آشنایی با انواع گیربکس صنعتی
در یک توضیح کلی گیربکس یا همان جعبه دنده وسیله ای است که برای انتقال نیرو، تغییر در میزان گشتاور و سرعت دوران الکتروموتور از آن استفاده می‌شود. انواع گیربکس صنعتی وجود دارد که همه آنها از تعدادی چرخ دنده تشکیل شده‌اند و بر اساس نوع چرخ دنده، نوع شفت و مکانیزم عملکردشان تقسیم بندی می‌شوند. که دو وظیفه دارد.
بنابراین آنها قسمتی از ماشین آلات صنعتی هستند که برای کاهش و یا افزایش سرعت و گشتاور کاربرد دارند. گیربکس و الکتروموتور تکفاز و یا سه فاز از طریق شفت به هم متصل شده و بر اساس نسبت تبدیل گیربکس گشتاور و سرعت خروجی ایجاد می‌شود. در هر کدام از انواع گیربکس، نحوه طراحی شفت و چرخ دنده‌ها فرق دارد.
همین تفاوتها باعث طراحی و تولید انواع مختلف گیربکس شده است که برای کاربردهای متفاوتی استفاده می‌شوند. انواع گیربکس صنعتی با خصوصیات و ویژگیهای خود، در صنایع گوناگونی مانند کشاورزی، ساختمان سازی، معادن، پتروشیمی، صنعت برق و بسیاری موارد دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در مقاله مربوط به گیربکس صنعتی تا حدودی درباره انواع گیربکس و کاربردهای آن صحبت کردیم، اما در این مطلب سعی کردیم تا توضیحات کاملتری در مورد انواع گیربکس و تقسیم بندی آنها بر اساس ویژگی های مختلف ارائه کنیم.
تقسیم بندی انواع گیربکس بر اساس پارامترهای مختلف
تقسیم بندی بر اساس نوع چرخ دنده
- گیربکس حلزونی
- گیربکس خورشیدی
- گیربکس هلیکال
- گیربکس کرانویل پینیون
- گیربکس مخروطی
- گیربکس قورباغه ای یا روسی
تقسیم بندی بر اساس شفت
- شفت مستقیم یا هلیکال
- شفت موازی یا گیربکس آویز
- شفت بغل یا کرانویل
تقسیم بندی بر اساس مکانیزم
انواع گیربکس کاهنده پر استفاده تر از گیربکس های افزاینده هستند.
- گیربکس کاهنده
- گیربکس افزاینده
بررسی انواع گیربکس بر اساس نوع چرخ دنده
1-گیربکس حلزونی
گیربکس حلزونی، از پرکاربردترین انواع گیربکس صنعتی است که نام گذاری آن به دلیل شکل ظاهری که دارد است، که به صورت مکعبی هم ساخته می‌شود. گیربکس حلزونی از حداقل دو چرخ دنده ساخته شده است، که چرخ دنده اول استوانه ای شکل می‌باشد و همان شفت مارپیچ یا ماردون هم نامیده می‌شود و دیگری یک چرخ دنده دایره ای است که به آن چرخ دنده برنجی می‌گویند.
نیروی ورودی به ماردون که عضو محرک است، وارد می‌شود سپس باعث چرخش چرخ دنده دایره‌ای شکل یا متحرک می‌شود. جنس چرخ دنده ماردون از فولاد است که در برابر بار، فشار و ضربات سنگین ورودی، مقاومت بیشتری داشته باشد و جنس چرخ دنده دایره ای از برنج است برای این که به صورت نرم و آرام کار کند.
جنس پوسته گیربکس حلزونی از چدن و آلومینیوم است که با توجه به نیاز و کاربرد ساخته می‌شوند. گیربکس های تا تیپ 90 از جنس آلومینیوم و گیربکس های با سایز بزرگتر با بدنه چدنی تولید می‌شوند.
ویژگیهای منحصر به فرد گیربکس حلزونی عبارتند از:
- کم مصرف بودن
- قیمت پایین و وزن کم
- سرعت کم به طوری که می‌تواند نسبت تبدیل 1 به 100 را در فضایی کوچک ارائه دهد، و قابل استفاده در شرایطی است که کاهش سرعت و افزایش گشتاور بالا لازم است.
- دارای خاصیت خود قفل شوندگی، در واقع ماردون این گیربکس می‌تواند چرخ دنده برنجی را بچرخاند اما برعکس آن ممکن نیست، و مناسب مواقعی که لازم است چرخ دنده ها قفل شوند یا گیربکس نباید در جهت برعکس بچرخد، می‌باشد، که به آن خاصیت خود قفل شونده می‌گویند.
- قابلیت نصب در حالات مختلف
- ورودی و خروجی های مختلف
اجزای تشکیل دهنده انواع گیربکس حلزونی
گیربکس حلزونی شامل اجزای زیر است:
- چرخ دنده
- ماردون فولادی
- شفت
- فلنج
- محور
- بلبرینگ
- بدنه
انواع گیربکس حلزونی
- گیربکس کتابی یا گیربکس مکعبی: سری NRV و NMRV
- گیربکس حلزونی دایره ای: سری VF و MVF
- گیربکس حلزونی پایه فلنج: سری VF/FC و MVF/FC
گیربکس NRV و NMRV
در مواردی که به دور خروجی کم و گشتاور بالا نیاز است، کاربرد دارند، و به دلیل شکل ظاهری، به آن ها گیربکس کتابی یا گیربکس مکعبی هم می‌گویند. تفاوت NRV و NMRV در نوع ورودی آنها است. NRV ورودی شفت است و NMRV ورودی فلنج و هالو شفت است. گیربکس کتابی یا مکعبی به شکل پایه دار تولید می‌شود.
گیربکس VF و MVF
این دو مدل از لحاظ ساختاری، مشابه گیربکس NRV و NMRV هستند ولی تفاوت آنها در شکل ظاهری است که به صورت دایره‌ای هستند. تفاوت VF و MVF مانند دسته قبلی در نوع ورودی و خروجی آنها است. مدل VF ورودی با شفت است و مدل MVF ورودی با فلنج یا هالو شفت است. این گیربکس ها هم با پایه تولید می‌شوند.
گیربکس VF/FC و MVF/FC
کلمه FC که در کنار اسم دو مدل VF و MVF قرار دارد، در واقع نشان دهنده تفاوت ظاهری در این دو مدل گیربکس است. در گیربکس های VF/FC و MVF/FC از فلنج برای پایه گیربکس استفاده شده است که به آن ها پایه فلنج می‌گویند.
2-گیربکس خورشیدی
یکی از انواع گیربکس صنعتی، گیربکس خورشیدی یا سیاره ای است. اسم آن به دلیل شکل قرارگیری و نوع حرکت چرخ دنده های درون گیربکس است، به این صورت که یک چرخ دنده در وسط قرار دارد و اغلب سه چرخ دنده دیگر که درون یک حلقه یا رینگ قرار دارند، به دور آن می‌چرخند.
چرخ دنده ای که در مرکز است، نیروی ورودی را از طریق شفت ورودی می‌گیرد. در این مدل چون همزمان چند چرخ دنده با هم درگیر هستند، وزن و بار به طور یکنواخت بین چرخ دنده ها پخش شده و چند طبقه یا استیج تولید می‌شوند. در مدل چند استیج، تعداد چرخ دنده های خورشیدی بیشتری در یک راستا قرار دارند. زمانی که به گشتاور بیشتری نیاز است از مدل چند استیج استفاده می‌شود.
اکثر گیربکس های خورشیدی به صورت شفت مستقیم و با ورودی های شافت، هالو شافت و فلنج هستند اما در برخی موارد با ورودی 90 درجه هم تولید می‌شوند. خروجی گیربکس های خورشیدی هم به شکل شفت تک خاری، هزار خاری و فلنج است و برای کاربردهای مختلف می‌توانند به صورت ترکیبی هم باشند.
ویژگیهای منحصر به فرد گیربکس خورشیدی عبارتند از:
- پر قدرت ترین گیربکس
- کاربرد در صنایع سنگین
- خروجی های متنوع
- محدوده گشتاور بالا
- حجم بسیار کم
- تحمل بار عمودی و افقی زیاد بر روی شفت
- صدای بسیار کم
- راندمان بالا
- عمر طولانی
- لقی بسیار کم
- قابلیت تحمل دورهای ورودی بالا
مدلهای خاص گیربکس خورشیدی
دو مدل خاص برای گیربکس های خورشیدی داریم که گیربکس سروو موتور و گیربکس هیدرو موتور یا نود درجه هستند. در این دو مدل ورودی گیربکس برای اتصال و کوپل شدن با سروو موتورها و هیدرو موتورها طراحی شده است. در واقع بعضی گیربکس های خورشیدی به جای اتصال به الکتروموتور سه فاز و یا تکفاز به سروو موتور و هیدرو موتور وصل می شوند که به آن ها گیربکس سروو موتور و گیربکس هیدرو موتور می‌گویند.
3-گیربکس هلیکال
نام گیربکس هلیکال، به دلیل نوع چرخ دنده آن است. در این گیربکس از چرخ دنده های هلیکال استفاده شده است که تحمل توان بالا و انتقال نیروی زیادی دارند، و هلیکال در لغت به معنای مارپیچ است. معمولا تعداد چرخ دنده های هلیکالی گیربکس، زوج هستند. به دلیل شکل ظاهری و طراحی چرخ دنده های مورب و راستای خروجی شفت آنها، به این نوع گیربکس، گیربکس شافت مستقیم هم می‌گویند.
گیربکس شافت مستقیم به دلیل راندمان بالا، قیمت مناسب و تحمل فشار و تکان بالا از گیربکس های پرکاربرد در صنعت هستند. از این نوع گیربکس در صنایع نفت، برش، چوب، معادن، نوارنقاله، آسانسور و لیفت، کمپرسورها، صنایع پلاستیک، صنایع غذایی و آشامیدنی، آب و فاضلاب و موارد بسیار دیگری در صنایع مختلف استفاده می‌شود.
ویژگیهای منحصر به فرد گیربکس هلیکال عبارتند از:
- ساختار کوچک و قابل استفاده در فضاهای محدود
- لرزش و نویز کم
- انتقال گشتاور بالا
- ورودی و خروجی هم راستا
- طول عمر طولانی
- قابلیت نصب در حالات عمودی و افقی
- توانایی کار در سرعت بالا بدون ایجاد لرزش
- راندمان بالا
- قیمت مناسب
انواع گیربکس هلیکال
به دلیل ویژگی هایی که این نوع گیربکس دارند، کاربردهای زیادی دارند و دارای طراحی های گوناگونی هستند. گیربکس های هلیکال به صورت پایه دار و بدون پایه و با ورودی و خروجی های متفاوت شفت، هالو شافت و فلنج تولید شده و به صورت شافت مستقیم، چند محور و آویز هستند.
شفت مستقیم
در گیربکس هلیکال شفت مستقیم، همان طور که از نام آن مشخص است شفت ورودی و خروجی در یک راستا و به صورت مستقیم هستند که اصلی ترین و ساده ترین نوع گیربکس هلیکال است.
این نوع گیربکس با توجه به نوع نصب به چهار دسته تقسیم می‌شوند که عبارتند از:
- گیربکس شفت مستقیم فلنج دار مناسب موارد عمود نصب
- هلیکال پایه دار مناسب نوار نقاله ها
- شفت مستقیم پایه دار و فلنج دار
- گیربکس هالو شفت مستقیم
چند محور
در این مدل از انواع گیربکس، از چرخ دنده هلیکال و کرانویل پینیون استفاده می‌شود که اغلب از نوع هلیکال است تا گشتاور بالایی داشته باشد. این مدل گیربکس از لحاظ اندازه و وزن، از دو مدل دیگر یعنی شفت مستقیم و آویز بزرگتر است و به همین دلیل جز گیربکس های سنگین است.
متداول ترین گیربکس چند محور، گیربکس قورباغه ای یا روسی است که با نام سری pm هم شناخته می‌شود. ویژگی گیربکس قورباغه ای تحمل تنش و بارهای سنگین است و از معایب آنها اندازه بزرگ و وزن زیاد است.
آویز
گیربکس آویز یا شفت موازی و شفت مستقیم از لحاظ نوع چرخ دنده ای که دارند، شبیه هم هستند اما ظاهر آنها با یکدیگر متفاوت است. در واقع تفاوت آنها در موازی بودن شفت خروجی و ورودی است. یکی از دلایل تفاوت ظاهری این است که گیربکس شفت مستقیم، محدودیت فضای نصب دارد و در صورت نیاز به این نوع گیربکس، از مدل گیربکس آویز استفاده می‌شود.
گیربکس آویز یکی از انواع گیربکس است که به دلیل تحمل بارهای محوری و شعاعی و نوع طراحی شفت و اشغال فضای کم، کاربرد زیادی در صنایع دارند که یکی از آنها استفاده در نوار نقاله ها است.
4- گیربکس کرانویل پینیون
نام این مدل گیربکس از چرخ دنده های کرانویل و پینیون گرفته شده است. در این گیربکس، شفت خروجی نسبت به شفت ورودی زاویه نود درجه دارد، و انتقال نیرو از طریق درگیر شدن چرخ دنده های کرانویل و پینیون با هم صورت می‌گیرد. برای استفاده در سرعت بالا، دندانه های چرخ دنده، صاف و مستقیم هستند و برای سرعت های پایین و دقت زیاد از دندانه های مارپیچی استفاده می‌شود.
به این مدل گیربکس، شفت بغل هم می‌گویند که لحاظ ظاهری شباهت زیادی به گیربکس حلزونی دارند، اما از لحاظ مکانیزم عملکرد بیشتر شبیه گیربکس هلیکالی یا شفت مستقیم هستند. به دلیل اینکه در این نوع گیربکس، چرخ دنده ها به صورت مورب روی هم قرار می‌گیرند و قابلیت تحمل بار آنها زیاد است، اغلب در مواردی که بارهای ضربه ای زیادی وجود دارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.
این مدل گیربکس کم حجم و کوچک هستند و فضای کمی اشغال می‌کنند و همین امر باعث پرکاربرد شدن آنها در صنایع مختلف است. گیربکس کرانویل پینیون با ورودی و خروجی های شفت، هالو شفت و فلنج و به شکل پایه دار تولید می‌شوند.
ویژگیهای منحصر به فرد گیربکس کرانویل پینیون عبارتند از:
- راندمان بالا
- ایجاد گشتاور بالا
- دارای شافت ورودی و خروجی متفاوت
- انتقال گشتاور با زاویه 90 درجه
- دارای چرخ دنده هلیکالی
- مقاومت در ضربات و فشارهای سنگین
- کاربرد در صنایع سنگین
انواع گیربکس کرانویل پینیون
گیربکس های کرانویل پینیون، بر اساس مدل چرخ دنده هایی که در آن به کار برده می‌شود، طبقه بندی می‌شوند. این چرخ دنده ها عبارتند از چرخ دنده مدل کرانویل پینیون و چرخ دنده مدل هلیکال بول (Bevel) که بسیار شبیه به هم هستند. مدل Hypoid، کرانویل پینیون است و مدل های Straight و Spiral، بول هلیکال هستند.
نوع Hypoid
در این نوع، چرخ دنده پینیون در وسط محور چرخ دنده کرانویل قرار ندارد و کمی از محور مرکزی کرانویل فاصله دارد.
نوع Straight یا مستقیم
این نوع، ساده ترین نوع چرخ دنده بول هلیکال است. دندانه های این چرخ دنده به صورت مستقیم و صاف هستند. این مدل برای مواردی که به سرعت بالا نیاز است مناسب است.
نوع Spiral یا مارپیچ
این نوع، پیچیده ترین نوع چرخ دنده بول هلیکال است. دندانه های آن، به صورت مارپیچ هستند. این طراحی باعث می‌شود که تماس بین دندانه ها به آرامی زیاد شود و زمان تماس هم بیشتر باشد. از این مدل در تجهیزات و دستگاه هایی که دقت بالا لازم دارد، استفاده می‌شود.
5- گیربکس مخروطی
در گیربکس مخروطی از چرخ دنده هایی به اسم Miter یا مخروطی استفاده می‌شود که بسیار شبیه به چرخ دنده بول هلیکال است. این مدل چرخ دنده معمولا نسبت 1به 1 دارد. یعنی هم تعداد دندانه چرخ دنده ها با هم برابر است و هم ابعاد آنها یکسان است. اما در بعضی از طراحی ها، ابعاد چرخ دنده ها متفاوت است و تا نسبت های کوچک مثل 1 به 6 هم ارائه می‌دهد.
شکل دندانه های این چرخ دنده مکن است از هر دو مدل مستقیم یا مارپیچ باشند، انواع گیربکس مخروطی با ورودی و خروجی شفت و به صورت پایه دار تولید می‌شوند.
انواع گیربکس مخروطی
- راندمان بالا
- ورودی و خروجی شفت
- بازه نسبت تبدیل پایین
- گشتاور کم
6- گیربکس قورباغه ای یا روسی
یکی از انواع گیربکس صنعتی، گیربکس قورباغه ای یا روسی است، که به آن سری pm هم می‌گویند. این مدل گیربکس از قدیمی ترین نوع گیربکس موجود در بازار است که دارای ظاهری ساده و طول عمر بالایی است و برای کاربردهای سنگین مناسب هستند. چرخ دنده های آن به صورت جناغی است که این موضوع باعث تحمل گشتاور بالا و اشغال فضای کمتری می‌شود.
از مزایای این گیربکس ها، جایگزین کردن آن با تیپ 185 و 250 به بالای مدل حلزونی است که این کار باعث بالاتر بودن طول عمر گیربکس قورباغه ای و مقرون به صرفه بودن آن نسبت به مدل حلزونی می‌باشد. اما دارای حجم و وزن بسیار بالا نسبت به دیگر انواع گیربکس است و همینطور لقی بین دنده ها از معایب آن می‌باشد و به دلیل سادگی بالا اغلب برای کاربرد های خاص و پیچیده کاربردی ندارد.
انواع گیربکس قورباغه ای
ویژگیهای منحصر به فرد گیربکس قورباغه ای عبارتند از:
- راه اندازی آسان
- قابلیت تحمل گشتاور بالا
- تعمیر و نگهداری آسان
- در دسترس بودن قطعات آن
بررسی انواع گیربکس بر اساس محور
در این نوع دسته بندی انواع گیربکس، بر اساس قرارگیری محور یا همان شفت ورودی و خروجی نسبت به هم، گیربکس ها طبقه بندی می‌شوند که شامل سه دسته شفت مستقیم، شفت موازی و شفت بغل هستند.
1- گیربکس شافت مستقیم
یکی از انواع گیربکس، شفت مستقیم است که در این مدل گیربکس، محور ورودی و محور خروجی به صورت مستقیم و در یک راستا قرار دارند. گیربکس های هلیکال و خورشیدی از جمله گیربکس های شفت مستقیم هستند.
2- گیربکس شافت موازی
در گیربکس شفت موازی، که از انواع گیربکس صنعتی است که در آن شفت ورودی و خروجی به صورت موازی با هم قرار دارند برای همین به آنها گیربکس شفت موازی می‌گویند. این مدل گیربکس دارای دو یا چند محور هستند که چرخ دنده های متصل به هر محور با یکدیگر درگیر هستند.
کارکرد آن ها به این صورت است که یک چرخ دنده در محور ورودی گیربکس قرار دارد که نیروی ورودی را از انواع الکتروموتور دریافت کرده و به چرخ دنده محور بعدی منتقل می‌کند. چرخ دنده گیربکس های شفت موازی، اغلب از نوع هلیکال هستند.
3- گیربکس شافت بغل
گیربکس های شفت بغل از انواع گیربکس صنعتی هستند که به دلیل این که محور ورودی و خروجی بر هم عمود هستند یعنی زاویه 90 درجه ای با هم دارند، به گیربکس 90 درجه هم معروف هستند. گیربکس شفت بغل به دلیل امکان نصب در حالت های متنوع، از پر مصرف ترین مدل های گیربکس در کاربرد های مختلف هستند.
بررسی انواع گیربکس بر اساس مکانیزم
از مهمترین ویژگی که در انتخاب گیربکس موثر است، افزایش یا کاهش دور خروجی گیربکس نسبت به دور ورودی آن است که از الکتروموتور دریافت می‌شود. بر اساس همین ویژگی و نیاز کاری پروژه، گیربکس ها به دو دسته کاهنده و افزاینده تقسیم می‌شوند.
1- گیربکس کاهنده
گیربکس کاهنده به گیربکس هایی گفته می‌شود که دور ورودی از الکتروموتور را از طریق درگیری چرخ دنده ها کاهش می‌دهند و همچنین گشتاور خروجی را افزایش می‌دهند. به عبارت دیگر برای افزایش گشتاور، سرعت دور خروجی را نسبت به ورودی کم می‌کنند.
این نوع گیربکس بیشترین کاربرد را دارد و تقریباً همه گیربکس هایی که در بالا معرفی شد، از نوع کاهنده هستند؛ چون در حالت کلی در کاربردهای مختلف به گیربکس هایی نیاز است که سرعت دور ورودی را کاهش دهند و همچنین گشتاور ورودی را افزایش دهند.
2- گیربکس افزاینده
گیربکس افزاینده به گیربکس هایی گفته می‌شود که دور ورودی از الکتروموتور را از طریق درگیری چرخ دنده ها افزایش می‌دهند و همچنین گشتاور خروجی را کاهش می‌دهند. به عبارت دیگر در این مدل افزایش سرعت دور خروجی و کاهش گشتاور و توان داریم.
در گیربکس افزاینده، عدد نسبت تبدیل کوچکتر از 1 است و در هر طبقه از این گیربکس سرعت چرخش محور افزایش پیدا می‌کند. در این گیربکس ها چرخ دنده ای که تعداد دندانه بیشتری دارد در ابتدا قرار می‌گیرد و ترتیب چرخ دنده ها از بزرگ به کوچک است.
جمع بندی
برای انتخاب انواع گیربکس باید به نسبت تبدیل دور، توان ورودی به گیربکس صنعتی، اندازه گشتاور خروجی مورد نیاز و دور خروجی مورد نیاز توجه کرد. و همینطور باید دقت کرد که تراز الکتروموتور و گیربکس بسیار مهم است، زیرا برای اطمینان از عملکرد الکتروموتور و گیربکس و بازدهی بالا، نصب مناسب و تراز ضروری است.
با توجه به اینکه نصب صحیح و هم ترازی شفت های ورودی و خروجی در یک پروژه امری ضروری برای عملکرد مطمئن و بی نقص دستگاه و ماشین آلات مربوطه است، توصیه می‌کنیم برای خرید گیربکس مناسب، و به این علت که انواع گیربکس مختلفی در بازار موجود است، حتماً قبل از خرید با کارشناسان شیبا صنعت جهت انتخابی صحیح، مشاوره کنید.
