Различные физические свойства профилей зубьев зубчатого ремня

Трапециевидные зубы:

Значительный эффект концентрации напряжений: нагрузка концентрируется в острых углах по обеим сторонам корня зуба, образуя локализованные зоны высоких напряжений.

Точки зарождения трещин: Под воздействием переменных нагрузок в этих углах легко образуются усталостные трещины, которые быстро распространяются, приводя к разрушению зуба.

Низкая эффективность использования материала: значительная часть зубной ткани не принимает эффективного участия в распределении нагрузки, представляя собой «мертвый груз».

Дугообразные/параболические зубья (HTD, GT):

Плавное распределение напряжений: гладкий, непрерывный профиль обеспечивает равномерное распределение нагрузки вдоль контура зуба без резких изменений.

Исключительно высокая прочность корня: дугообразный корень функционирует как мостовидный протез, преобразуя радиальные силы в сжимающие напряжения внутри тела зуба, что значительно повышает предел усталости при изгибе.

Высокая степень использования материала: профиль зуба более точно совпадает с траекторией главных напряжений, что обеспечивает более эффективную нагрузку материала. Физическая сущность: переход от сингулярностей напряжений, вызванных геометрической неоднородностью, к состоянию равномерного распределения напряжений за счет геометрической непрерывности.
2. Динамика зацепления и ударные вибрации

Трапециевидные зубы:

Зацепление по принципу «клин вдавливания/выдавливания»: столкновение происходит в момент контакта зуба с канавкой и сопровождается резкими изменениями скорости.

Многозубное зацепление: Теоретически это многозубное зацепление, но из-за погрешностей профиля зубьев и упругой деформации фактическое эффективное количество зацепленных зубьев невелико, что приводит к неравномерному распределению нагрузки.

Обилие источников возбуждения: каждый вход и выход представляет собой удар, служащий источником широкополосного вибрационного возбуждения.

Дугообразные/параболические зубья:

Плавное зацепление-разъединение: точки контакта плавно перемещаются вдоль профиля зуба с непрерывными изменениями скорости, что значительно снижает ускорение удара.

Оптимизация сопряженного зацепления: на примерах, таких как профили зубьев GT, достигаются траектории зацепления, более близкие к теоретическим сопряженным кривым, что обеспечивает плавную передачу мощности.

Более чистый вибрационный спектр: основная энергия вибрации концентрируется на основной частоте зацепления, что позволяет избежать резонанса за счет продуманной конструкции.

Суть физического процесса: переход от прерывистой динамики контакта к квазисопряженному непрерывному качению уменьшает возбуждение высокопорядковых гармоник.

3. Контактная механика и механизмы износа

Трапециевидные зубы:

Износ при высоком удельном давлении: малая площадь контакта и высокое локальное контактное напряжение приводят к сильному адгезионному и абразивному износу.

Характер износа: Борозды часто образуются в середине поверхности зуба, а трещины появляются в углах корня.

Износ зубьев приводит к ухудшению зазора: после износа зазор на боковой поверхности зуба быстро увеличивается, вызывая резкое снижение точности передачи.

Дугообразные зубы:

Низкое удельное давление, большая площадь контакта: изогнутые контактные поверхности увеличивают эффективную площадь контакта и снижают контактное напряжение на поверхности.

Равномерное распределение износа: износ распределяется более равномерно по всей поверхности зуба, обеспечивая более высокую точность передачи на протяжении всего срока службы.

Самоочищающиеся свойства: гладкая поверхность зубов препятствует застреванию инородных тел.

Суть физических процессов: за счет оптимизации распределения контактных напряжений по закону Герца износ переходит от локализованного к равномерному.
4. Акустические характеристики синхронных ремней (механизмы генерации шума)

Трапециевидные зубы:

Эффект воздушного нагнетания: быстрое закрытие полостей зуба во время зацепления сжимает воздух, создавая шум струи.

Структурный шум излучения: Удары при зацеплении приводят к возникновению изгибных колебаний в ремне и шкивах, излучающих шум средней и низкой частоты.

Типичный уровень звукового давления: как правило, на 3-8 дБ(А) выше, чем у зубчатых колес при идентичных условиях эксплуатации.

Дугообразные/параболические зубья:

Конструкция, обеспечивающая направленный воздушный поток: форма зубчатых канавок способствует более плавному потоку воздуха, уменьшая турбулентность и эффект «накачки».

Снижение источников ударного шума: Плавное заполнение сетки значительно уменьшает энергию от основных источников возбуждения.

Снижение высокочастотных составляющих: Более плавный контакт значительно уменьшает высокочастотные «шипящие» звуки, вызванные микроскопическими ударами.

Физические свойства: подавляет шум в источнике за счет снижения энергии удара при зацеплении и улучшения аэродинамических характеристик.

5. Точность передачи и характеристики жесткости

Трапециевидные зубы:

Большой люфт: Боковой зазор имеет важное значение и быстро увеличивается с износом, что приводит к низкой точности позиционирования.

Нелинейная жесткость на кручение: при небольших нагрузках наблюдается заметный «свободный ход» упругости.

Термочувствительность: Изменения шага тона, вызванные колебаниями температуры, существенно влияют на точность передачи.

Прецизионные дуговые зубья (AT, GT):

Низкая чувствительность к предварительной нагрузке: минимальные колебания люфта в разумных диапазонах предварительной нагрузки обеспечивают передачу практически нулевого люфта.

Высокая жесткость на кручение: оптимизированные профили зубьев обеспечивают более плотное зацепление в канавке колеса, повышая устойчивость к упругой деформации.

Минимальная ошибка синхронизации: равномерное распределение нагрузки по зоне зацепления нескольких зубьев уменьшает влияние суммарных ошибок шага ремня.

Физический принцип: Повышает динамическую жесткость трансмиссионной системы за счет конструкции с натягом и согласования жесткости.
II. Количественное сравнение ключевых параметров производительности зубчатых ремней