آشنایی با انواع چرخدنده مارپیچ (هلیکال)
چرخدندههای مارپیچ از انواع پرکاربرد چرخدندهها هستند و به دلیل ویژگیهای خاص خود در برخی کاربردها عملکرد مناسبی دارند. ممکن است برای بسیاری این سؤال پیش بیاید که چرخدنده مارپیچ چیست و چه تفاوتی با سایر چرخدندهها دارد؟ در این مقاله قصد داریم به زبان ساده، مفهوم چرخدندههای مارپیچ، کاربردها، مزایا و معایب آنها را توضیح دهیم تا شناخت کاملی از این نوع چرخدندهها به دست آورید.
چرخدنده مارپیچ
اگر بخواهیم تعریف چرخدنده مارپیچ را به زبان ساده بیان کنیم، نوعی چرخدنده است که برای انتقال نیرو یا تغییر جهت چرخش بین دو محور طراحی شده است. دندانههای آن به صورت زاویهدار و منظم روی سطح چرخدنده قرار دارند، به طوری که با دندانههای چرخدنده مقابل به خوبی درگیر میشوند و حرکت روان و یکنواختی ایجاد میکنند. این طراحی باعث میشود نیرو با کمترین لرزش و صدا منتقل شود و برای کاربردهای صنعتی و دستگاههای سنگین مناسب باشد.
دستهبندی و نحوه عملکرد چرخدندهها
مکانیزم چرخدندهها به این صورت است که وقتی دندانههای دو چرخدنده درگیر میشوند، نیرو بین آنها منتقل میشود. نحوه انتقال نیرو بسته به نوع و طراحی دندانهها متفاوت است. چرخدندهها را بر اساس شکل دندانهها میتوان به سه دسته تقسیم کرد:
- گستران (اینولوت): رایجترین نوع دندانه است. حتی اگر فاصله بین دو چرخدنده کمی تغییر کند، نیرو بهطور یکنواخت و روان منتقل میشود و به همین دلیل در بیشتر ماشینآلات صنعتی استفاده میشود.
- سیکلوئیدی: در گیربکسهای خاص مثل گیربکس سایکلو استفاده میشود. نسبت تبدیل بالا و حرکت دقیق و بدون لقی از ویژگیهای آن است.
- تروکوئیدی: بیشتر در پمپها و سیستمهای هیدرولیکی کاربرد دارد. شکل منحنی دندانهها در این طراحی به گونهای است که موجب جابهجایی دقیق و یکنواخت سیال (مانند روغن) میشود.
چرخدندهها بر اساس محور شافت نیز به سه دسته تقسیم میشوند:
- محور موازی: دو شافت در یک راستا و موازی قرار دارند و انتقال نیرو بهطور مستقیم بین آنها انجام میشود.
- محور متقاطع: شافتها در یک نقطه همدیگر را قطع میکنند و جهت حرکت و نیرو تغییر میکند.
- محور غیر موازی و غیر متقاطع: شافتها نه موازیاند و نه در یک نقطه تلاقی دارند؛ انتقال نیرو نیازمند طراحی خاص است و برای کاربردهای ویژه استفاده میشود.
انواع چرخدنده مارپیچ
در بعضی منابع و سایتها، چرخدنده هلیکال و مارپیچ به اشتباه یکسان در نظر گرفته میشوند، در حالی که هلیکال در واقع یکی از انواع چرخدندههای مارپیچ است و رایجترین و پرکاربردترین نوع آن محسوب میشود.
چرخدندههای مارپیچ بهطور کلی به دستههای زیر تقسیم میشوند:
- چرخ دنده هلیکال
- چرخ دنده دابل هلیکال
- چرخ دنده شاه ماهی
- چرخ دنده بول
- چرخ دنده بول هلیکال
- چرخ دنده کرانویل پینیون
- چرخ دنده مخروطی
چرخدنده مارپیچ هلیکال
چرخدنده مارپیچ هلیکال یکی از پرکاربردترین انواع چرخدندههای مارپیچ است که اغلب همراه با شافتها مورد استفاده قرار میگیرد و در صنایع مختلف کاربرد گستردهای دارد. مهمترین ویژگی این چرخدندهها صدای کمتر و عملکرد روانتر آنها در مقایسه با چرخدندههای ساده است. دلیل این امر، زاویهدار بودن دندانهها است که باعث میشود درگیری میان دندانهها بهصورت تدریجی اتفاق بیفتد و بار به شکل یکنواختتری توزیع شود.
این چرخدندهها علاوه بر مقاومت مناسب در برابر بارهای سنگین، برای سرعتهای نسبتا بالا نیز انتخاب مطلوبی هستند. دندانههای اریب شکل موجب میشوند انتقال نیرو با شوک و لرزش کمتر انجام گیرد و همین موضوع طول عمر قطعات را افزایش میدهد.
کاربرد مهم چرخدنده هلیکال در گیربکسهای هلیکال است که در صنایع پرمصرفی مانند فولاد، سیمان، معدن و خطوط تولید بهکار میروند. با این حال، استفاده از این نوع چرخدنده محدود به گیربکسها نیست و در پمپها، ماشینآلات صنعتی و تجهیزات انتقال قدرت نیز جایگاه ویژهای دارد.
بیشتر بدانید ⇐ گیربکس هلیکال چیست؟
چرخ دنده مارپیچ دابل هلیکال
چرخدندههای دابل هلیکال که با نامهای چرخدنده مارپیچی دوقلو یا چرخدنده جناغی نیز شناخته میشوند، از دو ردیف دندانه هلیکال تشکیل شدهاند. در یک ردیف، دندانهها بهصورت چپگرد و در ردیف دیگر بهصورت راستگرد قرار گرفتهاند. زاویهی این دندانهها کاملا یکسان است اما در جهت مخالف قرار دارند.
بدینترتیب هنگام کار دندانههای هر ردیف دقیقا با دندانههای چرخدندهی مجاور چفت میشوند و نیروی محوری تولیدشده توسط یک ردیف، توسط ردیف دیگر خنثی میگردد. این ویژگی موجب میشود انتقال نیرو کاملا روان، یکنواخت و بدون لرزش محسوس انجام شود. به همین دلیل، چرخدندههای دابل هلیکال در مقایسه با چرخدندههای مارپیچ ساده صدای کمتری تولید میکنند، ارتعاش کمتری دارند و ظرفیت تحمل بار بیشتری از خود نشان میدهند.
همین مزایا باعث شده است که این نوع چرخدنده بهطور گسترده در صنایع سنگین مانند فولاد، نیروگاهها، صنایع دریایی و گیربکسهای بزرگ صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.
البته تولید این نوع چرخدنده پیچیدهتر و پرهزینهتر است و در نصب نیز به دقت و ترازبندی نیاز دارد. تفاوت آن با چرخدنده شاهماهی (Herringbone) در این است که در دابل هلیکال میان دو ردیف دندانه شیار جداکننده وجود دارد، در حالیکه در شاهماهی دندانهها بهصورت پیوسته کنار هم قرار گرفتهاند.
چرخدنده مارپیچ شاه ماهی
چرخدندههای شاه ماهی شبیه چرخدندههای دابل هلیکال هستند، با این تفاوت که دندانهها بدون فاصله به هم چسبیدهاند و شکلی شبیه عدد 7 دارند. این طراحی باعث میشود نیرویی که هنگام کار ایجاد میشود، بهطور یکنواخت منتقل شود و حرکت روانتر باشد.
این چرخدندهها بیشتر در کاربردهای صنعتی خاص و تجهیزات با بارهای بالا استفاده میشوند و در مصارف عمومی کمتر بهکار میروند. محدودیت استفاده از این چرخدندهها به دلیل پیچیدگی ساخت و نصب آنها و همچنین هزینه بالاتر نسبت به دیگر چرخدندههای هلیکال است.
چرخدنده مارپیچ بول
چرخدندههای مارپیچ بول یا بول هلیکال، نوعی چرخدنده مارپیچی هستند که شکل مخروطی دارند و برای انتقال نیرو بین دو محور متقاطع طراحی شدهاند. دندانههای مورب این چرخدندهها باعث میشوند نیرو به صورت نرم، روان و با لرزش کم منتقل شود.
به دلیل این طراحی خاص، بول هلیکالها امکان تغییر جهت نیرو را فراهم میکنند. استفاده در دیفرانسیل خودروها یکی از رایجترین کاربردهای آنهاست، چرا که انتقال نیرو در این سیستمها نیاز به عملکرد نرم و بیصدا دارد.
علاوه بر این، چرخدندههای بول هلیکال توان تحمل بارهای سنگین را دارند و مقاومت بالایی در برابر فشار و شوک از خود نشان میدهند، بنابراین در صنایع سنگین و ماشینآلات صنعتی نیز کاربرد فراوان دارند.
چرخدنده مارپیچ کرانویل پینیون
چرخدنده مارپیچ کرانویل پینیون از دو بخش اصلی تشکیل شده است: کرانویل (چرخدنده مخروطی بزرگتر) و پینیون (چرخدنده کوچکتر).
هر دو بخش دارای دندانههایی هستند که روی سطح بیرونی آنها قرار گرفته و بهصورت مارپیچی طراحی میشوند تا حرکت نرمتر و یکنواختتری ایجاد شود. در این سیستم، ابتدا پینیون میچرخد و گشتاور را به کرانویل منتقل میکند و کرانویل هم نیرو را به اجزای دیگر گیربکس انتقال میدهد.
این چرخدندهها معمولا برای تغییر جهت حرکت استفاده میشوند و میتوانند نیرو را با زاویهای نزدیک به ۹۰ درجه منتقل کنند. البته زاویه دقیق انتقال نیرو به طراحی دندانهها بستگی دارد.
تعداد دندانههای کرانویل هم در نحوه انتقال نیرو تأثیر دارد؛ اگر دندانهها بیشتر باشند، نیرو نرمتر و یکنواختتر منتقل میشود و اگر کمتر باشند فشار بیشتری روی هر دندانه وارد خواهد شد.
به دلیل مارپیچی بودن دندانهها، این نوع چرخدنده در برابر فشار و بار زیاد مقاومت بالایی دارد. به همین دلیل در گیربکس کرانویل پینیون استفاده میشود و باعث عملکرد بهتر و طول عمر بیشتر آن میگردد.
چرخدنده مارپیچ مخروطی
چرخدنده مارپیچ مخروطی (Spiral Bevel Gear) به دلیل دندانههای منحنی و مارپیچی، هنگام درگیری تماس نرمتری دارد و بار بین چند دندانه پخش میشود. این ویژگی باعث میشود حرکت یکنواختتر، صدای کمتر و تحمل بار بهتری نسبت به چرخدندههای مخروطی ساده داشته باشد.
این چرخدندهها معمولا برای انتقال نیرو بین دو محور با زاویه ۹۰ درجه استفاده میشوند، اما بسته به طراحی میتوانند در زوایای دیگر هم به کار گرفته شوند. به همین دلیل در گیربکسهایی مانند گیربکس آویز و گیربکس مخروطی که تغییر جهت حرکت اهمیت دارد، کاربرد گستردهای دارند.
البته ساخت چرخدندههای مارپیچ مخروطی به دقت و تجهیزات ویژه نیاز دارد و از نظر تولید پیچیدهتر و پرهزینهتر از برخی انواع دیگر هستند. بنابراین همیشه انتخاب آنها تنها گزینه نیست و بسته به نیاز، شرایط کار و بودجه، میتوان از انواع دیگر چرخدندههای مارپیچ یا هیپویید نیز استفاده کرد.
بیشتر بدانید ⇐ چرخ دنده چیست؟ معرفی کامل انواع و کاربرد چرخدنده ها
برای شناخت بیشتر چرخدندهها و تطابق آن با نیاز خود، میتوانید انواع چرخدندهها را مورد بررسی قرار دهید تا با جزئیات آنها آشنا شوید.
کاربرد انواع چرخدنده هلیکال یا مارپیچ
چرخدندههای هلیکال یا مارپیچ به دلیل طراحی زاویهدار دندانهها، صدای کمتری نسبت به چرخدندههای ساده ایجاد میکنند و انتقال نیرو را نرمتر و دقیقتر انجام میدهند. به همین دلیل در صنایع مختلف کاربرد دارند. مهمترین موارد استفاده آنها عبارتاند از:
- گیربکسهای صنعتی: بیشترین کاربرد چرخدندههای هلیکال در گیربکسهای هلیکال است که در ماشینآلات سنگین و خطوط تولید استفاده میشوند.
- پمپها و کمپرسورها: در تجهیزاتی که نیاز به انتقال قدرت با دقت بالا و صدای کم دارند، مثل پمپها و کمپرسورها، از این چرخدنده استفاده میشود.
- ماشینآلات کشاورزی: در تراکتورها و تجهیزات کشاورزی برای انتقال قدرت به چرخها یا بخشهای متحرک دیگر بهکار میروند.
- صنعت خودروسازی: در صنعت خودروسازی و سیستم های گیربکس و دیفرانسیل خودروها نیز از چرخدندههای هلیکال مارپیچ به منظور کاهش صدا و افزایش راندمان استفاده میشود.
- توربینهای بادی: برای انتقال قدرت در توربینهای بادی که نیاز به کارکرد نرم و بدون لرزش دارند، این چرخدندهها بهترین گزینهاند.
- ماشینآلات سنگین: در دستگاههایی مثل بیل مکانیکی و جرثقیلها، برای انتقال نیرو به بخشهای مختلف از چرخدنده مارپیچ هلیکال استفاده میشود.
مزایا و معایب چرخدنده مارپیچ
چرخدندههای مارپیچ، مزایا و معایب خاص خود را دارند که باید هنگام انتخاب آنها در نظر گرفت.
مزایای چرخدنده مارپیچ
- حرکت نرمتر و صدای کمتر نسبت به چرخدندههای ساده.
- درگیری همزمان چند دندانه که باعث تحمل بار بیشتر و افزایش دوام میشود.
- قابلیت انتقال نیرو در سرعتها و بارهای بالا.
- مناسب برای کاربردهای صنعتی و ماشینآلات سنگین به دلیل راندمان و استحکام مناسب.
معایب چرخدنده مارپیچ
- تولید گرما به دلیل لغزش بین دندانهها که نیاز به روغنکاری مداوم دارد.
- وارد شدن نیروی جانبی (محوری) به شافتها که باید با یاتاقان مهار شود.
- ساخت و ماشینکاری پیچیدهتر و پرهزینهتر نسبت به چرخدندههای ساده.
راهکار:
برای کاهش برخی مشکلات، در مواردی از طراحیهای پیشرفتهتر مثل دابل هلیکال استفاده میشود تا فشار جانبی، کمتر و کارکرد، روانتر باشد.
تفاوت چرخدنده ساده و مارپیچ
چرخدندههای ساده ساختاری ساده با دندانههای صاف و مستقیم دارند. این چرخدندهها معمولا در وسایل سبک و کاربردهایی که نیاز به حرکت نرم و بیصدا ندارند استفاده میشوند، مانند نوار نقاله یا ماشین لباسشویی.
بیشتر بدانید ⇐ چرخدنده ساده چیست؟ کاربردها، مزایا و معایب
مقایسه از نظر مقاومت در برابر بار و شوک
- وقتی بار معمولی یا حرکت یکنواخت وارد شود، چرخدنده مارپیچ بهتر عمل میکند، زیرا نیرو بین چند دندانه تقسیم میشود و حرکت نرم و بیصدا است.
- وقتی شوک بسیار شدید یا ضربه لحظهای وارد شود، دندانههای صاف چرخ دنده ساده مقاومت نسبی بیشتری دارند و کمتر آسیب میبینند، زیرا زاویهای برای لغزش وجود ندارد.
چرخدندههای مارپیچ دندانههای زاویهدار دارند که حرکت نرم و بیصدا ایجاد میکند و نیرو را بین چند دندانه تقسیم میکند. به همین دلیل در ماشینآلات سنگین و صنعتی با بار معمولی، دوام و عملکرد بهتری دارند.
نکته مهم: چرخ دنده های حلزونی هم دندانههای مارپیچی دارند، اما ساختار و عملکردشان متفاوت است و جزو چرخدندههای مارپیچ حساب نمیشوند.
جمعبندی
چرخدندههای مارپیچ به دلیل طراحی خاص دندانههای زاویهدار، انتقال نیرو و گشتاور را به صورت نرم و کمصدا انجام میدهند. این چرخدندهها در مصارف صنعتی سنگین، گیربکسها، پمپها، کمپرسورها و ماشینآلات کشاورزی و خودرو کاربرد فراوان دارند. انواع مختلف چرخدنده مارپیچ شامل هلیکال، دابل هلیکال، شاهماهی، بول، بول هلیکال، کرانویل پینیون و مخروطی هستند که هر یک ویژگیها و مزایای مخصوص خود را دارند.
در صورتی که نیاز به مشاوره تخصصی برای انتخاب و خرید چرخدندههای مارپیچ دارید، با کارشناسان شهباز موتور تماس بگیرید. تیم متخصص ما آماده است تا شما را در انتخاب مناسبترین نوع چرخدنده و بررسی جزئیات فنی همراهی کند.
اگر در رابطه با این مقاله سوالی دارید، می توانید از طریق ثبت نظر برای ما ارسال کنید. کارشناسان ما در اسرع وقت پاسخگوی شما عزیزان خواهند بود.
سوالات متداول
- چرخدنده مارپیچ چیست؟
چرخدنده مارپیچ، نوعی چرخدنده با دندانههای زاویهدار است که نیرو و گشتاور را به صورت نرم و کمصدا منتقل میکند. - تفاوت چرخدنده هلیکال و مارپیچ چیست؟
هلیکال یکی از انواع چرخدنده مارپیچ است. یعنی همه چرخدندههای هلیکال، مارپیچ هستند اما هر چرخدنده مارپیچ لزوما هلیکال نیست. - مزیت چرخدنده مارپیچ نسبت به چرخدنده ساده چیست؟
چرخدنده مارپیچ سر و صدای کمتری تولید میکند و برای انتقال نیرو در ماشینآلات صنعتی و گیربکسها مناسبتر است. - معایب چرخدنده مارپیچ چیست؟
به دلیل زاویهدار بودن دندانهها، لغزش بین دندانهها ایجاد میشود و همین موضوع باعث ایجاد گرما و کاهش راندمان میشود. البته استفاده از چرخدنده دابل هلیکال میتواند این مشکل را کاهش دهد. - کاربردهای رایج چرخدنده هلیکال چیست؟
گیربکسهای هلیکال، پمپها، کمپرسورها، ماشینآلات کشاورزی، خودروها، توربینهای بادی، بیل مکانیکی و جرثقیلها.
