پاورپوینت طراحی اجزاء چرخ دنده

مقدمه

    طراحان چرخدنده همیشه از این موضوع تعجب می كنند كه چرا بعضی از چرخدنده ها بهتر و بیشتر از آنچه در فرمول های طراحی انتظار می رفت كار می كنند در حالیكه تعدادی دیگر

حتی وقتی در داخل محدوده طراحی، بارگذاری  شده اند ناگهان دچار شكست می شوند.  

به همین دلیل لازم است كه عوامل خستگی چرخدنده به دقت بررسی شود.

انجمن چرخدنده سازان آمریكا (AGMA) خستگیهای چرخدنده را به 5 دسته كلی زیر تقسیم می نماید:

 1ـ سایش (wear)

 2ـ  خستگی سطحی

 3 ـ تغییر شكل پلاستیك (plastic flow)

 4ـ شكست دندانه

 5ـ شكست های خستگی كه 2 یا چند عامل فوق را با هم دارند

هر یك از این دسته ها خود به چند نوع و شكل مختلف تقسیم می شود كه در نهایت یك مهندس كه  در  زمینه  چرخدنده  كار  می كند  با  18 شكل مختلف از خستگی چرخدنده

مواجه می شود. به همین دلیل در مواجه با یك  چرخدنده آسیب دیده باید تلفیقی از علم و هنر آنالیز صحیح را بكار برد. اگر آنالیز خستگی بطور صحیحی انجام نشود ممكن است علت

خستگی چیزی غیر از علت اصلی تشخیص داده شود كه در این صورت طراح

    را به سمت ساخت یك مجموعه چرخدنده ای بزرگتر از آنچه كه نیاز است هدایت می كند در حالیكه طراحی جدید نیز ممكن است دارای همان عیب قبلی باشد زیرا عامل اصلی تخریب

هنوز تصحیح نشده است. به عنوان مثال یك چرخدنده كه در سرعت بالا كار می كند ممكن است برای ماهها دارای ارتعاش قابل قبولی باشد اما ناگهان علائم ارتعاش با دامنه بالا پدیدار

می شود. تحقیقات دقیق روشن می كند در مدتی كه چرخدنده كار می كرده دندانه ها دچار سایش شده اند و در نتیجه فاصله بین دندانه ها افزایش یافته كه همین عامل باعث افزایش

دامنه ارتعاش چرخدنده شده است. پس مشكل اصلی سایش دندانه ها است نه ارتعاش و ارتعاش باید به عنوان یك عامل ثانویه در نظر گرفته شود. نكته مهم دیگری كه باید در نظر گرفته

شود این است كه گاهی طراحی چرخدنده صحیح است ولی چرخدنده بر اثر رفتار سایر قطعاتی كه در مجموعه چرخدنده ای شركت دارند یا

 سایر عوامل (محیط، خطای نصب و استقرار و …) دچار خستگی ناخواسته می شود. به عنوان مثال فرض كنید محور یك توربین توسط یك اتصال كوپلینگ به محور پینیون وصل شده

است، در صورتیكه این اتصال در انتقال نیرو دارای خطای زیادی باشد یعنی نیرو را طوری انتقال دهد كه نیروهای شعاعی و محوری بیشتر از آنچه در طراحی در نظر گرفته شده به پینیون

وارد شود در آنصورت پینیون و یاتاقان محور آن به سرعت دچار سایش یا حتی شكست می شوند. بنابراین راه حل طراحی مجدد پینیون یا تعویض یاتاقان محور آن نیست بلكه باید در

وضعیت اتصال (coupling) تجدید نظر كرد. با این مقدمه به سراغ انواع خستگی هایی كه در یك چرخدنده رخ می دهد می رویم.

 تذكر این نكته ضروری است كه منظور از شكست خستگی در یك چرخدنده، گسیختگی (جدا شدن) دندانه نمی باشد بلكه هر عاملی كه باعث شود چرخدنده از شرایط كاری مطلوب

خارج گردد به عنوان یك نوع شكست خستگی محسوب می شوند. لذا سایش نیز برای چرخدنده نوعی شكست خستگی محسوب می شود.

 1ـ سایش (wear) :

از نقطه نظر یك مهندس چرخدنده، سایش عبارتست از زدوده شدن یكنواخت یا غیر یكنواخت فلز از روی سطح دندانه.

علل اصلی سایش دندانه‌، تماس فلز به علت نامناسب بودن ضخامت لایه روغن، ذرات ساینده موجود در روغن كه با شكستن لایه روغن باعث سایش سریع یا ایجاد خراش می گردند و

سایش شیمیایی به علت تركیب روغن و مواد افزوده شده است به آن می باشند.     سایش باعث كم شدن ضخامت دندانه و تغییر شكل پروفیل آن

    می گردد كه در نتیجه شكل پروفیل دندانه از حالت مطلوب (مثلا منحنی اینولوت) خارج شده و خواص آن از بین می رود. سایش بخصوص در چرخدنده هایی كه باید برای مدت نامحدود

با سرعت بالا كار كنند یك پدیده بسیار مهم است. البته سایش همیشه یك عامل منفی نیست بلكه وجود مقدار بسیار ظریفی سایش باعث اصلاح دندانه های درگیر با هم و هماهنگ

شدن آنها می شود. پولیش كــــردن (polishing) كه یك نوع عملیات پرداخت بسیار ظریف است نیز به معنای سائیدن قطعه به مقدار بسیار كمی می باشد.

درمراحل رشد سایش در دندانه های چرخدنده ای با سختی قابل ماشینكاری داریم. در مرحله اول سایش در حد پرداخت دندانه ها می باشد كه كمترین مقدار آن در حدود  خط گام رخ می دهد.

 علاوه بر آن كندگیهای ریزی در نزدیك ریشه دندانه مشاهده می شود. در مرحله دوم در سردندانه تغییر شكل پلاستیك كه البته مقدار آن بسیار كوچك است آغاز می گردد. علاوه بر اینكه

سایش و كندگی در نزدیك ریشه بیشتر شده است و این روند تا مرحله چهارم ادامه می یابد. تمامی این مراحل منطقه نزدیك خط گام از كمترین سایش برخوردار است. (زیرا از نظر تئوری

در نقطه گام غلتش محض و از نظر عملی مقدار ناچیزی لغزش وجود دارد) به همین علت در مرحله چهارم، منطقه خط گام بیشتر بار را انتقال خواهد داد كه این عمل باعث افزایش تنش

های تماسی در منطقه خط گام و اغلب منجر به كندگی این ناحیه می گردد. در نتیجه چرخدنده دچار شكست شده و از حالت كاری مطلوب خارج خواهد شد. كاهش بار انتقالی و افزایش

كیفیت روغنكاری برای بهبود این وضعیت بسیار مفید خواهد بود.

 باید توجه داشت كه سایش را می توان مقدمه ظهور سایر شكست ها در دندانه دانست. بر اثر سائیده شدن دندانه ضخامت آن كاهش می یابد. لذا علاوه بر كاهش مقاومت خمشی،

در آغاز درگیری ضربه زیادی بر دندانه وارد می شود كه ممكن است باعث شكست دندانه شود. علاوه بر آن تغییر شكل پروفیل دندانه باعث تمركز تنش در بعضی نقاط روی سطح دندانه

می شود كه ممكن است باعث كندگی و یا شكست دندانه شود. در صورتی كه علت سایش وجود مواد خارجی مانند براده های ماشین كاری ، باقیمانده های سنگزنی و یا موادی كه به

طریقی وارد فضای كاری چرخدنده ، شده اند باشد به این سایش، اصطكاك ساینده (abrasive wear)  گویند. اما در صورتی كه عامل سایش مواد

 شیمیایی موجود در روانساز یا مواد آلوده كننده ای مانند آب، نمك رطوبت محیطی و … باشد به آن اصطكاك خورنده    (corrosvie wear) گویند.

 اما شاید مهمترین سایش، سایشی باشد كه ناشی از شكسته شدن موضعی لایه روغن به علت حرارت بیش از حد، می باشد كه باعث تماس فلز با فلز و اصطكاك چسبنده به شكل

یك جوش و یا پارگی و یا خراش می شود كه اصطلاحا به این نوع سایش scuffing گویند كه خود به چند نوع تقسیم می شود.  بطور كلی مستعدترین مكان ها برای این نوع سایش، سر

و ته دندانه می باشد. از روش های جلو گیری از این نوع سایش می توان افزایش ویسكوزیته روغن، افزایش سختی چرخدنده، پرداخت خوب سطح دندانه و در بعضی مواقع اصلاح پروفیل

دندانه و تاج گذاری دندانه (crowing) كه در این روش وسط دندانه به صورت یك برآمدگی، بالا می آید و بدین ترتیب بیشتر بار توسط این قسمت منتقل می شود را نام برد.