گیربکس چیست؟

گیربکس چیست ؟

گیربکس یا جعبه چرخ دنده، ماشینی است که وظیفه ی انتقال و افزایش قدرت را بر عهده دارد. فرایند انتقال قدرت در گیربکس ها به شکل های گوناگونی انجام می پذیرد که در ادامه با انواع آنها آشنا خواهیم شد. اما قبل از آن باید با نحوه کارکرد این جعبه ی جادویی آشنا شویم.

شاید تا به حال چندین بار درون یک گیربکس صنعتی و اجزای آن را مشاهده کرده باشید و حتما این سوال برایتان پیش آمده است که دلیل وجود این همه چرخ دنده در آن چیست و اصلا چگونه می توانند این مقدار قدرت را ارتقا و انتقال دهند؟ برای پاسخ به این سوال بیایید تا با مکانیزم چرخ دنده ها آشنا شویم.

اگر بخواهیم با دیدی مفهومی به این قضیه نگاه کنیم می توانیم عملکرد چرخ دنده ها را به اهرم های میله ای شباهت دهیم. ممکن است کمی عجیب به نظر برسد اما با در نظر گرفتن یک میله که بر روی یک تکیه گاه قرار دارد و در یک سر آن جسمی به آن متصل است، به راحتی در می یابیم که هر چه طول میله را افزایش دهیم، نیروی کمتری برای بلند کردن جسم نیاز داریم. حال این موضوع را در ذهن خود نگه دارید و بیایید تا به سراغ چرخ دنده ها و تشابه این دو موضوع بپردازیم. هنگامیکه دو چرخ دنده، یکی با قطر بزرگتر و دیگری با قطر کوچکتر به یکدیگر متصل هستند، وقتی که چرخ دنده ی کوچکتر می چرخد، چرخدنده بزرگتر به دلیل داشتن شعاع بیشتر همانند همان میله اهرم بلند عمل می کند و باعث می شود تا قدرت خروجی از چرخ دنده ی بزرگتر، چند برابر قدرت ورودی چرخدنده ی کوچکتر باشد. به همین ترتیب و با ترکیب چرخدنده های بیشتر با یکدیگر می توانیم قدرت خروجی را به مراتب افزایش دهیم. اما وظیفه ی گیربکس ها صرفا در افزایش گشتاور خلاصه نمی شود.

در این مقاله قصد داریم تا گیربکس ها را از نظر نوع آنها و کاربردشان دسته بندی کنیم. ابتدا بیایید تا به انواع چرخ دنده ها بپردازیم :

چرخ دنده ساده 

این نوع از چرخ دنده ها از متداول ترین نوع چرخدنده هستند که استفاده بسیار زیادی در ساخت گیربکس ها دارند. چرخ دنده های ساده به دلیل سادگی فرایند تولید، نسبت به سایر، قیمت پایین تری دارند. این چرخ دنده ها برای انتقال قدرت و تبدیل گشتاور  مناسب می باشند و در انواع صنایع سبک و سنگین کاربرد دارند. در شکل زیر نوعی از چرخ دنده های ساده را مشاهده می کنید :

چرخ دنده مارپیچ 

مکانیزم چرخ دنده‌های مارپیچ همانند مدل ساده است و به نوعی ارتقا یافته ی چرخ دنده های ساده هستند. از نظر کارکرد، این نوع، عملکرد بهتری نسبت به مدل ساده دارند. دلیل برتری چرخ دنده مارپیچ به ساده این است که در این نوع، به دلیل شکل هندسی دنده ها، همزمان تعداد بیشتری از دنده ها با هم در تماس هستند و این موضوع باعث عملکرد بهتر و افزایش طول عمر آنها می شود. همچنین از مزایای چرخ دنده های مارپیچ نسبت به نوع ساده آن ها می توان به ایجاد سر و صدای کمتر هنگام کارکرد اشاره کرد. اما ناگفته نماند که هزینه ی تولید چرخ دنده های مارپیچ از چرخدنده های ساده به مراتب بیشتر است. شکل زیر نمایانگر نوعی از چرخ دنده‌های مارپیچ است :

چرخدنده های حلزونی 

مهمترین کاربرد چرخ دنده ی حلزونی ضمن افزایش گشتاور، ایجاد زاویه 90 درجه بین شفت ورودی و شفت خروجی است که در بسیاری از وسایل و دستگاه های گوناگون کاربرد دارد که از جمله این کاربرد ها می توان به گیربکس آسانسور اشاره کرد. می توانید نوعی از چرخ دنده های حلزونی را در شکل زیر مشاهده کنید 

چرخ‌دنده‌های شانه ای 

چرخ دنده شانه ای از پرکاربرد ترین نوع چرخ دنده ها هستند که بر خلاف سایر موارد، وظیفه ی انتقال حرکت چرخشی را ندارند، بلکه وظیفه اصلی آن ها تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی است و از مهمترین اجزا در سیستم های حرکت خطی به شمار می روند. یکی از کاربرد های مهم چرخدنده های شانه ای، در جعبه فرمان خودرو ها است که وظیفه ی تبدیل حرکت چرخشی فرمان به حرکت خطی  برای تغییر جهت چرخ ها را دارد.

چرخ دنده های جناغی 

شکل ظاهری مدل جناقی مانند دو چرخ دنده ی مارپیچ چسبیده به هم است. این چرخ دنده ها به دلیل ساختارشان کاربرد کمتری نسبت به سایر چرخ دنده ها دارند. دلیل استفاده از چرخ دنده های جناغی این است که چرخ دنده ها هنگام چرخش، حرکت عرضی نداشته باشند و از روی یکدیگر منحرف نشوند. دلیل کمتر بودن کاربرد این نوع از چرخ دنده ها نسبت به سایر چرخ دنده ها، این است که در اکثر گیربکس ها، شفت ها از دو طرف به خوبی مهار شده اند و امکان حرکت عرضی ندارند بنابر این لزومی برای استفاده از این نوع چرخدنده ها وجود ندارد .

کاربرد گیربکس ها 

افزایش گشتاور 

از اصلی ترین وظایف گیربکس ها، افزایش گشتاور است که می توان گفت اکثر گیربکس ها به همین منظور طراحی و ساخته می شوند. کمی قبل تر چگونگی فرایند افزایش قدرت و گشتاور توسط گیربکس ها را بیان کردیم. در این قسمت می خواهیم مفهوم نسبت تبدیل را توضیح دهیم. اگر اندازه شعاع چرخ دنده ی متحرک (بزرگتر) را به اندازه شعاع چرخ دنده ی محرک(کوچکتر) تقسیم کنیم، عددی به دست می آید که به آن نسبت تبدیل می گویند. نسبت تبدیل از مهمترین مشخصه های یک گیربکس به شمار می رود. برای مثال وقتی گفته می شود نسبت تبدیل یک گیربکس 1 به 10 است، به این معنا است که گیربکس، گشتاور ورودی را 10 برابر می کند. بدیهی است که هر چه نسبت تبدیل بزرگتر باشد، گشتاور خروجی بیشتری خواهیم داشت.

افزایش سرعت 

افزایش سرعت نیز یکی از کاربرد های گیربکس ها می باشد. درک چگونگی افزایش سرعت توسط گیربکس ها بسیار ساده است. در واقع عمل افزایش سرعت در گیربکس ها معکوس فرایند افزایش گشتاور است. به این صورت که با چرخش چرخ دنده محرک (در اینجا بزرگتر) به دلیل بیشتر بودن شعاع آن نسبت به چرخ دنده ی متحرک (در اینجا کوچکتر) باعث افزایش سرعت می شود. به طور مشخص با کاهش نسبت تبدیل و افزایش سرعت، گشتاور خروجی نسبت به گشتاور ورودی نیز کمتر خواهد بود.

ایجاد زاویه ی 90 درجه بین شفت ورودی و خروجی 

یکی دیگر از وظایف گیربکس ها تغییر زاویه بین شفت ورودی و شفت خروجی است که اغلب به صورت زاویه 90 درجه می باشد. در این نوع از گیربکس ها معمولا از چرخ دنده های حلزونی و چرخ دنده های مارپیچ زاویه دار استفاده می شود. این نوع از گیربکس ها در صنعت بسیار کاربردی بوده که از جمله آن می توان به ساخت انواع جرثقیل ها اشاره کرد .

سیستم های حرکت خطی 

از پر کاربرد ترین سیستم های حرکتی، حرکت خطی می باشد که در انواع صنایع سبک و سنگین کاربرد دارند که گیربکس ها یکی از اصلی ترین اجزای آن به شمار می روند. در این گیربکس ها از یک دنده شانه ای و یک چرخ دنده ساده استفاده می شود. از کاربرد های گسترده ی این گیربکس ها می توان به ساخت درب های ریلی اشاره کرد.

تغییر جهت چرخش 

همان طور که در شکل زیر مشاهده می کنید، هنگامیکه دو چرخ دنده با هم درگیر هستند، با چرخش یکی از چرخ دنده ها، به طور بدیهی چرخ دنده ی دیگر در خلاف جهت چرخ دنده ی اول می چرخد. گاهی اوقات نیز این تغییر جهت مشکل ساز می شود و برای رفع این مشکل، یک چرخ دنده ی دیگر بین دو چرخ دنده ی مورد نظر قرار می دهند و باعث می شود تا جهت چرخش تغییر نکند.

گیربکس های خورشیدی 

از متداول ترین و کاربردی ترین گیربکس ها، گیربکس خورشیدی می باشد که امروزه در بسیاری از صنایع جایگزین گیربکس های معمولی شده اند. دلیل این استفاده گسترده مزایای این گیربکس نسبت به گیربکس های معمولی است که از جمله آن ها می توان به ابعاد کوچکتر و نسبت تبدیل بیشتر اشاره کرد. همان طور که در تصویر زیر مشاهده می کنید، با چرخش چرخ دنده ی مرکزی که اصطلاحا به آن چرخ دنده ی خورشیدی می گویند، چرخ دنده های سیاره ی که به یکدیگر متصل هستند نیز به چرخش در می آیند که به دنبال آن چرخ دنده ی حلقه ای خارجی که شعاع بیشتری نسبت به سایر چرخ دنده ها دارند به گردش در می آید. افزایش نسبت تبدیل در این نوع از گیربکس ها به دلیل مکانیزم به کار رفته در آن به مراتب از گیربکس های معمولی بیشتر خواهد بود. از کاربرد های بسیار گسترده ی گیربکس های خورشیدی می توان به گیربکس های اتوماتیک خودرو ها، گیربکس به کار رفته در دریل های شارژی و گیربکس های استپر موتور ها و سروو موتور ها اشاره کرد. 

نمونه هایی از گیربکس های خورشیدی را میتوانید از سایت پارتینه ببینید.

روان کاری و نگهداری گیربکس ها

به دلیل وجود اصطکاک بین چرخ دنده ها، برای کارکرد روان، بدون سر و صدا و همچنین عمر بیشتر آنها ضروری است که از یک روان کننده مناسب جهت کاهش هر چه بیشتر اصطکاک بین چرخ دنده ها استفاده شود. برای این منظور معمولا از انواع روغن ها و گریس ها استفاده می شود که نوع آن بسته به نوع گیربکس ها و کاربردشان انتخاب می شود.

و در آخر در نگهداری از گیربکس ها به این نکته باید توجه کرد که محفظه ی گیربکس همیشه باید از هر گونه گرد و غبار و اجسام خارجی محفوظ باشد تا آسیبی به دنده ها وارد نشود.