Gear Tolerances: Takrifan, Piawaian, dan Aplikasi Praktikal

1. Memahami Piawaian Toleransi Gear​
Pembuatan global bergantung kepada sistem toleransi piawaian untuk memastikan keselarasan dan keserasian. Piawaian yang paling meluas termasuk ISO 1328, satu Piawaian Antarabangsa yang dibangunkan oleh International Organization for Standardization yang merangkumi toleransi gear silinder. Di Amerika Utara, piawaian AGMA 2000/2015 yang dikeluarkan oleh American Gear Manufacturers Association digunakan secara meluas untuk gear industri dan automotif. Piawaian kebangsaan China GB/T 10095 setaraf dengan ISO 1328, manakala piawaian Jerman DIN 3962 memberi tumpuan secara khusus kepada profil gigi gear dan toleransi jarak gigi. Walaupun piawaian ini berbeza sedikit dari segi klasifikasi gred dan kaedah pengukuran, mereka berkongsi penunjuk utama untuk menilai ketepatan gear.
2. Jenis-Jenis Utama Toleransi Gear
Ketepatan gear dikategorikan kepada penyimpangan individu—kesilapan satu gear sahaja—and penyimpangan komposit, yang mengukur prestasi jangkangear bagi pasangan gear.
2.1 Penyimpangan Individu
Toleransi-toleransi ini mengukur kesilapan pembuatan dalam satu gigi secara kuantitatif, yang secara langsung menjejaskan keupayaannya untuk bersalut dengan lancar bersama gigi-gigi lain. Penyimpangan jarak (fpt) merujuk kepada perbezaan antara jarak gigi sebenar dan jarak teori; walaupun variasi kecil di sini boleh menyebabkan getaran, bising, dan kelancaran transmisi yang berkurangan. Penyimpangan profil (fα) menerangkan sejauh mana profil gigi sebenar menyimpang daripada lengkung involut teori, ketidaksamaan yang melemahkan kekuatan sentuhan dan meningkatkan bising serta haus. Bagi gigi heliks, penyimpangan heliks (fβ) adalah kritikal—ia mengukur varians antara garis heliks sebenar dan garis teori, dan penyimpangan berlebihan mencipta taburan beban yang tidak sekata pada permukaan gigi, memendekkan jangka hayatnya. Penyimpangan jejak gigi (Fβ) ialah ralat kecondongan permukaan gigi sepanjang lebar gigi, yang membawa kepada pemuatan separa dan mempercepatkan kehausan gigi. Akhir sekali, julat jejari (Fr) ialah perbezaan antara jarak jejari maksimum dan minimum dari paksi gear ke suatu probe yang ditempatkan di dalam alur gigi, mencerminkan keeksentrikan yang merosakkan kestabilan bersalut.
2.2 Sisihan Komposit
Toleransi komposit menilai sejauh mana pasangan gear berselindung, satu faktor yang kritikal kepada kualiti transmisi secara keseluruhannya. Sisihan komposit jejarian (Fi'') ialah variasi maksimum dalam jarak pusat semasa satu pusingan lengkap gear, bertindak sebagai penunjuk umum ketepatan keseluruhan pasangan gear. Sisihan komposit tangen (Fi') mengukur ralat transmisi semasa berselindung, secara langsung mempengaruhi ketepatan transmisi dan tahap kebisingan. Jumlah kelegaan (jn) - ruang lega antara permukaan gigi bukan kerja bagi gear yang berselindung - mencapai keseimbangan antara kelenturan dan kebisingan, mengelakkan kesekakkan dalam aplikasi kelajuan tinggi.
3. Gred Ketepatan Gear dan Pemilihan
3.1 Pengelasan Gred (mengikut ISO 1328)
ISO 1328 mengklasifikasikan ketepatan gear kepada 13 gred, dari 0 (ketepatan tertinggi) hingga 12 (terendah). Dalam amalan, gred-gred ini dikelompokkan mengikut aplikasi. Gred ketepatan ultra-tinggi (0–4) digunakan untuk instrumen ketepatan, aktuator angkasa lepas, dan turbin kelajuan tinggi, menyokong kelajuan periferal maksimum di atas 35 m/s untuk gear alur lurus dan 70 m/s untuk gear heliks. Gred ketepatan tinggi (5–7) sesuai untuk transmisi kenderaan bermotor, spindel mesin dan gear penerbangan, dengan kelajuan antara 10–20 m/s untuk gear alur lurus dan 15–40 m/s untuk gear heliks. Gred ketepatan sederhana (8–9) biasa digunakan dalam kotak gear industri am, transmisi traktor, dan pam, beroperasi pada kelajuan 2–6 m/s untuk gear alur lurus dan 4–10 m/s untuk gear heliks. Gred ketepatan rendah (10–12) disediakan untuk aplikasi beban rendah seperti jentera pertanian dan alat tangan, dengan kelajuan di bawah 2 m/s untuk gear alur lurus dan 4 m/s untuk gear heliks.
3.2 Prinsip Memilih Gred Ketepatan
Apabila memilih gred kejituan, pertimbangan utama adalah keperluan transmisi: gear kelajuan tinggi (lebih 20 m/s) memerlukan gred 5–7, gear kelajuan sederhana (5–20 m/s) sesuai dengan gred 6–8, dan gear kelajuan rendah (kurang daripada 5 m/s) boleh menggunakan gred 8–10. Faktor keberkesanan kos juga penting—gear berkejituan tinggi (gred 0–5) memerlukan proses pengeluaran tinggi seperti penggilapan gear dan pemeriksaan yang ketat, yang meningkatkan kos, jadi penghampiran spesifikasi yang berlebihan harus dielakkan kecuali diperlukan. Akhir sekali, padanan pasangan gear boleh mengoptimumkan prestasi dan kos: gear pemandu boleh satu gred lebih tinggi daripada gear dipandu (contohnya, gear pemandu gred 6 dipadankan dengan gear dipandu gred 7).
4. Penetapan dan Pengoptimuman Tolak Ansuran Praktikal
4.1 Pengiraan Tolak Ansuran Kritikal
Gegelung (jn) dikawal oleh had ketebalan gigi dan dikira menggunakan formula: jn = Esns₁ + Esns₂ ± Tsn, di mana Esns mewakili sisihan atas ketebalan gigi, Esni ialah sisihan bawah ketebalan gigi, dan Tsn adalah had ketebalan gigi. Bagi gear kelajuan tinggi, gegelung biasanya sekitar (0.02–0.05) × m, dengan m sebagai modul. Bagi gear heliks, sisihan heliks (fβ) sepatutnya ≤ 0.1 × b (di mana b ialah lebar gigi) untuk memastikan taburan beban sekata di seluruh permukaan gigi.
4.2 Contoh Anotasi Lukisan Kejuruteraan
Anotasi had yang jelas pada lukisan kejuruteraan adalah penting untuk memandu pengeluaran. Satu anotasi tipikal untuk gear gred 6 mungkin termasuk: “Ketepatan Gear: ISO 6; Jumlah Sisihan Jarak (Fp): 0.025 mm; Jumlah Sisihan Profil (Fα): 0.012 mm; Jumlah Sisihan Heliks (Fβ): 0.015 mm; Sisihan Ketebalan Gigi: Esns = -0.05 mm, Esni = -0.10 mm.” Tahap terperinci ini memastikan pengeluar memahami keperluan ketepatan yang tepat.
4.3 Cabaran dan Penyelesaian Sepunya
Bunyi bising yang berlebihan dalam sistem gear biasanya disebabkan oleh sisihan jangkau yang besar atau kekurangan kelegaan. Penyelesaiannya adalah dengan meningkatkan ketepatan jangkau dan melaraskan ketebalan gigi untuk menambah kelegaan secara sesuai. Kehausan gigi yang tidak sekata biasanya disebabkan oleh sisihan heliks yang berada di luar had toleransi; penyelesaiannya adalah dengan memcalibrasi penuntun mesin dan melaraskan sudut pemasangan alat pemotong. Kepincangan transmisi biasanya berlaku apabila ketebalan gigi terlalu besar atau kelegaan terlalu kecil, dan ini boleh diperbaiki dengan membaiki ketebalan gigi atau menggantikan pasangan gear yang tidak serasi.
5. Kesimpulan
Reka bentuk toleransi gear merupakan satu tindakan keseimbangan antara prestasi, kos, dan kebolehpengeluaran. Dengan memilih gred ketepatan yang sesuai, mengawal sisihan utama seperti jarak sisi, profil, dan heliks, serta mengoptimumkan kekosongan gigi (backlash), jurutera boleh memastikan gear memenuhi keperluan aplikasi sambil meminimumkan kos pengeluaran. Teknologi pemeriksaan moden seperti mesin ukur koordinat (CMMs) dan analisis gear turut membolehkan pengesahan toleransi yang tepat, menyokong sistem transmisi mekanikal yang boleh dipercayai dan berkesan.
Sama ada untuk gear penerbangan berkelajuan tinggi atau jentera pertanian berbeban rendah, penguasaan toleransi gear adalah asas kepada rekabentuk mekanikal yang berjaya.