كيفية تصميم تقليل الضوضاء للانتقالات الترولية

أنواع التروس والمواد

1. أنواع التروس

من منظور نقل الحركة بسلاسة وانخفاض الضوضاء، فإن التُكُوِر الأسطوانية الحلزونية تحتوي على عدد أكبر من الأسنان المتلامسة في نفس الوقت، مما يؤدي إلى تغيان أكثر استقرارًا في صلابة العض بشكل عام. لذلك، قد تكون الاهتزازات والضوضاء أقل مقارنة بالعجلات الأسطوانية المستقيمة، وأحيانًا تصل إلى ما يقارب 12 ديسيبل. أما بالنسبة للتُكُوِر العظمية (الشكل الحرف V المزدوج)، فإنها تتطلب محاذاة دقيقة جدًا، حيث يمكن أن تؤثر الأخطاء الصغيرة أو التهتراء غير المتساوي على توزيع الحمل وسلاسة النقل. ولذلك، من بين التُكُوِر الأسطوانية، فإن التُكُوِر الأسطوانية الحلزونية هي النوع الأفضل لتقليل الضوضاء. من عام 1969 إلى 1987، أجرى الأستاذ أ. عطفيه من جامعة عين شمس في القاهرة، مصر، بحثًا تجريبيًا على التُكُوِر الحلزونية ذات الملف اللولبي، والتُكُوِر ذات القوس الدائري المفرد، والتُكُوِر ذات القوس الدائري المزدوج. وقارن الضوضاء الناتجة عن هذه الثلث أنواع من تُكُوِر الأسنان تحت أحمال وسرعات مختلفة. وأظهرت الدراسة أن من بين هذه الثلث أنماط للأسنان، فإن التُكُوِر الحلزونية ذات الملف اللولبي كانت الأقل ضوضاء، وأقل تتأثر بالحمل المنقول والسرعة التشغيلية، تليها التُكُوِر ذات القوس الدائري المفرد، في حين كانت التُكُوِر ذات القوس الدائري المزدوج الأسوأ.

2. مواد الترنس

المعالجة الحرارية وطرق التزييت: تؤثر كل هذه العوامل على ضوضاء النظام. بشكل عام، يمكن تقليل الضوضاء باستخدام مواد ذات خصائص امتصاص جيدة في تصنيع التروس. ومع ذلك، فإن المواد ذات الخصائص الجيدة في الامتصاص تكون عمومًا ذات قوة منخفضة ولا يمكن استخدامها في جميع الحالات. على سبيل المثال، يستخدم الراتنج الفينولي والنايلون غالبًا فقط في تصنيع تروس الأحمال الخفيفة لأنواع الآلات الصناعية الخفيفة مثل آلات الخياطة. ولتقليل الضوضاء، يمكن إجراء عملية كبريتة أو تغطية بطبقة نحاسية على أسطح أسنان التروس الفولاذية المحملة. والغرض من كبريتة أسطح الأسنان هو تقليل معامل الاحتكاك. وقد تم استخدام الطلاء النحاسي على تروس التوربينات لتحسين دقة التلامس بين التروس. كما تؤثر المعالجة الحرارية للتروس على الضوضاء أيضًا. فعلى سبيل المثال، بعد عملية التبريد (التنعيم)، تتدهور خصائص التخميد في التروس، وتزداد الضوضاء بمقدار 3-4 ديسيبل. لذلك، لا تحتاج التروس التي لا تتطلب قوة عالية أو مقاومة جيدة للتآكل إلى عملية التبريد. أما بالنسبة لتأثير زيت التزييت وطريقة الملء، فإنه يُعتقد عمومًا أن الضوضاء تقل مع زيادة حجم الزيت ودرجة لزوجته. ويرجع ذلك إلى أن زيت التزييت له تأثير تخميد، ويمكنه منع التلامس المباشر بين أسطح الأسنان المتداخلة. وعند استخدام تزييت بالغمر في حوض الزيت، فإن ضوضاء الترس تتغير حسب مستوى الزيت؛ أي أن كل صندوق تروس له مستوى زيت مثالي مختلف.

معلمّات هندسية الترّس

1. الموديول
عند نقل حمل كبير، فإن الإثارة الديناميكية للتراشية للترّس تنتج أساسًا من التشوه الانحنائي لأسنان الترّس، ويكون صلابة الانحناء لأسنان الترّس متناسبة طرديًا مع الموديول. لذلك، يمكن تقليل الإثارة الديناميكية لأسنان الترّس من خلال زيادة الموديول، وبالتالي تقليل الضجيج. ولكن، عند نقل حمل صغير أو عدم وجود حمل، تكون الحالة مختلفة. في هذه الحالة، يكون تأثير خطأ أسنان الترّس أكبر بكثير من تأثير تشوه أسنان الترّس. ويجب أن ننظر إلى تأثير حجم الموديول على الضجيج من منظور الخطأ في تصنيع الترّس. على سبيل المثال، يمكن الحصول على خطأ المعايرة ΔP بالصيغة التالية:
δP＝C1 +C2M+C3 (1)
حيث
do——قطر دائرة الترّس المعيارية
M——الموديول
C1، C2، C3——ثوابت مرتبطة
ويمكن حساب خطأ الم_Profile لأسنان الترّس Δf بالصيغة التالية:
δf＝C4M+C5 (2)
حيث C4 و C5 هي ثوابت مرتبطة
من الواضح من المعادنات (1) و (2) أن الخطأين المذكورين أعلاه مرتبطان بشكل مباشر بالوحدة، وكلما كانت الوحدة أكبر، زاد خطأ الم_Profile للسن وازداد الضجيج الناتج. لذلك، عند نقل أحمال صغيرة أو عدم وجود أحمال، يجب أن تكون الوحدة بأصغر ما يمكن، بشرط أن تسمح قوة الترّس لذلك.

2. عدد أسنان الترّس
إذا بقيت الوحدة دون تغيير، فإن تغيير عدد الأسنان سيؤدي إلى تغيير قطر الترّس ومساحة سطحه. وبالتالي، سيؤدي التغيير في مساحة الإشاعة الصوتية للترّس إلى تغيير في مستوى الضجيج. بشكل عام، يتحدد مقدار الضجيج بشكل رئيسي من خلال مساحة الإشاعة الصوتية بدلالة طاقة المصدر الاهتزازي. وفقًا لمبدأ الصوت، إذا اعتبرنا الترّس لوحة دائرية، فيمكن حساب القدرة الصوتية WR المشعّة في الهواء باستخدام
الصيغة التالية:
(3) حيث: F——القيمة الفعّالة للقوة المُثيرة التي تتغير وفق قانون الجيب
R——قطر اللوحة الدائرية
o——الكثافة السطحية
p——كثافة الهواء
ω——التردد الزاوي
C——ثابت
من الصيغة (3)، يمكن ملاحظة أنه مع زيادة قطر اللوحة الدائرية، سيزداد الضوضاء بشكل حاد. لذلك، عند تصميم التروس، ينبغي تقليل قطر الترس قدر الإمكان. بالإضافة إلى ذلك، من الصيغتين (1) و(2) يتضح أن خطأ عرض السن مرتبط بقطر الترس، في حين أن خطأ شكل السن غير مرتبط بالقطر. وبالتالي، فإن تقليل القطر لن يزيد من صعوبة تحقيق دقة تصنيع الترس.

3. عرض السن
السبب في أن التغيرات في عرض السن تؤدي إلى تغيرات في الضوضاء يكمن في اختلاف معدل التخميد. لذلك، فإن التروس ذات العروض الأكبر للأسنان تتمتع بأداء أفضل من حيث التخميد، مما يؤدي إلى انخفاض مستوى الضوضاء.

4. نسبة التلامس
زيادة نسبة التمساس: يمكن أن تقلل نسبة التمساس الضوضاء الناتجة عن نقل الحركة بالتربين. أولاً، زيادة نسبة التمساس تقلل من الحمل على زوج واحد من الأسنان. وهذا يقلل من تأثير الحمل أثناء الدخول والخروج من التمساس، وبالتالي يقلل من الضوضاء الناتجة عن التربين. ثانياً، مع زيادة عدد الأسنان المتتماسة، يتم توحيد الخطأ في النقل للزوج الواحد من الأسنان، مما يقلل من الت kíchع الديناميكي للأسنان. بالإضافة إلى ذلك، فإن ما يقارب جميع المعاملات للتربين التي تؤثر على الضوضاء الناتجة عن التربين هي في الحقيقة ناتجة عن تأثيرها على نسبة التمساس. على سبيل المثال، بالنسبة للترابين الأسطوانية ذات نسبة تمساس تتراوح بين 1-3، فإن تقليل زاوية الضغط، وتقليل المدول، وزيادة طفيفة في إرتفاع الرأس تقلل الضوضاء الناتجة عن التربين بسبب زيادة نسبة التمساس. وبالطبع، فإن تقليل زاوية الضغط يزيد من مرونة الأسنان ويقلل أيضاً من الت kíchع الديناميكي، مما يفيد في تقليل الضوضاء.

5. زاوية الميل
نظرًا لأن التروس الحلزونية تدخل التشابك تدريجيًا من أحد طرفي السن، فإن تأثير التشابك يكون صغيرًا والضجيج منخفضًا. بشكل عام، كلما زاد الزاوية الحلزونية، زاد معامل التلامس وقل الضجيج. ومع ذلك، يكون تأثير تقليل الضجيج أضعف عندما تكون الزاوية الحلزونية كبيرة مقارنةً عندما تكون صغيرة. ويعود السبب في ذلك إلى أن الزاوية الحلزونية الأكبر تجعل عمليتي التصنيع والتثبيت أكثر صعوبة، مما يؤثر على التداخل الفعلي.

6. تعديل السن، والتشكيل، والإزاحة
في الحالة التشغيلية الفعلية للتروس، فإن تشوه الأسنان، والعمود القيادي، وصندوق التروس سيتسبب في حدوث تداخل وارتطام أثناء التشابك، ما يؤدي إلى اهتزازات وضجيج قويين. لذلك، يمكن استخدام التعديل والتشكيل والإزاحة لتعويض تشوه التشابك وتقليل الاهتزازات والضجيج.