معرفی انواع گیربکس های صنعتی

گیربکس چیست؟

این مقاله به معرفی انواع گیربکس های صنعتی، و همچنین تشریح نحوه عملکرد هر کدام از آنها می پردازد. سپس ویژگی ها و مزایای استفاده از هر کدام از انواع گیربکس ها را مورد بررسی قرار داده و با ارائه توضیحاتی در مورد عوامل تاثیر گذار بر انتخاب گیربکس ها، اطلاعاتی مفید درباره انتخاب یک گیربکس مناسب و بهره برداری بهینه از آن در اختیار مخاطب قرار خواهد داد.

امروزه استفاده از موتورهای الکتریکی نقش مهمی را در زندگی ما انسانها، چه در حوزه صنعت و چه در بخش خانگی ایفا می کند. اما همان گونه که می دانید موتورهای الکتریکی معمولاً سرعت چرخش بالا و قدرت پایینی دارند. این خاصیت موتورهای الکتریکی می تواند در خیلی از موارد نیازهای مصرف کننده را رفع نماید ولی در برخی از کاربردها، ممکن است قدرت بالاتر و سرعت چرخش پایین تری مورد نیاز باشد. در این مواقع نمی توان از موتورهای الکتریکی عادی استفاده نمود و باید قدرت و سرعت چرخش آنها را به نحوی تنظیم نمود. بهترین راه برای افزایش قدرت و کاهش سرعت چرخش موتورهای الکتریکی، استفاد از گیربکس می باشد.

گیربکس که در زبان فارسی معادل آن “جعبه دنده” می باشد، ماشینی است که بعد از موتور، سر راه وسایل صنعتی قرار می گیرد و می تواند در ازای کاهش دور، گشتاور را افزایش دهد یا در ازای کاهش گشتاور، دور را افزایش دهد. در حالت ایده آل حاصل ضرب دور در گشتاور، در ورودی و خروجی گیربکس ثابت است. اما با توجه به تلفات انرژی که در یک دستگاه مکانیکی وجود دارد این حاصلضرب در محور خروجی کمتر می شود.

عوامل تاثیر گذار در انتخاب گیربکس ها:

برای انتخاب یک گیربکس مناسب و بهره برداری بهینه از آن، لازم است اطلاعات کافی نسبت به عوامل موثر در کارکرد گیربکس ها که مهمترین آنها به شرح ذیل می باشد داشته باشیم.

توان ورودی : منظور از توان ورودی برای گیربکس، در واقع همان قدرت خروجی الکتروموتور بر حسب کیلووات یا اسب بخار می باشد.

دور ورودی: سرعت چرخش محور خروجی الکتروموتور بر حسب دور در دقیقه (R.P.M)

دور خروجی: سرعت چرخش محور خروجی گیربکس بر حسب دور در دقیقه (R.P.M)

گشتاور خروجی: مقدار گشتاوری که محور خروجی گیربکس به طور دائمی می تواند تحمل کند که معمولا برحسب واحد نیوتن- متر سنجیده می شود.

نسبت تبدیل: نسبت تبدیل یک گیربکس از تقسیم عدد دور خروجی بر عدد دور ورودی بدست می آید.

انواع گیربکس ها:

نوع یک گیربکس را ، نوع چرخ دنده های بکار رفته در آن گیربکس تعیین می کند. بنابراین ،گیربکس ها براساس نوع چرخ دنده های بکار رفته در آنها به انواع زیر تقسیم بندی می شوند.

• هلیکال
• کرانویل
• حلزونی
• خورشیدی (سیاره ای)

گیربکس های هلیکال:

این نوع گیربکس ها شامل تعدادی چرخ دنده با ساختار مارپیچ یا هلیکال هستند که به همین دلیل به این نام شهرت یافته اند. دندانه ‌های این چرخ‌دنده ها برخلاف چرخ‌دنده های ساده، موازی با محور چرخ‌دنده نیستند، بلکه هر دندانه به شکل مقطعی از مارپیچ است. این قابلیت باعث می‌شود تا دندانه ‌ها به آرامی با هم درگیر شوند و به همین دلیل چرخ‌دنده ‌های مارپیچ نسبت به چرخ‌دنده‌ های ساده، آرام‌تر و با صدای کمتری کار میکنند و خوردگی بین دنده ها کمتر می باشد. همچنین به دلیل اینکه سطح تماس پروفیل دنده ها در این نوع چرخ دنده نسبت به چرخ دنده های ساده بیشتر است، قابلیت تحمل گشتاور بالاتری دارند. محور این چرخ‌دنده‌ها می‌تواند بصورت موازی و یا متقاطع قرار گیرد. این نوع گیربکس ها معمولا نسبت های تبدیل معینی دارند که برای دست یابی به نسبت تبدیل های بالا یا دورهای ایده آل می توان دو گیربکس را بصورت مرکب به یکدیگر متصل نمود. شکل (۱) چرخ دنده های بکار رفته در این نوع گیربکس را نشان می دهد.

مزایا: قابلیت تحمل گشتاورهای بالا- سر و صدای کم- دوام و عمر طولانی به دلیل سایش کم چرخ دنده ها.

کاربردها: گیربکس های هلیکال به دلیل ایجاد گشتاور های بالا و دورهای پایین در صنایع سنگین همچون فولاد، سیمان، پتروشیمی،نورد فلزات، پرس های سنگین، جرثقیل های بزرگ و انواع آسیاب های موجود در معادن مورد استفاده قرار می گیرند.

گیربکس های کرانویل:

این نوع گیربکس از تعدادی چرخ دنده هرزگرد هلیکال و دو بخش به نام های کرانویل و پینیون که با یکدیگر زاویه ۹۰ درجه می سازند تشکیل شده است. پینیون محوری است که به موتور ارتباط دارد، سر آن دارای دنده‌ های مارپیچ مخروطی بوده و همان‌طور که از انتهایش، حرکت دورانی موتور را دریافت می‌کند، از قسمت دنده مارپیچی خود نیز، این حرکت را به کرانویل منتقل می‌کند. پینیون به میزان قابل ملاحظه ای کوچکتر از کرانویل است. کرانویل چرخی است که در یک لبه آن دارای دنده‌هایی مارپیچ و بشکل مخروطی است که با دنده‌های پینیون درگیر می شود و با محور خروجی گیربکس در ارتباط است. عملکرد سیستم کرانویل-پینیون در واقع فراهم ساختن یک نسبت دائمی کاهش سرعت و همچنین چرخش ۹۰ درجه ای مسیر گشتاور انتقالی است.

اما نحوه اتصال پینیون و کرانویل در این نوع گیربکس ها به سه حالت می باشد که در ذیل به به توضیح هر کدام می پردازیم:

چرخ دنده مخروطی دندانه مستقیم: (straight bevel gears)
در این حالت کرانویل و پینیون چرخ دنده های ساده و مستقیم اند و بطور مخروطی قرار گرفته و به طرف نوک مخروط همگرا هستند.این کرانویل-پینیون در واقع ساده ترین و ارزان ترین نوع کرانویل- پینیون می باشند و مشکل اصلی آنها این است که در این حالت دنده ها بطور پیوسته با هم درگیر نیستند و حالت درگیری و خلاصی پشت سرهم دارند که باعث ایجاد ضربه و صدا میشوند.

چرخ دنده مخروطی مارپیچی: (spiral bevel gears)
در این حالت از چرخ دنده های مارپیچی برای کرانویل و پینیون استفاده شده که باعث کارکرد نرم تر سیستم می شود و بعلت اینکه دندانه ها با هم بطور پیوسته با هم در تماس هستند سرو صدا بسیار کمتر می باشد.

چرخ دنده قوسی: (hypoid gears)
در این حالت نیز از چرخ دنده های مارپیچی استفاده شده و تنها تفاوت آن با حالت قبلی در این است که در اینجا پینیون زیر خط مرکزی کرانویل قرار می گیرد، در نتیجه شفت ورودی پایین تر می آید و می توان طراحی آسان تری نسبت به فضای موجود انجام داد. همچنین از دیگر مزایای این حالت، این است که تعداد دنده های درگیر در این سیستم بیشتر است در نتیجه سطح بارگذاری بیشتر می شود و می توان گشتاور بیشتری نسبت به دیگر کرانویل- پینیون ها به سیستم اعمال کرد.

مزایا: راندمان نسبتا بالا- چرخش ۹۰ درجه ای مسیر انتقال گشتاور- دوام بالا.

کاربردها: جهت باز و بسته کردن دریچه های حوضچه ته نشینی در صنعت آب و فاضلاب- انواع کانوایرها-آسیاب های صنعتی و …

گیربکس های حلزونی:

این نوع گیربکس همانگونه که در شکل (۵) مشاهده می کنید از یک محور حلزونی و یک چرخ دنده حلزونی تشکیل شده است. محور حلزونی که برروی محور ورودی گیربکس قرار گرفته، از جنس فولاد آب دیده و سخت کاری شده است که استحکام بیشتری داشته و در مقابل خوردگی مقاومت بیشتری دارد. همچنین چرخ دنده حلزونی که برروی محور خروجی گیربکس قرار گرفته، از جنس برنز آلیاژی ریخته گری شده است. زاویه ی بین محورهای ورودی وخروجی در گیربکس حلزونی ۹۰ درجه است. قابلیت منحصر بفرد این نوع گیربکس، ایجاد نسبت تبدیل بالا (حداکثر ۳۰۰~۱) است که به ما این امکان را میدهد تا گشتاور خروجی را به طور چشمگیری افزایش دهیم. نقطه قوتی که در این نوع گیربکس ها وجود دارد برگشت پذیری کم آن ها نسبت به سایر گیربکس های دیگر است که دلیل آن در اصل این است که محور حلزونی براحتی میتواند چرخ دنده حلزونی را به حرکت در آورد ، در صورتی که چرخ دنده حلزونی نمیتواند محور حلزونی را بچرخاند زیرا زاویه دنده های محورحلزونی بقدری کوچک است که وقتی چرخ دنده حلزونی میخواهد آن را بچرخاند اصطکاک بسیار بزرگی پدید می آید و مانع از حرکت محور حلزونی میشود.این ویژگی به ما این امکان را میدهد تا در جاهایی که به یک ترمز خودکار نیاز داریم از این گیربکس استفاده کنیم. (بعنوان مثال در یک بالابر اگر موتور از کار بیافتد چرخ دنده ها قفل می شوند و از پایین آمدن بار جلوگیری میشود.)

مزایا: برگشت پذیری کم- بیشترین کاهش دور را در ابعاد پایین ممکن می کند-حرکت نرم و کم بودن سر و صدا- قابل تغییر بودن موقعیت نصب و جهت پایه ها به منظور سادگی در نصب و راه اندازی- کم بودن هزینه تعمیر نگهداری و قیمت تمام شده گیربکس-

کاربردها : گیربکس های حلزونی بیشتر برای توانهای پایین و متوسط استفاده میشوند. به کارگیری این نوع گیربکس نسبت تبدیل و گشتاورهای بالایی را در ابعاد کوچک عرضه می کند و هزینه ی اولیه ی کمتری را در بر دارد برخی از موارد کاربرد آن عبارتند از : بالابرها-سیستم های انتقال مواد- نوار نقاله ها-ماشین آلات غربال گری-خرد کن ها و آسیاب های کوچک و…

گیربکس های خورشیدی (سیاره ای):

گیربکس خورشیدی (سیاره ای) همانگونه که در شکل ( ۶) مشاهده می کنید شامل یک دنده خورشیدی، دو یا چند دنده هرزگرد سیاره ای و یک دنده رینگی است. دنده خورشیدی در مرکز گیربکس واقع شده است و دنده های سیاره ای توسط یک پوسته همگی به هم متصل شده اند و بین دنده خورشیدی و دنده رینگی بگونه ای قرار گرفته اند که از یک طرف با دنده خورشیدی و از طرف دیگر با دنده رینگی بطور دائم درگیر بوده و حول محور خود می چرخند. محورهای هر کدام از دنده های خورشیدی و رینگی می توانند بعنوان محور ورودی یا خروجی در گیربکس استفاده شوند.دنده رینگی تسمه ای دایره ای شکل است که محیط آن از داخل دندانه دار شده و مجموعه سایر چرخ دنده ها داخل آن جای گرفته و به طور دائم با دنده های سیاره ای در گیر می باشد.گیربکس های خورشیدی به طور کلی بسته به میزان کاهش دور، از طبقات مختلف تشکیل می شوند. در هر طبقه نسبت های دور به طور معین و به صورت مستقل کاهش می یابد. بدین ترتیب که تعدادی چرخ دنده دور ورودی هر طبقه را کاهش داده و به طبقه بعد منتقل می کنند. نسبت تبدیل در هر طبقه گیربکس بین ۳ تا ۷ متغییر می باشد و به واسطه طبقاتی بودن گیربکس خورشیدی امکان بدست آوردن دورهای ایده آل تنها در یک تا چند طبقه ی گیربکس میسر می باشد.لازم بذکر است برای انواع سروو موتورها و سیستم هایی که نیاز به دقت بالایی دارند بدلیل Backlash (حرکت آزاد بین چرخ دنده ها) پایین این نوع گیربکس ها، از آنها استفاده می شود.

مزایا: راندمان بالا تا ۹۸ درصد – صدای بسیار کم- امکان تغییر نسبت تبدیل گیربکس با تغییر جزئی در طبقات، بدون نیاز به تعویض گیربکس- قابلیت تحمل گشتاورهای بسیار بالا- حجم کم گیربکس- لقی پایین و دقت بالا- امکان تعویض قطعات گیربکس- قابلیت تحمل سرعت بالا در ورودی تا حدود ۳۵۰۰ دور- تنوع در نسبت تبدیل دور.

کاربردها: خطوط نورد فولاد- انواع میکسر ها- بچینگ- صنایع بسته بندی- توربین بادی و…