تسامح التروس: التعريف والمعايير والتطبيقات العملية

1. فهم معايير تسامح التروس
يعتمد التصنيع العالمي على أنظمة تسامح قياسية لضمان الاتساق والتبادلية. تشمل أكثر المعايير انتشارًا المعيار الدولي ISO 1328، الذي طورته منظمة الدولية لتوحيد المقاييس (ISO)، ويغطي تسامح التروس الأسطوانية. أما في أمريكا الشمالية، فإن المعيار AGMA 2000/2015 الصادر عن جمعية مصنعي التروس الأمريكية (AGMA) هو الأكثر استخدامًا في التروس الصناعية والسياراتية. أما المعيار الوطني الصيني GB/T 10095 فهو يعادل المعيار ISO 1328، بينما يركز المعيار الألماني DIN 3962 بشكل خاص على تسامحات ملف أسنان الترس والخطوة. وعلى الرغم من الاختلافات الطفيفة بين هذه المعايير من حيث تصنيف الدرجات وطرق القياس، إلا أنها تشترك في المؤشرات الأساسية لتحديد دقة الترس.​
2. أنواع رئيسية من تسامحات التروس​
تُصنَّف دقة الترس إلى انحرافات فردية - وهي أخطاء تخص ترسًا واحدًا فقط - وانحرافات مركبة، تقيس أداء التشابك بين زوج التروس.​
2.1 الانحرافات الفردية​
تحدد هذه التحملات الأخطاء في تصنيع ترس واحد فقط، مما يؤثر بشكل مباشر على قدرته على الارتكاز بسلاسة مع التروس الأخرى. يشير انحراف الملعب (fpt) إلى الفرق بين ملعب السن الفعلي والملعب النظري؛ حيث يمكن أن تؤدي حتى التغيرات الصغيرة هنا إلى الاهتزاز والضوضاء وانخفاض سلاسة النقل. ويصف انحراف الملف (fα) مدى انحراف ملف السن الفعلي عن المنحنى المثالي (منحنى الإيفولوت)، حيث يؤدي هذا الاختلاف إلى تقليل قوة التماس وزيادة الضوضاء والتآكل. بالنسبة للتروس الحلزونية، يكون انحراف الحلزون (fβ) أمرًا بالغ الأهمية، فهو يقيس التباين بين الخط الحلزوني الفعلي والخط النظري، ويؤدي الانحراف الزائد إلى توزيع غير متساوٍ للحمل على أسطح الأسنان، مما يقصر عمر الخدمة. انحراف أثر السن (Fβ) هو خطأ ميل سطح السن على طول عرض السن، مما يؤدي إلى تحميل جزئي ويُسرع من تآكل السن. وأخيرًا، يُعد الانحراف الشعاعي (Fr) هو الفرق بين أقصى وأدنى مسافات شعاعية من محور الترس إلى مجس وضع في مجارٍ السن، وهو ما يعكس عدم المركزية التي تؤثر على استقرار الارتكاز.
2.2 انحرافات التركيب
تُقيّم التحملات التركيبية مدى جودة تشابك زوج من التروس، وهو عامل بالغ الأهمية لجودة نقل الحركة ككل. يُعد الانحراف المركب الشعاعي (Fi'') هو الحد الأقصى لتغير المسافة بين المركزين أثناء دورة كاملة من دوران الترس، وهو مؤشر عام لدقة زوج التروس ككل. أما الانحراف المركب المماسي (Fi') فيقيس خطأ النقل أثناء تشابك التروس، ويؤثر بشكل مباشر على كل من دقة النقل ومستوى الضجيج. واللعب (jn) - وهو الفراغ بين أسطح الأسنان غير العاملة للتروس المتشابكة - يوازن بين المرونة ومستوى الضجيج، ويمنع الالتصاق في التطبيقات عالية السرعة.
3. درجات دقة التروس واختيارها
3.1 تصنيف الدرجات (وفقاً لمعيار ISO 1328)
ISO 1328 تصنّف دقة التروس إلى 13 درجة، تتراوح من 0 (أعلى دقة) إلى 12 (أدنى دقة). في الممارسة العملية، يتم تجميع هذه الدرجات حسب التطبيق. تُستخدم الدرجات ذات الدقة الفائقة (0–4) في الأجهزة الدقيقة، ومحركات الطائرات، والمحركات عالية السرعة، وتدعم سرعة محيطية قصوى تزيد عن 35 م/ث للتروس المستقيمة و70 م/ث للتروس الحلزونية. تُعتبر الدرجات ذات الدقة العالية (5–7) مثالية لنقل الحركة في السيارات، ومحاور أدوات الآلات، والتروس المستخدمة في الطيران، حيث تتراوح السرعات من 10–20 م/ث للتروس المستقيمة و15–40 م/ث للتروس الحلزونية. تُستخدم الدرجات ذات الدقة المتوسطة (8–9) بشكل شائع في علبات التروس الصناعية العامة، وناقلات الحركة في الجرارات، والمضخات، حيث تعمل بسرعات تتراوح من 2–6 م/ث للتروس المستقيمة و4–10 م/ث للتروس الحلزونية. تُخصص الدرجات ذات الدقة المنخفضة (10–12) للتطبيقات ذات الأحمال المنخفضة مثل المعدات الزراعية والأدوات اليدوية، حيث تكون السرعات أقل من 2 م/ث للتروس المستقيمة و4 م/ث للتروس الحلزونية.
3.2 مبادئ اختيار درجات الدقة
عند اختيار درجة الدقة، فإن أول اعتبار هو متطلبات نقل الحركة: التروس عالية السرعة (أكثر من 20 م/ث) تحتاج إلى درجات 5–7، والتروس متوسطة السرعة (5–20 م/ث) تعمل مع درجات 6–8، بينما يمكن استخدام درجات 8–10 مع التروس منخفضة السرعة (أقل من 5 م/ث). وعامل آخر مهم هو الكفاءة من حيث التكلفة — تحتاج التروس عالية الدقة (الدرجات 0–5) إلى عمليات تصنيع متقدمة مثل تلميع التروس وفحوصات دقيقة، مما يزيد التكاليف، لذا يجب تجنب تحديد مواصفات أعلى من اللازم ما لم يكن ذلك ضروريًا. وأخيرًا، يمكن أن يحسن تطابق زوج التروس من الأداء والتكلفة: يمكن أن تكون الترس القيادي بدرجة أعلى من الترس المُدْرَس بدرجة واحدة (مثلاً، ترس قيادي من الدرجة 6 مع ترس مدروس من الدرجة 7).
4. ضبط وتحسين التحملات العملية
4.1 حسابات التحملات الحرجة
يتم التحكم في الارتجاع (jn) من خلال تفاوت سماكة الأسنان ويتم حسابه باستخدام الصيغة التالية: jn = Esns₁ + Esns₂ ± Tsn، حيث يمثل Esns الانحراف العلوي لسماكة الأسنان، Esni الانحراف السفلي لسماكة الأسنان، وTsn تفاوت سماكة الأسنان. بالنسبة للتروس عالية السرعة، يكون الارتجاع عادةً في حدود (0.02–0.05) × m، حيث m هو المعيار (المدول). أما بالنسبة للتروس الحلزونية، فيجب أن يكون انحراف الحلزون (fβ) ≤ 0.1 × b (حيث b هو عرض السن) لضمان توزيع متساوٍ للحمل على سطح السن.
مثال على توضيح إشارات الرسم الهندسي 4.2
إن إظهار التفاوتات بشكل واضح على الرسومات الهندسية ضروري لتوجيه عمليات التصنيع. قد يتضمن التوضيح النموذجي لتروس من الدرجة 6 ما يلي: "دقة الترس: ISO 6؛ انحراف الملعب الكلي (Fp): 0.025 مم؛ انحراف الملف الكلي (Fα): 0.012 مم؛ انحراف الحلزون الكلي (Fβ): 0.015 مم؛ انحرافات سماكة الأسنان: Esns = -0.05 مم، Esni = -0.10 مم." يضمن هذا المستوى من التفصيل أن يفهم المصنعون متطلبات الدقة المطلوبة بدقة.
4.3 التحديات الشائعة والحلول
غالبًا ما ينتج الضجيج المفرط في أنظمة التروس عن انحراف كبير في الملعب أو هامش خلوص غير كافٍ، والحل هو تحسين دقة الملعب وضبط سمك الأسنان لزيادة الهامش الخلوصي بشكل مناسب. أما البلى غير المنتظم للأسنان فهو ناتج عادة عن انحراف في زاوية التواء ترس خارج حدود التحمل، ويمكن حل هذه المشكلة عن طريق معايرة أدلة آلة الأدوات وضبط زاوية تركيب الأداة. ويحدث انسداد في نقل الحركة عادة عندما يكون سمك الأسنان أكبر من اللازم أو أن الهامش الخلوصي صغير جدًا، ويمكن إصلاح ذلك عن طريق تحسين سمك الأسنان أو استبدال أزواج التروس غير المتوافقة.
5. الخاتمة
تصميم تحمل التروس هو توازن بين الأداء والتكلفة وقابلية التصنيع. من خلال اختيار درجات الدقة المناسبة، والتحكم في الانحرافات الرئيسية مثل الملعب والملف الشخصي والملتف، مع تحسين الإفلات، يمكن للمهندسين ضمان تلبية التروس لمتطلبات التطبيق مع تقليل تكاليف الإنتاج. تُعد تقنيات الفحص الحديثة مثل آلات قياس الإحداثيات (CMMs) ومحاليل التروس منقذًا في التحقق الدقيق من التحمل، مما يدعم أنظمة نقل الحركة الميكانيكية الموثوقة والفعالة.
سواءً كانت التروس الخاصة بالطائرات عالية السرعة أو آلات الزراعة ذات التحميل المنخفض، فإن إتقان تحملات التروس هو الأساس لتصميم ميكانيكي ناجح.