گیربکس یا چرخ دنده
گیربکس صنعتی ماشینی است که برای عمل انتقال توان مکانیکی از یک منبع تولید توان به یک مصرف کننده را انجام میدهد. و هچنین برآورده ساختن گشتاور و سرعت دورانی مورد نیاز مصرف کننده به کار برده میشود. گیربکس صنعتی در واقع یک واسطه بین منبع توان و مصرف کننده توان می باشد که بین آنها یک انعطاف پذیری بر قرار میکند. 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 می‌باشد.
دستگاهی که این عمل را انجام میدهد گیربکس 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 هر نوع ماشینی باشد فقط کافی است که مصرف کننده بتواند توان خروجی از گیربکس صنعتی را بصورت گشتاور دریافت کند.
تعاریف برخی از اصطلاحات مکانیکی
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
گیربکسها در دو دسته کلی تولید می شوند:
- گیربکس‌های کاهنده
این نوع از گیربکسها 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.