تعديل التروس وتحليل اتصال التشابك: محور نقل الدقة

1. لماذا تحتاج التروس إلى تعديل؟

• أخطاء التصنيع والتركيب : الانحرافات البعدية في معالجة التروس أو سوء التصاقها أثناء التجميع تؤدي إلى تشابك غير متساوٍ.
• التشوه المرن : تحت الحمل، تنحني أو تلتوي التروس والمحاور، مما يؤدي إلى انحراف في نقطة الاتصال.
• التأثير الديناميكي : أثناء الارتكاب والانفصال، تؤدي التغيرات المفاجئة في موقع الاتصال إلى تأثيرات تُحدث ضررًا في أغشية الزيت وحتى خدش سطح الأسنان تحت درجات الحرارة العالية.

2. أنواع تعديل التروس

التفاصيل الرئيسية للتعديلات الشائعة

• تعديل مسار الأسنان : يركز على اتجاه عرض الأسنان. التوج (التعديل على شكل طبلة) هو الأكثر شيوعًا - إنه يخلق شكلًا "طبل" خفيفًا على سطح الأسنان للتعويض عن ثني العمود تحت الحمل ، مما يضمن الاتصال المتساوي. الصيغة النموذجية للمبلغ التوجية هي: \(C_β = 0.5 × 10^{-3}b + 0.02m_n\) (حيث ب = عرض السن بالملليمتر \(m_n\) = الوحدة العادية بالملليمتر).
• تعديل ملف أسنان ‏: يُحسّن اتجاه ارتفاع السن. ويشمل تعديلًا طويلًا (من بداية/نهاية التشابك إلى انتقال السن من واحد إلى اثنين) وتعديلًا قصيرًا (بنصف طول التعديل الطويل). بشكل عام، تستخدم التروس المعدنية التعديل القصير من أجل كفاءة أفضل، بينما تستخدم التروس البلاستيكية غالبًا التعديل الطويل.
• تعديل مركب ‏: يجمع بين تعديل مسار السن وتعديل ملامحها. وفي الحالات المعقدة مثل علبة تروس الطاقة الريحية، يوازن هذا الأسلوب بين توزيع الحمل وتقليل التأثير والاستقرار الديناميكي، مما يحقق نتائج أفضل من التعديل الفردي.

3. مبادئ التصميم للتعديل الفعّال

1. مبدأ تعويض الحمل : مقدار التعديل ≈ التشوه المرن + خطأ التصنيع، مما يضمن تطابق سطح السن بشكل مثالي تحت الحمل الفعلي.
2. مبدأ السلس الديناميكي : خطأ نقل القمة إلى القمة ≤ 1μm/الدرجة، للحد الأدنى من التحفيز الاهتزازي.
3. مبدأ توازن التماس : نسبة مساحة التماس ≥ 60%، لتجنب تركيز الإجهاد.

4. تحليل الاتصال المتشابك: تقييم آثار التعديل

النظريات والأساليب الأساسية

• نظرية هيرتز للتماس : تحسب عرض التماس النصفي وتوزيع الإجهاد بين أسطح الأسنان، مما يضع الأساس لتحليل الإجهاد.
• طرق التحليل العددي :
  • الطريقة التحليلية: سريعة ولكن تقريبية، مناسبة للتقدير الأولي.
  • طريقة العناصر المحدودة: دقة عالية، مثالية لتحليل الإجهاد المفصل.
  • طريقة العناصر الحدية: كفاءة في حساب إجهاد التماس.
  • ديناميكا الأجسام المتعددة: تقيّم الأداء الديناميكي للنظام تحت ظروف التشغيل.

مؤشرات التقييم الرئيسية

• الإجهاد التماسي الأقصى (σHmax) : مرتبط مباشرة بعمر إجهاد سطح الأسنان.
• عامل شكل منطقة التماس (λ) : نسبة الطول إلى العرض لمنطقة التماس، وتعكس توحيد الحمل.
• خطأ في نقل الحركة (TE) : المسافة الإضافية المطلوبة للتشابك بسبب التشويه/الأخطاء، وهي مصدر رئيسي للاهتزاز.

5. التأثيرات العملية للتغيير: دراسات حالة

• علب سرعة الطاقة الريحية (عرض السن 200 مم) : مع زيادة مقدار التقوس (من 0 إلى 30 مم)، انخفضت قيمة الإجهاد التماسي الأقصى من 1250 ميغاباسكال إلى 980 ميغاباسكال، وانخفضت قيمة تسارع الاهتزاز من 15.2 م/ث² إلى 9.5 م/ث².
• علب سرعة السيارات (الوحدة 3.5) : قلّل تعديل الملف المكافئ من التأثير بنسبة 35% ومن الضجيج بنسبة 3.2 ديسيبل؛ بينما حقق تعديل المنحنى من الرتبة العليا تخفيضًا في التأثير بنسبة 52%.
• الترسين في صناعة الفضاء : قلّل التعديل المركب من عدم تساوي الإجهاد التماسي من 58% إلى 22%، ومن قمة إلى قمة لخطأ نقل الحركة من 2.4 ميكرومتر إلى 1.1 ميكرومتر، ومن طاقة الاهتزاز عند 2000 دورة في الدقيقة بنسبة 68%.

6. تطبيق الهندسة والتحقق منها

• طريقة البصمة الثابتة : تُستخدم طلاء أحمر الرصاص (بسمك 10-20 ميكرومتر) تحت عزم دوران مُ rated بنسبة 30% لمراقبة مناطق التماس.
• أنظمة الاختبار الديناميكية : يستخدم مستشعرات إزاحة الألياف الضوئية (بدقة 0.1 ميكرومتر) ومقاييس حرارة تحت الحمراء عالية السرعة (بمعدل أخذ عينات 1 كيلوهرتز) لمراقبة عمليات الإقفال في الوقت الفعلي.

• مخفضات المركبات الكهربائية : تعديل غير متماثل للملف (+5 ميكرومتر على جانب الحمل) وتجنيح زاوية الأسنان بزاوية 30°×0.2 مم قلل الضجيج بنسبة 7.5 ديسيبل (A) وحسّن الكفاءة بنسبة 0.8%.
• علب التروس البحرية : التاج الكبير (40 ميكرومتر) وتصحيح زاوية الميل المُعَوِّض (β'=β+0.03°) حسّنا توحيد الإجهاد السطحي ليصل إلى أقل من 15%، وزيادة عمر الخدمة بنسبة 2.3 مرة.

الاستنتاج

• الكمية المثلى للتاج تتراوح عادةً بين 1.2 إلى 1.5 مرة من التشوه المرن.
• التعديل المركب أفضل بنسبة 30-50% من التعديل الفردي.
• يجب أن يستند التعديل إلى أطياف الأحمال الفعلية ويتم التحقق منه من خلال اختبارات منطقة التماس.