السبب الجذري لضوضاء التروس - خطأ في ناقل الحركة
جميع أنواع ضوضاء التروس - سواء كانت من ترس مسنن أو تروس حلزونية ينشأ هذا الخطأ من خطأ النقل (TE): وهو انحراف الوضع الزاوي للترس المُدار عن الوضع الذي سيشغله لو كان كلا الترسين مثاليين، صلبين، يدوران بنسبة سرعة ثابتة. يُقاس خطأ النقل بالإزاحة الخطية عند دائرة الخطوة (ميكرومتر) أو الانحراف الزاوي (ميكروراديان). عندما يتذبذب خطأ النقل بتردد يُطابق تردد التعشيق (عدد الأسنان × عدد الدورات في الدقيقة / 60)، فإنه يُثير اهتزازًا في غلاف علبة التروس، والأعمدة، والهيكل المتصل بها، والذي يشع كضوضاء محمولة جوًا بتردد التعشيق وتوافقياته.
ترس مسنن و تروس حلزونية تختلف خصائص خطأ الإرسال اختلافًا جوهريًا بسبب هندسة تعشيق أسنانها. ولا يتعلق اختلاف مستوى الضوضاء بينهما أساسًا بجودة السطح أو دقة التصنيع (مع أن كليهما مهم)، بل يتعلق بهندسة تعشيق الأسنان، والتي تختلف بين شكلي الأسنان بغض النظر عن جودة التصنيع.
هندسة التفاعل - لماذا يكون الحلزون أكثر هدوءًا بفضل الهندسة وحدها؟
الترس المستقيم (يسار): يدخل زوج الأسنان في تعشيق متزامن على كامل عرض الوجه - قفزة مفاجئة في الحمل. الترس الحلزوني (يمين): يبدأ التلامس من حافة واحدة وينتشر قطريًا عبر عرض الوجه بمرور الوقت - يتم توزيع قوة الدخول على فترة زمنية محددة، مما يقلل بشكل كبير من سعة إثارة خطأ النقل
ترس مسنن: دخول فوري كامل عرض السن
عندما يتعشّق زوج من أسنان الترس المستقيم، يظهر خط التلامس (الخط الذي تتلامس عليه جوانب السنين) لحظيًا على كامل عرض وجه الترس، وهو موازٍ لمحور العمود ويظهر دفعة واحدة عند عبور طرف السن الداخل دائرة الخطوة. يُحدث هذا تغيرًا مفاجئًا في القوة المنقولة، مما يُثير اهتزازًا بتردد التعشيق. يعتمد مقدار خطأ نقل الترس المستقيم على مدى تطابق شكل السن مع المنحنى الحلزوني المثالي بالقرب من طرف السن، فحتى خطأ بسيط في الشكل أو تداخل طرف السن يُحدث ارتفاعًا ملحوظًا في خطأ نقل الطاقة عند كل دخول للسن.
الترس الحلزوني: تعشيق قطري تدريجي
أ تروس حلزونية يكون خط التماس للسن مائلاً بزاوية ψ بالنسبة لمحور العمود (حيث tan ψ = tan β / cos α_t). عندما يقترب زوج الأسنان من دائرة الخطوة، يبدأ خط التماس من أحد حافتي عرض السطح ويمتد قطريًا إلى الحافة الأخرى مع استمرار الدوران. وبالتالي، فإن دخول القوة ليس خطوة مفاجئة بل منحدرًا - موزعًا على الفترة الزاوية التي يقطع خلالها خط التماس عرض السطح. تتوافق هذه الفترة الزاوية مع نسبة التلامس المتداخل ε_β = b × sin β / (π × M_n)، والتي تُستخدم عادةً في التطبيقات الصناعية. تروس حلزونية عند β = 20° تكون ε_β = 0.8–1.5. خلال هذه الفترة، يتم توزيع الحمل بين أزواج الأسنان الداخلة والخارجة، ويكون إثارة TE هو غلاف أخطاء النقل الفردية لزوجين من الأسنان المتداخلة - وهو أقل بكثير من أي منهما بمفرده.
نسبة التلامس الكلية وتأثيرها على الضوضاء
تحدد نسبة التلامس الكلية ε_γ = ε_α + ε_β متوسط عدد أزواج الأسنان المتلامسة في آن واحد. بالنسبة للترس المستقيم (ε_β = 0)، فإن ε_γ = ε_α = 1.2–1.6، مما يعني أن ما بين زوج واحد وزوجين من الأسنان يتقاسمان الحمل في أي لحظة. تروس حلزونيةيمكن أن تصل قيمة ε_γ إلى 2.0-5.5 اعتمادًا على زاوية الحلزون وعرض السطح. العلاقة بين نسبة التلامس وتقليل الضوضاء لوغاريتمية تقريبًا.
| نوع التروس | ملف تعريف CR ε_α | تداخل CR ε_β (عند β=20°) | إجمالي CR ε_γ | الضوضاء مقابل خط الأساس للتحفيز | ذروة سعة TE |
|---|---|---|---|---|---|
| ترس محفز | 1.2–1.6 | 0 | 1.2–1.6 | خط الأساس (0 ديسيبل) | 5-20 ميكرومتر (مُشَكَّل)؛ 1-5 ميكرومتر (مُصقول) |
| β حلزوني = 8° | 1.3–1.7 | 0.3–0.5 | 1.6–2.2 | من -3 إلى -5 ديسيبل (A) | 3-10 ميكرومتر (مُشَكَّل)؛ 0.8-3 ميكرومتر (مُصقول) |
| β حلزوني = 15 درجة | 1.4–1.8 | 0.6–1.0 | 2.0–2.8 | من -5 إلى -8 ديسيبل (A) | 2-8 ميكرومتر (مُشَكَّل)؛ 0.5-2 ميكرومتر (مُصقول) |
| حلزوني β=20° | 1.4–1.8 | 0.8–1.4 | 2.2–3.2 | من -7 إلى -10 ديسيبل (A) | 1.5–6 ميكرومتر (مُشَكَّل)؛ 0.4–1.5 ميكرومتر (مُصقول) |
| حلزوني β=25° | 1.5–1.9 | 1.0–1.8 | 2.5–3.7 | من -8 إلى -12 ديسيبل (A) | 1-4 ميكرومتر (مُشَكَّل)؛ 0.3-1.0 ميكرومتر (مُصقول) |
| حلزون مزدوج β=35° | 1.6–2.0 | 1.8–3.0 | 3.5–5.0 | -12 ديسيبل (A)+ | 0.2–0.8 ميكرومتر (أرضي) |
كيف تُضاعف دقة التصنيع ميزة تقليل الضوضاء
تُساهم الهندسة وحدها (خط التماس القطري، ونسبة التماس الأعلى) في خفض الضوضاء بمقدار 5-8 ديسيبل (A) لـ تروس حلزونية مقارنةً بترس ذي أسنان مستقيمة بنفس جودة التصنيع. يُضيف طحن الأسنان 3-6 ديسيبل (A) إضافية عن طريق تقليل شكل السن الفعلي وانحرافات الخطوة إلى فئة DIN 4-6، مما يقلل مباشرةً من سعة تذبذب TE عند تردد التعشيق. يتضاعف التأثيران: تأريض تروس حلزونية عند فئة DIN 5 و β = 25° يحقق انخفاضًا إجماليًا في الضوضاء بمقدار 10-14 ديسيبل (A) مقارنة بترس حلزوني عند فئة DIN 8.
لماذا يقلل الطحن من الضوضاء؟ - سعة خطأ النقل
تفاوت انحراف المقطع الجانبي (f_f) وفقًا لمعيار DIN 3962 للقطر الخارجي 200 مم (M5): حوالي 11 ميكرومتر للفئة 7 (المخروطية النموذجية) و4 ميكرومتر للفئة 5 (المصقولة النموذجية). يتناسب اتساع ذروة خطأ الإرسال خطيًا تقريبًا مع انحراف المقطع الجانبي: الفئة 5 مصقولة تروس حلزونية تبلغ سعة TE ما يقارب 4/11 = 36% من سعة TE لترس مُشَكَّل من الفئة 7 بنفس هندسة السن. وبما أن مستوى الضوضاء بالديسيبل يتناسب طرديًا مع 20 × log₁₀(نسبة TE)، فإن انخفاض الضوضاء الناتج عن التجليخ يبلغ تقريبًا 20 × log₁₀(11/4) = 8.8 ديسيبل (A) - وهو ما يتوافق مع بيانات القياس الميدانية التي تُظهر تحسنًا يتراوح بين 5 و8 ديسيبل (A) من الترس المُشَكَّل إلى التجليخ. تروس حلزونية في ظل نفس ظروف التشغيل.
تعديل الشكل الجانبي - تخفيف طرف الطرف كهندسة ضوضاء مستهدفة
دقة تروس حلزونية مع تعديل شكل طرف السن - تعمل إزالة المادة بمقدار 5-15 ميكرومتر بالقرب من طرف السن على تصحيح التداخل الناتج عن الانحراف عند مدخل السن، مما يقلل من سعة خطأ الإرسال إلى ما هو أبعد مما تحققه الهندسة المثالية وحدها.
مشكلة تداخل الأطراف وحل تخفيف تداخل الأطراف
حتى المنتج المصنّع بشكل مثالي تروس حلزونية مع انعدام خطأ الشكل، يوجد مصدر ضوضاء متبقٍ: تحت تأثير الحمل المنقول، ينحرف جسم الترس. يتسبب هذا الانحراف في ضغط طرف السن الداخل على جانب السن المقابل قبل نقطة التلامس النظرية بقليل، مما يُحدث تداخلًا لحظيًا يزيد من خطأ الإرسال عند دخول السن. يعمل تخفيف طرف السن - وهو إزالة متعمدة ومتحكم بها للمادة بالقرب من طرف السن (عادةً من 5 إلى 15 ميكرومتر على آخر 0.1 إلى 0.2 × Mn من ارتفاع السن) - على التعويض المسبق عن هذا الانحراف. تحت تأثير حمل التشغيل، تستوعب منطقة تخفيف طرف السن التداخل الناتج عن الانحراف؛ فيتلامس زوج الأسنان بسلاسة تامة بدلًا من الاصطدام. والنتيجة هي تقليل إضافي للضوضاء بمقدار 2-5 ديسيبل (A) بالإضافة إلى تأثيرات الهندسة والتصنيع.
تتم برمجة تخفيف طرف العجلة في دورة طحن التروس من HÖFLER عبر وحدة التشكيل CNC، والتي تقوم بتعديل شكل العجلة قبل كل عملية طحن لإنتاج منحنى التخفيف المحدد على المنتج النهائي تروس حلزونية السن. يتم حساب مقدار تخفيف طرف السن الأمثل من صلابة انحناء السن تحت عزم الدوران المنقول المقدر - وهو يعتمد على عزم الدوران، مما يعني حملاً أقل تروس حلزونية مع تطبيق تخفيف الضغط على طرف الترس عند الحمل الكامل، يكون الصوت أعلى من عدم تطبيقه (لأن تخفيف الضغط يزيل جزءًا من المادة التي يجب أن تكون على اتصال مباشر عند الحمل المنخفض). وتؤكد شركة إيفر-باور الكورية مواصفات تخفيف الضغط الصحيحة مع عملائها قبل تطبيقها على تروس الإنتاج.
تردد الشبكة - موضع ظهور الضوضاء في طيف التردد
يظهر التأثير الضوضائي المهيمن الناتج عن تعشيق التروس عند تردد التعشيق وتوافقياته:
f_mesh = z × n / 60 [Hz, حيث z = عدد الأسنان و n = سرعة العمود بالـ RPM]
بالنسبة لترس صغير ذي 20 سنًا عند 1500 دورة في الدقيقة: تردد التعشيق = 20 × 1500 / 60 = 500 هرتز. بالنسبة لترس مخفض سرعة كهربائي ذي 25 سنًا عند 8000 دورة في الدقيقة: تردد التعشيق = 25 × 8000 / 60 = 3333 هرتز. يُعطي مستوى الصوت الموزون A (ديسيبل (A)) وزنًا أكبر للضوضاء متوسطة التردد (500-4000 هرتز) مقارنةً بالضوضاء منخفضة التردد أو عالية التردد جدًا - وهو ما ينطبق على معظم التطبيقات الصناعية والسيارات. تروس حلزونية تقع ترددات الشبكة ضمن هذا النطاق المرجح. ولهذا السبب، فإن مقارنة 8-12 ديسيبل (A) ذات مغزى: فهي تُقاس في نطاق التردد المرجح A حيث يكون ضجيج التروس أكثر وضوحًا للأذن البشرية.
السمة الثانية لـ تروس حلزونية الضوضاء هي تأثير انتشار الطور لخط التماس القطري: فعندما يتحرك خط التماس عبر عرض السطح عند مواضع محورية مختلفة، تصل مساهمات TE من هذه المواضع بأطوار مختلفة قليلاً. بالنسبة لعرض سطح يكون فيه ε_β > 1، فإن هذه المساهمات خارج الطور تلغي بعضها جزئيًا، مما يقلل من سعة TE الكلية عند تردد الشبكة بغض النظر عن مقدار أخطاء شكل السن الفردية. هذا الإلغاء الطوري هو السبب الأعمق لتأثير عرض السطح بشكل كبير تروس حلزونية الضوضاء، ولماذا الوجه الضيق تروس حلزونية (ε_β < 0.5) تفشل في تحقيق ميزة الضوضاء الكاملة التي تتنبأ بها النظرية.
الحد من الضوضاء عمليًا - مساهمة كل عامل
انخفاض في مستوى الضوضاء بمقدار 5-8 ديسيبل (A). يمكن تحقيقه باستخدام عملية التشكيل الدقيق القياسية فقط - دون الحاجة إلى عملية تجليخ. هذا هو خفض الضوضاء "المجاني" الذي ينتج عن اختيار تروس حلزونية تروس مسننة.
إضافة 3-6 ديسيبل (A) فوق تأثير الحلزون. إجمالي الضوضاء مع β = 20° + عملية التجليخ: 8-12 ديسيبل (A) أقل من مستوى الضوضاء الأساسي للنتوء بعد عملية التشكيل. مطلوب لتطبيقات السيارات، وآلات التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC)، والتطبيقات الصناعية الحساسة للضوضاء.
زيادة إضافية من 2 إلى 5 ديسيبل (A) لتخفيف ضوضاء طرف الشفرة المتوافقة مع عزم الدوران أثناء عملية التجليخ. يصل إجمالي مستوى الضوضاء إلى 10-15 ديسيبل (A) أقل من مستوى الضوضاء الأساسي للشفرة بعد عملية التجليخ، وذلك للحصول على نتائج دقيقة في عملية التجليخ. تروس حلزونية مع تعديل مثالي للملف الشخصي.
زيادة بمقدار 2-4 ديسيبل (A) بعد β = 20°. يتطلب ذلك إما قدرة تحمل دفع للملف الحلزوني المفرد أو تكوين التروس الحلزونية المزدوجة. يستخدم في أنظمة الدفع الرئيسية البحرية والتطبيقات البحرية التي تتطلب الحد الأدنى من الضوضاء المشعة تحت الماء.
شركة إيفر باور الكورية - تروس حلزونية مصقولة بدقة للتطبيقات الحساسة للضوضاء
جهاز تحليل التروس في شركة إيفر-باور الكورية - يقيس انحراف المظهر الجانبي، وانحراف الخطوة، وخطأ التباعد سنًا بسن، مما يؤكد دقة فئة DIN 4-6 وتشطيب سطح Ra ≤ 0.3 ميكرومتر الذي يوفر ميزة الضوضاء الكاملة للتروس المصقولة تروس حلزونية
شركة كوريا إيفر باور تنتج قطع غيار مصقولة بدقة تروس قطع حلزونية وفقًا لمعايير DIN من الفئة 3 إلى 6 على معدات HÖFLER، مع تعديل الشكل (تخفيف الطرف، وتقويس الرصاص، وتخفيف النهاية) المبرمج وفقًا لعزم الدوران وظروف السرعة الخاصة بالتطبيق. كتطبيق مباشر مصنع التروس الحلزونيةتُحدد شركة إيفر-باور الكورية المزيج الأمثل من زاوية الحلزون، وفئة الدقة، وتعديل الشكل الخارجي لكل عميل وفقًا لمتطلبات الضوضاء والحمل الخاصة به، بدلاً من تطبيق مواصفات قياسية بغض النظر عن التطبيق. تصفح مجموعة منتجات التروس الحلزونية أو قم بتقديم هدفك المتعلق بالضوضاء وظروف التشغيل للحصول على توصية بالمواصفات.
الأسئلة الشائعة
كلاهما - وهما نفس الآلية الفيزيائية الموصوفة من منظورين مختلفين. خط التماس القطري هو السبب في أن دخول الحمل يكون تدريجيًا وليس فوريًا. نسبة التماس المتداخلة الأعلى (ε_β) تحدد مقدار الدخول التدريجي الحاصل لكل دورة سن - فالترس ذو ε_β = 1.2 يكون دخوله التدريجي أكبر من الترس ذي ε_β = 0.4. تتحقق أقصى فائدة من تقليل الضوضاء بفضل التماس القطري فقط عندما تكون قيمة ε_β كبيرة بما يكفي بحيث تخرج منطقة التماس بالكامل من زوج أسنان واحد قبل دخول الزوج التالي - وهذا يتطلب ε_β ≥ 1.0. أما عند قيمة ε_β أقل من 1.0، فيظل التماس القطري مفيدًا، لكن الانتقال بين أزواج الأسنان لا يكون سلسًا تمامًا.
نعم، إن فائدة زاوية الحلزون من حيث تقليل الضوضاء لا تعتمد على جودة التصنيع. تروس حلزونية لا يزال الترس ذو الفئة DIN 7-8 أقل ضوضاءً بمقدار 5-8 ديسيبل (A) من ترس ذي أسنان مستقيمة تم تشكيله مسبقًا بنفس الجودة في نفس ظروف التشغيل. وتضيف عملية الطحن 3-6 ديسيبل (A) أخرى. لذا فإن الميزة الإجمالية للترس المطحون هي تروس حلزونية يبلغ مستوى الضوضاء مقارنةً بترس حلزوني مُشَكَّل حديثًا 8-14 ديسيبل (A)، حيث يأتي نصفها تقريبًا من هندسة الحلزون والنصف الآخر من جودة الطحن. بالنسبة للمحركات الصناعية التي لا تُبرر فيها تكلفة الطحن، يُفضَّل استخدام التروس المُشَكَّلة حديثًا. تروس حلزونية لا يزال يوفر تخفيضًا ملحوظًا للضوضاء مقارنةً ببديل التروس المسننة.
نعم. تم تصميم تخفيف طرف السن لمستوى عزم دوران منقول محدد. إذا تجاوز مقدار التخفيف انحراف السن عند الحمل المقنن الكامل، فإن منطقة تخفيف طرف السن تُصحح بشكل مفرط - فبدلاً من دخول السن في منطقة التعشيق بسلاسة، يترك طرف السن فجوة عند نقطة انتقال التلامس، مما يُعيد إنشاء قفزة في الحمل. عادةً ما يكون مقدار تخفيف طرف السن الأمثل 10-70% من انحراف السن تحت الحمل المقنن (اعتمادًا على ما إذا كان الهدف هو الضوضاء عند الحمل الكامل، أو عند الحمل الخفيف، أو عند متوسط مرجح خلال دورة التشغيل). تطبيق تروس حلزونية سيؤدي استخدام تخفيف طرف الترس عند الحمل الكامل لتطبيق يعمل بشكل أساسي عند 20-30% من الحمل المقنن إلى إنتاج ضوضاء أسوأ من ترس بدون تخفيف طرف الترس في حالة الحمل الخفيف تلك.
ثلاثة عوامل مُركّبة: (1) عدم وجود نظام لحجب ضوضاء المحرك - تتميز مقصورة السيارة الكهربائية بعزل صوتي ممتاز، مما يجعل نغمات التروس منخفضة التردد مسموعة، والتي لا يمكن سماعها في سيارة تعمل بمحرك احتراق داخلي. (2) نطاق سرعة أوسع - السيارة الكهربائية تروس حلزونية يتراوح تردد تعشيق التروس من 0 إلى أكثر من 3000 هرتز مع تسارع المحرك، مرورًا بالعديد من الرنينات الصوتية لهيكل المقصورة وألواح الهيكل. (3) يعمل مُخفِّض السرعة الكهربائي دائمًا في وضع التعشيق - على عكس ناقل الحركة متعدد السرعات حيث يختار السائق زوجًا مختلفًا من التروس عند سرعات الطرق السريعة، فإن مُخفِّض السرعة الكهربائي يعمل دائمًا عند جميع السرعات. لذلك، يجب أن يكون مستوى الضوضاء أقل من مستوى السمع في كل نقطة تشغيل، بدءًا من التباطؤ في مواقف السيارات وصولًا إلى القيادة على الطرق السريعة، وليس فقط عند السرعة التي يُحتمل أن تُعتبر مزعجة.
تحديد التروس الحلزونية لتطبيق حساس للضوضاء
يرجى تزويدنا بسرعة التشغيل، وعزم الدوران، ومستوى الضوضاء والاهتزازات المستهدف (ديسيبل (A) لضوضاء المقصورة أو حد تردد الشبكة TE)، وزاوية الحلزون. تقوم شركة إيفر-باور الكورية بتأكيد فئة الدقة الصحيحة، ومواصفات الطحن، وتعديل الشكل الجانبي خلال 24 ساعة عمل.
فئة DIN 3-6 · Ra ≤ 0.3 ميكرومتر · تخفيف طرف السن · تشكيل تاج السن · تعديل المظهر الجانبي · طحن هوفلر
المحرر: Cxm
