یافتن ماده ایده‌آل برای چرخ‌دنده‌ها

هنگام طراحی و ساخت چرخ‌دنده‌ها، مواد مورد استفاده به نوع چرخ‌دنده و نحوه و محل استفاده از آن بستگی دارد.

انواع مختلفی از مواد اولیه معمولاً در سازه‌های چرخ‌دنده استفاده می‌شوند و هر ماده بهترین خواص مکانیکی خود را دارد و بهترین انتخاب است.دسته‌های اصلی مواد عبارتند از آلیاژهای مس، آلیاژهای آهن، آلیاژهای آلومینیوم و ترموپلاستیک‌ها.

۱. آلیاژهای مس

⚙️چه زمانیطراحی یک چرخ دندهاگر قرار است در معرض محیط خورنده قرار گیرد یا نیاز به غیر مغناطیسی بودن داشته باشد، آلیاژ مس معمولاً بهترین انتخاب است.

⚙️سه آلیاژ مس رایج که در چرخ دنده ها استفاده می شوند عبارتند از برنج، فسفر برنز و آلومینیوم برنز.

⚙️چرخ‌دنده‌ها معمولاً از آلیاژ برنج ساخته می‌شوندچرخ دنده های سادهو قفسه‌ها و در محیط‌های کم بار استفاده خواهند شد.

⚙️ فسفر برنز مقاومت سایشی و استحکام آلیاژ را بهبود می‌بخشد. مقاومت بالاتر در برابر خوردگی و سایش، آلیاژهای فسفر برنز را به انتخابی عالی برای اجزای محرک با اصطکاک بالا تبدیل می‌کند. مثال:چرخ دنده کرمی

⚙️آلومینیوم برنز سومین آلیاژ مس مورد استفاده در چرخ دنده ها است. آلیاژهای آلومینیوم برنز مقاومت سایشی بالاتری نسبت به آلیاژهای فسفر برنز دارند و همچنین مقاومت خوردگی برتری دارند. چرخ دنده های معمولی تولید شده از آلیاژهای آلومینیوم برنز شامل چرخ دنده های مارپیچ متقاطع (چرخ دنده های حلزونی) و چرخ دنده های کرمی هستند.

۲. آلیاژهای آهن

⚙️وقتی یکطراحی چرخ دندهبه استحکام ماده‌ی برتر نیاز دارد، آلیاژهای آهن بهترین انتخاب هستند. آهن خاکستری به شکل خام خود می‌تواند ریخته‌گری و به چرخ‌دنده تبدیل شود.

⚙️چهار نوع اصلی از آلیاژ فولاد وجود دارد: فولاد کربنی، فولاد آلیاژی، فولاد ضد زنگ و فولاد ابزار. آلیاژهای فولاد کربنی تقریباً برای همه انواع چرخ دنده‌ها استفاده می‌شوند زیرا ماشینکاری آنها آسان است، مقاومت خوبی در برابر سایش دارند، می‌توان آنها را سخت کرد، به طور گسترده در دسترس هستند و نسبتاً ارزان هستند.

⚙️آلیاژهای فولاد کربنی را می‌توان به فولاد نرم، فولاد کربن متوسط ​​و فولاد کربن بالا طبقه‌بندی کرد. آلیاژهای فولاد نرم کمتر از 0.30٪ کربن دارند. آلیاژهای فولاد کربن بالا بیش از 0.60٪ کربن دارند و فولادهای با کربن متوسط ​​بین این دو قرار می‌گیرند. این فولادها انتخاب خوبی برایچرخ دنده های ساده, چرخ دنده های مارپیچ، قفسه دنده،چرخ‌دنده‌های مخروطی و کرم‌ها.

۳. آلیاژهای آلومینیوم

⚙️آلیاژهای آلومینیوم جایگزین خوبی برای آلیاژهای آهن در کاربردهایی هستند که نیاز به نسبت استحکام به وزن بالا دارند. یک سطح پرداخت شده که به عنوان پسیواسیون شناخته می‌شود، آلیاژهای آلومینیوم را از اکسیداسیون و خوردگی محافظت می‌کند.

⚙️آلیاژهای آلومینیوم را نمی‌توان در محیط‌های با گرمای زیاد استفاده کرد زیرا در دمای ۴۰۰ درجه فارنهایت شروع به تغییر شکل می‌کنند. آلیاژهای آلومینیوم رایج مورد استفاده در چرخ‌دنده‌ها ۲۰۲۴، ۶۰۶۱ و ۷۰۷۵ هستند.

⚙️هر سه این آلیاژهای آلومینیوم را می‌توان برای بهبود سختی، عملیات حرارتی کرد. چرخ‌دنده‌های ساخته شده از آلیاژهای آلومینیوم عبارتند ازچرخ دنده های ساده, چرخ دنده های مارپیچ, چرخ دنده های مخروطی دندانه مستقیمو قفسه‌های دنده.

۴. ترموپلاستیک‌ها

⚙️ترموپلاستیک‌ها بهترین انتخاب برای چرخ‌دنده‌هایی هستند که وزن مهم‌ترین معیار است. چرخ‌دنده‌های ساخته شده از پلاستیک را می‌توان مانند چرخ‌دنده‌های فلزی ماشینکاری کرد؛ با این حال، برخی از ترموپلاستیک‌ها برای تولید از طریق قالب‌گیری تزریقی مناسب‌تر هستند. یکی از رایج‌ترین ترموپلاستیک‌های قالب‌گیری تزریقی، استال است. این ماده همچنین به عنوان (POM) شناخته می‌شود. چرخ‌دنده‌ها را می‌توان از هر دو پلیمر ساخت. این‌ها می‌توانندچرخ دنده های ساده, چرخ دنده های مارپیچ, چرخ‌های حلزونی, چرخ دنده های مخروطیو قفسه‌های دنده.