دنده شانه ای ( Rack & Pinion)

 

دنده شانه یکی از زیرمجموعه‌های چرخدنده هاست.در حالت کلی چرخ دنده ها هنگامی که در کنار هم قرار می گیرند با انتقال گشتاور و سرعت می‌توانند در خروجی ایجاد حرکت کنند.

این قطعه حرکت دورانی چرخ دنده را به حرکت خطی تبدیل می کند. می توان دنده شانه را یک چرخ دنده فرض کرد با شعاع بی نهایت دارد. به همین علت می تواند حرکت رفت و برگشت را در خروجی ایجاد کند.

در صنعت این قطعه با نام رک و پینیون نیز شناخته می شود.که به دنده  و شانه  رک و چرخ دنده درگیر با آن را پینیون می نامند.همچنین اصطلاح سردنده و دنده نیز در بازار بکار میرود.

مزیتی که این مکانیزم را مورد توجه قرار میدهد توانایی تحمل بار زیاد است. مزیت دیگر اینکه از لحاظ تئوری حرکت طولی نامحدود را با طول دلخواه در دنده شانه ای فراهم می آورد.

یکی از ایرادات اصلی این مکانیزم وجود لقی است.به همین علت دو نوع سیستم رک و پینیون ساخته شده است.

• چرخ  شانه ای ساده

در این چرخ دنده، دنده های ایجاد شده بر چرخ دنده و شانه دنده ای بر محور طولی عمودند.در این سیستم  لقی بیشتری مشاهده میگردد.مزیت این نوع دنده آسانی تولید و قیمت مناسبتر آن میباشد.

• چرخ دنده شانه ای مدول ( helical rack & pinion )

تفاوت دنده مدول با نوع ساده آن در کجراه بودن دنده هاست. در این نوع دنده ها بر روی رک و پینیون با زاویه 19.5 درجه نسبت به محور طولی قرار گرفتند.  این زاویه ایجاد شده در دنده ها لقی را به صورت چشمگیر و یا نزدیک به صفر کاهش می دهد.

در هر زمان تقریبا قسمتی از سه دنده مختلف درگیر هستند. اما ایراد این مجموعه نیاز به توان بالاتر برای درایو آن میباشد. یعنی در مقایسه با دنده معمولی موتور قویتری برای حرکت با سرعت یکسان نیاز دارید.

برای داشتن عمر مفید طولانی در سیستم رک و پینیون روغن کاری می تواند بسیار موثر باشد.دنده شانه در کنار بال اسکرو یکی از دو سیستم اصلی تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی میباشد.

 

مزایا :

چهار مزیت اصلی سیستم های دنده شانه، به عنوان راه حل های صنعتی یا اتوماسیون عبارتند از:

• سرعت خطی بالا
• طول نامحدود ، جهت استفاده
• امکان انتقال نیروی زیاد با اشغال فضای کم
• امکان انتخاب دقت مورد نیاز. (از دقت بسیار بالا تا دقت پایین تر جهت استفاده های عمومی)

 

سیستم دنده شانه را می توان به سه روش استفاده نمود :

• اولین مورد که رایج ترین آن نیز می باشد ، استفاده از دنده شانه ثابت و چرخ دنده (دنده مقابل) متحرک بر روی آن است. با اعمال نیروی چرخشی بر روی چرخ دنده ، کالسکه و یا بار متصل در امتداد دنده شانه به حرکت در می آیند.
• راه دوم ، تثبیت منبع نیروی محرکه و چرخ دنده بصورت ثابت و دنده شانه متحرک است. در این روش، دنده شانه در مسیری خطی، به جلو و یا عقب رانده می شود.
• راه سوم مانند روش دوم دارای منبع نیروی و چرخ دنده ثابت می باشد. با این تفاوت که دو عدد دنده شانه در دو طرف چرخ دنده قرار گرفته و با اعمال نیرو، یکی به جلو و دیگری به عقب رانده می شوند.

 

نکات مهم جهت استفاده از دنده شانه :

• محیط عملیاتی :

از آنجایی که سیستم دنده شانه بصورت ذاتی، سیستمی باز است و بصورت پیش فرض محافظی بر روی آن قرار ندارد ، در هنگام استفاده باید مسائل ایمنی اپراتور را در نظر گرفت . و همچنین بدلیل باز بودن این سیستم ، باید در حد امکان قابی را برای جلوگیری از ورود ذرات و گرد و غبار خارجی بر روی آن قرار داد تا از ورود آلاینده ها به میان چرخ دنده، حتی الامکان جلوگیری گردد.

• طول محور :

می توان از چندین دنده شانه در کنار یکدیگر و یا برش دنده شانه جهت تنظیم طول مورد نیاز استفاده نمود و در صورت ایتفاده از یک مقطع از مسیر دنده شانه و استهلاک بخشی از مسیر می توان اقدام با جایگزینی تنها همان بخش نمود.

• وزن محور جابجایی :

در سیستم های دنده شانه ثابت، معمول است که یک کالسکه به تنهایی یا همراه با دکل میزکار ، در امتداد دنده شانه حرکت کند و باری را همراه خود حمل کند. لذا هر دو وزن سازه و وزن بار، در صورت ترکیب، باید برای محاسبه گشتاور مورد نیاز برای جابجایی بار مشخص شوند. در بارهای متغییر نیز باید حداکثر میزان بار در نظر گرفته شود.

• جهت قرار گیری محور :

جهت محور دنده شانه بسیار مهم است ، زیرا در محورهای غیر افقی ، نیروهای اضافی ناشی از گرانش باید در نظر گرفته شوند. و در محورهای افقی، نیروی حاصل از اصطکاک باید مورد توجه قرار گیرد.

• شتاب و سرعت بار :

با توجه به اینکه شتاب و سرعت بار ، می تواند باعث ایجاد گشتاور های زیادی گردد ، در انتخاب دنده شانه مناسب باید مد نظر قرار گیرند .

• چرخه کاری دنده شانه :

در نظر گرفتن چرخه کاری ماشین و دنده شانه و انجام روغن کاری در بازه های مورد نیاز از اهمیت بالایی برخوردار است. و می تواند عمر مفید دنده شانه را بالا ببرد. در بسیاری از موارد از سیستم روغنکاری اتومات برای آن استفاده می شود.

• ضریب دنده :

در دنده شانه، انتخاب یک ضریب دنده مناسب می تواند تأثیر قابل توجهی بر هزینه ها و عملکرد موتور و درایو داشته باشد. نسبت بالای دنده باعث کندی سیستم می شود. نسبت خیلی کم به موتور و درایو بزرگتر و گرانتر نیاز دارد.

 

** نکته دیگر اندازه چرخ دنده است. چرخ دنده های کوچک‌تر باید سریع‌تر کار کنند تا به سرعت خطی مورد نظر برسند، اما برای ایجاد نیروی معین به گشتاور کمتری نیاز دارند و در عین حال اثرات واکنش برگشتی را نیز کاهش می‌دهند. یک چرخ دنده بزرگتر، مسافت بیشتری را در هر دور پوشش می دهد، اما برای ایجاد نیروی مشابه به گشتاور بیشتری نیاز دارد. بنابراین، تطبیق مناسب اندازه موتور و درایو، نسبت دنده شانه و اندازه چرخ دنده، می تواند عملکرد سیستم را به مقرون به صرفه ترین روش بهینه کند.

 

لینک یک

لینک دو

مطالعه بیشتر