مزايا استخدام علبة تروس إعصارية

يُعد استخدام علبة تروس حلقية لتشغيل عمود الإدخال طريقة فعّالة للغاية لتقليل سرعة الآلة. ويتم ذلك عن طريق خفض سرعة عمود الإدخال بنسبة محددة مسبقًا. وتتميز هذه العلبة بقدرتها على تحقيق نسب عالية جدًا في أحجام صغيرة نسبيًا.

نسبة النقل

سواء كنتَ تُصمّم نظام دفع بحري أو مضخة لصناعة النفط والغاز، فإنّ استخدام علب التروس الحلقية له مزايا عديدة. فمقارنةً بأنواع علب التروس الأخرى، تتميّز هذه العلب بقصرها وكثافة عزم دورانها العالية، فضلاً عن خفّتها ودقّة تحديد المواقع.
التصميم الأساسي لعلبة التروس الحلقية مشابه لتصميم علبة التروس الكوكبية. ويكمن الاختلاف الرئيسي في شكل أسنان التروس.
تتميز التروس الحلقية بانخفاض تآكل جوانب الأسنان وانخفاض إجهاد التلامس الهيرتزي. كما أنها تتميز بانخفاض الاحتكاك وصلابة الالتواء. هذه المزايا تجعلها مثالية للتطبيقات التي تتضمن أحمالًا ثقيلة أو محركات عالية السرعة. وهي مناسبة أيضًا لنسب التروس العالية.
في علبة التروس الحلقية، يدير عمود الإدخال محملًا لا مركزيًا، بينما يدير عمود الإخراج القرص الحلقي. يدور القرص الحلقي حول حلقة ثابتة، وتتعشق دبابيس الترس الحلقي مع الثقوب الموجودة في القرص. ثم تدير هذه الدبابيس عمود الإخراج مع دوران القرص.
تُعدّ التروس الحلقية مثالية للتطبيقات التي تتطلب نسب تروس عالية واحتكاكًا منخفضًا. كما أنها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب صلابة التوائية عالية ومقاومة عالية لأحمال الصدمات. وهي أيضًا ملائمة للتطبيقات التي تتطلب تصميمًا صغيرًا وخلوصًا منخفضًا.
تُحدد نسبة نقل الحركة في علبة التروس الحلقية بعدد الفصوص الموجودة على القرص الحلقي. في تصميم n=n، يتحرك فص واحد لكل دورة لعمود الإدخال.
يمكن تصنيع التروس الحلقية لتقليل نسبة التروس من 30:1 إلى 300:1. تُناسب هذه التروس التطبيقات المتطورة، لا سيما في صناعة الأتمتة. كما أنها توفر أفضل دقة في تحديد المواقع وأقل قدر من الخلوص. مع ذلك، فهي تتطلب عمليات تصنيع خاصة وخصائص غير قياسية.

قوة الضغط

بالمقارنة مع علب التروس التقليدية، تتميز علبة التروس الحلقية بنظام حركي فريد. فهي تحتوي على محمل لا مركزي في إطار دوار، يقوم بتحريك القرص الحلقي. وتتميز بانخفاض الخلوص وصلابة الالتواء، مما يُمكّن الحركة المُسننة.
في هذه الدراسة، تمّ بحث تأثيرات معايير التصميم لتطوير التصميم الأمثل لمخفض سرعة حلقي. دُرست ثلاث نقاط دوران رئيسية: القرص الحلقي، والحلقة الخارجية، وعمود الإدخال. استُخدمت هذه النقاط لتحليل القوى الديناميكية المرتبطة بالحركة، والتي يمكن استخدامها لحساب الإجهادات والانفعالات. حُسب تردد تعشيق التروس باستخدام صيغة تتضمن معامل تصحيح للإطار الدوار للحلقة الخارجية.
أُجريت دراسة تحليلية ثلاثية الأبعاد باستخدام طريقة العناصر المحدودة (FEA) لتقييم القرص الحلقي. وتمّ التحقق من تأثير حجم الثقوب على الإجهادات المُستحثة في القرص. كما تناولت الدراسة تموج عزم الدوران في محرك حلقي.
استكشف مؤلفو هذه الدراسة أيضًا توزيع الخلوص في آلية الإخراج، مع مراعاة انحرافات التشغيل وبنية وهندسة آلية الإخراج. كما تناولت الدراسة الكفاءة النسبية لمخفض السرعة الحلقي، استنادًا إلى مخفض سرعة حلقي أحادي القرص بفارق سن واحد.
تمكن مؤلفو هذه الدراسة من استنتاج إجهاد التلامس للقرص الحلقي، والذي يُحسب باستخدام صلابة التلامس المعتمدة على المادة. ويمكن استخدام ذلك لتحديد إجهادات التلامس بدقة في علبة تروس حلقية.
من المهم معرفة النسب اللازمة لحساب معدل التحمل. ويمكن حساب ذلك باستخدام الصيغة f = k (S x R) حيث S هو حجم العنصر، وR هي الكتلة، وk هي صلابة التلامس، وf هو متجه القوة.

اتجاه الدوران

بخلاف علبة التروس الحلقية التقليدية ذات محور الدوران الواحد، تتميز علبة التروس الحلقية بثلاثة محاور دوران متوازية تقع في مستوى واحد. تتمتع علبة التروس الحلقية بصلابة التوائية ممتازة وقدرة عالية على تحمل الصدمات. كما أنها تضمن سرعة زاوية ثابتة، وتُستخدم في تطبيقات علب التروس عالية السرعة.
تتكون علبة التروس الحلقية من عمود إدخال، وعنصر قيادة، وقرص حلقي. يدور القرص في اتجاه واحد، بينما يدور عمود الإدخال في الاتجاه المعاكس. يُركّب عمود الإدخال بشكل لا مركزي على عنصر القيادة. يتعشّق القرص الحلقي مع غلاف الترس الحلقي، وتنتقل الحركة الدورانية للقرص الحلقي إلى عمود الإخراج.
لحساب اتجاه دوران علبة تروس حلقية، يجب أن يكون للحلقة اتجاه زاوي صحيح، وأن يكون محورها المركزي محاذيًا لمركز فتحة الإخراج. يجب أن يساوي أقصر طول للحلقة نصف قطر دائرة المحور، بينما يجب أن يساوي أكبر نصف قطر لها القطر الخارجي للمحمل.
لن توفر التروس أحادية المرحلة مساحة كافية للعمل، لذا ستحتاج إلى تروس متعددة المراحل لزيادة المساحة إلى أقصى حد. وهذا هو السبب أيضًا في أن التروس الحلقية تُصمم عادةً بحلقة حلقية قصيرة.
لحساب الشكل الأمثل لأسنان التروس الحلقية، طُوِّرت طريقة جديدة. تعتمد هذه الطريقة على نموذج رياضي يستخدم اتجاه دوران الترس الحلقي وبعض المعايير الهندسية الأخرى. وباستخدام دالة متعددة الأجزاء مرتبطة بتوزيع زاوية الضغط، يُحدَّد الشكل الأمثل للترس الحلقي، ثم يُطبَّق على الشكل النظري. تتميز هذه الطريقة الجديدة بمرونة أكبر بكثير من الطريقة التقليدية، وقدرتها على التكيف مع تغيرات شكل الترس الحلقي.

تصميم

تم تطوير العديد من تصاميم علب التروس الحلقية. تتميز هذه العلب بنسبة تخفيض عالية في مرحلة واحدة، وتُستخدم بشكل أساسي في الآلات الثقيلة. توفر هذه العلب صلابة التوائية جيدة وقدرة عالية على تحمل الصدمات. مع ذلك، تُعاني هذه العلب من اهتزازات عند سرعات دوران عالية. وقد أُجريت العديد من الدراسات لإيجاد حل لهذه المشكلة.
يتم تصميم علبة التروس الحلقية بحساب نسبة التخفيض للآلية. تُحسب هذه النسبة من خلال مقدار سرعة الإدخال، ثم تُضرب هذه النسبة بنسبة التخفيض لملف تعريف الترس.
يُعدّ توزيع الحمل على طول عرض الترس العاملَ الأهم في تصميم علبة التروس الحلقية. وباستخدام هذا المعيار التصميمي، يُمكن تقليل سعة الاهتزاز، مما يضمن عمل علبة التروس بكفاءة. ولتحقيق ظروف تزاوج مثالية، يجب تحديد المقطع الحلقي على محيط القرص الحلقي بدقة.
يُعدّ التسنن ذو القوس الدائري أحد أكثر أشكال التروس الحلقية شيوعاً. وهو النوع الأكثر استخداماً من التسنن في الوقت الحاضر.
يُعدّ الترس الهيبوسيكلويد شكلاً آخر من أشكال التروس. ويتطلب هذا الشكل أن يكون قطر دائرة الدوران مساوياً لنصف قطر دائرة القاعدة. وهناك حالة خاصة أخرى هي شكل السن المدبب، والذي يُطلق عليه أيضاً اسم تروس الساعة.
لكي يعمل هذا التصميم الترسّي، يجب أن تبقى نقطة التلامس الأولية ثابتة على حافة القرص الدوار. سيؤدي ذلك إلى توليد منحنى ناقص الدوران. ويتم رسم المنحنى انطلاقاً من هذه النقطة الأولية.
لتحليل شكل هذا الترس، استخدم الباحثون تحليل العناصر المحدودة ثلاثي الأبعاد. واستعانوا بالنموذج الرياضي لتصنيع التروس الذي تضمن معايير الحركة، وحسابات عزم الدوران الناتج، وخطوات التشغيل. وقد أدى التصميم الناتج إلى التخلص من الخلوص.

تحديد المقاسات والاختيار

قد يكون اختيار علبة التروس مهمة معقدة، إذ يتطلب الأمر مراعاة العديد من العوامل. عليك تحديد نوع التطبيق، والسرعة المطلوبة، والحمل، ونسبة التروس. من خلال الحصول على هذه المعلومات، يمكنك إيجاد الحل الأمثل لك.
أول ما عليك فعله هو تحديد المقاس المناسب. تتوفر العديد من برامج تحديد المقاسات لمساعدتك في اختيار علبة التروس الأنسب لتطبيقك. يمكنك البدء برسم ترس حلقي لتسهيل عملية تصنيع القطعة.
أثناء تحديد المقاسات، من المهم مراعاة الظروف البيئية. إذ يمكن أن تؤدي أحمال الصدمات والظروف البيئية ودرجات الحرارة المحيطة إلى زيادة تآكل أسنان التروس. كما أن لدرجة الحرارة تأثيراً كبيراً على لزوجة مواد التشحيم ومواد منع التسرب.
يجب عليك أيضًا مراعاة سرعة الإدخال والإخراج، لأن سرعة الإدخال ستؤثر على حسابات نسبة التروس في علبة التروس. فإذا تجاوزت سرعة الإدخال المسموح بها، فقد تتلف موانع التسرب وتتسبب في تآكل مبكر لمحامل العمود.
من الجوانب المهمة الأخرى في تحديد حجم علبة التروس عامل الخدمة. يحدد هذا العامل مقدار عزم الدوران الذي يمكن لعلبة التروس تحمله. قد يكون عامل الخدمة منخفضًا جدًا، يصل إلى 1.4، وهو كافٍ لمعظم التطبيقات الصناعية. مع ذلك، تتطلب أحمال الصدمات العالية وأحمال الارتطام عوامل خدمة أعلى. قد يؤدي إغفال هذه العوامل إلى كسر الأعمدة وتلف المحامل.
يُعدّ تصميم المخرج مهمًا أيضًا. عليك تحديد ما إذا كنت ترغب في تجويف مجوّف بدون مفتاح أو بمفتاح، بالإضافة إلى ما إذا كنت بحاجة إلى شفة إخراج. في حال اختيارك تجويفًا مجوّفًا بدون مفتاح، ستحتاج إلى اختيار مادة مانعة للتسرب تتحمل درجات الحرارة العالية.

تم التحرير بواسطة CX بتاريخ 2023-06-07