گیربکس‌ها از جمله پرکاربردترین تجهیزات صنعتی هستند که جهت تغییر سرعت، افزایش گشتاور و تطبیق آن‌ها در ماشین‌آلات صنعتی استفاده می‌شوند. یکی از ویژگی‌های بسیار مهم که برخی از گیربکس صنعتی ارائه می‌دهند، برگشت‌ناپذیری است که با نام خاصیت خود قفل‌شوندگی نیز شناخته می‌شود.
گیربکس‌های خود قفل‌شونده در حالت عادی فقط از طرف ورودی قابل چرخش بوده و برای چرخش از طرف خروجی باید تغییراتی روی آن‌ها اعمال شود. این ویژگی به خصوص در کاربردهایی مانند بالابرها، می‌تواند به عنوان فرصتی برای کاهش هزینه‌های مرتبط با ترمز و تجهیزات مشابه با آن تلقی شود. گیربکس حلزونی با نسبت تبدیل 1:46 و بیشتر، دارای خاصیت خود قفل‌شوندگی هستند؛ در این مقاله به بررسی نحوه عملکرد و شرایط لازم برای گیربکس‌های برگشت‌ناپذیر می پردازیم.
گیربکس خود قفل‌شونده چیست؟
گیربکس‌های خود قفل‌شونده در حالت عادی فقط از طرف ورودی قابل چرخش بوده و چرخش از طرف خروجی معمولاً در این گیربکس‌ها امکان‌پذیر نیست. این ویژگی باعث می‌شود که هنگام اعمال گشتاور به شفت خروجی، اصطکاک بین دنده و ماردون، مانع از چرخش آن‌ها می‌شود. این ویژگی به‌خصوص در کاربردهایی مانند بالابر و نوار نقاله‌های زاویه دار بسیار مفید خواهد بود.
در گیربکس‌های حلزونی، شفت ورودی به شکل ماردون با زاویه مارپیچ بوده و چرخ‌دنده حلزونی و شفت خروجی را می‌چرخاند. در این گیربکس‌ها، هنگام اعمال گشتاور روی شفت خروجی، چرخ‌دنده حلزونی قادر به چرخاندن ماردون نبوده و در نتیجه قفل می‌شود. البته هنگامی که از برگشت‌ناپذیری این گیربکس‌ها صحبت می‌شود، آن را در یک وضعیت ثابت تصور می‌کنیم؛ عواملی مانند لرزش، شوک و … می‌توانند روی این خاصیت اثرگذار باشند.
شرایط خود قفل‌شوندگی گیربکس
چرخ‌دنده و ماردون گیربکس حلزونی دارای تعداد مشخصی دندانه هستند؛ دندانه‌ها علاوه بر تعیین سرعت خروجی و نسبت تبدیل گیربکس حلزونی، بر خود قفل‌شوندگی گیربکس نیز اثرگذار هستند. به‌طور کلی، نسبت تبدیل بالاتر از 1:46، اولین شرط خود قفل‌شوندگی گیربکس حلزونی است.
برگشت‌ناپذیری چه در زمان حرکت چرخ‌دنده‌ها و چه در حالت ثابت امکان‌پذیر است؛ اگرچه هنگامی که چرخ‌دنده حلزونی ثابت و بدون حرکت باشد، احتمال خود قفل‌شوندگی بیشتر است. از لحاظ تئوری، تا زمانی که ضریب اصطکاک بین چرخ‌دنده و ماردون، بزرگ‌تر از تانژانت زاویه لید یا پیشرو ماردون باشد، گیربکس امکان خود قفل‌شوندگی دارد. ضریب اصطکاک استاتیکی به عواملی مانند مواد سازنده اجزاء و روغن‌کاری بین آن‌ها بستگی دارد؛ اما در واقعیت عوامل دیگری مانند نحوه نصب گیربکس (روی سطح صاف یا ناهموار) و لرزش و ارتعاشات دستگاه نیز، ضریب اصطکاک استاتیک را کاهش می‌دهند.
اصطکاک در حال حرکت (دینامیک) کمتر از اصطکاک در حالت ساکن (استاتیک) بوده و به همین علت، برگشت‌ناپذیری دینامیکی نیز کمتر از استاتیک است. ضریب اصطکاک دینامیکی تحت‌تأثیر عواملی مانند سرعت چرخش چرخ‌دنده حلزونی و نوع روانکاری گیربکس حلزونی قرار دارد.
یکی دیگر از شرایط خود قفل‌شوندگی گیربکس‌ها این است که زاویه اصطکاک بین ماردون و چرخ‌دنده باید بزرگ‌تر از زاویه لید ماردون باشد. برای درک بهتر زاویه اصطکاک استاتیک و دینامیک، یک جسم را روی یک کتاب قرار دهید؛ سپس یک سر کتاب را به‌آرامی بالا بیاورید. زاویه‌ای که جسم شروع به حرکت روی کتاب می‌کند، زاویه اصطکاک استاتیک (ایستا) است. سپس مجدداً سر کتاب را به سمت زمین حرکت دهید، زاویه‌ای که جسم از حرکت بازمی‌ایستد، زاویه اصطکاک دینامیک خواهد بود.
ضریب اصطکاک استاتیک بین یک ماردون فولادی و چرخ دنده حلزونی برنجی تقریباً 0.15 است؛ بنابراین زاویه اصطکاک آن ها بین 8 تا 9 درجه خواهد بود. همچنین ضریب اصطکاک دینامیکی با توجه به سرعت چرخ دنده حلزونی، بین 0.08 (در سرعت های پایین) تا 0.02 (سرعت های بالاتر) است که به ترتیب زاویه اصطکاک 4.6 درجه و 1 درجه را نشان می دهد. بر اساس جدول زیر، هر چه زاویه لید ماردون (γ) کمتر باشد، برگشت پذیری گیربکس نیز کمتر خواهد بود.
| برگشت پذیر کامل |
γ > 25 |
| به طور استاتیکی بازگشت پذیر، برگشت سریع، به طور دینامیکی برگشت پذیر |
γ = 12 - 25 |
| برگشت ناپذیر استاتیک متغیر، برگشت سریع در حالت ارتعاش، به طور دینامیکی برگشت پذیر |
γ = 8 - 12 |
| به طور استاتیکی برگشت ناپذیر، برگشت در حالت ارتعاش، برگشت دینامیکی کند. |
γ = 5 - 8 |
| به طور استاتیکی برگشت ناپذیر، برگشت کند در حالت ارتعاش، برگشت پذیری دینامیک اندک |
γ = 3 - 5 |
| به طور استاتیکی برگشت ناپذیر، بدون برگشت، برگشت دینامیکی اندک |
γ = 1 - 3 |
نتیجه گیری
انواع گیربکس خود قفل شونده را می توان در کاربردهایی که نیاز بلند کردن یا ثابت نگه داشتن بار دارند، استفاده نمود. اگرچه این ویژگی در بالابرها و کانوایرهای شیب دار بسیار حائز اهمیت است، اما پیشنهاد می کنیم برای ایمنی بیشتر، از تجهیزاتی مانند ترمز یا بک استاپ نیز استفاده کنید تا از عدم برگشت پذیری گیربکس به صورت قطعی اطمینان حاصل شود. همچنین تعمیر و نگهداری دوره ای از گیربکس صنعتی، نقش بسیار مهمی در حفظ عملکرد مناسب و افزایش طول عمر آن دارد. در صورت نیاز به راهنمایی بیشتر، می توانید با کارشناسان کالا صنعتی تماس گرفته و از مشاوره تخصصی این مجموعه بهره مند شوید.