gear 01

وظیفه چرخ دنده ها  ایجاد ارتباط بین میله های چرخنده حامل انرژی می باشد. ( در صنعت به این میله های دوران کننده حامل انرژی ، محور می گویند.) 

فرض کنید دو محور (شافت یا همان میله چرخان) داریم و می خواهیم سرعت یکی از آنها را به دیگری منتقل کنیم.

در شکل زیر دو محور را می بینید که قصد داریم ارتباطی بین آنها برقرار کنیم.

gear 02

ابتدا باید این محورها را بر روی پایه ای  مناسب قرار دهیم به صورتیکه تنها در جای خودشان قابلیت چرخش به دور خود را داشته باشند.

در شکل زیر یک پایه برای محور نشان داده شده است. در صنعت به پایه ای که محور بر روی آن قرار می گیرد یاتاقان گفته می شود.

gear 03

و شکل زیر قرار دادن محوری را داخل یاتاقان نشان می دهد.

gear 04

هر محور باید حداقل بر روی دو یاتاقان قرار بگیرد تا بتواند در جای مناسبش دوران کند.( در صنعت چرخش به دور خود را دوران می گویند.)

در شکل زیر محوری را مشاهده می کنید که توسط دو یاتاقان مهار شده و می توان در جای خود دوران کند.

gear 05

پس از اینکه هر محور مانند شکل زیر توسط دو یاتاقان مهار شد ، اکنون باید  بین آنها ارتباط برقرار کنیم.

gear 06

ایجاد ارتباط بین دو محور و یا به حرکت درآوردن یک محور توسط محور دیگر ، توسط وسائل و مکانیزم های مختلفی انجام می شود که یکی از آنها که مورد بحث ماست ، چرخدنده می باشد.

در شکل زیر یک چرخدنده ساده را مشاهده می کنید.

gear 07

چرخدنده ها میله هایی دندانه دار هستند که داخل آنها سوراخی به اندازه قطر محور وجود دارد و چرخدنده بر روی آن محور سوار می شود.

در شکل زیر چرخدنده ای را مشاهده می کنید که بر روی یک محور سوار شده است. ( داخل محور قرار می گیرد.)

gear 08

 هنگامی که بخواهیم ارتباط بین دو محور برقرار کنیم ، باید بر روی هر دوی آنها چرخدنده ، سوار کنیم.

اندازه دنده های چرخ دنده ها باید یکسان باشد ولی قطر آنها می تواند یکی نباشد؛ اگر قطر چرخدنده ها با یکدیگر برابر باشد ، سرعت آن دو محوری که چرخدنده ها بر روی آنها سوار می شوند ، یکسان و برابر خواهد بود.

gear 10

gear 11

اما اگر قطر آنها برابر نباشد ، چرخ دنده ای که قطر کمتری دارد ، ( کوچکتر است ) تعداد دور بیشتری می زند و در نتیجه سرعت بیشتری دارد.

gear 12

در شکل زیر همانطور که مشاهده می کنید چرخدنده کوچکتر با 25 دندانه باید سرعتی سه برابر چرخدنده بزرگتر با 75 دندانه بچرخد ، یعنی هرگاه چرخدنده بزرگ یک دور بزند ،  چرخدنده کوچک 3 دور زده است.

gear 13

قبل از اینکه نسبت انتقال را تعریف کنیم باید با مفهوم چرخ یا محور محرک و متحرک آشنا شویم.

نیرو ، قدرت و گشتاور ، همیشه از یک محور یا یک چرخدنده به محور یا چرخدنده دیگر انتقال پیدا می کند. برای مثال در خودرو اگر یک محور به چرخ ها وصل باشد و و محور دیگر به موتور خودرو ، محور متصل به موتور خودرو ، محور محرک ( به حرکت درآورنده ) و محور متصل به چرخ خودرو محور متحرک ( به حرکت درآمده )نامیده می شود.

اکنون می توانیم نسبت انتقال بین چرخدنده ها را تعریف کنیم.

نسبت انتقال ، رابطه سرعت و قدرت بین یک محور با محور دیگری را تعریف می کند.

نسبت انتقال از تقسیم تعداد دندانه چرخ متحرک ، بر تعداد دندانه چرخ محرک به دست می آید.

در مثال بالا از آنجا که سرعت یک چرخدنده سه برابر دیگری می باشد نسبت انتقال می تواند 3 و یا 1/3 باشد.

اگر محور محرک چرخدنده کوچک و محور متحرک چرخدنده بزرگ باشد ، نسبت انتقال با تقسیم تعداد دندانه چرخ متحرک ( 75 دندانه ) بر تعداد دندانه چرخ محرک ( 25 دندانه ) به دست می آید که برابر با 3 خواهد بود و اگر محور محرک چرخدنده بزرگ و محور متحرک چرخدنده کوچک باشد ، نسبت انتقال 1/3 خواهد بود.

gear 13

اکنون فرض کنید در این مکانیزم ، چرخدنده کوچک محرک باشد و چرخدنده بزرگ متحرک.

در این حالت سرعت خروجی ( از محور متحرک ) نسبت به سرعت ورودی ( از محور محرک ) کاهش پیدا کرده و مقدار این کاهش سرعت دقیقا 1/3 می باشد. یعنی اگر موتور خودرو به چرخدنده کوچک وصل باشد و چرخ های خودرو به چرخدنده بزرگ ، سرعت چرخ های خودرو 1/3 سرعت موتور خودرو می باشد؛ در این حالت نسبت انتقال نیز برابر با عدد 3 می باشد؛ یعنی در این حالت ، مکانیزم توانسته سرعت خروجی را نسبت به سرعت ورودی به میزان 3 برابر ، کاهش دهد.

این کاهش سرعت کل ماجرا نیست بلکه همیشه کاهش سه برابری سرعت ، با افزایش سه برابری قدرت همراه خواهد بود؛ یعنی در این مثال اگر چه سرعت خروجی 1/3 شد ( سه برابر کاهش پیدا کرد ) ولی قدرت خروجی نیز سه برابر شد. ( سه برابر افزایش پیدا کرد ) و این ماهیت کلی نسبت انتقال می باشد.

از این به بعد هر کجا گفته شد نسبت انتقال 3 می باشد ، یعنی

قدرت محور خروجی 3 برابر قدرت ورودی

سرعت محور خروجی 1/3 قدرت ورودی

تعداد دندانه چرخدنده محور خروجی سه برابر تعداد دندانه محور ورودی

می باشد.

gearbox 07

برای درک بهتر موضوع به شکل زیر نگاه کنید. همانگونه که می بینید چرخ دنده A که دارای 20 دندانه می باشد ، سرعت چرخشش 4 برابر چرخ دنده B می باشد( چرخ دنده B دارای 80 دندانه می باشد) یعنی اگر چرخ دنده A ، چهار دور به درو خودش بچرخد ، چرخ دنده B تنها یک دور به دور خودش چرخیده است و در ضمن چون چرخ دنده A محرک می باشد ، در این سیستم نسبت انتقال 4 می باشد ( 80/20=4) یعنی گشتاور و نیرویی که در چرخ دنده A تولید شده است ، در چرخ دنده B می توان چهار برابر آن را برداشت نمود.  

gear 00

از آنجایی که محورها همیشه نسبت به یکدیگر موازی نیستند ، چرخدنده های مختلفی در صنعت استفاده می شود تا اگر محورها به یکدیگر عمود بودند و یا هر زاویه و حالتی نسبت به همدیگر داشته باشند بتوان ارتباط با نسبت انتقال دلخواه بین آنها ایجاد نمود و اساس کار همه آنها ، مانند همان چرخدنده های ساده می باشد. در شکل های زیر چند نمونه از این چرخ دنده ها را مشاهده می کنید.

gear 14

gear 15gear 16 

بالا
پایین