انواع گیربکس و نحوه عملکرد آن
با توجه به گستردگی صنعت و نیاز هر صنعت به تجهیز به خصوص خود، گیربکس نیز همانند هر تجهیز صنعتی دیگری انواع مختلفی داشته که با توجه به نوع کاربرد آن انتخاب می گردد. از همین رو لازم است با انواع گیربکس به صورت تخصصی آشنا شویم.
همچنین جهت آشنایی عمومی با گیربکس، مقاله «آشنایی ابتدایی با گیربکس» را در مجله آتورمگ مطالعه فرمایید.
در ادامه به انواع گیربکس به صورت تخصصی پرداخته می شود:
گیربکس هلیکال
ساختار چرخ دنده های گیربکس هلیکال بسیار شبیه به گیربکس ساده است و تنها تفاوت این جعبه دنده ها، زاویه دار بودن دنده ها نسبت به محور شفت است. استفاده از دنده های زاویه دار این امکان را می دهد که بیش تر از یک دنده در یک لحظه در تماس باشند و به همین دلیل، این جعبه دنده ها توانایی انتقال بار بیش تری را دارند. علاوه بر این، تقسیم بار بین دنده ها باعث می شود که عملکرد گیربکس هلیکال، روان تر و کم صدا تر از جعبه دنده ی ساده باشد.
جعبه دنده های هلیکال از پر استفاده ترین جعبه دنده ها بوده و از بالا ترین مقدار بازده در مقایسه با سایر جعبه دنده ها برخوردار هستند.
رنج کاربرد های گیربکس های هلیکال، بسیار گسترده بوده و به عنوان نمونه، در صنایع زیر استفاده می شود.
1- صنایع رنگرزی و معادن
2_ آسیاب ها، بندر ها
3_ صنایع پارچه بافی، پلاستیک سازی، غذایی، بالابر ها، آسانسور ها، دمنده ها، کمپرسور ها و صنایع نفتی
4_ خردکننده ها و مخلوط کننده ها
با توجه به نیاز این گیربکس ها در صنایع مختلف، تغییراتی برای هر کاربرد خاص در این جعبه دنده ها ایجاد شده که باعث طراحی و ساخت یک جعبه دنده ی متفاوت شده است. تعدادی از این موارد را در ادامه بررسی می کنیم.
الف) چرخ دنده ی هلیکال تکی
این چرخ دنده ها دارای زاویه ی مشخصی از محور هستند. مشخصه ی این نوع از گیربکس های هلیکال، توانایی تحمل نیروی بالا و سطح تماس گسترده است.
ب) چرخ دنده ی هلیکال دوبل
در این جعبه دنده ها، دو چرخ دنده ی هلیکال با مقداری فاصله، کنار یکدیگر قرار گرفته اند. زاویه ی هر چرخ دنده برابر و در جهت عکس چرخ دنده ی کناری است. استفاده از این نوع جعبه دنده باعث حذف نیروی محوری و عملکرد روان تر می شود.
گیربکس مخروطی
در گیربکس های مخروطی (Bevel gearbox) از دو چرخ دنده‌ی که به شکل مخروط ناقص هستند، استفاده می شود تا توان را از یک محور به محوری با زاویه ی متفاوت انتقال داد. علاوه بر تغییر زاویه، جعبه دنده های مخروطی می توانند گشتاور و سرعت را هم تغییر دهند.
چندین نوع مختلف از جعبه دنده های مخروطی وجود دارد که عبارت اند از:
الف) گیربکس مخروطی هلیکال
از این جعبه دنده ها برای انتقال توان بین محور هایی که در یک صفحه همدیگر را قطع می‌کنند، استفاده می شود. معمولاً، کاربرد این جعبه دنده، کاهش سرعت شفت و تغییر زاویه ی محور دوران به اندازه ی 90 درجه است. این جعبه دنده ها در محور عقب وسایل نقلیه استفاده می شوند و به تولید صدای کم، مشهور هستند.
ب) گیربکس هیپوئید
گیربکس های هیپوئید، تفاوت چندانی با گیربکس مخروطی هلیکال ندارند و تنها به این دلیل که چرخ دنده ی کوچک، تنها از چند دنده و چرخ دنده ی بزرگ از تعداد زیادی دنده تشکیل شده، در گروه جداگانه ای قرار گرفته اند. این جعبه دنده ها در شرایطی استفاده می شوند که شفت ها موازی هم هستند اما یکدیگر را قطع نمی کنند.
معمولاً جعبه دنده های هیپوئید برای دور های بالای 1000 دور بر دقیقه استفاده می شوند. در دور های پایین، تنها درصورتی‌که نیاز به کارکرد بسیار روان یا صدای بسیار پایین باشد، از این جعبه دنده ها استفاده می شود. جعبه دنده های هیپوئید علاوه بر ماشین آلات صنعتی، در صنایع خودرو سازی به عنوان محرک چرخ های پشتی نیز استفاده می شوند.
ج) گیربکس مخروطی با دنده‌های صاف
این نوع گیربکس ها تقریباً همیشه برای دو محور متقاطع در یک صفحه با زاویه ی 90 درجه استفاده می شوند. اکثر کاربرد این جعبه دنده ها نیز برای کاهش سرعت است. سطح تماس دنده ها برخلاف گیربکس های هلیکال در این چرخ دنده ها، کم است.
استفاده از این جعبه دنده ها به دلیل صدای بالای آن ها نسبت به سایر جعبه دنده های مخروطی کمتر است اما در کاربرد هایی مانند ساعت ها، مته های دستی، مته های دندانپزشکی و دستگاه های فروش خودکار، استفاده از این گیربکس‌ها رایج است.
د) گیربکس مخروطی با دنده های مارپیچ
این گیربکس ها توانایی کار در صفحات شیب دار را دارند. ساختار دنده های مارپیچ به گونه ای است که می‌ت وانند گشتاور های بسیار بالا را بدون سایش، منتقل کنند. همچنین صدای تولید شده توسط این نوع گیربکس بسیار پایین است.
گیربکس های مخروطی با دنده های مارپیچ در تمام کاربرد هایی که نیاز به صدا و ارتعاش پایینی وجود دارد، یک انتخاب ایده آل به حساب می آیند. در این گیربکس ها، کنترل درگیری دنده ها با یکدیگر بسیار بالا است و طراحی آن ها اجازه می دهد که حتی در صورت وجود ایراد جزئی در سایر قطعات، این چرخ دنده ها بدون مشکل به کار خود ادامه دهند. این جعبه دنده ها را در موتورسیکلت ها و دوچرخه ها می تواند دید.
گیربکس حلزونی
گیربکس حلزونی شامل یک شفت با رزوه های مارپیچ است که با یک چرخ دنده، درگیر می شود. این گیربکس از انواع قدیمی گیربکس ها بوده کاربرد های فراوانی در صنعت دارد. گیربکس حلزونی، جهت دوران را 90 درجه تغییر داده و همچنین، صفحه ی افقی که محور شفت های ورودی و خروجی روی آن قرار دارند، روی هم منطبق نیستند. معمولاً جنس حلزونی از فولاد و جنس چرخ دنده ی ساده از برنج است. چرخ دنده ی محرک نیز حلزونی و چرخ دنده ی متحرک، چرخ دنده ی ساده است. میزان لغزش بین دنده های حلزونی و چرخ دنده در این گیربکس بسیار بالا است و به همین دلیل، این گیربکس، بازده بسیار پایینی دارد. در مقابل، نسبت کاهش سرعت در این گیربکس، بسیار بالا است.
جعبه دنده های حلزونی به دلیل توانایی قفل شوندگی خودکار، برای بالابر ها، آسانسور ها و کاربرد های مشابه استفاده می شوند. همچنین به دلیل پایین بودن صدای تولیدی، در تئاتر ها و هواپیما ها نیز از آن ها استفاده می شود. علاوه بر این، در صنایع بسته بندی و ماشین های کوچک نیز از جعبه دنده های حلزونی استفاده می شود.
گیربکس خورشیدی
گیربکس خورشیدی، گیربکسی که شفت ورودی و خروجی در امتداد یکدیگر قرار دارند. این گیربکس توانایی انتقال بیش ترین گشتاور ممکن در فشرده‌ت رین حالت را دارد. یک جعبه دنده ی خورشیدی ساده، متشکل از سه جزء زیر است:
1_ چرخ دنده ی خورشید که در مرکز قرار دارد.
2_ چرخ دنده های سیاره ای که در اطراف خورشید قرار دارند.
3_ حلقه ی خارجی
باری که از سمت خورشید به گیربکس وارد می شود، توسط چندین چرخ دنده ی سیاره ای، پخش شده وسیاره ها می توانند حلقه ی خارجی یا یک شفت را به حرکت در آورند. معمولاً توان ورودی که از سمت خورشید است، سرعت بالا و گشتاور پایین داشته و این وضعیت در خروجی، عکس می شود. بازده گیربکس های خورشیدی بسیار بالا است و اعدادی مانند 97 درصد برای بازده این چرخ دنده ها کاملاً قابل دسترس هستند.
نحوه ی کار گیربکس خورشیدی بدین گونه است که خورشید که در مرکز ثابت است، سیاره ها را به حرکت در می آورد. خود سیاره ها نیز مانند خورشید ثابت بوده و تنها اجازه ی حرکت دورانی دارند. حرکت خورشید در انتها با واسطه ی سیاره ها به حلقه ی خارجی انتقال می یابد. این نوع گیربکس ها توانایی انتقال 330000 نیوتون متر گشتاور را دارند.
اغلب موارد استفاده از گیربکس های خورشید ی مربوط به کاربرد هایی است که نیاز به کاهش بسیار زیاد سرعت وجود دارد اما محدودیت فضا نیز وجود دارد. این شرایط در بسیاری از صنایع مانند تراکتور ها و تجهیزات ساخت و ساز دیده می شود. موتور های توربینی، گیربکس های خودکار و پیچ گوشتی های الکتریکی دیگر تجهیزاتی هستند که می توان این جعبه دنده ها را در آن ها یافت.
انواع گیربکس ها بر اساس نحوه‌ی قرارگیری شفت ها
یکی از ویژگی هایی که در کاربرد و عملکرد یک گیربکس، تأثیر زیادی دارد، نحوه ی قرار گیری شفت های ورودی و خروجی است. به همین دلیل، این معیار، به روش مستقلی برای طبقه بندی گیربکس ها تبدیل شده است. در ادامه، انواع دسته های این طبقه بند ی را بررسی می کنیم.
گیربکس هم محور
در گیربکس هم محور یا خطی، شفت ها ی ورودی و خروجی در صفحات عمودی و افقی یکسانی قرار دارند. این گیربکس ها این امکان را به وجود می آورند تا چندین جعبه دنده بتوانند در امتداد یکدیگر قرار گیرند. گیربکس های خورشیدی نوعی از این گیربکس ها به حساب می‌آیند.
گیربکس موازی
در گیربکس موازی، شفت های ورودی و خروجی در یک صفحه ی افقی و موازی باهم قرار گرفته اند. این جعبه دنده ها معمولاً برای کاربرد هایی با توان و گشتاور بالا استفاده می شوند.
گیربکس عمود
در گیربکس های عمود، شفت های ورودی و خروجی، زاویه ی 90 درجه ایجاد می کنند. این گیربکس ها معمولاً در کاربرد هایی استفاده می شوند که تجهیزات محرک و متحرک در کنار یکدیگر قرار بگیرند. همچنین وجود زاویه ی 90 درجه بین شفت ها، گیربکس های عمود ی را برای کاربرد های که نیروی خمشی بالایی برای شفت ها وجود دارد، یک انتخاب مناسب ساخته است.
