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.

گیربکس خود قفل شونده

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.

کلیک کنید

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.

زاویه لید گیربکس

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.

زاویه اصطکاک

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.

زاویه لید ماردون