موتور گیربکس هلیکال (Helical) یا موتور شافت مستقیم چیست؟ گیربکس های صنعتی در صنایع مختلف (در مقایس بزرگ و کوچک) استفاده می شوند و طیف وسیعی از کاربردها را پیدا می کنند. برخی از سازندگان موتورهای حرفه ای گیربکس صنعتی در سراسر جهان وجود دارند. آنها در تولید گیربکس های صنعتی مختلف مانند گیربکس هلیکال، گیربکس حلزونی؛ گیربکس سیاره ای (دنده خورشیدی) و موتور گیربکس تخصص دارند. در این پست ما در مورد موتور گیربکس دار هلیکال به طور مفصل صحبت خواهیم کرد.

موتور گیربکس هلیکال چیست؟

موتور گیربکس هلیکال یکی از پرکاربردترین موتورهای گیربکس دار است که از هر نوع دیگری کارآمدتر می باشد. پیکربندی آنها اجرای بسیاری از کاربردها را ساده می کند.

گیربکس های هلیکال ابزاری برای انتقال قدرت هستند که در درجه اول برای کاهش سرعت و افزایش گشتاور بین شافت های چرخشی استفاده می شوند. به طور کلی آنها را می توان به دو شکل دسته بندی کرد، ۱) آنهایی که قدرت را بین قطعات موازی منتقل می کنند و ۲) آنهایی که قدرت را بین اجزای غیر موازی انتقال می دهند که معمولا به عنوان چرخ دنده های محور متقاطع (cross-axis) معرفی می شوند. در حالی که یک گیربکس هلیکال در نمای مقطعی شکل دندانه مشابه با چرخ دنده ساده دارد؛ آن را با زوایه چرخش چرخ دنده برش می دهند. این زاویه به عنوان زاویه هلیکس یا زاویه مارپیچ معرفی می شود. چرخ دنده های هلیکال همراه با بحث در مورد عملکر و کاربردهای رایج در ادامه توضیح داده شده است.

عکس چرخ دنده هلیکال

چرخ دنده های هلیکال حاوی دندانه های خاصی هستند که در زاویه خاصی نسبت به محور قرار می گیرند. این منجر به تماس بیش از یک دندانه در حین عملکرد می شود و باعث می شود چرخ دنده بتواند بار بیشتری را تحمل کند. این پیکربندی همچنین به دنده های مارپیچ اجازه می دهد تا به دلیل تقسیم بار بین دندانه ها؛ ساکت تر و روان تر از سایر گزینه ها عمل کنند.

مدل ماژولار و تولید موتور گیربکس هلیکال چندین مزیت مهندسی و عملکردی را ارائه می دهد که دارای درجه بالایی از قابلیت تعویض اجزا و زیرمجموعه ها می باشد. این امر ضمن حفظ بهترین استاندارد یکپارچگی قطعات؛ ساخت و ساز اقتصادی را ارائه می دهد.

نحوه کار موتور گیربکس هلیکال

گیربکس هلیکال شامل مجموعه ای از چرخ دنده های مارپیچ است. چرخ دنده های هلیکال یک نوع چرخ دنده استوانه ای با دندانه های زاویه دار هستند. در مقایسه سایر چرخ دنده ها؛ نوع هلیکال سطح تماس بیشتری دارد؛ ارتعاش کمتری دارد؛ سر و صدای کمتری دارد و قادر به انتقال بارهای بزرگتر می باشد.

وقتی بخش مرجع چرخ دنده به شکل استاندارد است با کج کردن ابزار جابجایی؛ می توان از ابزار جابجایی چرخ دنده و دستگاه جوش برای ایجاد گیربکس هلیکال استفاده کرد. با توجه به هم تابیده شدن دندانه ها؛ تولید آنها مشکل تر است.

همانطور که قبلا بحث شد، چرخ دنده های هلیکال را می توان به دو صورت از نظر بخش مرجع چرخ دنده ها در صفحه چرخش (ماژول عرضی)  و صفحه استاندارد (ماژول معمولی) طبقه بندی کرد. اگر جزء مرجع در صفحه چرخش باشد، فاصله مرکزی مانند چرخ دنده ها است تا زمانی که ماژول و تعداد دندانه های یکسانی داشته باشند. این امر امکان تعویض ساده را می دهد.

با این حال، در این کاربرد، آنها به برش های مخصوص و جوشکاری نیاز دارند که منجر به افزایش قیمت ساخت می شود. در غیر این صورت اگر قسمت مرجع در صفحه استاندارد باشد می توان از ابزارهای جابجایی استفاده کرد. با این حال، ماژول یکسان و تعداد دندانه ها در چرخ دنده های دیگر با فاصله مرکزی چرخ دنده های هلیکال مطابقت ندارد و تعویض بسیار مشکل ساز می شود.

گرچه چرخ دنده ها فشار محوری ایجاد نمی کنند اما به دلیل به هم تابیده شده در دندانه ها؛ چرخ دنده های هلیکال نیروی محوری تولید می کنند. در نتیجه استفاده از یاتاقان های رانشی برای جذب این بار مناسب است.

چرخ دنده های هلیکال معمولا در کاربردهای انتقال خودرو استفاده می شوند. بر خلاف انواع مخروطی، گیربکس هلیکال عملکرد روانی دارند. دندانه های چرخ دنده هلیکال با زاویه خاصی بر اساس سطح چرخ دنده برش داده می شوند. بنابراین؛ در حین کار؛ هنگامی که دو دندانه به هم می خورند؛ تماس به تدریج از قسمتی از دندانه شروع شده و با درگیر کردن دندانه های دیگر چرخ دنده تماس خود را حفظ می کند. وقتی صحبت از انتقال به میان می آید؛ نوع هلیکال بیشترین استفاده از چرخ دنده ها را دارد و حتی مقدار زیادی رانش ایجاد می کند.

مبانی عملکرد موتور گیربکس شافت مستقیم

موتور گیربکس هلیکال یا شافت مستقیم از نظر فنی یک چرخ دنده است که با زاویه مارپیچ ۰ درجه تنظیم شده است. برای انواع هلیکال؛ زاویه مارپیچ بین ۱۵ تا ۳۰ درجه اجرا می شود. شکل معمولی دندانه چرخ دنده به عنوان خار ۲۰ درجه ای تشخیص داده می شود. به طور همزمان؛ چرخ دنده های مخروطی  ۱۴-۱/۲° رایج بودند اما دیگر اینطور نیست. این مشخصات درجه اخیرا به عنوان زاویه فشار دندانه شناخته می شود. خط تماس دو دندانه هنگام ورود و خروج از مش اصلی دنبال می شود.

مجموعه گیربکس هلیکال

بهترین روش برای درک گیربکس هلیکال این است که تصور کنید بسیاری از چرخ دنده های مخروطی بریده شده و به هم متصل شده اند به طوری که هر قسمت متوالی به تدریج جلوتر از قسمت قبل پیشرفت می کند. برای عملکرد چنین پیکربندی؛ چرخ جفت باید قسمت های خود را در جهت مخالف متزلزل کند. بنابراین جفت شدن چرخ دنده های هلیکال در شفت های موازی بدون در نظر گرفت دست راست و چپ است.

این منجر به نیروی رانش می شود، چیزی که با جفت شدن چرخ دنده ها تولید نمی شود. مدل هایی که از چرخ دنده های هلیکال استفاده می کنند با استفاده از غلتک یا یاتاقان های توپی قادر به مدیریت بار محوری هستند.

مزایای موتور گیربکس شافت مستقیم

برخی از مزایای موتور گیربکس دار هلیکال نسبت به انواع دیگر را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:

• با توجه به نیروی رانش و افزایش اصطکاک لغزشی بین اجزا؛ گربکس هلیکال با صدای کمتری نسبت به انواع ساده کار می کند.
• دندانه های زاویه دار به تدریج با دندانه های چرخ دنده درگیر می شوند تا بتوانند هموارتر حرکت کنند.
• گیربکس هلیکال و همچنین دندانه ها با دوام بوده و برای کاربردهای با بار زیاد مناسب است.
• این پتانسیل انتقال نیرو و حرکت بین شافت های زاویه مستقیم یا موازی دارد.

کارایی گیربکس شافت مستقیم

مجموعه گیربکس های هلیکال دارای چرخ دنده های شفت موازی هستند و مش خاص آن معمولا همه رول هستند بنابراین بازدهی اساسی آن به طور قابل توجهی بین ۹۰ تا ۹۹٫۵ درصد است.

ماژول شعاعی و ماژول معمولی

برای گیربکس های هلیکال محرک انواع آرایش ماژول معمولی (عمود بر دندانه ها) استفاده می شود و سایرین از پیکربندی ماژول شعاعی (عمود بر محور) استفاده می کنند که دارای بخش های مختلف مرجع شکل دندانه است.

به عنوان گیبرکس هلیکال استاندارد؛ سازندگان حرفه ای دو خط از مجموعه تنظیمات ماژول شعاعی و انواع سیستم های ماژول معمولی را ارائه می دهند و ما تفاوت های اصلی بین این دو را در ادامه لیست می کنیم:

اول اینکه، مجموعه ماژول های معمولی گیربکس هلیکال این مزیت را دارد که بتواند از ابزارهای برش دندانه استفاده کند. به عبارت دیگر در مقایسه با تولید شکل ماژولار شعاعی می توان آنها را اقتصادی تر ساخت. در غیر این صورت؛ با توجه به زاویه چرخش, در مقایسه با ماژول و تعداد دندانه های یکسان در چرخ دندانه ها؛ قطر دایره زیاد می شود.

همچنین حفظ فاصله از مرکز با اعداد صحیح به سادگی مشکل ساز است. مزیت اصلی نوع شعاعی معکوس پیکربندی ماژولار معمولی است. اولین مزیتی که می توان به آن اشاره کرد این است که چرخش واقعی در قایسه با چرخش معمولی با وجود زاویه پایین می آید.

چرا باید از گیربکس هلیکال استفاده کنیم؟

گیربکس های هلیکال از مجموعه ای از چرخ دنده های سیلندری یا استوانه ای استفاده می کنند که دندانه ها آنها با محور چرخش موازی نیست. دندانه ها به صورت قسمتی از هلیکس ظاهر می شوند که باعث می شود قدرت بین محورهای زاویه مستقیم یا موازی باشد. تفاوت اصلی بین گیربکس هلیکال و سایر انواع آن است است که دندانه ها هلیکس ایجاد می کنند و توانایی کار کردن بدون سر و صدا را دارند. مزیت دیگر استفاده از این گیربکس ها این است که در مقایسه با عرض معادل و ماژول مشابه چرخ دنده ها، پتانسیل بیشتری برای انتقال قدرت بین دو محور موازی دارند و البته پارگی و ساییدگی کمتری وجود دارد چون قدرت بین چندین دندانه توزیع می شود.

گیربکس هلیکال منفرد

گیربکس های هلیکال منفرد از آن نوعی هستند که در جهت زاویه خاصی نسبت به محور قرار دارند. ما می توانیم جهت چپ و راست چرخ دنده ها را داشته باشیم ویژگی های اساسی چرخ دنده لمس بیشتر سطح و ظرفیت حمل انرژی است.

عکس گیربکس هلیکال منفرد

گیربکس هلیکال دابل

موتور گیربکس هلیکال دابل زیر مجموعه گیربکس های هلیکال هستند که در آنها دو قسمت هلیکال نزدیک به هم با فاصله ای که آنها را تقسیم می کند نصب شده است. هر قسمت دارای زاویه مارپیچی مشابه اما متصاد است. با استفاده از آرایش دابل چرخ دنده ها نیروهای رانش را از بین می برد و امکان همپوشانی بیشتر دندانه ها و عملکرد روان تر را فراهم می آورد. این نوع قطعات معمولا در سیستم های دنده ای بسته استفاده می شوند.

عکس گیربکس هلیکال دابل

 

چرخ دنده های هرینگبون

چرخ دنده های هرینگبون ره طور موثری نیروی رانشی را که با چرخ دنده بهبود می یابد را متعادل می کند. این نوع چرخ دنده ها به عنوان چرخ دنده های هلیکال دوبل هم شناخته می شود و اتصال دو چرخ دنده مارپیچی با هم به زاویه مخالف ساخته می شود و این زاویه حداکثر ۴۵ درجه است.

عکس چرخ دنده های هرینگبون

کاربرد موتور گیربکس هلیکال یا شافت مستقیم

اکثر تولیدکنندگان گیربکس صنعتی معتبر؛ گیربکس هلیکال را برای کارکرد با راندمان انرژی بالا و البته زمانی که به عملکرد بدون سر و صدا (مانند سیستم های خودرو) نیاز است پیشنهاد می دهند. برخی از کاربردهای موتورگیربکس شافت مستقیم عبارتند از:

• صنعت فولاد
• صنایع چاپ
• صنایع کود
• صنابع پلاستیک
• صنایع نساجی
• صنایع غذایی
• آسانسور
• نوار نقاله
• کمپرسور
• دمنده
• صنایع نفت
• صنایع برش

علاوه بر موارد فوق می توان از این نوع موتور گیربکس دار در اکسترودرها، سنگ شکن ها، جرثقیل ها، کولرها؛ میکسرها و غیره استفاده کرد.

منبع: linquip