تحقیق مقاله چرخدنده ها

پیشگفتار:

تحقیق پیشرو حاصل تلاش ۹ تن از دانشجویان دانشگا ه آزاد اسلامی واحد مشهد در نیم سال دوم تحصیلی در سال 1387 می باشد.

این کتابچه تفصیل مطالب ارائه شده در سمینار است که به طور کامل تر و دایره‌ی  مطالب وسیع‌تر آماده گردیده است.

چکیده‌ی مطالب در یک مدیریت زمانی مناسب به عنوان سمینار ارائه و اینک نیز بصورت گزارشی مفصل خدمت استاد گرامی تحویل داده می‌شود.

امید است مورد توجه استاد محترم قرار گیرد.

      "گروه چرخ دنده

           فصل اول:

معرفی و انواع و جنس چرخدنده ها

معرفی چرخ دنده ها

مقدمه:

   چرخدنده ها یکی از پرکاربردترین قطعات در صنعت می باشد .البته با این وجود همیشه    نقشی ناپیدا را در زندگی بشر امروز ایفا کرده است .در واقع کمتر کسی است که اطلاعات مختصری در مورد چرخدنده ها داشته باشد حتی مهندسان که در صنعت فعالیت می کنند اطلاعات کمی در مورد چرخدنده ها داشته و بجز کلیات چیزی نمی دانند.

   با توجه به پیشرفت صنعت و نقش انکار ناپذیر چرخدنده ها در قسمتهای مختلف صنعت لازم است که با توجه به رشد صنعتی کشور دانشجویان مکانیک آشنایی بیشتری با چرخدنده پیدا کرده و با انواع مختلف و نحوه عملکرد و نحوه تراشیدن آنها آشنا شوند. البته در این زمینه مطالب بسیاری در منابع مختلف موجود می باشد که با مراجعه با آنها می توان اطلاعات افی در این زمینه بدست آورد.

در این تحقیق سعی شده است تا مطالب کلی در مورد انواع و مزایا و معایب و مشخصات فنی آنها ارائه شده است تا منبعی منسجم و مختصر در اختیار دانشجویان قرار گیرد.

(عکس ها در فایل اصلی موجود است)

تاریخچه چرخدنده ها:

  از زمان دقیق استفاده چرخدنده ها آگاهی نداریم ولی از حدود سه هزار سال پیش انسانها از چرخدنده های چوبی استفاده می کردند.بنظر می رسد نخستین چرخدنده ها از چوب ساخته شده اند.تمدنهای قدیم از چرخدنده ها استفاده های مختلفی می نمودند به عنوان مثال رومیان از چرخدنده های چوبی در آسیباب ها برای انتقال نیرو استفاده می کردند و یا یونانیان برای ادوات نجومی خود چرخدنده های کوچکی از جنس فلزات می ساختند.

در زمان قرون وسطی نیز از چرخدنده ها در آسیاب های آبی استفاده می شد و با اخترع ساعت انواع چرخدنده ها از انواع کوچک و بزرگ در ساعت های مختلف اسفاده می شد.

در قرن نوزدهم با وجود آمدن کشتیهای بخار و ماشینهای ابزار و...چرخدنده ها کابرد گستردی پیدا کردند و با آغاز قرن بیستم با به عرصه آمدن خودرو و هواپیما دریچه نوینی به روی چرخدنده سازی گشوده شد و این صنعت همراه با پیشرفت صنایع دیگر به جلو می رفت و توسعه می یافت.

چرخدنده :

چرخدنده جزئی از اجزای ماشین است که برای انتقال  حرکت و توان از محور خود به چرخدنده ای دیگر و در نتیجه به محور آن از طریق دندانه هایش بکار می رود.

بوسلیقه چرخدنده ها می توان حرکت دورانی و گشتاور گردشی را بدون لغزش از محوری به محور دیگر (در فاصله محور های کم)منتقل نمود.همچنین به کمک چرخدنده ها می توان نسبت انتقال و جهت گردش مورد لزوم را بدست آورد.

شرط معمول اینست که حرکت  انتقال یافته یکنواخت باشد. ازمیان دوچرخ دنده درگیرآنکه کوچکتر است که معمولا گرداننده هم هست  پینیون و چرخ دنده دیگر چرخ دنده نامیده می شود.

رخ‌دنده وسیله‌ای است برای انتقال گشتاور که به کمک آن می‌توان مقدار گشتاور و یا سرعت دورانی را کاهش یا افزایش داد. همچنین به کمک چرخ دنده ها می‌توان جهت حرکت را تغییر داد.

محاسن چرخدنده ها:

1)انتقال نیروی بیشتر:

اگر دو دستگاه ماشین تراش  را یکی با چرخدنده و دیگری با چرخ تسمه است را مقایسه کنیم خواهیم دید کدامیک بهتر می باشد.بطوریکه ملاحظه می شود در ماشین تراش چرخ تسمه ای به محض بارگذاری زیاد تسمه ها سرخورده و ماشین از حرکت باز می ایستد ولی چنانچه ماشین با چرخدنده مجهز نماییم می توانیم در ماشین سرعتهای زیادتری ایجاد نماییم و همچنین می توانیم بوسلیه دستگاه جعبه دنده نیروی بیشتری را انتقال داد. بطور کلی دوام چرخدنده ها به مراتب بیشتر از چرخ تسمه ها می باشد.

2)انتقال نیرو روی محورهای مختلف:

  از چرخدنده ها می توان برای انتقال نیرو در محورهای موازی و متنافر و متقاطع استفاده نمود.

3)تبدیل حرکت دورانی به خطی و بالعکس:

به طور مثال به کمک چرخ و شانه می توان می توان حرکت دورانی  را به مستقیم  و یا بالعکس تبدیل نمود.

معایب چرخدنده ها:

1)حرارت ایجاد شده بین دو چرخدنده ها:

اغلب اوقات دو چرخدنده که با هم درگیر بوده و عمل انتقال نیرو انجام می دهند در اثر ردش و تماس با یکدیگر و تاثیر نیروهای متقابل بین آنها حرارت ایجاد شده و در اندک مدتی احتمال شکستن و یا خراب شدن آنها خواهد بود برا جلوگیری از این عمل سعی نمود:

در محل قرار گرفتن چرخدنده ها روغن وجود داشته باشد و باید بین دو چرخدنده لقی وجود داشته باشد تا از گرم شدن و خسارت ناگهانی جلوگیری شود.

2)صداهای ناهنجار:

معمولا در چرخدنده های ساده بیشتر است.

3)شکستن و خرد شدن

شرایط فیزیکی لازم در چرخدنده ها :

1)مقطع حقیقی دندانه ها با مقطع تئوری یکی باشد.

2)فاصله دندانه ها بایستی یکسان و درست باشد.

3)دایره گام حقیقی بر دایره گام تئوری منطبق و با محور چرخش چرخدنده هم مرکز باشد و همچنین نقطه تماس دو چرخدنده درگیر در دایره گام (قطر متوسط چرخدنده)باشد.

4)سطح پیشانی و دامنه دندانه ها باید صاف و دارای سختی کافی برای مقاومت در مقابل سایش و جلوگیری از ایجاد صدا در هنگام چرخش باشند.

5)محورهای مرکزی و یاتاقانها دارای استحکام کافی باشند تا در اثر بارهای وارده در هنگام کار بتوانند فاصله مرکز تا مرکز مطلوب را حفظ کنند.

انواع چرخدنده ها:

چرخدنده ها را می توان به چند صورت تقسیم بندی کرد ممکن است بر حسب شکل ظاهری و نوع کاربرد و روش ساخت آنها طبقه بندی کرد اما در اکثر مواقع چزخدنده ها بر حسب شکل ظاهری طبقه بندی می شوند:

چرخدنده ساده :

ساده ترین نوع چرخدنده ها هستندکه دارای دندانه های موازی با محور چرخش هستند و برای انتقال حرکت بین دو شافت موازی بکار می رود.

دندانه های این چرخ دنده ها به موازات محور دورانشان تراشیده می شوند. این چرخ دنده ها از نظر طراحی و ساخت درمقایسه با انواع دیگرچرخ دنده ساده تر هستند وبرای انتقال قدرت بین دو شفت موازی مورد استفاده قرار می گیرند

  چرخدنده های مارپیچ و شانه ای

چرخ دنده های مارپیچ موازی

      یک چرخدنده مطبق یا مرحله ای به طوری که درشکل (12-21) نشان داده شده متشکل از دو چرخدنده ساده و یا  بیشتر بوده که به یکدیگر بسته شده اند. هر یک از آنها نسبت به چرخدنده مجاور خود  به مقدار حاصل  تقسیم گام  قوسی  بر تعداد  چرخ دنده ها جلوتر قرار دارد . در یک جفت  چرخ دنده معمولی ساده  نیرو  به سطح دنده و در تمام  عرض وارد می شود. چرخ دنده های مطبق نیرو  ابتدا به  قسمتی در عرض سطح ، کمی بعد  به  قسمت و یا مرحله بعدی و  به همین  ترتیب  به  مرحله های  بعدی وارد می گردد. در نتیجه دندانه ها  با  ضربه کمتری با یکدیگر تماس پیدا خواهد کرد. به همین جهت چرخ دنده های مرحله ای  نسبت به چرخ دنده های ساده به مراتب آرامتر و نرمتر کار می کنند.

اگر تعداد مراحل و یا طبقات به بینهایت میل کند، نتیجه یک چرخ دنده مارپیچ خواهد بود. چرخدنده های مارپیچ به کار رفته در انتقال قدرت بین دو شفت موازی شکل (12-22 الف) به چرخ دنده های مارپیچ موازی موسوم بوده و چرخدنده های مارپیچ به کار رفته در انتقال قدرت بین دو شفت غیر موازی    (12-22 ب ) به چرخدنده های مارپیچ متقاطع موسوم می باشند.

اگر یک  صفحه  مطابق شکل ( 12-23 الف )  بر روی استوانه  پایه  غلت بخورد ، خطی به موازات محور استوانه و واقع در صحفه سطح اینولوت دندانه چرخدنده ساده را ایجاد خواهد کرد. بنابراین موقعی که یک جفت چرخدنده ساده درگیر می باشند تماس بین دندانه ها در امتداد خطی به موازات چرخدنده ها می باشد.اما اگرخط درصفحه مطابق شکل (12-23ب) نسبت به محور استوانه مایل باشد، سطح دندانه یک چرخ مارپیچ را تولید خواهد کرد.

این سطح به یک اینولوت مارپیچی موسوم بوده  و به طوری که نشان داده شد  دارای اجزای متشکل از خط مستقیم می باشد. وقتی که یک  جفت چرخ دنده مارپیچ موازی با هم درگیر می باشند، تماس بین دندانه های خطی درامتداد این اجزا می باشد. موقعی که دو چرخدنده ساده با یکدیگر مماس می شوند. تماس در کل عرض سطح  صورت گفته حال آنکه در مورد چرخ دنده های مارپیچ تماس در یک انتها شروع  و تدریجاً در امتداد دنده پیشروی می کند.

این مطلب در شکل ( 12-24 ) که درآن خطوط مستقیم a-a ، b-b ، c-c وغیره خطوط تماس متوالی را مشخص می کنند، نشان داده شده است.این تماس تدریجی درامتداد سطح دندانه موجب ضربه کمتر شده و بنابراین چرخ دنده های مارپیچی نسبت به چرخ دنده های ساده خیلی آرامتر عمل کرده، طول عمر بیشتر داشته و مقاومتر می باشد.

شکل ( 12-25 ) مارپیچ گام را که از برخورد دنده مارپیچی واستوانه گام به قطر D حاصل شده نشان می دهد. F پهنای سطح دندانه می باشد.یک صفحه افقی را که از محور استوانه عبور کرده در نظر می گیریم. آنگاه از نقطه ای که مارپیچ صفحه را سوراخ می کند، مطابق شکل مماسی بر مارپیچ می کشیم. زاویه ای که این مماس با صفحه افقی فوق می سازد به زاویه مارپیچ موسوم است.

امتدادی که شیب دندانه های چرخدنده مارپیچ در راستای آن قرار می گیرند به شاخص چرخدنده معروف می باشد. برای تعیین شاخص چرخدنده مارپیچ به طوری که در شکل (12-26) نشان داده شده آن را  بر  روی میز  یا  زمین  قرار دهید . اگر  صعود شیب  به طرف راست باشد، شاخص آن راستگرد  و اگر صعود شیب  به  طرف  چپ  باشد شاخص آن چپگرد است . چرخ دنده های مارپیچی که دو شفت موازی را به یکدیگر مربوط می کنند، دارای شاخصهای مخالف هم می باشند.

چرخ دنده های مارپیچی متقاطع

چرخ دنده های مارپیچی که برای انتقال قدرت بین دو شفت غیرموازی و غیر متقاطع مورد استفاده قرار می گیرند، به چرخدنده های مارپیچی متقاطع موسوم بوده و می توانند مطابق شکل ( 12-30 ) دارای شاخص هم جهت یا مخالف هم باشند. خط چین نشان دهنده یک دنده در پشت چرخدنده 2 و یک دندانه در جلوی چرخ دنده 3 میباشد.

سیلندرهای گام و دندانه های یک جفت چرخدنده موازی که دارای  شاخص مخالف هم می باشند، دارای تماس خطی بوده و در امتداد اجزای دندانه هیچ لغزشی وجود ندارد. چرخدنده های یک جفت مارپیچ متقاطع به تنهایی همانند چرخدنده های مارپیچ موازی می باشند. موقعی که چرخدنده های مارپیچ بر روی شفتهای غیر موازی درگیر شدند عملکرد دندانه ها مختلف خواهد بود. سیلندرهای گام و دندانه ها دارای تماس نقطه ای بوده ودر امتداد اجزای دندانه لغزش وجود خواهد داشت.

چرخدنده تک مارپیچ

 از این چرخ دنده ها جهت انتقال حرکت در محورهای موازی و یا متنافر استفاده   می شود .

راستای محور و دنده ها متفاوت است.

در این نوع چرخ دنده سر و صدای کمتری ایجاد می شود .

 به دلیل مایل بودن دنده ها در هنگام تماس نیروی زیادی ایجاد شده در نتیجه باید بلبرینگی انتخاب کرد که بتواند این نیرو را تحمل کند .

زاویه های مارپیچ برای مارپیچ انتقالی  5/7 ، 15 ، 23 ، 30

وبرای چرخدنده های متنافر 45

چرخدنده های دومارپیچ

از دو مارپیچ پهلو به پهلو تشکیل شده و جهت راستگرد و چپگرد آن دو مخالف یکدیگر است .

کاربرد آنها در دستگاههای نورد غلتکی فولاد و چرخدنده تلمبه های دنده ای و نیز در دستگاههایی است که نتوانند رانش محوری را تحمل کنند .

معمولترین زاویه 30 درجه و مشخصه گام آنها در جهت انتقالی است .

چرخدنده های شانه ای

از یک چرخدنده ساده و یک شانه تشکیل شده است .

بیشتر از نوع ساده هستند ولی می توانند مارپیچ یا دو مارپیچ هم باشند .

  نوع تخت آنها در تبدیل حرکت دورانی به حرکت رفت و برگشتی به کار می رود . مانند دستگاه تراش.

کاربرد دیگر این چرخدنده ها در ابزار چرخدنده تراشی برای چرخدنده های ساده  مارپیچ و دو مارپیچ است 

چرخ دنده های حلزونی

جفت چرخ دنده حلزونى

در این جفت ، عضو گرداننده ( حلزون ) داراى پیکربندى رزوه پیچ است . محور حلزون همواره نسبت بهمحور چرخ حلزون ۹۰ درجه قرار مى گیرد .

جفت چرخ دنده حلزونى اگر خوب طراحى و ساخته شود عملکردى نرم و مشکل ارائه مى دهد و مى توان دامنه گسترده اى از نسبتهاى چرخدنده را هم براى آن انتخاب کرد ولى ملاحظاتى هست که باید آنها را براى عمر بهینه چرخدنده در نظر گرفت . براى مثال ،با زاویه پیشروى زیاد مثلا ً ( ۳۰ درجه ) چرخدنده باید یطور مماسى هابکارى شود زیرا با پیشروى قائم هاب بخشى از رخساره فعال دندانه ها براده بردارى مى شود همچنین بهتر است که به زاویه هاى پیشروى بزرگتر زاویه هاى فشار بزرگترى اختصاص داده شود.

براى زاویه هاى پیشروى بزرگتر از ۳۰ درجه زاویه فشار ۲۵ درجه تا ۳۰ درجه و به همین ترتیب انتخاب موارد نیز بسیار اهمیت دارد . برنز اس.اى.ای ۶۵ با حدود ۱ درصد نیکل براى چرخ حلزون خوب است ، و در صورتیکه پیکربندى چرخ دنده باید ریخته گرى چایشى یا ریخته گرى گریز از مرکز شود .خود حلزون باید از فولاد ساخته و سخت ( آبداده ) شود و دندانه هاى آن سنگ بخورد .