همه چیز درباره گیربکس 90 درجه

گیربکس 90 درجه یکی از پرکاربردترین و پراستفاده‌ترین انواع گیربکس‌های صنعتی است که وظیفه اصلی آن انتقال توان بین دو محور با زاویه عمود بر یکدیگر (90 درجه) می‌باشد. این تغییر جهت گشتاور، امکان استفاده از گیربکس را در تجهیزاتی فراهم می‌کند که فضای نصب محدود دارند یا نیازمند تغییر مسیر حرکت هستند.
به دلیل طراحی فشرده، استهلاک کم، راندمان مناسب و توانایی ارائه گشتاور بالا، گیربکس‌های 90 درجه به یک انتخاب استاندارد در بسیاری از پروژه‌های صنعتی تبدیل شده‌اند. این گیربکس‌ها امروزه در صنایعی مانند نوارنقاله‌ها، سیستم‌های بسته‌بندی، کشاورزی، صنایع غذایی، ماشین‌آلات کارگاهی و تجهیزات انتقال قدرت سبک و سنگین کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده‌اند.

گیربکس 90 درجه چیست؟

گیربکس 90 درجه به نوعی از گیربکس‌ها گفته می‌شود که محور ورودی و خروجی آن با زاویه عمودی (90 درجه) نسبت به یکدیگر قرار گرفته‌اند. به‌دلیل همین ساختار، این مدل‌ها در صنعت با نام گیربکس زاویه‌دار یا عمودزن نیز شناخته می‌شوند. این تغییر جهت حرکت معمولاً با استفاده از چرخ‌دنده‌های مخروطی (Bevel)، حلزونی (Worm)، هلیکال زاویه‌دار یا ترکیبی از این ساختارها ایجاد می‌شود.
وظیفه اصلی این گیربکس‌ها انتقال توان، کاهش سرعت و افزایش گشتاور است؛ آن هم در شرایطی که فضای نصب محدود بوده یا نیاز به تغییر مسیر حرکت وجود داشته باشد.

بررسی ساختار گیربکس های زاویه دار

ساختار داخلی گیربکس 90 درجه بسته به نوع طراحی و مدل آن (حلزونی، مخروطی، هلیکال زاویه‌دار یا ترکیبی) متفاوت است؛ اما به طور کلی شامل اجزای زیر می‌شود:

• شفت ورودی برای دریافت توان از موتور
• شفت خروجی 90 درجه که جهت حرکت را تغییر می‌دهد
• چرخ‌دنده‌ها شامل حلزونی، مخروطی (Bevel) یا مارپیچ زاویه‌دار
• پوسته یا بدنه گیربکس برای محافظت و انتقال حرارت
• بیرینگ‌ها و بلبرینگ‌ها برای تحمل بارهای شعاعی و محوری
• سیستم روانکاری شامل گریس یا روغن برای کاهش اصطکاک
• آب‌بندی‌ها و کاسه‌نمدها برای جلوگیری از نشت روغن و ورود آلودگی

در گیربکس‌های حلزونی، از ترکیب چرخ‌دنده حلزونی فولادی و چرخ‌دنده برنجی یا برنزی استفاده می‌شود تا نرمی حرکت و کاهش صدا افزایش یابد.
در مدل‌های مخروطی (Bevel)، مجموعه‌ای از چرخ‌دنده‌های مخروطی مستقیم یا مارپیچ به کار می‌رود که انتقال قدرت را با دقت بالا و راندمان بهتر انجام می‌دهند.

مدل‌های مختلف گیربکس‌های 90 درجه

گیربکس‌های زاویه دار در 4 گروه اصلی دسته‌بندی می‌شوند:

1) گیربکس حلزونی 90 درجه (Worm Gearbox)

• پرفروش‌ترین و رایج‌ترین نوع
• انتقال قدرت با زاویه دقیق
• مناسب بارهای سبک تا متوسط
• قیمت مناسب

2) گیربکس مخروطی Bevel 90 درجه

• دارای چرخ‌دنده‌های مخروطی
• راندمان بالا (95٪)
• مناسب بارهای سنگین
• دقت بالا در انتقال قدرت

3) گیربکس هلیکال 90 درجه (شفت موازی با زاویه‌دهی)

• راندمان بالا
• صدای کمتر
• مناسب صنایع سنگین و دقیق

4) گیربکس کتابی 90 درجه یا صنعتی سفارشی

• طراحی خاص
• کاربرد در خطوط تولید اختصاصی
• قابل ساخت در نسبت تبدیل‌های مختلف

مزایای سیستم‌های انتقال قدرت زاویه‌ دار

گیربکس‌های 90 درجه به دلیل طراحی فشرده‌ای که دارند، فضای بسیار کمی اشغال می‌کنند و همین ویژگی امکان نصب آن‌ها را در محدودترین فضاهای کارگاهی و صنعتی فراهم می‌سازد. مهم‌ترین مزیت این نوع گیربکس‌ها، قابلیت تغییر مسیر حرکت و انتقال توان با زاویه 90 درجه است که استفاده از آن‌ها را در سیستم‌هایی با محدودیت چیدمان یا نیاز به تغییر جهت حرکت الزامی می‌کند.

گیربکس‌های زاویه دار با وجود ابعاد کوچک، توانایی تولید گشتاور بالا را دارند و مدل‌های حلزونی آن به دلیل تماس نرم چرخ‌دنده‌ها، صدای بسیار کمی تولید می‌کنند. در مقابل، در مدل‌های مخروطی (Bevel) راندمان انتقال قدرت بالاست و انرژی کمتری تلف می‌شود. در مجموع، قیمت مناسب نسبت به عملکرد و قابلیت‌ها باعث شده این گیربکس‌ها در بسیاری از صنایع به گزینه‌ای اقتصادی و قابل اعتماد تبدیل شوند.

معایب گیربکس 90 درجه

با وجود کاربرد گسترده، گیربکس‌های زاویه دار محدودیت‌هایی نیز دارند که آگاهی از آن‌ها در زمان انتخاب و بهره‌برداری بسیار مهم است. یکی از مهم‌ترین معایب این مدل‌ها، افت راندمان در نسخه‌های حلزونی است؛ جایی که به دلیل تماس لغزشی بین دنده‌ها بخشی از انرژی ورودی به گرما تبدیل می‌شود و راندمان کاهش می‌یابد.

این گیربکس‌ها همچنین نیازمند روغن‌کاری منظم و کنترل دوره‌ای سطح و کیفیت روانکار هستند، زیرا عملکرد آن‌ها در شرایط کمبود روغن یا آلودگی بسیار تحت‌تأثیر قرار می‌گیرد.
از دیگر محدودیت‌ها، بالا رفتن دما در بارهای سنگین یا کارکرد مداوم است؛ مسئله‌ای که می‌تواند طول عمر چرخ‌دنده‌ها و بیرینگ‌ها را کاهش دهد.
علاوه بر این، گیربکس‌های زاویه‌دار به‌ویژه انواع مخروطی (Bevel) به کیفیت مونتاژ و تنظیم دقیق چرخ‌دنده‌ها بسیار حساس‌ هستند و کوچک‌ترین خطا در لقی، زاویه‌گذاری یا هم‌محوری می‌تواند باعث افزایش صدا، استهلاک و کاهش عمر مفید شود.

مواد سازنده و جنس بدنه گیربکس

• چدن: گیربکس‌های 90 درجه‌ای که از جنس چدن هستند علاوه بر مقاومت بالا در مواجه با ضربه و بارهای سنگین، رفتار پایداری در برابر ارتعاش و تغییرات دمایی دارد. این ماده معمولاً برای گیربکس‌هایی استفاده می‌شود که قرار است به‌صورت مداوم و تحت بارهای سنگین کار کنند. چدن همچنین خاصیت جذب لرزش دارد و از ایجاد صدا و تنش اضافی در سیستم جلوگیری می‌کند.
• آلومینیوم: گیربکس‌های آلومینیومی به‌دلیل وزن کم و قابلیت دفع سریع حرارت گزینه‌ای عالی برای کاربردهای سبک و سیستم‌های با سرعت بالا هستند. آلومینیوم به‌صورت طبیعی مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد و از آن در صنایع غذایی و دارویی استفاده می‌شود؛ زیرا قابلیت شست‌وشو، بهداشت بهتر و ظاهر تمیز را فراهم می‌کند. همچنین، قابلیت قالب‌ریزی دقیق باعث تولید بدنه‌های بسیار ظریف و کم‌حجم می‌شود.
• استیل: بدنه استیل علاوه بر مقاومت در برابر رطوبت، در برابر مواد شیمیایی، اسیدها، شوینده‌ها و بخار آب نیز مقاوم است. همین ویژگی باعث شده این جنس در صنایع حساس مثل غذایی، دارویی و بسته‌بندی بهداشتی مورد استفاده قرار گیرد. گیربکس استیل قابلیت کارکرد کامل در محیط‌های کاملاً مرطوب یا قابل شست‌وشو را دارد و برای خطوط تولیدی که نیازمند CIP/SIP هستند، گزینه‌ای ایده‌آل است.
• برنج یا برنز در چرخ‌دنده حلزونی: استفاده از برنج یا برنز در چرخ‌دنده حلزونی به دلیل اصطکاک کمتر، حرکت نرم‌تر و خود لغزشی طبیعی رایج است. این مواد در کنار کاهش صدا، از قفل‌کردن چرخ‌دنده‌ها جلوگیری می‌کنند و در کاربردهایی که نیاز به توقف سریع یا کاهش ضربه دارند، عملکرد بهتری ارائه می‌دهند. برنز همچنین نسبت به سایش بسیار مقاوم است و باعث افزایش چشمگیر طول عمر چرخ‌دنده حلزونی می‌شود.

نسبت تبدیل در گیربکس زاویه دار

در گیربکس‌های زاویه‌دار، نسبت تبدیل (Reduction Ratio) یکی از مهم‌ترین معیارهای انتخاب به شمار می‌رود؛ زیرا این پارامتر تعیین می‌کند که سرعت و گشتاور خروجی با چه نسبتی نسبت به ورودی تغییر پیدا کند. هرچه نسبت تبدیل بالاتر باشد، سرعت خروجی کم‌تر و گشتاور بیشتر خواهد بود؛ در مقابل، نسبت‌های پایین‌تر باعث افزایش سرعت و کاهش گشتاور می‌شوند.
در گیربکس‌های 90 درجه، به‌ویژه مدل‌های حلزونی و زاویه دار، نسبت‌های رایج معمولاً شامل 7.5، 10، 15، 20، 30، 40، 50، 60، 80 و 100 هستند که کاملاً پاسخگوی نیاز اغلب کاربردهای صنعتی‌ می‌باشند.

نسبت‌های پایین راندمان بالاتری دارند، در حالی‌که در نسبت‌های بالا (خصوصاً در گیربکس‌های حلزونی) به‌دلیل افزایش تماس لغزشی، مقداری افت راندمان و افزایش حرارت ایجاد می‌شود. همچنین در مدل‌های مخروطی (Bevel) معمولاً نسبت‌های خیلی بزرگ تولید نمی‌شود، زیرا برای حفظ دقت و راندمان، نسبت تبدیل این گیربکس‌ها محدود است. این عوامل باعث می‌شود انتخاب درست نسبت تبدیل نقش حیاتی در عملکرد، طول عمر و راندمان نهایی سیستم داشته باشد.

روانکاری گیربکس 90 درجه

روانکاری در گیربکس‌ 90 درجه نقش اساسی در کاهش اصطکاک، جلوگیری از سایش و افزایش طول عمر قطعات دارد. در گیربکس‌های حلزونی معمولاً از روغن دنده‌های معدنی یا سنتتیک با افزودنی‌های ضدسایش استفاده می‌شود تا لغزش بین چرخ‌دنده فولادی و چرخ‌دنده برنزی بدون ایجاد حرارت اضافی انجام گیرد.

در مقابل، مدل‌های bevel به دلیل فشار خطی بالایی که روی دندانه‌ها وارد می‌شود، نیازمند روغن با ویسکوزیته بالاتر و پایداری حرارتی بیشتر هستند. بازدید منظم سطح روغن و اطمینان از سلامت کاسه‌نمدها از ضروری‌ترین اقدامات نگهداری است، و تعویض روغن در بازه ۶ تا ۱۲ ماه بسته به میزان کارکرد، دما و بار کاری توصیه می‌شود. رعایت این نکات به‌صورت مستقیم بر عملکرد، راندمان و طول عمر گیربکس تأثیر می‌گذارد.

بیشتر بخوانید: راهنمای انتخاب روغن گیربکس مناسب

راهنمای انتخاب بهترین گیربکس زاویه دار

برای انتخاب یک گیربکس 90 درجه مناسب، بررسی چند عامل کلیدی ضروری است تا گیربکس بتواند در شرایط کاری واقعی، عملکردی پایدار و مداوم ارائه دهد. نخست باید توان و سرعت ورودی موتور مشخص شود تا گیربکس با ظرفیت تحمل بار مطابقت داشته باشد. سپس با توجه به نوع کاربرد، نسبت تبدیل و گشتاور خروجی مورد نیاز تعیین می‌شود، زیرا این دو عامل مستقیماً بر سرعت نهایی و توان قابل انتقال تأثیر می‌گذارند.

نوع بار نیز اهمیت زیادی دارد؛ سیستم‌هایی با بار ضربه‌ای یا نوسانی نیازمند گیربکس مقاوم‌تر و بدنه‌ای مستحکم‌تر هستند. علاوه بر این، شرایط محیطی شامل دما، رطوبت، گردوغبار یا تماس با مواد شیمیایی باید در انتخاب جنس بدنه لحاظ شود تا طول عمر دستگاه افزایش یابد. توجه به نوع روش نصب (پایه‌دار، فلنج‌دار، عمودی یا افقی) نیز اهمیت دارد و باید با شرایط کاری هماهنگ باشد.

روش‌های نصب گیربکس‌ها

نصب صحیح گیربکس‌های 90 درجه نقش مهمی در عملکرد پایدار، کاهش لرزش و افزایش طول عمر دستگاه دارد. انتخاب روش نصب بسته به نوع کاربرد، فضای در دسترس و نحوه اتصال به موتور یا تجهیزات انجام می‌شود. در سیستم‌هایی که تغییر زاویه حرکت و انتقال توان دقیق اهمیت دارد، اجرای درست مراحل نصب اهمیت دوچندانی پیدا می‌کند. اصلی‌ترین روش‌های نصب شامل موارد زیر است:

1. نصب پایه‌دار روی شاسی: مناسب برای دستگاه‌هایی که شفت خروجی باید روی یک سطح ثابت قرار گیرد؛ پایداری خوبی ایجاد می‌کند.
2. نصب فلنج‌دار به موتور یا دستگاه: اتصال مستقیم و بدون فاصله، مناسب برای کاربردهایی که نیاز به یک انتقال توان کاملاً یکپارچه دارند.
3. کوپل مستقیم با الکتروموتور (Motor Coupling): با استفاده از کوپلینگ مناسب، گیربکس بدون نیاز به پایه یا فلنج، مستقیماً به موتور متصل می‌شود و لقی به حداقل می‌رسد.
4. استفاده از برشور یا فلنج واسط: برای نصب ایمن در مواقعی که تفاوت ابعاد یا سوراخ‌کاری بین موتور و گیربکس وجود دارد.
5. تنظیم زاویه خروجی و مسیر حرکت: برای سیستم‌هایی که تغییر جهت دقیق و کنترل‌شده لازم است.

نکته مهم
در تمام روش‌های نصب، تراز بودن شفت ورودی و خروجی و استفاده از کوپلینگ استاندارد مهم‌ترین نکته است؛ زیرا کوچک‌ترین ناهم‌محوری می‌تواند باعث لرزش، سایش و کاهش عمر گیربکس شود.

مشکلات رایج در گیربکس‌های 90 درجه و دلایل آن

گیربکس‌های زاویه دار با وجود عملکرد قابل اعتماد، ممکن است در طول کار دچار برخی مشکلات رایج شوند که شناخت آن‌ها به تشخیص سریع‌تر و کاهش هزینه‌های تعمیر کمک می‌کند. از جمله این موارد، افزایش صدای گیربکس است که معمولاً به‌دلیل تنظیم نبودن چرخ‌دنده‌ها یا کاهش سطح روغن رخ می‌دهد. داغ شدن بیش از حد نیز از مشکلات پرتکرار است که فشار بار بیش از حد، انتخاب نادرست روغن یا کارکرد طولانی‌مدت در بارهای سنگین باعث آن می‌شود.

در برخی موارد، لرزش شدید گیربکس مشاهده می‌شود که غالباً به دلیل خرابی بیرینگ‌ها یا تاب‌برداشتگی شفت اتفاق می‌افتد. نشتی روغن به طور معمول نتیجه آسیب‌دیدگی یا فرسودگی کاسه‌نمد است و در نهایت، کاهش گشتاور خروجی اغلب به سایش تدریجی چرخ‌دنده حلزونی مربوط می‌شود. شناخت این علائم و رسیدگی به آن‌ها در زمان مناسب، از آسیب‌های جدی‌تر جلوگیری کرده و طول عمر گیربکس را افزایش می‌دهد.

نحوه نگهداری گیربکس زاویه دار

برای نگهداری صحیح گیربکس‌های 90 درجه و افزایش طول عمر آن‌ها، رعایت چند نکته کلیدی ضروری است. بررسی ماهانه سطح و کیفیت روغن اولین اقدام مهم در سیستم‌های زاویه‌دار است، زیرا کمبود روانکار می‌تواند باعث افزایش دما و سایش چرخ‌دنده‌ها شود. جلوگیری از ورود گردوغبار و آلودگی نیز اهمیت زیادی دارد، چرا که این مواد معمولاً از طریق کاسه‌نمد وارد شده و موجب نشت روغن یا خرابی یاتاقان‌ها می‌شوند.

بازدید سالانه چرخ‌دنده‌ها و بیرینگ‌ها برای تشخیص سایش احتمالی توصیه می‌شود. همچنین باید به‌طور منظم سفتی پیچ‌های اتصال بررسی شود تا از ایجاد لرزش جلوگیری گردد. کنترل دمای کاری گیربکس یکی دیگر از نکات اساسی است؛ افزایش غیرطبیعی دما معمولاً نشانه بار بیش از حد یا روغن نامناسب است. در نهایت، نصب گیربکس روی پایه محکم و بدون لرزش نقش بسیار مهمی در عملکرد پایدار و طولانی‌مدت دستگاه دارد.
بیشتر بخوانید: نگهداری گیربکس صنعتی و 8 راهکار آن