عیوب چرخ دنده ها

سیستم ­های انتقال قدرت در صنعت کاربردهای فراوانی دارند. یکی از انواع سیستم­ های انتقال قدرت جعبه ­دنده­ ها می ­باشند. قطعاتی مانند میل محور، چرخ­دنده و یاتاقان اجزای اصلی یک جعبه دنده هستند. نقش چرخ دنده‌ها در افزایش گشتاور جعبه ­دنده­ ها کلیدی است، زیرا در بیش‌تر موارد یک موتور کوچک دوار با سرعت زیاد، توانایی تأمین قدرت کافی برای انجام کار مشخصی را دارد، اما قادر به تولید گشتاور کافی نیست. کاربرد دیگر چرخ­دنده‌ها تنظیم کردن جهت چرخش است. برای نمونه در ناسانگر(دیفرانسیل) بین چرخ‌های عقب اتومبیل، قدرت به وسیله­ ی میل محوری که به مرکز اتومبیل متصل است، منتقل می‌شود و ناسانگر باید ۹۰ درجه مسیر انتقال قدرت را تغییر دهد تا در چرخ‌ها به کار گرفته شود. انتقال قدرت در چرخ­دنده ­ها بعضی از موارد به صورت لحظه ­ای و در پاره­ ای از موارد در اثر گذشت زمان باعث ایجاد مشکلات و آسیب می­ شود. آسیب در چرخ­دنده­ ها علت­ های گوناگونی دارد. در مطلب حاضر به صورت دیگری به دسته بندی آسیب ها پرداخته خواهد شد و  سپس به بیان هر یک از آسیب های موجود با توجه به عوامل بروز آن ها اشاره خواهد شد.

 منشا آسیب در این قطعات می­ تواند انسانی یا غیر انسانی باشد. در علل انسانی، عواملی مانند عدم توجه و ناکافی بودن دانش افراد در مراحل طراحی، نصب، نگهداری و بهره­ برداری و در عوامل غیر انسانی، محدودیت­ های طراحی مانند فضای موجود و عوامل طبیعی مانند شرایط آب و هوایی تاثیر گذارند. توجه نکردن به آسیب ­ها می تواند خسارات جبران ناپذیری در پی داشته باشد. آسیب در چرخدنده ها علل فراوانی دارند که در استاندارد های متفاوت به آن ها پرداخته شده است از جمله استاندارد های مهم در این قطعات DIN  و AGMA می باشد. معمولا در این استاندارد ها علل به چند صورت کلی دسته بندی شده اند. برای مثال استاندارد AGMA عیوب در چرخ­دنده­ ها را در حالت کلی به پنج دسته ­ی سایش، شکست دندانه، تغییر شکل پلاستیک، خستگی سطحی و شکست خستگی تقسیم می ­نماید. در بین دو دسته بندی موجود عوامل انسانی بیشترین میزان تاثیر در شکست و آسیب ها را  دارد . چرا که معمولا عوامل به وجود آورنده ­ی  آسیب در چرخدنده ها  ناشی از اشتباه در مونتاژ، روانکاری و اعمال بار نامناسب به چرخدنده­ های طراحی شده است که با کاهش این عوامل می­ توان عمر جعبه دنده­ ها را به طور قابل ملاحظه­ ای افزایش داد. در ادامه به بیان انواع آسیب پرداخته می ­شود.

الف: سایش:

عبارت است از لایه برداری از سطح دندانه ­ی چرخ­دنده تا زمانی که شکل منحنی گستران(اینولوت) دندانه از بین رود و ضخامت دندانه دچار لاغری گردد. این آسیب پس از رخ دادن با توجه به شواهد موجود روی دندانه می­ تواند شامل یکی از سه دسته زیر شود:

• سایش عادی: آثار ایجاد شده روی سطح جانبی دیواره­ ی دندانه که در حین فرایند ساخت ایجاد شده، مانند خطوط فرز، سنگ و تراش، به تدریج در طول زمان و با کار کردن چرخ­دنده از بین می­ رود و سطح دیواره­ ی جانبی دندانه صاف و اغلب براق می ­شود. شکل 1 سایش عادی در چرخ­دنده ­ها را نشان می ­دهد.

• سایش ساینده: در سایش عادی اگر بعد از براق شدن سطوح سایش ادامه یابد و باعث تغییر شکل دندانه گردد و به لقی بیانجامد، سایش ساینده رخ می ­دهد.

• سایش تداخلی: در صورتی که در هنگام نصب فاصله­ ی مرکز تا مرکز میل محور­ها کمتر از مقدار طراحی شده لحاظ شود، این نوع سایش ایجاد می ­گردد. در نتیجه‌ی آن فشار زیادی به سر و ته دندانه وارد می‌شود و در ادامه­ ی درگیری باعث گرد شدن سر­دنده و ایجاد عمق در ته­ دندانه می ­شود.

   شکل 1: سایش ساینده  

شکل 2: سایش عادی

شکل 3: سایش تداخلی

ب: شکست دندانه:

• شکست از ریشه: علت اصلی این شکست­ ها بار­های خمشی در حین فرآیند بارگذاری در مجموعه ­ی دنده ­ها می­ باشد که از نتایج مونتاژ نادرست و طراحی اشتباه می ­باشد. اگر این نوع شکست به صورت ناگهانی رخ نداده باشد، علت را باید از شکست ­های ناشی از خستگی دنبال نمود. شکل 4 این نوع شکست را نشان می ­دهد.

               شکل 4: شکست از ریشه

• شکست از پهلو: در شکست از پهلو علاوه بر موارد ذکر شده در شکست از ریشه در پاره­ای از اوقات نیروهای برشی نیز در ایجاد آسیب همراهند. شکل 5 شکست از پهلو را نشان می­دهد.

شکل 5: شکست از پهلو

ج: تغییر شکل پلاستیک:

اين نوع شكست وقتي حاصل مي ­شود كه سطوح تماس تسليم شده و تحت بار سنگين تغيير شكل دهند. معمولا اين نوع شكست در نوك و در دو انتهاي (طرفين) دندانه رخ مي ­دهد. اما در مواقعي كه نيروهاي لغزشي در سطح دندانه زياد باشند تغيير شكل در سراسر دندانه مشاهده مي ­شود و سطح دندانه بصورت موج موج(ریپلینگ) در مي­ آيد. براي جلوگيري از تغيير شكل دندانه مي­توان بار اعمالي را كم كرده يا بر سختي دندانه افزود. نوع ديگري از تغيير شكل پلاستيك كه به علت سرعت لغزشي بالا در حلزون­ ها و چرخ حلزون ­ها و چرخ دنده­ هاي هيپوئيد مشاهده مي ­شود شيار ­شيار­شدن(ریجینگ) سطح دندانه است که به آن شيار شيار­شدن يا چروك شدن می­ گويند. شکل 6  اثر موج­ موج شدگی در دندانه را نشان می ­دهد.

شکل 6 : اثر موج موج شدگی در دندانه

د: خستگی سطحی:

سوراخ­هایی که در سطح دندانه ایجاد می­شوند که بسته به نوع و اندازه­ ی آن به سه حالت کلی خوردگی­ های حفره ­های ریز (میکرو پیتینگ)، خوردگی­ های حفره­ای درشت (ماکرو پیتینگ)  و پوسته شدن (اسپلینگ) تقسیم می­ گردد. علت اصلی وقوع این نوع آسیب عدم رعایت فاصله­ ی محوری صحیح در حین مونتاژ می­ باشد که چرخ­دنده برای ایجاد کارکردی عادی حفره­ هایی را ایجاد می­ نماید تا توزیع تنش متوازن گردد. بسته به میزان این اشتباه اندازه­ ی سوراخ ها متغیر است. عامل دیگر کمک کننده  به وقوع این آسیب ضخامت ناکافی روغن در بین دو چرخ­دنده است.  اگر ایجاد حفره در جایی قبل از پایان ضخامت عملیات حرارتی شده ­ی چرخ­دنده اتفاق بیفتد و در قسمت ته ­دندانه باشد، این مدل خوردگی را سازنده و اگر وارد بدنه ­ی دندانه شده و در قسمت سر­دندانه اتفاق بیفتد، این خوردگی را مخرب می نامند. در شکل 7 خوردگی­ حفره­ای ریز و در شکل 8 خوردگی حفره­ای درشت نشان داده  شده است. شکل 9 پدیده پوسته شدگی را نشان می دهد.

شکل 7 : خوردگی­ حفره ­ای ریز

شکل 8 : خوردگی حفره­ ای درشت

شکل 9 : پوسته شدگی

 

ه: شكست خستگي:

شکست­ها در این شرایط معمولا در اثر ترکیب چند آسیب متفاوت یا شکست ناشی از ایجاد ترک در اثر گذشت زمان رخ می ­دهند. اگر در این شرایط با توجه به میزان توان خروجی چرخ­دنده و بررسی ارتعاشات سیستم، آسیب شناسایی گردد و تعویض چرخ­دنده به موقع انجام گردد می ­تواند از اتفاقات و ضرر­های مالی زیادی جلوگیری نماید.