بخشی از مقاله
چرخ دنده،چرخ تسمه،چرخ زنجیر
اساس كار چرخدنده ها بر طبق حركت غلتش و درگیری میباشد.
مزیت این نوع انتقال حذف اصطكاك و حذف حركتهای لغزشی است.
منحنی های چرخ دنده(حداقل تماس،حداكثر اعمال نیرو)
سایش و اصطكاك(پروفیل چرخدنده ها)
سیكلوئید-اینولونت
در طراحی پروفیل چرخدنده ها بمنظور رعایت حداقل تماس و حداكثر انتقال نیرو پروفیل چرخدنده بر اساس منحنی های صنعتی سیكلوئید و اینولونت طراحی میشود این دو منحنی ازبهترین منحنی ها در ساخت پروفیل دندانه چرخدنده ها میباشد .
منحنی اینولونت این منحنی عبارت است از مسیری كه یك نقطه ثابت بر روی یك نخ حول یك دایره ثابت در حال كشیده و در هنگام باز كردن طی میكند مسیری كه نقطه در فضای دو بعدی ایجاد میكند یك منحنی با شعاع متغیر میباشد.
منحنی سیكلوئید-به چهار طریق زیر قابل ایجاد است .
1-روشهای ایجاد منحنی سیكولوئید.
الف – دایره ای بشعاع R
ب- دو دایره بشعاع ( r < R)r R
ج- دو دایره بشعاع ( r > R)r R
د- دو دایره بشعاع یكسان((R=r
اپی سیكلوئید پری سیكلوئید
هیپوسیكلوئید سیكلوئید
معمولی
( داخل هم ولی شعاع نزدیك بهم است )
سیكلوئید اینولونت
مشخصات منحنی اینولونت
1-تنظیم این چرخدنده ها ساده میباشد.
2-ساخت این نوع چرخدنده ها با روش ساده امكان پذیر است.
3-هزینه این نوع چرخدنده ها بدلیل استفاده از ابزارهای برشی استاندارد پایین است .
4-دقت این نوع چرخدنده ها نسبت به سیكلوئید كمتر است.
5-سر و صدا و ارتعاشات ناشی از این چرخدنده نسبت به چرخدنده های با منحنی سیكلوئید بیشتر است.
6-بمنظور انتقال گشتاورهای سنگین توسط چرخدنده های بزرگ از چرخدنده هایی استفاده میشود كه پروفیل دنده های آن اینولونت باشد.
مشخصات منحنی سیكلوئید
1-دقت این نوع چرخدنده ها بیشتر میباشد.
2-انتقال چرخش به آرامی صورت میپذیرد.
3-تكنولوژی ساخت این نوع چرخدنده ها نیاز به دقت و هزینه بالا دارد.
4-استفاده از این نوع چرخدنده ها بدلیل دقت بالا در انتقال گشتاورهای سنگین مرسوم نمیباشد.
تقسیم بندی چرخدنده ها
انواع چرخدنده ها بر اساس نحوه انتقال گشتاور تقسیم بندی میشود
چرخدنده های ساده یا مستقیم:
چرخدنده های مارپیچ ،حلزونی ، مخروطی ، جناقی ، شانه ای
1-چرخ دنده های ساده یا مستقیم-بر روی محور های موازی نصب میگردد از مهمترین نكات در طراحی این نوع سیستمهای انتقال قدرت سنتر كردن شافتها با یكدیگر میباشد زیرا در غیر این صورت بار اعمالی به دوشكل محوری و شعاعی تجزیه میشود حداكثر بازده این نوع چرخدنده ها بدلیل حذف هر گونه یار محوری بر روی شافتها میباشد.
از مشخصات نامطلوب این چرخدنده ها ایجاد سر صدای زیاد در ضمن كار میباشد.همچنین چنانچه فاصله آزاد یا لغی بین چرخدنده ها بیش از حد مجاز باشد سر وصدا شكستگی دنده و كاهش راندمان ایجاد میشود. همچنین اگر فاصله آزاد یا میزان لغی كمتر از حد مجاز باشد ایجاد اصطكاك و افزایش تنش بیش از اندازه و گرم شدن چرخدنده ها را بهمراه دارد.در چرخدنده های ساده برای محاسبه نیروی اعمال شده به چرخدنده ها همان FT یا F تماس نیروی مماس و تانژانت میباشد كه در شعاع چرخدنده ( r) گشتاور T را بوجود میآورد. T=Fr
1-چرخ دنده های مارپیچ – در چرخدنده های مارپیچی انتقال گشتاور در روی محورهای متنافر انجام میشود در این نوع چرخدنده بدلیل سطح تماس بیشتر سر و صدا و ارتعاش كمتری دارد این چرخدنده ها به نسبت چرخدنده های ساده بدلیل تجزیه نیرو به گشتاور راندمان كمتری دارد اما توان و قدرت آن به نسبت چرخدنده ساده بیشتر است این نوع چرخدنده ها وضعیت محورها به شكل موازی، متنافر، متعامد و یا متقاطع میباشد.
شكل
انتقال گشتاور- در این نوع چرخدنده با توجه بنوع راستگرد و یا چپگرد امكان پذیر میباشد چنانچه انتقال گشتاور در محورهای متنافر بكمك چرخ دنده های مارپیچی مد نظر میباشد هر دو نوع یا باید مارپیچ چپ و یا مارپیچ راست باشند.
چرخدنده های مخروطی-پروفیل كامل این چرخدنده ها تشكیل مخروطی ناقص با توجه به شیارهای قرار گرفته بر روی مخروط ناقص بصورت ساده و یا مورب میباشد وضعیت محورها در این نوع چرخدنده بصورت محورهای موازی، متعامد و یا متنافر میباشند، چنانچه چرخدندها بر روی محورهای متنافر قرار گیرند چرخدنده های هیپوئیدی و در مواردی كه چرخدنده های مخروطی با دنده های مستقیم باشند تنها بر روی محورهای متعامد و یا متقاطع قرار میگیرند.
چرخ دنده های حلزونی- چرخدنده هایی هستند كه با یك پیچ حلزونی درگیرمیشوند ودرنسبتهای انتقال زیاد مورد استفاده قرار میگیرند.وضعیت محورها در این نوع چرخ دنده هابه شكل متعامد(عمود)میباشد . دراین سیستم بازده به نسبت چرخهای ساده بیشتر است.
مثال. چنانچه در چرخهای حلزونی بخواهیم نسبت 20/1 داشته باشیم كافی است تعداد شیارهای پیچ حلزون 1 عدد تعداد دنده های روی چرخ 20 دنده ایجاد می شود
چنانچه نسبت انتقال را بخواهیم با چرخ دنده ساده چنین نسبت انتقالی را ایجاد كنیم،اگر تعداد چرخ دنده كوچك10 عدد باشد نسبت انتقال در چرخ دنده حلزونی
k تعداد شیار پیچ
---------=------------------------- = i
z تعداد دنده های چرخ دنده
چرخ دنده جناقی: چرخ دندهایی هستند كه شكل محیطی دندانه ها بصورت 8.7 باشد در واقع دو ردیف چرخ دنده از نوع مارپیچ كه بصورت راستگرد ویا چپگرد میباشد در چرخ دنده های مارپیچ بدلیل تفكیك شدن نیروی گشتاور به دو مولفه شعاعی و محوری بازده سیستم كاهش پیدا میكند اما در این نوع سیستم بدلیل قرار گرفتن مارپیچ چپ و راست در كنار یكدیگر مولفه نیروی محوری حذف و خنثی میشود این نوع چرخ دنده ها در انتقال گشتاورهای سنگین بكار میرود
چرخ دنده شانه ای – چرخ دنده هایی هستند كه در آن یك چرخ دنده از نوع ساده (یا یك مارپیچ از) و چرخ دنده دیگر شعاع بی نهایت ( خط راست ) میباشد در این نوع چرخ دنده انتقال حركت دورانی به حركت مستقیم تبدیل میشود و یا بالعكس
جنس چرخ دنده ها – با توجه به نیاز و شرایط كاری بصورت خانواده فلزی و غیر فلزی تقسیم میشوند در خانواده فلزات چرخ دنده ها از جنس آلیاژ آهنی ( فولاد یا چدن ) و یا از جنس آلیاژهای غیر آهنی ( برنج و آلمینیوم ) و در میان چرخ دنده های غیر فلزی معمولا از پلیمر یا چوب و یا پلاستیك و یا فیبر استفاده میشود
بمنظور ایجاد شرایط بهینه در ساخت چرخ دنده موارد ذیل لحاظ میشود.
1-جنسی انتخاب شود كه در تولید آن بطریق ماشینكاری ویا ریختگی شرایط لازم را داشته باشد .
2-جنس چرخ دنده ها باید بگونه ای انتخاب گردد كه قادر به تحمل فشار و انتقال و نیروی لازم را داشته باشد .
در میان آلیاژهای آهنی فولادها نقش بسزایی را ایجاد میكند فولادها با توجه به میزان درصد كربن و وجود عناصر آلیاژی بدوسته فولادهای كربنی و آلیاژی تقسیم میشوند فولادهای كربنی به سه گروه كم كربن و كربن متوسط و پركربن تقسیم میشود. هرچه میزان كربن فولاد بیشتر می شود سختی پذیری آن نیز افزایش پیدا می كند در میان فولاد های آلیاژی فولادهای نیكل و كرم، فولادهای كروم سیلیسیویم نقش بیشتری دارند. از روشهای تولید چرخ دنده ها عملیات سخت كاری سطحی
فرایندی اجتناب ناپذیر است بدین ترتیب ساختار داخلی چرخدندها ساختاری نرم و داكتیل و لایه سطحی آن سختی بالایی دارد از روشهای ایجاد تركیبات به این شكل فرایند سمانتاسیون میباشد بدین ترتیب كه فولاد را در محیط كربن دهی (جامد، مایع،گاز) قرار می دهند و درصد كربن سطح را با توجه به سختی مورد نیاز تعیین میكنند سپس قطعه را در درجه حرارت بالا قرار داده وفرایند كوینچ
رااعمال میكنند (آب یا روغن) بدین ترتیب ساختاری با سختی سطحی بالاومغز نرم ایجاد می شود. در ادامه در فولادهای آلیاژی با توجه به استحكام مورد نیاز فولادهای آلیاژی كیفی تولید میكنیم برای ایجاد فولاد با شرایط استحكامی بالا عناصری نظیر وانادیم،تیتانیم و نایودیم ( عناصر تقویت شونده ) در میان آلیاژهای آهنی آلیاژ آلمینیوم و آلیاژ های مس (برنز) كاربرد زیادی دارند در میان آلیاژهای آلمینیوم چنانچه انتقال گشتاور تنها بصورت چرخدنده های كمكی استفاده شود افزایش سختی
سطح مطرح است و در صورتی كه سختی سطح مورد نیاز باشد آلیاژی تحت عنوان دورالومین با تركیب شیمیایی 4/0 درصد مس 6/0 درصد منگنز و 3/0 درصد سیلیسیوم مورد استفاده قرار میگیرد این آلیاژ مانند فولاد میتوان آبداده و سختكاری نمود از خواص دیگر این نوع آلیاژ افزایش سختی بعد از گذشت زمان میباشد یكی از روشهای ایجاد سختی اعمال پوشش بر روی سطح میباشد از روشهای اعمال پوشش میتوان روشهای غوطه وری ،پاشش و آنادایز استفاده كرد در
هر روش با توجه به ضخامت پوشش ایجاد شده بر روی سطح فرآیند finishing یا تمام كاری انجام میشود در آلیاژهای آلمینیوم فرایند آنادایزینگ بدو شكل تزیینی و یا صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد در مواردی كه سختی سطحی بالایی مد نظر باشد عملیات آنادایزینگ انجام میشود .
آلیاژهای مس – در میان آلیاژهای مس آلیاژهای برنج و برنز بیشترین مصرف را دارند آلیاژهای برنج
تركیب مس و روی وآلیاژهای برنز، تركیب قلع و مس میباشد این آلیاژها در مواردی مواردی استفاده قرار میگیرند كه سایش زیادی مطرح نباشد و به سایر چرخدنده ها آسیب نرساند در میان آلیاژهای برنز با توجه به اضافه كردن آلمینیوم –فسفر –منگنز-به سه گروه فسفر برنز، آلمینیوم برنز، منگنز برنز تقسیم میشوند در میان مواد غیر فلزی چرخدنده هایی از جنس چوب فیبر و یا مواد نساجی تهیه میشود این چرخها زمانی استفاده میشوند كه بمنظور انتقال گشتاور بین دو چرخدنده و یا زمانیكه سرعتهای زیاد بالا و فشار كم مطرح باشد
