دنده زنی (به انگلیسی: Gearing) فرایندی بسیار دقیق برای ایجاد دنده بر روی قطعات و تولید چرخ دنده است. این کار به روش‌های مختلف از جمله تراشکاری، فرزکاری، هاب، خانکشی و فرم دهی صورت می‌گیرد. هر یک از انواع روش‌های دنده زنی، به لحاظ دقت و سرعت، قابلیت منحصر به خود را دارند. مثلاً در روش هاب، امکان تولید چند چرخدنده بطور همزمان وجود دارد. چدن، فولاد و برنز آلیاژهایی هستند که عملیات دنده‌زني بر روی آن‌ها امکان‌پذیر است. چرخ‌دنده‌ها پس از تولید، می‌بایست پرداخت شوند؛ عملیات پرداخت به روش‌هایی مانند اصلاح، سنگ‌زنی، هونینگ انجام می‌شود. چرخ دنده‌ها از جمله مهمترین و پُرکاربردترین ابزار در صنایع گوناگون هستند که وظیفه تغییر حرکت و نیرو را بر عهده دارند. این قطعات با قرار گرفتن در کنار سایر چرخ دنده‌ها، می‌توانند سرعت، گشتاور و نیروی یک بخش از سیستم را به بخش دیگر انتقال داده و آن را کم و زیاد کنند.
به عملیات تولید چرخ دنده از قطعات خام اولیه با استفاده از ابزارهای مخصوص و دقیق، دنده زنی گفته می‌شود. این فرایند در صنعت با عناوین دیگری همچون کله زنی یا چرخ دنده سازی هم شناخته می‌شود. برای تولید انواع چرخ دنده، قطعات خام با استفاده از تجهیزات مخصوص به صورت دندانه‌ای برش داده می‌شوند. با توجه به حساسیت بالای این قطعات، در صورتی که حتی اندازه یکی از دندانه‌ها استاندارد نباشد، چرخ دنده عملاً بی استفاده خواهد شد، یا اینکه عملکرد مناسبی نخواهد داشت. به همین خاطر، عملیات دنده زنی با استفاده از ابزار آلات و تجهیزاتی بسیار دقیق انجام می‌گیرد.
چرخدنده یکی از نخستین قطعاتی است که توسط انسان‌ها مورد استفاده قرار گرفته و دارای پیشینه تاریخی قابل توجهی است. در همین راستا، فرایند تولید این قطعات یعنی چرخ دنده سازی هم سابقه‌ای دور و دراز دارد. تا قبل از فولاد، چرخ دنده‌ها با استفاده از مواد در دسترس، به ويژه چوب تولید می‌شدند. اما با توجه به مقاومت پایین این قطعات، طول عمر بالایی نداشته و نیاز به تعویض یا تعمیر مستمر آن‌ها وجود داشت. به هر حال، چرخ دنده به دلیل کاربرد فراوان در ساختار انواع ماشین آلات و در پی آن فرایند دنده‌زنی، بیش از ۲ هزار سال است که مورد توجه بشر قرار دارد.
چرخ دنده‌ها قطعاتی بسیار کاربردی و مهم و در عین حال حساس هستند که با استفاده از روش‌های مختلفی تولید می‌شوند. هر چرخدنده شامل تعداد زیادی دندانه در محیط خود می‌باشد که فاصله این دندانه‌ها میزان ثابتی است. در صورتی که این فواصل از حالت استاندارد خارج شوند، دیگر امکان استفاده از قطعه وجود نخواهد داشت. علاوه بر آن، عدم توجه به استحکام و دقت چرخ دنده، می‌تواند موجب آسیب دیدگی قطعه و در نتیجه خرابی ماشینی شود که روی آن قرار گرفته است. با توجه به این موضوع، دنده زنی عمدتا با تراشکاری و بُراده برداری همراه است. این عملیات باعث می‌شود تا قطعه اصلی تمیز و یکدست شود و به استحکام بالاتری نیز برسد. روش‌های متنوعی برای دنده‌زنی وجود دارد که هر یک سرعت و دقت منحصر به خود را دارند. مهمترین این روش‌ها جهت تولید چرخ دنده عبارتند از:
دنده زنی هاب (Gear hobbing) با ابزاری به نام هاب یا همان سنبه انجام می‌شود. هاب یک ابزار مارپیچ شکل و دوار است. به این شیوه تولید چرخ دنده در اصطلاح براده برداری (Machining) هم گفته می‌شود. در فرایند سنبه زنی، هم قطعه کار و هم هاب، همزمان با هم می چرخند و از برخورد سنبه با قطعه کار، دندانه‌ها تشکیل می‌شود. در این روش امکان تولید چند چرخ دنده به صورت همزمان وجود دارد و به همین خاطر سرعت کار نسبتا بالا است. از این رو، هابینگ یک انتخاب فوق‌العاده برای ابزاری است که لازم است در مقادیر زیاد تولید شوند. از روش دنده زنی هاب، می توان چرخ دنده هایی با دنده های مستقیم، مارپیچ، مخروطی مستقیم، تاج‌دار، و پَخ تولید کرد.
خانکشی در صنعت با عنوان فرم تراشی (Form-Cutting) هم شناخته می‌شود. مهمترین تفاوت این شیوه با سایر روش‌های ساخت چرخ دنده، در ابزار کار یا کاتر می‌باشد. در سایر شیوه‌های براده برداری از ابزارهایی ساده با هدف ایجاد دندانه‌های بیرونی بر سطح خارجی چرخ دنده استفاده می‌شود. اما در روش خانکشی از ابزاری با فرم مشخص استفاده می‌شود که با فرم نهایی چرخ دنده یکسان بوده و بیشتر برای ایجاد دنده‌های داخلی کاربرد دارد.
خان برگرفته از اصطلاح لاتین Broach، مهمترین ابزار در این شیوه دنده زنی می‌باشد که از تعداد زیادی دندانه تشکیل شده است. با حرکت رفت و برگشتی خان، بخشی از براده‌های قطعه کار خام برداشته شده و اصطلاحاً خانکشی انجام می‌گیرد. این عملیات به صورت پیوسته انجام می‌گیرد تا چرخ دنده نهایی تولید شود. با توجه به ساختار ابزار خان و نوع حرکت آن در براده برداری، این روش سریع‌ترین شیوه چرخ دنده سازی به حساب می‌آید.
یکی از رایج‌ترین روش‌های دنده زنی، انجام این عملیات با حرکت‌های رفت و برگشتی است که به آن فرم دهی هم گفته می‌شود. این روش زیر شاخته بُراده برداری محسوب می‌شود و کاتر یا ابزار برش با حرکت رفت و برگشتی خود، اقدام به تراشیدن قطعه کار و ایجاد دندانه بر روی سطح آن می‌کند. ابزار برش یا کاتر شکل‌های مختلفی دارد. استفاده از چرخ دنده، ابزار تک نقطه و دنده شانه از رایج‌ترین ابزارهای برش در شیوه فرم دهی به شمار می‌آیند.
فرزکاری از نخستین روش‌هایی است که برای دنده‌زنی مورد استفاده قرار گرفت و امروز هم جزء روش‌های اصلی ساخت چرخ دنده محسوب می‌شود. در روش فرزکاری، از یک تیغه فرز به عنوان ابزار کار یا کاتر استفاده می‌شود. در این شیوه، ابتدا تعداد چرخ دنده‌ها مشخص شده و دستگاه کله زنی متناسب با آن تنظیم می‌شود. در ادامه، جداکننده دستگاه فرز روی زاویه مورد نیاز قرار گرفته و حرکت دورانی خود را آغاز می‌کند. در نتیجه با حرکت دورانی فرز، تیغه با قطعه کار برخورد کرده و دندانه‌ها روی سطح آن شکل می‌گیرد. Gear milling مزیت‌هایی دارد از جمله:
زمانی که چرخ دنده از طریق هر یک از روش‌های دنده زنی ساخته شد، باید فرایند پرداخت کاری روی آن انجام گیرد. زیرا دقت چرخ دنده بدون انجام عملیات پرداخت، کاهش می‌یابد. کاهش دقت کار نیز می‌تواند موجب آسیب دیدگی ماشین آلات و تجهیزات گردد. در عملیات پرداخت، ابتدا چرخ دنده از نظر ابعاد مورد بررسی قرار می‌گیرد تا از دقت آن اطمینان حاصل شود. در صورتیکه ابعاد از میزان معین بزرگتر باشد، با استفاده از تجهیزات موجود به ابعاد مورد نظر خواهد رسید. سپس عملیات پرداخت صورت خواهد گرفت.
به طور کلی، مهمترین شیوه‌های پرداختِ قطعات در فرایند دنده زنی، عبارتند از:
از جمله روش‌های پرداخت چرخ دنده‌ها بعد از اتمام عملیات کله زنی می‌توان به روش اصلاح (Shaving) اشاره نمود. در این روش، برای برداشتن براده‌های اضافی از ابزار آلاتی دقیق و هم اندازه قطعه کار یا چرخ دنده استفاده می‌شود. قیمت ابزارهای مورد استفاده در این روش بالا بوده و به همین خاطر، اصلاح یک روش تقریبا گران برای پرداخت قطعات محسوب می‌شود. با این حال، سرعت بالایی داشته و پرداخت قطعات با این روش در زمان کوتاهی انجام می‌گیرد. استفاده از این شیوه پس از دنده زنی، موجب حذف مقدار کمی از قطعه خواهد شد. به عبارت دیگر، اغلب با حذف نهایتا ۳ درصد قطعه، چرخ دنده به ابعاد مد نظر خواهد رسید.
سنگ زنی (Grinding) علاوه بر اینکه برای پرداخت چرخ دنده کاربرد دارد، در برخی موارد جهت تولید آن‌ها هم مورد استفاده قرار می‌گیرد. در همین راستا، می‌توان آن را جزء روش‌های دنده زنی هم به شمار آورد. با این حال، بیشترین استفاده از آن (حدود ۹۵ درصد موارد) به منظور عملیات پرداخت قطعات انجام می‌گیرد. در این روش پرداخت، از سنگی که دارای ابعادی دقیقا مشابه با دندانه‌های چرخ دنده باشد، استفاده خواهد شد. با حرکت دورانی قطعه کار تولیدی در فرایند دنده زنی، تیغه‌های سنگ از میان دندانه‌های آن عبور کرده و بخش‌های اضافی را حذف می‌کند. در نتیجه قطعه به ابعاد مورد نظر می‌رسد.
عملیات پرداخت چرخ دنده‌ها به روش هونینگ (Honing) تا حد زیادی مشابه با عملیات سنگ زنی است؛ اما از دقت و ظرافت بالاتری برخوردار است. به همین خاطر، جهت پرداخت آن دسته قطعاتی که برای مصارف بسیار حساس مورد نیاز هستند، کاربرد دارد. ظرافت و دقت بالا در روش هونینگ، منجر به کاهش سرعت آن گردیده است؛ بنابراین برای کارهایی که نیاز به سرعت بالایی دارند، مناسب نیست. در این شیوه پرداخت دنده زنی، از سنگ سنباده جهت برداشتن و حذف مواد اضافی استفاده می‌شود. میزان براده بردای در روش هونینگ معمولا اندک است.
چرخ دنده‌ها پس از این که فرایندهای کله زنی و پرداخت را پشت سر می‌گذارند، باید تحت عملیات حرارتی (Heat Treatment) قرار بگیرند. این فرایند منجر به افزایش استحکام دنده‌ها شده و آسیب پذیری آن‌ها را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. به منظور انجام عملیات حرارتی، چرخ دنده را وارد کوره کرده تا در معرض حرارت بالایی قرار بگیرد. سپس آن را از کوره خارج می‌کنند تا به تدریج سرد شود. در صورتی که قطعه پس از دنده‌زنی و پرداخت تحت عملیات حرارتی قرار نگیرد، به استحکام مناسب نرسیده و احتمال شکستن آن هنگام کارگذاری بسیار بالا است. بسته به نوع آلیاژ، عملیات حرارتی می‌تواند از نوع آنیلینگ و یا تمپرینگ باشد.
برای ایجاد دنده بر روی قطعات صنعتی، از قطعات با متریال خاصی استفاده می‌شود. فاکتورهایی همچون شرایط کاری قطعه نهایی، فشار و نیروهای وارده بر چرخدنده و دمای محیط کار برخی از مهمترین معیارهای تعیین مواد اولیه مورد استفاده برای تولید دنده‌ها محسوب می‌شوند. به عبارت دیگر، ماده اولیه مورد نیاز برای ساخت چرخ دنده باید طوری انتخاب شود که قطعه نهایی برای کاربرد مورد نظر، مقاومت و استحکام لازم را داشته باشد. به طور کلی، رایج ترین مواد اولیه مورد استفاده در فرایند دنده زنی، شامل موارد زیر است:
از جمله مواد ساده و ابتدایی که امکان ساخت انواع چرخ دنده با آن وجود دارد، می‌توان به چدن اشاره نمود. این ماده دارای مقاومت بالایی در برابر سایش بوده و به همین خاطر، گزینه مناسبی برای تولید دنده‌ها محسوب می‌شود که به صورت پیوسته در معرض سایش قرار دارند. علاوه بر این، ساخت شکل‌های پیچیده با استفاده از چدن طی فرایند ریخته‌گری امکان‌پذیر است. بنابراین ساخت چرخ دنده با اشکال گوناگون از جنس چدن انجام می‌گیرد.
یکی از مهمترین مواد اولیه مورد استفاده در فرایند دنده زنی، فولاد است. فولاد به دلیل استحکام بالایی که دارد، ماده‌‌ای بسیار مناسب جهت ساخت انواع چرخ دنده به شمار می‌آيد. از دنده‌های ساخته شده با فولاد برای شرایط کاری پرفشار که نیاز به تحمل نیروی زیادی بر روی چرخ دنده وجود دارد، استفاده می‌شود. چرخ دنده‌های فولادی عمدتا پس از اتمام مراحل کله زنی و پرداخت، تحت عملیات حرارتی قرار می‌گیرند تا استحکام شان به بیشترین حد ممکن برسد. مجموعه فرایندی که در اصطلاح سخت کاری فولاد نام دارد.
برنز از دیگر آلیاژهایی است که برای تولید چرخ دنده کاربرد دارد. برنز بیشتر زمانی کاربرد دارد که قصد ساخت چرخ دنده‌های مقاوم در برابر سایش وجود داشته باشد. مقاومت بالا در برابر سایش و فرسودگی‌های ناشی از آن، از مهمترین ویژگی‌های چرخ دنده‌های برنزی است. بنابراین، در شرایطی که اصطکاک بین دو چرخ دنده خیلی زیاد بوده و امکان آسیب یکی از آن‌ها وجود داشته باشد، می‌توان چرخ دنده تحت فشار بیشتر را از جنس برنز انتخاب کرد.
در کنار تنوع چرخ‌دنده‌ها از نظر جنس و ماده اولیه، این مقاطع با توجه به کاربردی که در صنعت دارند، در شکل‌های متعدد و گوناگونی هم ساخته می‌شوند. فرایند دنده زنی هر یک از این چرخ دنده‌ها تا حدودی با هم تفاوت داشته و معمولا از روش‌های مختلفی برای ساخت شان استفاده می‌شود. انواع چرخ دنده ها:
Spur Gear ساختاری ساده دارد و در عین حال یکی از پرکاربردترین انواع گیرینگ محسوب می‌شود. این چرخ دنده‌ها عمدتا دارای ساختاری استوانه‌ای هستند که بر روی محیط بیرونی‌شان تعدادی دندانه موازی با محور قرار می‌گیرد. این دندانه‌ها در تجهیزات و دستگاه‌های صنعتی نقش انتقال حرکت مکانیکی و همچنین کنترل سرعت، قدرت و گشتاور را بر عهده دارند. چرخ دنده‌های ساده مقرون به صرفه، بادوام، قابل اعتماد بوده و برای تسهیل عملیات روزانه صنعتی بسیار کارآمد هستند. آن‌ها نسبت به دیگر چرخ دنده‌ها، معمولا سر و صدای بیشتری دارند؛ اما قیمت‌شان نیز پایین تر است.
سحر کوه فر
لیسانس زمین‌شناسی کاربردی، ارشد پترولوژی، سئوکار، نویسنده محتوای وبسایت؛ دارای مقالات تخصصی کنفرانسی و علمی - پژوهشی در زمینۀ زئولیت. علاقه‌مند به سنگ‌ها، فلزات، نفت و گاز و ژنز آن‌ها در زمین و روش‌های اکتشاف آن‌ها؛ حامی زمین و محیط زیست...
خیلی عالی بود من تخصصم ساخت چرخدنده هستش ولی تجربی مطالب خوندم از نظر تئوری خیلی عالی بود اطلاعات تئوری در مورد چرخدنده بیش شد مرسی
سلام و احترام جناب آقای افتخاری. تشکر از انرژی مثبت و انگیزه‌ای که با این پیام منتقل کردید و سپاس از همراهی‌تون. موفق و سربلند باشید.