وسيله‌اي است براي انتقال گشتاور كه به كمك آن مي‌توان مقدار گشتاور و يا سرعت دوراني را كاهش يا افزايش داد. همچنين به كمك چرخ دنده‌ها مي‌توان جهت حركت را تغيير داد.
ساختار
داخلي‌ترين قسمت چرخدنده توپي مي‌باشد كه به محور محرك متصل مي‌باشد. در بيرون اين قسمت جان چرخدنده[۱] قرار گرفته‌است. بيروني‌ترين قسمت در جهت شعاعي، محيط چرخدنده Rim مي‌باشد كه دندانه‌هاي چرخدنده در اين قسمت قرار مي‌گيرند. اين بخش از چرخدنده منبع اصلي ايجاد صدا مي‌باشد.
مهمترين اصطلاحاتي كه در طراحي چرخدنده بكار مي‌روند عبارت‌اند از:
دايره گام[۲]: دايره‌اي فرضي كه تمامي‌محاسبات بر اساس آن انجام مي‌گيرد. دايره گام دو چرخدنده درگير بر هم مماس مي‌باشند.
گام محيطي[۳]: طول كماني از دايره گام كه بين دو نقطه متناظر از دو دندانه مجاور قرار گرفته‌است.
ارتفاع سردنده[۴]: فاصله بين بالاي دندانه تا دايره گام.
ارتفاع ته‌دنده[۵]: فاصله بين ته دندانه تا دايره گام.
لقي محيطي[۶]: مقداري كه فضاي خالي بين دو دندانه يك چرخدنده از ضخامت دندانه‌هاي چرخدنده درگير با آن در امتداد دايره گام بيشتر است.
چرخ‌دنده‌ها بر اساس وضعيت قرارگيري محورهاي دو چرخدنده درگير نسبت به هم به دو گروه اصلي تقسيم مي‌شوند:
چرخ‌دنده‌هاي با محورهاي موازي
چرخ‌دنده‌هاي با محورهاي غيرموازي
• چرخدنده ها چگونه كار مي كنند؟
چرخدنده ها در بسياري از وسايل مكانِيكي استفاده مي شوند.آنها كارهاي متفاوت بسياري انجام مي دهند ولي مهمترين آن كاهش دنده در تجهيزات موتوري است.اين نقشي كليدي است زيرا اغلب يك موتور كوچك چرخان با سرعت زياد مي تواند قدرت كافي براي وسيله را توليد كند ولي گشتاور كافي را نمي تواند.بعنوان مثال پيچ گوشتي الكتريكي دنده كاهشي بسيار بزرگي دارد زيرا كه نياز به گشتاور پيچشي زيادي براي پيچاندن پيچ دارد. ولي موتور فقط مقدار كمي گشتاور در سرعت بالا توليد مي كند.با دنده كاهشي سرعت خروجي كاهش اما گشتاور افزايش مي يابد.
• كار ديگري كه چرخدنده ها انجام مي دهند تنظيم كردن جهت چرخش است.بعنوان نمونه در ديفرانسيل بين چرخ هاي عقب اتومبيل شما قدرت بوسيله ميل محوري كه به مركز اتومبيل متصل است منتقل مي شود و ديفرانسيل بايد 90 درجه نيرو را بچرخاند تا در چرخها بكار برد.
•اصول اوليه
• در هر چرخدنده نسبت دنده با فاصله از مركز چرخدنده تا نقطه تماس تعيين مي شود.به عنوان مثال در ابزاري با دو چرخدنده ،اگر قطر يكي از چرخدنده ها 2 برابر ديگري باشد، ضريب دنده 2:1 خواهد بود.يكي از ابتدايي ترين انواع چرخدنده كه مي توانيم ببينيم چرخي با برامدگي هايي بشكل دندانه هاي چوبي است.
• مشكلي كه اين نوع از چرخدنده ها دارند اين است كه فاصله از مركز هر چرخدنده تا نقطه تماس ،وقتي كه چرخدنده مي چرخد تغيير مي كند.اين بدان معني است كه ضريب دنده وقتي چرخدنده مي چرخد تغيير مي كند.يعني سرعت خروجي نيز تغيير ميكند. چنانچه شما در اتومبيل خود از چرخدنده هايي شبيه به اين استفاده كنيد،ثابت نگه داشتن سرعت در اين شرايط غير ممكن خواهد بود و شما دائما بايد سرعت را كم و زياد كنيد.
• دندانه هاي چرخدنده هاي نوين پروفيل مخصوصي كه دنده گستران (اينولوت involute ) ناميده مي شود استفاده مي كنند.اين پروفيل داراي خاصيت بسيار مهم ثابت نگه داشتن نسبت سرعت بين دو چرخدنده است.در اين نوع ، همانند چرخ ميخي بالا نقطه تماس جابجا مي شود ولي فرم گستران دندانه هاي چرخدنده اين جابجايي را جبران مي كند
انواع چرخدنده:
چرخدنده ساده
ساده‌ترين و پركاربردترين نوع چرخ‌دنده‌است. هر دنده شامل ديسكي است كه دندانه‌هاي آن بصورت شعاعي قرار گرفته‌اند و محور هر دو دنده مي‌بايست موازي هم باشد.
چرخدنده هاي ساده در دستگاه هاي بسياري استفاده مي شوند.مانند پيچ گوشتي الكتريكي ، آبپاش نوساني ، ساعت زنگي ، ماشين لباسشويي و خشك كن لباس .اما شما در اتومبيل خود تعداد زيادي از آن را نخواهيد يافت زيرا چرخدنده ساده واقعا" مي تواند پر سروصدا باشد.هر وقت دندانه چرخدنده يك دنده را با چرخدنده ديگري درگير كند دنده ها برخورد كرده و اين ضربه صداي بلندي توليد مي كند، همچنين فشار روي چرخدنده را افزايش مي دهد .براي كاهش دادن صدا و فشار روي چرخدنده اغلب چرخدنده ها در اتومبيل شما مارپيچي مي باشند.
چرخدنده مارپيچ
دندانه‌هاي اين چرخدنده برخلاف چرخدنده ساده موازي با محور چرخدنده نيستند، بلكه هر دندانه به شكل مقطعي از مارپيچ است. اين قابليت باعث مي‌شود دندانه‌ها به آرامي با هم درگير شوند، در حالي كه دندانه‌هاي چرخدنده ساده به يكباره با هم درگير شده و از هم جدا مي‌شوند. اين مسأله باعث مي‌شود كه چرخ‌دنده‌ها مارپيچ نسبت به چرخ‌دنده‌هاي ساده آرام‌تر و با صداي كمتر كار كنند. بعلت زاويه دنده ها در چرخدنده هاي مارپيچ وقتي كه دنده ها درگير مي شوند بار محوري بوجود مي آورند.دستگاه هايي كه از چرخدنده هاي مارپيچ استفاده مي كنندياتاقان هايي دارند كه مي توانند اين بار محوري را نگه دارند.يك نكته جالب در مورد چرخدنده هاي مارپيچ اين است كه اگر زواياي دندانه هاي چرخدنده صحيح باشند مي توا نند روي محور عمودي سوار شده زاويه چرخش را روي 90 درجه تنظيم كنند.
چرخدنده مخروطي
چرخدنده مخروطي زماني مورد استفاده قرار مي گيرد كه مسير چرخش محور نياز به تغيير كردن دارد و معمولا"برمحورهاي 90 درجه سوار مي شوند ولي مي توا نند طوري طراحي شوند كه در زواياي ديگر نيز به همين خوبي عمل كنند. دندانه ها روي چرخدنده هاي مخروطي مي توانند صاف ، مارپيچي ويا قوسي باشند.دندانه هاي چرخدنده هاي مخروطي صاف در حقيقت مشكلي مشابه دنده چرخدنده هاي ساده دارند.كه وقتي هر دنده درگير مي شود به دنده متناظر در آن لحظه ضربه مي زند.
درست مانند چرخدنده ساده، راه حل اين مشكل انحنا دادن به دندانه هاي چرخدنده مي باشد. اين دندانه هاي مارپيچي درست مانند دندانه هاي مارپيچي درگير مي شوند تماس از يك انتها ي چرخدنده شروع مي شود و به صورت تصاعدي در سرتاسر دندانه گسترش مي يابد. در چرخدنده هاي مخروطي صاف و مارپيچي محورها بايد بر هم عمود باشندو همچنين در يك صفحه واقع شوند. اگر شما دو محور را پشت چرخدنده امتداد دهيد همديگر را قطع خواهند كرد .از طرف ديگر چرخدنده هاي قوسي (hypoid gear) مي توانند با محور ها در صفحات مختلف (محور هاي متنافر) درگير شوند.
اين خصوصيت در ديفرانسيل اتومبيلهاي بسياري استفاده مي شود.چرخدنده بزرگ مخروطي ديفرانسيل و چرخدنده كوچك ورودي (پنيون) هر دو از نوع قوسي (هيپوئيدي) هستند. اين به پنيون ورودي اجازه مي دهد كه پايين تر از محور چرخدنده بزرگ مخروطي سوار شود.شكل بالا پنيون ورودي درگير با چرخدنده مخروطي بزرگ در ديفرانسيل را نشان مي دهد. زماني كه محور محرك اتومبيل به پنيون ورودي متصل مي شود پايين تر قرار مي گيرد .اين بدان معني است كه محور محرك در قسمت سواري جايي را اشغال نمي كند و فضاي بيشتري براي سرنشينان و بار ايجاد مي كند.
چرخدنده حلزوني
چرخدنده حلزوني هنگامي مورد استفاده قرار مي گيرد كه نياز به دنده كاهشي بزرگي باشد.براي چرخدنده هاي حلزوني نسبت كاهش 20:1 و حتي تا 300:1 يا بالاتر از آن متعارف است.
محل كاربرد اين نوع چرخ دنده‌ها كه بتواند حركتهاي دوراني را به حركتهاي افقي يا عمودي تبديل كند . مانند جعبه فرمانهاي اتومبيلها.
بسياري از چرخدنده هاي حلزوني خاصيت جالبي دارند كه چرخدنده هاي ديگر ندارند: پيچ حلزون براحتي مي تواند چرخدنده را بچرخاند ولي چرخدنده نميتواند پيچ حلزون را بچرخاند و اين بدان علت است كه زاويه ي روي پيچ حلزون بقدري كم است كه وقتي چرخدنده سعي مي كند آنرا بچرخاند نيروي اصطكاك بين چرخدنده و پيچ حلزون آن را در جاي خود نگه مي دارد و مانع چرخش آن مي شود.
اين خاصيت براي ماشينهايي از قبيل سيستم هاي نقاله مكانيكي مورد استفاده است. آنهايي كه خاصيت قفل كنندگي در آنها هنگامي كه موتور نمي چرخد مي تواند همانند يك ترمز براي نقاله عمل كند.
استفاده خيلي جالب ديگر چرخدنده هاي حلزوني در ديفرانسيل تورسن(Torsen differential) كه در بعضي از اتومبيلها و كاميونهاي باركش با كارايي بالا استفاده مي شود است
يك نمونه چرخدنده حلزوني
چرخدنده شانه‌اي
چرخدنده و ميله دنده براي تبديل كردن حركت دوراني به حركت خطي استفاده مي شوند.مثال كاملي از آن فرمان اتومبيلهاست . فلكه فرمان چرخدنده اي كه با ميله دنده درگير است را مي چرخاند. وقتي كه چرخدنده مي چرخد ميله دنده را به چپ يا راست مي لغزاند بسته به آنكه شما فرمان را بكدام سمت مي پيچانيد.
