محاسبه گشتاور و نسبت تبدیل در گیربکس صنعتی
برای دستیابی به عملکرد پایدار در تجهیزات صنعتی، آشنایی با نسبت تبدیل گیربکس و نحوه تاثیر آن بر سرعت و گشتاور خروجی ضروری است. این نسبت تعیین می‌کند که چرخش موتور چگونه به گشتاور و سرعت در خروجی منتقل شود. در صورتی که این مقدار به‌درستی محاسبه نشود، ممکن است کارایی کل سیستم تحت‌تاثیر قرار گیرد.
در ادامه مقاله، با روش‌های متنوع محاسبات طراحی گیربکس و محاسبه گشتاور، از روش دورسنجی گرفته تا شمارش دندانه‌ها و تحلیل ساختار چرخ‌دنده‌های حلزونی، آشنا خواهید شد. اگر برای انتخاب گیربکس مناسب برای شرایط کاری خود به بررسی دقیق‌تری نیاز دارید، مطالعه این مقاله می‌تواند مسیر تصمیم‌گیری شما را روشن‌تر کند.
در این مقاله می خوانید
نسبت تبدیل گیربکس چیست؟
به نسبت سرعت ورودی به سرعت خروجی گیربکس، نسبت تبدیل گیربکس گفته می‌شود. این نسبت را می‌توان با روش‌های مختلفی مانند تقسیم تعداد دندانه‌های چرخ‌دنده خروجی بر چرخ‌دنده ورودی، یا تقسیم سرعت زاویه‌ای ورودی بر سرعت زاویه‌ای خروجی، محاسبه کرد.
در محاسبات چرخ دنده برای تعیین نسبت تبدیل گیربکس، به‌جای اندازه‌گیری قطر چرخ‌دنده‌ها، از تعداد دندانه‌ها برای محاسبه نسبت تبدیل استفاده می‌شود تا خطای ناشی از تغییرات جزئی قطر حذف شود.
هرچه نسبت دنده گیربکس بزرگ‌تر باشد، گشتاور خروجی بیشتر و سرعت کمتر خواهد بود. در مقابل، نسبت کوچک‌تر باعث افزایش سرعت خروجی و کاهش گشتاور می‌شود.
محاسبه نسبت تبدیل گیربکس
نسبت تبدیل گیربکس نشان‌دهنده نحوه تبدیل دور موتور به سرعت و گشتاور در خروجی است؛ یعنی این نسبت تعیین می‌کند شفت ورودی چند دور باید بچرخد تا شفت خروجی یک دور کامل بزند. به‌طور کلی، برای محاسبه نسبت تبدیل دو روش وجود دارد که در ادامه هر یک را بررسی می‌کنیم:
محاسبه نسبت تبدیل گیربکس با روش سرعت دورانی
روش سرعت دورانی ساده‌ترین شیوه محاسبه نسبت تبدیل گیربکس است. در این شیوه کافی‌ست سرعت دورانی ورودی (n1) و سرعت دورانی خروجی (n2) را با یک دورسنج اندازه‌گیری کنیم و سپس با فرمول نسبت انتقال حرکت، نسبت آن‌ها را محاسبه کنیم:
n1/n2
اگر عدد به‌دست‌آمده در این فرمول بزرگ‌تر از 1 باشد، سرعت خروجی کاهش و گشتاور افزایش می‌یابد که نتیجه آن کاهش دور است. در مقابل، اگر نسبت تبدیل کوچک‌تر از 1 باشد، سرعت خروجی افزایش و گشتاور کاهش پیدا می‌کند که این موضوع باعث افزایش دور می‌شود. به‌عنوان مثال فرض کنید که سرعت ورودی (الکتروموتور) حدود rpm 1500 و سرعت شفت خروجی حدود rpm 500 است، در این حالت محاسبه نسبت تبدیل به شرح زیر خواهد بود:
3:1 = 1500/500
این یعنی برای هر سه دور موتور، شفت خروجی 1 دور می‌زند؛ در نتیجه گشتاور خروجی 3 برابر و سرعت خروجی 1/3 سرعت ورودی خواهد بود.
محاسبه نسبت تبدیل گیربکس با روش تعداد دندانه‌ها
در این روش، به جای اندازه‌گیری مستقیم تعداد دورها، تعداد دندانه‌های چرخ‌دنده‌هایی که با یکدیگر درگیر هستند شمارش می‌شود. از نظر کارشناسان، این شیوه به‌دلیل این‌که دندانه‌ها باهم درگیر هستند و بدون لقی می‌چرخند، دقیق‌ترین معیار برای ارزیابی نسبت تبدیل گیربکس است. برای محاسبه نسبت تبدیل به ترتیب زیر عمل کنید:
- چرخ‌دنده متصل به موتور (چرخ‌دنده محرک) را پیدا کنید و تعداد دندانه‌های آن (G محرک) را بشمارید.
- چرخ‌دنده متصل به شفت خروجی (چرخ‌دنده تابع) را پیدا کنید و تعداد دندانه‌های آن (G تابع) را بشمارید.
سپس با کمک فرمول زیر نسبت تبدیل گیربکس را به‌دست آورید:
(تابع G)/(محرک G)
مثال: اگر چرخ‌دنده محرک دارای 60 دندانه و چرخ‌دنده تابع دارای 20 دندانه باشد، نسبت تبدیل گیربکس برابر با 1:3 خواهد بود:
1:3 = 1/3 =20/60
نکته مهم: اگر گیربکس چندمرحله‌ای باشد، نسبت تبدیل هر جفت چرخ‌دنده را به شکل مستقل و جداگانه محاسبه و سپس مقدار به‌دست‌آمده را در هم ضرب می‌کنیم تا نسبت تبدیل سراسری و نهایی حاصل شود. در موارد خاص مانند محاسبات چرخ دنده حلزونی، همین شمارش دندانه‌ها، با درنظرگرفتن تعداد راه‌های مارپیچ ماردون، برای تعیین نسبت تبدیل به‌کار می‌رود.
محاسبه نسبت تبدیل گیربکس حلزونی
گیربکس حلزونی از دو بخش ماردون مارپیچ و چرخ‌دنده حلزونی تشکیل شده است. نسبت تبدیل در گیربکس حلزونی نشان‌دهنده تعداد دورهای لازم ماردون برای یک دور چرخش چرخ‌دنده حلزونی است. در واقع در این گیربکس، ماردون، نقطه ورودی و چرخ‌دنده حلزونی، نقش خروجی را ایفا می‌کند. در محاسبات گیربکس حلزونی نسبت تبدیل را با کمک فرمول زیر محاسبه می‌کنیم:
(دنده‌چرخ Z)/(ماردون P) = ⅈ
در این فرمول، چرخ‌دنده Z به تعداد چرخ‌دنده حلزونی و ماردون P به تعداد راه‌های مارپیچ روی ماردون اشاره دارد. این فرمول نشان می‌دهد که ماردون باید چند دور کامل بزند تا در نهایت چرخ‌دنده حلزونی 1 بار به چرخش درآید.
برای محاسبات ساخت ماردون، با یک ماژیک روی اولین دندانه ماردون علامت بزنید و ماردون را 1 دور کامل بچرخانید.
اگر علامت پس از چرخش با دندانه اول تماس گرفت، ماردون تک‌راهه (P=1) و اگر با دندانه دوم تماس گرفت، دوراهه (P=2) است و به همین ترتیب ادامه می‌یابد.
گشتاور گیربکس چیست؟
گشتاور گیربکس یکی از مهم‌ترین معیارها برای سنجش نیروی چرخشی انتقال‌یافته از شفت ورودی به شفت خروجی است. این گشتاور خروجی همان قدرت گیربکس صنعتی است که تعیین می‌کند دستگاه شما تا چه میزان می‌تواند وزن یا مقاومت را به حرکت درآورد. طبیعتا هرچه گشتاور بالاتر باشد، نیرو و کارایی دستگاه هم به همان میزان ارتقا پیدا می‌کند.
در محاسبه گشتاور گیربکس هم ابتدا گشتاور موتور را بر شعاع دنده محرک تقسیم می‌کنیم تا بار F در نقطه درگیری دنده‌ها به‌دست آید. در قدم بعدی با ضرب حاصل در شعاع دنده تابع، گشتاور خروجی محاسبه می‌شود. به یاد داشته باشید که با محاسبه گشتاور متوجه خواهید شد که نیرو در میان چرخ‌دنده‌ها به چه نحوی انتقال پیدا کرده است؛ مثلا اگر در یک گیربکس صنعتی سرعت نصف شود، گشتاور خروجی 2 برابر خواهد شد.
محاسبه گشتاور گیربکس
در این قسمت یک ماشین حساب آنلاین برای محاسبه گشتاور انواع گیربکس را طراحی کرده ایم تا با مشخص کردن نوع گیربکس و همچنین وارد کردن توان ورودی و سرعت خروجی، به راحتی بتوانید گشتاور خروجی را محاسبه کنید:
برای محاسبه گشتاور می‌توان از فرمول زیر استفاده کرد:
P1 × 9550/n2 × η = T2
| نماد | مفهوم |
| T2 | گشتاور خروجی (نیوتن‌متر) |
| η | راندمان (درصد) |
| n2 | سرعت خروجی (دور بر دقیقه) |
| P1 | توان ورودی (کیلووات) |
البته از فرمول زیر هم می‌توان برای محاسبه گشتاور گیربکس استفاده کرد:
n × ⅈ × T1 = T2
در این فرمول «n» راندمان، «» نسبت تبدیل گیربکس و T1 گشتاور ورودی است. برای محاسبه‌کردن گشتاور گیربکس با این فرمول به مثال زیر توجه کنید:
- گشتاور ورودی= 5 Nm
- نسبت تبدیل گیربکس= 1:4
- راندمان گیربکس=98 معادل 98 درصد
19.6 = 5 × 4 × 0.98
گشتاور خروجی این گیربکس برابر با 19.6 نیوتن‌متر است.
گشتاور و نسبت تبدیل؛ ستون‌های اصلی در محاسبات گیربکس
نسبت تبدیل و گشتاور خروجی در گیربکس‌های صنعتی پارامترهایی برای ارزیابی کیفیت و کارایی سیستم هستند. نسبت تبدیل تعیین می‌کند که سرعت و گشتاور به چه نحوی میان شفت ورودی و خروج توزیع شود و گشتاور خروجی نشان‌دهنده نیروی چرخشی قابل استفاده برای جابه‌جایی بار است.
با استفاده از روش‌های ساده محاسبه دورانی یا شمارش دندانه‌ها می‌توان نسبت محاسبات گیربکس‌های مختلف مانند محاسبات گیربکس خورشیدی را انجام داد. ناگفته نماند که انجام این محاسبات در انتخاب صحیح گیربکس لازم است و اگر درباره محاسبه گشتاور گیربکس یا نسبت تبدیل آن سوالی دارید، سوال خود را در بخش نظرات مطرح کنید تا کارشناسان مجموعه نامیک سنتر به شما پاسخ دهند.
سوالات متداول
گشتاور چیست؟
نیرویی است که باعث چرخش یک جسم حول محور خود می‌شود و مقدار آن را با واحد نیوتن‌متر (Nm) بیان می‌کنند.
نسبت تبدیل در گیربکس به چه معناست؟
به نسبت سرعت چرخش ورودی به سرعت چرخش خروجی گیربکس، نسبت تبدیل گیربکس گفته می‌شود که تعیین‌کننده افزایش یا کاهش میزان گشتاور و سرعت است.
علت اهمیت محاسبه دقیق گشتاور در چیست؟
محاسبه دقیق گشتاور برای انتخاب درست گیربکس، تضمین عملکرد بهینه تجهیزات و حفظ ایمنی در سیستم‌های صنعتی ضروری است.
نسبت دنده چیست؟
نسبت دنده به نسبت بین تعداد دور چرخش شفت ورودی به تعداد دور شفت خروجی گفته می‌شود. این نسبت تعیین می‌کند که گیربکس چگونه سرعت و گشتاور را تنظیم کند.
