چرخ دنده هاي ساده اين چرخ دندهها ساده ترين چرخ دنده هايي هستند كه ديده ايد. آنها دندانه هاي مستقيم دارند و محور دو چرخ نيز موازي با يكديگر قرار گرفته اند. گاهي تعداد زيادي از آنها را در كنار هم قرار ميدهند تا سرعت را كاهش و قدرت را افزايش دهند. در تعداد زيادي از وسايل از اين چرخ دندهها استفاده ميشود. مثلاً ساعت هاي كوكي، ساعت هاي اتوماتيك، ماشين لباسشويي، پنكه و ... . اما در اتومبيل به كار نمي آيند، چون سر و صداي زيادي دارند. هر بار كه دندانه يك چرخ به دندانه چرخ روبرو ميرسد، صداي كوچكي در اثر برخورد ايجاد ميشود. ميتوانيد مجسم كنيد وقتي تعداد زيادي از اين چرخ دندهها با هم كار كنند، چه سر و صدايي راه مياندازند؟ تازه اين برخوردها در دراز مدت، باعث شكستن دندانهها ميشود.
براي كاهش سر و صدا و افزايش عمر چرخ دندهها در بيشتر اتومبيلها از چرخ دنده هاي مارپيچ استفاده ميكنند.
چرخ دنده هاي مارپيچ دندانه اين چرخ دندهها اريب است. وقتي يكي از آنها ميچرخد، ابتدا نوك دندانهها با هم تماس پيدا ميكنند سپس به تدريج دو دندانه كاملاً در هم جفت ميشوند. اين درگيري تدريجي همان چيزي است كه هم سر و صدا را كم ميكند و هم باعث ميشود كه اين چرخ دندهها نرم تر كار كنند. شكل 2 در ماشين تعداد زيادي چرخ دنده مارپيچ وجود دارد. به خاطر مايل بودن دندانه ها، هنگام درگيري نيروي زيادي به آنها وارد ميشود. به همين علت در وسايلي كه از چرخ دنده هاي مارپيچي استفاده ميكنند بلبرينگ هايي تعبيه شده است تا اين فشار را تحمل كند. اگر زاويه دندانهها را به دقت تنظيم كنيم، ميتوان دو چرخ دنده را به دو محور عمود بر هم وصل كرد تا جهت چرخش 90 درجه تغيير كند. چرخ دنده هاي مخروطي اين چرخ دندهها بهترين وسيله تغيير جهت هستند. معمولاً از آنها براي تغيير جهت 90 درجه استفاده ميشود، ولي ميتوان طراحي را طوري انجام داد كه در زاويه هاي ديگر نيز كار كنند. شكل 3 دندانه هاي آنها ممكن است مستقيم يا پيچ دار باشد. اما اگر دندانهها صاف باشد همان مشكل چرخ دنده هاي ساده را دارند. در دندانه هاي پيچ دار اين مشكل برطرف شده است، ولي در هر دوي آنها بايد محور چرخ دندهها در يك صفحه قرار داشته باشد. شكل 4 گاهي ميخواهيم محور چرخها در يك صفحه نباشند. در چنين شرايطي از چرخ دنده هايي مانند شكل روبرو استفاده ميكنيم. شكل 5 در ديفرانسيل بسياري از اتومبيلها از اين چرخ دندهها استفاده ميشود. اين طراحي امكن آن را ايجاد ميكند كه محور چرخ دنده بيروني پايين تر از محور چرخ دنده حلقوي قرار داده شود. شكل روبرو محور بيروني ورودي را نشان ميدهد كه در تماس با چرخ حلقوي قرار گرفته است. از آنجايي كه محور محرك (Drive Shaft) ماشين به چرخ بيروني متصل ميشود، پايين آمدن چرخ بيروني امكان پايين آوردن محور محرك را هم ايجاد ميكند، پس ميتوان محور را پايينتر آورد و در عوض فضاي بيشتري را به سرنشينان اتومبيل اختصاص داد. چرخ دنده هاي حلزوني اين چرخ دندهها زماني مورد استفاده قرار ميگيرند كه بخواهيم تغيير زيادي در سرعت و يا قدرت ايجاد كنيم. معمولاً نسبت شعاع دو چرخ دنده 20:1 است و گاهي حتي به 300:1 و بيشتر نيز ميرسد. شكل 6 اين چرخ دندهها يك خاصيت جالب هم دارند كه در هيچ چرخ دنده ديگري پيدا نمي شود. چرخ بالايي (حلزون) ميتواند به راحتي چرخ ديگر (چرخ دنده حلزوني) را حركت دهد، ولي چرخ پاييني نمي تواند حلزون رابچرخاند. زاويه دنده هاي روي حلزون آنقدر كوچك است كه وقتي چرخ پاييني بخواهد آن را بچرخاند، اصطكاك به حدي زياد ميشود كه از حركت حلزون جلوگيري ميكند. اين ويژگي به ما امكان استفاده از اين چرخ دندهها را در جاهايي كه به يك قفل خودكار نياز داريم ميدهد. فرض كنيد از اين چرخ دنده در يك بالابر استفاده كرده ايم؛ وقتي موتور بالابر از كار بيفتد، چرخ دندهها قفل ميشوند و نمي گذارند بار پايين بيايد. معمولاً در ديفرانسيل كاميونها و خودروهاي سنگين از اين چرخ دندهها استفاده ميشود. چرخ دنده شانه اي اين چرخ دندهها براي تبديل حركت دوراني به حركت خطي استفاده ميشوند. يك مثال خوب براي اين چرخ دندهها فرمان اتومبيل است.مكانيك خودرو فرمان، چرخ دنده اي را ميچرخاند كه با چرخ شانه اي در تماس است. وقتي شما فرمان را ميچرخانيد، با توجه به جهت چرخش فرمان، شانه به سمت چپ و يا راست حركت ميكند و باعث حركت چرخها ميشود. در برخي از ترازوها نيز براي چرخاندن عقربه از سيستم مشابهي استفاده ميشود.
منبع : وبلاگ مهندسي مكانيك