گیربکس‌ و انواع و کاربرد آن‌ + عیب‌یابی و راهنمای انتخاب گیربکس مناسب

بسیاری از صنایع الزام به استفاده از موتورهای الکتریکی دارند. موتورهای الکتریکی قدرت‌های متفاوت و سرعت چرخش بالایی دارند اما در برخی صنایع به سرعت پایین‌تر و قدرت بیشتر نیاز دارند. در این صنایع، بهترین راه برای افزایش قدرت و کاهش سرعت چرخش موتورهای الکتریکی، استفاد از گیربکس (Gearbox)  است. در این مقاله به گیربکس‌ صنعتی، انواع و کاربرد آن‌ها و همچنین عیب‌یابی گریبکس صنعتی پرداخته‌ایم.

گیربکس چیست؟

گیربکس (Gearbox)  به معنی جعبه دنده است. گیربکس در واقع یک واسطه منبع توان و مصرف توان است که بین منبع توان و مصرف کننده توان انعطاف پذیری بر قرار می‌کند.

در ماشین آلات صنعتی، هماهنگ بودن گشتاور و سرعت دورانی منبع تولید توان با مصرف کننده لازم است. ماشینی که بتواند این هماهنگی را به صورت یک واسطه برقرار کند، گیربکس نام دارد.

ماشین های ساده مانند اهرم ها، قرقره ها، جرثقیل ها، چرخ دنده ها و غیره، ابزاری هستند که بدون تغییر در مقدار کار انجام شده، انجام کار را آسان‌تر می‌کنند. این گونه وسایل انسان را قادر به جابه‌جایی تجهیزات سنگین با نیروی کم می‌کند.

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 (کار)

نیرو

نیرو عامل حرکت، تغییر حرکت و یا تغییر فرم در اجسام است. به دلیل اینکه، 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 است، نیروی معادل ترکیب تمام نیروها را بدست می‌آورند که دارای اثر همه نیروها باشد. این نیرو را نیروی برآیند می‌نامند.

گشتاور

نیرویی که قطعه‌ای را حول محوری می‌چرخاند، در آن قطعه تولید گشتاور می‌کند.

با توجه به اینکه مقدار کار (W) نیز از حاصل‌ضرب مقدار نیرو در تغییر مکان بدست می‌آید، بنابراین گشتاور و کار می‌توانند واحد مشترک N.M را داشته باشند، ولی بایستی توجه داشت که مقدار آنها در یک قطعه گردنده مساوی نیستند.

بعنوان مثال در دستگاه لنگی که با نیروی ثابتی می‌شود گشتاور ثابت مانده ولی مقدار کار به نسبت مسافتی که نیرو طی می کند تغییر می‌یابد.

نحوه محاسبه گشتاور خروجی الکتروگیربکس

Τ = P x 955/n²
Τ   گشتاور [rpm]

P توان [kw]

n² دور خروجی [rpm]

کاربرد گیربکس صنعتی

گیربکس صنعتی به دلیل بزرگ بودن و قابلیت تحمل توان های بالا در ورودی گیربکس در صنایع سنگین کاربرد دارد که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم.

• صنایع فولاد
• صنایع سیمان
• صنایع نئوپان سازی
• صنعت روی
• صنایع پتروشیمی
• صنایع مس
• صنعت نورد فولاد
• دستگاه‌های انتقال مواد در معادن
• دستگاه‌های انتقال مواد کوره‌های ذوب
• پرس‌های سنگین
• تامین گشتاور مورد نیاز پمپ های هیدرولیکی غول پیکر در جرثقیل های بزرگ
• انواع آسیاب‌های موجود در معادن روی و مس
• آسیاب‌های بالمیل

اجزای تشکیل دهنده گیربکس

چرخدنده ها

چرخدنده‌ها از اجزای اصلی گیربکس هستند و باتوجه به نوع گیربکس، شکل و جنس متفاوت دارند.

پوسته گیربکس

پوسته گیربکس، دنده‌ها را درون خود جای داده و معمولا از جنس چدن ریخته‌گری می‌شود.

شافت های ورودی و خروجی

این شافت ها به صورت سوراخ (HOLLOW) و یا شافت (Solid) بوده و از جنس فولاد هستند.

بیرینگ (Bearing) یا یاتاقان

جهت تحمل بارهای شعاعی و محوری شافت های گیربکس، بیرینگ‌ها کاربرد دارند.

نشت بند (seal) یا کاسه نمد

برای حفاظت بیرینگ‌ها و روغن داخل پوسته گیربکس، از عوامل خارجی مانند گرد و غبار از نشت ‌بند استفاده می‌کنند.

درپوش کنترل روغن و بازبینی

کاسه نمد

انواع گیربکس صنعتی

گیربکس ها به دو دسته تولید می شوند:

گیربکس های کاهنده

این نوع از گیربکس‌ها که بین محرک و متحرک جای می‌گیرد، در واقع وظیفه تامین و دور مورد نیاز داشته و در انواع مختلفی تولید می‌شوند.

گیربکس های افزاینده

گیربکس های دور بالا که در صنایع بالادستی و پالایشگاهی کاربرد دارند، از نوع گیربکس‌های افزاینده هستند.

انواع گیربکس‌ صنعتی براساس نوع چرخدنده:

• خورشیدی
• شفت موازی
• نود درجه

 انواع گیربکس‌ صنعتی براساس نسبت تبدیل و میزان گشتاور کاری:

• دو محور
• سه محور
• چهار محور

انواع چرخدنده در گیربکس های صنعتی:

• هلیکال یا ساده
• مخروطی
• جناغی

در ادامه با انواع گیربکس‌های صنعتی آشنا می‌شوید.

گیربکس حلزونی (Worm Gearbox)

این گیربکس‌ها دارای یک ماردون فولادی است که سخت کاری پیوسته شده و سنگ خورده است. همچنین دارای یک چرخدنده حلزونی است که معمولا جنس آن برنز ریخته گری شده است. گیربکس حلزونی (مکعبی) حرکت سینماتیکی خود را از این دو قطعه تامین می‌کند. کاربرد گیربکس‌های حلزونی به دلیل ساختار و زاویه خروجی آنها و متعامد بودن دارای کاربردهای فراوانی است. همچنین به خاطر نرم کارکردن در سیستم‌های بالابر و همچنین آسانسورها که نیاز به ایجاد گشتاور و راه اندازی نرم است، کاربرد فراوانی دارند. همچنین این گیربکس‌ها درکانوایرها وسیستم‌های انتقال مواد کوچک کاربرد فراوان دارند.

عدم برگشت پذیری در نسبت های تبدیل بالای 30 و قابلیت نصب آسان، نیز از ویژگی‌های مهم گیربکس‌های حلزونی، است. قابلیت نصب در هشت حالت متفاوت، باعث استفاده راحت این گیربکس‌ها شده‌است.

گیربکس هلیکال یا شافت مستقیم (Helical Gearbox)

عملکرد این نوع گیربکس به این صورت است که با کاهش دور باعث افزایش گشتاور در قسمت خروجی می‌شوند. نام این نوع گیربکس به این دلیل است که، چرخدنده ‌های گیربکس‌های هلیکال  ساختار مارپیچ یا هلیکال دارند. این نوع چرخدنده ها از نوع ساده ولی با امتداد پروفیل مورب نسبت به امتداد شفت هستند. با حرکت یک نقطه در امتداد سطح دنده با توجه به ساختار چرخ دنده‌های هلیکال، انتقال نیرو در این نوع جعبه دنده‌ها، انجام می‌شود. این نوع گیربکس‌ها به دلیل کاستن صدا و درگیری نرم چرخ دنده‌ها در سیستم های انتقال نیرو استفاده می‌شوند. همچنین قابلیت استفاده در دورها و توان‌های بالاتری نسبت به دنده های ساده دارند.

گیربکس آویز (Parallel Shaft Gearbox)

این گیربکس‌ها به دلیل چند محور بودن توانایی ایجاد نسبت‌های تبدیل بالایی را دارند. همچنین در صورت نیاز به گشتاورهای بالا و کارکرد به صورت دائم، توان ایجاد گشتاورهای بالایی را نیز دارند. مانند دستگاه‌های میکسر و یا سیستم‌های محرک خطی در جرثقیل‌های سقفی چند کاره.

این گیربکس‌ها مشابه نوع هلیکال ساختار چرخ دنده‌هایی با امتداد پروفیل مورب نسبت به امتداد شفت دارند.  تفاوت این دو نوع گیربکس، ساختار چند محوری به صورت موازی است. همچنین  حرارت بالای این نوع جعبه دنده‌ها به دلیل حجم بالایی از روغن به صورت دائمی است که خود باعث بالا رفتن عمر مفید گیربکس و عدم تخریب زود هنگام دنده‌ها است.

گیربکس کرانویل پینیون (Crown Wheel Pinion Gearbox)

گیربکس‌های کرانویل، گشتاورهای بالاتری را بدون ضربه و صدا به نرمی انتقال می‌دهند و از تعدادی چرخدنده هلیکال و دو چرخدنده انتقال گشتاور در زاویه 90 درجه، تشکیل شده‌اند. برای انتقال نیرو در محورهای متعامد و غیرمتعامد و متنافر به سیستم درگیری دنده‌ها در دو سطح مورب نیاز است. این مساله توسط چرخ دنده‌های مخروطی مارپیچ برآورده می‌شود. درگیری پروفیل دنده‌های مخروطی مارپیچ به صورت همزمان است و عملکرد نرم‌تری نسبت به دنده‌های مخروطی ساده دارند.

گیربکس صنعتی (Industrial Gearbox)

گیربکس‌های صنعتی براساس سفارش مصرف کننده، به صورت تک و یا کوپله شده با موتور که همان موتور گیربکس یا الکتروگیربکس است، تولید می‌شود.

 گیربکس خورشیدی (Planetary Gearbox)

امروزه در صنایع سبک و سنگین به دلایل زیر از  گیربکس خورشیدی استفاده می شوند.

• برای کاهش و یا افزایش دور در صورت بالا بودن نسبت تبدیل
• توان‌های بسیار بالا در فضاهای محدود
• راندمان بالای گیربکس

چرخ دنده‌های خورشیدی یکی از پرکاربرد‌ترین چرخ دنده ها است و در دو نوع تک استیج و یا چند استیج موجود هستند. این نوع گیربکس، قابلیت استفاده در دورهای بالا و توان‌های بالا و امکان بدست آوردن دورهای ایده آل در محدوده بین 5/0 تا 800 دور در دقیقه را دارند. نسبت تبدیل در هر طبقه گیربکس بین 3 تا 7 متغیر است.

عیب یابی گیربکس صنعتی

صدای غیر عادی در گیربکس

مقدار کم روغن، خرابی خار و یا جای خار، وجود جرم خارجی، شل بودن با تراز نبودن محل نصب، ایراد در بیرینگ و چرخدنده ها باعث ایجاد صدای غیرعادی درگیربکس می‌شود.

لرزش غیرعادی در گیربکس

شل بودن اتصالات و کوپلینگ، شل بودن محل نصب گیربکس، وجود جرم خارجی و آسیب دیدگی بیرینگ و توان کم الکتروموتور منجر به لرزش‌های یرعادی گیربکس می‌شود.

دمای بالای گیربکس

در صورت کم بودن مقدار و یا غلظت روغن گیربکس و یا توان بالای الکتروموتور دمای گیربکس بالا می‌رود.

نشت روغن در گیربکس

به دلیل میزان زیاد روغن، شل بودن یا خرابی درپوش و همچنین خرابی آب بندها در گیربکس نشت روغن ایجاد می‌شود.

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 )
• میزان گشتاور خروجی ( معمولاً بر حسب واحد نیوتن متر سنجیده می‌شود )
• نسبت تبدیل ( از تقسیم عدد دور خروجی بر عدد دور ورودی بدست می‌آید)
• نوع ماشین مورد استفاده
• دمای محیط
• شرایط محیط مانند گرد و خاکی، رطوبت، یخ زدگی و استوایی
• موتور محرک ( نوع و مشخصات )
• نوع انتقال بین موتور گیربکس ( مستقیم، از طریق کوپلینگ کلاچ، واریاتور)
• آرایش محورها
• مقدار بار شعاعی و یا پیشران و علل آن