گیربکس | Gearbox | گیربکس مستقیم |گیربکس حلزونی | گیربکس خورشیدی

گیربکس | Gearbox

گیربکس | Gearbox قطاری از چرخ دنده هاست ، که به جهت انتقال توان مکانیکی از منبع تولید کننده به مصرف کننده و به منظور افزایش گشتاور خروجی (N.M) و تغییر سرعت الکتروموتور (RPM) در هر سیستم مورد استفاده قرار می گیرد. به زبان ساده تر چرخ دنده می تواند باعث کاهش فعالیت شفت محرک اصلی شود و در نتیجه خروجی با سرعت کمتری می چرخد و کاهش سرعت منجر به افزایش گشتاور می شود . ( بعدا در مورد گیربکس کاهنده | افزاینده صحبت خواهیم کرد.)

بیایید کمی از اصل ماجرا صحبت کنیم گیربکس از لحاظ مکانی دقیقا بعد از الکتروموتور قرار می گیرد . شفت موتور به ورودی گیربکس متصل شده و از طریق چرخ دنده‌های داخلی ، سرعت و گشتاور خروجی معینی ، با تغییر دور خروجی الکتروموتور و گشتاوری با تغییراتی به همان نسبت در خروجی گیربکس تولید می شود .

کاربرد گیربکس | Gearbox در صنعت بسیار وسیع است . الکتروموتورگیربکس‌ها در همه‌ صنایع از جمله صنایع فولاد ، صنایع سیمان ، معدن ، خودرو ، صنایع شیمیایی و پتروشیمی ، چوب و کاغذ، نفت و گاز، بسته‌بندی و ترابری گرفته تا کاشی و سرامیک و شیرینی و شکلات کاربرد دارند.

گیربکس از چه قسمت هایی تشکیل شده است؟

چرخ دنده : یک گیربکس از اجزای متفاوتی ساخته شده که اصلی ترین قسمت آن چرخ دنده های به کار رفته در آن است.
پوسته گیربکس که دنده‌ها درون آن قرار دارند و جنس آن معمولاً از چدن ریخته‌گری شده است.
شافت ورودی و خروجی که می‌توانند به صورت سوراخ (Hollow) یا شافت (Solid) باشند و جنس آن‌ از فولاد است.
بیرینگ (Bearing) یا یاتاقان‌ها که برای تحمل بارهای شعاعی و محوری شافت‌های گیربکس‌ها استفاده می‌شوند.
نشت‌بند (Seal) یا کاسه نمد که برای حفاظت بیرینگ‌ها از عوامل خارجی مثل گرد و غبار و همچنین نگهداری از روغن داخل پوسته استفاده می‌شود.
درپوش کنترل روغن : درپوش که برای کنترل روغن و بازبینی آن است.

گیربکس چگونه کار می کند؟

چرخش دنده ها، گیربکس | Gearbox را به کار می اندازند تا گشتاور مورد نیاز را تامین کند. نوع دنده ها، جهت چرخش و اندازه آن ها باعث می شود تا گیربکس ها با توجه به کاربرد کارکردهای متفاوتی داشته باشند. گیربکس ها با مشخصات متفاوتی طراحی می شوند تا برای نیازهای مختلف جوابگو باشند. گیربکس برای انجام وظایف مختلف در یک بازه زمانی طولانی در عین داشتن راندمان و کارایی بالا استفاده می شود.

انواع گیربکس صنعتی

گیربکس | Gearbox برای دستگاه ها و شرایط متفاوتی استفاده می شود. بر همین اساس به روش های متفاوتی می توان آن را دسته بندی کرد.

گیربکس از نظر روش تولید انرژی مکانیکی به دو نوع تقسیم می شود :

افزاینده
کاهنده

با توجه به نسبت تبدیل می توان گیربکس را در سه دسته قرار داد :

دو محور
سه محور
چهار محور

با توجه به موقعیت ورودی و خروجی گیربکس سه مدل ارائه شده است :

شفت موازی
نود درجه
ترکیبی

امروزه چرخ‌ دنده ها بخش مهمی از صنعت به شمار می‌آیند و در بسیاری از الکتروموتورها ، گیربکس | Gearbox و ماشین‌آلات صنعتی کاربرد دارند. چرخ‌ دنده‌ ها با استفاده از تغییر تعداد دنده ها باعث تغییر دور ، تغییر جهت گردش و تغییر گشتاور خروجی می‌شوند. در ادامه به معرفی برخی از رایج ترین انواع چرخ‌ دنده ها می پردازیم :

چرخ دنده‌ ساده با دندانه‌های صاف که روی یک شفت موازی واقع شده اند ، ساخته می‌شوند. میزان سر و صدا در این چرخ دنده‌ها نسبتاً بالاست و علت آن برخورد دندانه‌های چرخ دنده و افزایش سایش در اثر این برخورد می‌باشد.

چرخ دنده‌ مخروطی به طور متداول از چدن، آلیاژ آلومینیوم یا دیگر مواد فولادی ساخته می‌شود. باید توجه داشت چرخ دنده فولادی ، هنگام تماس با دیگر چرخ دنده‌ها ، سروصدای زیادی تولید می‌کنند و مستعد سایش می‌شوند.

چرخ دنده‌ هلیکال با زوایایی که امکان تماس هر کدام از دندانه‌های چرخ دنده‌ هلیکال را فراهم می‌کند ، برش می‌خورد . این کار موجب عملکرد روان و بی‌ صداست . گیربکس‌ هلیکال َدر کاربردهایی با توان و بازده بالا قابل استفاده است.

چرخ دنده‌ حلزونی بارهایی را که به صورت شوک شدید هستند تحمل می کنند ؛ میزان سر و صدای تولید شده توسط آن کم است و نیاز به تعمیر و نگهداری ندارند.اما نسبت به انواع دیگر چرخ دنده ها ، بازده کمتری دارند.

چرخ دنده‌ خورشیدی ، چرخ دنده‌ ثابت مرکزی است. چرخ دنده‌ حلقوی ، حلقه‌ی خارجی با دندانه داخلی است و چرخ دنده‌های سیاره‌ای حول چرخ دنده‌ خورشیدی می‌چرخند و با چرخ دنده‌ حلقوی و خورشیدی جفت می‌شوند.

گیربکس ساده با چرخ دنده‌های ساده

رایج‌ ترین نوع چرخ‌ دنده‌ ها، چرخ‌ دنده ساده می‌باشد که به‌صورت سری برای کوچک کردن چرخ‌ دنده‌ های بزرگ استفاده می‌شوند. دندانه‌های واقع بر روی این نوع چرخ‌ دنده به‌ صورت مستقیم است و به‌ صورت موازی بر روی شفت‌های مختلف نصب می‌شوند. هنگامی که دو چرخ‌دنده ساده در کنار هم به کار می رود، چرخ دنده کوچکتر که تعداد دندانه کمتری دارد، پینیون نامیده می‌شود و چرخ دنده بزرگتر نیز که تعداد دندانه بیشتری دارد ، چرخ دنده یا چرخ نامیده می‌شود. یکی از مشخصه‌های این نوع چرخ دنده ، صدای زیاد آن است. به محض اینکه دو دندانه با یکدیگر درگیر شوند، با نیروی زیادی به هم ضربه می‌زنند. در هر لحظه فقط یکی از دندانه‌ها به طور کامل درگیر می‌شوند. این ضربه ، موجب تولید صدا و تمرکز تنش روی دندانه‌ها می‌شود .

ویژگی‌های فیزیکی

چرخ دنده‌های ساده معمولاً از فلزاتی مانند فولاد ، برنج و یا از پلاستیک‌هایی مانند پلی کربنات ساخته می‌شوند. مواد مورد استفاده برای ساخت چرخ دنده‌های ساده، بسته به سازنده‌ آن متفاوت خواهد بود.

مزایای چرخ دنده‌های ساده

مقرون به صرفه هستند.
نسبت چرخ دنده در آن‌ها بالاست.
به لحاظ ابعاد جمع و جور هستند.
گشتاور خروجی آن‌ها بالاست .

معایب چرخ دنده‌های ساده

سروصدای زیادی تولید می‌کنند.
مستعد سایش هستند.

گیربکس هلیکال با چرخ دنده‌های هلیکال

چرخ‌دنده هلیکال به دلیل نوع دندانه‌ های آن‌ در مقایسه با سایر چرخ‌ دنده ها دارای حرکت نرم‌ تر و بی‌ صداتری است. دندانه‌ های واقع بر روی این نوع چرخ دنده ها دارای یک زاویه با صفحه چرخ‌ دنده می‌باشند. هنگامی‌ که دو دندانه شروع به درگیر شدن می‌کنند، تماس به‌ تدریج در یک انتهای دندانه شروع می‌شود و با دوران چرخ‌ دنده تا درگیری کامل این تماس حفظ می‌شود. محدوده معمول زاویه مارپیچ حدود 15 تا 30 درجه است. بار محوری رانشی به‌ طور مستقیم با اندازه مماس زاویه مارپیچ تغییر می‌کند. در انتقال ، چرخ‌دنده هلیکال معمول‌ ترین نوع چرخ‌ دنده است. آن‌ ها اغلب مقدار زیادی فشار تولید کرده و از یاتاقان‌ها برای کمک به تحمل بارمحوری استفاده می‌کنند. چرخ‌ دنده‌ ها را می‌توان برای تنظیم زاویه دوران تا 90 درجه هنگام نصب بر روی شفت‌ های عمودی تنظیم کرد.

ویژگی‌های فیزیکی

چرخ دنده‌های هلیکال معمولاً از چدن، آلیاژ آلومینیوم یا آهن ساخته می‌شوند ، اما ماده‌ی مورد استفاده برای ساخت این چرخ دنده‌ها به سازنده بستگی دارد.

مزایای چرخ دنده‌های هلیکال

می‌توان آن‌ها را در جهت‌های موازی یا متقاطع با هم جفت کرد.
عملکرد روان و بی‌صدا دارند.
کارآمد هستند.
توان بالایی دارند.

معایب چرخ دنده‌های هلیکال

نیروی پیشران تولید شده، در راستای محور چرخ دنده است.
نیاز به موادی برای روان‌کاری و روغن‌کاری دارند.

گیربکس مخروطی با چرخ دنده‌های مخروطی (Bevel Gear)

چرخ دنده‌های مخروطی در جاهایی که زاویه بین دو محور متقاطع ۹۰ درجه است، بیشترین کاربرد را دارند ولی در زاویه‌های دیگر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. دندانه‌های این چرخدنده می‌تواند مستقیم، مارپیچ یا هیپوئیدی باشد. در نوع مستقیم ، همان مشکلات چرخ دنده ساده برقرار است و دندانه‌ها به یکباره با هم درگیر می‌شوند. در نتیجه تمرکز تنش روی دندانه‌ها بسیار بالا می‌رود. نوع مستقیم و مارپیچ ، زمانی استفاده می‌شوند که دو محور عمود به هم و در یک صفحه باشند. در شرایطی که دو محور در دو صفحه جداگانه باشند، از نوع هیپوئیدی استفاده می‌شود. توجه کنید که در این حالت، دو محور هیچ نقطه تقاطعی نخواهند داشت و این حالتی استثنا برای تعریف این نوع چرخدنده ایجاد می‌کند.

ویژگی‌های فیزیکی

چرخدنده‌های مخروطی (bevel) به طور متداول از چدن، آلیاژ آلومینیوم یا دیگر مواد فولادی ساخته می‌شوند و استفاده از این مواد بین سازندگان مختلف متفاوت است.

توجه: چرخ دنده‌های ساخته شده از مواد فولادی، هنگام تماس با دیگر چرخ دنده‌ها، سروصدای زیادی تولید می‌کنند و همچنین مستعد سایش می‌شوند.

مزایای چرخ دنده‌های مخروطی

پیکربندی متعامد دارند.
با دوام هستند.

معایب چرخ دنده‌های مخروطی

محورها باید توانایی پشتیبانی از نیروها را داشته باشند.
دندانه‌هایی با برش ضعیف ممکن است سبب ارتعاش و سروصدای بیش از حد در هنگام کار شوند.

گیربکس حلزونی با چرخ دنده‌های حلزونی (Worm Gear)

چرخ دنده‌های حلزونی می‌توانند بارهایی را که به صورت شوک شدید هستند ، تحمل کنند ؛ میزان آلودگی صوتی تولید شده توسط آن‌ها کم است و نیاز به تعمیر و نگهداری ندارند؛ اما نسبت به انواع دیگر گیربکس ها ، بازده کمتری دارند. چرخ دنده‌های حلزونی با کاهش سرعت، گشتاور را نیز به مقدار زیادی افزایش می‌دهند. باید دقت کرد که نصب این سیستم و روغن‌کاری آن به درستی و منظم انجام شود. در این حالت، چرخدنده حلزونی یکی از نرم‌ترین و کم‌صداترین انواع چرخ‌دنده‌ها خواهد بود. در این نوع چرخ دنده از یک حلزون (محور بالا) و چرخ حلزون (چرخ دنده پایین) استفاده می‌شود.

ویژگی مهم این چرخ دنده‌ها این است که انتقال نیرو فقط از حلزون به چرخ حلزون انجام می‌شود. معمولاً بیشتر طراحی‌ها طوری انجام می‌شود که چرخ حلزون قادر به چرخاندن حلزون نباشد. عدم امکان چرخیدن قطعه‌ی حلزونی شکل توسط چرخ دنده به عنوان ویژگی خودترمزی شناخته می‌شود و در موقعیت قفل نگهداری می‌شود. هرچه زاویه پیشروی در حلزون کمتر باشد، این خاصیت بیشتر می‌شود. در مقابل هرچه زاویه پیشروی بزرگتر باشد، خاصیت خودترمزی کمتر خواهد بود.

گیربکس حلزونی کوچک تر از دیگر مدل های گیربکس صنعتی است و قدرت کمتری نیاز دارد. ظرفیت بار بالایی دارد و بیشتر برای کارکردهای سنگین استفاده می شود. بلبرینگ خطی کمتر و سطح نویز کمتری دارد. نرم ترین و بی صداترین سیستم دنده ای است و بیشتر در تولید لاستیک و سیمان یا در آسیاب و نوار نقاله و آسانسور استفاده می شود.

ویژگی‌های فیزیکی

چرخ دنده‌های حلزونی معمولاً از آلومینیوم، فولاد ضد زنگ و چدن ساخته می‌شوند. مواد مورد استفاده در تولید چرخدنده و گیربکس حلزونی بسته به سازنده متفاوت خواهند بود.

مزایای چرخ دنده‌های حلزونی

دقت بالایی دارند.
پیکربندی زاویه‌ی قائمه دارند.
دارای سیستم ترمز (خودقفل شوندگی) هستند.
آلودگی صوتی آن‌ها کم است.
نیاز به تعمیر و نگهداری ندارند.

معایب چرخ دنده‌های حلزونی

محدودیت‌هایی دارند.
بازگشت ناپذیر هستند.
بازده کمی دارند.

گیربکس خورشیدی با چرخ دنده‌های خورشیدی (Planetary Gear)

یکی از روش های توسعه یافته در صنعت چرخ دنده ها ، استفاده از مکانیزم چرخ دنده سیاره ای یا چرخ دنده خورشیدی است . در این مکانیزم چرخ دنده سیاره ای چرخش چرخ دنده ها ، حول چرخ دنده های دیگر نتایج بسیار مثبتی را به همراه خواهد داشت .

به مکانیزم چرخ دنده سیاره ای یا چرخ دنده خورشیدی ، چرخ دنده ای سیکلوئید نیز گفته می شود و علت آن این است که حین چرخش چرخ دنده خورشیدی داخلی ، تشکیل یک منحنی اپی سیکلوئید را می دهد .مجموعه‌ی چرخ دنده سیاره ای یا چرخ دنده خورشیدی معمولاً شامل یک چرخ دنده خورشیدی (Sun Gear) ،یک بازو و یک یا چندین چرخ دنده سیاره ای است.

این چرخ دنده در گیربکس سیاره ای شناخت می شود، کاربرد دارد . این گیربکس در فناوری های جدید مثل پرینت سه بعدی و روباتیک استفاده می شود. یک دنده خورشیدی در مرکز و ۳ یا ۴ دنده سیاره ای دور آن قرار می گیرند. با انتقال یکنواخت قدرت می تواند در جای بسیار کوچکی گشتاور زیادی ایجاد کند. این گیربکس استقامت و دقت فوق العاده بالایی دارد .

ویژگی‌های فیزیکی

چرخ دنده‌های خورشیدی ، حلقوی و سیاره‌ای در گیربکس خورشیدی از آلومینیوم، فولاد ضدزنگ یا برنج ساخته می‌شوند. مواد مورد استفاده در ساخت ، بسته به سازنده متفاوت خواهند بود.

مزایای چرخ دنده‌های خورشیدی

چگالی توان بالا دارند.
جمع و جور هستند.
بازده انتقال توان در آن‌ها بالاست.
پایداری بهتری دارند.
بار بین چرخ دنده‌های خورشیدی توزیع می‌شود.

معایب چرخ دنده‌های خورشیدی

هزینه‌ی سیستم چرخ دنده‌ای خورشیدی در مقایسه با گیربکس‌های متداول بالا است (قیمت بالا).
طراحی و ساخت سیستم چرخ دنده‌ای خورشیدی نسبتاً پیچیده است.
تعیین بازده سیستم چرخدنده‌ای خورشیدی دشوار است.
برخی از چیدمان‌های چرخ دنده‌ای خورشیدی، هنگام کار، صدای اضافی تولید می‌کنند.
برای عدم نیاز به چرخ دنده‌های اضافی، قطعات محرک و قطعات راه‌انداز باید متحدالمرکز باشند.