گیربکس حلزونی

گیربکس حلزونی چیست؟

گیربکس حلزونی یک نوع گیربکس جابه‌جایی قدرت است که از یک شفت ورودی با دنده ماردونی (Worm) و یک چرخ‌دنده حلزونی (Worm Gear) تشکیل شده است. زاویه بین شفت ورودی و خروجی معمولاً ۹۰ درجه است و همین موضوع باعث می‌شود گیربکس حلزونی در فضاهایی که محدودیت نصب وجود دارد، بهترین گزینه باشد. این نوع گیربکس‌­ها برای انتقال قدرت در سرعت پایین و گشتاور بالا طراحی شده‌اند و توانایی تولید نسبت تبدیل‌های بالایی مانند ۱:۵۰، ۱:۶۰ و حتی ۱:۱۰۰ را دارند.

ساختار گیربکس حلزونی

ساختار گیربکس حلزونی نسبت به بسیاری از گیربکس‌­های صنعتی ساده‌تر است و از چند بخش اصلی تشکیل می‌شود. ماردون گیربکس که معمولاً از فولاد سخت‌کاری‌شده تولید می‌شود، به شفت ورودی متصل بوده و با حرکت دورانی خود چرخ‌دنده برنجی را درگیر می‌کند. چرخ‌دنده حلزونی نیز وظیفه انتقال نیرو به شفت خروجی را برعهده دارد. تماس سطحی چرخ‌دنده‌ها موجب ایجاد حرکت روان و بدون لرزش می‌شود، اما همین تماس لغزشی باعث افزایش حرارت و کاهش بازده در نسبت تبدیل‌های بالا خواهد شد. پوسته گیربکس نیز از آلومینیوم یا چدن ساخته می‌شود و وظیفه حفاظت و نگه‌داری دنده‌ها را برعهده دارد.

مزایای گیربکس حلزونی

گیربکس حلزونی مزایای زیادی دارد که باعث شده در کاربری‌های مختلف نسبت به دیگر گیربکس‌ها انتخاب شود. یکی از مهم‌ترین مزایا، صدای بسیار کم آن است. درگیری نرم بین ماردون و چرخ‌دنده باعث می‌شود که این گیربکس یکی از بی‌صداترین گیربکس‌های صنعتی باشد. همچنین قیمت مناسب آن نسبت به گیربکس‌های هلیکال و خورشیدی یکی دیگر از دلایل محبوبیت آن است. قابلیت نصب در حالت‌های مختلف مانند افقی، عمودی و معکوس از دیگر ویژگی‌های مهم این گیربکس است.

از دیگر مزایا می‌توان به تولید نسبت تبدیل‌های بالا اشاره کرد. برخلاف بسیاری از گیربکس‌ها که برای ایجاد نسبت تبدیل زیاد نیاز به چند مرحله دنده دارند، گیربکس حلزونی می‌تواند تنها با یک مرحله دندانه‌زنی نسبت تبدیل‌های بزرگ ایجاد کند. این موضوع باعث کاهش وزن، کاهش تعداد قطعات و کاهش هزینه نهایی سیستم می‌شود. به علاوه، در بسیاری از موارد گیربکس حلزونی دارای خاصیت خودقفل‌شوندگی است، یعنی زمانی که موتور خاموش شود خروجی امکان چرخش در جهت عکس را نخواهد داشت و این موضوع به‌ویژه در بالابرها و جک‌ها اهمیت زیادی دارد.

معایب گیربکس حلزونی

در کنار مزایای فراوان، گیربکس حلزونی محدودیت‌هایی نیز دارد. یکی از مهم‌ترین معایب آن بازده پایین‌تر نسبت به گیربکس‌­های هلیکال یا شفت مستقیم است. دلیل اصلی این موضوع اصطکاک بالایی است که بین ماردون و چرخ‌دنده ایجاد می‌شود. این اصطکاک سبب افزایش دما و نیاز بیشتر به روغن‌کاری می‌شود. بازده گیربکس حلزونی معمولاً بین ۴۰ تا ۹۰ درصد است که بسته به کیفیت ساخت، جنس قطعات و نسبت تبدیل متفاوت خواهد بود.

همچنین در توان‌های بالا، گیربکس‌­های حلزونی عملکردی محدود دارند. به همین دلیل بیشتر برای کاربری‌های سبک تا نیمه‌سنگین استفاده می‌شوند. مورد دیگر این است که در صورت انتخاب نادرست روغن، حرارت اضافی ممکن است موجب کاهش عمر چرخ‌دنده برنجی شود. بنابراین همیشه باید از روغن با گرید مناسب استفاده شود.

کاربردهای گیربکس حلزونی

گیربکس حلزونی در صنایع مختلف کاربرد دارد. در صنعت آسانسور و بالابر، به دلیل خاصیت خودقفل‌شوندگی و گشتاور بالا، به‌طور گسترده استفاده می‌شود. همچنین در انواع نوار نقاله‌های صنعتی، خط‌های بسته‌بندی، دستگاه‌های میکسر، دستگاه‌های برش، صنایع غذایی، چوب، پلاستیک و لاستیک، گیربکس حلزونی نقش مهمی دارد. در سیستم‌های درب اتوماتیک و کرکره برقی نیز به دلیل ابعاد کوچک و فضای محدود، انتخاب اول مهندسان است.

در صنایع کشاورزی نیز از این نوع گیربکس‌­ها در تجهیزات مختلف مانند آسیاب، دستگاه‌های انتقال قدرت و پمپ‌ها استفاده می‌شود. همچنین در برخی ماشین‌آلات سبک صنعتی که نیاز به حرکت آرام و یکنواخت دارند، گیربکس حلزونی بهترین عملکرد را ارائه می‌دهد. در محیط‌های شهری و کارگاه‌های کوچک نیز به دلیل قیمت مناسب و راحتی نصب بسیار رایج است.

جنس بدنه گیربکس حلزونی

پوسته گیربکس حلزونی معمولاً از دو جنس آلومینیوم یا چدن ساخته می‌شود. پوسته آلومینیومی وزن کم‌تری دارد و برای توان‌های پایین تا متوسط مناسب است. این مدل‌ها معمولاً در صنایع سبک، دستگاه‌های کوچک و خطوط بسته‌بندی کاربرد دارند. از طرف دیگر، پوسته چدنی مقاومت بیشتری در برابر فشار و ضربه دارد و برای کارهای سنگین‌تر استفاده می‌شود. چدن برای محیط‌­های صنعتی، فضاهای باز و جاهایی که حرارت و ضربه زیاد است گزینه مناسب‌تری محسوب می‌شود.

نسبت تبدیل در گیربکس حلزونی

نسبت تبدیل یکی از مهم‌ترین مشخصات گیربکس حلزونی است. نسبت تبدیل نشان می‌دهد که سرعت ورودی چه مقدار کاهش پیدا می‌کند و گشتاور خروجی چقدر افزایش می‌یابد. نسبت‌های پرکاربرد شامل ۱:۷، ۱:۱۰، ۱:۳۰، ۱:۴۰، ۱:۵۰، ۱:۶۰ و ۱:۱۰۰ هستند. هرچه نسبت تبدیل بالاتر باشد، سرعت خروجی کمتر و گشتاور بیشتر خواهد بود؛ البته بازده نیز کمتر می‌شود. انتخاب نسبت تبدیل مناسب باید بر اساس نوع کاربرد، وزن بار، سرعت مورد نیاز و توان موتور انجام شود.

بازده گیربکس حلزونی

بازده یکی از پارامترهای مهم در انتخاب گیربکس است. گیربکس حلزونی به دلیل اصطکاک زیاد بین ماردون و چرخ‌دنده، بازده پایین‌تری نسبت به گیربکس‌­های هلیکال دارد. بازده این گیربکس معمولاً در حدود ۶۰ تا ۹۰ درصد است و عواملی مانند جنس ماردون، کیفیت چرخ‌دنده برنجی، نوع روغن، دمای کاری و نسبت تبدیل بر آن اثر می‌گذارند. در نسبت تبدیل‌های بالا مانند ۱:۶۰ و ۱:۱۰۰ بازده کاهش بیشتری خواهد داشت.

روغن مناسب برای گیربکس حلزونی

به دلیل تماس لغزشی زیاد بین دنده‌ها، انتخاب روغن مناسب اهمیت زیادی دارد. روغن مناسب گیربکس حلزونی باید دارای افزودنی EP (Extreme Pressure) باشد تا در برابر فشار و حرارت از سایش دنده‌ها جلوگیری کند. روغن‌های رایج شامل Gear Oil 220 و Gear Oil 460 هستند. تعویض روغن باید بسته به محیط کاری هر ۶ ماه تا یک سال انجام شود. همچنین بررسی سطح روغن و عدم نشت از درزها نقش مهمی در افزایش عمر گیربکس دارد.

نحوه انتخاب گیربکس حلزونی مناسب

برای انتخاب گیربکس حلزونی مناسب باید توان ورودی موتور، سرعت ورودی، نوع بار، نسبت تبدیل، شرایط محیطی و نحوه نصب بررسی شود. یکی از نکات مهم، توجه به نوع بار است. اگر بار ضربه‌ای یا متغیر باشد باید از گیربکس با ضریب اطمینان بیشتر استفاده شود. همچنین در محیط‌های دارای گردوغبار یا رطوبت، انتخاب پوسته چدنی و استفاده از آب‌بندی مناسب ضروری خواهد بود.

کاربرد گیربکس حلزونی همراه با موتور

گیربکس حلزونی معمولاً با الکتروموتورهای تکفاز و سه‌فاز کوپل می‌شود. موتور می‌تواند به صورت فلنج‌دار یا پایه‌دار به گیربکس متصل شود. در مواردی که به گشتاور زیاد و سرعت کم نیاز است، ترکیب موتور ۱۴۰۰ دور با گیربکس حلزونی می‌تواند عملکرد ایده‌آلی ایجاد کند. همچنین در کاربردهای سبک، استفاده از موتور تکفاز به‌صرفه‌تر خواهد بود. اتصال صحیح محور و فلنج در طول عمر گیربکس تاثیر زیادی دارد.

ویژگی مهم: خودقفل‌شوندگی گیربکس حلزونی

یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های گیربکس حلزونی خاصیت خودقفل‌شوندگی است. این ویژگی باعث می‌شود زمانی که موتور خاموش می‌شود، خروجی گیربکس در جهت عکس حرکت نکند. چنین قابلیتی در بالابرهای ساختمانی، آسانسورها، جک‌های مکانیکی و دستگاه‌هایی که نیاز به ایمنی دارند بسیار مهم است. البته باید توجه داشت که این خاصیت در نسبت تبدیل‌های پایین وجود ندارد و بیشتر در نسبت‌های بالا کارایی دارد.