کتاب بررسی اصول چرخ دنده ها

عنوان کتاب: بررسی اصول چرخ دنده ها

نویسنده: مهندس سهیل حاتمی

ویراستار: سید فخرالدین طاهرزاده موسویان

 

کتاب بررسی اصول چرخ دنده ها اثر مهندس سهیل حاتمی در مورد شناخت کلی از چرخ دنده ­ها که امروزه اکثریت دستگاه­ های موجود در صنعت دارای چرخ دنده هستند.

با پیشرفت روزافزون صنعت، چرخ دنده­ ها نیز نقش انکارناپذیری یافتند، این کتاب با محتوای علمی ارزشمند برای رشته ­هایی نظیر ساخت و تولید، صنایع فلزی، مکانیک خودرو، نقشه کشی عمومی، سرامیک و ماشین­های کشاورزی و همچنین سایر مخاطبان علاقه مند مناسب بوده است.

 بیان ساده و سلیس محتوای کتاب  درباره تاریخچه به وجود آمدن چرخ دنده ها، انواع گوناگون و کاربردهای آن آشنا کرده می تواند خواننده را در مسیر درست و اصولی هدایت کند.

 

قسمتی از کتاب را باهم میخوانیم:

تاریخچه

تاریخچه چرخ دنده ها، حدود سه هزار سال قبل برآورد می شود. در تمدن های قدیم برای نخستین بار چرخ دنده های چوبی ساخته شد. رومیان چرخ دنده چوبی را برای به حرکت در آوردن سنگ آسیاب ساختند. یک نمونه بالابر چوبی برای انسان را در شکل 2 مشاهده می کنید.

در قرن هجدهم و هم زمان با آغاز انقلاب صنعتی در اروپا، نیاز شدید به چرخ دنده فلزی احساس شد، که با استفاده از روش ریخته گری چرخ دنده چدنی به تولید آن پرداختند. سپس ماشین تراش اختراع شد و به کمک این ماشین ها چرخ دنده های فولادی را تولید کردند.

در قرن نوزدهم، با توسعه کشتی های بخار و ماشین های ابزار، کاربرد چرخ دنده ها نیز توسعه یافت. با آغاز قرن بیستم، خودرو و هواپیما به وجود آمد و دریچه نوینی به روی صنعت چرخ دنده سازی گشوده شد و سبب ساخت چرخ دنده های مناسب، با جنس های مختلفی شد، که امروزه این گونه شاهد این پیشرفت صنعتی چرخ دنده ها هستیم.

در شکل 3 مشخصات یک چرخ دنده نشان داده شده است. از روی شکل لازم است تعدادی از این مشخصات را بیان نماییم.

مفاهیم اساسی و ابعاد چرخ دنده ها

– دایره گام (قطر گام): دایره گام، دایره نظری است که از اهمیت بالایی برخوردار است و تمام محاسبات بر اساس قطر گام انجام می پذیرد. دوایر گام یک جفت چرخ دنده درگیر، همیشه مماس بر هم هستند.

– گام: فاصله بین فضای خالی بین دو دنده و ضخامت یکی از دندانه ها بر روی دایره گام را گام دنده می نامیم و آن را با حرف P نشان می دهیم.

– مدول: نسبت قطر دایره گام هر چرخ دنده بر حسب میلی متر بر تعداد دندانه چرخ دنده را مدول می نامند. مدول در چرخ دنده ها، اهمیت فوق العاده بالایی دارد و به صورت استاندارد بین المللی در آمده و به صورت جداولی ارائه شده است که می توانیم مدول مورد نظر را از این جداول انتخاب نماییم.

– ارتفاع دندانه: اندازه سردنده ، فاصله شعاعی بین سطح نوک دنده تا دایره گام است و اندازه پای دنده، فاصله شعاعی بین سطح پایین دنده تا دایره گام است. مجموع اندازه سردنده با پای دنده، ارتفاع دندانه را تشکیل می دهد.

– دایره لقی دندانه: دایره مماس بر دایره سر چرخ دنده درگیر را دایره لقی دندانه می گویند.

– لقی سردنده: تفاوت اندازه پای دنده با اندازه سر دنده درگیر با آن را لقی سردنده می گویند.

زنجیر و چرخ

چرخ دنده ها کارهای متنوعی انجام می دهند. فرض کنید که می خواهید حرکت دو چرخ قرمز را با هم همگام کنید، ولی آن ها از یکدیگر فاصله دارند. اگر یک چرخ دنده بزرگ بین آن ها قرار دهید می توانید ارتباط بین آنها را برقرار کنید. در این حالت جهت چرخش دو چرخ یکسان است.

اما اگر بخواهید جهت چرخش آنها عکس یک دیگر باشد می توانید از دو چرخ دنده کوچک تر استفاده کنید.  ولی در هر حال به تعدادی چرخ دنده اضافی نیاز دارید. این چرخ دنده ها به محورهای جدیدی نیاز دارند. پس استفاده از این روش، وزن دستگاه شما را هم زیاد می کند. در چنین مواردی معمولا از یک زنجیر یا تسمه استفاده می کنند.

زنجیر سبک تر از چرخ دنده است و در ضمن می توان یک زنجیر را به تعداد زیادی چرخ دنده بست تا همه آن ها را با هم بچرخاند. مثلا در موتور ماشین یک تسمه هم دینام را می چرخاند و هم دو میل بادامک را. اگر می خواستید به جای تسمه از چرخ دنده استفاده کنید، این کار خیلی مشکل تر بود.

علاوه بر این هر وقت که بخواهید ارتباط دو چرخ را قطع کنید می توانید زنجیر را جدا کنید این ویژگی به ما کمک می کند که خیلی ساده تر ابزارهای مان را تعمیرکنیم.

 

زنجیره ی چرخ دنده ها

از میان چرخ‌دنده‌های مختلفی که با آن‌ها آشنا خواهیم شد، تنها چرخ‌دنده حلزونی است که می‌تواند سرعت چرخشی دورانی را با نسبتی بیش از 10:1 از یک محور به محور دیگر منتقل کند. به بیان دیگر، حداکثر نسبت سرعت بین دو چرخ‌دنده ساده، مارپیچ و یا مخروطی 10:1 می‌باشد.

در مواردی که نیاز به نسبت سرعت‌های بزرگ‌تر از 10:1 وجود دارد از «زنجیره‌ی چرخ‌دنده‌ها» استفاده می‌شود. متداول‌ترین زنجیره‌های چرخ‌دنده عبارتند از «زنجیره ساده چرخ‌دنده‌ها» و «زنجیره ‌خورشیدی چرخ‌دنده‌ها».

فرم های اصلی چرخ دنده ها

نسبت به وضع اتصال محورها، چرخدنده ها فرم هاي مختلفي دارند.

1- چرخ هاي دنده پيشاني: الف) دنده ها روي پيشاني چرخ تراشيده شده است. ب)دنده ها مي توانند مستقيم، مايل و يا جناغي باشد. ج) محورهاي بايد موازي هم باشند. د) حداكثر نسبت انتقال 10 است. (10~  i ≤8,  imax)

الف) چرخدنده هاي دنده مستقيم: 1 ) در دورهاي متوسط و كم و در سرعت هاي محيطي (v ≤ 20 m/s )  و بارهاي معمولي استفاده مي شود. مانند جعبه دنده ها و بالابرهاي كوچك. 2 )

محاسن: بار محوري ايجاد نمي كنند، راندمانشان بالاست (%97 − 94 )، با پهن ساختن مي توان لهيدگي و سايش را كاهش داد. 3 ) معايب: براي دورهاي زياد مناسب نيست، سر و صدا ايجاد مي كنند. نسبت به خطاي فرم دنده ها و بارهاي ديناميكي اضافي حساسند.

ب) چرخدندههاي دنده مايل: 1 ) در تعداد دورهاي بالا و بارهاي زياد مصرف مي شوند مانند جعبه دنده هاي كشتي ها، ماشين هاي ابزار و غيره. 2 ) محاسن (در مقايسه با دنده مستقيم): چرخش آرام و كم سر و صدا، انتقال دور زياد. قابليت بارپذيري بيشتر در مقابل اشتباهات فرم دنده حساس نيستند. 3 ) معايب: نيروي محوري ايجاد مي كند، راندمان كمتري دارند.

ج) چرخدنده هاي مارپيچي: 1 ) انتقال قدرت در محل درگيري روي هر دنده شبيه پيچ ها است. 2 ) به ندرت و فقط در بارهاي كم، نسبت انتقال حداكثر 5 مصرف مي شوند مانند محورهاي تقسيم جرقه دلكو. 3 )

محاسن: تحت هر زاويه دلخواه حركت و قدرت را انتقال دهند. نياز به دقت ساخت بالا ندارند. 4 ) معايب: قابليت انتقال كم، سائيدگي خيلي زياد، راندمان كم در مقايسه با چرخ هاي دنده پيشاني، چرخدنده مخروطي و دنده حلزون هستند.

2 – چرخدنده هاي مخروطي: الف) با دنده هاي مستقيم، مايل، قوسي يا مارپيچي تراشيده مي شود، ب) براي انتقال حركت بين محورهاي متقاطع (متنافر و صليبي) بكار مي رود. ج) حداكثر نسبت انتقال 6~  i_max می باشد.

د) دنده مستقيم فقط در تعداد دورهاي كم مانند ابزار دستي و جرثقيل دستي و … و به طور كلي جهت انتقال قدرت كم استفاده مي شود. هـ) مايل داراي درجه پوشش بيشتر، كار آرام و با سر و صداي هستند، براي انتقال قدرت ها و دورهاي زيادتر استفاده مي شود مانند جعبه دنده هاي ماشين افزار. و)

مخروطي با فرم دنده قوسي بين محورهاي متنافر و صليبي در طراحي اجزاء دو چرخدنده ها صفحه حركت هاي خيلي سريع و بدون سر و صدا و انتقال قدرت زيادتر، مانند جعبه دنده هاي پرقدرت، ديفرانسيل ماشين هاي حمل و نقل و غيره. ز) عمر بستگي به دقت ساخت و بخصوص دقت مونتاژ دارد اصول چرخ دنده ها.