تُستخدم التروس الدودية على نطاق واسع في أنظمة نقل الطاقة نظرًا لحجمها الصغير ونسب التروس العالية وقدراتها على القفل الذاتي. ومع ذلك، فإن الهندسة الفريدة والاتصال الانزلاقي بين الدودة وعجلة الدودة يؤديان إلى انخفاض الكفاءة مقارنة بأنواع التروس الأخرى.
العوامل المؤثرة على كفاءة الترس الدودي
نسبة والعتاد
(أراضي البوديساتفا) نسبة والعتاد، الذي يتم تعريفه على أنه عدد الأسنان الموجودة على عجلة الدودة مقسومًا على عدد البدايات الموجودة على الدودة، له تأثير مباشر على دودة العتاد الكفاءة. عادةً ما تؤدي نسب التروس الأعلى إلى انخفاض الكفاءة بسبب زيادة الاحتكاك الانزلاقي بين الدودة وعجلة الدودة. مع زيادة نسبة التروس، يجب أن تدور الدودة أكثر لتدوير عجلة الدودة مرة واحدة، مما يؤدي إلى فقدان أكبر للطاقة.
من ناحية أخرى، تميل نسب التروس المنخفضة إلى تحقيق كفاءة أعلى لأن مسافة الانزلاق ومساحة التلامس بين الدودة وعجلة الدودة تكونان أقل. ومع ذلك، قد لا توفر نسب التروس المنخفضة خفض السرعة المطلوب أو مضاعفة عزم الدوران المطلوب للتطبيق.
تشحيم
يشكل زيت التشحيم طبقة رقيقة بين الدودة وعجلة الدودة، مما يقلل من الاحتكاك المباشر بين المعدن والمعدن. يؤثر نوع زيت التشحيم ودرجة لزوجته وطريقة التطبيق على الكفاءة.
خصائص المواد
تؤثر المواد المستخدمة في الدودة وعجلة الدودة بشكل كبير على كفاءة ترس الدودة. وأكثر تركيبات المواد شيوعًا هي الديدان الفولاذية مع عجلات الدودة البرونزية، على الرغم من أنه يمكن استخدام مواد أخرى مثل الحديد الزهر والألمنيوم والبلاستيك اعتمادًا على متطلبات التطبيق.
تؤثر خصائص المواد مثل المرونة والتوصيل الحراري واللمسة النهائية للسطح أيضًا على الكفاءة. يمكن أن يؤدي التشوه المرن لأسنان التروس تحت الحمل إلى زيادة مساحة التلامس والاحتكاك، في حين قد تؤدي الموصلية الحرارية الضعيفة إلى ارتفاع درجات حرارة التشغيل وانخفاض فعالية مواد التشحيم. يمكن أن تساعد اللمسات النهائية الناعمة للسطح على الدودة وعجلة الدودة في تقليل الاحتكاك وتحسين الكفاءة.
دقة التصنيع
تؤثر دقة عملية تصنيع الدودة والعجلات الدودية بشكل مباشر على كفاءة تروس الدودة. يجب التحكم بعناية في عوامل مثل شكل الأسنان، وزاوية الترس، وتشطيب السطح لضمان تداخل جيد وتقليل خسائر الطاقة.
كما أن المحاذاة الصحيحة وضبط الدودة وعجلة الدودة أثناء التجميع أمر بالغ الأهمية لتحسين الكفاءة. يمكن أن يؤدي عدم المحاذاة إلى توزيع غير متساوٍ للحمل وزيادة إجهاد التلامس وزيادة خسائر الاحتكاك. يمكن أن يساعد استخدام المحامل الدقيقة والأعمدة والأغطية في الحفاظ على المحاذاة الصحيحة وتقليل خسائر الكفاءة.
حساب كفاءة الترس الدودي
العلاقة بين عزم الدوران والسرعة
يتم تعريف كفاءة مجموعة تروس دودية على أنها نسبة الطاقة الصادرة إلى الطاقة الواردة، معبرًا عنها كنسبة مئوية. يمكن تحديد هذه العلاقة من خلال النظر في عزم الدوران والسرعة عند كل من عمود الإدخال (الدودة) وعمود الإخراج (عجلة الدودة).
يرتبط عزم الدوران الداخل (T_in) والسرعة (ω_in) بعزم الدوران الخارج (T_out) والسرعة (ω_out) بنسبة التروس (i) والكفاءة الكلية (η):
T_out = T_in × i × η
ω_out = ω_in ÷ i
مصادر فقدان الطاقة
تُسهم مصادر عديدة لفقدان الطاقة في انخفاض كفاءة التروس الدودية بشكل عام. ويمكن تصنيف هذه الخسائر إلى ثلاثة أنواع رئيسية: الاحتكاك الانزلاقي، والاحتكاك المتدحرج، وخسائر الخفق.
انزلاق الاحتكاك
يعد الاحتكاك الانزلاقي المصدر الأساسي لفقدان الطاقة في التروس الدودية، وهو المسؤول عن أغلب حالات عدم الكفاءة. ويحدث هذا الاحتكاك بسبب الحركة الانزلاقية النسبية بين أسنان الدودة وعجلة الدودة، والتي تكون على اتصال دائم أثناء التشغيل.
الاحتكاك المتداول
على الرغم من أن الاحتكاك المتدحرج أقل أهمية من الاحتكاك الانزلاقي، إلا أنه يساهم أيضًا في فقدان الطاقة في التروس الدودية. ينشأ هذا الاحتكاك من التلامس المتدحرج بين أسنان الدودة وعجلة الدودة، وخاصة بالقرب من نقطة الانحدار حيث تكون سرعة الانزلاق النسبية ضئيلة.
خسائر متراكمة
تحدث خسائر الخفق عندما تهتز التروس وتقص مادة التشحيم، مما يؤدي إلى سحب السوائل وتوليد الحرارة. تكون هذه الخسائر أكثر وضوحًا في التطبيقات عالية السرعة أو عندما يكون هناك كمية زائدة من مادة التشحيم في غلاف التروس.
نطاقات الكفاءة النموذجية للتروس الدودية
تتراوح كفاءة التروس الدودية عادةً من 50% إلى 90%، وذلك حسب نسبة التروس وظروف التشغيل وتحسينات التصميم. تتمتع نسب التروس المنخفضة (على سبيل المثال، من 5:1 إلى 20:1) عمومًا بكفاءة أعلى، غالبًا في نطاق من 70% إلى 90%. تميل نسب التروس الأعلى (على سبيل المثال، من 20:1 إلى 100:1) إلى أن تكون كفاءتها أقل، عادةً ما بين 50% إلى 70%.
