گیربکس‌ها به عنوان مهم‌ترین عوامل انتقال انرژی شناخته می‌شوند و انواع مختلف آنها، برای پاسخ به نیازهای متفاوت صنایع از لحاظ نیرو، گشاور و سرعت مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عبارت دیگر، زمانی که شروع حرکت به نیروی زیادی برای غلبه بر مقاومت نیاز دارد، گیربکس‌های قدرتی و زمانی که برای طی کردن مسافت یا انجام عملیات، سرعت بالا در زمان کمتر مد نظر باشد، گیربکس‌های سرعتی انتخاب خواهندشد. به طور کلی، تفاوت گیربکس قدرتی با سرعتی، در عملکرد متفاوت آنها خلاصه می‌شود؛ اما این گیربکس‌ها، در جزئیات و ویژگی‌های فنی نیز تفاوت‌هایی دارند.
گیربکس چیست؟
گیربکس قطعه‌ای مکانیکی شامل چرخ‌دنده، شفت، یاتاقان و پوشش‌هایی است که بسته به نوع، عملکرد و شرایط استفاده طراحی می‌شود. به علاوه، موازی یا متقاطع بودن محورها، اندازه نسبت و ویژگی‌های چرخ‌دنده ها هم در طراحی آنها حائز اهمیت است. گیربکس با تنظیم گشتاور و سرعت، به دستگاه‌های مکانیکی امکان می‌دهد از انرژی به شکل موثری بهره گیرند. از این انتقال‌دهنده برای مصارف و صنایع مختلف استفاده می‌شود از اتومبیل گرفته تا ماشین‌آلات صنعتی و لوزام خانگی. تفاوت در انواع گیربکس هم به تفاوت در توان، ظرفیت و شکل قرارگرفتن چرخ‌دنده ها مربوط می‌شود.
محصولات مرتبط: گیربکس SEW
چرا در گیربکس از چرخ‌دنده ها استفاده می‌شود؟
ابزار انتقال قدرت و به طبع آن تنظیم گشتاور و سرعت در گیربکس‌ها، چرخ‌دنده ها هستند. برای ارائه سرعت و گشتاور مطلوب، در زمان مناسب، چرخ‌دنده ها، نیرو را منتقل و مسیر آن را نیز تعیین می‌کنند. یکی از مهم‌ترین موارد تفاوت گیربکس قدرتی با سرعتی، چرخ‌دنده ها هستند. در واقع، گیربکس‌ها چندین چرخ‌دنده دارند که به هم مربوطند وچیدمان این چرخ‌دنده ها تعیین می‌کند که خروجی این دستگاه، سرعت بیشتر باشد یا قدرت بیشتر.
انواع چرخ‌دنده در گیربکس‌های صنعتی معمولاً بر اساس شکل ظاهری تفکیک می‌شود؛ چرخ دنده ساده، چرخ دنده مارپیچ، چرخ دنده مارپیچ دوبل، چرخ دنده مخروطی، چرخ دنده حلزونی، چرخ‌دنده خورشیدی و چرخ دنده شانه‌ای هم برخی از انواع شناخته شده این قطعه، در صنعت هستند.
انواع گیربکس‌ها
گیربکس‌ها بر اساس تفاوت در وضعیتی که چرخ‌دنده ها قرار می‌گیرند، ظاهر، توان یا ظرفیت‌شان به انواع گوناگونی دسته‌بندی می‌شوند؛ اما براساس خروجی قدرت و سرعت، به دو نوع اصلی “گیربکس سرعتی” و “گیربکس قدرتی” (یا گیربکس افزایش قدرت) نیز تفکیک می‌گردند. برای درک تفاوت گیربکس قدرتی با سرعتی، باید اول با نحوه عملکرد و ویژگی‌های هریک از این گیربکس‌ها، آشنا شوید.
محصولات مرتبط: گیربکس حلزونی sew
گیربکس افزایش قدرت چیست؟
گیربکس قدرتی معمولاً توانایی انتقال قدرت در مقیاس‌های مختلف و با بازدهی بالاتری نسبت به نوع سرعتی را خواهد داشت. به عبارت دیگر می‌تواند بارهای سنگین را در شرایط پایدار تحمل کند، با دوام است و طول عمر بالایی هم دارد. دندانه‌های پروفیل این نوع گیربکس پیچی و فاقد لغزش اند و به راحتی نیرو را انتقال می‌دهند. به علاوه عملکرد کلی گیربکس‌هایی که قدرتی‌تر هستند به گشتاور، سرعت و نسبت کاهش وابسته است؛ از طرف دیگر در راستای ارتقای قابلیت عملکردی، تعداد نامساوی دندانه‌های چرخدندهها، تعیین‌کننده سرعت چرخش و گشتاور است. وظیفه این نوع گیربکس افزایش قدرت و گشتاور است پس سرعت را پایین می‌آورد. در حقیقت نقطه تفاوت گیربکس قدرتی با سرعتی هم همین جاست.
ویژگی‌های گیربکس‌های افزاینده قدرت
یکی از ویژگی‌های تعیین کننده در گیربکس، شرایط و هزینه‌های مرتبط با تعمیر و نگهداری است. به عبارت دیگر، تعمیر و نگهداری، در انواع ماشین‌ها و قطعات مکانیکی، نقش مهمی در زمینه هزینه و کارآمدی ایفا می‌کند. گیربکس‌های قدرتی در کنار نیاز کم به تعمیر و نگهداری، کوچک اند و بازدهی بالایی هم دارند.
محاسبه گشتاور چرخ‌دنده ها در چرخ‌دنده افزاینده نیرو (گشتاور)
از مهم ترین عوامل در انتخاب گیربکس صنعتی، می‌توان به نسبت تبدیل و گشتاور اشاره کرد. گشتاور نیروی چرخشی اعمالی توسط بار است و نسبت تبدیل نشان دهنده میزان تغییرات در سرعت ورودی و خروجی است. این اعداد معمولاً روی پلاک یا کاتالوگ دستگاه ثبت شده اما اگر به این اطلاعات دسترسی نداشتید، می‌توانید از روش زیر نیز برای محاسبه آن کمک بگیرید:
نسبت تبدیل یا همان نسبت دنده، نسبت دور ورودی به خروجی در گیربکس است. به عبارت دیگر، این نسبت تعیین می‌کند برای اینکه شفت خروجی یک دور بزند، شفت ورودی چند دور باید بچرخد:
در این فرمول، n1 تعداد دور ورودی بر دقیقه و n2 تعداد دور خروجی است.
اگر بخواهیم نسبت تبدیل را براساس تعداد چرخ‌دنده محاسبه کنیم، باید دندانه‌های چرخ‌دنده ها را شمارش کنیم. سه چرخ‌دنده در گیربکس داریم: یکی که به شفت ورودی متصل است و “دنده محرک” نام دارد، چرخ دنده وسط یا “دنده‌های واسط” و “دنده تابع” که به شفت خروجی وصل است. در فرمول زیر، G2 تعداد دندانه دنده تابع و G1 تعداد دندانه دنده محرک است:
گشتاور، مقدار چرخشی است که یک نیرو می‌تواند به یک جسم اعمال کند. بُردار گشتاور مقدار و جهت دارد و فرمول آن به شرح زیر است:
نیرو x فاصله عمودی بین نقطه اعمال نیرو و محور چرخش = گشتاور
گشتاور گیربکس هم به شرح زیر محاسبه می‌شود:
راندمان گیربکس x نسبت تبدیل x گشتاور ورودی= گشتاور خروجی
درباره نسبت تبدیل، دو فرمول در بالا ذکر شده است. درباره راندمان هم، باید گفت که راندمان گیربکس، نسبت نیروهای ورودی به خروجی در چرخ‌دنده هاست.
اگر بخواهیم گشتاور خروجی را به صورت دقیق حساب کنیم، به توان ورودی، نسبت دنده، راندمان و سرعت گیربکس نیاز داریم:
= P1 x 9550/ n2 xn گشتاور خروجی (نیوتن بر متر)
در این فرمول P1، توان ورودی به کیلووات است، n2 سرعت خروجی و n1 سرعت ورودی براساس دور بر دقیقه اند، و ŋ راندمان براساس درصد می‌باشد.
در نهایت باید بدانید گشتاور و سرعت چنین نسبتی با هم دارند:
P = T *ω
که در این فرمول هم P توان، T گشتاور و ω سرعت زاویه ای است.
محصولات مرتبط: گیربکس خورشیدی
گیربکس افزاینده سرعت چیست؟
از آنجایی که گیربکس سرعتی، به افزایش سرعت موتور کمک می‌کند، در صنایعی مثل خودروسازی، پمپ‌ها و سانتریفیوژها محبوب است. این گیربکس‌ها با افزایش سرعت خروجی و کم کردن گشتاور، با دقت بالایی وظیفه خود را به انجام می‌رسانند.
تفاوت‌‌های گیربکس قدرتی و سرعتی
گیربکس‌های قدرتی و سرعتی از جنبه‌های مختلفی با هم متفاوتند. این تفاوت در چیدمان چرخدندهها، نسبت دنده، نوع تاثیر روی سرعت، قدرت و گشتاور و… موجب می‌شود، بسته به نوع صنعت و عملکرد مدنظر، در شرایط نیاز به قدرت خروجی، بیشتر از نوع قدرتی، و در شرایط نیاز به سرعت خروجی، بیشتر از نوع سرعتی کمک گرفته شود. در واقع تفاوت گیربکس قدرتی با سرعتی، تعیین کننده کاربرد گیربکس صنعتی در شرایط مختلف است.
تفاوت از نظر عملکرد
گیربکس سرعتی نقطه مقابل گیربکس قدرتی است. رابطه گشتاور با سرعت و قدرت رابطه‌ای معکوس است. در گیربکس قدرتی، گشتاور و قدرت بالا می‌رود و سرعت چرخش موتور کم می‌شود؛ اما در گیربکس سرعتی، روند برعکس خواهد بود. گیربکس قدرتی می‌تواند همزمان سرعت و گشتاور را تغییر دهد و به سبب نسبت تبدیل و شکل قرارگیری چرخ‌دنده ها، روی عمکلرد و راندمان سیستم هم تاثیر خوبی بر جای می‌گذارد.
تفاوت از نظر ساختار
اگر بخواهیم تفاوت گیربکس قدرتی با سرعتی را از نظر ساختاری بررسی کنیم، باید گفت گیربکس قدرتی متشکل از شفت ورودی است؛ که به چرخ‌دنده های مارپیچی بزرگ به کوچکی وصل شده و نیرو را به شفت خروجی منتقل می‌کند. چون در این نوع، چرخ‌دنده بزرگتر به سمت چرخ‌دنده کوچکتر حرکت می‌کند، نیروی بیشتری به آن منتقل کرده و دور خروجی بیشتری هم دارد. اما گیربکس سرعتی، چرخ‌دنده های کوچک به بزرگ مارپیچ استوانه‌ای یا استوانه ای داشته و به سبب انتقال نیروی کمتر، از چرخ‌دنده کوچک به بزرگ، دور خروجی پایین‌تری هم خواهدداشت. در این نوع گیربکس، چرخ‌دنده استوانه‌ای، مناسب شرایطی است که سرعت محیط کم و نیروی محور در یاتاقان مورد پذیرش قرار نمی‌گیرد؛ اما چرخ‌دنده مارپیچ استوانه‌ای، برای زمان‌هایی است که سرعت بالا بوده و عملکرد جعبه دنده باید به صورت بی صدا باشد.
تفاوت از نظر کاربرد
از نظر محل قرارگرفتن، هر دو نوع گیربکس سرعتی و قدرتی مشابه اند؛ چون در فضایی بین محرک و متحرک جا می‌گیرند، اما عملکرد کاملاً متفاوتی دارند. یعنی وقتی به قدرت بالاتری در خروجی نیاز داریم، مثلاً در کارخانه تولیدی یا صنایع سنگین، انتخاب گیربکس قدرتی طبیعی است. علت آن است که چرخ‌دنده های کوچکتر ابتدای سیستم و بزرگترها در بخش انتهایی اند تا سرعت را کم کنند و با قدرت بیشتری بارهای سنگین را به حرکت در آورند. در مقابل برای صنایعی مثل پتروشیمی، پالایشگاه یا نیروگاه، گیربکس سرعتی مناسب است؛ چون چرخ‌دنده های بزرگتر در بخش ورودی اند و کوچکترها در بخش خروجی. به این ترتیب، نسبت دنده کمتر موجب می‌شود با سرعت بالاتر و گشتاور پایین‌تری، خروجی مطلوب ارائه شود.
محصولات مرتبط: گیربکس ایلماز
نتیجه گیری
در واقع تفاوت گیربکس قدرتی با سرعتی در هدف اصلی استفاده از آنها نهفته است. جایی که افزایش نیرو یا قدرت و به دنبال آن، کاهش سرعت چرخشی خروجی و انجام کارهای سنگین مد نظر باشد، گیربکس کاهنده (قدرتی) ایده‌آل می‌باشد. در مقابل، جایی که بالاتر بودن سرعت چرخش خروجی مهم‌تر از غلبه بر مقاومت است، گیربکس افزاینده (سرعتی) انتخاب می‌شود.
