علبة تروس حلزونية

تتكون علبة التروس الحلزونية عادةً من ترسين. يتميز هذان الترسان بأسنان مقطوعة، ويتم إدخالهما في بعضهما البعض. يعمل هذان الترسان معًا لنقل عزم الدوران والسرعة. يُستخدم هذا النوع من علب التروس في تطبيقات متنوعة.

مبدأ العمل

إلى جانب انخفاض تكلفة تصنيعها، تتمتع التروس الحلزونية بمزايا عديدة مقارنةً بالتروس المستقيمة. فهي توفر تشغيلاً أكثر سلاسة، واهتزازاً أقل، ومستويات ضوضاء أدنى. كما أنها تنقل أحمالاً أكبر من التروس المستقيمة. وتُستخدم هذه التروس في العديد من الصناعات، مثل صناعة الأغذية، وصناعة البلاستيك، وصناعة النفط.
من السمات المهمة الأخرى للتروس الحلزونية التعشيق السلس والتدريجي للأسنان، مما يُحسّن من أدائها، خاصةً عند العمل تحت الأحمال الثقيلة. تُقلل هذه العملية من الصدمات والارتداد، كما تُقلل من التآكل.
إضافةً إلى ذلك، تُعد زاوية الحلزون متغيرًا يمكن تعديله ليناسب التطبيق. وعادةً ما تكون الزاوية إما يسارًا أو يمينًا، ويمكن أن تختلف بناءً على زاوية الرؤية.
تُستخدم التروس الحلزونية عادةً في أنظمة نقل الحركة المغلقة، مثل السيور الناقلة والمراوح والمصاعد. فهي توفر تشغيلاً أكثر سلاسة، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب تشغيلاً هادئاً. مع ذلك، فإن كفاءة التروس الحلزونية في نقل الطاقة أقل من كفاءة التروس المستقيمة.
يُشابه إجهاد التلامس النسبي (RCS) المحسوب للترس الحلزوني نظيره في الترس المستقيم. إلا أن الحجم (Vi)، وهو كمية تعتمد على شكل الحلزون، يختلف. يُعرَّف هذا الحجم بأنه الحجم الكلي للتجويف الحلزوني، ويُحسب بالتكامل على طول عرض الوجه. حجم التجويف العادي أكبر من حجم التجويف الحلزوني بدون حلزون.
بالإضافة إلى ذلك، تنخفض نسبة التلامس. ويعود ذلك إلى عدم توازي سنّي الترس. إذ يمنع غشاء الزيت السميك تلامس الأسنان، كما يعمل هذا الغشاء على تبريد أسطح أسنان الترس.
عامل الخدمة هو رقم يأخذ في الاعتبار الظروف التي يتم فيها استخدام الترس. وهو عادةً نسبة بين عزم الدوران الأقصى وعزم الدوران الناتج.

كفاءة

خلال حملة قياس حديثة لعلب التروس، تم اختبار 13 علبة تروس تجارية بشكل مكثف. وقد تم قياس الكفاءة عند عزم الدوران والطاقة الاسميين. وتُظهر خرائط الكفاءة الناتجة، والمُقدمة في هذه الورقة، أن كفاءة كل علبة تروس متقاربة إلى حد كبير.
تعتمد كفاءة علبة التروس على عدد أسنان التروس والنسبة بينها. كلما انخفضت النسبة، زادت الكفاءة.
تتأثر الكفاءة أيضًا بعزم الحمل. فكلما زاد عزم الحمل، انخفضت الكفاءة. وينطبق هذا بشكل خاص على علب التروس ذات النسب العالية.
يتأثر فقد الطاقة أيضًا بنسب التلامس والتداخل. ففي علب التروس ذات النسب العالية، يكون الفرق بين كفاءة الكتالوج والكفاءة المُقاسة بناءً على النموذج أكبر منه في علب التروس ذات النسب المنخفضة. ولحسن الحظ، تُسهم التحسينات في أنظمة التشحيم في تقليص هذه الفجوة.
تُعدّ علبة التروس الحلزونية الأكثر فعالية في الصناعة، فهي تنقل الحركة بين التروس المتوازية وتتميز بانخفاض مستوى الضوضاء مقارنةً بالتروس المستقيمة. تتعشق هذه التروس بسلاسة ودقة، مما يجعلها أقل عرضةً للتآكل، كما أنها توفر قدرة أكبر على نقل الطاقة.
على الرغم من فعالية التروس الحلزونية، إلا أنها أغلى ثمناً من التروس التقليدية. مع ذلك، يمكن أن يكون التوفير في التكاليف كبيراً على المدى الطويل. من المهم دراسة مزايا علبة التروس الحلزونية قبل اختيار علبة التروس المناسبة لتطبيقك.
عند مقارنة كفاءة علبة التروس الحلزونية بعلبة التروس الدودية، نجد أن علبة التروس الدودية أكثر كفاءة. مع ذلك، فإن الفرق في الكفاءة ليس كبيرًا كما هو الحال في العديد من علب التروس الأخرى.
تتأثر كفاءة علبة التروس الحلزونية بسرعة التروس. يجب أن تحتوي علبة التروس على تزييت كافٍ للمحامل. من المهم أيضًا مراعاة متطلبات المساحة في نظام نقل الحركة.

التطبيقات

تنتشر تطبيقات علب التروس الحلزونية على نطاق واسع وتُستخدم في العديد من الصناعات، منها صناعة الطباعة، وصناعة المطاط، وصناعة البلاستيك، وصناعة الإسمنت، وصناعة معدات الحفر، والصناعات الكيميائية.
تُستخدم علب التروس الحلزونية أيضًا في السيور الناقلة والمصاعد. فهي تتميز بمتانتها العالية وقدرتها على تحمل أحمال أكبر، كما أنها أقل ضجيجًا من علب التروس ذات التروس المستقيمة. وتُستخدم أيضًا في العديد من ناقلات الحركة في السيارات.
تنقل علب التروس الحلزونية الطاقة بين عمودين متوازيين، وهي بديل جيد للتروس المستقيمة. تتميز بصغر حجمها وقدرتها على تقليل الاهتزاز والضوضاء، كما أنها متينة للغاية ويمكن استخدامها مع أعمدة غير متوازية.
يُعدّ استخدام علب التروس الحلزونية شائعًا في صناعة السيارات، كما تُستخدم في صناعات أخرى. فهي مفيدة جدًا في المصاعد، والناقلات، وغيرها من البيئات الصناعية الثقيلة. وتوفر هذه العلب مستوى عالٍ من خفض السرعة، ولذا فهي شائعة الاستخدام في أنظمة التحكم الآلي. كما تُستخدم أيضًا في صناعتي التعدين والإسمنت.
يمكن تصنيع علب التروس الحلزونية بتعديلات متنوعة. وهذا أمر مهم لأن بعض الصناعات قد تتطلب أنواعًا مختلفة من علب التروس.
تتميز التروس الحلزونية بعدد أسنان أكبر، مما يقلل من تآكلها. كما أنها أقل ضجيجًا من التروس المستقيمة. وقدرتها على توليد قوة دفع كبيرة تجعلها مثالية للتطبيقات عالية السرعة. كما أنها قادرة على توزيع الحمل على عدة محاور، وتُستخدم أيضًا في التطبيقات التي تتعرض لصدمات واهتزازات عالية.
تتميز علب التروس الحلزونية بكفاءة أعلى من علب التروس المستقيمة. ومع ذلك، فإن تكاليف تصنيع التروس الحلزونية أعلى من تكاليف تصنيع التروس المستقيمة.
تتميز علب التروس الحلزونية أيضاً بقدرتها على نقل الطاقة بين أعمدة بزاوية قائمة. ويمكنها العمل بالتزامن مع تروس ذات محاور متقاطعة، مما يقلل من أحمال الصدمات.

الاختلافات

تتوفر في السوق أنواع عديدة من علب التروس الحلزونية لمختلف الصناعات، وهي شائعة الاستخدام في ناقلات الحركة في السيارات وغيرها من الصناعات. تتميز هذه العلب بأنها أكثر هدوءًا من علب التروس المستقيمة، كما أنها متينة وذات كفاءة عالية. مع ذلك، قد تتسبب في زيادة الاحتكاك والتآكل.
تتكون التروس الحلزونية من أسنان تلتف حول جسم أسطواني بزاوية معينة. تُسمى الزاوية التي تُقطع بها أسنان الترس بزاوية الحلزون. ويمكن ضبط زاوية الحلزون لتناسب الترس ومحيطه.
تحدد زاوية الحلزون مقدار القوة المحورية التي ينتجها الترس. فكلما زادت زاوية الحلزون، زادت القوة المحورية. ويجب على المحامل امتصاص هذه الزيادة في القوة المحورية. كما تؤثر زاوية الضغط بشكل مباشر على القوة العمودية ونصف قطر انحناء السن.
يمكن تركيب التروس الحلزونية بشكل متوازٍ أو متقاطع. تتطلب التروس الحلزونية الموصولة بشكل متوازٍ نفس درجة الميل وزاوية الضغط لتعمل بشكل صحيح. أما التروس الحلزونية الموصولة بشكل متقاطع، فتتميز بتشغيل أكثر هدوءًا وسلاسة من التروس المستقيمة، كما أنها قادرة على نقل عزم دوران أعلى.
تتوفر التروس الحلزونية بتصميمات أحادية وثنائية الحلزون. تُصنع التروس أحادية الحلزون باستخدام نفس الأدوات والمعدات المستخدمة في تصنيع التروس المستقيمة. وعلى عكس التروس المستقيمة، تتميز التروس أحادية الحلزون بسطح تلامس أكبر، مما يجعلها أكثر ملاءمةً لأنظمة النقل الدقيقة.
تُعرف التروس الحلزونية المزدوجة أيضاً باسم تروس متعرجة. تُصنع هذه التروس عن طريق حفر أخدود بين سنين متجاورين. وهي قادرة على التخلص من القوى المحورية، كما تُستخدم لتوفير قدرة عالية على تحمل الأحمال.
تُستخدم التروس الحلزونية بشكل شائع في تطبيقات نقل الطاقة المنخفضة. كما أنها توفر بديلاً لتوصيل الأعمدة المتوازية وغير المتوازية. وتُستخدم أيضاً في التطبيقات عالية السرعة.

نصف قطر طرف الأداة

من بين المعايير العديدة المستخدمة في تصميم علبة التروس الحلزونية، يُعد نصف قطر طرف السنّ من أهمها، وإن كان ذلك لكونه من أقلها بديهية. وأفضل طريقة لتقدير قطر سنّ الترس الحلزوني هي استخدام شكل مرجعي للسنّ كأساس للحساب. ويُستخدم إجراء مماثل لحساب زاوية الحلزون. سيؤدي استخدام طرف سنّ صغير جدًا إلى تآكل السنّ، وهو ما يُشكّل مشكلةً في حال وجود عدد كبير من الأسنان، حيث يُراد تقليل احتمالية تلف السنّ.
بالنسبة لعشاق التروس، توجد العديد من الأدوات والعمليات المتعلقة بعلب التروس الحلزونية، وقطر طرف السن ليس سوى واحد منها. ولحسن حظ المهتمين بتصميم التروس، فإن علبة التروس الحلزونية أكثر تعقيدًا مما يبدو للعيان. فعلى سبيل المثال، سن الترس الحلزوني عبارة عن سطح ثلاثي الأبعاد، لذا يمكن حساب شكله ووظيفته رياضيًا أو عدديًا.
إضافةً إلى طرف السن الذي يتحرك بشكل غير متوقع، فإن علبة التروس الحلزونية هي أيضاً نتاج عملية تصنيع. والسبب الرئيسي هو انحراف شكل السن، وهو المسافة بين قطر خطوة الترس وخط مرجع أداة القطع. ورغم أن مصمم التروس قد يتجاهل هذه المشكلة، إلا أنها غالباً ما تُؤخذ في الاعتبار عند التصميم لزيادة نسب التلامس إلى أقصى حد. وهذا يعني أن أسنان التروس يجب أن تكون قادرة على تحمل عزم الدوران الناتج عن مجموعات التروس الخاصة بها.
الترس الحلزوني عبارة عن مجموعة هندسية، وأفضل طريقة لتصميم التروس هي تقليل مقاومة انحناء الأسنان إلى أدنى حد مع زيادة صلابتها إلى أقصى حد. ولتحقيق ذلك، يجب تقليل سُمك طرف السن. ويتم ذلك عادةً من خلال تصميم شكل السن ليُطابق شكل سن الترس الذي سيحل محله.

تم التحرير بواسطة CX بتاريخ 25 أكتوبر 2023