دنده هایی است که روی چرخ دنده قرار گرفته اند. چرخ دنده های قدیمی، ظاهری شبیه شکل روبرو داشتند. چنین چرخ دنده ای برای کارهای ساده خوب است، اما وقتی بخواهیم در یک ابزار پیچیده از آن استفاده کنیم، کارآیی چندانی ندارد.

این‌جا نوبت به انتخاب نوع چرخ دنده‌ها می‌رسد. چرخ دنده‌ها انواع مختلفی دارند که هر یک از آن‌ها برای شرایط خاصی به کار می‌رود.

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 است. 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 دندانه‌ی یک چرخ، به دندانه‌ی 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 تولید می شود؟ و جالب این که 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

دندانه‌ی 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،عاملی برای کم کردن سر و صدا و همچنین نرم تر شدن حرکت چرخ دنده ها است.

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 وسیله‌ی 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.

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.

گاهی می‌خواهیم محور چرخ‌ها در یک صفحه نباشند. در چنین شرایطی از چرخ دنده هایی مانند شکل زیر استفاده می‌کنیم.

دیفرانسیل بسیاری از اتومبیل‌ها، دارای این نوع چرخ دنده‌ها است. این نوع طراحی باعث می شود محور چرخ دنده‌ی بیرونی، پایین تر از محور چرخ دنده‌ی 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.

این چرخ دنده‌ها، خاصیت جالب دیگری نیز دارند که در هیچ چرخ دنده دیگری وجود ندارد. 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 اجازه پایین آمدن بار را نمی دهد. 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.