در مقالات قبل با چرخ‌دنده‌ها و فرایند تولید چرخ‌دنده‌ها آشنا شدیم. دانستیم که چرخ‌دنده‌ها ابزارهایی هستند که برای تغییر جهت و یا انتقال نیرو به کار می‌روند. در این مقاله قصد داریم شما را با انواع چرخ‌دنده‌ها و کاربردهای آنها آشنا کنیم.
انواع چرخ‌دنده‌ها
چرخ‌دنده‌ها انواع بسیار زیادی دارند در ادامه به معرفی رایج‌ترین چرخ‌دنده‌ها در صنعت و نیز تشریح کاربرد آنها می‌پردازیم.
چرخ‌دنده ساده (چرخ‌دنده دار دنده ملخی)
چرخ‌دنده‌های ساده رایج‌ترین انواع چرخ‌دنده‌های مورد استفاده در صنعت هستند. دندانههایی این چرخ‌دنده به‌صورت موازی بریده شده‌اند و به‌موازات شفت چرخ‌دنده بر روی محورهای موازی قرار می‌گیرند. نحوه عملکرد این چرخ‌دنده‌ها بدین صورت است که در بسیاری از صنایع به‌منظور کم‌کردن توان از تعداد زیادی از این چرخ‌دنده‌های ساده استفاده می‌کنند. وقتی دو چرخ‌دنده ساده در کنار هم قرار می‌گیرند، به چرخ‌دنده‌ای که تعداد بیشتری دندانه دارد و نیز بزرگ‌تر است چرخ یا همان چرخ‌دنده می‌گویند. در این صورت، به چرخ‌دنده‌ای که دندانههایی کمتری داشته باشد و نیز کوچک‌تر باشد، چرخ‌دنده پنیون می‌گویند.
سادگی طراحی دندانه این چرخ‌دنده باعث می‌شود که قابلیت ساخت آن آسان‌تر باشد. سایر ویژگی‌های چرخ‌دنده‌های ساده عبارت‌اند از فقدان بار محوری (یعنی نیروی رانش موازی با محور چرخ‌دنده)، سرعت بالا و حمل بار بالا و نرخ بازده بالا. برخی از معایب این چرخ‌دنده هم می‌توان به تولید صدای زیاد حین کار اشاره کرد.
این نوع دنده برای طیف وسیعی صنایع در انواع کاربردهای مکانیکی مانند ساعت‌ها، پمپ‌ها، سیستم‌های آبیاری، ماشین‌آلات نیروگاهی، تجهیزات حمل مواد و ماشین‌های لباسشویی و خشک‌کن استفاده می‌شود. در صورت لزوم برای یک کاربرد، می‌توان از چند چرخ‌دنده (یعنی بیش از دو) به‌منظور کم‌کردن سرعت و یا چندین برابر کردن گشتاور، استفاده کرد.
چرخ‌دنده مارپیچی
یکی از پرکاربردترین انواع چرخ‌دنده‌ها، چرخ‌دنده‌های مارپیچی هستند. از این چرخ‌دنده‌ها بیشتر در محورهای موازی استفاده می‌شوند. خطوط دندانه این چرخ‌دنده‌ها به‌صورت مارپیچی است. این چرخ‌دنده‌ها نسبت به چرخ‌دنده‌های ساده توان انتقال نیروی بیشتری دارند و حین کار صدای کمتری تولید می‌کنند. در چرخ‌دنده‌های مارپیچی، دندان‌ها زاویه‌دار و منحنی هستند تا درگیری تدریجی دندان و تماس دندان به دندان بیشتر از چرخ‌دنده‌های مخروطی فراهم شود. این طراحی لرزش و نویز تولید شده را به‌خصوص در سرعت‌های زاویه‌ای بالا (> 1000 دور در دقیقه) بسیار کاهش می‌دهد.
طراحی زاویه‌دار دندانههایی چرخ‌دنده مارپیچ باعث می‌شود که آنها با چرخ‌دنده‌های دیگر به‌گونه‌ای متفاوت‌تر از دندانههایی مستقیم چرخ‌دنده‌های ساده درگیر شوند. همان‌طور که چرخ‌دنده‌های مارپیچی که به‌درستی منطبق شده‌اند با یکدیگر تماس پیدا می‌کنند، سطح تماس بین دندان‌های مربوطه به‌تدریج افزایش می‌یابد، نه اینکه کل دندان را به یکباره درگیر کند. این درگیری تدریجی اجازه می‌دهد تا بارگذاری ضربه کمتری روی دندانههایی چرخ‌دنده انجام شود و عملکرد نرم‌تر و بیصداتر داشته باشد. از معایب این چرخ‌دنده می‌توان به پیچیدگی طراحی دندانه مارپیچ است که درجه سختی در ساخت آن (و در نتیجه هزینه) را افزایش می‌دهد و این واقعیت که طراحی دندانه چرخ‌دنده مارپیچ تک نیروی رانش محوری ایجاد می‌کند که استفاده از یاتاقان‌های رانش را ضروری می‌کند.
ازآنجایی‌که چرخ‌دنده‌های مارپیچ قادر به تحمل سرعت‌های بالا و بارهای بالا هستند، برای کاربردهای مشابهی مانند چرخ‌دنده‌های ساده مانند پمپ‌ها و ژنراتورها مناسب هستند. عملکرد نرم‌تر و بیصداتر آنها همچنین برای گیربکس‌های خودرو که معمولاً از چرخ‌دنده‌های ساده استفاده نمی‌شود، مناسب است.
چرخ‌دنده مخروطی
یکی دیگر از پرکاربردترین انواع چرخ‌دنده‌ها در صنعت چرخ‌دنده‌های مخروطی هستند. چرخ‌دنده‌های مخروطی ظاهری مخروطی دارند و برای انتقال نیرو بین دو شفت که در یک نقطه قطع می‌شوند (شفت‌های متقاطع) استفاده می‌شود. در واقع این چرخ‌دنده‌ها بیشتر برای محورهای متقاطعی که با هم زاویه ۹۰ درجه دارند مناسب هستند. دندانه‌های این چرخ‌دنده می‌تواند مستقیم، مارپیچ یا هیپوئیدی باشد.
یکی دیگر از پرکاربردترین انواع چرخ‌دنده‌ها در صنعت چرخ‌دنده‌های مخروطی هستند. چرخ‌دنده‌های مخروطی ظاهری مخروطی دارند و برای انتقال نیرو بین دو شفت که در یک نقطه قطع می‌شوند (شفت‌های متقاطع) استفاده می‌شود. در واقع این چرخ‌دنده‌ها بیشتر برای محورهای متقاطعی که با هم زاویه ۹۰ درجه دارند مناسب هستند. دندانه‌های این چرخ‌دنده می‌تواند مستقیم، مارپیچ یا هیپووئید باشد.
اگرچه چرخ‌دنده‌های مخروطی در مقایسه با سایر انواع چرخ‌دنده تا حدودی بی استفاده هستند، به‌خصوص به دلیل سر و صدایی که در طول عملکرد خود تولید می‌کنند. با این حال چرخ‌دنده‌های مخروطی مستقیم هنوز کاربردهای متعددی در مته های دندانپزشکی، ساعت، ماشین های خودکار و مته های دستی دارند. آنها همچنان در شرایط خاصی مانند جابجایی مواد و غیره استفاده می‌شوند. آنها معمولاً در تجهیزات چمن و باغ، بسته بندی و کنسرو مواد غذایی، ماشین آلات مانند آسیاب و مته، سیستم های فشرده سازی برای بازار نفت و گاز، و شیرهای کنترل جریان نیز کاربرد دارند.
چرخ‌دنده‌های مخروطی مارپیچی سطح بالایی از نظارت بر نحوه مشبک شدن دندان‌ها را ارائه می‌دهند و ساختار آنها امکان انحرافات ویژه نصب را بدون افزایش شدید نیرو در هر دو انتهای دندان‌ها فراهم می‌کند. آنها را می‌توان در سرعت‌های بالا استفاده کرد و معمولاً در چرخ‌دنده‌های دوچرخه و موتورسیکلت استفاده می‌شود.
دنده‌های هیپووئید در بسیاری از کاربردها زمانی که سرعت از 1000 دور در دقیقه فراتر می‌رود استفاده می‌شود. صرف‌نظر از این، آنها برای موارد با سرعت کم که نیاز به حرکت بسیار نرم یا عملکرد بی‌صدا دارند، مفید هستند.
دنده‌های هیپووئید اغلب در گیربکس‌های چندمرحله‌ای در مرحله خروجی استفاده می‌شود که نیاز به گشتاور بیشتر و سرعت کمتر دارد. معمول‌ترین کاربرد گیربکس‌های هیپووئید در صنعت خودروسازی است که در محورهای عقب به‌خصوص در کامیون‌های بزرگ استفاده می‌شود.
چرخ‌دنده حلزونی
چرخ‌دنده‌های حلزونی یکی از انواع چرخ‌دنده‌ها هستند که به‌منظور کاهش دنده و سرعت و نیز افزایش گشتاور به کار می‌روند. این چرخ‌دنده‌ها از کم‌صداترین و نرم‌ترین انواع چرخ‌دنده‌ها هستند. این چرخ‌دنده‌ها نیرو را از طریق زاویه‌هایی که ۹۰ درجه نیستند، روی محورهایی که یکدیگر را قطع نمی‌کنند، انتقال می‌دهند. از این چرخ‌دنده‌ها غالباً در دیفرانسیل خودروهای سنگین و بالابرهای صنعتی استفاده می‌کنند.
چرخ‌دنده شانه‌ای
چرخ‌دنده‌های حلزونی یکی از انواع چرخ‌دنده‌ها هستند که به‌منظور تبدیل حرکت دایره‌ای به حرکت خطی یا برعکس به کار می‌رود. چرخ‌دنده‌های شانه‌ای غالباً همراه با یک چرخ‌دنده ساده (پینیون) مورداستفاده قرار می‌گیرند. بدین‌جهت به این مجموعه، شانه و پینیون (Rack & Pinion) گفته می‌شود. این چرخ‌دنده‌ها پیشرفته‌ترین انواع چرخ‌دنده‌ها هستند که معمولاً در فرمان‌های خودرو ها و نیز ترازوهای آنالوگ استفاده می‌شوند.
