علبة التروس الإعصارية

باختصار، علبة التروس الحلقية هي علبة تروس تستخدم الحركة الحلقية لتنفيذ حركتها الدورانية. يتميز تصميمها بالبساطة والكفاءة العالية، ويمكن استخدامها في تطبيقات متنوعة. تُستخدم علبة التروس الحلقية غالبًا في التطبيقات التي تتطلب نقل أحمال ثقيلة. ولها مزايا عديدة مقارنةً بعلبة التروس الكوكبية، بما في ذلك قدرتها على التعامل مع أحمال وسرعات أعلى.

التأثيرات الديناميكية والقصورية لعلبة تروس حلقية

أُجريت العديد من الدراسات حول التأثيرات الديناميكية والقصورية لعلبة تروس حلقية. ركز بعضها على مبادئ التشغيل، بينما ركز البعض الآخر على النموذج الرياضي لعلبة التروس. تتناول هذه الورقة البحثية النموذج الرياضي لعلبة تروس حلقية، وتقارن أداءها بالقياسات العملية. من المهم وجود نموذج رياضي مناسب لتصميم علبة التروس الحلقية والتحكم بها. علبة التروس الحلقية هي علبة تروس ثنائية المراحل، تتكون من قرص حلقي وترس حلقي يدور حول محوره.
يتكون النموذج الرياضي من أكثر من 1.6 مليون عنصر. يُمثَّل كل زوج من التروس بنموذج مُختزل يحتوي على 500 نمط اهتزازي ذاتي. يبلغ التردد الذاتي للترس المستقيم 70 كيلوهرتز. يُعدّ النموذج المُختزل نمطيًا مناسبًا لعلبة التروس الحلقية.
تم التحقق من صحة النموذج الرياضي باستخدام برنامج ABAQUS. تم تقسيم قرص حلقي إلى عناصر منفصلة لإنتاج نموذج دقيق للغاية، يتطلب 400 نقطة عنصر لكل سن. كما تم التحقق منه باستخدام تحليل العناصر المحدودة الساكن. استُخدم هذا النموذج لنمذجة الاحتكاك الساكن للتروس في جميع الأرباع. يُعد هذا نهجًا جديدًا لنمذجة الاحتكاك الساكن في علبة تروس حلقية، وقد أظهر نتائج مماثلة لتلك التي حققها نموذج EMBS. كما تطابقت النتائج مع نموذج المحاكاة المرنة متعددة الأجسام. يُعد هذا النموذج مناسبًا لقوى التلامس وقيمة قرص التروس الحلقي. وُجد أيضًا أن دقة النقل بين قرص التروس الحلقي والترس الحلقي تبلغ حوالي 98.5%، إلا أن هذه القيمة أقل من دقة نقل زوج التروس الحلقي. يبلغ خطأ النقل في النموذج المصحح حوالي 0.3%. يعود انخفاض دقة النقل إلى انخفاض مقدار التشوه المرن على جوانب الأسنان.
من المهم ملاحظة أن قوى التلامس الأكثر دقة لكل سن من أسنان علبة التروس الحلقية ليست سلسة. تبدأ قوة التلامس على سن واحد بارتفاع خطي ثم تنتهي بانخفاض حاد. وهي ليست سلسة كقوة التلامس عند نقطة تلامس، ولهذا تمت مقارنتها بقوة التلامس عند سطح بيضاوي. مع ذلك، يظل التلامس عند السطح البيضاوي صغيرًا نسبيًا، ولا يستطيع نموذج EMBS محاكاته.
يبلغ عدد عناصر نموذج العناصر المحدودة للقرص الحلقي حوالي 1.6 مليون عنصر. ويُعدّ تقسيم القرص الحلقي إلى عناصر منفصلة أهم جزء في هذا النموذج. من الضروري جدًا إجراء هذا التقسيم بدقة متناهية نظرًا لارتفاع مستوى الاهتزاز الذي يتعرض له القرص الحلقي. يجب تقسيم القرص الحلقي بدقة عالية جدًا لضمان قابلية مقارنة النتائج بنتائج تحليل العناصر المحدودة الساكن. يجب أن يكون النموذج بأعلى دقة ممكنة لمحاكاة قوى التلامس بين القرص الحلقي والترس الحلقي بدقة.

حركية محرك حلزوني

باستخدام نظام إحداثيات عشوائي، يمكننا رصد حركة مكونات علبة تروس حلقية. نلاحظ أن القرص الحلقي يدور حول دبابيس ثابتة في مسار دائري، بينما يدور عمود التابع حول الكامة اللامركزية. بالإضافة إلى ذلك، نرى أن عمود الإدخال مثبت بشكل لامركزي على محمل العناصر الدوارة.
نلاحظ أيضاً أن القرص الحلقي يدور بشكل مستقل حول المحمل اللامركزي، بينما يدور عمود التابع حول محور تناظر. نستنتج من ذلك أن القرص الحلقي يلعب دوراً محورياً في حركية علبة التروس الحلقية.
لحساب كفاءة المخفض الحلقي، نستخدم نموذجًا يعتمد على الصلابة غير الخطية للتلامس. في هذا النموذج، تخضع اللاخطية في التلامس للاخطية في القوة والتشوه في منطقة التلامس. وقد بيّنا أن كفاءة المخفض الحلقي تزداد مع ازدياد الحمل. إضافةً إلى ذلك، تعتمد الكفاءة على سرعة الانزلاق وتشوهات الحمل العمودي. تُعتبر هذه العوامل متغيرات أساسية لتحديد كفاءة المحرك الحلقي.
نأخذ في الاعتبار أيضًا كفاءة المخفض الحلقي مع عزم الدوران وسرعة الدوران الداخلين. ويمكن حساب الكفاءة بقسمة عزم الدوران الكلي في الترس الحلقي على عزم الدوران الخارج. ويمكن تعديل الكفاءة لتناسب ظروف التشغيل المختلفة. وتزداد كفاءة المحرك الحلقي مع زيادة الحمل.
علبة التروس الحلقية هي علبة تروس متعددة المراحل ذات عمودين، أحدهما صغير والآخر كبير. تحتوي على 19 سنًا وحلقات نحاسية. تتحرك الأقراص الخارجية في اتجاه معاكس للقرص الأوسط، وبزاوية إزاحة 180 درجة. كتلة القرص الأوسط ضعف كتلة القرص الخارجي. يحتوي القرص الحلقي على تسعة فصوص، يتحرك كل فص بمقدار فص واحد لكل دورة لعمود الإدارة. يجب أن يكون عدد المسامير في القرص أقل من عدد المسامير في الأجزاء المحيطة به.
يدير عمود الإدخال محملًا لا مركزيًا ينقل الطاقة إلى عمود الإخراج. كما يطبق عمود الإدخال قوى على القرص الحلقي عبر المحمل الوسيط، الذي يتقدم بدوره بزاوية 360 درجة لكل دورة. تتحرك دبابيس عمود الإخراج داخل الثقوب لضمان دوران عمود الإخراج باستمرار. يطبق عمود الإدخال حركة جيبية للحفاظ على سرعة ثابتة لعمود القاعدة، مما يُحدث تعديلات طفيفة على عمود التابع. تُعد القوى المطبقة على الأكمام الداخلية جزءًا من آلية التوازن.
بالإضافة إلى ذلك، نلاحظ أن نظام التروس الحلقية قادر على نقل عزم دوران أكبر من نظام التروس الكوكبية. ويعود ذلك إلى طول المحور الأكبر للترس الحلقي وقطر ثقب الترس الحلقي الأصغر. كما يُمكن تحقيق تلامس محكم بين الحلقة الثابتة والقرص، وذلك بفضل التسنن بينهما. وعادةً ما يُصمم القرص الحلقي بحلقة قصيرة لتقليل قوى عدم التوازن عند السرعات العالية.

مقارنة مع علب التروس الكوكبية

بالمقارنة مع علب التروس الكوكبية، تتمتع علبة التروس الحلقية ببعض المزايا، منها: انخفاض الخلوص، وقدرة تحمل أعلى للأحمال الزائدة، وتصميم صغير الحجم، وإمكانية استخدامها في نطاق واسع من التطبيقات. وقد اكتسبت علبة التروس الحلقية شعبية في سوق الروبوتات متعددة المحاور، كما يتزايد استخدامها في المفاصل الأولية وأجهزة تحديد المواقع.
علبة التروس الحلقية هي علبة تروس تتكون من أربعة مكونات أساسية: قرص حلقي، شفة إخراج، ترس حلقي، وحلقة ثابتة. يُدار القرص الحلقي بواسطة عمود لا مركزي، يتقدم بزاوية 360 درجة. شفة الإخراج عبارة عن قرص ذي دبوس ثابت ينقل الطاقة إلى عمود الإخراج. الترس الحلقي عبارة عن حلقة ثابتة، وعمود الإدخال متصل بمحرك مؤازر.
صُممت علبة التروس الحلقية للتحكم في القصور الذاتي في الظروف الديناميكية العالية. تُستخدم هذه العلب عادةً في الروبوتات وأجهزة تحديد المواقع، حيث تُستخدم لتحديد مواقع الأحمال الثقيلة. كما أنها شائعة الاستخدام في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية. تتميز بكثافة عزم دوران عالية وخلوص منخفض، مما يجعلها مثالية للأحمال الثقيلة.
صُممت شفة الإخراج لتحمل عزم دوران يصل إلى 500 نيوتن متر. سرعة دورانها أقل من علبة التروس الكوكبية، لكن عزم دورانها الناتج أعلى بكثير. صُممت لتكون علبة تروس عالية الأداء، ويمكن استخدامها في التطبيقات التي تتطلب نسب تروس عالية وكثافة عزم دوران عالية. كما أن علبة التروس الحلقية أقل تكلفة وأقل ارتدادًا. مع ذلك، فإن لها عيوبًا يجب مراعاتها عند تصميم علبة التروس، وأهمها الاهتزازات.
بالمقارنة مع علب التروس الكوكبية، تتميز علب التروس الحلقية بصغر حجمها وانخفاض تكلفتها. إضافةً إلى ذلك، تتمتع علبة التروس الحلقية بنسبة تخفيض عالية في المرحلة الواحدة. عمومًا، تتكون علب التروس الحلقية من مرحلة واحدة أو مرحلتين، بينما تُعد المرحلة الثالثة أقل شيوعًا. مع ذلك، لا تُعد علبة التروس الحلقية النوع الوحيد من علب التروس الذي يتميز بهذا التكوين، إذ من الشائع أيضًا وجود علب تروس كوكبية أحادية المرحلة.
توجد أنواع عديدة من علب التروس الحلقية، ويُشار إليها غالبًا باسم مخفضات السرعة الحلقية. صُممت هذه العلب لتناسب جميع الصناعات التي تستخدم المحركات المؤازرة. وهي أقصر من علب التروس الكوكبية، وأكبر قطرًا لنفس عزم الدوران. كما يتوفر بعضها بنسبة تروس أقل من 30:1.
يُعدّ صندوق التروس الحلقي خيارًا مثاليًا للتطبيقات التي تتطلب سرعات دوران عالية وعزم دوران كبير. كما يتميز هذا النوع من صناديق التروس بصغر حجمه مقارنةً بصناديق التروس الكوكبية، مما يجعله مناسبًا لتطبيقات عزم الدوران العالي. إضافةً إلى ذلك، يتميز بمتانته وقدرته على تحمل الصدمات. كما يتميز بانخفاض الخلوص، ودقة عالية في الحركة وتحديد المواقع. ويُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات متنوعة، بما في ذلك الروبوتات الصناعية.

editor by CX 2023-05-24