موتور گیربکس DC را می توان به عنوان توسعه ای از موتور DC تعریف کرد. یک موتور گیربکس DC دارای یک مجموعه چرخ دنده متصل به موتور است. سرعت موتور بر حسب چرخش محور در دقیقه محاسبه می شود و RPM نامیده می شود. مجموعه دنده به افزایش گشتاور و کاهش سرعت کمک می کند.

با استفاده از ترکیب صحیح چرخ دنده ها در موتور گیربکس دار می توان سرعت آن را به هر شکل مطلوبی کاهش داد. این مفهوم که در آن دنده ها سرعت خودرو را کاهش می دهند اما گشتاور آن را افزایش می دهند به عنوان  چرخ دنده کاهنده شناخته می شود. در این مقاله تمام جزئیات ریز و درشت و کار موتور گیرکس DC را بررسی خواهیم کرد.

• بیشتر بخوانید: موتور گیربکس (Gearmotor) چیست؟

ساختار بیرونی موتور گیربکس DC

همانطور که از تصویر زیر ملاحظه می فرمایید مهره ای در نزدیکی شفت قرار دارد که به نصب موتور در قسمت های دیگر مجموعه کمک می کند. نمای جانبی موتور که بیرون زده شده است هد گیربکس را نشان می دهد.

همچنین یک سوراخ روی شفت وجود دارد که امکان اتصال اتصالات با افزونه هایی مانند چرخ به موتور را فراهم می آورد.

بدنه بیرونی هد گیربکس و نمای پشت

بدنه بیرونی هد گیربکس از پلاستیک با چگالی بالا ساخته شده است اما باز کردن آن بسیار ساده است چون فقط از پیچ برای اتصال ساختار بیرونی و داخلی استفاده می شود. دلیل اصلی این امر می تواند روغن کاری هر چند وقت یکبار باشد.

بدنه پلاستیکی دارای شیارهایی است که طبق آن مهره به راحتی نصب می شود.

نمای پشت موتور گیربکس DC

نمای پشت موتور گیربکس دار شبیه به مورتور DC است و دو سیم به آن لحیم شده است.

ساختار داخلی

برای باز کردن بدنه پلاستیکی بیرونی هد گیربکس؛ مجموعه های چرخ دنده در قسمت بالا و همچنین در قسمت پایین هد گیربکس قابل مشاهده است. این مجموعه دنده ها به شدت با گریس روغن کاری می شوند تا از هر گونه سایش و فرسودگی در اثر نیروهای اصطکاک جلوگیری شود. در زیر قسمت بالای هد چرخ دنده نشان داده شده است. به شفت دوار متصل است و دارای یک دنده است که امکان چرخش را می دهد. یک اثر دوار قوی وجود دنده را نشان می دهد که چرخ دنده را در قسمت بالایی می چرخاند.

در تصویر زیر اتصال شفت با چرخ دنده نشان داده شده است.

کلاهکی که چرخ دنده را در بر می گیرد دارای قوسی است تا از مقاومت در برابر اصطکاک با مجموعه چرخ دنده پایین جلوگیری کند.

قسمت پایین مکانیزم چرخ دنده ای است که از طریق پیچ به موتور DC متصل می شود. این مکانیزم چرخ دنده را در بالا که به شفت دوار متصل است را می چرخاند.

مونتاژ چرخ دنده پایین

تصویر زیر، نگاه دقیق تر به مجموعه چرخ دنده های پایین ساختار و اتصال آن را با چرخ دنده های دیگر نشان می دهد.

ارتباط مجموعه چرخ دنده با موتور را می توان با کمک تصویر زیر درک کرد.

مجموعه چرخ دنده بر روی دو سیلندر فلزی نصب شده است که می توان کارکرد آنها را شبیه به محور نامید. در مجموع سه دنده روی این دو سیلندر ترکیب می شوند و مجموعه چرخ دنده پایین را تشکیل می دهند که از بین آنها دو چرخ دنده در یک محور مشترک قرار می گیرند در حالی که یک چرخ دنده بین آنها وارد می شود و در یک محور جداگانه قرار می گیرد.

• بیشتر بخوانید: گشتاور الکتروموتور چیست؟ و چه نقشی در موتورهای AC و DC دارد؟

چرخ دنده ها به طور کلی به شکل دندانه های کوچک هستند اما از آنجا که با زنجیر به هم متصل نیستند می توان آنها را از نظر چیدمان دندانه ای دوم به صورت هم مجور روی پایه به عنوان چرخ دنده دوبل در نظر گرفت. در بین سه دنده؛ دو دنده کاملا یکسان هستند در حالی که سومی از نظر تعداد دندانه در لایه بالایی دنده دوبلکس بزرگتر است. دنده سوم در قسمت بالای هد گیربکس به چرخ دنده متصل می شود. نحوه قرار گیری آنها در نزدیکی قسمت بالای هد گیربکس را می توان از طریق تصویر زیر مشاهده کرد.

ترکیبی از مجموعه چرخ دنده های پایین و قسمت بالایی را می توان در تصویر زیر مشاهده کرد.

ترکیبی از چرخ دنده ها

بعد از برداشتن مجموعه دنده ها؛ اتصال سر گیربکس به مورد DC و چرخ دنده آن به راحتی قابل مشاهده است. این دستگاه در مقایسه با مجموعه چرخ دنده هد کوچکتری دارد.

کار کردن موتور گیرکس DC

موتور DC در محدوده مناسب ولتاژ کار می کند. هر چه ولتاژ ورودی بیشتر باشد RPM (دور در دقیقه) موتور بالاتر است. به عنوان مثال اگر موتور در محدوده ۶ تا ۱۲ ولت کار کند؛ کمترین دور در ۶ ولت و حداکثر ۱۲ ولت خواهد بود.

از نظر ولتاژ می توان معادله زیر را در نظر گرفت:

RPM=K1*V که K1 ثابت ولتاژ و V ولتاژ اعمال شده است.

درک کار چرخ دنده ها بسیار جالب است. می توان آن را با اصل حفظ حرکت زاویه ای توضیح داد. دور چرخ دنده ای که شعاع کوچکتری دارد دور بیشتری را نسبت به دور با شعاع بزرگتر پوشش می دهد. با این حال، چرخ دنده بزرگتر گشتاور بیشتری به دنده کوچکر می دهد. مقایسه سرعت زاویه ای بین دنده ورودی (دنده ای که انرژی را منتقل می کند) به دنده خروجی نسبت دنده را نشان می دهد. هنگامی که چندین چرخ دنده به هم متصل می شوند، حفظ انرژی هم دنبال می شود. جهت چرخش چرخ دنده دیگر همیشه برعکس چرخ دنده مجاور آن است.

در هر موتور DC، RPM و گشتاور متناسب است. بنابراین دنده دارای گشتاور بیشتر دور در دقیقه کمتری را ایجاد می کند و بلعکس. در موتور گیربکس DC مفهوم مدولاسیون عرض پالس اعمال می شود. معادلات مربوط به نحوه عملکرد و انتقال گشتاور چرخ دنده ها در زیر نشان داده شده است:

در یک موتور گیربکس DC دنده ای که موتور و هد گیربکس را به هم متصل می کند بسیار کوچک است؛ بنابراین سرعت بیشتری را به قسمت دنداده های بزرگتر هد گیربکس منتقل کرده و آن را می چرخاند. قسمت بزرگتر چرخ دنده قسمت کوچکتر دوبلکس را بیشتر می چرخاند. قسمت کوچک دوبلکس گشتاور را دریافت می کند اما سرعتی را که از نسل قبل خود دریافت می کند را دریافت نمی کند که به قسمت بزرگتری از چرخ دنده ها و غیره منتقل می کند. قسمت دوبلکس دنده سوم دندانه های بیشتری نسبت به سایرین دارد و از این رو گشتاور بیشتری را به دنده ای که به محور متصل می شود را منتقل می کند.

منبع: engineersgarage