لقی در گیربکس صنعتی
لقی در گیربکس صنعتی
مفهوم لقی در گیربکس صنعتی چیست؟ به طور کلی به فضای خالی بین دو چرخ دنده درگیر لقی یا بک لش(Backlash) می گویند. در واقع فاصله میان پروفیل دو چرخ دنده ای که با یکدیگر در حال درگیری باشند را لقی می گویند، که اگر در گیربکس صنعتی دو چرخ دنده در حالت تحت بار باشند لقی را لقی تحت بار و اگر دو چرخ دنده درگیر با هم بدون بار باشند لقی را لقی بدون بار می گویند.
مهم ترین پارامتری که برای تولید گیربکس مورد توجه قرار می گیرد لقی بین چرخ دنده ها است چون اگر لقی بین چرخ دنده ها مناسب نباشد گیربکس تولید شده یا در حالت قفل قرار می گیرد یا اینکه لقی آن بسیار زیاد خواهد بود. در نتیجه دستگاه دچار اختلال و در نهایت متحمل هرینه بسیار خواهد شد.
بنابراین با توجه به اهمیت لقی در تولید گیربکس صنعتی، محاسبه و چگونگی به دست آوردن لقی در گیربکس صنعتی، داشتن دانش و توجه به کاربرد آنها در تولید گیربکس از مهم ترین مسائل تولید کنندگان و طراحان گیربکس می باشد. فضای لقی موجود در بین چرخ دنده ها را می توان با روغن پوشش داد. روغن علاوه بر خنک کاری قطعات موجب کاهش اصطکاک میان دنده ها می شود.
همینطور برای این کلمه تعریف جامع تری هم وجود دارد، که این تعریف می گوید لقی، فاصله بین دو چرخ دنده در هنگام درگیری است که ناشی از تلرانس ضخامت دندانه ها می باشد. معمولاً در بین انواع چرخ دنده ها به دلیل آسان نمودن فرآیند ساخت و ماشین کاری، بر اساس استاندارد ساخت، لقی وجود دارد.
تست لقی در گیربکس صنعتی
در کل تولید چرخ دنده ها به صورت طبیعی با یک لقی مجاز است، که این لقی ممکن است بر اساس شرایط کاری و ماشین کاری باشد. برای تولید مقدار تقریبی لقی در چرخ دنده های ساده و هلیکال ابتدا ضخامت دندانه را کاهش داده، سپس با فرورفتگی ابزار در ماشین کاری چرخ دنده در حالت تئوریکی فاصله محوری محاسبه شده و به اندازه لقی مورد نظر تغییر خواهد کرد.
پارامترهای لقی در گیربکس صنعتی
همانطور که می دانیم پارامترهای بسیاری برای ایجاد لقی در یک گیربکس نقش دارند، اما مسئله مهم این است که لقی کل گیربکس صنعتی از مجموع لقی های سایر اجزای آن به دست می آید که در این میان دنده ها بیشترین نقش را در ایجاد لقی یک گیربکس صنعتی ایفا می کنند.
بنابراین لقی در گیربکس صنعتی در اثر پارامترهایی بوجود می آید و در واقع این لقی بستگی به آنها دارد.
- فضای مورد نیاز برای روغن
- تفاوت انقباض دو چرخ دنده، خطا در ماشین کاری دنده که شامل لنگ بودن دو چرخ دنده، خطای لید، پروفیل، گام، ضخامت چرخ دنده، زاویه هلیکس و فاصله محوری میان دو چرخ دنده، که برای اینکه لقی کمتر شود باید ماشین کاری چرخ دنده افزایش یابد.
- شرایط کاری مثل برگشت های مکرر در بارهایی که بیش از باری است که می تواند به کار گرفته شود.
- هزینه کلی برای دستگاه، چرا که با کاهش هزینه دقت و هزینه تولید افزایش پیدا می کند.
عوامل ایجاد لقی در یک گیربکس صنعتی
همانطور که گفتیم، علاوه بر دنده ها عوامل متعدد دیگری هم در ایجاد لقی در گیربکس ها نقش دارند. این عوامل عبارتند از :
- لقی بین پروفیل دو دنده
- فاصله مرکز تا مرکز قرارگیری دنده ها
- وجود هزار خاری و کشوئی به صورت سری با چرخ دنده ها
- وجود خارهای انگشتی جهت درگیری دو چرخ دنده
- لقی اجزای استاندارد و نشیمنگاه این اجزا در پوسته گیربکس صنعتی
در ادامه درباره این پارامترها توضیحاتی می آوریم.
در یک گیربکس صنعتی لقی پروفیل بین دو دنده چگونه ایجاد شده و محاسبه می شود؟
این لقی به دلیل افزایش یا کاهش تلرانس می باشد و یا ساچمه به ساچمه دنده رخ می دهد که این افزایش و کاهش تاثیر مستقیم خود را روی پروفیل دنده و همچنین ضخامت دندانه خواهد گذاشت.
اگر در دنده های خارجی، هر دو دنده در گیر با هم کمترین میزان را داشته باشد بیشترین لقی در سیستم پدید می آید و اگر تلرانس هر دو دنده درگیر در بیشترین مقدار خود باشد کمترین لقی ایجاد خواهد شد.
مقدار تلرانس یا ساچمه به ساچمه در دنده ها طبق استانداردهای موجود و با توجه به کاربرد و کلاس دنده ها انجام می شود که در نتیجه آن مقدار بازه تلرانسی به دست می آید.
چرا فاصله مرکز تا مرکز محل قرارگیری دنده ها باعث ایجاد لقی می شود؟
تلرانس اندازه مرکز تا مرکز نشیمنگاه چرخ دنده ها در گیربکس صنعتی یکی دیگر از پارامترهای موثر در ایجاد لقی گیربکس می باشد. زیاد بودن بیش از حد یا کم بودن بیش از حد تلرانس این اندازه بر عملکرد دنده های درگیر تاثیر مستقیم می گذارد.
به این صورت که اگر تلرانس بیش از اندازه بزرگ باشد چرخ دنده ها به طور کامل با هم درگیر نمی شوند و لقی پیش آمده بین آنها از حد مجاز بیشتر خواهد بود، اما اگر تلرانس فاصله مرکز تا مرکز نشیمنگاه چرخ دنده ها از حد مجاز خود کمتر باشد درگیری چرخ دنده ها با هم بیش از حد مجاز بوده و تحت فشار قرار می گیرند و درگیری آنها محکم انجام می شود، در این حالت است که گیربکس در بیشتر اوقات به حالت قفل در می آید و اصطلاحاً گیرپاژ می کند.
تاثیر وجود هزار خاری و کشوئی به صورت سری در چرخ دنده ها چیست؟
از وجود هزار خاری و کشوئی در بعضی از گیربکس ها بخاطر نوع طراحی آنها استفاده می شود که لقی این نوع از چرخ دنده ها بسیار تاثیرگذار در لقی کل گیربکس است. اگر در درگیری بین چرخ دنده ها لقی بین آنها مناسب باشد اما لقی بین کشوئی ها یا هزار خاری ها مناسب نباشد در سیستم لقی و لنگی ایجاد خواهد شد.
در این موقعیت لقی موجود در هزار خاری که روی چرخ دنده قرار دارد به پروفیل دنده یا دایره مرجع چرخ دنده داده می شود تا این دو فرم یعنی چرخ دهنده ها و هزار خاری و کشوئی در عملکردشان با یکدیگر به تعامل برسد.
وجود خارهای انگشتی جهت درگیری دو چرخ دنده در لقی گیربکس چه اثراتی دارد؟
در گیربکس از خارهای تخت و انگشتی ها جهت انتقال دوران یا گشتاور به دنده های دیگر با طراحی سری استفاده می شود. این اتصالات استفاده متداولی دارد و اگر در قطعات درگیر با یکدیگر لقی بین خار و جای خار از حد مجاز بیشتر باشد در لقی کل گیربکس صنعتی نیز اثر می گذارد حتی اگر درگیری بین چرخ دنده ها در حالت درستی باشد.
به همین جهت است که تعیین محدوده تلرانسی و تولید این فرم از انتقال دوران در گیربکس هایی که دارای دقت بیشتری هستند، اهمیت بسیاری دارد.
لقی اجزای استاندارد و نشیمنگاه آنها در پوسته چه تاثیری روی لقی گیربکس می گذارد؟
معمولاً در همه گیربکس ها از اجزای استاندارد استفاده می شود و چنانچه حتی یکی از این اجزا مثل بلبرینگ ها دچار مشکل باشد در ادامه کار عملکرد کل سیستم با اختلال مواجه خواهد شد.
اگر لقی این اجزا از حد مجازی که برای آنها تعریف شده بیشتر باشد،دنده ها به طور صحیح با هم درگیر نمی شوند و در نتیجه این اتفاق بر لقی سیستم نیز اثر منفی خود را خواهند گذاشت.
همینطور اگر محل درگیر شدن این قطعات که در پوسته گیربکس قرار دارد خارج از تلرانس مجاز باشد سبب بروز لقی در سیستم خواهد شد. برای اینکه در سیستم چنین اختلالاتی رخ ندهد، باید قطعات مورد نیاز را به صورت استاندارد تهیه نمود و برای گیربکس پوسته مناسبی تولید کرد.
لقی دنده ها در گیربکس صنعتی
مطابق توضیحات قبلی متوجه شدیم لقی در گیربکس صنعتی چیست و چه عواملی باعث ایجاد لقی می شوند. در ادامه به بررسی انواع لقی دنده می پردازیم.
لقی دنده گیربکس (Backlash)، به خلاصی یا لقی بین دندانه‌های دو چرخدنده درگیر با هم گفته می‌شود. هنگام درگیرشدن دو چرخدنده با هم دندانه درگیر بین دو دندانه چرخدنده دیگر قرار گرفته و به اصطلاح مش‌بندی یا مشبک می‌شوند. بکلش یا لقی چرخدنده برابر با مقدار فضای خالی اضافی بین دو دندانه نسبت به ضخامت دندانه درگیر است. اما وجود بکلش به دلایل مختلفی برای چرخدندهها ضروری است، این دلایل عبارتند از:
- جلوگیری از گیر کردن چرخدندهها
- ایجاد فضا برای روانکاری
- پوشش خطاهای احتمالی در حین تولید
- جبران انبساط حرارتی
اما، لقی دنده معایبی هم دارد. به‌عنوان‌مثال، لقی دنده گیربکس باعث افزایش لرزش، صدا، کاهش دقت و افزایش سایش دنده‌ها می‌شود. همچنین اگر میزان بکلش دنده کمتر از حد استاندارد و نرمال باشد، اصطکاک و سایش بین دندانه‌ها افزایش‌یافته و در نهایت باعث خرابی گیربکس می‌شود. علاوه بر این در کاربردهای صنعتی که نیاز به‌دقت بسیار بالا دارند، باید از گیربکس‌هایی استفاده شود که کمترین مقدار لقی دنده را دارند.
علی‌رغم اینکه مقدار بکلش هیچگاه صفر نخواهد شد، اما به برخی از گیربکس‌های صنعتی مانند گیربکس سایکلو یا هارمونیک درایو که کمترین میزان لقی را دارند، گیربکس بدون لقی یا زیرو بکلش (Zero Backlash) نیز می‌گویند.
انواع لقی دنده
به‌طورکلی انواع لقی دنده یا بکلش به 5 دسته تقسیم می‌شوند:
- لقی محیطی یا جنبی
- لقی نرمال
- لقی زاویه‌ای
- لقی شعاعی
- لقی محوری
لقی محیطی یا جنبی (Circumferential Backlash)
در چرخ دنده‌های صنعتی سه دایره فرضی مهم داریم که عبارتند از:
- دایره داخلی یا مبنا
- دایره گام
- دایره خارجی یا بیرونی
لقی محیطی به طول قوس فضای خالی بین دو دندانه درگیر روی دایره گام اشاره دارد. به عبارت دیگر، لقی دنده محیطی، برابر با مسافتی است که چرخ دنده درگیر می‌چرخد تا پهلوی (سطح شیب‌دار) دندانه‌ها با هم تماس پیدا کنند، درحالی‌که دندانه دیگر ثابت است.
لقی نرمال (Normal Backlash )
لقی نرمال یا لقی دنده طبیعی، کمترین فاصله بین دو پهلوی دندانه‌های درگیر در یک جفت چرخدنده در زمانی است که سطوح این دندانه‌ها با هم در تماس هستند.
لقی زاویه‌ای (Angular Backlash)
لقی زاویه‌ای، حداکثر زاویه‌ای است که چرخدنده درگیر می‌تواند حرکت کند تا پهلوی دندانه‌ها با هم تماس پیدا کنند، درحالی‌که دنده دیگر ثابت است. لقی زاویه‌ای مشابه لقی محیطی است با این تفاوت که به جای فاصله، زاویه چرخش دنده را بیان می‌کند.
لقی شعاعی (Radial Backlash)
بکلش شعاعی به مقدار جابه‌جایی بین دو چرخدنده درگیر، در جهت شعاعی (به سمت داخل یا خارج) اشاره دارد. به‌عبارت‌دیگر، لقی شعاعی نشان می‌دهد که چقدر می‌توان مرکز دو چرخدنده را به هم نزدیک یا دور کرد در حالیکه دندانه‌های آنها هنوز در تماس هستند.
لقی محوری (Axial Backlash)
لقی محوری در چرخ دنده‌های بول که محورهای 90 درجه نسبت به هم دارند، اتفاق می‌افتد. لقی محوری، به مقدار جابه‌جایی یا خلاصی بین چرخ دنده‌های بول در جهت محوری (به سمت جلو یا عقب) اشاره دارد.
عوامل ایجاد لقی دنده
عوامل مختلفی در ایجاد لقی دنده موثر هستند اما مهمترین آنها نازک شدن دندانه‌های چرخدنده است. برخی از مهمترین عوامل ایجاد لقی دنده عبارت‌اند از:
- خطاهای ماشین‌کاری: خطاهایی مانند هم تراز نبودن، ابعاد نادرست دندانه‌ها و ناهمواری آنها می‌تواند در ایجاد لقی بیشتر چرخ‌دنده‌های گیربکس نقش داشته باشد.
- انقباض دندانه‌ها: در برخی موارد، دندانه‌ها پس از ماشین‌کاری به دلیل انقباض تا حدی کوچک‌تر می‌شوند. این مسئله به افزایش لقی در گیربکس منجر می‌شود.
- سایش دندانه‌ها: به مرو رزمان و به دلیل اصطکاک و حرارت نسبتاً زیاد گیربکس‌های صنعتی، دندانه‌های چرخدنده ساییده شده و نازک‌تر می‌شوند، بنابراین لقی دنده افزایش می‌یابد.
- اضافه‌بار: بارهای سنگین و ناگهانی ممکن است موجب شکستگی و آسیب دندانه‌ها شده و لقی دنده گیربکس را افزایش دهند.
- لرزش و ارتعاش: لرزش بیش از حد در حین کار، می‌تواند باعث جابه‌جایی دندانه‌ها و افزایش لقی گیربکس شود.
- طراحی نامناسب: طراحی نامناسب گیربکس، مانند انتخاب چرخدنده نامناسب یا فاصله غیراستاندارد مرکز چرخدندهها از هم می‌تواند منجر به افزایش لقی در چرخدنده شود.
- روغن‌کاری نامناسب: عدم استفاده از روغن مناسب یا کمبود روغن دستگاه، منجر به افزایش اصطکاک و سایش دندانه‌های گیربکس می‌شود، بنابراین لقی گیربکس افزایش می‌یابد.
در نهایت
میزان لقی دنده از چند جهت مهم است: 1-میزان لقی تأثیر مستقیم روی عمر مفید دستگاه دارد. 2-در کاربردهایی که نیاز به کنترل دقیق سرعت و حرکت دارند، میزان لقی گیربکس یکی از عوامل بسیار مهم و اثرگذار است. 3-علاوه بر این، میزان لقی دنده بر عملکرد روان و کم صدای دستگاه و هزینه‌های جانبی ناشی از خرابی یا تعمیر گیربکس صنعتی نیز تأثیر می‌گذارد.
گیربکس با لقی بسیار کم و نزدیک به صفر (Zero Backlash یا Anti Backlash) در مواردی مثل گیربکس‌های صنایع نظامی استفاده می‌شود. البته باید به این نکته نیز اشاره کرد که هرچه میزان لقی در گیربکس صنعتی کمتر و نزدیک به صفر باشد دقت بیشتری برای ساخت چرخ دنده‌ها نیاز است و به همین دلیل قیمت گیربکس صنعتی افزایش می‌یابد.