کالا صنعتی
مجله کالا صنعتیکالا صنعتی
مجله کالا صنعتیراهنمایی محاسبات انتخاب موتور و گیربکس
گیربکس صنعتی به‌منظور تغییر سرعت، گشتاور و جهت نیروی ورودی از منبع محرکه در کاربردهای مختلف صنعتی استفاده می‌شود. معمولاً نیروی محرکه ورودی گیربکس توسط یک الکتروموتور تأمین می‌شود. باتوجه‌به تنوع بالای موتور و گیربکس صنعتی، انتخاب این دو تجهیز از دغدغه‌های اصلی صاحبان صنایع است.
مهم‌ترین عواملی که در محاسبات انتخاب موتور و گیربکس باید در نظر گرفت عبارت‌اند از:
نوع موتور
توان موتور
دور خروجی موتور
تعداد استارت و چرخه کاری موتور در روز
نوع گیربکس
سایز گیربکس
نسبت تبدیل گیربکس
دور خروجی گیربکس
گشتاور خروجی گیربکس
سرویس فاکتور یا ضریب کار گیربکس
بازده گیربکس
نحوه اتصال موتور و گیربکس
در این مقاله به بررسی هر یک از عوامل گفته شده پرداخته و نکات مهمی را درباره نحوه انتخاب موتور گیربکس بیان می‌کنیم؛ اما از آن جایی که انتخاب گیربکس در اغلب موارد باتوجه‌به مشخصات موتور انجام می‌شود، ابتدا باید به محاسبات مربوط به انتخاب الکتروموتور مناسب بپردازیم.
انتخاب الکتروموتور
اولین قدم در انتخاب موتور و گیربکس صنعتی، انتخاب نوع موتور است. الکتروموتورها تنوع بسیار بالایی داشته و هر یک برای کاربرد خاصی طراحی شده و قابلیت‌ها و ویژگی‌های متفاوتی ارائه می‌دهند. چند نمونه از رایج‌ترین انواع الکتروموتورها عبارت‌اند از:
موتورهای القایی جریان متناوب
موتورهای سنکرون AC
موتورهای DC آهنربا دائم با براش و بدون براش
سروو موتورها و استپ موتورها
و … .
پس از اینکه نوع موتور مشخص شد، محاسبات مربوط به‌اندازه گیری پارامترهای مختلف الکتریکی و مکانیکی آن را انجام می‌دهیم. بر اساس قانون اهم، جریان عبوری از رسانا رابطه مستقیمی با ولتاژ اعمال شده به آن دارد:
I = V / R
در این فرمول:
I: جریان اندازه‌گیری شده بر حسب آمپر
V: ولتاژ اعمال شده بر حسب ولت
R: مقاومت اندازه‌گیری شده بر حسب اهم
با اندازه‌گیری جریان مصرفی و ولتاژ اعمال شده، می‌توانید مقاومت سیم‌پیچ‌های موتور را محاسبه کنید. از طرفی توان الکتریکی مصرفی موتور توسط فرمول زیر بیان می‌شود:
Pin = I * V
در این فرمول:
Pin: توان ورودی موتور بر حسب وات
I: جریان اندازه‌گیری شده بر حسب آمپر
V: ولتاژ اعمال شده بر حسب ولت
هر موتور باتوجه‌به توان خروجی خود میزان مشخصی کار انجام می‌دهد. دو عامل سرعت و گشتاور در تعیین توان خروجی موتور نقش داشته و باتوجه‌به فرمول زیر محاسبه می‌شوند:
Pout = τ * ω
در این فرمول:
Pout: توان خروجی موتور بر حسب وات
τ: گشتاور خروجی موتور بر حسب نیوتن متر
ω: سرعت زاویه‌ای بر حسب رادیان بر ثانیه
هنگام بررسی توان خروجی موتور و تطابق آن با نیازهای کاربرد، حتماً ضریب اطمینان مشخصی برای توان در نظر بگیرید. باتوجه‌به اینکه سرعت خروجی موتورهای الکتریکی باتوجه‌به سرعت چرخش شفت خروجی بر دقیقه (rpm یا دور بر دقیقه) بیان می‌شود، باید سرعت زاویه‌ای را بر اساس فرمول زیر به rpm تبدیل کنیم:
ω = rpm * 2π / 60
در این فرمول:
ω: سرعت زاویه‌ای اندازه‌گیری شده بر حسب رادیان بر ثانیه (rad/s)
rpm: سرعت چرخشی بر حسب دور بر دقیقه
π: عدد ثابت ریاضی = 3.14
60: تعداد ثانیه‌ها در یک دقیقه
اکثر موتورهای موجود در بازار با 4 سرعت خروجی 750، 1000، 1500 و 3000 دور بر دقیقه ارائه می‌شوند.
درصورتی‌که بازدهی موتور 100% باشد، تمام انرژی الکتریکی مصرفی به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود؛ ولی در واقعیت هیچ موتوری با بازدهی کامل وجود ندارد و همیشه مقداری از انرژی به‌صورت تلفات گرمایی و … هدر می‌رود. دقیق‌ترین موتورهای صنعتی نیز نهایتاً بین 50 تا 60 درصد بازدهی دارند. بازده الکتروموتور را باتوجه‌به توان ورودی و خروجی و بر اساس فرمول زیر محاسبه می‌کنند:
E = Pout / Pin
بنابراین:
Pout = Pin * E
τ * ω = I * V * E
τ * rpm * 2π / 60 = I * V * E
و در نهایت فرمول محاسبه گشتاور خروجی موتور به دست می‌آید:
τ = (I * V * E *60)/(rpm * 2π)
در الکتروموتورها، گشتاور باتوجه‌به سرعت و بار تغییر می‌کند. در حالت بدون بار، موتور با حداکثر سرعت خروجی کار می‌کند؛ اما با افزایش بار، مقداری مقاومت مکانیکی به موتور اعمال می‌شود. برای غلبه بر این مقاومت، موتور شروع به مصرف جریان الکتریکی بیشتری نموده و سرعت آن کاهش می‌یابد. اگر همچنان بار را افزایش دهیم، در نهایت موتور در نقطه‌ای خاص متوقف خواهد شد. در این حالت، گشتاور در بیشترین مقدار خود وجود دارد و به آن «گشتاور ایستایی» می‌گویند.
سرعت خروجی، گشتاور، توان خروجی و بازده موتور مقادیر ثابتی نبوده و محاسبه آن‌ها بدون کمک‌گرفتن از سنسورها و ابزارهای دقیق اندازه‌گیری عملاً غیرممکن است. به همین علت، شرکت‌های تولیدکننده الکتروموتور تمامی این مشخصات را بر روی صفحه‌ای فلزی به نام پلاک یا Nameplate موتور درج نموده و به بدنه موتور متصل می‌کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه، مقاله پلاک خوانی الکتروموتور را مطالعه فرمایید.
هر بار که الکتروموتورها (مخصوصاً الکتروموتور سه‌فاز) راه‌اندازی می‌شود، جریان الکتریکی بسیار زیادی از آن‌ها عبور می‌کند که به آن جریان هجومی راه‌اندازی نیز گفته می‌شود. جریان هجومی اولیه، منجر به افت ولتاژ شبکه برق، افزایش حرارت سیم‌پیچ‌ها و در نهایت آسیب رسیدن به موتور و سایر تجهیزات می‌شود. به همین علت، یکی دیگر از پارامترهای محاسبات انتخاب موتور و گیربکس، تعداد دفعات استارت و استاپ موتور است. البته با استفاده از درایوهای کنترل دور موتور می‌توان موتور را به‌صورت نرم راه‌اندازی نموده و از مصرف جریان هجومی جلوگیری کرد. برای آشنایی بیشتر با نحوه راه‌اندازی الکتروموتورها، مقاله 6 روش رایج راه‌اندازی الکتروموتور را مطالعه فرمایید.
انتخاب گیربکس
گیربکس حلزونی
خرید محصول
گیربکس خورشیدی
خرید محصول
گیربکس هلیکال
خرید محصول
پس از بررسی مشخصات الکتریکی و مکانیکی موتور، نوبت به انتخاب گیربکس می‌رسد. برای این منظور ابتدا باید نوع گیربکس را مشخص کنید. انواع گیربکس صنعتی به دو دسته کاهنده دور و افزاینده تقسیم می‌شوند. همان‌طور که از نام این دو گیربکس بر می‌آید، گیربکس‌های کاهنده به‌منظور کاهش دور الکتروموتور و گیربکس‌های افزاینده به‌منظور افزایش دور خروجی از موتور به کار می‌روند.
گیربکس‌های کاهنده تنوع بیشتری داشته و در کاربردهای بیشتری استفاده می‌شوند. این گیربکس‌ها بر اساس نوع چرخ‌دنده‌ها به 4 گروه اصلی تقسیم می‌شوند:
گیربکس حلزونی
گیربکس هلیکال
گیربکس خورشیدی
گیربکس سایکلو
البته، در ساختار گیربکس‌های سایکلو به‌جای چرخ‌دنده از بلبرینگ‌های گریزازمرکز و تعدادی پین برای انتقال قدرت استفاده شده است؛ اما بااین‌وجود، این تجهیزات نیز یکی از انواع گیربکس صنعتی به شمار می‌آیند. در ادامه با مزایا و معایب گیربکس‌های صنعتی آشنا می‌شویم.
گیربکس حلزونی
گیربکس حلزونی
مزایا معایب
عدم برگشت‌پذیری در نسبت‌های بالای ۱:۴۶ کمترین راندمان بین گیربکس‌های صنعتی
کمترین قیمت بین گیربکس‌های صنعتی
شفت‌های عمود بر هم بیشترین میزان Backlash
تعمیر و نگهداری آسان
ابعاد کوچک و فشرده شوک‌پذیری پایین
قابلیت نصب در حالت‌های مختلف
بازه نسبت تبدیل گسترده
گیربکس هلیکال
گیربکس هلیکال
مزایا معایب
استفاده از دنده‌های مورب یا هلیکال ابعاد نسبتاً بزرگ
زاویه شفت‌های مختلف: مستقیم، ۹۰ درجه، موازی
بیشترین راندمان هزینه بالا
شوک‌پذیری بالا
تحمل گشتاور بالا
بازه نسبت تبدیل گسترده تعمیر و نگهداری سخت
لقی بسیار کم
میزان صدای پایین در حین کار
گیربکس خورشیدی
گیربکس خورشیدی
مزایا معایب
زاویه شفت‌های مختلف: مستقیم، ۹۰ درجه ابعاد نسبتاً بزرگ
راندمان بالا
شوک‌پذیری بالا هزینه زیاد
تحمل گشتاور بالا
بازه نسبت تبدیل گسترده
لقی کم تعمیر و نگهداری سخت
دقت بالا
امکان کاهش سرعت تا کمتر از ۱ دور در دقیقه (چند استیج کاهنده)
گیربکس سایکلو
گیربکس سایکلو
مزایا معایب
راندمان بسیار بالا قیمت بسیار بالا
بیشترین شوک‌پذیری
کمترین لقی دسترسی سخت به قطعات
بیشترین تحمل گشتاور
استفاده از بلبرینگ‌های گریز از مرکز به‌جای چرخ‌دنده محدودیت در زاویه شفت‌ها
کمترین میزان صدا
سایر مشخصات فنی گیربکس‌های صنعتی که باید هنگام انتخاب آن‌ها در نظر گرفت، عبارت‌اند از:
سایز گیربکس: هر سایز گیربکس ظرفیت گشتاور مشخصی دارد و باید بر اساس توان موتور انتخاب شود.
نسبت تبدیل گیربکس: نسبت تبدیل مشخص‌کننده میزان کاهش یا افزایش دور موتور در خروجی گیربکس است. در همین راستا مقاله محاسبه گشتاور و نسبت تبدیل در گیربکس صنعتی را مطالعه فرمایید.
سرعت خروجی گیربکس: باتوجه‌به سرعت موتور و نسبت تبدیل گیربکس، می‌توان گیربکسی با سرعت خروجی مناسب کاربرد انتخاب کرد.
گشتاور خروجی گیربکس: گشتاور خروجی واقعی، از حاصل‌ضرب گشتاور در فاکتور سرویس به دست می‌آید
سرویس فاکتور: گشتاور خروجی به‌تنهایی بیانگر قدرت یک گیربکس نیست؛ در واقعیت عوامل متعددی بر عملکرد گیربکس اثرگذار بوده و به آن‌ها فاکتورهای اصلاح‌کننده یا فاکتور سرویس می‌گویند. از جمله این فاکتورها می‌توان به شوک و ارتعاشات، مدت‌زمان کارکرد گیربکس، تعداد دفعات روشن/خاموش‌شدن موتور و گیربکس، شرایط محیطی (دما، گردوغبار) و … اشاره کرد.
راندمان: بازده گیربکس همیشه کمتر از 100% بوده و در توان اولیه ضرب می‌شود تا توان خروجی گیربکس محاسبه شود.
نحوه اتصال موتور و گیربکس: نحوه کوپل شدن موتور با گیربکس و گیربکس با تجهیز بعدی نیز از جمله مهم‌ترین عوامل انتخاب گیربکس است. به‌طورکلی موتور و گیربکس را می‌توان به‌صورت مستقیم، کوپلینگ، تسمه و پولی و دنده و زنجیر به هم متصل نمود.
مشخصات فنی هر گیربکس نیز مانند الکتروموتورها در پلاک یا کاتالوگ انتخاب گیربکس ثبت شده است. برای مطالعه بیشتر در این زمینه به مقاله پلاک خوانی گیربکس صنعتی مراجعه نمایید.
نتیجه‌گیری
انتخاب موتور گیربکس صنعتی مناسب برای یک کاربرد، فرایندی پیچیده بوده و به محاسبات دقیق و درنظرگرفتن عوامل مختلفی از جمله نوع موتور، توان، دور، گشتاور خروجی موتور، نوع گیربکس، سایز، نسبت تبدیل، دور خروجی، گشتاور، راندمان و … نیاز دارد.
در این مقاله به بررسی مهم‌ترین عواملی که در انتخاب موتور و گیربکس باید در نظر گرفت پرداخته و محاسبات لازم برای آن‌ها را نیز بیان کردیم. بهترین راه برای انتخاب موتور و گیربکس صنعتی، مشورت با افراد متخصص در این زمینه است؛ برای این منظور از طریق شماره‌تلفن 02191304300 با کارشناسان کالا صنعتی تماس گرفته و از مشاوره فنی رایگان این مجموعه بهره‌مند شوید.
