تفتيش التروس ومراقبة الجودة: طرق اختبار NVH للتروس

في مجالات النقل بالسكك الحديدية الحديثة والطيران والمعدات الميكانيكية عالية الجودة، لا تتطلب نقل الحركة بالتروس الكفاءة والموثوقية فحسب، بل تتطلب أيضًا أداءً ممتازًا من حيث NVH (الضوضاء والاهتزاز والخشونة). مستوى الأداء في NVH يؤثر بشكل مباشر على تجربة المستخدم وفترة الخدمة، كما أنه يترك تأثيرًا عميقًا على تكاليف صيانة المعدات وسمعة العلامة التجارية. سيقدم هذا المقال شرحًا منهجيًا لطرق الاختبار والعوامل المؤثرة واستراتيجيات التحسين الخاصة بـ NVH للتروس.

1. أهمية NVH في علبة التروس

أثناء نقل الحركة عبر التروس، يمكن أن تتحول أي أخطاء هندسية صغيرة أو انحرافات في التجميع أو عيوب في المواد إلى مصادر للاهتزاز والضجيج أثناء عملية التشابك. بالنسبة لعلب تروس القطارات، يؤدي الضجيج العالي ليس فقط إلى التأثير على راحة الركاب، بل يزيد أيضًا من الضرر التعبوي للمكونات مثل المحامل والتروس، مما يقلل من عمر الماكينة بالكامل. دون تغيير المواد أو تصميم نقل الحركة، يمكننا تحقيق فوائد مزدوجة تتمثل في تقليل الضجيج وزيادة العمر الافتراضي من خلال إجراء اختبارات NVH وتحسينها بطريقة علمية.

يتم نقل الاهتزاز والضجيج الناتجين داخل علبة التروس إلى أجزاء أخرى من المركبة من خلال استجابة الغلاف. إن مصدر الاهتزاز يعود بشكل رئيسي إلى الخطأ في النقل، بينما تتضمن مسارات انتقاله كلاً من الترس-العمود-المحمل-الغلاف، والترس-الهواء-الغلاف.

2. المصادر الرئيسية لضجيج التروس

أخطاء في شكل السن وخط التواء الحلزون: يؤدي التشابك غير المنتظم الناتج عن هذه الأخطاء إلى تأثيرات أثناء التشابك، مما يسبب زيادة في قمم الضجيج.

خشونة سطح الترس الزائدة: تؤثر بشكل مباشر على حالة الاتصال بين الأسنان وتولد ضجيجًا ذا تردد عالٍ.

اللانمركزية والاهتزاز الشعاعي أثناء التجميع: هذه العوامل تسبب توزيعًا غير متساوٍ للقوة على نقاط التشابك، مما يؤدي إلى إنتاج ضجيج دوري.

تراكب التردد الرنيني: عندما يكون تردد تشابك الترس قريبًا من التردد الرنيني للصندوق أو العمود أو البنية الخارجية، يزداد الضجيج بشكل ملحوظ.

3. طرق اختبار الضجيج في التروس

3.1 القياس الصوتي

استخدام ميكروفونات الحقل الحر لقياس مستوى ضغط الصوت (ديسيبل) للعلبة التروس أثناء التشغيل.

يمكن لتحليل شدة الصوت تحديد مصادر الضجيج الرئيسية.

يجب إجراء الاختبارات في غرفة لا صدى فيها (أنيوكوستيك) أو بيئة شبه لا صدى لتجنب التداخل الناتج عن الضجيج البيئي.

على سبيل المثال، في اختبار الصوت لعربات الترام، تُستخدم صفائف الميكروفون للكشف عن مصادر الضجيج في مكونات مثل هيكل العربة وبنية العجلات والمحور. وتتضمن المناطق الصوتية العلبة الترسية وغطاء العجلات وغيرها.

3.2 تحليل الاهتزاز

استخدم مقاييس التسارع الثلاثية المحاور لتسجيل إشارات الاهتزاز في اتجاهات مختلفة للصندوق التروس.

من خلال تحليل FFT (التحويلة السريعة فورييه)، قم بتحويل إشارات الاهتزاز إلى صور ترددية (Spectrograms) لتحديد وجود مكونات تردد غير طبيعية.

يمكن دمج ذلك مع تحليل الترتيب (Order Analysis) لتمييز تردد جmeshing التروس عن اهتزازات المكونات الميكانيكية الأخرى.

يمكن أن يعرض الطيف الترددي السعة المقابلة لترددات مختلفة، مثل 1x Gear، 1x Pinion، 1xGMF (تردد جmeshing التروس)، 2xGMF، 3xGMF، إلخ. بالنسبة للتروس المستقيمة، يكون الاهتزاز الشعاعي أكثر وضوحًا، بينما بالنسبة للتروس الحلزونية، يكون الاهتزاز المحوري أكثر وضوحًا.

3.3 اختبار خشونة السطح

استخدم أجهزة قياس خشونة السطح (مثل Taylor Hobson Talysurf) لقياس معايير مثل Ra و Rz لسطح الأسنان.

إن زيادة خشونة السطح لا تزيد من الاحتكاك فحسب، بل تضخم أيضًا ضوضاء التشابك.

يُوصى بأن يكون معامل السطح Ra ≤ 0.4 ميكرومتر لتقليل مكونات الضجيج ذات التردد العالي في التروس عالية السرعة.

4. استراتيجيات تحسين NVH

4.1 تحسين تعديل سطح الأسنان

تخفيف الحافة والجذر: تقليل التأثير عند اشتباك جذر السن.

التقوس (Crowning): تقليل تركيز الحمل على طول اتجاه السن. من خلال تحسين التعديل، يمكن تقليل قوة التأثير أثناء التشابك بشكل فعال، مما يكبح الضجيج من مصدره.

توجد طرق مختلفة للتعديل، مثل التروس الحلزونية المزدوجة ذات التقوس المختلف (القطع المكافئ من الدرجة الثانية والرابعة والسادسة)، والترس ذو التقوس المعتمد على الملامح مثل تقليل ضغط القاعدة وزيادة فراغ الحافة، إلخ. تؤدي الطرق المختلفة للتعديل إلى مسارات تلامس مختلفة أثناء التشابك.

4.2 تحسين خشونة السطح

استخدام تقنيات الطحن الدقيق أو التلميع أو الدحرجة لتقليل خشونة السطح.

من خلال التقوية المتداحر، يمكن ليس فقط تقليل قيمة Ra، بل أيضاً تحسين جودة طبقة التصلب على سطح الأسنان.

التقشير عملية فعّالة. يتم ضبط محور أداة التقشير بشكل مناسب، وتقوم أداة التقشير (وهي عبارة عن ترس داخلي مصنوع بدقة من السيراميك المُabrasive مثل الألومينا بزاوية لولبية محددة) بمعالجة ترس القطعة. أثناء التشغيل، يكون اتجاه المعالجة (الاتصال) لسطح سن الترس تقريبًا نفسه اتجاهه أثناء تشغيل الترس الفعلي.

4.3 التوازن الديناميكي ودقة التجميع

إجراء اختبارات التوازن الديناميكي على التروس والمحاور لتقليل مصادر الاهتزاز.

التحكم في الهبوط الشعاعي (Fr) والهبوط المحوري (Fa) أثناء التجميع لتجنب الأحمال غير المتساوية.

5. المعايير ومتطلبات الاختبار

لدى المعايير الدولية والصناعية متطلبات واضحة لأداء NVH للتروس:

ISO 1328: تحدد درجات دقة التروس ومدى الخطأ المسموح به.

ISO 8579: تتناول قياس الضوضاء في نقل الحركة بالترس.

ISO 10816: تغطي معايير مراقبة الاهتزاز وتقييمها.

من خلال دمج اختبارات NVH في التحكم في الجودة لعملية الإنتاج بأكملها، يمكن ضمان هدوء نظام النقل واستقراره قبل خروج المنتج من المصنع.

اختبار NVH للتروس ليس جزءًا فقط من الفحص في المصنع، بل يجب أن يمتد عبر عملية تصميم التروس ومعالجتها وتركيبها بالكامل. من خلال قياس الصوت بطريقة منهجية وتحليل الاهتزازات وقياس خشونة السطح، إلى جانب تحسين التصميم وتقنيات المعالجة الدقيقة، يمكن تحسين هدوء تشغيل علبة التروس وزيادة عمرها الافتراضي دون زيادة التكاليف. هذا لا يمثل فقط مظهرًا من مظاهر التنافسية في المنتج، بل هو أيضًا اتجاه حتمي في تطور صناعة الماكينات الحديثة نحو الجودة العالية.