چرخ دنده‌ها از همان زمان پیدایش و شروع صنعتی شدن زندگی انسان‌ها حضور داشته‌اند. چرخ دنده‌ها انواع مختلفی دارند و برای کارها و اهداف متفاوتی طراحی می‌شوند. یکی از انواع چرخ دنده‌ها، چرخ دنده قطعات خودرو است که همه ما با آن آشنایی داریم. چرخ دنده خودرو در مجموعه گیربکس یا همان جعبه دنده خودروی ما حضور دارند و وظیفه انتقال قدرت از موتور به چرخ‌ها را برعهده دارند. چرخ دنده خودرو به ما این امکان را می‌دهد که سرعت‌ها و قدرت‌های مختلف برای حرکت در مسیرهای متفاوت را در اختیار داشته و هر زمان که اراده کنیم، با تعویض دنده به‌سرعت و قدرت مورد نظر خود برسیم.
چرخ دنده‌ها اجزائی مکانیکی هستند که از جنس فلزات محکم ساخته می‌شوند. کاربردهای مختلفی در دستگاه‌های گوناگون دارند؛ اما مهم‌ترین وظیفه آن‌ها کاهش و افزایش دنده در ماشین‌آلات مختلف به‌منظور ایجاد قدرت، سرعت و گشتاور مورد نظر است. تنظیم کردن و تغییر (در مواقع موردنیاز همانند استفاده از دنده عقب خودرو) جهت چرخش و دوران، ایجاد گشتاورهای پیچشی، تغییر زاویه محورها همراه با انتقال حرکت، انتقال حرکت دورانی به محوری دیگر و حفظ هم‌زمانی دوران دو محور از دیگر وظایف مهم و کاربردی انواع چرخ دنده‌ها همانند چرخ دنده خودرو است.
درباره سنسور یدک پارس بیشتر بخوانید
چرخ دنده چیست؟
برای آشنایی با نحوه عملکرد چرخ دنده خودرو ابتدا باید با مفهوم و ساختار انواع چرخ دنده آشنا شویم. چرخ دنده را همگی از نزدیک دیده‌ایم. اجزائی فلزی و گرد که به‌صورت سکه هستند، با این تفاوت که در لبه‌های خود دارای عاج و شیار یا به‌اصطلاح دندانه‌هایی هستند که با دندانه‌های مشابه حاضر در چرخ دنده‌های دیگر درگیر شده و قدرت و سرعت مدنظر را در جهت و زاویه‌های دلخواه ایجاد می‌کند.
چرخ دنده خودرو نیز به همین صورت است. اگر داخل گیربکس خودرو را باز کرده و نگاه کنید، با انبوهی از چرخ دنده‌های بزرگ و کوچک روبرو می‌شوید که با توالی و ترتیب خاصی در کنار هم قرار گرفته‌اند. زمانی که دنده خودرو را انتخاب می‌کنید، چرخ دنده مرتبط با آن دنده خاص با چرخ دنده‌های متصل به چرخ‌ها و میل لنگ درگیر شده و یک محدوده گشتاور و سرعت مشخص را در اختیار شما قرار می‌دهند.
احتمالاً با اصطلاح دنده سنگین و دنده سبک آشنایی دارید. دنده سنگین به دنده‌هایی گفته می‌شود که به چرخ دنده‌های بزرگ متصل هستند و از این طریق می‌توانند قدرت بیشتری را برای موتور و چرخش چرخ‌ها به وجود بیاورند. هرچه دنده خودرو بالاتر می‌رود به سمت دنده‌های سبک و چرخ دنده‌های کوچکی حرکت می‌کنیم که از قدرت موتور کاسته و به‌سرعت آن می‌افزایند.
چرخ دنده‌ها همه جه حضور دارند، از ساعت‌های مچی به‌عنوان کوچک‌ترین وسایل مورد استفاده ما بگیرید تا خودروها، کشتی‌ها، ماشین‌آلات سنگین مانند لدرها و جرثقیل‌ها و به‌طور کلی هر وسیله‌ای که موتور دارد و باید سرعت و قدرت ایجاد شده توسط موتور را در اختیار اجزاء چرخنده و دورانی خود قرار دهد. از انواع مختلف چرخ دنده برای ایجاد سرعت‌ها و قدرت‌های مختلف در ماشین‌آلات متفاوت استفاده می‌شود.
در گیربکس خودرو از انواع چرخ دنده‌های مختلف برای ایجاد یک گیربکس کاربردی و مؤثر استفاده می‌شود. چرخ دنده خودرو از یک نوع نیست و از انواع مختلفی طراحی و ساخته می‌شود. استفاده از انواع چرخ دنده در جعبه دنده خودرو بنا بر دلایلی مانند کاهش سروصدا به هنگام کارکرد و تعویض دنده، سهولت تعویض دنده، افزایش کارایی و طول عمر گیربکس، قدرت تغییر جهت چرخش و ایجاد قدرت‌ها و سرعت‌های مختلف است.
چرخ دنده ساده
چرخ دنده ساده همان‌طور که از نامش مشخص است، ساده‌ترین نوع چرخ دنده خودرو است که دارای دندانه‌های صاف بوده و بر روی محورهای موازی سوار می‌شود. این چرخ دنده‌ها در لوازمی مانند پیچ گوشتی برقی، آب‌پاش نوسانی، ساعت زنگی، ماشین لباسشویی و ماشین خشک‌کن لباس نیز دیده‌اید. از آنجایی که دندانه صاف در هنگام تغییر دنده سروصدای زیادی ایجاد می‌کند، استفاده از این نوع چرخ‌دنده‌ها در گیربکس خودرو محدود است. برای کاهش فشار تغیر دنده بر روی چرخ دنده و همچنین کاهش سروصدا، اغلب چرخ دنده خودروها را از نوع چرخ دنده‌های مارپیچی انتخاب می‌کنند.
چرخ دنده مارپیچی (هلیکال)
چرخ دنده هلیکال یا مارپیج نوع خاصی از انواع چرخ دنده خودرو است که از قدرت بسیار بالایی برخوردار است و توانایی تغییر دنده در خودرو بدون ایجاد سروصدای اضافی را در اختیار ما قرار می‌دهد. طراحی دندانه‌ها و فاصله بین دندانه‌های متوالی در این نوع از چرخ دنده‌ها از حالت ساده خارج‌شده و حالت مارپیچی و حلزونی به خود می‌گیرد. چرخ دنده ها به بلبرینگ چرخ خودرو کمک می کند تا پشتیبانی از حرکت بدون مشکل را به راحتی به وجود آورد.
این طراحی که غالباً به همراه یک شافت مورد استفاده قرار می‌گیرد، به دندانه‌ها امکان تحمل بارهای بسیار سنگین را می‌دهد. دندانه‌های اوریب در چرخ دنده مارپیچی منجر به انتقال نیرو با لرزش کمتر می‌شود. زمانی که دو دنده از نوع چرخ دنده مارپیچی درگیر می‌شوند، تماس از انتهای یکی از دنده‌ها شروع‌شده و به‌صورت تدریجی ادامه پیدا می‌کند تا دو دنده به‌طور کامل باهم درگیر شوند.
این درگیر شدن تدریجی منجر به کاهش لرزش و اصطکاک شده و عملکرد نرم‌تر و ملایم‌تری را از خود نشان می‌دهد. چرخ دنده خودرو در اغلب خودروها بیشتر از نوع چرخ دنده‌های مارپیچی است. این چرخ دنده‌ها همچنین زاویه چرخش ۹۰ درجه‌ای را نیز پشتیبانی می‌کنند.
چرخ دنده مخروطی و چرخ دنده حلزونی
چرخ دنده مخروطی و چرخ دنده حلزونی نوع دیگری از انواع چرخ دنده‌ها هستند که ممکن است در جعبه دنده خودروهای مختلف حضور داشته باشند. این نوع از چرخ دنده‌ها نیز همانند چرخ دنده خودرو مخروطی، دارای طراحی خاصی در ترتیب، زاویه و فاصله دندانه‌های متوالی هستند و برای مقاصد خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند. زمانی که مسیر چرخش محور نیاز به تغییر کردن داشته باشد، زمانی که زاویه‌های مختلفی از ۹۰ تا ۲۷۰ درجه موردنیاز باشد، زمانی که محورها بر هم عمود باشند، زمانی که دو محور در صفحات مختلفی قرار دارند و به‌وسیله پنیون به هم مرتبط می‌شوند، زمانی که نیاز به کاهش دور بالا (همانند ۱ به ۲۰ یا ۱ به ۳۰۰ و بالاتر) در ماشین‌آلات سنگینی نظیر لودر و جرثقیل حس می‌شود و زمانی که زاویه چرخش نیاز به تغییر دارد، از این نوع از چرخ دنده‌ها در گیربکس خودروها استفاده می‌شود.
در مورد نحوه کارکرد چرخ دنده خودرو و نسبت تبدیل باید بدانید که نسبت دنده در هر چرخ دنده با فاصله مرکز چرخ دنده تا نقطه تماس (شعاع) تعریف می‌شود. برای مثال اگر نیاز به ضریب تبدیل ۱ به ۲ داشته باشیم، باید قطر یکی از چرخ دنده‌ها دو برابر چرخ دنده دیگر باشد و به همین ترتیب اگر به ضریب تبدیل ۱ به ۵ نیاز باشد، قطر چرخ دنده بزرگ‌تر را ۵ برابر قطر چرخ دنده کوچک‌تر می‌سازند.