زاوية التروس، وهي مفهوم أساسي في تصميم التروس، تحدد كفاءة وأداء الأنظمة المسننة. تؤثر هذه المعلمة على اتجاه القوى المنقولة بين التروس المتزاوجة، مما يؤثر على قدرتها على تحمل الحمل وسلاسة التشغيل.
ما هي زاوية التروس
زاوية التروس، والمعروفة أيضًا باسم زاوية الضغطيُعدّ معامل الضغط (أو خط العمل) معيارًا أساسيًا في تصميم وتشغيل التروس. وهو يُشير إلى الزاوية التي يُشكّلها خط العمل (أو خط الضغط) مع خط مركز سنّ الترس عند دائرة الميل. تُحدّد زاوية الضغط اتجاه القوة المنقولة بين ترسين مُتشابكين، وتؤثر على جوانب مُختلفة من أداء الترس، بما في ذلك سعة التحميل، والكفاءة، وتوليد الضوضاء.
في التروس المحفزة، يتم قياس زاوية الضغط في المستوى العرضي، والذي يكون عموديًا على محاور التروس. زوايا الضغط الأكثر شيوعًا للتروس القياسية هي 14.5 درجة و20 درجة و25 درجة، حيث تعد زاوية 20 درجة هي الأكثر استخدامًا.
تؤثر زاوية الضغط على ملفات تعريف الأسنان للتروس المتزاوجة. تؤدي زاوية الضغط الأعلى إلى قواعد أسنان أكثر سمكًا ونسبة تماس أصغر، وهو متوسط عدد الأسنان التي تتلامس أثناء التشابك. وعلى العكس من ذلك، تؤدي زاوية الضغط المنخفضة إلى قواعد أسنان أرق ونسبة تماس أعلى.
في التروس الحلزونية، حيث تُقطع الأسنان بزاوية على محور الترس، تُحدد زاوية الضغط في مستويين: المستوى العمودي (العمودي على سطح السن) والمستوى العرضي (العمودي على محور الترس). زاوية الضغط العمودي هي الزاوية بين خط العمل والعمودي على سطح السن، بينما زاوية الضغط العرضي هي إسقاط زاوية الضغط العمودي على المستوى العرضي. تعتمد العلاقة بين زاويتي الضغط العمودي والعرضي على الحلزون زاوية من العتاد.
يؤثر اختيار زاوية الضغط على جوانب مختلفة من تصميم التروس وأدائها. توفر زوايا الضغط الأعلى عمومًا قدرة أكبر على تحمل الأحمال وسرعات انزلاق أقل للأسنان، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات عالية الأحمال. ومع ذلك، فإنها تؤدي أيضًا إلى أحمال شعاعية أعلى على المحامل وقد تولد المزيد من الضوضاء. توفر زوايا الضغط المنخفضة تشغيلًا أكثر سلاسة ومستويات ضوضاء أقل ولكنها تقلل من سعة التحميل.
أنواع زوايا التروس
زاوية الملف الشخصي
زاوية المقطع، والمعروفة أيضًا بزاوية مقطع السن، هي الزاوية التي يشكلها مقطع السن بالنسبة لمحور الترس. في التروس الحلزونية، وهي النوع الأكثر شيوعًا، يتبع مقطع السن منحنى حلزونيًا. تؤثر زاوية المقطع على نسبة التلامس، وهي متوسط عدد الأسنان المتلامسة أثناء شبكة التروستؤدي زاوية الملف الشخصي الأعلى إلى نسبة اتصال أقل، في حين تؤدي زاوية الملف الشخصي المنخفضة إلى زيادة نسبة الاتصال.
زاوية الضغط
زاوية الضغط هي معلمة أساسية في تصميم التروس تحدد الزاوية بين خط العمل (المسار الذي تنقل أسنان التروس القوة عبره) والعمودي على الخط الذي يربط بين مراكز التروس المتزاوجة. تؤثر زاوية الضغط على سمك السن وارتفاعه وحجم دائرة القاعدة. تحتوي التروس ذات زوايا الضغط الأعلى على أسنان أكثر سمكًا عند القاعدة، مما يجعلها أقوى وأكثر مقاومة لضغوط الانحناء.
زاوية الضغط العرضية
في التروس الأسطوانية، مثل التروس المحفزة والتروس الحلزونية، تكون زاوية الضغط العرضية هي زاوية الضغط المقاسة في المستوى العمودي على محور الترس. وهي الزاوية المستخدمة لحساب أبعاد الترس ومواصفات أداة القطع. تحدد زاوية الضغط العرضية شكل الأسنان في المستوى العرضي وتؤثر على قطر خطوة الترس وقطر دائرة القاعدة وسمك الأسنان.
زاوية الضغط الطبيعية
زاوية الضغط الطبيعي هي زاوية الضغط المقاسة في المستوى العمودي على سطح السن عند نقطة الميل. في التروس المحفزة، تكون زاوية الضغط الطبيعي مساوية لزاوية الضغط العرضية. ومع ذلك، في التروس الحلزونية، تكون زاوية الضغط الطبيعي أصغر من زاوية الضغط العرضية بسبب زاوية حلزون الأسنان. تُستخدم زاوية الضغط الطبيعي لحساب الميل الطبيعي وسمك السن الطبيعي والميل الأساسي الطبيعي في التروس الحلزونية.
ما هي زاوية ضغط التروس المثالية؟
زوايا الضغط الأكثر استخدامًا في التروس القياسية هي 20 درجة و25 درجة.
تُستخدم التروس بزاوية ضغط 20 درجة على نطاق واسع في العديد من الصناعات نظرًا لخصائص الأداء المتوازنة التي تتمتع بها. فهي توفر قوة أسنان جيدة، وحركة انزلاق أقل بين الأسنان المتزاوجة، ونسبة تماس معتدلة.
في السنوات الأخيرة، اكتسبت التروس ذات زاوية الضغط 25 درجة شعبية كبيرة بسبب قوة أسنانها المحسنة وقدرتها على تحمل الأحمال. تؤدي زاوية الضغط الأعلى إلى قواعد أسنان أكثر سمكًا، مما يسمح للتروس بتحمل ضغوط أعلى ونقل أحمال أكبر. كما تتميز التروس ذات زاوية الضغط 25 درجة بحركة انزلاق أقل وكفاءة محسنة مقارنة بالتروس ذات زاوية الضغط 14.5 درجة.
كيفية التحقق من زاوية التروس
من الطرق الشائعة لفحص زاوية ضغط التروس المحفزة استخدام فرجار أسنان التروس. تقيس هذه الأداة المتخصصة سمك الأسنان عند عمق معين، والذي يمكن استخدامه بعد ذلك لحساب زاوية الضغط. يتم إجراء القياس عند دائرة الملعب، حيث تتشابك أسنان التروس مع الترس المتزاوج. من خلال مقارنة القيمة المقاسة بزاوية الضغط المحددة، يمكن للمهندسين تحديد ما إذا كان الترس يلبي التفاوتات المطلوبة.
بالنسبة للتروس الحلزونية، يعد فحص زاوية الحلزون أمرًا ضروريًا. يمكن القيام بذلك باستخدام مقياس زاوية الحلزون، وهو أداة دقيقة تقيس زاوية أسنان التروس بالنسبة لمحور التروس. يتم وضع المقياس على أسنان التروس، ويتم قراءة الزاوية مباشرة من الأداة. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام آلات قياس الإحداثيات (CMMs) للحصول على قياسات أكثر دقة لكل من زاوية الحلزون وزاوية الضغط الطبيعي في التروس الحلزونية.
تطبيقات زوايا التروس
تصميم العتاد
عند تصميم التروس، يجب على المهندسين أن يأخذوا في الاعتبار زاوية الضغط، وهي الزاوية بين خط العمل (اتجاه القوة) والعمودي على الخط الذي يربط بين مراكز التروس المتزاوجة. يؤثر اختيار زاوية الضغط على سمك الأسنان ونسبة التلامس وقدرة التروس على التشابك بشكل صحيح. تؤدي زاوية الضغط الأكبر إلى زيادة سمك الأسنان عند القاعدة، مما يزيد من قوتها وقدرتها على تحمل الحمل. ومع ذلك، فإنها تقلل أيضًا من نسبة التلامس، مما قد يؤدي إلى زيادة الضوضاء والاهتزاز.
زاوية الملف الشخصي، والمعروفة أيضًا باسم زاوية ملف تعريف السن، هي عامل حاسم آخر في تصميم التروس. إنها الزاوية بين ملف تعريف السن والخط العمودي على دائرة الملعب. ملف تعريف السن الأكثر استخدامًا هو المنحنى الحلزوني، والذي يتم إنشاؤه بواسطة نقطة على خط مستقيم أثناء دورانه على طول دائرة القاعدة. يضمن الملف الحلزوني العمل السلس والمستمر بين الأسنان المتزاوجة، مما يقلل من التداخل ويحسن الكفاءة.
نقل الطاقة الكهربائية
تعتمد كفاءة نقل الطاقة في الأنظمة المسننة بشكل كبير على الاختيار الصحيح لزوايا التروس. تسمح زاوية الضغط الأعلى بنقل عزم دوران أكبر، حيث تكون الأسنان مجهزة بشكل أفضل للتعامل مع الحمل المتزايد.
بالإضافة إلى زاوية الضغط، تؤثر زاوية الحلزون في التروس الحلزونية أيضًا على نقل الطاقة. توفر التروس الحلزونية، التي تحتوي على أسنان بزاوية بالنسبة لمحور الترس، العديد من المزايا مقارنة بالتروس المحفزة. فهي توفر تشغيلًا أكثر سلاسة وهدوءًا، بالإضافة إلى زيادة قدرة تحمل الحمل بسبب الاشتباك التدريجي للأسنان. تحدد زاوية الحلزون، جنبًا إلى جنب مع زاوية الضغط العادية (زاوية الضغط المقاسة في المستوى العمودي على أسنان الترس)، كفاءة نقل الطاقة في التروس الحلزونية.
تقليل التآكل والضوضاء
إن تقليل التآكل والضوضاء في الأنظمة المسننة يشكل مصدر قلق بالغ الأهمية في العديد من التطبيقات، وخاصة في الآلات عالية السرعة أو عالية الدقة. ويمكن أن يساهم اختيار زوايا التروس المناسبة بشكل كبير في تقليل هذه المشكلات. على سبيل المثال، تؤدي زاوية الضغط الأعلى إلى نسبة اتصال أصغر، مما قد يؤدي إلى زيادة الضوضاء والاهتزاز. من ناحية أخرى، توفر زاوية الضغط المنخفضة نسبة اتصال أعلى، مما يسمح بتفاعل أكثر سلاسة بين الأسنان المتزاوجة وتقليل قوى التأثير التي تسبب الضوضاء والتآكل.
تلعب زاوية الملف أيضًا دورًا في تقليل التآكل والضوضاء. يساعد ملف الأسنان الحلزوني، وهو الملف الأكثر شيوعًا المستخدم في التروس، على تقليل الاحتكاك الانزلاقي بين الأسنان المتزاوجة. يقلل هذا من التآكل وتوليد الحرارة، مما يطيل عمر التروس ويحسن كفاءة النظام بشكل عام. بالإضافة إلى ذلك، يعزز الملف الحلزوني نسبة سرعة ثابتة بين التروس الدافعة والمتحركة، مما يساهم بشكل أكبر في التشغيل السلس والهادئ.
