انتخاب موتور گیربکس صنعتی و محاسبات آن
گیربکس صنعتی بهمنظور تغییر سرعت، گشتاور و جهت نیروی ورودی از منبع محرکه در کاربردهای مختلف صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. معمولا نیروی محرکه ورودی گیربکس توسط الکتروموتور تأمین میشود. با توجه به تنوع بالای الکتروموتورها و گیربکسهای صنعتی، انتخاب صحیح این دو تجهیز یکی از دغدغههای اصلی صاحبان صنایع محسوب میشود.
گیربکسهای صنعتی در انواع مختلفی مانند گیربکس حلزونی، گیربکس خورشیدی، گیربکس هلیکال، آویز و سفارشی تولید میشوند و هر یک بسته به نوع عملکرد، راندمان، نحوه نصب و شرایط کاری، در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار میگیرند. علاوه بر نوع گیربکس، عواملی مانند اتصالات، ظرفیت گشتاور، سرعت خروجی، شرایط محیطی و نوع کاربرد نیز در انتخاب آن نقش بسیار مهمی دارند.
با توجه به پیچیدگی و تنوع بالای اطلاعات فنی این تجهیزات، بررسی و انتخاب دقیق آنها نیازمند تخصص و تجربه است. با این حال، در ادامه تلاش کردهایم با بیانی ساده و دقیق، تمامی عوامل مؤثر در انتخاب گیربکس صنعتی را شرح دهیم تا فرآیند تصمیمگیری برای کاربران و صنعتگران آسانتر شود.
مهمترین عواملی در محاسبات انتخاب موتور و گیربکس
- نوع موتور
- توان موتور
- دور خروجی موتور
- تعداد استارت و چرخه کاری موتور در روز
- نوع گیربکس
- سایز گیربکس
- نسبت تبدیل گیربکس
- دور خروجی گیربکس
- گشتاور خروجی گیربکس
- سرویس فاکتور یا ضریب کار گیربکس
- بازده گیربکس
- نحوه اتصال موتور و گیربکس
در فیلم زیر ما به طور کامل، مهم ترین عواملی را که هنگام انتخاب گیربکس صنعتی تاثیر گذار است؛ بررسی می کنیم.
انتخاب نوع گیربکس
برای انتخاب دقیق گیربکس، در ابتدا باید نوع گیربکس مشخص شود. بهطور کلی گیربکسهای صنعتی به دو دسته اصلی تقسیم میشوند:
1. گیربکسهای کاهنده دور
2. گیربکسهای افزاینده دور
همانطور که از نام آنها پیداست، گیربکسهای کاهنده برای کاهش دور خروجی الکتروموتور و در مقابل، گیربکسهای افزاینده برای افزایش دور خروجی موتور بهکار میروند. در میان این دو نوع، گیربکسهای کاهنده تنوع بسیار بیشتری دارند و در اغلب صنایع مورد استفاده قرار میگیرند.
انواع گیربکسهای کاهنده
گیربکسهای کاهنده بر اساس نوع چرخدندهها و نحوه انتقال نیرو، به چهار گروه اصلی تقسیم میشوند:
- گیربکس حلزونی
- گیربکس هلیکال
- گیربکس خورشیدی
- گیربکس آویز
گیربکس حلزونی
گیربکس حلزونی نوعی گیربکس کاهنده است که از یک ماردون (پیچ حلزونی) و یک چرخدنده حلزونی تشکیل شده است. این گیربکس اساسا برای کاهش سرعت و افزایش گشتاور طراحی شده است.
مزایا
- خاصیت «خودقفلشوندگی» دارد (یعنی خروجی ممکن است نتواند محرک را بچرخاند) که در کاربردهایی که نیاز به توقف خودکار دارند، مفید است.
- طراحی نسبتا ساده، نصب ساده، قیمت نسبتا مناسبتر نسبت به برخی گزینهها
- قابلیت کاهش دور زیاد (نسبت تبدیل بزرگ) در حجم کم
معایب
- راندمان آن معمولا پایینتر از برخی انواع دیگر است (به دلیل سطح تماس زیاد و اصطکاک بیشتر)
- حرارتزایی بیشتر در شرایط کاری سنگین بهدلیل لغزش بیشتر
- برای گشتاورهای خیلی بالا و کاربردهای فوقسنگین معمولا بهینه نیست.
بیشتر بدانید ⇐ بررسی جامع گیربکس حلزونی
گیربکس هلیکال
گیربکس هلیکال نوعی گیربکس است که از چرخدندههای مارپیچ یا «هلیکال» استفاده میکند؛ دندانهها بهصورت مورب بر روی چرخدنده قرار گرفتهاند. این طراحی باعث میشود که سطح تماس بین دندانهها بیشتر و درگیری نرمتر شود.
مزایا
- راندمان بالاتر نسبت به حلزونی، بهدلیل درگیری یکنواختتر و کاهش شوک.
- گشتاور خروجی قابلتوجه، مناسب برای کاربردهای صنعتی سنگین.
- صدای کمتر و عملکرد نرمتر.
معایب
- هزینه اولیه ممکن است بیشتر از مدلهای سادهتر باشد.
- طراحی پیچیدهتر نسبت به برخی انواع و نصب ممکن است فضای بیشتری نیاز داشته باشد (بهویژه اگر نسبت تبدیل بالا و ابعاد بزرگ باشد).
- معمولا برای کاهش دور بسیار زیاد (نسبت تبدیلهای خیلی بزرگ) نسبت به دیگر انواع ممکن است اقتصادی نباشد.
بیشتر بدانید ⇐ بررسی جامع گیربکس هلیکال
گیربکس خورشیدی
گیربکس های خورشیدی که گاهی به آن «گیربکس سیارهای» نیز گفته میشود، از مجموعهای از چرخدندهها تشکیل شده است؛ شامل یک دنده مرکزی (خورشیدی)، چند چرخدنده سیارهای که دور آن میگردند و یک دنده حلقوی (رینگی). محور ورودی و خروجی معمولا همراستا هستند.
مزایا
- چگالی گشتاور بالا: توانایی انتقال گشتاور زیاد در حجم کم.
- راندمان بالا، لقی کم و دقت مناسب برای کاربردهای حساس.
- انعطافپذیری بالا در طراحی نسبت تبدیل، چندطبقه شدن امکانپذیر است.
معایب
- هزینه ساخت و قیمت خرید معمولا بالاتر نسبت به انواع سادهتر.
- طراحی و نگهداری ممکن است پیچیدهتر باشد؛ انتخاب بهینه نیازمند محاسبه دقیق است.
- برای کاربردهای خیلی ساده و با گشتاور کم، ممکن است مقرون به صرفه نباشد.
بیشتر بدانید ⇐ بررسی جامع گیربکس خورشیدی
گیربکس آویز
گیربکس آویز دارای شافت ورودی و خروجی موازی یا در یک راستا هستند؛ به زبان سادهتر، محور ورودی و خروجی تقریبا در یک مسیر یا موازیاند. این طراحی باعث میشود برای کاربردهای خاص که فضای نصب محدود است یا انتقال نیرو موازی مد نظر است، گزینه خوبی باشد.
مزایا
نصب در فضاهایی که شافتها موازی میشوند، امکانپذیر است؛ طراحی نسبتا جمعوجور و تنوع خوبی دارند و برای برای طیف متوسط کاربردها مناسب هستند.
معایب
- نسبت به برخی انواع مثل هلیکال یا خورشیدی، ممکن است راندمان کمی کمتر باشد (بسته به طراحی).
- در کاربردهای فوقسنگین با گشتاور خیلی بالا، ممکن است گزینه بهینهترین نباشد.
تنوع بالای گیربکسهای صنعتی از حلزونی و خورشیدی گرفته تا انواع سفارشی آن، نوع کار هر یک در صنایع مختلف، اتصالات و نحوه استفاده از آنها همگی در انتخاب گیربکس تاثیرگذار است. بررسی هر یک از این اطلاعات فنی نیازمند تخصص و تجربه در این رابطه است. با این حال ما در ادامه با بیانی ساده و به طور دقیق هر یک از این عوامل را شرح می دهیم.
دور ورودی، خروجی و نسبت تبدیل در گیربکس صنعتی
مقادیر دور ورودی و دور خروجی در گیربکس، یکی از تأثیرگذارترین عوامل هنگام خرید گیربکس صنعتی است. دور ورودی گیربکس مستقیما از محرک آن مثلا الکتروموتور دریافت میشود. این مقادیر بهطور معمول برابر ۳۰۰۰، ۱۴۰۰، ۹۰۰ و ۷۵۰ دور (rpm) است.
معمولا اکثر گیربکسها در طراحیهای متنوع، توانایی پذیرش دور ورودیهای مختلف را دارند؛ اما نکته مهم در این رابطه دور خروجی مورد نیاز ما است. فرض کنید ما به ۱۰۰ دور خروجی در دقیقه نیاز داریم، مسئله اصلی، تعیین مقدار صحیح دور ورودی است. چگونه دور ورودی مناسب را تشخیص دهیم؟
در این بخش پارامتر دیگری بهنام نسبت تبدیل یا نسبت کاهندگی باید بررسی شود. نسبت تبدیل رابطه بین دور ورودی و خروجی گیربکس را تعیین میکند. مقدار این پارامتر بر اساس تعداد دندههای گیربکس مشخص شده و بهصورت ۱ به x بیان میشود.
بهعنوان مثال، یک گیربکس با دور ورودی ۱۴۰۰ دور اگر نسبت تبدیلش برابر ۱۰۰ باشد، دور خروجی آن معادل ۱۴ RPM میشود.
حال در مثال قبل که ۱۰۰ دور خروجی میخواستیم، میتوانیم از یک موتور ۳۰۰۰ دور و یک گیربکس با نسبت تبدیل ۱ به ۳۰ استفاده کنیم، یا موتور ۱۴۰۰ دور با گیربکس ۱ به ۱۴. همینطور ۹۰۰ یا ۷۵۰ دور.
بنابراین آنچه در دور خروجی گیربکس تعیینکننده است، توانایی آن در میزان (نسبت) کاهندگی است. نکته مهم دیگر اینکه، موتورهای ۳۰۰۰ دور فشار خیلی زیادی به گیربکس وارد میکنند و باعث کاهش عمر مفید آن میشوند. به همین دلیل استفاده نمیشوند، مگر در موارد خاص.
در مقاله زیر ما بهطور کامل فرمول و روشهای محاسبه نسبت تبدیل و دور خروجی گیربکس را با بیانی ساده، شرح دادهایم.
بیشتر بدانید ⇐ نحوه محاسبه نسبت دنده گیربکس و دور خروجی آن
توان ورودی گیربکس (P)
محرک گیربکس از هر نوعی که باشد (الکتروموتور، سرووموتور، هیدروموتور و…) دارای یک توان خروجی است. بر همین اساس، بسیار مهم است که گیربکس مورد نظر شما قابلیت و امکان تحمل این توان را داشته باشد.
بهعنوان مثال اگر الکتروموتور انتخابی شما ۱۵ کیلووات معادل ۲۰ اسب بخار باشد؛ لازم است توان قابلتحمل گیربکس مورد نظر حداقل برابر همین مقدار باشد. بهعنوان مثال گیربکس خورشیدی صنعتی شهباز تیپ ۳۱۰ یا گیربکس حلزونی VF سایز ۱۸۵ میتواند از گزینههای مناسب باشد.
گشتاور گیربکس صنعتی (T)
گشتاور، دلیل اصلی استفاده از گیربکسها!
توانایی افزایش گشتاور در گیربکسها مهمترین دلیل استفاده از این تجهیز صنعتی است. با این حال قدرت افزایش گشتاور در همه نوع گیربکس صنعتی یکسان نبوده و به عوامل مختلفی بستگی دارد.
در نظر گرفتن و تشخیص مقدار درست این فاکتور، برای انتخاب گیربکس و حتی موتور بسیار مؤثر است. گشتاورهای پایین تا متوسط مناسب کارهای سبک تا نیمهسنگین را میتوان از طریق انواع گیربکس صنعتی حلزونی تأمین کرد. اما برای گشتاورهایی مثل ۲۰۰۰۰۰ نیوتنمتر، لازم است از گیربکسهای قوی مثل خورشیدی یا هلیکال استفاده کنیم.
توجه داشته باشید، در صورتی که مقدار گشتاور متناسب با نیاز صنعت انتخاب نشود، بسیار آسیبزننده بوده و عمر گیربکس را کاهش میدهد.
حال، چالش اصلی در این باره، نحوه انتخاب درست گشتاور برای هر گیربکس و متناسب با نیاز صنعت است.
با استفاده از فرمول زیر بهراحتی میتوانیم گشتاور مورد نیاز صنعتمان را متناسب با سایر عوامل مهم مانند توان و دور خروجی، بهدست آوریم:
گشتاور (Nm)=[توان (Kw) ÷ دور خروجی (rpm)] × 9550
همانطور که از فرمول مشخص است، در صورتی که نیاز به گشتاور بیشتری داریم، لازم است تا الکتروموتوری با توان بالاتر انتخاب کنیم. در صورت نیاز به محاسبات کاملتر و بررسی نکات مرتبط با گشتاور و توان میتوانید مقاله زیر را مطالعه کنید.
بیشتر بدانید ⇐ نحوه محاسبه گشتاور و توان گیربکس صنعتی
سرویس فاکتور (SF)
سرویس فاکتور، ارتباط مستقیم با راندمان، طول عمر و کارکرد گیربکس دارد. این آیتم تعیین میکند گیربکس تا چه اندازه خارج از مقادیر مشخصشده برای آن، میتواند کار کند. مثلا سرویس فاکتور ۱ به این معنی است که فقط توان و گشتاور درجشده روی گیربکس را میتواند تحمل کند و بیشتر از آن ممکن نیست.
در حالیکه، سرویس فاکتور ۱.۵، تا نیم برابر بیشتر از حد معمول را هم میتواند تحمل کند. معمولا برای اینکه به گیربکس فشار بیش از حد وارد نشود و در واقع ضریب اطمینان بالاتر رود، همیشه بهتر است گیربکسی انتخاب کنیم که گشتاور و قدرت تحمل آن از مقادیری که مورد نظر ماست بیشتر باشد. در این صورت اگر شوکی به گیربکس وارد شود یا نیاز به گشتاور بیشتری باشد، مشکلساز نخواهد بود.
در نظر داشته باشید اکثر مواردی که تا اینجا بررسی کردیم، معمولا روی پلاک موتورگیربکس درج شده است و تنها کافی است با شناخت هر یک و آگاهی از نیاز صنعتمان، تجهیز صنعتی خود را انتخاب کنیم. در مقاله زیر بهطور کامل به بررسی پلاک موتورگیربکس میپردازیم.
بیشتر بدانید ⇐ پلاک خوانی موتور گیربکس
شرایط نصب و کارکرد گیربکس
در نوع کارکرد گیربکس؛ میزان لقی، سبک یا سنگین بودن کار (بسته به مقدار بار شعاعی واردشده بر گیربکس) اهمیت دارد. مثلا در دستگاهی مانند شریدر یا اکسترودر بهدلیل بار شعاعی زیاد، باید گیربکس مقاوم و قویتری استفاده کرد. انواع گیربکس خورشیدی، گیربکس هلیکال شافت مستقیم یا روسی (قورباغهای) برای صنایع سنگین و پرفشار میتواند انتخاب مناسبی باشد.
علاوهبر این، گیربکسهای خورشیدی، کمترین میزان لقی را دارند و برای کارهای دقیق بهخوبی قابلاستفاده هستند.
در نحوه و شرایط نصب نیز در نظر گرفتن فضا، جهتهای نصب و نوع خروجی موتور و ورودی دستگاه مصرفکننده اهمیت دارد. بهعنوان مثال اگر به یک گیربکس قوی هلیکال نیاز داریم، اما فضای افقی زیادی برای نصب نداریم، میتوانیم از گیربکس کرانویلپینیون با همان مشخصات مورد نیاز استفاده کنیم. مزیت این گیربکس نسبت به هلیکال، حالت ۹۰ درجه آن در زمان نصب است که همین عامل باعث میشود فضای کمتری هنگام نصب نیاز باشد.
بهعنوان آخرین موردی که هنگام انتخاب گیربکس صنعتی باید در نظر بگیریم، نوع ورودی و خروجی آن است. ورودی گیربکس بسته به خروجی الکتروموتور (یا محرک) میتواند فلنج، شافت، هالوشافت، نیمفلنج و… باشد. برای تعیین نوع خروجی گیربکس نیز بر اساس نحوه اتصال به تجهیز مورد نظر، میتوان از انواع هالوشافت، شرینکدیسک، نیمفلنج، فلنج و… استفاده کرد.
جمعبندی
در این مقاله با بررسی مهمترین و تأثیرگذارترین فاکتورهای انتخاب موتورگیربکس سعی کردیم تا پاسخ کاملی به این چالش بدهیم. با این حال بررسی تمام این موارد ممکن است همیشه امکانپذیر نبوده یا زمانبر باشد. به همین دلیل کارشناسان ما در مجموعه شهبازموتور، با بررسی دقیق نیاز صنعت شما در سریعترین زمان، بهترین گیربکس را هم به لحاظ فنی و هم قیمت به شما عزیزان ارائه میدهند.
برای دریافت مشاوره فنی رایگان و انتخاب بهترین گیربکس صنعتی متناسب با نیازتان، میتوانید همین حالا با شمارهتلفن ۰۳۱-۹۱۰۰۴۱۳۱ تماس بگیرید.
اگر در کنار گیربکسهای صنعتی بهدنبال تجهیزاتی مانند گیربکس بالابر یا سایر مدلهای تخصصی هستید، کارشناسان ما آمادهاند تا با راهنمایی کامل، شما را در انتخابی دقیق و اقتصادی همراهی کنند.
سؤالات خود در رابطه با این مقاله را میتوانید از طریق کامنت برای ما ارسال کنید. کارشناسان ما در اسرع وقت پاسخگوی شما عزیزان خواهند بود.
سوالات متداول
تفاوت اصلی گیربکس حلزونی، هلیکال و خورشیدی در چیست؟
گیربکس حلزونی راندمان کمتری دارد اما به دلیل خاصیت خودقفلشوندگی برای کاربردهایی که نیاز به توقف خودکار دارند مناسب است. گیربکس هلیکال راندمان و گشتاور بالاتری ارائه میدهد و برای صنایع سنگین کاربرد دارد. گیربکس خورشیدی نیز بیشترین چگالی گشتاور را در کمترین فضا دارد و گزینهای ایدهآل برای کاربردهای دقیق و پرفشار است.
نسبت تبدیل گیربکس چگونه محاسبه میشود؟
نسبت تبدیل بیانگر نسبت دور ورودی به دور خروجی گیربکس است. اگر گیربکسی دارای نسبت تبدیل ۱ به ۱۰۰ باشد و موتور با دور ۱۴۰۰ rpm به آن متصل شود، دور خروجی گیربکس حدود ۱۴ دور در دقیقه خواهد بود. انتخاب صحیح نسبت تبدیل تأثیر مستقیم بر عملکرد، گشتاور و عمر مفید گیربکس دارد.
گشتاور مورد نیاز برای انتخاب گیربکس چگونه تعیین میشود؟
گشتاور خروجی مورد نیاز از رابطهی زیر بهدست میآید:
T (Nm) = [P (kW) ÷ n (rpm)] × ۹۵۵۰
در این فرمول، P توان موتور و n دور خروجی گیربکس است. در صورتی که گشتاور انتخابی کمتر از مقدار واقعی مورد نیاز باشد، گیربکس به سرعت دچار آسیب و استهلاک میشود.
سرویس فاکتور یا SF چه تأثیری بر عملکرد گیربکس دارد؟
سرویس فاکتور بیانگر میزان تحمل گیربکس در شرایط کاری سختتر از حالت نرمال است. بهعنوان مثال، اگر SF برابر ۱.۵ باشد، گیربکس میتواند تا ۵۰٪ بیشتر از توان نامی خود کار کند. انتخاب گیربکسی با سرویس فاکتور بالاتر، باعث افزایش طول عمر و کاهش احتمال خرابی در شرایط کاری سنگین میشود.
برای کاربردهای سنگین صنعتی، کدام نوع گیربکس مناسبتر است؟
در کاربردهایی مانند شریدر، اکسترودر یا میکسرهای سنگین که فشار و بار شعاعی بالاست، گیربکسهای خورشیدی یا هلیکال شافت مستقیم بهترین گزینه هستند. این گیربکسها گشتاور بالا، راندمان زیاد و استحکام کافی برای شرایط سخت صنعتی دارند.
