ما هو تأثير تصميم سن حزام التوقيت على أداء ناقل الحركة؟

ال توقيت الحزام هو عنصر حاسم في مجموعة صمامات محرك السيارات، وهو المسؤول عن المزامنة الدقيقة لدوران العمود المرفقي وعمود الحدبات. لا يحدد شكل أسنانها خصائص التشابك بين الحزام وبكرة التوقيت (العجلة المسننة) فحسب، بل يؤثر أيضًا بشكل مباشر على الكفاءة والضوضاء والمتانة وتكاليف الصيانة لمجموعة نقل الحركة.

الأهداف والتحديات الأساسية لتصميم ملف الأسنان

ال core of a timing belt drive lies in achieving zero-slip synchronous transmission. Tooth profile design must balance the following key objectives:

دقة التوقيت: تضمن وجود فرق طور ثابت بين العمود المرفقي وعمود الكامات طوال دورة التشغيل بأكملها.

سعة الحمولة: يجب أن ينقل الحزام بشكل موثوق عزم الدوران المطلوب لقيادة عمود الكامات، خاصة في ظل ظروف التحميل والسرعة العالية.

تقليل الضوضاء والاهتزاز: يعمل على تحسين عملية الربط لتقليل الضوضاء الناتجة عن التأثير والاحتكاك.

عمر الخدمة: يزيد من مقاومة التآكل والتعب للحزام والبكرة.

تحليل ملامح الأسنان المشتركة وخصائص انتقالها

تطورت ملامح أسنان حزام التوقيت بشكل أساسي من الأسنان شبه المنحرفة إلى الأسنان ذات القوس الدائري، حيث يقدم كل تصميم مزايا وقيود نقل مميزة.

1. الأسنان شبه المنحرفة

هذا هو أول تصميم للحزام المتزامن.

خصائص ناقل الحركة: الأسنان شبه المنحرفة لها جوانب مستقيمة، وعندما تكون متشابكة، يتم حمل الحمل بشكل أساسي من خلال الجوانب وأعلى الأسنان.

التأثيرات:

تركيز الإجهاد: تركيز الإجهاد هو عيب كبير في الأسنان شبه المنحرفة، ويحدث عند جذور الأسنان وزوايا الأسنان. يمكن أن تؤدي الضغوط العالية بسهولة إلى تشقق إجهاد الحزام، خاصة في التطبيقات ذات الأحمال الثقيلة أو عالية السرعة، مما يحد من قدرتها على حمل الحمولة.

قوة القص: تتمتع الأسنان شبه المنحرفة بمقاومة قص ضعيفة نسبيًا، مما يجعلها عرضة للقص عند قاعدتها.

دقة الإرسال: نظرًا لرد الفعل العكسي الكبير، يتم إنشاء اللعب والتأثير بسهولة عند تبديل اتجاه الحمل، مما يؤثر على دقة النقل واستقراره.

التطبيقات: مع زيادة قوة المحرك وتعقيده، انخفض استخدام الأسنان شبه المنحرفة في أنظمة توقيت السيارات الحديثة بشكل ملحوظ، وأصبح أكثر شيوعًا في التطبيقات الصناعية منخفضة السرعة ومنخفضة التحميل.

2. الأسنان المنحنية

الأسنان المنحنية هي التصميم السائد لأحزمة التوقيت الحديثة، بما في ذلك المتغيرات مثل **HTD (محرك عزم الدوران العالي)** و**STD (محرك عزم الدوران الفائق).

خصائص ناقل الحركة: يوفر المظهر الجانبي الناعم والدائري للأسنان توزيعًا أكثر اتساقًا للحمل. أثناء الربط، يتطابق شكل سن البكرة بشكل وثيق مع شكل سن الحزام.

التأثيرات:

توزيع الإجهاد: تقوم الأسنان المنحنية بتوزيع الضغط الناتج عن الضغط المركز عند زاوية السن على سطح السن بالكامل وجذر السن. يؤدي هذا إلى تحسين عمر الكلال للحزام وقدرته على حمل عزم الدوران بشكل كبير. يوفر تصميم جذر الأسنان الأوسع والأكثر سمكًا قوة قص أعلى بكثير من الأسنان شبه المنحرفة.

سلاسة ناقل الحركة: توفر الأسنان المنحنية دحرجة أكثر سلاسة داخل وخارج الشبكة، مما يقلل بشكل فعال من صدمات الشبكة. يؤدي هذا إلى تقليل اهتزاز النظام وضوضاء التشغيل بشكل مباشر، مما يؤدي إلى تحسين أداء NVH (الضوضاء والاهتزاز والخشونة).

دقة تحديد الموضع: نظرًا لزيادة الصلابة الشعاعية والمحورية أثناء الربط، يمكن للأسنان ذات الشكل القوسي الحفاظ على دقة تزامن ممتازة أثناء نقل عزم الدوران العالي.

التطبيقات: يستخدم على نطاق واسع في أنظمة توقيت محركات السيارات الحديثة، والتي تتطلب دقة عالية، ونقل عزم دوران عالي، وضوضاء منخفضة.

3. أسنان محسنة على شكل قوس (مثل الأسنان المكافئة والأسنان الحلزونية المعدلة)

لتحسين أداء الأسنان ذات الشكل القوسي بشكل أكبر، قام المصنعون بتطوير مجموعة متنوعة من ملفات تعريف الأسنان المحسنة.

خصائص ناقل الحركة: تعمل ملفات تعريف الأسنان هذه عادةً على تحسين هندسة ملف تعريف الأسنان استنادًا إلى الشكل القوسي لتقليل التأثيرات المتعددة الأضلاع وتأثيرات التدفق أثناء الربط.

التأثيرات:

تقليل الضوضاء: مصمم لتحقيق تشغيل أكثر هدوءًا. على سبيل المثال، تعمل بعض التصميمات على تحسين ضغط الهواء وإطلاقه بين الأسنان عن طريق تغيير زاوية غلاف الأسنان، مما يقلل بشكل فعال من الضوضاء عالية التردد.

الrmal Management: Optimizing the tooth profile helps dissipate heat, reducing thermal aging of the belt during high-speed operation, and indirectly improving durability.

اهتزازات عالية التردد: تعمل هذه التشكيلات المتقدمة للأسنان على امتصاص وتشتيت الاهتزازات عالية التردد الناتجة عن مجموعة الصمامات بشكل أفضل في ظل ظروف تشغيل المحرك الصعبة.