چرخ‌دنده

چرخ‌دنده وسیله‌ای برای انتقال توان دَوَرانی از یک محور به محور دیگر است که طی آن، مقدار گشتاور یا سرعت دَوَرانی یا جهت چرخش یا راستای محوری می‌تواند تغییر کند. تسمه و زنجیر نیز همین کار را با کیفیتی متفاوت می‌کنند.

تاریخچه 
استفاده کردن از چرخ‌دنده‌ها به سالیان قبل برمی‌گردد. اگرچه چرخ‌دنده‌های اصلی آن به شکل امروزی نبوده و دارای معایب زیادی بودند. آن‌ها از چوب و میله‌های چوبی ساخته شده بودند که با چربی‌های حیوانات روان‌کاری می‌شدند و کاربردهای آن در پمپ‌ها و بلند کردن اجسام سنگین مانند مصالح ساختمانی و .. بود. همچنین دستگاه‌هایی در یونان باستان کشف شده‌است که برای محاسبهٔ حرکت ستاره‌ها و سیارات استفاده می‌شده‌است.

در قرن هجدهم، پس از انقلاب صنعتی در انگلستان، شروع به استفاده از چرخ‌دنده‌های فلزی در ماشین‌آلات نساجی شد. ساخت چرخ‌دنده‌ها امروزه تحول یافته‌است و این چرخ‌دنده‌ها بسیار پیشرفته‌تر هستند و پیشرفت آن‌ها همچنان ادامه دارد.

ساختار 

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

مهم‌ترین اصطلاحاتی که در طراحی چرخ‌دنده به‌کار می‌روند عبارت‌اند از:

مدول: نسبت قطر دایرهٔ گام به تعداد دندانه‌ها. دیمانسیون آن طول است و معمولاً میلی‌متر واحد کمیت آن است. مطابق اصول، دو چرخ‌دندهٔ درگیر باید «هم مدول» باشند تا جفت شوند.

دایرهٔ گام: دایره‌ای فرضی است که تمامی‌محاسبات بر اساس آن انجام می‌گیرد. دایرهٔ گامِ دو چرخ‌دندهٔ درگیر برهم مماس هستند.

گام محیطی: طول کمانی از دایرهٔ گام که بین دو نقطهٔ متناظر از دو دندانهٔ مجاور قرار گرفته‌است.

ارتفاع سردنده: فاصلهٔ بین بالای دندانه تا دایرهٔ گام.

ارتفاع ته‌دنده: فاصلهٔ بین ته دندانه تا دایرهٔ گام.

لقی محیطی: مقداری که فضای خالی بین دو دندانهٔ یک چرخ‌دنده از ضخامت دندانه‌های چرخ‌دندهٔ درگیر با آن در امتداد دایرهٔ گام بیشتر است.

چرخ‌دنده‌ها بر اساس وضعیت قرارگیری محورهای دو چرخ‌دندهٔ درگیر نسبت به هم به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند:
 چرخ‌دنده‌های با محورهای موازی
 چرخ‌دنده‌های با محورهای غیرموازی

انواع و کاربردها

چرخ‌دندهٔ ساده 
ساده‌ترین و پرکاربردترین نوع چرخ‌دنده‌است. هر چرخ‌دنده شامل دیسک یا سیلندری است که دندانه‌های آن در راستای شعاع روی سطح آن قرار گرفته‌اند و محور هر دو دنده می‌بایست موازی هم باشد.

این نوع از چرخ‌دنده‌ها از متداول‌ترین نوع چرخ‌دنده‌ها هستند که استفادهٔ بسیار زیادی در ساخت گیربکس‌ها دارند. چرخ‌دنده‌های ساده به‌دلیل سادگی فرایند تولید، نسبت به سایر چرخ دنده‌ها قیمت پایین‌تری دارند. این چرخ‌دنده‌ها برای انتقال قدرت و تبدیل گشتاور مناسب هستند و در انواع صنایع سبک و سنگین کاربرد دارند.

چرخ‌دندهٔ مارپیچ 

دندانه‌های این چرخ‌دنده برخلاف چرخ‌دندهٔ 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 چرخ‌دندهٔ ساده به یکباره با هم درگیر شده و از هم جدا می‌شوند. این مسئله باعث می‌شود که چرخ‌دنده‌های مارپیچ نسبت به چرخ‌دنده‌های ساده آرام‌تر و با صدای کمتر کار کنند. محور این چرخ‌دنده‌ها می‌تواند به‌صورت موازی یا متقاطع قرار گیرد. در مقایسه با چرخ‌دنده‌های ساده، چرخ‌دنده‌های مارپیچ بیشتر دارای کاربرد در سرعت‌های بالا و توان‌های بالا است. همچنین به‌دلیل آن‌که این چرخ‌دنده‌ها با سر و صدا و ارتعاشات کمتری کار می‌کنند، در مواردی که کنترل سر و صدای بالا حائز اهمیت است از این‌گونه چرخ‌دنده استفاده می‌گردد.

چرخ‌دندهٔ مخروطی 

این نوع چرخ‌دنده عمدتاً جهت انتقال محور دَوَران از حالت محور عمودی به محور افقی یا بالعکس استفاده می‌شود؛ و در صنایع خودروسازی از کاربرد فراوانی برخوردار است. دیفرانسیل اتومبیل‌ها و محورهای محرکه همگی از این نوع هستند.

چرخ‌دندهٔ حلزونی 

چرخ‌دنده‌های حلزونی، یکی از انواع چرخ‌دنده‌ها با قابلیت‌های نیمه منحصر به فرد است که انتقال قدرت را از دو محور که با هم زاویهٔ ۹۰ درجه دارند را میسر می‌سازد. از ویژگی‌های این نوع چرخ‌دنده‌ها می‌توان به یکسو بودن انتقال (از پیچ به چرخ) اشاره کرد که از جمله موارد استفادهٔ این چرخ‌دنده‌ها در مکانیسم‌های بالابر و «خودقفل‌شونده» (مانند جرثقیل‌ها) است. دیگر ویژگی این چرخ‌دنده‌ها کاهش چشمگیر نسبت دور است که نسبت کاهش ۳۰۰:۱ و حتی بالاتر را میسر می‌سازد.

چرخ‌دندهٔ شانه‌ای 

ایجاد دنده‌های مدولار روی یک محور افقی این چرخ‌دنده را به وجود می‌آورد و جهت انتقال محور حرکت از حالت کشویی به حالت دورانی یا بالعکس مورد استفاده قرار می‌گیرد. آن‌ها در واقع قسمتی از چرخ‌دنده‌ای با قطر بی‌نهایت هستند.

چرخ‌دندهٔ مغناطیسی 

چرخ‌دندهٔ مغناطیسی از نظر هندسه و عملکرد شبیه به چرخ‌دنده‌های مکانیکی معمول است که به‌جای دندانه از آهنربا استفاده می‌کند.

جستارهای وابسته 
 چرخ‌دنده‌سازی
 هونینگ

پانویس

منابع 

ابزار صنعتی
ابزارها
چرخ‌دنده‌ها
سوده‌شناسی
سینماتیک
مهندسی مکانیک