مواد بكرات التوقيت: الألومنيوم أم الفولاذ أم البلاستيك، والفخّ المرتبط بالأنودة

معظم استفسارات التروس المتزامنة تحدد الملف الشخصي وعدد الأسنان وتترك خانة المادة فارغة، أو تكتب «ألمنيوم» دون تحديد نوعه. وهذا عادةً كافٍ لمحرك ناقل بسيط منخفض الحمولة. لكنه يسبب مشاكل عند تشغيل المحرك بسرعة عالية أو في بيئات حارة أو رطبة أو عند نقل عزم دوران كبير فعلي.

إليك ما توفره كل مادة فعليًّا، مع الأرقام المنشورة رسميًّا.

الألمنيوم: الخيار الافتراضي وحدّه الأقصى

يُدرج مصنعو التروس المتزامنة درجات الألمنيوم التالية: ٦٠٦١ و٦٠٨٢ و٧٠٧٥ و٦٠٦٣ والدرجات القابلة للتشطيب الآلي مثل ٢٠١١ وAlCuMgPb. ودرجة ٦٠٦١-T6 هي الأكثر استخدامًا.

الخصائص المنشورة لدرجة ٦٠٦١-T6:

الرقم الذي يهم حقًّا هو الصلادة. الصلادة تتراوح بين ٩٣ و٩٥ هـ.بـ. وهي لينة. تحتوي حزام التوقيت على حبال شد ووجه أسنان مصنوع من نسيج أو مطاط، والنسيج يكون كاشطًا. عند تشغيل الحزام مقابل أسنان الألومنيوم العارية تحت حملٍ كافٍ لفترة كافية، يتآكل الألومنيوم، وتتسع ملفات الأسنان، وتزداد الفراغات التشغيلية.

ولهذا السبب تُطبَّق عملية الأكسدة الكهربائية (أنودة) على البكرات، وهي النقطة التي يخطئ فيها كثير من الناس.

الأكسدة الكهربائية: الصلادة المطلوبة، والزيادة في السماكة التي يجب أخذها بعين الاعتبار أثناء التصميم

يوجد نوعان مهمان، وكلاهما يخضعان للمواصفة العسكرية الأمريكية ميل-برف-٨٦٢٥.

صلادة السطح للألومنيوم العاري والمأكسد والمأكسد بصلادة عالية.

مقابل سبيكة الألومنيوم ٦٠٦١ العارية ذات الصلادة من ٩٣ إلى ٩٥ هـ.بـ.، أي تحسُّن كبير. وتُعَدّ الطبقة الصلبة من النوع الثالث المواصفة القياسية لبكرة التوقيت التي يجب أن تتحمّل تماس الحزام المسبب للتآكل.

والآن الفخ. إن عملية الأكسدة الكهربائية ليست طبقةً تُطبَّق على سطح القطعة فحسب، بل إنها تحوِّل السطح نفسه وتنمو فيه:

تنمو طبقة الأكسدة الكهربائية بنسبة ٥٠٪ داخل المادة (اختراق) و٥٠٪ نحو الخارج (تراكم).

يبلغ مقدار التغير البُعدي حوالي ٥٠٪ من إجمالي سماكة الطبقة لكل جانب.

استنادًا إلى المثال المنشور: فإن طبقة الأكسدة الكهربائية من النوع الثاني بسماكة إجمالية قدرها ٠٫٥ ميل تعطي تقريبًا ٦٫٣٥ ميكرومتر تراكمًا لكل جانب و٦٫٣٥ ميكرومتر اختراقًا، مع تغيُّر قُطري إجمالي يبلغ حوالي ١٢٫٧٠ ميكرومتر. أما بالنسبة للطبقة من النوع الثالث بسماكة ٢٫٠ ميل، فيُتوقَّع أن تكون النسبة حوالي ١٫٠ ميل لكل جانب.

وعلى بكرة التوقيت، يحدث هذا النمو على جوانب الأسنان. بكرة مغلفة بطبقة صلبة، تم تشغيلها آليًّا بأبعاد اسمية قبل الأكسدة الكهربائية، وتخرج من الحوض بمسافات أسنان أضيق مما رُسم. وفي الملامح ذات الخطوة الدقيقة مثل T2.5 أو AT3، فإن عُشرَ الميكرونات على كل جانِبٍ يشكّل جزءًا ذا دلالة من مسافة السن.

والحل بسيطٌ لكنه يتطلّب تخطيطًا واعيًا: تشغيل شكل السن بأبعاد أصغر من المطلوب بمقدار النمو المتوقع، أو تحديد الأبعاد النهائية بعد الأكسدة الكهربائية والسماح لمشغّل الآلة باحتساب الأبعاد الأولية عكسيًّا. أما ما لا ينجح فهو التشغيل الآلي بالأبعاد الاسمية ثم تطبيق الطبقة الصلبة ثم التمنّي.

إذا كنت تطلب بكرات مغلفة بطبقة صلبة، فاذكر بوضوح ما إذا كانت أبعادك مُعطاة قبل أو بعد الطلاء. ونسأل هذا السؤال في كل طلب لطلاء صلب لأن الإجابة تغيّر مسار الأداة.

الفولاذ: حين لا يكفي الألومنيوم

تشمل التسميات الشائعة للبكرات الزمنية الفولاذية C45E و1045 وS45C والفولاذ 45#.

بكرة زمنية ألمنيومية ذات ملامح T10

الخصائص المنشورة لفولاذ AISI 1045 / C45:

تقريباً ضعف مقاومة الشد لسبيكة الألومنيوم 6061-T6، وحوالي ضعف الصلادة قبل أي معالجة سطحية. والسبب المنشور من مصنّعي البكرات بسيطٌ: مقاومة وصلادة أعلى من الألومنيوم، وكتلة أكبر، مما يجعلها مناسبة للأحمال العالية والسرعات العالية.

الوزن ليس عيباً دائماً. ففي البكرة المُحرَّكة، تُسهم القصور الذاتي الإضافي في تسوية التقلبات في السرعة. أما في محور المحرك الخدمي حيث يُسعى إلى تقليل القصور الذاتي المنعكس قدر الإمكان، فهو تكلفة فعلية.

اختر الفولاذ عندما:

• تكون العزوم كبيرةً بما يكفي لتسبب تشويهاً في أسنان الألومنيوم

• يعمل الناقل باستمرار عند السرعة وبحزام كاشط

• تكون البكرة صغيرة الحجم، ما يؤدي إلى تركّز أحمال الأسنان على عدد قليل من الأسنان

• تتجاوز درجة حرارة التشغيل الحد الذي يتحمله الألومنيوم

البلاستيك: خفيف، هادئ، وغير مستقر أبعادياً

تُستخدم بكرات البوليمر في التطبيقات خفيفة التحميل، ومعالجة الأغذية، وفي الحالات التي يكون فيها الضجيج أو الوزن عاملاً حاسماً. وأكثر أنواعها شيوعاً هو البولي أميد 6 (نايلون 6).

بيانات نايلون 6 المنشورة في ورقة مواصفات البوليمر الهندسي:

تبدو مقاومة الشد جيدة، وهي تساوي ربع مقاومة سبيكة الألومنيوم ٦٠٦١. أما المشكلة فهي في الصفوف الأخيرة اثنتين.

يمتص النايلون الماء ويتضخَّم. عند تصنيع بكرة توقيت بدقة ضمن ورشة جافة ثم تركيبها في بيئة رطبة أو خاضعة للغسيل بالماء، تتغير أبعادها. وفي حالة بكرة التوقيت، يعني ذلك تغيُّر القطر الطرقي وتغيُّر تداخل الأسنان تبعًا لذلك.

توضِّح وثائق الشركة المصنِّعة صراحةً أن هذه المسألة تُعدُّ اعتبارًا تصميميًّا وليس عيبًا. وهي سمةٌ جوهريةٌ في البوليمر.

أماكن كفاءة استخدام البكرات البلاستيكية:

· الأحمال الخفيفة، والسرعات المنخفضة

· التطبيقات الحساسة للضوضاء

· البيئات التآكلية التي يفشل فيها المعدن بشكل أسرع

· التطبيقات التي يُقصد بها أن تكون العجلة القابلة للانزلاق جزءًا تضحيةً عمداً

حيث لا تُستخدم:

· في تحديد المواضع بدقة، لأن الانحراف البُعدي يُفقِد الغرض من ذلك

· في عزم الدوران العالي، لأن أسنانها تنفصل بالقص

· في البيئات الساخنة القريبة من الحد الأقصى المستمر البالغ ١٠٠ °م

يجب أن نوضح قيداً في البيانات المنشورة التي تمكَّنَّا من التحقق منها: محتوى الرطوبة عند التشبع والتغير البُعدي الناتج عنه بالنسبة المئوية لم يكونا متاحين في ورقة البيانات الأولية. أما أرقام الامتصاص بعد ٢٤ و٩٦ ساعة المشار إليها أعلاه فهي حقيقية؛ أما السلوك التوازني على المدى الطويل في بيئة محددة فيجب الحصول عليه من مورد المادة الخاص بك للدرجة الدقيقة المطلوبة.

الحديد الزهر والفولاذ المقاوم للصدأ

الحديد الزهر يظهر في البكرات الأكبر حجمًا، مع درجات مثل HT150 وHT200 وHT250 وGG25 التي يحددها المصنّعون. والعتبة التي تُستبدل فيها الحديد الزهر بالألومنيوم هي مسألة حجم وتكلفة، وليست قاعدة منشورة، ولذلك لم نتمكن من التحقق من قطع قطرٍ معيّن. وفي الواقع، فإن هذا يتحكّم به اقتصاد الصب: ففوق قطرٍ معين، يكون الصب أرخص من التشغيل الآلي من الكتل الصلبة.

الفولاذ المقاوم للصدأ تستخدم البكرات تسميات مثل SUS303 وSUS304 وAISI 431. والتطبيق هو الغسل بالماء (Washdown)، حيث تكون المتطلّب الرئيسي مقاومة التآكل لا الأداء الميكانيكي. ولاحظ أن درجتي 303 و304 Austenitic ولا يمكن تقويتهما بالمعالجة الحرارية، وبالتالي فإن البكرة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ليست بكرة صلبة.

اختيار

الأسئلة المتكررة

هل يجعل التأكسد الصلب (هارد كوت) بكرة التوصيل المصنوعة من الألومنيوم صلبة مثل الفولاذ؟

طبقة السطح ذات الصلادة من ٤٠٠ إلى ٧٠٠ هـ.ف. أصلب من فولاذ ١٠٤٥ ذي الصلادة من ١٧٠ إلى ٢١٠ هـ.ب. أما الطبقة الأساسية تحتها فهي لا تزال من الألومنيوم اللين، لذا تقاوم البكرة التآكل لكنها لا تقاوم التشوه تحت الأحمال الشديدة على الأسنان.

لماذا لم تتناسب بكرة التوصيل المؤكسدة مع الحزام بشكل صحيح؟

على الأرجح أن شكل الأسنان نُحِت وفق الأبعاد الاسمية، ونمو الطلاء أدى إلى تضييق المسافات بين الأسنان. تحقق مما إذا كانت الأبعاد الموضحة في الرسم الهندسي محددة قبل أو بعد عملية التأكسد.

هل يمكنني استخدام بكرة توصيل من النايلون في تطبيق الغسل بالرش؟

إنها تقاوم التآكل، لكنها تمتص الماء وتتغير أبعادياً. ولتطبيقات الغسل بالرش التي تتطلب دقة عالية، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ هو الخيار الأفضل.

هل سبيكة ٧٠٧٥ أفضل من سبيكة ٦٠٦١ لبكرات التوصيل؟

إنه أقوى، لكنه أيضًا أكثر تكلفة وأقل مقاومةً للتآكل. ولأغراض بكرات التوقيت العادية، فإن الحد الأقصى يتحدد عادةً بارتداء السطح لا بالمتانة الكلية، لذا فإن طلاء سبائك الألومنيوم ٦٠٦١ الصلب يتفوق عادةً على ترقية السبيكة.

ما درجة الحرارة القصوى التي تتحملها بكرة ألومنيوم؟

تبلغ أقصى درجة حرارة خدمية ميكانيكية لسبائك الألومنيوم ٦٠٦١-تي٦ ١٧٠ °مئوية. وفي الواقع، تكون الحزام عادةً المكوّن المحدد للحد الأقصى قبل أن تتأثر البكرة.

هل تتطلب بكرات الفولاذ معالجة سطحية؟

للحماية من التآكل، نعم غالبًا، ويعتمد ذلك على نوع البيئة. أما بالنسبة لمقاومة الارتداء، ففولاذ ١٠٤٥ ذي صلادة ١٧٠–٢١٠ هـ.ب. يكون عمومًا كافيًا ضد الحزام القياسي دون الحاجة إلى تصلب إضافي.

تُصنّع شركة تيانجين هاو رونغ شنغ يه للمعدات الكهربائية المحدودة بكرات توقيت من الألومنيوم والفولاذ سي٤٥ والحديد الزهر والفولاذ المقاوم للصدأ، وبملفات أسنان HTD وGT وT وAT والقياسات الإمبراطورية. وإذا كنت تطلب بكرات مُؤكسدة صلبًا، فيرجى إعلامنا ما إذا كانت أبعاد أسنانها مُقاسة قبل أو بعد الطلاء، وسنضبط مسار الأداة وفقًا لذلك.