چرخدنده و نحوه طراحی و ساخت آن

آیا تا به حال به صدای تیک تیک ساعت گوش داده اید؟ حرکات هماهنگ و پی در پی که هیچ خطایی در آن ها دیده نمی شود. مهم ترین فاکتور درون یک ساعت چرخدنده های گوناگون می باشد. اما کاربرد چرخدنده ها تنها محدود به ساعت نیست، تجهیزات صنعتی، خودروها و بسیاری از وسایل مکانیکی همگی با استفاده از چرخدنده های متعدد به فعالیت خود ادامه می دهند. این قطعه ی جادویی در تمامی سایزها و اندازه ها ساخته می شود. فرقی نمی کند که قطر چرخدنده با واحد میلیمتر و یا سانتی متر اندازه گرفته می شود. همه آن ها با یک هدف مشخص کار می کنند و بدون آن ها تمامی فعالیت ها مختل خواهد بود.

چرخدنده در آلیاژ های متعددی ساخته شده است و برای دستگاه های متعدد بکار می رود. اگر چرخدنده ها نبودند فعالیت مکانیکی بسیاری از ماشین ها مختل می شد، دیفرانسیل کامیون های فوق سنگین به واسطه ی چرخدنده کار می کند، یک ساعت مچی عقربه ای نیز دارای چرخدنده های مختلفی است. اگر چرخدنده ها اختراع نمی شدند، بسیاری از وسایل و تجهیزات اکنون در اختیار ما نبودند.

در این مبحث قصد داریم تا چرخدنده و انواع آن را بررسی کنیم. اگر این قطعه ی جادویی برایتان جذاب است، توصیه می کنم این مقاله را تا انتها دنبال کنید.

چرخدنده چیست؟

شاید سوال خنده داری باشد، چرا که همه ی ما چرخدنده های مختلفی را دیده ایم. از آن گذشته شکل نمادین چرخدنده به عنوان استیکر در انواع وسایل الکترونیک مورد استفاده قرار گرفته و نشان دهنده ی تنظیمات می باشد. اما چون این مقاله معطوف به مبحث چرخدنده می باشد لازم است، تا در چند سطر آن را تعریف کنیم. چرخدنده متشکل از دو واژه ی " چرخ " و " دنده" است. به هر شکل دایره ای چرخ گفته می شود، دنده بیانگر برش هایی است که حول محور اصلی بر روی چرخ ایجاد شده است. هر گونه شی دواری که دارای برجستگی های متوازن و هماهنگی است، چرخدنده نام دارد.

چرخدنده یک قطعه ی کاربردی در وسایل صنعتی و مکانیکی است. این عضو کوچک در میان قطعات دیگر هماهنگی ایجاد کرده و حرکت را ممکن خواهد کرد. در واقع انرژی به واسطه چرخدنده به قطعات مختلف انتقال داده می شود و در نهایت سبب حرکت و انرژی مکانیکی خواهد شد. تا به امروز هیچ دستگاه صنعتی و مکانیکی ساخته نشده است که حاوی چرخدنده نباشد. این قطعه در انواع مدل ها ساخته شده و از این رو شاهد انواع چرخدنده ها در دنیای قطعات مکانیکی هستیم.

انواع چرخدنده ها به شرح زیر است؛

• ساده
• مارپیچ
• شانه ای
• حلزونی
• مخروطی

هر کدام از آیتم های بالا معرف یک نوع بخصوص از چرخدنده می باشند. که البته کاربرد آن ها با توجه به شکل ظاهری شان متفاوت می باشد. بعضی از آن ها با مقیاس بزرگ تر در دستگاه های غول پیکر مورد استفاده قرار می گیرند و بعضی دیگر در وسایل کوچک با مقیاس و اندازه کوچک، اما در نهایت جایگیری آن ها سبب حرکت و فعالیت مجموعه خواهد شد.

آیا برای ساخت چرخدنده نیاز به طراحی داریم؟

چرخدنده نیز مانند تمامی قطعاتی که تا کنون ساخته شده اند، نیازمند یک الگو و طراحی خاص می باشد. از این رو با توجه به کارایی و کاربرد آن ، طراحی چرخدنده توسط افراد متخصص انجام می شود. در این طراحی متریال مورد استفاده، ابعاد کامل چرخدنده و هم چنین تمامی برش ها و پرداخت های لازم از جمله دنده زنی چرخدنده تعیین خواهد شد. نمی توان از هر الگویی برای ساخت چرخدنده استفاده کرد. چرا که این قطعه دارای انواع متعددی است.

طراحی چرخدنده بسیار مهم است، چرا که تمامی مراحل ساخت و حتی پس از آن هم چون تعمیر چرخدنده از طراحی آن الگو برداری می کنند. اگر طراحی چرخدنده دچار خطایی شود، سبب هدر رفت متریال زیادی و هم چنین تحمل هزینه های سرباز ساخت گزافی خواهد شد. از این رو برای انجام طراحی چرخدنده لازم است تا افراد متخصص و توانا که در زمینه ی ساخت و طراحی چرخدنده فعالیت می کنند، عهده دار این مسئولیت باشند.

یک چرخدنده چگونه ساخته می شود؟

در تمامی وسایل صنعتی تقریبا شاهد یک روال عادی جهت ساخت محصولات هستیم. یک الگو و طرح توسط مهندسین کشیده شده و بر اساس آن متریال قالب گیری می شوند و طی راهیابی به مرحله ی پرداخت، شاهد ساخت آن قطعه و یا دستگاه هستیم. در رابطه با ساخت چرخدنده این روال دقیقا وجود داشته و در کارگاه ها با تبعیت از این روش چرخدنده ها را می سازند. اما در رابطه با ساخت چرخدنده یک نکته ی جذاب وجود دارد، آن هم شکل ظاهری متنوعی است که دارد.

اولین پارامتری که تعیین می کند چرخدنده چگونه ساخته شود، مکانی است که قرار است، در آن نصب شود و مورد استفاده قرار بگیرد. با توجه به نوع کاربرد و جایگاهی که در یک دستگاه دارد از هر متریالی نمی توان برای ساخت آن استفاده کرد. به عنوان مثال برای ساخت چرخدنده موجود در ساعت از فلزاتی مانند آلومینیوم و یا استیل استفاده می شود. در صورتی که برای ساخت چرخدنده بکار رفته در کامیون نیاز به متریالی از جنس آلیاژ های مختلف از چند فلز است. بر این اساس این متریال نیست که تعیین می کند، از چرخدنده کجا استفاده شود. بلکه ابتدا نوع کاربرد و مکان جایگیری است که ویژگی های ظاهری آن از جمله متریال و مواد اولیه را تعیین می کند.

یکی دیگر از ویژگی های جالب چرخدنده نحوه ی پرداخت آن است. طرح های مختلفی بر روی چرخدنده پیاده می شود که هر کدام متناسب با کاربردی است که این قطعه خواهد داشت. اما دستگاه پرداخت مخصوص تراش و یا لیزر چرخدنده باید بسیار مجهز بوده و دقت در حد نانو متر داشته باشد. چرخدنده ما بین دو قطعه قرار گرفته  هما هنگی حرکت ها را ایجاد می کنند، اگر هر کدام از تراش ها و یا لیزر ها جهت ایجاد دنده با یک خطای جزئی انجام شود، عملا چرخدنده نا کارآمد بوده و نمی توان آن را درون دستگاه بکار برد. قطعات موجود در دستگاه مانند پازل به همدیگر قفل می شوند، در مورد چرخدنده نیز این موضوع کاملا صادق است. اگر چرخدنده معیوب باشد، پازل دستگاه ناقص خواهد شد.

نحوه ی دنده زنی چرخدنده

منظور از دنده زنی چرخدنده همان عملیات پرداخت می باشد. اما تنها به یک قسمت از عملیات پرداخت معطوف می باشد، که آن هم ایجاد تراش های مختلف به منظور درج دنده بر روی قطعه و یا چرخدنده کی باشد. عملیات دنده زنی چرخدنده تماما توسط دستگاه های پرداخت انجام می شود، اما با توجه به نوعی که چرخدنده دارد، نحوه ی دنده زنی متفاوت می باشد. از یک دستگاه تراش ساده برای دنده زنی بر روی چرخدنده ساده انجام شده و نیاز به فرآیندهای مختلفی نیست. تنها کافی است که دقت دستگاه ها بالا باشد و تراش به خوبی انجام شود.

اما در دنده زنی چرخدنده های مارپیچی نیاز به دستگاه های بیشتری است. برش ها به صورت خطی انجام نشده و در دو مدار انجام خواهد شد. با توجه به تنوع چرخدنده ها برای دنده زنی نیز از ابزار و دستگاه های مختلفی استفاده می شود. به عبارت بهتر دنده زنی چرخدنده نیز دارای انواع متعددی است که سبب تولید چرخدنده های مختلف خواهد شد. پارامترهای بسیار مهمی هنگام دنده زنی چرخدنده وجود دارد، آن هم تعداد دنده های ایجاد شده، سایز دنده ها بر اساس مساحت چرخدنده، زاویه ای ایجاد دنده زنی، دقت برش و پرداخت و نوع تیغه ی دستگاه پرداخت برای دنده زنی چرخدنده وجود دارد.

تیغه ی دستگاهی که عملیات پرداخت جهت دنده زنی را انجام می دهد، بسیار مهم است. چرا که بر اساس متریال چرخدنده از هر نوع مته و یا تیغه ای قادر به انجام پرداخت نیست. زیرا فلزات در برابر هم دیگر مقاومت داشته و نمی توان از هر نوع تیغه ای برای برش، تراش و دنده زنی استفاده کرد.

چگونه تعمیر چرخدنده انجام می شود؟

برای پاسخ به این سوال باید بررسی کرد که آیا چرخنده ها نیز خراب می شوند. چرخدنده یک عضو فعال درون دستگاه بوده که در زمان شروع فعالیت از کار نمی ایستد و مدام در حال چرخش است. اصطکاک و سایش همیشه چرخدنده را تهدید می کنند. از این رو لازم است تا چرخدنده احیا شود. همیشه با آوردن نام چرخدنده تصاویری از چرخدنده های ساعت که بسیار کوچک و ریز هستند تداعی می شود. قطعا زمانی که یکی از چرخدنده های ساعت خراب می شوند، آن را تعمیر نمی کنند. چرا که به دلیل کوچکی هزینه های تعمیر آن از هزینه های خرید یک چرخدنده جدید بیشتر خواهد بود. از این رو در چنین مواقعی فورا چرخدنده تعویض خواهد شد.

اما گاهی چرخدنده ها مقیاس بزرگی دارند، مانند چرخدنده های بکار رفته شده در توربین و یا کامیون، هزینه های چنین چرخدنده بسیار زیاد است، از این رو تعمیر چرخدنده گزینه ی بسیار خوب است. گاهی به دلیل اصطکاک و سایش چرخدنده قسمت هایی از قطعه کاملا حذف شده است که باید برای احیای آن، چرخدنده را راهی قالب گیری کرده و سپس پرداخت های لازم را بر روی آن ایجاد کرد. البته این روش زمانی موثر خواهد بود که سایش جزئی باشد.

گاهی چرخدنده دچار شکستگی شده و قادر به ادامه ی فعالیت نمی باشد. با استفاده از جوشکاری های مختلف، قسمت های معیوب و شکسته شده برطرف خواهد شد. برای انجام تعمیر چرخدنده لازم است، تا از افراد ماهر و توانا استفاده کرد که علاوه بر تسلط کامل بر انواع چرخدنده ها، به خوبی از طرح اولیه چرخدنده آگاهی داشته و قادر به رفع ایرادات بر اساس طرح چرخدنده می باشند.

کلام پایانی 

چرخدنده ها از جمله قطعات پر کاربرد در دنیای صنعت و مکانیک هستند. تنوع چرخدنده ها از نظر شکل ظاهری و اندازه های مختلف باعث شده تا از دستگاه های مخصوصی برای پرداخت، مخصوصا دنده زنی چرخدنده استفاده شود. البته لازم به ذکر است که ساخت چرخدنده ها کار هر کسی نیست و تنها کارگاه های مختلفی قادر به ساخت و هم چنین دنده زنی چرخدنده های می باشند. در سرزمین ما مجموعه های زیادی در این زمینه فعال هستند که بهترین آن ها مجموعه پادیر ماندگار می باشد. پادیر یک شرکت بزرگ است که انواع قطعات و هم چنین دستگاه های صنعتی مختلفی را ساخته و راهی بازار می کند.

فعالیت به روش سفارش کار نیز یکی از خدمات منحصر به فرد پادیر بوده و می تواند هر قطعه ای را با استفاده از این روش بسازد. علاوه بر آن پادیر تمامی خدمات پس از فروش را ارائه کرده و با ارسال تکنسین های ماهری تعمیر چرخدنده ها را انجام خواهد داد. تمامی واحد های صنعتی می توانند پادیر را برای ساخت انواع چرخدنده های مختلف انتخاب کنند.