שדרוג והנעת גלגלי שיניים: ליב ההפצה המדויקת

1. למה גלגילים זקוקים לשינוי?

• שגיאות ייצור והתקנה : סטיות בממדים בעיבוד גלגלי שיניים או אי-התאמה בהרכבה גורמים לאין אחידות בעדשת השיניים
• Деפורמציה אלסטית : תחת עומס, גלגלי שיניים וצירים נסובבים או מתפתלים, מה שגורם להסטת מגע
• השפעה דינמית : במהלך הכניסה והיציאה מעדשת השיניים, שינוי פתאומי במיקום המגע יוצר מכה, אשר פוגעת בפילמי השמן ואף גורמת לחיכוך על פני השטח של השיניים בטמפרטורות גבוהות

2. סוגי שינוי גלגל שיניים

פרטים מרכזיים של שינויים נפוצים

• שינוע עקומה של השן : מתמקד בכיוון רוחב השן. גלגל שיניים מעוטף (שנמצאת בצורת tamborin) הוא הנפוץ ביותר - הוא יוצר צורת "tamborin" קלה על פני השן כדי לאפשר פער בעקומה של вал תחת עומס, ומבטיח מגע אחיד. הנוסחה הנפוצה לכמות העיטוף היא: \(C_β = 0.5 × 10^{-3}b + 0.02m_n\) (כאשר b = רוחב השן במ"מ; \(m_n\) =מודול נורמלי במ"מ).
• עיצוב פרופיל השן : משכלל את כיוון גובה השן. הוא כולל שינוי ארוך (מהתחלה/סיום ההנעה ועד המעבר לשן כפולה) ושינוי קצר (חצי מאורך השינוי הארוך). גלגלי שיניים ממתכת משתמשים בדרך כלל בשינוי קצר לייעילות טובה יותר, בעוד גלגלי שיניים פלסטיים נוטים להשתמש בשינוי ארוך.
• עיצוב מורכב : משלב שינוי של עקבות השן וקוויה. למקרים מורכבים כמו תיבת הילוכים לכוח סע풍, השיטה הזו מאזנת את התפלגות העומס, הפחתת המ удар והיציבות הדינמית, ומביאה לתוצאות טובות יותר מהשנוי הבודד.

3. עקרונות עיצוב לעיצוב יעיל

1. עקרון פיצוי עומס : סכום המודיפיקציה ≈ עיוות אלסטי + שגיאת ייצור, מבטיח התאמה מושלמת של פני השן בפועל.
2. עקרון חלקות דינמית : שגיאת העברת שיא-לשיא ≤ 1μמ/דרגה, ממזערת עירור וibrציה.
3. עקרון איזון המגע : שטח מגע של פטמה ≥ 60%, מונעת ריכוז מתח.

4. ניתוח מגע שינן: הערכת אפקטים של מודיפיקציה

תאוריות ושיטות מרכזיות

• תורת הארצ'ס למגע : מחשב את חצי הרוחב של המגע וההתפלגות של המאמצים בין פני השן, ומכין את הקרקע לניתוח המאמצים.
• שיטות ניתוח נומריות :
  • שיטה אנליטית: מהירה אך מקורבת, מתאימה להערכה ראשונית.
  • שיטת האלמנטים הסופיים: דיוק גבוה, אידיאלית לניתוח מאמצים מפורט.
  • שיטת האלמנטים הגבוליים: יעילה לחישוב מאמצי מגע.
  • דינמיקת גוף מרובה: מעריכה את הביצועים הדינמיים של המערכת בתנאי פעולה.

מצייני הערכה מרכזיים

• מאמץ מגע מירבי (σHmax) : קשור ישירות לחיי העייפות של פני השן.
• מקדם צורת אזור המגע (λ) : יחס האורך-רוחב של שטח המגע, המבטא את אחידות העומס
• שגיאת תמסורת (TE) : המרחק הנוסף הנדרש לאינטראקציה עקב עיוות/שגיאות, מקור עיקרי לרטט

5. האפקטים המעשיים של שדרוג: מקרי דוגמה

• תיבת הילוכים לאנרגיה סולארית (רוחב שן 200 מ"מ) : עם עלייה בכמות העקמומיות (0→30 מ"מ), לחץ המגע המקסימלי ירד מ-1250MPa ל-980MPa, ותאוצת הרטט ירדה מ-15.2m/s² ל-9.5m/s²
• תיבת הילוכים לרכב (מודול 3.5) : שדרוג של קו פרופיל פרבולי הפחית את האפקט ב-35% והרעש ב-3.2dB; שדרוג עקומה מסדר גבוה השיג הפחתה של 52% באפקט
• גלגלי שיניים לחלל : שיטת עיבוד קומפוזיטי הפחיתה את אי-אחידות המתח במגע מ-58% ל-22%, שגיאת העברת השיא-לשיא ירדה מ-2.4 מיקרון ל-1.1 מיקרון, והאנרגיה התורדת ב-2000 סל"ד הפחיתה ב-68%.

6. יישום הנדסי ואישור

• שיטת הדפס סטטי : שימוש בצבע עופרת אדומה (בעובי 10-20 מיקרון) תחת טורק nominal של 30% כדי לצפות על שטחי מגע.
• מערכות בדיקה דינמיות : חיישני תזוזה אופטיים (עם רזולוציה של 0.1 מיקרון) ומדחמי מים אינפרא-אדומים במהירים (דגימה של 1 קילוהרץ) מפקחים על שילוב בזמן אמת.

• מנשאי רדוקציה לרכב חשמלי : שינוי פרופיל אסימטרי (+5 מיקרון בצד העומס) ופינות שיניים משופות בזווית 30°×0.2 מ"מ הפחיתו רעש ב-7.5 דציבל (A) ושיפרו את היעילות ב-0.8%.
• מגברי הילוכים ימיים : גידור רחב (40 מיקרו מטר) ותיקון זווית השינית המ compensating (β'=β+0.03°) שיפרו את אחידות מתח המגע ל-<15% וארכו את משך החיים ב-2.3 פעמים.

סיכום

• כמות גידור אופטימלית היא בדרך כלל 1.2-1.5 פעמים עיוות אלסטי.
• עיצוב משולב עדיף על עיצוב בודד ב-30-50%.
• העיצוב חייב להיות מבוסס על ספקטרום העומס בפועל ומאושר על ידי מבחני מגע.