گیربکس صنعتی چیست و انواع آن کدام است؟
گیربکس صنعتی ماشینی است که انتقال نیرو و تبدیل گشتاور را انجام می دهد در این مقاله گیربکس صنعتی و انواع آن تشریح شده است
گیربکس صنعتی چیست؟
گیربکس صنعتی ماشینی است که برای انتقال توان مکانیکی از یک منبع تولید توان به یک مصرف کننده و هچنین برآورده ساختن گشتاور و سرعت دورانی مورد نیاز مصرف کننده به کار می رود. گیربکس صنعتی درواقع یک واسطه بین منبع توان و مصرف کننده توان می باشد که بین منبع توان و مصرف کننده توان یک انعطاف پذیری بر قرار می کند.به دلیل هماهنگ بودن گشتاور و سرعت دورانی منبع تولید توان با مصرف کننده نیاز به ماشینی که بتواند این هماهنگی را به صورت یک واسطه برقرار کند امری ضروری به نظر میرسد. دستگاهی که این خواسته را میتواند تامین کند کیربگس صنعتی نام دارد منبع تولید توان مهم نیست که با چه نوع سوخت یا منابع انرژی توان را تولید میکند بلکه این مهم است که در شفت ورودی به گیربکس توان تولید شده را به صورت گشتاور به گیربکس منتقل کند دستگاههایی که میتوانند توان مورد نیاز گیربکس صنعتی را تامین کنند شامل الکتروموتورها - موتورهای دیزل - موتورهای بنزینی - موتورهای گاز سوز- توربین های بخار - توربین های گازی - توربین های آبی -توربین های بادی - موتورهای جت - و منابع تولید توانی که انرژی خود را از خورشید تامین میکنند میباشند. مصرف کننده می تواند هرنوع ماشینی باشد فقط کافی است که مصرف کننده بتواند توان خروجی از گیربکس صنعتی را بصورت گشتاور دریافت کند.
قبل از ارائه توضیحات بیشتر در مورد گیربکس توجه شما را به تعاریف سادهای از اصطلاحات مکانیکی جلب میکنیم:
تعریف کار:هرگاه نقطه اثر نیرویی تغییر مکان پیدا کند میگوییم کار انجام شده است . بنابراین برای انجام کار نیاز به دوعامل نیرو (F) و تغییر مکان (S) می باشد. W=F × S
تعریف نیرو:نیرو عاملی است که باعث حرکت، تغییر حرکت و یا تغییر فرم در اجسام می گردد. اجسام مختلف و قطعات ماشین آلات ممکن است در آن واحد تحت تاثیر نیروهای مختلفی قرار گیرند که مقدار، امتداد جهت و نقطه اثر آنها با هم متفاوت باشد. در اینگونه موارد از ترکیب آنها نیروی معادلی بدست می آورند که به تنهایی بتواند اثر همه نیروها را داشته باشد این نیرو را نیروی برآیند می نامند.گشتاور: نیرویی که بخواهد قطعه ای را حول محوری بگرداند در آن قطعه تولید گشتاور می نماید. با توجه به اینکه مقدار کار(W) نیز از حاصلضرب مقدار نیرو در تغییر مکان بدست می آید، لذا گشتاور و کار می توانند واحد مشترک N.M را داشته باشند ولی بایستی توجه داشت که مقدار آنها در یک قطعه گردنده مساوی نمی باشد بعنوان مثال در دستگاه لنگی که با نیروی ثابتی می گردد گشتاور ثابت مانده ولی مقدار کار به نسبت مسافتی که نیرو طی می کند تغییر می یابد
اجزای تشکیل دهنده گیربکس:گیربکس ها اجزای مختلفی دارند که اصلی ترین جز آنها چرخدنده ها می باشند که بسته به نوع گیربکس، شکل و جنس آنها متفاوت هستند.
اجزای دیگر گیربکس ها عبارتند از:
پوسته گیربکس:که دنده ها درون آن قرار می گیرند و جنس آن معمولا از چدن ریخته گری شده است.
شافت های ورودی و خروجی: این شافت ها می توانند به صورت سوراخ (Hollow) و یا شافت (Solid) باشند و جنس آن ها از فولاد است.
یاتاقان(Bearing) : برای تحمل بارهای شعاعی و محوری شافت های گیربکس استفاده می شوند.
نشت بند:(Seal) یا کاسه نمد،برای حفاظت بیرینگ ها از عوامل خارجی مثل گرد و غبار و همچنین نگهداری از روغن داخل پوسته استفاده می شود.
درپوش کنترل روغن و بازبینی کاسه نمد
گیربکس ها در دو دسته کلی تولید می شوند:
گیربکس های کاهنده
این نوع از گیربکس ها بین محرک و متحرک قرار می گیرد و دور مورد نیاز را تامین می کند و در تیپ های مختلفی ساخته می شوند. در این گیربکسها سرعت کاهش پیدا کرده و گشتاور افزایش می یابد. نسبت کاهش دور و افزایش گشتاور، معکوس است. یعتی به همان نسبت که دور کاسته میشود، گشتاور افزایش می یابد.
گیربکس های افزاینده
در صنایع بالا دستی و پالایشگاهی نیاز به گیربکس های دور بالا می باشد که آنها را گیربکس های افزاینده می نامند. در این گیربکسها دور افزایش پیدا کرده و گشتاور کاهش می یابد. برای مثال در برخی از سانتریفیوژها از این تیپ گیربکسها استفاده می شود.
انواع گیربکس صنعتی
گیربکسهای صنعتی انواع مختلفی دارند و در بازار به نام های گوناگونی شناخته می شوند که برخی از آن ها عبارتند از
گیربکس حلزونی (Worm Gearbox)
این نوع از گیربکس ها متشکل از یک ماردون فولادی که سخت کاری پیوسته شده و سنگ خورده است و یک چرخدنده حلزونی از جنس غالبا برنز ریخته گری شده است. این گیربکس ها حرکت سینماتیکی خود را از این دو قطعه تامین می کند . در گیربکس های حلزونی به دلیل ساختار و زاویه خروجی آنها به دلیل متعامد بودن دارای کاربری های فراوانی است و به دلیل کارکرد نرم در سیستم های بالابر و همچنین آسانسورها که نیاز به ایجاد گشتاور و راه اندازی نرم است، کاربرد فراوانی دارند. همچنین این گیربکس ها درکانوایرها وسیستم های انتقال مواد کوچک کاربرد فراوان دارند. از دیگر فاکتورهای مهم در گیربکس های حلزونی، عدم برگشت پذیری یا خود قفل شوندگی است. یعنی گردش محور خروجی گیربکس تنها از طرف ماردون امکان پذیر است. به همین دلیل استفاده از این نوع گیربکس در بالابرها و آسانسورها کاربرد زیادی دارد. خاصیت خود قفل شوندگی به شکلی است که هرچه تفاوت قطر ماردون و چرخدنده حلزونی بیشتر باشد، تاثیر بیشتری خواهد داشت، برای مثال برای نسبتهای بالای 30 خاصیت خود قفل شوندگی به شکل کامل در گیربکس عملی میشود. از دیگر مزایای این گیربکس ها قابلیت نصب در هشت حالت متفاوت می باشد که باعث استفاده راحت این گیربکس ها گردیده است
گیربکس هلیکال یا شافت مستقیم(Helical Gearbox)
گیربکسهای هلیکال شامل تعدادی چرخدنده هستند که دارای ساختار مارپیچ یا هلیکال می باشند و به همین دلیل به این نام معرفی می شوند . این نوع چرخدنده ها از دسته چرخدنده های ساده ولی با امتداد پروفیل مورب نسبت به امتداد شفت می باشند. انتقال نیرو در این نوع جعبه دنده ها با توجه به ساختار چرخ دنده های آنها (هلیکال) با حرکت یک نقطه در امتداد سطح دنده انجام می شود. در این گیربکس ها به علت کاستن صدا و درگیری نرم چرخ دنده ها، در سیستم های انتقال نیرو به کار می روند و می توانند در دورها و توان های بالاتری نسبت به دنده های ساده استفاده شوند. اساس کار این نوع گیربکس ها بدین شکل می باشد که با کاهش دور باعث افزایش گشتاور در قسمت خروجی می شوند. تفاوت دندههای مورب با دندههای صاف در تولید صدا و سطح تماس است. از آنجا که سطح تماس بین دو دنده در حالت مورب بیشتر از حالت راست است، بنابراین بازدهی این توع دنده بیشتر و تولید صدای کمتری دارد
گیربکس آویز
گیربکسهای آویزبه دلیل قابلیت چند محور بودن توانایی ایجاد نسبت های تبدیل بالایی را دارند که به موازات این مسئله قابلیت ایجاد گشتاورهای بالایی را نیز دارند و در مواردی که نیاز به گشتاور های بالا و کارکرد به صورت دائم کار می باشد، همانند دستگاه های میکسر و یا سیستم های محرک خطی در جرثقیل های سقفی چند کاره انتخابی بسیارعالی است. گیربکس های آویز همانند گیربکس های هلیکال ساختار چرخ دنده هایی با امتداد پروفیل مورب نسبت به امتداد شفت دارند تنها تفاوتشان در این است که دارای ساختار چند محوری به صورت موازی می باشند. همچنین این نوع از جعبه دنده ها به دلیل حجم بالایی از روغن به صورت دائمی دارای ظرفیت حرارتی بالایی نسبت به سایر جعبه دنده های هلیکال هستند که در این امر خود باعث بالا رفتن عمر کارکرد گیربکس و عدم تخریب زود هنگام دنده ها می شود. از دیگر مزایای این گیربکس ها توانایی انتقال توان به چند شفت خروجی به صورت همزمان است. البته شایان ذکر است که در ازای بار وارده به هر شفت خروجی، توان شفت دیگر کاسته می شود
گیربکس کرانویل پینیون (Crown Wheel Pinion Gearbox)
گیربکس های کرانویل تشکیل شده است از تعدادی چرخدنده هلیکال و دو چرخدنده که قابلیت انتقال گشتاور در زاویه 90 درجه را ایجاد می کنند. به منظور انتقال نیرو در محور های متعامد و غیر متعامد و متنافر نیاز به سیستم درگیری دنده ها در دو سطح مورب بوده که توسط چرخ دنده های مخروطی مارپیچ تامین می گردد. در گیری پروفیل دنده های مخروطی مارپیچ به صورت همزمان بوده و عملکرد نرمی نسبت به دنده های مخروطی ساده دارند و می توانند گشتاورهای بالاتری را بدون ضربه و صدا به نرمی انتقال دهند
گیربکسهای خورشیدی (Planetary Gearbox)
امروزه در صنایع سبک و سنگین برای کاهش و یا افزایش دور، در صورت بالا بودن نسبت تبدیل و توان های بسیار بالا در فضاهای محدود و راندمان بالای گیربکس، از این نوع گیربکسها استفاده می شود. گیربکس های خوشیدی با قابلیت استفاده در دورهای بالا و توان های بالا یکی از پرکاربرد ترین چرخ دنده ها در صنایع نوین معرفی شده اند این نوع گیربکس ها در دو نوع تک استیج و یا چند استیج طراحی و تولید می گردد. در این نوع گیربکس ها امکان بدست آوردن دورهای ایده آل در محدوده بین 0/5 تا 800 دور در دقیقه قابل دستیابی می باشد. نسبت تبدیل در هر طبقه گیربکس بین 3 تا 7 متغیر است
پارامترهای دخیل در انتخاب گیربکس
توان ورودی ( منظور قدرت الکترو موتور با واحد کیلو وات یا اسب بخار )
دور ورودی ( دور چرخش شافت الکترو موتور در دقیقه )
دور خروجی ( دور چرخش شافت خروجی گیر بکس در دقیقه )
اندازه گشتاور خروجی ( معمولاً بر حسب واحد نیوتن متر سنجیده می شود )
نسبت تبدیل ( از تقسیم عدد دور خروجی بر عدد دور ورودی بدست می آید)
نوع ماشینی که برای آن انتخاب شده است
دمای محیط
شرایط محیط مانند گرد و خاکی بودن، رطوبتی بودن، یخ زدگی، استوایی
موتور محرک ( نوع و مشخصات )
نوع انتقال بین موتور گیربکس ( مستقیم ، از طریق کوپلینگ کلاچ ، واریاتور
