گیرباکس (Gear Box)
گیرباکس (Gear Box)
گیربکس (Gear Box):
گیربکس که در زبان فارسی چرخ‌دنده نامیده می‌شود، وسیله‌ای است که با تغییر دلبخواه، سرعت و گشتاور را از منبع نیرو (گشتاور) به مصرف‌کننده منتقل میکند. به عبارتی، گیربکس واسطی بین مبدا و مقصد برای انتقال گشتاور (Torque) و توان (power)، به مقدار مورد نیاز است. برای گیربکس، نوع سوخت منبع تولید توان، مهم نیست و فقط به گشتاور و توان منتقل شده از منبع برای انتقال آن نیازمند است. مهمترین دستگاه‌هایی که می‌توانند این نیرو را تولید کنند عبارتند از:
- موتورهای الکتریکی
- موتورهای دیزل
- موتورهای بنزینی
- موتورهای گازسوز
- توربین‌های بخار
- توربین‌های گازی
- توربین‌های آبی
- توربین‌های بادی
- موتورهای جت
- موتورهای خورشیدی
معرفی اصطلاحات مهم در چرخ‌دنده:
دایره‌ی گام (Pitch Circle) : دایره‌ای فرضی که تمامی محاسبات بر اساس آن انجام می‌گیرد. دایره‌ی گام دو چرخ‌دنده درگیر بر هم مماس می‌باشند.
گام محیطی (Circular Pitch): طول کمانی از دایره‌ی گام که بین دو نقطه متناظر از دو دندانه مجاور قرار گرفته است.
ارتفاع سردنده (Addendum) : فاصله‌ی بین بالای دندانه تا دایره‌ی گام.
ارتفاع ته‌دنده (Dedendum) : فاصله‌ی بین ته دندانه تا دایره‌ی گام.
لقی محیطی (Backlas) : مقداری که فضای خالی بین دو دندانه یک چرخ‌دنده از ضخامت دندانه‌های چرخ‌دنده درگیر با آن در امتداد دایره‌ی گام بیشتر است.
معرفی اصطلاحات مهم در گیربکس:
توان ورودی: منظور قدرت الکتروموتور (یا هر دستگاه تولید قدرت) با واحد کیلو‌وات یا اسب بخار است.
دور ورودی: دور چرخش شافت الکتروموتور (یا هر دستگاه تولید قدرت) در هر دقیقه می‌باشد.
دور خروجی: دور چرخش شافت خروجی گیربکس در هر دقیقه است.
گشتاور خروجی: معمولا بر حسب واحد نیوتن بر متر سنجیده می‌شود.
نسبت تبدیل: از تقسیم عدد دور خروجی بر عدد دور ورودی بدست می‌آید.
گیربکس تک سرعته و چند سرعته:
در بعضی از دستگاه‌ها مانند آسانسور، هدف فقط کاهش یا افزایش توان و یا بالعکس برای گشتاور است. در اینگونه وسایل از گیربکس‌های تک سرعته که می‌توان این کاهش یا افزایش گشتاور و بالعکس توان را در یک یا چند مرحله ایجاد کنند، استفاده می‌شود. اما در دستگاه‌هایی که در حین تغییر در گشتاور و توان، نیاز به سرعت داریم مانند خودرو، موتور سیکلت و غیره، از گیربکسی که بتواند این نیاز را برطرف سازد استفاده می‌شود. به این نوع از گیربکس‌ها که می‌توانند این تنوع سرعت و گشتاور مورد نیاز را برآورده کنند، گیربکس‌های چند سرعته گویند.
گیربکس تک سرعته – موتور آسانسور
گیربکس چند سرعته – گیربکس اتوموبیل
کار چیست؟ (W)
هرگاه نقطه‌ی اثر نیرو تغییرمکان پیدا کند، گوییم کار انجام شده است؛ بنابراین برای انجام کار نیاز به دو عامل نیرو (F) و تغییرمکان (S) می‌باشد: (در اینجا، منظور از W همان کار است).
W=F×S
نیرو چیست؟ (F)
نیرو، عاملی است که باعث حرکت، تغییرحرکت و یا تغییر فرم در اجسام می‌گردد.
نیروی برآیند: (Ft)
وقتی به یک جسم در راستاها و جهات گوناگون (و حتی با مقادیر متفاوت) نیرو وارد می‌شود؛ برای محاسبه‌ی نیرو، باید برآیند این نیروها بدست آید که به آن، نیروی برآیند گویند. این نیرو به تنهایی بیانگر اثرات همه‌ی نیروها با هم برروی جسم می‌باشد.
گشتاور: (T)
نیرویی که راستای وارد شدن آن برجسم تا مرکز ثقل آن فاصله دارد و یا به عبارتی آن نیرو بخواهد جسم را حول محوری بگرداند در آن قطعه تولید گشتاور می‌نماید.
با توجه به اینکه مقدارکار (W) نیز از حاصل‌ضرب مقدار نیرو در تغییرمکان بدست می‌آید، لذا گشتاور و کار می‌توانند واحد مشترک N.M را داشته باشند ولی بایستی توجه داشت که مقدار آنها در یک قطعه گردنده مساوی نمی‌باشد؛ به عنوان مثال: در دستگاه لنگی که با نیروی ثابتی می‌گردد، گشتاور ثابت مانده ولی مقدار کار به نسبت مسافتی که نیرو طی میکند تغییر می‌یابد.
گیربکس‌ها به دو دسته تقسیم می‌گردند؛ دسته‌ی اول گیربکس‌های کاهنده و دسته‌ی دوم گیربکس‌های افزاینده:
-
دسته‌ی اول، گیربکس‌های کاهنده:
این نوع گیربکس‌ها بین محرک و متحرک قرار می‌گیرند و دور مورد نیاز را تأمین میکند و در تیپ‌های مختلفی ساخته می‌شوند:
-
گیربکس با چرخدندههای ساده:
ساده‌ترین سیستم، درگیری دو محور موازی با استفاده از چرخ دنده‌های ساده امکان‌پذیر می‌باشد که دنده کاملا موازی در امتداد محور شافت می‌باشد و بیشترین کاربرد را درگیربکس‌های خودرو و گیربکس‌های ماشین‌های ابزار، مانند تراش، فرز و غیره را دارد. انتقال نیرو در دنده‌های ساده به صورت خطی می‌باشد. ساخت این نوع چرخ‌دنده ساده و کم هزینه می‌باشد.
چرخدندههای ساده
-
گیربکس با چرخ دنده‌های هلیکال:
این نوع چرخدندهها از دسته‌ی چرخدندههای با دنده‌ی مورب می‌باشند؛ انتقال نیرو در این دنده‌ها با حرکت یک نقطه در امتداد سطح دنده انجام می‌شود؛ به عبارتی ابتدا نوک دندانه‌ها با هم تماس می‌یابند، سپس به تدریج دو دندانه درگیر می‌شوند. کاربرد این نوع دنده‌ها به منظور کاستن صدا و درگیری نرم چرخدندهها در سیستم‌های مختلف انتقال نیرو به‌کار می‌روند و می‌توانند در دورها و توان‌های بالاتری نسبت به دنده‌های ساده استفاده شوند.
چرخ دنده‌های هلیکال
-
گیربکس با چرخ دنده‌های جناغی:
به منظور کاستن نیروی محوری اعمال روی شفت دنده‌ها و چرخدندههای هلیکال و همچنین افزایش میزان گشتاور انتقال‌یافته، دنده‌های هلیکال (Helical GearBox) به صورت متقابل به عنوان جناغی به‌کار می‌روند. این نوع دنده‌ها در گیربکس‌های کاهنده پرقدرت مانند آسیاب‌های سیمان، ورودی خط فولاد و امثال آن بیشترین کاربرد را دارند.
چرخدندههای جناغی شیاردار
-
گیربکس با چرخدندههای حلزونی (Worm)
در حالاتی که میزان کاهش سرعت بالا بوده و همچنین فضا محدود می‌باشد و دو محور ورود و خروج در یک امتداد نباشد از گیربکس‌های حلزونی VF و یا مرکب VF/VF که از چرخ‌دندهی حلزون و پیچ حلزون استفاده می‌گردد.
چرخدندههای حلزونی
چرخدندههای حلزونی
-
گیربکس با چرخ دنده مخروطی:
در گیربکس‌هایی که به منظور انتقال نیرو در چرخ‌دنده‌هایی که محورشان در یک صفحه بوده اما با هم دارای زاویه‌ای برابر ۹۰ درجه یا بیشتر و یا کمتر از ۹۰ درجه است، استفاده می‌گردد. بیشتر زاویه‌ی به‌کار رفته برای این نوع چرخدندهها ۹۰ درجه می‌باشد. از نوع مخروطی در دیفرانسیل خودروها استفاده می‌گردد.
چرخ‌دنده اسپیرال
نمای برش‌خورده‌ی دیفرانسیل خودرو
-
گیربکس با چرخدندههای خورشیدی (Planetary Gearbox)
امروزه درصنایع سبک و سنگین برای کاهش و یا افزایش دور، در صورت بالابودن نسبت تبدیل و توان‌های بسیار بالا در فضاهای محدود و راندمان بالای گیربکس، از این نوع چرخدندهها استفاده می‌شوند. چرخدندههای خورشیدی با قابلیت استفاده در دورهای بالا و توان‌های بالا یکی از پرکارترین چرخ دنده‌ها در صنایع نوین معرفی شده‌اند.
چرخدندههای خورشیدی
مزایای گیربکس‌های خورشیدی:
- گشتاور بالا
- طول عمر بالا
- صدای بسیار کم
- راندمان بالا
- حجم کم مورد نیاز
- تنوع در دورهای تولیدی
- تعمیرات آسان و راحت
- تحمل بالای بارهای عمودی و افقی
-
گیربکس فن برج‌های خنک کن (کولینگ تاور)
درصنایعی که می‌بایست از فن‌های خنک‌کن و آب مصرفی جهت کاهش حرارت چرخه‌ی تولید انرژی استفاده کرد؛ به منظور تأمین دور لازم جهت خنک‌کنندگی کافی، از گیربکس‌های مخصوصی به نام گیربکس‌های فن برج‌های خنک‌کن (Cooling Tower) استفاده می‌شود.
- دسته دوم، گیربکس‌های افزاینده:
در صنایع کشور به خصوص صنایع نیروگاهی و صنایع پالایشگاهی و صنایع پتروشیمی و غیره، نیاز به گیربکس‌های با دور بالا می‌باشد که این نوع گیربکس‌ها را افزاینده می‌نامند.
عوامل مهم در انتخاب یک گیربکس مناسب:
- دمای محیط
- شرایط محیط کار مانند: رطوبت، گرد و خاک و سرما
- نوع و مشخصات موتور محرک
- نوع انتقال قدرت (مستقیم، از طریق کوپلینگ یا واریاتور)
- نوع قرارگیری محورها
- مقدار بارهای وارده
- نوع و مشخصات مصرف کننده
کاربردهای صنعتی گیربکس ها:
- در صنایع کشاورزی مانند آبیاری
- در صنایع حمل و نقل مانند هواپیماها، قطارها، کشتیها و…
- در صنعت آب و فاصلاب مانند سیستم هواده فاضلاب و سدها
- در دستگاه‌های بالابر و جرثقیل‌ها مانند آسانسورهای خانگی و صنعتی
- در کارخانه‌ها مانند نورد آهن و رولها و …
- در کوره‌های گردان، مخلوط کن‌ها و …
- در صنایع خودروسازی مانند دستگاه‌های خودکار رنگ و جوش
- در صنایع دفاعی و نظامی مانند لانچرها
- در صنعت نفت و پتروشیمی مانند پالایشگاه‌ها
در زیر به طور خلاصه انواع گیربکس با شکل بیان شده است:
برای مطالعه مقالات بیشتر به سایت نبات رجوع نمایید.
مراجع:
- www.wikipedia.org
- www.gearbox.co.ke
- www.afaghkimia.com
- www.sahanddour.co
- www.tgagroup.ir
