درک فرکانس دندان شکاری
تعریف: فرکانس دندان شکاری چیست؟
فرکانس دندان شکار (HTF، که فرکانس فاز مونتاژ یا بزرگترین فرکانس مقسوم علیه مشترک نیز نامیده میشود) یک فرکانس پایین است لرزش مؤلفهای در جفت چرخدندهها که نشان دهنده نرخی است که در آن دندانههای یکسان روی پینیون و چرخدنده دوباره با یکدیگر تماس پیدا میکنند. این فرکانس با بزرگترین مقسوم علیه مشترک (GCD) تعداد دندانههای هر چرخدنده تعیین میشود و به عنوان یک فرکانس مدولاسیون ایجاد میشود. نوارهای کناری در اطراف فرکانس مش دنده (GMF).
فرکانس دندانههای شکار از نظر تشخیصی اهمیت دارد زیرا ارتعاش در HTF نشان دهنده مشکلات مربوط به دندانههای خاص (مانند ترک خوردگی دندانه، سایش موضعی یا خروج از مرکز) به جای وضعیت کلی چرخ دنده است و به تعیین دقیق محل و ماهیت نقص چرخ دنده کمک میکند.
مبانی ریاضی
روش محاسبه
HTF با استفاده از بزرگترین مقسوم علیه مشترک (GCD) تعداد دندانها محاسبه میشود:
فرمول
- HTF = GCD(N₁, N₂) × دور در دقیقهپینیون / 60
- که در آن N₁ = تعداد دندانههای روی پینیون
- N₂ = تعداد دندانههای چرخدنده
- GCD = بزرگترین مقسوم علیه مشترک N₁ و N₂
مثال ها
مثال ۱: جفت دندان شکاری
- پینیون: ۲۳ دندانه با سرعت ۱۸۰۰ دور در دقیقه
- چرخ دنده: ۶۷ دندان
- GCD(23، 67): ۱ (اعداد اول، بدون مقسوم علیه مشترک)
- HTF = ۱ × ۱۸۰۰ / ۶۰ = ۳۰ هرتز (همانند سرعت شفت پینیون)
- معنی: هر دندانه پینیون قبل از تکرار الگو با هر دندانه چرخدنده درگیر میشود
- نتیجه: دنده شکاری - توزیع بهینه سایش
مثال ۲: جفت غیر شکاری
- پینیون: ۲۰ دندانه با سرعت ۱۸۰۰ دور در دقیقه
- چرخ دنده: ۶۰ دندان
- GCD(20، 60): 20
- HTF = 20 × 1800 / 60 = 600 هرتز
- معنی: همان 20 جفت دندانه به طور مکرر در هم تنیده میشوند
- نتیجه: الگوی سایش متمرکز روی همان دندانهها
مثال ۳: حالت میانی
- پینیون: ۱۸ دندانه با سرعت ۳۶۰۰ دور در دقیقه
- چرخ دنده: ۵۴ دندان
- GCD(18، 54): 18
- HTF = 18 × 3600 / 60 = 1080 هرتز
- الگو: ۱۸ جفت تماس دندانه مختلف تکرار میشوند
مجموعه تجهیزات شکار در مقابل غیر شکار
طرح دندان شکاری (GCD = 1)
زمانی حاصل میشود که تعداد دندانها نسبتاً اول باشند (بدون عوامل مشترک):
- مزایا:
- هر دندانه پینیون در نهایت با هر دندانه چرخدنده درگیر میشود
- سایش به طور یکنواخت در تمام دندانها توزیع میشود
- میانگین خطاهای تولید محاسبه شد
- عمر طولانیتر چرخدندهها
- برای اکثر کاربردها ترجیح داده میشود
- معایب:
- عیوب خاص دندانه باعث ایجاد لرزش در سرعت شفت میشود (HTF = سرعت شفت)
- ممکن است نیاز به تولید دقیقتری داشته باشد
طرح غیر شکار (GCD > 1)
زمانی رخ میدهد که تعداد دندانها عوامل مشترکی دارند:
- مزایا:
- انتخاب سادهتر تعداد دندانهها
- ممکن است اندازههای استاندارد دنده را مجاز کند
- معایب:
- دندانههای یکسان بارها و بارها در هم تنیده میشوند (فقط جفتهای منحصر به فرد GCD)
- سایش متمرکز روی جفت دندانهای یکسان
- خطاهای تولید روی دندانههای خاص که در هر چرخه تکرار میشوند
- عمر کوتاهتر دندهها معمولاً
- معمولاً در طراحی گیربکس با کیفیت از آن اجتناب میشود
امضای ارتعاش
HTF به عنوان فاصلهگذاری باند کناری
HTF در درجه اول به صورت فاصله باند جانبی در اطراف GMF ظاهر میشود:
- قله مرکزی: GMF (فرکانس مش دنده)
- باندهای کناری: GMF ± HTF، GMF ± 2×HTF، GMF ± 3×HTF
- تفسیر: نوارهای کناری در فاصله HTF نشان دهنده نقص یا خروج از مرکز دندانهها هستند.
- دامنه: دامنه باند جانبی، شدت نقص موضعی را نشان میدهد
الگوهای تشخیصی
دندان آسیب دیده تکی
- نوارهای جانبی قوی در فاصله HTF اطراف GMF
- HTF = سرعت شفت چرخدنده با دندانه آسیبدیده
- یک بار ضربه در هر دور چرخش چرخ دنده معیوب
- شکل موج زمانی، ضربه تناوبی را نشان میدهد
خروج از مرکز چرخ دنده
- نوارهای کناری HTF ناشی از انحراف (نصب خارج از مرکز)
- عمق درگیری دندانه در هر چرخش یک بار تغییر میکند
- مدولاسیون دامنه GMF را ایجاد میکند.
- قابل اصلاح از طریق نصب مجدد یا جبران انحراف
فاصله نابرابر دندانها
- خطای تولید در فاصله دندانهها
- الگویی را ایجاد میکند که در HTF تکرار میشود
- در صورت رعایت تلرانسها، ممکن است نیاز به تعویض یا پذیرش چرخدنده باشد
تشخیص عملی
شناسایی چرخ دنده معیوب
مشخص کنید کدام چرخ دنده (پینیون یا چرخ دنده اصلی) دارای نقص است:
- سرعت هر دو شفت را محاسبه کنید: ورودی و خروجی RPM
- اندازهگیری فاصله باند کناری: از طیف ارتعاش
- مقایسه کنید: اگر فاصله باند جانبی = فرکانس شفت ورودی → نقص پینیون
- مقایسه کنید: اگر فاصله باند جانبی = فرکانس شفت خروجی → نقص چرخ دنده
- نتیجه: فاصلهگذاری نوار کناری مشخص میکند که کدام شفت (و در نتیجه کدام چرخدنده) مشکل دارد
ارزیابی شدت
- دامنه باند جانبی: دامنههای بالاتر نشان دهنده نقص موضعی شدیدتر هستند
- تعداد باندهای کناری: باندهای جانبی بیشتر (مرتبههای بالاتر) نشان دهنده وضعیت بدتر است
- شکل موج زمانی: ایمپالس دورهای واضح، تأثیر هر دندان را تأیید میکند.
- مقایسه با GMF: باندهای کناری > 25% از دامنه GMF نشان دهنده نقص قابل توجه است
ملاحظات طراحی
انتخاب شماره دندانهها
بهترین روش برای طراحی چرخ دنده:
- استفاده از اعداد اول: تضمین میکند که GCD = 1 (طراحی دندان شکاری)
- از عوامل رایج اجتناب کنید: از تعداد دندانهها مانند ۲۰:۶۰ (GCD=20) استفاده نکنید.
- مثال جفتهای خوب: ۱۷:۵۱، ۱۹:۵۷، ۲۳:۶۹ (همه GCD=۱)
- بده بستان: ممکن است گزینههای نسبت دنده را کمی محدود کند
چه زمانی شکار ممنوع قابل قبول است؟
- کاربردهای کمبار که در آنها سایش بحرانی نیست
- مجموعه دندههای استاندارد در مواردی که نسبتهای دقیق مورد نیاز است
- کاربردهای کوتاهمدت (توزیع سایش اهمیت کمتری دارد)
- وقتی مزایای تولید بر ملاحظات مربوط به سایش غلبه میکند
ارتباط با فرکانسهای دیگر تجهیزات
سلسله مراتب فرکانس در گیربکس
- سرعت شفت: ۱× برای ورودی و خروجی (کمترین فرکانسها)
- اچ تی اف: برابر با سرعت شفت (طراحی شکاری) یا بالاتر (غیر شکاری)
- جی ام اف: تعداد دندانه × سرعت شفت (بالاترین فرکانس اولیه)
- هارمونیکهای GMF: ۲×GMF، ۳×GMF و غیره (از غیرخطیها)
استراتژی تحلیل باند جانبی
- نوارهای کناری در فاصله سرعت شفت → چرخدنده خارج از مرکز یا نقص دندانه منفرد
- نوارهای کناری در فاصله HTF (اگر HTF ≠ سرعت شفت باشد) → مشکل الگوی دندانه تکراری
- بدون نوارهای کناری مشخص → سایش توزیع شده عمومی یا وضعیت خوب دنده
فرکانس دندانههای شکار، اگرچه جنبهای ظریف از دینامیک چرخدنده است، اما اطلاعات تشخیصی قدرتمندی را ارائه میدهد. درک محاسبه HTF و تشخیص باندهای جانبی HTF، امکان شناسایی دقیق دنده دارای نقص و اینکه آیا مشکل یک دندانه آسیبدیده خاص است یا یک وضعیت توزیعشدهتر را فراهم میکند و اقدامات تعمیر و نگهداری هدفمند را در عیبیابی گیربکس هدایت میکند.