گیربکس حلزونی

مزایا و کاربری های صنعتی Worm Gearbox

گیربکس های صنعتی در صنایع مختلف در مقیاس کوچک و بزرگ مورد استفاده قرار می گیرند و کاربردهای گسترده ای دارند. طراحی و ساخت کم صدا و نرم گیربکس حلزونی هلیکال مزایای مهندسی و عملکردی متعددی از جمله درجه بالایی از قابلیت تعویض قطعات و مجموعه های فرعی را ارائه می دهد. این یک تولید اقتصادی را فراهم می کند، در حالی که بالاترین استاندارد یکپارچگی قطعات را حفظ می کند. مزایای اتصال و کاربری گیربکس های حلزونی که سبب انتخاب این سری از گیربکس ها در اتصالات صنعتی می شوند به قرار زیر است.

• دندانه های زاویه دار در ساختار گیربکس حلزونی به تدریج نسبت به دندانه های چرخ دنده درگیر می شوند تا بتوانند نرم تر کار کنند. این نوع طراحی بالاخص در قیاس با دنده های نوعی spur حرکتی نرم تر را پدید می آورد.
• گیربکس‌های حلزونی و چرخ‌دنده‌های حلزونی دوام بالایی دارند و برای کاربردهایی که بارهای زیاد دارند مناسب‌تر هستند. بالاترین سطح قابلیت اطمینان و عملکرد ایمن برای گیربکس های حلزونی در قیاس با انواع دیگر گیربکس تعریف می شود.
• گیربکس حلزونی می تواند قدرت و حرکت را بین محورهای زاویه راست یا موازی هدایت کند.
• شافت خروجی و ورودی به گیربکس حلزونی در 5 نوع شکل و اتصال مختلف بصورت ساده و هالو شافت که اتصالی سریع را تضمین می کند طراحی و تولید می شود.
به دلیل توزیع بار بین دندان های متعدد، ساییدگی و تمرکز تنش در ساختمان گیربکس هلیکال حلزونی کاهش می یابد.

کاربردهای رایج الکتروگیربکس صنعتی حلزونی در صنایع مختلف

گیربکس خورشیدی با راندمان 98 درصد در صدر جدول بهره‌وری قرار دارد و پس از آن، گیربکس های هلیکال به عنوان کارآمدترین گیربکس های صنعتی شناخته می‌شوند. تنوع و گستردگی گیربکس حلزونی چه از نظر توان و چه از نظر گشتاور، قابلیت خروجی از 3000 الی 1.5 میلیون نیوتن متر را فراهم می‌کند. این نوع گیربکس در توان اسمی از 1.25 تا 450 کیلووات تولید می‌شود که این رینج وسیع، نیازهای صنعتی اغلب صنایع را پوشش می‌دهد. برخی از کاربردهای عمومی گیربکس حلزونی به شرح زیر هستند:

• در صنایع کاغذ سازی در رولینگ کاغذ و در قسمت کانوایر ها از گریبکس حلزونی کاربری فراوانی می شود.
• در راه اندازی نقاله های صنعتی و گرداندن تسمه نوار نقاله بر روی رول ها از گیربکس حلزونی استفاده بسیاری می شود.
• استفاده در صنایع چاپ، کد و جابجایی خاک از این سری گیربکس های هلیکال استفاده بسیاری می شود.
• صنایع بندری و نیروگاهی، کارخانه های فولاد و نورد
• صنایع نساجی، صنایع غذایی، صنایع پلاستیک، آسانسور، نوار نقاله، کمپرسور، دمنده، کاتر و صنایع نفت از رینج های مختلفی گیربکس حلزونی در فرایند های مختلف تولید و فراوری استفاده می کنند.
• در صنایع و معادن سیمان در انواع سنگ شکن ها از گیربکس های حلزونی استفاده بسیاری می شود.
• در اتصالات تاور کرین ها، جرثقیل های سقفی، ترولی ها و کالسکه های حمل بار بر روی ریل ها از گیربکس های حلزونی استفاده یم شود.
• از گیربکس هلیکال در برج های خنک کننده، توربین های آبی، پیچ های هیدرودینامیکی استفاده گیترده ای می شود.

در واقع مزایای فنی و قابلیت های مکانیکی، قیمت و هزینه مناسب گیربکس حلزونی سبب استفاده نا محدودی از این سیستم انتقال قدرت شده و محدود به کاربری های قید شده در بالا نمی باشد. در اسکترودر های لاستیک و پلاستیک، دستگاه های تولید کاغذ، راه اندازی هواکش های صنعتی، صنایع آب و فاضلاب و صنایع غذایی نیز از رینج های وسیعی از گیربکس های حلزونی استفاده می شود.

استانداردهای طراحی و ساخت گیربکس صنعتی Worm Gearbox

گیربکس های حلزونی به دلیل ساختار خاص و کاربرد گسترده در صنایع، نیازمند رعایت استانداردهای طراحی و ابعادی مشخص هستند تا هم عملکرد قابل اعتماد و هم قابلیت جایگزینی سریع در خطوط تولید و نگهداری داشته باشند. در این بخش مهم ترین استانداردهای بین المللی و صنعتی که در طراحی، ساخت و تست گیربکس های حلزونی رعایت می شود، برای بررسی و اطمینان شما ارائه شده است.

محدوده استفاده در گیربکس حلزونی	شرح کاربرد	استاندارد	ردیف
طراحی پروفیل دنده و تحمل بار	طراحی و محاسبه دنده های حلزونی	DIN 3996	1
شیار شافت ورودی و خروجی گیربکس	ابعاد شیار شافت	DIN 5480 / 6885	2
کیفیت و تلرانس پروفیل دنده	هندسه و کیفیت دنده های حلزونی	ISO 14521	3
انتخاب متریال و استحکام در طراحی	محاسبه استحکام دنده	ISO 6336	4
مشخصات ابعاد و زاویه دنده ها	ابعاد چرخ دنده های حلزونی	ISO 4460	5
الزامات طراحی و عملکردی	Worm Gear Speed Reducers	AGMA 6022-C93	6
ابعاد فریم موتور قابل نصب روی گیربکس	استاندارد موتور الکتریکی	IEC 60034	7
VF30، VF44، VF49، VF63، VF75، VF90، VF110	سایزبندی ابعادی گیربکس	NMRV / VF Frame Standards	8

رعایت این استانداردها در تولید گیربکس های حلزونی باعث می شود محصول نهایی علاوه بر کیفیت و طول عمر بالا، در فرآیندهای نگهداری و تعمیرات نیز به راحتی با سایر برندهای معتبر جایگزین شده و هزینه های توقف خط تولید کاهش یابد. همچنین در هنگام انتخاب گیربکس مناسب برای پروژه های صنعتی، آگاهی از این استانداردها به مهندسین و کارشناسان فنی کمک می کند تا بهترین انتخاب متناسب با شرایط کاری خود داشته باشند.

عیب یابی و حل مشکلات گیربکس Worm Gear

از آنجایی که گیربکس حلزونی مانند دیگر اجزا و ماشین آلات اتوماسیون صنعتی تحت تنش های فشاری، سایشی همراه با ضربه در اتصال با الکتروموتور هایی با دور های بالا کار می کند بسیار طبیعی است که در طولانی مدت با مشکلاتی از قبیل سایش اجزا و اتصالات، نشت روغن از بلوک گیربکس، قفل شدگی در اتصال و اشکالاتی مربوط به اتصالات یاتاقان روبرو شود. در زیر به عیب یابی و مشکلاتی تاشی از عدم عملکرد صحیح هر بخش از گیربکس حلزونی می پردازیم.

• حرارتی بالای گیربکس حلزونی و نشتی روغن: اغلب این نشتی ها به چهار دلیل مختلف در گیربکس حلزونی اتفاق می افتند. اول ممکن است ترکیبات شیمیایی فلزی درستی در تولید اجزا انتخاب نشده باشند. دوم ممکن است سطح صفحه اصطکاکی کیفیت مورد نظر را نداشته باشد. دلیل سوم می تواند انتخاب میزان نا صحیحی از گریس یا لوبریکانت برای روان کاری در گیربکس حلزونی باشد. و در نهایت ممکن است نشتی به سبب اتصال نا صحیح اجزا و جفت نشدن کامل قطعات و اتصالات باشد. به منظور بهبود کارایی، گیربکس های حلزونی معمولاً از ترکیبات فلزی با درصد پایین آهن مانند ترکیبات برنز، آلومینیوم، مس، سرب و نیکل در ترکیبات شیمیایی دنده های حلزونی خود استفاده می کنند. از آنجایی که درایو اصطکاکی از نوع کشویی است، جابجایی بیشتری در حین کار رخ می دهد، که باعث ایجاد تفاوت در انبساط حرارتی بین قطعات و سیل های گیربکس می شود، در نتیجه شکاف هایی در هر سطح جفت ایجاد می شود و روغن روان کننده رقیق می شود.
• میزان سایش بالای دنده حلزونی: دنده خلزونی گیربکس معمولاً از ترکیبات آلیاژی برنز قلع ساخته شده است و ترکیبات دنده های همسان با فولاد 45 به HRC4555 یا 40Cr سخت شده به HRC5055 سخت می شود و سپس توسط یک گراندر تا بالاتر از Ra0.8μmo سنگ زنی می شود. دنده های گیربکس حلزونی در طول کار معمولی به آرامی فرسوده می شود و برخی از گیربکس را می توان بیش از 10 سال استفاده کرد. اگر سرعت سایش سریع باشد دلیل آن می تواند اعمال بار و تنش هایی بیش از حد استاندارد و تعریف شده برای گیربکس، عدم مونتاژ صحیح و دقیق که دنده های گیربکس حلزونی در فاصله دقیق خود قرار نگرفته اند و گاهی نیز عدم کاربری ترکیبات آلیاژی مناسب با سختی سطحی مناسب در فرایند سخت کاری حرارتی دنده های گیربکس می باشد.
• سایش بالای دنده پینیون گیربکس حلزونی: این اتفاق اغلب زمانی پیش می آید که گیربکس حلزونی بصورت عمودی بسته شده است و به میزان گریس و روان کننده و نوع روغن گیربکس بستگی دارد. زمانیکه گیربکس حلزونی بصورت عمودی بسته می شود بالاخص در دماهای بالا در صورتیکه روغن گیربکس مقاومت حرارتی بالایی نداشته باشد به راحتی روان می شود. این امر سبب می شود روغن موجود در اتصال موتور و گیربکس روان و از بین رود و دنده محافظ روانکاری مد نظر را دریافت نکند.
• آسیب های مربوط به بلبرینگ دنده حلزونی: هنگامی که خرابی در عملکرد رخ می دهد، حتی اگر گیربکس حلزونی به خوبی آب بندی شده باشد، اغلب مشاهده می شود که روغن در گیربکس امولسیون شده است و یاتاقان ها خورده، خورده و آسیب دیده اند. به این دلیل که دمای روغن دنده حلزونی پس از راه اندازی مجدد موتور الکتریکی سرد می شود و میعانات تولید شده با آب مخلوط می شود. البته این میزان آسیب یاتاقات با کیفیت بلبرینگ و فرآیند مونتاژ نیز ارتباط نزدیکی دارد.

ایرادات دیگر پیرامون گشتارو خروجی یا دقت عملکرد بر گیربکس های حلزونی وارد می باشد اما در کل نیاز به تذکر دارد که این سری از گیربکس ها در دسته الکتروگیربکس ها با دقت بسیار بالا قرار ندارد و برای دستیابی به دقت بالا می بایست از گیربکس هایی مانند گیربکس خورشیدی در اتصالات بعنوان کاهنده سرعت استفاده نمود.

انواع و تعداد یاتاقان در اتصال شافت های گیربکس حلزونی

شافت ورودی از موتور به گیربکس حلزونی که دارای سرعت زاویه ای بالایی است در بدو ورود اغلب توسط یک یاتاقان برینگ مهار می شود و در ادامه و در پای اتصال به شافت درونی گیربکس از یک رولبرینگ مخروطی دیگر با توجه به سرعت زاویه ای بالای این شافت که گریز از مرکز و لنگر را بصورت پتانسیل می تواند داشته باشد استفاده می شود. شافت عمودی با شافت اول که بصورت Bevel با این محور اتصال پیدا می کند هم سرعت زاویه ای نسبتا بالایی خواهد داشت و هم به سبب نوع اتصال یک بار محوری را نیز در کنار بار شعاعی ناشی از اتصال شافت در ساختار گیربکس حلزونی تعلیق خواهد نمود. این دو فاکتور یعنی سرعت زاویه ای بالا و بار ترکیبی نیاز به استفاده از نوع خاصی بلبرینگ تحت نام بلبرینگ تماس زاویه ای Angular contact bearing را در ساختار گیربکس حلزونی و در تماس دو شافت عمودی پدید می آورد.

از این مرحله به بعد تمامی شافت های داخلی بلوک گیربکس حلزونی وارزی بوده و نیروی محوری حذف شده با افزایش تدیجی سایز دنده های متصل بصورت هلیکال از سرعت زاویه ای نیز کاسته می شود. از این رو در باقی اتصالات شافت های مرکزی گیربکس حلزونی اغلب از رولبرینگ استوانه ای که دارای قابلیت تعلیق میزان بالایی از بار است استفاده می شود. بنا به فراخور در صورتیکه از طرف شافت نهایی خروجی از گیربکس حلزونی نیز امکان اعمال بار های محوری وجود داشته باشد اغلب با توجه به سرعت زاویه ای کم این شافت و میزان بار بالایی که بر پیکر آن وارد می شود از رولبرینگ مخروطی Tapered roller bearing در این اتصال استفاده می شود. هر یک از این نوع یاتاقان ها بر حسب نوع طراحی و به فراخور کاربری گیربکس حلزونی می توانند دستخوش تغییراتی گردند.

عیب یابی و حل مشکلات گیربکس Worm Gear

از آنجایی که گیربکس حلزونی مانند دیگر اجزا و ماشین آلات اتوماسیون صنعتی تحت تنش های فشاری، سایشی همراه با ضربه در اتصال با الکتروموتور هایی با دور های بالا کار می کند بسیار طبیعی است که در طولانی مدت با مشکلاتی از قبیل سایش اجزا و اتصالات، نشت روغن از بلوک گیربکس، قفل شدگی در اتصال و اشکالاتی مربوط به اتصالات یاتاقان روبرو شود. در زیر به عیب یابی و مشکلاتی تاشی از عدم عملکرد صحیح هر بخش از گیربکس حلزونی می پردازیم.

• حرارتی بالای گیربکس حلزونی و نشتی روغن: اغلب این نشتی ها به چهار دلیل مختلف در گیربکس حلزونی اتفاق می افتند. اول ممکن است ترکیبات شیمیایی فلزی درستی در تولید اجزا انتخاب نشده باشند. دوم ممکن است سطح صفحه اصطکاکی کیفیت مورد نظر را نداشته باشد. دلیل سوم می تواند انتخاب میزان نا صحیحی از گریس یا لوبریکانت برای روان کاری در گیربکس حلزونی باشد. و در نهایت ممکن است نشتی به سبب اتصال نا صحیح اجزا و جفت نشدن کامل قطعات و اتصالات باشد. به منظور بهبود کارایی، گیربکس های حلزونی معمولاً از ترکیبات فلزی با درصد پایین آهن مانند ترکیبات برنز، آلومینیوم، مس، سرب و نیکل در ترکیبات شیمیایی دنده های حلزونی خود استفاده می کنند. از آنجایی که درایو اصطکاکی از نوع کشویی است، جابجایی بیشتری در حین کار رخ می دهد، که باعث ایجاد تفاوت در انبساط حرارتی بین قطعات و سیل های گیربکس می شود، در نتیجه شکاف هایی در هر سطح جفت ایجاد می شود و روغن روان کننده رقیق می شود.
• میزان سایش بالای دنده حلزونی: دنده خلزونی گیربکس معمولاً از ترکیبات آلیاژی برنز قلع ساخته شده است و ترکیبات دنده های همسان با فولاد 45 به HRC4555 یا 40Cr سخت شده به HRC5055 سخت می شود و سپس توسط یک گراندر تا بالاتر از Ra0.8μmo سنگ زنی می شود. دنده های گیربکس حلزونی در طول کار معمولی به آرامی فرسوده می شود و برخی از گیربکس را می توان بیش از 10 سال استفاده کرد. اگر سرعت سایش سریع باشد دلیل آن می تواند اعمال بار و تنش هایی بیش از حد استاندارد و تعریف شده برای گیربکس، عدم مونتاژ صحیح و دقیق که دنده های گیربکس حلزونی در فاصله دقیق خود قرار نگرفته اند و گاهی نیز عدم کاربری ترکیبات آلیاژی مناسب با سختی سطحی مناسب در فرایند سخت کاری حرارتی دنده های گیربکس می باشد.
• سایش بالای دنده پینیون گیربکس حلزونی: این اتفاق اغلب زمانی پیش می آید که گیربکس حلزونی بصورت عمودی بسته شده است و به میزان گریس و روان کننده و نوع روغن گیربکس بستگی دارد. زمانیکه گیربکس حلزونی بصورت عمودی بسته می شود بالاخص در دماهای بالا در صورتیکه روغن گیربکس مقاومت حرارتی بالایی نداشته باشد به راحتی روان می شود. این امر سبب می شود روغن موجود در اتصال موتور و گیربکس روان و از بین رود و دنده محافظ روانکاری مد نظر را دریافت نکند.
• آسیب های مربوط به بلبرینگ دنده حلزونی: هنگامی که خرابی در عملکرد رخ می دهد، حتی اگر گیربکس حلزونی به خوبی آب بندی شده باشد، اغلب مشاهده می شود که روغن در گیربکس امولسیون شده است و یاتاقان ها خورده، خورده و آسیب دیده اند. به این دلیل که دمای روغن دنده حلزونی پس از راه اندازی مجدد موتور الکتریکی سرد می شود و میعانات تولید شده با آب مخلوط می شود. البته این میزان آسیب یاتاقات با کیفیت بلبرینگ و فرآیند مونتاژ نیز ارتباط نزدیکی دارد.

ایرادات دیگر پیرامون گشتارو خروجی یا دقت عملکرد بر گیربکس های حلزونی وارد می باشد اما در کل نیاز به تذکر دارد که این سری از گیربکس ها در دسته الکتروگیربکس ها با دقت بسیار بالا قرار ندارد و برای دستیابی به دقت بالا می بایست از گیربکس هایی مانند گیربکس خورشیدی در اتصالات بعنوان کاهنده سرعت استفاده نمود.

انواع و تعداد یاتاقان در اتصال شافت های گیربکس حلزونی

شافت ورودی از موتور به گیربکس حلزونی که دارای سرعت زاویه ای بالایی است در بدو ورود اغلب توسط یک یاتاقان برینگ مهار می شود و در ادامه و در پای اتصال به شافت درونی گیربکس از یک رولبرینگ مخروطی دیگر با توجه به سرعت زاویه ای بالای این شافت که گریز از مرکز و لنگر را بصورت پتانسیل می تواند داشته باشد استفاده می شود. شافت عمودی با شافت اول که بصورت Bevel با این محور اتصال پیدا می کند هم سرعت زاویه ای نسبتا بالایی خواهد داشت و هم به سبب نوع اتصال یک بار محوری را نیز در کنار بار شعاعی ناشی از اتصال شافت در ساختار گیربکس حلزونی تعلیق خواهد نمود. این دو فاکتور یعنی سرعت زاویه ای بالا و بار ترکیبی نیاز به استفاده از نوع خاصی بلبرینگ تحت نام بلبرینگ تماس زاویه ای Angular contact bearing را در ساختار گیربکس حلزونی و در تماس دو شافت عمودی پدید می آورد.

از این مرحله به بعد تمامی شافت های داخلی بلوک گیربکس حلزونی وارزی بوده و نیروی محوری حذف شده با افزایش تدیجی سایز دنده های متصل بصورت هلیکال از سرعت زاویه ای نیز کاسته می شود. از این رو در باقی اتصالات شافت های مرکزی گیربکس حلزونی اغلب از رولبرینگ استوانه ای که دارای قابلیت تعلیق میزان بالایی از بار است استفاده می شود. بنا به فراخور در صورتیکه از طرف شافت نهایی خروجی از گیربکس حلزونی نیز امکان اعمال بار های محوری وجود داشته باشد اغلب با توجه به سرعت زاویه ای کم این شافت و میزان بار بالایی که بر پیکر آن وارد می شود از رولبرینگ مخروطی Tapered roller bearing در این اتصال استفاده می شود. هر یک از این نوع یاتاقان ها بر حسب نوع طراحی و به فراخور کاربری گیربکس حلزونی می توانند دستخوش تغییراتی گردند.