چرخدنده حلزونی چیست؟ | کاربرد و مزایا
یکی از پر کاربردترین نوع چرخدندهها، چرخدنده حلزونی است. این چرخدنده به علت ویژگیهای خاص و طراحی متفاوت آن منجر به استفاده در وسایلی چون گیربکس جرثقیل، آسانسور و… شده است. چرخدنده حلزونی نسبت به انواع چرخدندههای دیگر توانایی بالایی در کاهش سرعت و افزایش گشتاور دارد.
در این مقاله به طور کامل به چرخدندههای حلزونی، ویژگیها، مزایا و معایب آنها میپردازیم.
چرخ دنده حلزونی چیست؟ بررسی نحوه کار آن
این چرخدنده از 2 بخش اصلی تشکیل شده است: یک چرخ دندانهدار و یک شفت مارپیچ.
شفت مارپیچ که به آن ماردون هم گفته میشود، مستقیما به موتور وصل است و نیروی لازم را از آن دریافت میکند. با چرخش ماردون، دندانههای مارپیچی آن با دندانههای چرخدنده درگیر میشوند و باعث به حرکت درآمدن چرخدنده میگردند. به این شکل، انرژی موتور از طریق ماردون به چرخدنده منتقل میشود و در نهایت، چرخدنده حلزونی این نیرو را به شافت خروجی انتقال میدهد و باعث حرکت بخشهای دیگر دستگاه میشود.
همانطور که در تصویر زیر مشخص است نحوه قرارگیری ماردون و چرخدنده به صورت عمود و متنافر است. همچنین جهت حرکت ماردون دایرهای و افقی است در حالی که چرخدنده به صورت دورانی، در یک مسیر دایرهای عمود بر ماردون حرکت میکند. به همین دلیل برای کنترل قسمت حلزونی به انواع بلبرینگ با قدرت بالا نیازمندیم.
از لحاظ ظاهری دندانههای قسمت ماردون در این چرخدنده، به صورت مورب و زاویهدار طراحی شده است. به همین علت زمانی که در دندانههای چرخ دنده قرار میگیرد و با آن درگیر میشود، حرکتی نرم و پیوسته ایجاد میکند. علاوه بر این با یک روغن کاری درست و به موقع، چرخدندههای حلزونی به یکی از کم صداترین و روانترین نوع چرخدندهها تبدیل میشوند و در انواع گیربکس حلزونی مورد استفاده قرار میگیرند.
کالای صنعتی شهباز موتور در مقالهای مجزا به بررسی انواع چرخدنده و ویژگی آنها پرداخته است.
بیشتر بدانید ⇐ چرخ دنده چیست؟ آشنایی با انواع چرخ دنده ها و کاربرد آن ها
ویژگی ها و مزایای چرخ دنده حلزونی
خاصیت خودقفل شوندگی
یکی از ویژگیهای مهم چرخدنده حلزونی، خاصیت خودقفلشوندگی آن است. در این نوع چرخدنده، حرکت فقط از سمت ماردون انجام میشود؛ یعنی ماردون باعث چرخش چرخدنده حلزونی میشود، اما برعکس آن امکانپذیر نیست؛ یعنی چرخدنده نمیتواند ماردون را به حرکت دربیاورد.
همین ویژگی باعث شده که از این نوع چرخدنده در وسایلی مانند بالابرها، جرثقیلها و تجهیزات مشابه استفاده شود. دلیل کاربرد زیاد آن هم این است که بهخاطر خاصیت خودقفلشوندگی، نیازی به ترمز جداگانه وجود ندارد و در صورت بروز حادثه، وسیله در همان حالت ثابت میماند و اصطلاحا قفل میشود.
ایجاد نسبتهای تبدیل بالا
یکی دیگر از مهمترین ویژگیهای چرخدنده حلزونی، توانایی بالای آن در ایجاد نسبت تبدیل زیاد است. به عنوان مثال، نسبت حرکت ماردون به حرکت چرخ دنده میتواند 300 به 1 باشد. یعنی وقتی ماردون ۳۰۰ دور میچرخد، چرخدنده فقط یک دور حرکت میکند. این یعنی با وجود یک شفت کوچک (ماردون) میتوان سرعت را به مقدار بسیار زیادی کاهش داد. نسبت تبدیل میتواند بسته به زاویه مارپیچ ماردون کاهش یا افزایش یابد.
نکته مهم این است که در گیربکسهای دیگر، برای رسیدن به چنین کاهشی در سرعت باید از چند مرحله یا چند استیج استفاده شود. این موضوع باعث میشود حجم گیربکس بزرگتر و طراحی آن پیچیدهتر شود. اما در گیربکس حلزونی، همین کاهش دور بالا تنها با یک استیج انجام میشود و به همین دلیل جمعوجورتر و سادهتر است.
افزایش گشتاور و کاهش سرعت
یکی از مهمترین کاربردهای چرخدنده حلزونی، کاهش سرعت و در عوض افزایش گشتاور است. این ویژگی به دلیل نسبت تبدیل بالای آن ایجاد میشود؛ یعنی هرچه سرعت کمتر شود، توان بیشتری به شافت خروجی منتقل میگردد. بنابراین هنگامی که میخواهیم در یک وسیله سرعت را کاهش دهیم در حالیکه گشتاور افزایش یابد، چرخ دنده حلزونی بهترین انتخاب است.
البته باید توجه داشت که به دلیل اصطکاک زیاد در این نوع چرخدنده، بخشی از نیرو به صورت گرما از بین میرود و گشتاور واقعی کمی کمتر از مقدار ایدهآل خواهد بود.
حرکت نرم و کمصدا
در شرایط استاندارد و با روانکاری مناسب، چرخدنده حلزونی حرکت یکنواخت، نرم و کم صدایی دارد که باعث افزایش طول عمر و کاهش استهلاک سیستم میشود.
کاربرد گسترده
چرخدنده حلزونی، یکی از مهمترین و اصلیترین اجزای گیربکس حلزونی است و کاربرد اصلی آن نیز در همین نوع گیربکس است. جالب است بدانید که در گیربکس دستی بالابر نیز از چرخدندههای حلزونی استفاده میشود و عملکرد بسیار خوبی دارند. علاوه بر آن، به دلیل ویژگیهای خاص و عملکرد مطمئن، در لوازم موسیقی و تجهیزات صنعتی نیز استفاده میشود.
برای اطلاعات بیشتر میتوانید مقاله جامع آشنایی با گیربکس حلزونی را مطالعه کنید.
بیشتر بدانید ⇐ بررسی جامع انواع گیربکس حلزونی و عملکرد اجزای آن
همچنین میتوانید برای مشاهده انواع و قیمت گیربکس حلزونی وارد بخش محصولات سایت شهباز موتور شوید.
معایب چرخ دنده حلزونی
معایب چرخدنده حلزونی بیشتر زمانی دیده میشود که از آن در گیربکس حلزونی استفاده شود. مهمترین این معایب عبارتاند از:
- راندمان پایین: به دلیل اصطکاک زیاد میان ماردون و چرخدنده، بخشی از انرژی به صورت گرما هدر میرود و بازده کلی گیربکس کاهش مییابد.
- عمر کاری کوتاه: تماس دائمی و لغزشی بین دندانهها باعث سایش سریعتر آنها میشود؛ بنابراین طول عمر چرخ دنده حلزونی نسبت به سایر انواع چرخدنده کمتر است.
- نیاز مداوم به نگهداری: به علت اصطکاک زیاد، این گیربکسها باید به طور منظم روانکاری شوند. همچنین قطعات آنها زودتر فرسوده میشوند و معمولا در بازههای زمانی کوتاهتر از سایر گیربکسها به تعمیر یا تعویض قطعات نیاز پیدا میکنند.
- دقت محدود: در کاربردهایی که نیاز به حرکت بسیار دقیق دارند، دقت عملکرد این گیربکس نسبت به مدلهای هلیکال یا خورشیدی پایینتر است.
- ایجاد صدا در شرایط پرفشار: در زمان تحمل بارهای سنگین یا در صورت روانکاری نامناسب، صدای کارکرد آنها افزایش مییابد.
روشهای تولید چرخدنده حلزونی
برای تراش دندانههای چرخدنده حلزونی دو روش اصلی وجود دارد: هابینگ و فرزکاری.
- در روش هابینگ از ابزاری به نام هاب استفاده میشود که دندانهها را بهصورت تدریجی و همزمان روی چرخدنده تراش میدهد. این روش سریع است و دندانههای دقیق و یکنواخت تولید میکند؛ بنابراین برای تولید انبوه چرخدندههای حلزونی مناسب است.
- در روش فرزکاری، هر دندانه بهصورت جداگانه با استفاده از دستگاه فرز تراشیده میشود. این روش نسبت به هابینگ کندتر است اما انعطاف بیشتری دارد و برای نمونههای خاص یا تعداد کم مناسب است. همچنین فرزکاری امکان تولید با دقت بالا و شکلهای خاص دندانهها را فراهم میکند.
انواع چرخدنده و ماردون حلزونی
چرخدندههای حلزونی معمولا از برنز یا برنج ساخته میشوند تا دوام بیشتری داشته باشند و کمتر دچار سایش شوند. در بعضی گیربکسها مثل گیربکس حلزونی SEW، برای رسیدن به بازدهی بهتر، از ترکیب چرخدندههای هلیکال و حلزونی در کنار هم استفاده میکنند.
اما بخش اصلی دیگر در این سیستمها، ماردون حلزونی است که معمولا از فولاد ساخته میشود. ماردونها دو نوع اصلی دارند:
- تکراه: وقتی این نوع ماردون یک دور کامل میچرخد، محور خروجی فقط یک گام حرکت میکند. در نتیجه سرعت خروجی کم است اما کنترل حرکت راحتتر است و امکان برگشتناپذیری (خودقفلشوندگی) بیشتری وجود دارد.
- چندراه: در این نوع، روی ماردون چند شیار مارپیچ موازی وجود دارد. بنابراین با یک دور چرخش، محور خروجی چند گام جلو میرود. این باعث میشود حرکت سریعتر شود و توان بیشتری منتقل گردد، اما خاصیت قفلشوندگی کمتر از نوع تکراه است.
به طورکلی، اگر دنبال حرکت دقیق و ایمنی در برابر برگشت بار هستید، ماردون تکراه انتخاب بهتری است. اما اگر به سرعت و انتقال توان بالاتر نیاز دارید، ماردون چندراه کاربردیتر خواهد بود.
کاربردهای چرخدنده حلزونی
چرخدندههای حلزونی در صنایع و تجهیزات مختلف کاربرد گستردهای دارند از جمله:
- گیربکسهای حلزونی: کاربرد اصلی چرخدنده حلزونی برای کاهش سرعت و افزایش گشتاور در سیستمهای صنعتی است.
- بالابرها و آسانسورها: به دلیل خاصیت خودقفلشوندگی، برای حرکت ایمن و جلوگیری از سقوط بارها استفاده میشوند.
- ماشینآلات بستهبندی و سورتینگ: برای کاهش سرعت و انتقال نیرو در فرآیندهای بستهبندی و سورتینگ.
- تجهیزات صنعتی خاص: در ماشینآلات کوچک و مکانیزمهایی که به گشتاور بالا و حرکت نرم نیاز دارند، استفاده میشوند.
جمع بندی
چرخدندههای حلزونی با طراحی خاص خود امکان کاهش سرعت، افزایش گشتاور و حرکت نرم را فراهم میکنند و به دلیل خاصیت خودقفلشوندگی در سیستمهایی مانند گیربکس حلزونی، بالابرها و آسانسورها کاربرد گسترده دارند. اما با توجه به تماس لغزشی بین دندانهها، این چرخدندهها نیازمند روانکاری منظم هستند.
انتخاب صحیح چرخدنده حلزونی با توجه به نوع کاربرد، میزان بار و نیاز به خودقفلشوندگی باعث عملکرد بهینه و ایمنی بالای دستگاه میشود.
برای مشاهده انواع گیربکس حلزونی و مشاوره تخصصی میتوانید به بخش محصولات سایت شهباز موتور مراجعه کنید.
در پایان اگر سوال یا ابهامی دارید که در این مقاله پاسخ داده نشده است، میتوانید از طریق ثبت نظر در انتهای همین صفحه، از کارشناسان متخصص ما بپرسید.
سوالات متداول
چرخدنده حلزونی چیست و چگونه کار میکند؟
چرخدندهای است که از یک پیچ (ماردون) و یک چرخدنده (چرخ حلزونی) تشکیل شده و برای انتقال حرکت بین دو محور عمود بر هم استفاده میشود.
وقتی ماردون میچرخد، دندانههای آن با چرخ حلزونی درگیر شده و نیرو را به چرخ حلزونی منتقل میکنند؛ چرخ حلزونی هم نیرو را به شافت خروجی داده و باعث حرکت سایر اجزا میشود.
کاربرد چرخدنده حلزونی در صنعت چیست؟
در سیستمهایی مانند بالابرها، آسانسورها، دربهای اتوماتیک، ماشینآلات صنعتی و مکانیزمهای موقعیتیاب استفاده میشود.
مزایای استفاده از چرخدنده حلزونی چیست؟
انتقال حرکت بین دو محور عمود بر هم، نسبت تبدیل بالا (کاهش سرعت زیاد)، عملکرد نرم و کمصدا و قابلیت خود قفلشوندگی
اهمیت روانکاری در چرخدنده حلزونی چیست؟
روانکاری مناسب باعث کاهش اصطکاک بین دندانههای ماردون و چرخ حلزونی، جلوگیری از سایش آنها و افزایش عمر مفید چرخدنده میشود.
چه نوع روانکاری برای چرخدنده حلزونی مناسب است؟
روغنهای صنعتی با ویسکوزیته مناسب و مقاومت حرارتی بالا.
مشکلات رایج چرخدنده حلزونی چیست؟
تولید گرمای زیاد به علت اصطکاک، سایش دندانهها، صدا و لرزش در اثر نصب یا روانکاری نامناسب و کاهش کارایی به دلیل روغن کم یا بیکیفیت.
نسبت تبدیل چرخدنده حلزونی چگونه محاسبه میشود؟
نسبت تبدیل برابر است با تعداد دندانههای چرخ حلزونی تقسیم بر تعداد رزوههای (خطوط مارپیچ) ماردون.
چه نکاتی در انتخاب چرخدنده حلزونی باید رعایت شود؟
بار و گشتاور مورد نیاز، نسبت تبدیل، سرعت دورانی، زاویه رزوه ماردون، جنس ماردون و چرخ حلزونی، نوع روانکاری و خنکسازی، فضای نصب و ابعاد، راندمان و شرایط محیطی.
چرا چرخدنده حلزونی خود قفلشوندگی دارد؟
بهخاطر اصطکاک زیاد و زاویه خاص دندانهها، چرخ حلزونی نمیتواند ماردون را بچرخاند؛ به همین دلیل حرکت فقط در یک جهت منتقل میشود.
سلام
اگر از گیربکس حلزونی مثلاً با ضریب i 10 پشت یک گیربکس خورشیدی استفاده کنیم برگشت پذیر هست یا نه باید i بیشتر از 30 باشه.
09150887280
سلام وقت بخیر
باتوجه به اینکه i به 10 خودقفل نیست باید حتما i بیشتراز 30 باشد
سلام
چرخدنده گستران چیه؟هرچی گشتم متنی که فن بیان ساده داشته باشه پیدا نکردم
درود من هم در این مورد اطلاعات فنی ندارم. پیشنهاد میکنم به این لینک و این لینک مراجعه کنید.
خیلی خوب و کاربردی بود
سلام وقت بخیر میخاستم سوال کنم چرا وقتی که چرخ دنده حرکت میکند ماردون میچرخد که در گیربکس حلزونی غیر طبیعی هست علت چیست تشکر ارمندی ۰۹۱۲۹****۰۱
درود وقت شما هم بخیر
این اتفاق در نسبت تبدیل های پایین مثل 1 به 7 یا 1 به 10 اتفاق می افتد. اما در نسبت تبدیل بالاتر مثل 1 به 30 دنده ها قفل می شوند.