گیربکس مکعبی

گیربکس مکعبی چیست؟

گیربکس مکعبی (Worm Gearbox) یکی از پرکاربردترین نوع گیربکس ها است که از یک میله‌ی رزوه‌دار (حلزونی) و یک چرخ‌دنده‌ی ساده تشکیل شده است. این نوع جعبه‌دنده به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فرد مانند نسبت کاهش بسیار بالا، در رنج گسترده‌ای از کاربردها استفاده می‌شود اما برخلاف سایر چرخ‌دنده‌ها، بازده پایینی دارد.

عملکرد گیربکس مکعبی:

گیربکس مکعبی از یک حلزون و یک چرخ‌دنده که به آن چرخ حلزون نیز گفته می‌شود، تشکیل شده است. در این گیربکس، محور شفت‌ها متقاطع نبوده و زاویه‌ی 90 درجه دارند. حلزون در این سیستم معادل یک پیچ با رزوه‌های V شکل است و چرخ‌دنده نیز از نوع چرخ‌دنده‌های ساده است. معمولاً بخش محرک، حلزون و بخش متحرک، چرخ‌دنده است و رزوه‌های حلزونی روی دنده‌های چرخ‌دنده پیشروی می‌کنند.

همانند بال اسکرو (ابزاری برای تبدیل حرکت چرخشی به حرکت خطی)، حلزونی نیز می‌تواند یک یا چندراهه باشد. در چرخ‌دنده‌های تک‌راهه، با هر 360 درجه دوران حلزونی، چرخ‌دنده به‌اندازه‌ی یک دنده پیشروی می‌کند؛ بنابراین اگر چرخ‌دنده دارای 24 دنده باشد، نسبت کاهش گیربکس برابر با 24 به 1 خواهد بود. اگر حلزونی چندراهه باشد، نسبت کاهش برابر با تعداد دنده‌های چرخ‌دنده بر تعداد راه‌های حلزونی خواهد بود. در سایر چرخ‌دنده‌ها برخلاف گیربکس مکعبی، نسبت کاهش تنها با قطر چرخ‌دنده‌ها مشخص می‌شود.

بیشتر بخوانید: راهنمای انتخاب گیربکس هلیکال

مکانیسم درگیر شدن دنده‌های حلزونی و چرخ‌دنده شامل لغزش و غلتش می‌شود اما اگر نسبت کاهش جعبه‌دنده بالا باشد، لغزش سهم بیشتری خواهد داشت. وجود لغزش در چرخ‌دنده‌های حلزونی باعث ایجاد اصطکاک و گرما می‌شود؛ به همین دلیل در این چرخ‌دنده‌ها بازده به 30 تا 50 درصد محدود می‌شود. برای حداقل کردن اصطکاک، حلزونی و چرخ‌دنده از جنس‌های مختلف ساخته می‌شوند. برای مثال، حلزونی از فولاد نورد‌شده و چرخ‌دنده از برنز یا آلومینیوم ساخته می‌شود.

وجود لغزش باعث کاهش بازده می‌شود اما در مقابل باعث می‌شود کارکرد جعبه‌دنده بدون صدا باشد. البته استفاده از جنس‌های مختلف برای حلزونی و چرخ‌دنده نیز در کاهش صدا مؤثر است. به دلیل عملکرد بی‌صدا، می‌توان از این گیربکس ها در کاربردهایی مانند آسانسورها که نباید صدایی وجود داشته باشد، استفاده کرد.

مهم‌ترین مزیت گیربکس مکعبی، توانایی آن‌ها در رسیدن به نسبت کاهش بالا و افزایش زیاد گشتاور است. همچنین می‌توان از این چرخ‌دنده‌ها به‌عنوان کاهنده‌ی سرعت در کاربردهایی با سرعت پایین تا متوسط استفاده کرد. به دلیل این‌که کاهش سرعت تنها وابسته به تعداد دنده‌های چرخ‌دنده و تعداد راه حلزونی است، این جعبه‌دنده‌ها نسبت به سایر انواع، فشرده‌تر هستند. علاوه بر این، چرخ‌دنده‌های مکعبی خودقفل‌شونده هستند که این مزیت آن‌ها را برای استفاده در بالابرها مناسب می‌سازد.

کاربرد گیربکس مکعبی:

گیربکس مکعبی برای رنج وسیعی از کاربردها استفاده می‌شود. به دلیل فشرده بودن و افزایش بهره‌وری، این چرخ‌دنده‌ها دارای کاربردهای خاصی هستند که عبارت‌اند از:

• ترمزهای سریع و توقف:

گیربکس مکعبی در بالابرها و آسانسورها به‌طور فراوان استفاده می‌شوند. دلیل استفاده‌ی این چرخ‌دنده‌ها در چنین کاربردهایی، توانایی توقف آن‌ها بدون نیاز به مکانیسم خارجی ثانویه است. البته در برخی از موارد این چرخ‌دنده‌ها به همراه یک ترمز کوچک‌تر به‌عنوان مکانیسم ثانویه برای توقف حرکت که با محرک حلزونی ترکیب می‌شود، استفاده می‌شوند. اگرچه این گیربکس ها توانایی خودقفل‌شوندگی دارند، در کاربردهایی که مقدار بار زیاد است، نباید تنها بر این توانایی چرخ‌دنده تکیه کرد.

• حذف صدا از جعبه‌دنده:

این گیربکس ها در تئاترها، فرودگاه‌ها و آسانسورها استفاده‌ی زیادی دارند. همچنین استفاده از آن‌ها در کاربردهای صنعتی به دلیل کم‌صدا بودن عملکردشان نسبت به سایر انواع چرخ‌دنده است. کم‌صدا بودن در این چرخ‌دنده‌ها به دلیل نحوه‌ی درگیر شدن رزوه‌های حلزونی و دنده‌های چرخ‌دنده است که سهم بزرگی از آن به‌صورت لغزش است.

• کاربردهایی با فضای کم:

گیربکس مکعبی در صنایع بسته‌بندی و تولیدی و به‌خصوص در ماشین‌های کوچک، ماشین‌های بسته‌بندی و دستگاه‌های انتقال محصول استفاده می‌شوند. این گیربکس ها به دلیل داشتن تعداد چرخ‌دنده‌ی پایین که می‌تواند به نسبت کاهش بالایی برسد، برای چنین کاربردهایی مناسب هستند.

• کاربردهایی با شوک بالا:

معمولاً اگر مقدار شوک بار در کاربردی بالا باشد، یکی از چرخ‌دنده‌های گیربکس مکعبی از جنس‌های نرم‌تر انتخاب می‌شود تا بتواند نیروی ناگهانی را به‌راحتی جذب کند. به همین دلیل این چرخ‌دنده‌ها در ماشین‌های خردکن و تجهیزات سنگین استفاده می‌شوند.

مزایا و معایب گیربکس مکعبی:

مزایا:

• کاهش زیاد سرعت: یک جفت گیربکس مکعبی می‌تواند تا نسبت کاهش 100 به 1 را پشتیبانی کند.
• گیربکس مکعبی فشرده است و نسبت به سایر چرخ‌دنده‌ها با حجم یکسان می‌تواند نسبت کاهش بیشتری ایجاد کند.
• کارکرد این گیربکس روان و بدون صدا است.
• می‌توان از خاصیت خودقفل‌شوندگی این گیربکس ها استفاده کرد؛ بدین‌صورت که حرکت تنها از سمت حلزونی امکان‌پذیر باشد.
• کارایی درگیر شدن دنده‌ها در این گیربکس بالاست.

معایب:

• بازده آن نسبت به سایر گیربکس ها پایین است.
• معمولاً حلزونی از برنج فسفری ساخته می‌شود که هزینه‌ی بالایی دارد.
• گرمای بسیار زیادی در گیربکس ایجاد می‌شود که باید توسط روغن به بدنه و محیط منتقل شود.
• ظرفیت انتقال توان پایین است و تنها تا 100 کیلووات می‌رسد.
• برای جلوگیری از سایش دنده‌ها، باید روغن‌کاری با مقدار فراوان همیشه وجود داشته باشد.

روغن کاری گیربکس مکعبی:

مسئله‌ی اساسی در رابطه با گیربکس مکعبی، نحوه‌ی تبدیل انرژی در آن‌ها است که هم یک مزیت و هم یک مشکل به‌حساب می‌آید. حرکت مارپیچی اجازه‌ی کاهش سرعت بالایی به سیستم می‌دهد اما مقدار بسیار زیادی لغزش بین دنده‌های درگیر وجود دارد.

در چرخ‌دنده‌های معمولی، بار از طریق تاج دنده که به آن خط گام نیز گفته می‌شود، منتقل می‌شود و مقدار بسیار کمی لغزش در این منطقه وجود دارد. در مقابل در گیربکس مکعبی، رزوه‌های حلزونی با دنده‌ها درگیر شده و مقدار زیادی لغزش وجود دارد.

در گیربکس مکعبی، با حرکت قسمت حلزونی در راستای دنده‌ها، لایه‌ی روغن نازک‌تر شده و رفته‌رفته این لایه از بین می‌رود؛ درنتیجه در قسمتی که روغن وجود ندارد، تماس فلز به فلز ایجاد شده و دنده‌ها ساییده می‌شوند. با بازگشت رزوه‌ی حلزونی به سمت بالا، این بخش دوباره روغن برداشته و این روند تکرار می‌شود.

بیشتر بخوانید: گیربکس آویز چیست؟

يك دنده در چرخ‌دنده‌ی معمولی كه دارای اصطكاك حاصل از غلتش است، نياز به روغن كمی برای ايجاد لايه‌ای از سيال برای جلوگيری از تماس فلز به فلز دارد. در جعبه‌دنده‌ی حلزونی به دليل وجود لغزش كه در دو طرف تاج دنده ايجاد می‌شود، روغنی با لزجت بيشتر موردنياز است. اين لغزش در سرعت‌های نسبتاً پایین رخ می‌دهد.

در گیربکس مکعبی، قسمت حلزونی که محرک است، در حین چرخش با نیروی مقاوم چرخ‌دنده روبه‌رو می‌شود. تنها راهی که برای جلوگیری از ایجاد تماس فلز با فلز وجود دارد، داشتن روغنی با ضخامت کافی است تا قبل از جدا شدن دنده‌ی درگیر، روغن موجود روی آن پاک نشود.

برای انجام چنین کاری، یک روش مخصوص روغن‌کاری موردنیاز است. نه‌تنها لزجت روغن انتخاب‌شده باید نسبتاً بالا باشد (و با دمای بالاتر، لزجت موردنیاز افزایش می‌یابد)، بلکه باید از مکانیسمی برای غلبه بر لغزش موجود استفاده کند.

لزجت روغن، اساسی‌ترین ویژگی آن برای جلوگیری از تماس فلز به فلز در چرخ‌دنده‌ی حلزونی است. مقدار لزجت را اندازه‌ی چرخ‌دنده‌ها و میزان بار مشخص می‌کند اما روغن‌های ISO 680 و ISO 460 متداول‌تر هستند و روغن ISO 1000 نیز در برخی کاربردها استفاده می‌شود. اگر قبلاً با چنین روغن‌هایی کار کرده‌اید، می‌دانید که کنترل آن‌ها سخت است؛ زیرا هیچ‌کدام از پمپ‌ها و فیلترهای معمولی که استفاده می‌کنید نمی‌توانند این روغن را استفاده کنند.

درنتیجه باید یک پمپ و فیلتر مخصوص برای این کاربرد تهیه کنید. روغن‌های لزج نیاز به پمپ‌هایی با سرعت پایین دارند تا بایپس فیلتر فعال نشود. همچنین چنین روغن‌هایی نیاز به فیلتر با سطح گسترده‌تری دارند تا بتوانند به‌راحتی عبور کنند.

یکی از روغن‌هایی که در گیربکس مکعبی استفاده می‌شود، روغن چرخ‌دنده‌ی معدنی مرکب است. هیچ ماده‌ای وجود ندارد که بتوان با اضافه کردن آن به روغن از لغزش بیشتر گیربکس پیشگیری کرد اما ترکیب روغن‌های سنتزشده و چربی‌های طبیعی افزودنی در روغن معدنی مرکب، روغن‌کاری خوبی را نتیجه می‌دهد.

دیگر روغنی که در این گیربکس ها استفاده می‌شود، روغن معدنی صنعتی فشار بالا (EP) برای چرخ‌دنده‌ها است. اگر از گیربکس مکعبی که دارای بخشی از جنس برنج است استفاده می‌کنید، در صورت به‌کارگیری روغن EP مشکلاتی به وجود خواهند آمد اما اگر از برنج استفاده نمی‌کنید و دمای کاری چرخ‌دنده نسبتاً پایین است، این روغن به‌خوبی وظایف خود را انجام خواهد داد.

روغن‌های چرخ‌دنده‌ی پلی آلفائولفین (PAO) به دلیل داشتن خواص روغن‌کاری خوب در گیربکس مکعبی به‌خوبی عمل می‌کنند. موادی که به این روغن اضافه شده است باید مشخص شود؛ زیرا این روغن‌ها می‌توانند افزودنی EP نیز داشته باشند. یک روغن معمولی ضدسایش (AW) تقویت‌شده نیز معمولاً قابل‌قبول است اما باید سازگاری آن با فلزات استفاده‌شده در گیربکس بررسی شود.

سازندگان مشهور توصیه می‌کنند که سازگاری روغن‌ها با فلزات گیربکس به‌دقت بررسی شود تا نتایجی مانند حل شدن سطح فلز برنجی در روغن حاصل نشود. استفاده از روغن‌های پلی آلکیلن گلیکول (PAG) در حال افزایش است.

این روغن‌ها دارای ویژگی‌های روغن‌کاری فوق‌العاده‌ای هستند و مسائلی مانند داشتن موم در روغن‌های معدنی که باعث ایجاد مشکل در دماهای پایین می‌شود را ندارند. البته در انتخاب روغن‌های PAG باید دقت کنید؛ زیرا این روغن‌ها با روغن‌های معدنی و برخی از رنگ‌ها و آب‌بندی‌ها سازگار نیستند.

اجزا گیربکس مکعبی:

بیشتر بخوانید: انواع گیربکس کرانویل پینیون

متداول‌ترین گیربکس های مکعبی از چرخ‌دنده‌ی برنجی و حلزونی فولاد ساخته می‌شوند. این روش ساخت به دلیل راحت‌تر بودن ساخت چرخ‌دنده از جنس برنج نسبت به حلزونی است. به دلیل اینکه چرخ‌دنده از جنسی نرم‌تر ساخته شده، طراحی جعبه‌دنده‌ی حلزونی به‌گونه‌ای است که در صورت بروز مشکل، چرخ‌دنده آسیب دیده و حلزونی سالم بماند. تحلیل مواد درون روغن نیز در چنین گیربکس هایی نشان‌دهنده‌ی وجود مقدار زیادی مس و مقدار کمی آهن است.

استفاده از چرخ‌دنده‌ی برنجی یک مشکل دیگر نیز ایجاد می‌کند. در چرخ‌دنده‌های معمولی، استفاده از روغن EP باعث ایجاد یک لایه‌ی اکسید‌شده روی سطوح می‌شود که باعث عملکرد مطمئن‌تر دنده‌ها و جذب شوک‌ها و تنش‌های بالای مکانیکی می‌شود اما اگر در گیربکس مکعبی از روغن EP استفاده شود، باعث خورده شدن برنج خواهد شد.

برخی دیگر از مواد نیز به‌عنوان چرخ‌دنده و حلزونی در گیربکس های مکعبی کوچک‌تر استفاده می‌شوند که عبارت‌اند از:

• حلزونی و چرخ‌ دنده‌ فولادی:

در این نوع گیربکس، مشکلی برای استفاده از روغن‌های EP وجود ندارد اما ساخت آن سخت بوده و نیاز به‌دقت بالایی دارد. همچنین تعمیرات این گیربکس‌ها پرهزینه‌تر و زمان‌برتر از گیربکس‌های فولاد-برنجی است. این مسئله به این دلیل است که هم حلزونی و هم چرخ‌دنده در معرض آسیب هستند و هر دو به یک اندازه خورده می‌شوند.

• حلزونی و چرخ‌ دنده‌ برنجی:

این نوع گیربکس تنها برای بارهای کم تا متوسط استفاده می‌شود؛ زیرا برنج تنها مقدار محدودی بار تحمل می‌کند. انتخاب روغن نیز برای این گیربکس ها به دلیل بار کم، آزاد است اما نباید از روغن‌های EP استفاده شود.

• پلاستیک و فلز یا پلاستیک و سایر ترکیب‌ های معادل:

این نوع معمولاً برای بارهای کم مانند رباتیک استفاده می‌شود. انتخاب روغن بر اساس نوع پلاستیک است؛ زیرا بسیاری از پلاستیک‌ها با هیدروکربن‌ها واکنش نشان می‌دهند و باید از روغن‌های سیلیکونی یا غیرفعال (ازنظر شیمیایی) استفاده شود.

عیب یابی و تعمیر:

1- گرم شدن بیش‌ازحد:

در گیربکس مکعبی برای افزایش بازده معمولاً از حلزونی غیرآهنی و شفت فولادی استفاده می‌شود. به دلیل وجود لغزش در محرک، این نوع گیربکس ها گرمای بیشتری در حین کار تولید می‌کنند و در اثر متفاوت بودن جنس قطعات مختلف، با افزایش دما، انبساط گرمایی قطعات، متفاوت خواهد بود که باعث ایجاد فاصله بین قطعات می‌شود. برای مدیریت گرما و عدم آسیب به گیربکس در دمای بالا، به چهار نکته باید توجه شود: کیفیت قطعات – کیفیت سطوح در معرض اصطکاک – انتخاب نوع روغن – شرایط محیطی و کیفیت مونتاژ. مشکلاتی که در اثر گرما به وجود می‌آیند، عبارت‌اند از:

• سایش گیربکس به دلیل اضافه‌بار: در این شرایط، در صورت امکان، میزان بار را کاهش داده یا از گیربکس بزرگ‌تر استفاده کنید.
• روغن‌کاری ناکافی: مخزن روغن را پر کنید.
• کیفیت نامناسب روغن: از روغن‌های باکیفیت و سازگار با جنس قطعات گیربکس استفاده کنید.

2- صدا از قطعات داخلی گیربکس:

• درگیر شدن نامناسب و وجود فاصله بین حلزونی و چرخ‌دنده: در این شرایط، باید مشخص شود که کدام قسمت دچار خوردگی و سایش شده و باید قسمت معیوب، تعویض گردد.
• سایش بیش‌ازحد حلزونی: حلزونی را تعویض کنید.
• آسیب به یاتاقان‌ یا تلورانس غیرقابل‌قبول در آن: یاتاقان را تعویض کنید.
• روغن‌کاری ناکافی: به میزان کافی به گیربکس روغن اضافه کنید.
• ورود جسم خارجی به داخل گیربکس: روغن را تعویض یا گیربکس را باز کرده و آن را تمیز کنید.

3- حلزونی آسیب‌دیده:

• اعمال اضافه‌بار به گیربکس: میزان بار را تنظیم کرده یا از گیربکس بزرگ‌تر استفاده کنید.
• روغن‌کاری ناکافی
• روغن با کیفیت پایین

4- نشتی روغن:

• آسیب به آب‌بندی روغن: قطعات آسیب‌دیده را تعویض کنید.
• آسیب به واشر: واشر را تعویض کنید.
• وجود روغن بیش‌ازحد: مقدار اضافی روغن را تخلیه کنید.
• شل شدن محل پر کردن روغن

قیمت گیربکس مکعبی:

فروش گیربکس مکعبی در تیپ های مختلف به صورت کوپل شده یا جدا از بهترین برند های روز دنیا با مناسب ترین قیمت در شرکت آتور صنعت. جهت خرید گیربکس مکعبی، استعلام لیست قیمت و دریافت کاتالوگ با شماره تلفن 32004-031 تماس حاصل فرمایید.