چرخ دنده های صنعتی را می توان بر اساس نوع شفت (موازی، متقاطع، غیر موازی و غیر متقاطع)، با توجه به سرعت چرخ دنده (سرعت پایین، سرعت متوسط، سرعت بالا) و بر اساس نوع داخلی یا سیستم خارجی طبقه بندی کرد. چرخ دنده ها انواع مختلفی دارند: ساده، مارپیچ، مارپیچ، مخروطی، شانه ای و … که هر کدام عملکرد خاصی دارند.

دنده شانه ای چیست؟
چرخ دنده شانه ای نوعی چرخ دنده است که برای انتقال حرکت و سرعت بین دو ایستگاه و دو قسمت استفاده می شود. چرخ دنده شانه ای شبیه به خط کش یا شانه است که در یک طرف آن دندانه هایی عمود بر محور طولی وجود دارد. این نوع دنده با یک چرخ دنده ساده درگیر می شود و با این سیستم می توان حرکت چرخشی را به حرکت درآورد. ساخت این نوع چرخ دنده آسان تر از ساخت دنده شانه ای دندانه دار است. این سیستم به دلیل انتقال دقیق حرکت و سرعت از طریق کارخانه های صنعتی و ماشین آلات مختلف از نظر اقتصادی و کاربردی بسیار حائز اهمیت است. ، استفاده می شود. همچنین از این سیستم در قطعات مکانیکی و خودروها استفاده می شود.

محاسبات ساده و مورب دنده شانه ای
یک چرخ دنده شانه ای ساده با یک چرخ دنده معمولی درگیر می شود که به آن دنده ضد می گویند و با این جفت چرخ دنده می توان حرکت دورانی را به حرکت خطی تبدیل کرد. ساخت این نوع چرخ دنده شانه ای راحت تر از ساخت دنده شانه ای دندانه دار است.

در چرخ دنده های Helical Rack دندانه ها به صورت زاویه ای نسبت به محور طولی ایجاد می شوند، این نوع چرخ دنده شانه ای با چرخ دنده مارپیچی درگیر می شود که هر دو تبدیل حرکت دورانی به حرکت خطی استفاده می شود، اما ظرفیت انتقال بار آنها بیشتر از چرخ دنده قبلی است.

چرخ دنده های شانه ای ساده و مورب در 2 مورد متفاوت است که عبارتند از:

چرخ دنده های ساده و چرخ دنده های مخروطی در تعداد تیغه فرز و زاویه شیب (α) انتخاب می شوند.
به دلیل زاویه دار بودن دنده شانه مورب، هنگام نگاه کردن از جلو نمی توان گام و مدول واقعی دنده ها را دید. بنابراین در این نوع شانه ها دو مرحله وجود دارد: مرحله ظاهری و مرحله واقعی.

اگر به دندان ها در امتداد محور فرضی دندان مورب نگاه کنیم، فاصله یک نقطه از دندان تا نقطه مشابه آن در دندان بعدی را گام ظاهری می گویند.

در طراحی دنده، عبارات زیر بسیار مهم است:

ماژول: نسبت قطر دایره گام هر چرخ دنده بر حسب میلی متر به تعداد دندانه های چرخ دنده را ماژول می گویند.
گام: تعداد دنده های یک واحد با طول معین
زاویه فشار: مقدار زاویه بین خط فاصله از مرکز چرخ دنده و خط فاصله از مرکز شانه روی سطح دنده.
عرض صورت: عرض سطح دنده ای که با دنده دیگری در تماس است
زاویه مارپیچ: زاویه پیچش چرخ دنده
عکس عقب: فاصله بین سطح یک چرخ دنده و چرخ دنده دیگر
سستی محیطی: تفاوت بین اندازه مبرد دائمی و اندازه مبرد درگیر با آن را شلی مبرد می گویند.
زاویه نمایه: زاویه شکل دنده
اینها اصطلاحاتی هستند که برای طراحی و تولید چرخ دنده بسیار اساسی و حیاتی هستند و استفاده از آنها باعث بهبود کیفیت و دقت در تولید دنده می شود.

نمونه بارز این چرخ دنده ها فرمان خودرو است. فرمان دنده ای را می چرخاند که در تماس با دنده قفسه ای است. هنگام چرخاندن فرمان، بسته به جهت چرخش فرمان، شانه به سمت چپ یا راست حرکت می کند و باعث حرکت چرخ ها می شود. در برخی از ترازوها از سیستم مشابهی برای چرخاندن دست استفاده می شود.

کاربرد دنده شانه ای در صنایع
چرخ دنده شانه ای یکی از قطعات مهم در سیستم های مکانیکی است و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. از این چرخ ها برای انتقال نیرو و جابجایی اجسام مختلف در فرآیند تولید و توزیع کالا استفاده می شود. در صنعت خودرو، دنده شانه ای در جعبه فرمان، گیربکس و موتور قرار می گیرد و برای انتقال نیرو به چرخ ها استفاده می شود. همچنین از این چرخ ها در صنایع ماشین سازی، پتروشیمی و فلزی استفاده می شود. به طور کلی از چرخ دنده شانه ای به عنوان یکی از اصلی ترین قطعات برای افزایش کارایی و دقت در فرآیند تولید و بهره برداری صنایع مختلف استفاده می شود. در زیر به چند نمونه از کاربرد این چرخ دنده ها اشاره کردیم

پمپ هیدرولیک
یک چرخ دنده شانه ای در پمپ هیدرولیک برای تبدیل نیروی ورودی از منبع انرژی به فشار سیال استفاده می شود. این دنده شانه ای مجهز به دنده های بزرگی است که دور موتور را با ضریب انتقال بالا به مخزن پمپ منتقل می کند. دنده شانه ای به دو صورت مستقیم و غیر مستقیم در این پمپ استفاده می شود. در روش مستقیم چرخ دنده شانه ای مستقیماً به موتور و در روش غیر مستقیم چرخ دنده شانه ای از طریق شفت به موتور متصل می شود. این روش غیرمستقیم برای حفظ سرعت موتور به ویژگی های سیستم بستگی دارد. پمپ هیدرولیک به کمک چرخ دنده شانه ای قابلیت تنظیم دبی و فشار خروجی را دارد.

کاهش سرعت
از این نوع دنده برای کاهش سرعت و افزایش قدرت استفاده می شود. این روش به دلیل مزایای مختلف در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از کاربردهای دنده شانه ای در خودروها است. در خودروها، دنده قفسه ای به کاهش سرعت و افزایش قدرت در سرعت های پایین کمک می کند. ضمناً از این نوع چرخ دنده در ماشین های صنعتی نیز برای دستیابی به دقت بیشتر در کارکرد و کاهش سرعت دستگاه ها استفاده می شود. در نتیجه، استفاده از چرخ دنده شانه ای برای کاهش سرعت در بهبود عملکرد ابزار و وسایل نقلیه و در کاربردهای صنعتی مهم است.

گیربکس
در گیربکس خودرو، دنده شانه ای یکی از اجزای اصلی است که برای انتقال نیرو از موتور به چرخ ها استفاده می شود. این چرخ دنده به چرخ دنده ای که به موتور متصل است وصل می شود و با تغییر دور آن، سرعت چرخ ها را تغییر می دهد. علاوه بر این، در برخی از گیربکس ها از دنده شانه ای نیز برای افزایش یا کاهش گشتاور و قدرت استفاده می شود. بنابراین وجود دنده شانه ای در گیربکس به افزایش راندمان و کنترل بهتر خودرو کمک می کند و در نتیجه ایمنی و راحتی بیشتری را برای رانندگان ایجاد می کند.

دیفرانسیل
به طور گسترده در بخش خودرو استفاده می شود و چرخاندن دو چرخ محرک یک وسیله نقلیه را با سرعت های متفاوت نسبت به سایرین آسان می کند. یک دیفرانسیل از دو چرخ دنده سیاره ای متصل به انتهای نیم محور چرخ ها و دو ماهواره یا حلقه مخروطی دیگری در انتهای محور آن تشکیل شده است.

مواد مورد استفاده در تولید چرخ دنده های شانه ای
فولاد: فولاد یکی از مهم ترین مواد مورد استفاده در تولید چرخ دنده های شانه ای است. این ماده به دلیل استحکام و انعطاف پذیری بالا، عمر طولانی و مقاومت در برابر سایش یکی از بهترین گزینه های مواد برای چرخ دنده های شانه ای به شمار می رود.
آلومینیوم: از آلومینیوم نیز به عنوان یکی از پرکاربردترین مواد در تولید قطعات ماشین آلات استفاده می شود. این ماده به دلیل وزن سبک، مقاومت در برابر خوردگی و سایش، شکل پذیری و عمر طولانی در تولید چرخ دنده های شانه ای استفاده می شود.
آلیاژهای با مواد معدنی فلزی: ترکیبی از آهن، نیکل، کروم، وانادیم و سایر مواد را می توان برای تولید چرخ دنده های شانه ای استفاده کرد. این آلیاژها به دلیل مقاومت بالا در برابر سایش و خوردگی و همچنین خواص مکانیکی بالا برای تولید قطعات مهمی مانند چرخ دنده های شانه ای بسیار مفید هستند.
آلیاژهای مبتنی بر مس
آلیاژهای آلومینیوم ریخته گری
چدن خاکستری
آلیاژهای منیزیم
نتیجه

انتخاب نوع مناسب چرخ دنده های صنعتی ساده یا طرح دار برای جلوگیری از خرابی و تعمیرات گران قیمت در هر محیط صنعتی ضروری است که در این میان استفاده از دنده شانه ای در محیط ها و مشاغل مختلف بسیار کاربرد دارد. کارایی این مکانیسم ها توسط عوامل متعددی مانند طراحی، نیروی تماس، مقاومت خمشی یا لرزش ناشی از کوپلینگ های مختلف بین چرخ دنده ها تعیین می شود.