گیربکس کتابی یا مکعبی: انواع، مزایا و کاربردها
گیربکس کتابی یا مکعبی یک مکانیزم است که با استفاده از چرخ‌دنده‌های موازی و همسطح، قدرت و سرعت یک موتور را تغییر می‌دهد.. نسبت تبدیل گیربکس نشان‌دهنده اختلاف سرعت بین محور ورودی و خروجی است. هر چه نسبت تبدیل بزرگتر باشد، سرعت خروجی کمتر و گشتاور خروجی بیشتر می‌شود و بالعکس. این گیربکس‌ها معمولا از یک محور ورودی، یک محور خروجی و چندین محور میانی تشکیل شده‌اند که هر کدام دارای یک یا چند چرخدنده هستند. با تغییر تعداد و اندازه چرخ‌دنده‌ها، می‌توان نسبت تبدیل گیربکس را تنظیم کرد
ساختار و اجزای گیربکس کتاب
گیربکس کتابی یا مکعبی از اجزای زیر تشکیل شده است:
قاب: قاب یک گیربکس کتابی یا مکعبی یک جعبه است که دارای شش سطح مسطح و متقارن است. قاب نقش پشتیبانی و محافظت از چرخ‌دنده‌ها و محورها را دارد. قاب معمولا از فولاد یا چدن ساخته می‌شود و دارای سوراخ‌ها یا دنده‌ها برای نصب محورها و چرخ‌دنده‌ها است.
محورها: محورها قطعاتی هستند که به صورت عمودی یا افقی در قاب قرار می‌گیرند و چرخ‌دنده‌ها را حمل می‌کنند. محورها معمولا از فولاد یا آلیاژهای فلزی ساخته می‌شوند و دارای گیره‌ها یا پیچ‌ها برای اتصال چرخ‌دنده‌ها هستند. محورها می‌توانند به صورت پایه‌دار یا محورسوار باشند. در محورهای پایه‌دار، محورها به قاب گیربکس متصل هستند و در محورهای محورسوار، محورها به موتور یا دستگاه دیگری متصل هستند.
چرخ‌دنده‌ها: چرخ‌دنده‌ها قطعاتی هستند که دارای دندانه‌ها هستند و بر روی محورها نصب می‌شوند. چرخ‌دنده‌ها با همراهی یکدیگر، قدرت و سرعت را از محور ورودی به محور خروجی منتقل می‌کنند. چرخ‌دنده‌ها معمولا از فولاد یا آلیاژهای فلزی ساخته می‌شوند و دارای انواع مختلفی هستند. انواع چرخ‌دنده‌ها بر اساس شکل، تعداد دندانه‌ها و زاویه دندانه‌ها تفاوت دارند. مثلا چرخ‌دنده‌های مستقیم، متقاطع و مارپیچ از انواع شکل چرخ‌دنده‌ها هستند.
نحوه انتقال قدرت و تغییر نسبت تبدیل در گیربکس کتابی
گیربکس کتابی یا مکعبی با استفاده از نیروی محوری چرخ‌دنده‌ها، قدرت و سرعت را از محور ورودی به محور خروجی منتقل می‌کند. نیروی محوری نیرویی است که در جهت محور چرخدنده اعمال می‌شود. نیروی محوری برابر است با حاصلضرب نیروی مماسی و شعاع چرخدنده. نیروی مماسی نیرویی است که در نقطه تماس دو چرخدنده اعمال می‌شود. نیروی مماسی برابر است با حاصلضرب نیروی عمودی و ضریب اصطکاک بین دو چرخدنده است. ضریب اصطکاک بستگی به جنس و وضعیت سطح چرخ‌دنده‌ها دارد.
نسبت تبدیل گیربکس کتابی یا مکعبی برابر است با حاصل تقسیم سرعت محور ورودی بر سرعت محور خروجی. این نسبت را می‌توان با تغییر تعداد و اندازه چرخ‌دنده‌ها تنظیم کرد. برای مثال، اگر چرخدنده محور ورودی ۲۰ دندانه و چرخدنده محور خروجی ۴۰ دندانه داشته باشد، نسبت تبدیل برابر با ۰.۵ خواهد بود. یعنی سرعت خروجی نصف سرعت ورودی و گشتاور خروجی دو برابر گشتاور ورودی خواهد بود.
انواع گیربکس کتابی بر اساس شکل، تعداد محور و نوع نصب
گیربکس کتابی یا مکعبی را می‌توان بر اساس شکل، تعداد محور و نوع نصب آن دسته‌بندی کرد. در این بخش به معرفی انواع گیربکس کتابی می‌پردازیم.
گیربکس کتابی پایه‌دار و محورسوار
گیربکس کتابی یا مکعبی را می‌توان به دو نوع پایه‌دار و محورسوار تقسیم کرد. در گیربکس کتابی پایه‌دار، همه محورها به قاب گیربکس متصل هستند و گیربکس روی یک پایه یا سکو نصب می‌شود. در گیربکس کتابی محورسوار، محور ورودی یا خروجی گیربکس به موتور یا دستگاه دیگری متصل می‌شود و گیربکس روی محور یا شفت نصب می‌شود. گیربکس کتابی پایه‌دار معمولا در صنایعی که نیاز به انتقال قدرت بالا و سرعت پایین دارند، مانند صنایع فولاد و سیمان، استفاده می‌شود. گیربکس کتابی محورسوار معمولا در صنایعی که نیاز به کاهش ابعاد و سهولت نصب دارند، مانند صنایع بسته‌بندی و خط تولید، استفاده می‌شود.
گیربکس کتابی دو، سه، چهار و پنج محوره
گیربکس کتابی یا مکعبی را می‌توان بر اساس تعداد محورهای آن دسته‌بندی کرد. گیربکس کتابی یا مکعبی می‌تواند دارای دو، سه، چهار و پنج محور باشد. تعداد محورها تعیین‌کننده نسبت تبدیل و جهت چرخش محور خروجی نسبت به محور ورودی است. هر چه تعداد محورها بیشتر باشد، نسبت تبدیل بزرگتر و جهت چرخش متفاوت‌تر خواهد بود. برای مثال، در گیربکس کتابی دو محوره، نسبت تبدیل کوچک و جهت چرخش محور خروجی همسو با محور ورودی است. در گیربکس کتابی سه محوره، نسبت تبدیل متوسط و جهت چرخش محور خروجی مخالف محور ورودی است. در گیربکس کتابی چهار محوره، نسبت تبدیل بزرگ و جهت چرخش محور خروجی همسو با محور ورودی است. در گیربکس کتابی پنج محوره، نسبت تبدیل بسیار بزرگ و جهت چرخش محور خروجی مخالف محور ورودی است.
گیربکس کتابی مستقیم، متقاطع و مارپیچ
گیربکس کتابی یا مکعبی را می‌توان بر اساس شکل چرخ‌دنده‌های آن دسته‌بندی کرد. گیربکس کتابی یا مکعبی می‌تواند دارای چرخ‌دنده‌های مستقیم، متقاطع و مارپیچ باشد. شکل چرخ‌دنده‌ها تعیین‌کننده صدا، لرزش و کارایی گیربکس است. هر چه شکل چرخ‌دنده‌ها پیچیده‌تر باشد، صدا و لرزش کمتر و کارایی بیشتر خواهد بود. برای مثال، در گیربکس کتابی مستقیم، چرخ‌دنده‌ها دارای دندانه‌های عمودی و همسطح با محورها هستند. این گیربکس‌ها ساده، ارزان و مقاوم هستند، اما صدا و لرزش زیادی دارند و کارایی کمتری نسبت به گیربکس‌های دیگر دارند. در گیربکس کتابی متقاطع، چرخ‌دنده‌ها دارای دندانه‌های مورب و متقاطع با محورها هستند.
این گیربکس‌ها کم‌صدا و کم‌لرزش هستند، اما هزینه و پیچیدگی بیشتری نسبت به گیربکس‌های مستقیم دارند. در گیربکس کتابی مارپیچ، چرخ‌دنده‌ها دارای دندانه‌های مارپیچی و مورب با محورها هستند. این گیربکس‌ها بی‌صدا و بی‌لرزش هستند و کارایی بالایی دارند، اما هزینه و پیچیدگی بسیار بیشتری نسبت به گیربکس‌های دیگر دارند.
مزایای استفاده از گیربکس کتابی در صنایع مختلف
گیربکس کتابی یا مکعبی به دلیل ساختار و کارکرد خاص خود، مزایایی را برای صنایع و دستگاه‌های مختلف فراهم می‌کند. در این بخش به برخی از این مزایا اشاره می‌کنیم.
افزایش گشتاور و کاهش سرعت
یکی از مهم‌ترین مزایای گیربکس کتابی یا مکعبی این است که می‌تواند با تغییر نسبت تبدیل، گشتاور و سرعت محور خروجی را نسبت به محور ورودی تنظیم کند. این قابلیت باعث می‌شود که بتوان گیربکس را با موتورها و دستگاه‌های مختلف سازگار کرد. برای مثال، اگر یک دستگاه نیاز به قدرت بالا و سرعت پایین داشته باشد، می‌توان یک گیربکس کتابی با نسبت تبدیل بزرگ به یک موتور با سرعت بالا و گشتاور کم متصل کرد. به این ترتیب، گیربکس با کاهش سرعت و افزایش گشتاور محور خروجی، قدرت مورد نیاز دستگاه را تأمین می‌کند.
کاهش مصرف انرژی و افزایش بازده
یکی دیگر از مزایای گیربکس کتابی یا مکعبی این است که می‌تواند با کاهش مصرف انرژی و افزایش بازده، هزینه‌های عملیاتی و تعمیر و نگهداری را کاهش دهد. این مزیت با توجه به شکل و جنس چرخ‌دنده‌ها و نوع روان‌کاری گیربکس تعیین می‌شود. برای مثال، اگر یک گیربکس کتابی دارای چرخ‌دنده‌های مارپیچی و فولادی باشد و از روغن به عنوان روان‌کار استفاده کند، می‌تواند صدا و لرزش را کاهش دهد و اصطکاک را کم کند. به این ترتیب، گیربکس با کاهش اتلاف انرژی و افزایش کارایی، مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی را کاهش می‌دهد.
قابلیت کارکرد مداوم و مقاومت در برابر بارهای سنگین
یکی دیگر از مزایای گیربکس کتابی یا مکعبی این است که می‌تواند با قابلیت کارکرد مداوم و مقاومت در برابر بارهای سنگین، عمر و پایداری گیربکس را افزایش دهد. این مزیت با توجه به ساختار و جنس قاب و محورها و نوع نصب گیربکس تعیین می‌شود. برای مثال، اگر یک گیربکس کتابی دارای قاب و محورهای فولادی و پایه‌دار باشد، می‌تواند تحمل بار بالایی داشته باشد و از انحراف و خرابی جلوگیری کند. به این ترتیب، گیربکس با افزایش استحکام و ثبات، عمر و پایداری گیربکس را افزایش می‌دهد.
مهم‌ترین موارد کاربرد گیربکس کتابی در صنایع و دستگاه‌های مختلف
گیربکس کتابی یا مکعبی به دلیل مزایا و قابلیت‌های خود، در بسیاری از صنایع و دستگاه‌های مختلف کاربرد دارد. در این بخش به برخی از این موارد کاربرد اشاره می‌کنیم.
صنایع فولاد، سیمان، پتروشیمی و ذوب آهن
گیربکس کتابی یا مکعبی یکی از پرکاربردترین گیربکس‌های صنعتی است که در صنایع فولاد، سیمان، پتروشیمی و ذوب آهن استفاده می‌شود. این صنایع نیاز به قدرت بالا و سرعت پایین دارند و بارهای سنگین و متغیر را به گیربکس وارد می‌کنند. گیربکس کتابی یا مکعبی با توانایی افزایش گشتاور و کاهش سرعت و مقاومت در برابر بارهای بارهای سنگین و متغیر، قدرت و سرعت مورد نیاز این صنایع را تأمین می‌کند.
صنایع بسته‌بندی، خط تولید و ماشین‌آلات CNC
گیربکس کتابی یا مکعبی یکی از مورد استفاده‌ترین گیربکس‌های صنعتی است که در صنایع بسته‌بندی، خط تولید و ماشین‌آلات CNC استفاده می‌شود. این صنایع نیاز به کاهش ابعاد، سهولت نصب و دقت بالا دارند و بارهای کم و پیوسته را به گیربکس وارد می‌کنند. گیربکس کتابی یا مکعبی با توانایی کاهش سرعت و افزایش گشتاور و نصب محورسوار، فضای کمتری را اشغال می‌کند و به راحتی به موتور یا دستگاه متصل می‌شود. همچنین، با توجه به شکل و جنس چرخ‌دنده‌ها، می‌تواند دقت و کارایی بالایی را در انجام کارهای مختلف ارائه دهد.
