در این نوشته آسیبهایی که بر روی دندانه های چرخ دنده های صنعتی ایجاد میگردد که ظاهر و منشأ آن به خوبی شناخته شده اند را بر اساس استاندارد DIN3979 آلمان معرفی و بررسی می نماییم. این بررسی شامل تعاریف مرتبط با آسیب دندانه در گیربکس های صنعتی است که میتواند به دلیل وجود عیوب در مواد، خطا در ابعاد هندسی، ساخت و عملیات حرارتی دندانه ها، انتخاب روانکار نامناسب، بارگذاری و نگهداری نامناسب، و همچنین مونتاژ غیرصحیح مجموعه چرخ دنده ها در گیربکس را بررسی مینماید. در این متن در درجه‌ی اول به آسیب دندانه‌‌ی گیربکس هایی که چرخدنده آنها از جنس فولادهای کربنی و آلیاژی که تحت عملیات حرارتی و فرایندهای سخت‌کاری مختلف قرار گرفته‌اند می‌پردازد.
در مجموع عوامل آسیب به چرخدنده را میتوان مطابق با نمایه زیر بیان نمود.
سایش
سایش یک اصطلاح کلی است که شامل برداشت مواد میشود و وقتی اتفاق میافتد که دو جسم بر روی هم بلغزند. همچنین وجود ناخالصیها در روانکار هم میتواند باعث ایجاد سایش شود.
سایش عادی چرخ دنده های صنعتی
ویژگیها:
ساختار 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 میرود و سطح دیواره ی جانبی دندانه صاف و اغلب براق میشود. سایش عادی بر عمر و عملکرد گیربکس اثر نمیگذارد.
دلایل:
به طور کلی، بسته به میزان زبری سطح و ویسکوزیتهی روانکار، سرعتهای لغزشی و غلتشی دیوارهی سطوح جانبی دندانه ها به قدری نیست که یک فیلم چسبنده از روانکار بین دیواره ها تشکیل شود، بنابراین حرکت لغزشی و غلتشی باعث تغییر شکل برشی یا پلاستیک در قله های زبری میشود که در نتیجه زبری سطح جانبی رفته رفته کاهش مییابد. شکل زیر که چرخدنده ی ساده‌ی سخت‌کاری شده‌ی سطحی با دندانه های تراش خورده را نشان میدهد به‌خاطر سایش عادی به نظر می‌رسد که سطح دندانه نیکل‌کاری شده و خطوط تراش به سختی قابل مشاهده هستند.
در تصویر زیر چرخدنده‌ی ساده‌ی سخت‌کاری شده‌ی سطحی با دندانه های تراش خورده قابل مشاهده است که به خاطر سایش عادی به نظر می‌رسد که سطح دندانه نیکل‌کاری شده و خطوط تراش به سختی قابل مشاهده هستند.
سایش ساینده در چرخ دنده های صنعتی :
ویژگیها:
سطح جانبی دندانه چرخ دنده های صنعتی به طور یکنواختی مات است. بخش زیادی از ساختار اصلی سطح که توسط فرز، تراش یا سنگ‌زنی ایجاد شده در طول زمان از بین میرود. این سایش در سطوح پیشرفته، فرم دندانه چرخدنده را تغییر میدهد و میتوان افزایش در میزان لقی بین چرخ دنده های درگیر را تشخیص داد.
دلایل:
ذرات جامد ناخالصی در روغن روانکار مانند گردوغبار، ماسه‌ی ریخته‌گری، زنگ، ذرات اکسید آهن و امثال این موارد تاثیری همچون فرایند لپینگ بر روی سطح جانبی دندانه چرخ دنده ها دارند. این نوع از سایش میتواند از لحاظ عملکردی هم در کارکرد گیربکس های صنعتی تاثیرگذار باشد.
در تصویر زیر سایش ساینده بر روی یک چرخ دنده سخت‌کاری شده ی سطحی قابل مشاهده است.
سایش تداخلی در چرخدنده های صنعتی :
ویژگیها:
خطوط تراش بر روی سر دندانه و ته دندانه چرخدنده در جهت عمق دندانه مشاهده میشوند. پس از یک مدت زمان نسبتا طولانی سر دندانه گرد و ته دندانه خالی میشود. صدای چرخدنده در گیربکس در حال کار ممکن است افزایش بیابد.
دلایل:
وجود خطا در هندسه‌ی دندانه ها یا نصب چرخ دنده ها در فاصله‌ای کمتر از فاصله‌ی مرکز تا مرکز تعیین شده منجر به تداخل میشود که در نتیجه‌ی آن فشار زیادی به سر و ته دندانه وارد میشود.
در تصویر زیر گرد شدن سر دندانه چرخدنده‌ی ساده‌ی کوئنچ و تمپر شده که در نتیجه‌ی تداخل با انحنای ته دندانه چرخ دنده ی درگیر با آن ایجاد شده قابل مشاهده است
سایش خراشیدگی در چرخ دنده های صنعتی :
ویژگیها:
تورفتگی های خطی متمرکز در جهت حرکت لغزشی دندانه های چرخدنده ها که در فواصل و طولهای نامنظم بر روی سطح جانبی دندانه ظاهر میشوند.
دلایل:
ذرات گرد و غبار یا مواد ساینده، زنگ زدگی، براده، ماسه ریخته گری و موارد مشابه که در داخل روانکار وارد میشوند چنانچه به ناحیه درگیری چرخدنده ها راه یابند باعث خراشیدن سطح جانبی در جهت غلطش میگردند. اثرات مشابه بر روی قله های زبری سطوح جانبی دنده مقابل نیز به علت لغزش بین سطوح چرخدنده های درگیر، ایجاد میگردد.
در شکل زیر مکانیزمی از این نوع سایش و تغییر ایجا شده بر اثر این نوع سایش قابل مشاهده است.
خراشیدگی ناشی از بار زیاد :
ویژگیها:
تورفتگی های خطی در جهت حرکت لغزشی دندانه های چرخ دنده ها که در مقایسه با خراشیدگی (ناشی از ذرات معلق در روانکار) تا لبه دندانه و یا تا نقطه آغاز یا پایان درگیری در ته دندانه بصورت پیوسته امتداد میابد.
وجه تمایز آن با ساییدگی آنست که پایین خطوط این نوع خراشیدگی در چرخدنده ها هموار میباشند.
خراشیدگی ناشی از بار زیاد در سطح پیشرفته، منجر به تشدید کنده شدن مواد شده و بیشتر در نواحی با سرعت لغزش بالا در ته دندانه یا سر دندانه چرخدنده ها اتفاق می افتد.
دلایل:
این نوع خراشیدگی بیانگر بارگذاری بیش از حد در برخی نواحی سطح جانبی دندانه های چرخدنده میباشد. ذرات خارجی کوچک و قله های زبری سطح دندانه مقابل وارد سطح جانبی دندانه شده، و در اثر حرکت لغزشی، فرورفتگی های شیار مانندی را ایجاد میکنند که به نوبه خود، حین درگیری، سبب ایجاد خراشیدگی بر روی سطوح جانبی دندانه چرخ دنده مقابل نیز میگردد.
این نوع خراشیدگی میتواند مرحله مقدماتی برای ساییدگی یا scuffing باشد.
در تصویر زیر حالت پیشرفته خراشیدگی ناشی از بار زیاد قابل مشاهده است.
شکست بر اثر خمش:
یک دندانه در حالت اغراق شه مانند یک تیر است که از یک سمت به دیوار محکم شده است و از سمت دیگر در حال تحمل بارگذاری است. و اصطلاحا در حال خم شدن است. این نیرو باعث به وجود آمدن تنش در نزدیکترین نقطه به دیوار همان ریشه دندانه در چرخ دنده ها می شود. وقتی این نیرو برای تعداد دفعات بسیار زیادی تکرار شود، سبب بروز شکست در ریشه دندانه می شود.(یا پدید آمدن ترک ها)
در صورتی که در مراحل اولیه رخ دادن این آسیب باشد، تنها ترک به وجود می آید.
اما اگر بیش از حد پیشرفت کرده باشد منجر به جدا شدن دندانه خواهد شد.
این شکست با بروز ترک در ضعیف ترین ناحیه شروع می شود که معمولا ریشه دندانه است. عامل مهم دیگر له شدن دو سطح فلزی در تماس با یکدیگر است.
پیتینگ
حالت دیگر آسیب به چرخدنده ها حفره حفره شدن آن یا pitting می باشد. اگر به طریقی دیگر به مبحث چرخدنده ها بنگریم، متوجه می شویم که مسئله دیگری که مدنظر است تماس فلز با فلز در برخورد دو دندانه چرخدنده نیز اهمیت بسیار زیادی دارد. این آسیب به سبب افزایش تنش در محل تماس دو دندانه پدید می آید. تصور کنید دو سطح فلزی (عموما سخت شده) با سرعت و نیروی زیاد به دفعات بسیار زیاد در یک ثانیه با هم برخورد می کنند، لذا مسلم است که این تماس و له شدن، افزایش دما و … اهمیت خاصی دارد.
پیتینگ (pitting) دو حالت عمده دارد یکی سطح ابتدایی و در مقیاس کوچک است.(micro pitting) و دیگری سطح رشد یافته و در مقیاس بزرگ (macro pitting) می باشد.
به طور مستقیم با سختی سطح رابطه دارد. وقتی یک حفره ایجاد می شود، تمرکز تنش و سرعت به ناحیه های مجاور انتقال می یابد و کل سطح را در نظر می گیرد.
علت به وجود آمدن آسیب pitting عواملی نظیر روانکاری نامناسب، افزایش تنش در سطح، هندسه غیر دقیق و …. می باشد. micropitting به صورت ظاهری خیلی واضح نیست و احتیاج به بررسی دقیق سطح است. اگر دست بر روی سطح دندانه کشیده شود به صورت حفره های ریز ریز حس می شود.
اگر روی سطح دندانه از زمان ساخت برآمدگی هایی وجود داشته باشد به هنگام کار کردن کنده می شوند و حفره ایجاد می کنند. اگر شرایط بدتر نشود micropitting رشد نمی کند. این عیوب اطراف دایره گام بیشتر است و سپس کل سطح را میگیرد. micropitting اگر علت به وجود آوردنده اش ادامه یابد و متوقف یا اصلاح نشود، سبب تبدیل شدن به pitting و کنده شدن حفره های بزرگتر می شود.
scuffing-scoring:
اگر لایه روغن بین دو دندانه ناکافی باشد یا ویسکوزیته روانکار کم باشد. این پدیده سبب موج دار شدن صفحه ی تماس می شود و تماس فلز با فلز رخ می دهد. چنانچه این پدیده رخ دهد بوی سوختگی قابل استشمام است و آثار سوختگی نیز به صورت لکه روی دندانه ممکن است ایجاد شود. راه های جلوگیری از آن انتخاب روانکار مناسب و کنترل دمای گیربکس است تا از حد مجاز فراتر نرود.
وقتی که تماس فلز با فلز رخ می دهد، قسمتی از مواد به هم می چسبند و بعدبه هنگامی که به صورت ورقه ای جدا می شود. بخشی از دندانه را نیز جدا می شود. بخشی از دندانه را نیز جدا می کند. این پدیده نیز سه سطح ابتدایی، متوسط و مخرب دارد. هرچقدر سرعت و بارگذاری و دیگر شرایط بدتر شوند. در حالت ابتدایی به سمت حالت مخرب پیش می رود. معمولا در ناحیه خط دایره گام بیشتر رخ می دهد چون لایه روانکار نازک تر است.
تغییر شکل ظاهری ( تغییر شکل پلاستیک)
اگر بارگذاری تماسی زاد باشد و خرد نشود، بخشی از دندانه تغییر شکل می دهد و کاملا بستگی به استحکام کششی جنس دارد. معمولا در چرخدنده های نرم اتفاق می افتد. اما اگر بارگذاری سنگین باشد در چرخدنده های سخت نیز رخ می دهد.
