آشنایی ابتدایی با گیربکس
گیربکس (Gearbox) یک وسیله مکانیکی است که برای تغییر گشتاور و سرعت خروجی یک موتور استفاده می شود. شفت موتور به ورودی گیربکس متصل شده و چرخ دنده ها با آرایش های مختلف در داخل بدنه گیربکس به هم متصل هستند تا توان را با گشتاور و سرعت دلخواه به خروجی منتقل کنند.
طبق ساده ترین تعریف، گیربکس دستگاهی دارای دو یا چند چرخ دنده یا یک وسیله مکانیکی تشکیل شده از چرخ دنده های ترکیبی است. در حقیقت، نام گیربکس یا جعبه دنده، بیانگر چرخ دنده هایی داخل یک جعبه است.
گیربکس خودرو، آشناترین گیربکس
برای پاسخ به این سؤال که چرا باید از گیربکس استفاده کنیم، از معروف ترین جعبه دنده که همان گیربکس خودرو است و همه ما هر روز با آن سر و کار داریم، به عنوان مثال استفاده می کنیم. دلیل استفاده از جعبه دنده، موارد زیر است:
- زمانی که خودرو شروع به کار می کند، گشتاوری که موتور خودرو ایجاد می کند، برای غلبه بر وزن خودرو و اصطکاک، کافی نیست و این گشتاور باید افزایش یابد. گیربکس نمی تواند توان خودرو را افزایش دهد، اما می تواند با کاهش سرعت شفت، گشتاور را افزایش دهد. حاصلضرب سرعت در گشتاور، همان توان است. توان خروجی موتور تنها وابسته به فشرده شدن پدال گاز است و درصورتی که یکی از کمیت های گشتاور یا توان کاهش یابد، دیگری افزایش می یابد.
- زمانی که خودرو در سربالایی قرار می گیرد، مانند روشن شدن خودرو، گشتاور بالا و سرعت پایین (بیشتر از حالت شروع به کار) نیاز است. برای تنظیم سرعت و گشتاور، دستگاهی نیاز است که بتواند حالت های مختلف خروجی داشته باشد.
- زمانی که سرعت بالا برای خودرو نیاز است، می توان گشتاور را قربانی سرعت کرد. بنابراین گیربکس خودرو باید بتواند از سرعت های بالا نیز پشتیبانی کند
- در ماشین های مسابقه، شرایط سختی برای راننده وجود دارد و تعویض سرعت و گشتاور موتور باید توسط گیربکسی انجام شود که در پیچ ها و مواقع حساس، به نرمی و سریع این کار را انجام دهد.
مثال بالا نشان می دهد که برای بسیاری از تجهیزات و ماشین آلات مکانیکی که خودروها یکی از نمونه این موارد هستند، نیاز به دستگاهی برای تنظیم سرعت و گشتاور وجود دارد. این دستگاه همان گیربکس است که به طور فراوان در صنایع مختلف استفاده می شود.
هرچند در نزد عموم گیربکس بیشتر برای جعبه دنده اتومبیل به کار می رود، اما گیربکس کاربردهای صنعتی و تخصصی فراوانی نیز دارد و به همین دلیل انواع مختلفی دارد. در ادامه در این مقاله با ساده ترین نوع گیربکس در کاربرد صنعتی آن آشنا خواهیم شد.
گیربکس ساده، ساده ترین نوع گیربکس
گیربکس ساده (Spur Gearbox) ساده ترین نوع جعبه دنده است که به دلیل طراحی و ساخت ساده و قیمت پایین، در بسیاری از کاربردها استفاده می شود. دنده های چرخ دنده های ساده، پروفیل های بدون زاویه ای دارند و تنها به صورت شعاعی با هم درگیر می شوند. به همین دلیل، در یاتاقان های این چرخ دنده ها هیچ نیروی محوری وجود ندارد اما در این چرخ دنده ها، نیروی زیادی به چرخ دنده ها وارد شده و به دلیل درگیر شدن آنی، صدای آن ها نیز زیاد است. با توجه به دلایل ذکرشده، چرخ دنده های ساده اغلب برای سرعت های پایین استفاده می شوند اما استفاده از آن ها در سرعت های بالا هم ممکن است. البته برای سرعت بالا، صدای جعبه دنده نباید معیار مهمی در انتخاب آن باشد و همچنین جنس آن باید از فلزات مقاوم تر انتخاب شود.
چرخ دنده های ساده از فلزاتی مانند فولاد، چدن و برنج ساخته می شوند و در صورتی که بار سیستم بسیار پایین باشد، چرخ دنده جعبه دنده ها از پلاستیک هایی مانند نایلون و پلی کربنات هم انتخاب می شوند. گیربکس هایی که از پلاستیک ساخته شده اند، صدای کمتری تولید می کنند اما نیروی بسیار کمتری تحمل خواهند کرد.
گیربکس هایی که از چرخ دنده های ساده استفاده می کنند، به دلیل عدم وجود لغزش بین دنده ها، بازده بسیار بالایی دارند. در این جعبه دنده ها برای رسیدن به سرعت‌های بسیار پایین، از چندین چرخ دنده متصل به هم مطابق با شکل زیر استفاده می شود.
بسته به نوع درگیری چرخ دنده ها، جعبه دنده های ساده به دو نوع خارجی و داخلی تقسیم می شوند. در گیربکس خارجی، مرکز چرخ دنده ها خارج از یکدیگر قرار گرفته و جهت دوران آنها برخلاف یکدیگر است. نمونه گیربکس خارجی را در تصویر بالا مشاهده می کنید. در گیربکس های داخلی، جهت دوران چرخ دنده ها یکسان بوده و دنده ها در داخل یک استوانه با هم درگیر می شوند. جعبه دنده های داخلی به دلیل اینکه شفت ها نزدیک به هم هستند، فضای کمتری اشغال می کنند. در شکل زیر، نمونه یک جعبه دنده داخلی را مشاهده می کنید.
از گیربکس های ساده در کاربردهایی که نیاز به کاهش سرعت و افزایش گشتاور باشد، استفاده می شود. می توان این گیربکس ها را در آسیاب ها و ماشین های خردکن به فراوانی یافت. علاوه بر این، در کاربردهایی مانند ماشین های شوینده و مخلوط کن ها که سرعت بالایی نیاز است، از جعبه دنده های ساده استفاده می شود. همچنین با وجود صدای بالا، از گیربکس های ساده در موتورهای هواپیماها، قطارها و حتی دوچرخه ها نیز استفاده می شود.